(57)【要約】  光ビーム走査装置（１ａ）は、８８０ｎｍのレーザ光を出射する光源装置（１０）と、この光源装置（１０）から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構（２００）とを有しており、光偏向機構（２００）は、光偏向素子としてのポリゴンミラー（２１０）を備えている。光源装置（１０）は、レーザダイオードからなる発光源（２０）と、この発光源（２０）から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方でポリゴンミラー（２１０）の反射面（２１１）あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズ（３０）とを有している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、該光源装置から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構とを有する光ビーム走査装置において、
前記光源装置は、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記光源装置は、発光源と、該発光源から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズとを備えていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項３】
請求項２において、前記発光源はレーザ発光素子であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項４】
請求項２において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射し、
前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が大きい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項５】
請求項２において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射し、
前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が小さい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項６】
請求項２において、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向および前記第２の方向の双方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項７】
請求項２において、前記発光源から前記収束光の合焦位置までの距離が１００ｍｍ以下であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項８】
請求項２において、前記レンズは、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、およびシリンドリカルレンズのうちのいずれかであることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項９】
請求項２において、前記レンズは、前記発光源側が正のパワーを備えた曲面であり、前記光偏向素子側が平面であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１０】
請求項２において、前記光源装置は、前記発光源と前記レンズとの間に前記発光源を装着可能な凹部を備えたホルダ状絞り部材を備え、
前記ホルダ状絞り部材における絞り開口の中心位置は、当該ホルダ状絞り部材の外形の中心位置と一致し、
前記凹部の中心位置は、前記発光源において前記凹部に装着される部分の外形の中心位置が発光点から偏芯している寸法分だけ、前記ホルダ状絞り部材の外形の中心位置から偏芯していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記レンズと前記絞り開口とは外径寸法が略一致していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１２】
請求項２において、前記レンズは、樹脂製であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての多角柱状のポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーをその軸線回りに回転させる駆動機構とを有していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記ポリゴンミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転中心軸線に対して直交する方向で前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１５】
請求項１３において、前記ポリゴンミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転中心軸線に対して直交する方向および平行方向の双方で前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、
前記光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、
当該複数の光偏向領域は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記光偏向機構は、前記光偏向ディスクとして透過型光偏向ディスクを有し、
前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する前記光偏向領域と異なる方向に屈折させて出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１９】
請求項１７において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２０】
請求項１７において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割されていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２１】
請求項１７において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２２】
請求項１７において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２３】
請求項１６において、前記光偏向機構は、前記光偏向ディスクとして反射型光偏向ディスクを有し、
前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する前記光偏向領域と異なる方向に反射して出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２４】
請求項２３において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２５】
請求項２３において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２６】
請求項２３において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割されていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２７】
請求項２３において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２８】
請求項２３において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２９】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、
前記光偏向ディスクは、入射された光ビームを屈折させて出射する傾斜面がディスク面に形成された透過型光偏向ディスクであり、
前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜角度が周方向で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項３０】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、
前記光偏向ディスクは、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク面に形成された反射型光偏向ディスクであり、
前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜角度が周方向で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置から出射された光ビームを所定の方向に走査する光ビーム走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ビーム走査装置は、レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置や、バーコード読取装置、車間距離測定装置などに幅広く利用されている。画像形成装置に用いられる光ビーム走査装置としては、レーザダイオードなどのレーザ発光素子から出射された光ビームをポリゴンミラーにより周期的に偏向させ、感光体などの被走査面上を反復走査させる。測定装置では、光ビーム走査装置から出射された走査ビームが被照射物で反射した反射ビームを光検出器により受光することによって情報を検出する。このとき、反射ビームは、ポリゴンミラーによる走査角度に対応する入射角度で光検出器に向かうことになる。光偏向素子としては、ポリゴンミラーを回転させる以外に、揺動する反射板が用いられることがあり、この場合、反射板の揺動により光ビームを一定の角度範囲で走査する。【０００３】
ここで、ポリゴンミラーや反射板に照射する光ビームは、光源から出射された光ビームをコリメートレンズで発散度合いをある程度、小さくした光である。このような光のポリゴンミラーや反射板への入射面積は、光ビーム反射面の有効径に相当し、このような有効径によりポリゴンミラーや反射板のサイズが決定される（例えば、特許文献１、２参照）。【０００４】
なお、光ビーム走査装置では、レーザ発光素子とコリメートレンズとの間に絞りを配置している。また、光ビーム走査装置では、光ビームを走査角度に同期してパルス状に照射している。【０００５】
しかしながら、従来の光ビーム走査装置においては、ポリゴンミラーに入射する光ビームの径がかなり大きいため、ミラーには、これ以上のサイズが求められる。このため、従来の光ビーム走査装置においては、ポリゴンミラーを小型化できないので、光ビーム装置を小型化できないとともに、ポリゴンミラーの生産性が低いという問題点がある。また、ポリゴンミラーを樹脂成形により製造しようとすると、ヒケが起こりやすく、生産性や歩留まりを向上させるのが困難である。さらに、ポリゴンミラーをモータで駆動する際、バランスがとりにくく、ジッタ特性を悪化させる原因となっている。【０００６】
一方、反射板を揺動運動させる方式の中にはシリコンマイクロマシニング技術を利用してシリコン基板とねじりバネを用いて電磁力や静電力で駆動するものが提案されている。しかしながら、この技術は、微小領域を形成するのには有効であるが、従来のように、ビーム径が大きな光ビームを扱う場合には極めて高コストとなり、超小型反射板のメリットを生かせないという問題点がある。
【特許文献１】特開平１１−０１４９２２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６８０６号公報
【発明の開示】
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ポリゴンミラーなどの光偏向素子の小型化を図ることのできる光ビーム走査装置を提供することにある。
【０００８】
また、ポリゴンミラーを用いた場合よりもさらに小型化を図ることのできる光ビーム走査装置を提供することにある。
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明では、光源装置と、該光源装置から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構とを有する光ビーム走査装置において、前記光源装置は、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、光源装置は、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射するため、第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方では光偏向素子の小型化を図ることができる。従って、光偏向素子については、その生産性を高めることができるとともに、最新の微細化技術を利用して、例えば、走査点数を増大させることのできる光偏向素子を提供することができる。また、光偏向素子を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、光偏向素子を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明において、前記光源装置は、例えば、発光源と、該発光源から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズとを備えている。
【００１２】
本発明において、前記発光源は、例えば、レーザ発光素子である。
【００１３】
本発明において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射する場合、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が大きい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることが好ましい。すなわち、発光源から出射される光ビームが楕円のファーフィールドパターンを有している場合には、長軸方向の光を収束させることが好ましく、光ビームが絞り部材によって整形されている場合には、その長径方向の光を収束させることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を効率よく行うことができる。
【００１４】
本発明において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射する場合、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が小さい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させる構成を採用してもよい。
【００１５】
本発明において、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを前記第１の方向および前記第２の方向の双方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことが好ましい。このように構成すると、第１の方向および第２の方向のいずれの方向においても光偏向素子の小型化を図ることができる。
【００１６】
本発明において、前記発光源から前記収束光の合焦位置までの距離が１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記レンズは、例えば、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、またはシリンドリカルレンズである。
【００１８】
本発明において、前記レンズは、前記発光源側が正のパワーを備えた曲面であり、前記光偏向素子側が平面であることが好ましい。レンズの出射面が平面であれば光源装置の出射面の側にレンズの出っ張りがないので、光源装置を光ビーム装置に組み込む際、レンズの出射面を傷つけることがない。
【００１９】
本発明において、前記光源装置は、前記発光源と前記レンズとの間に前記発光源を装着可能な凹部を備えたホルダ状絞り部材を備える場合がある。この場合、前記ホルダ状絞り部材における絞り開口の中心位置は、当該ホルダ状絞り部材の外形の中心位置と一致し、前記凹部の中心位置は、前記発光源において前記凹部に装着される部分の外形の中心位置が発光点から偏芯している寸法分だけ、前記ホルダ状絞り部材の外形の中心位置から偏芯していることが好ましい。
【００２０】
本発明において、前記レンズと前記絞り開口とは外径寸法が略一致していることが好ましい。このように構成すると、絞りとレンズとの光軸調整を容易に行うことができる。
【００２１】
本発明において、前記レンズは、樹脂製であることが好ましい。発光源をパルス発光させれば発熱が極めて小さいので、樹脂製のレンズを用いることができ、このような樹脂製のレンズであれば、樹脂成形により安価に製造できる。
【００２２】
本発明において、前記光偏向機構としては、例えば、前記光偏向素子としての多角柱状のポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーをその軸線回りに回転させる駆動駆動機構とを有しているものを用いることができる。
【００２３】
本発明において、前記光偏向素子としてポリゴンミラーを用いる場合、前記ポリゴンミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転中心軸線に対して直交する方向で前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査を行うことができる。
【００２４】
本発明において、前記光偏向素子としてポリゴンミラーを用いる場合、前記ポリゴンミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転中心軸線に対して直交する方向および平行方向の双方で前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査に加えて、一次元の光走査も行うことができる。
【００２５】
本発明において、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、当該複数の光偏向領域は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することが好ましい。ディスク状の光偏向素子を用いた場合には、光ビーム走査装置の小型化を図ることができ、かつ、光偏向素子を樹脂成形により製造する場合にも、ヒケなどの問題が発生しにくい。
【００２６】
本発明においては、前記光偏向ディスクとして透過型光偏向ディスクを用いることができる。この場合、前記透過型光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に屈折させて出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射する。
【００２７】
本発明においては、前記光偏向ディスクとして反射型光偏向ディスクを用いることができる。この場合、前記反射型光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に反射して出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射する。
【００２８】
このような光偏向ディスクを備えた光ビーム走査装置において、前記傾斜面は、例えば、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることが好ましい。
【００２９】
また、本発明において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化している構成を採用してもよい。
【００３０】
本発明において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割されていることが好ましい。
【００３１】
本発明において、前記光偏向素子として前記光偏向ディスクを用いた場合、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査を行うことができる。
【００３２】
本発明において、前記光偏向素子として前記光偏向ディスクを用いた場合、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査だけでなく、一次元の光走査も行うことができる。
【００３３】
本発明において、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクとして、入射された光ビームを屈折させて出射する傾斜面がディスク面に形成された透過型光偏向ディスクを採用した場合、前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜角度が周方向で連続的に変化している構成を採用してもよい。
【００３４】
本発明において、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクとして、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク面に形成された反射型光偏向ディスクを採用した場合、前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜角度が周方向で連続的に変化している構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ビーム走査装置において光源装置から出射された光がポリゴンミラーに照射された状態を示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、実施の形態１に係る光ビーム走査装置に用いた光源装置から出射される光ビームの第１の方向での状態を示す説明図、および第２の方向での状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る光ビーム走査装置において光ビームの収束方向とポリゴンミラーとの方向関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、光源装置に用いた絞り部材および発光源の分解断面図、絞り部材の端面図、絞り開口の説明図、および別の絞り開口の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。
【図７】図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。
【図８】図５に示す光ビーム走査装置の透過型光偏向ディスクを示す上面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図８に示す透過型光偏向ディスクのＸ−Ｘ断面の断面図、Ｙ−Ｙ断面の断面図、およびＺ−Ｚ断面の断面図である。
【図１０】図８に示す透過型光偏向ディスクの傾斜面に傾斜角度が０°の傾斜面が含まれている場合の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。
【図１２】図１１に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る透過型光偏向ディスクを示す上面図である。
【図１４】図１３に示す透過型光偏向ディスクのＷ−Ｗ断面を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ、１ｂ、１ｃ  光ビーム走査装置
１０  光源装置
２０  発光源
３０  レンズ
４０  絞り部材
２００、３００、４００  光偏向機構
２１０  ポリゴンミラー（光偏向素子）
３１０  透過型光偏向ディスク（光偏向素子）
４１０  反射型光偏向ディスク（光偏向素子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。【００３８】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ビーム走査装置において光源装置から出射された光がポリゴンミラーに照射された状態を示す説明図である。図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態１に係る光ビーム走査装置に用いた光源装置から出射される光ビームの第１の方向での状態を示す説明図、および第２の方向での状態を示す説明図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る光ビーム走査装置において光ビームの収束方向とポリゴンミラーとの方向関係を示す説明図である。【００３９】
図１に示すように、本形態の光ビーム装置１ａは、例えば、８８０ｎｍのレーザ光を出射する光源装置１０と、この光源装置１０から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構２００とを有している。本形態において、光偏向機構２００は、光偏向素子としてのポリゴンミラー２１０と、このポリゴンミラー２１０を軸線Ｌ２１０周りに回転させるモータ（図示せず）からなる駆動機構とを有している。【００４０】
ポリゴンミラー２１０を用いた光偏向機構２００については、周知の構成のものを用いることができるので、その説明を省略する。光源装置１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザダイオード（レーザ発光素子）からなる発光源２０と、この発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（例えば、垂直方向）および第２の方向（例えば、水平方向）のうちの少なくとも一方でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズ３０とを有している。【００４１】
レンズ３０としては、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。本形態において、レンズ３０は、図２（ａ）に示すように、光軸方向に直交する第１の方向では、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導き、図２（ｂ）に示すように、光軸方向および第１の方向に直交する第２の方向では発散光の状態でポリゴンミラー２１０の反射面２１１に導いている。【００４２】
ここで、光源装置１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように絞り部材４０を有している。従って、本形態の光ビーム装置１ａでは、発光源２０から出射された光ビームは、例えば、以下の値
第１の方向（垂直方向）
発光源２０から出射された光ビームの放射角＝２６°
絞り部材４０から出射された光ビームの放射角＝１２．９°
レンズ３０から出射された光ビームの放射角＝０．５２°
第２の方向（水平方向）
発光源２０から出射された光ビームの放射角＝１１°
絞り部材４０から出射された光ビームの放射角＝５．４９°
レンズ３０から出射された光ビームの放射角＝２．８°
をとる。それ故、レンズ３０は、第１の方向および第２の方向のうち、発光源２０から出射された光ビームにおいて発散角が大きい方で合焦させている。なお、レンズ３０は、第１の方向および第２の方向のうち、発光源２０から出射された光ビームにおいて発散角が小さい方で合焦させる構成を採用することもある。【００４３】
このように構成した光ビーム装置１ａにおいて、光源装置１０から出射された光ビームは、図３（ａ）に示すように、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１に横長のスポットとして照射され、ポリゴンミラー２１０によって矢印Ｌ１で示す方向に走査される。すなわち、光源装置１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２１０の軸線Ｌ２１０（回転中心軸線）と平行な方向でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する光ビームであり、矢印Ｌ１で示す走査方向に延びた光ビームが、矢印Ｌ１で示す方向に走査される。【００４４】
このような構成によれば、ポリゴンミラー２１０の反射面では、それに入射する光ビームが第１の方向で略合焦しているので、反射面２１１に形成されるスポットの上下幅が従来技術に比べて狭い。それ故、ポリゴンミラー２１０として薄型のものを用いることができる。また、一次元の光走査を行うことができる。【００４５】
これに対して、図２（ａ）、（ｂ）に示す形態とは反対に、図３（ｂ）に示すように、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）では発散光の状態でポリゴンミラー２１０の反射面２１１に導き、光軸方向に直交する第２の方向（水平方向）ではポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、光源装置１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１に縦長のスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査されることになる。すなわち、光源装置１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２１０の軸線Ｌ２１０（回転中心軸線）と直交する方向でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する光ビームであり、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向に延びた光ビームが、矢印Ｌ１で示す方向に走査される。【００４６】
このような構成によれば、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１では、それに入射する光ビームが第２の方向で略合焦しているので、反射面に形成されるスポットの横幅が従来技術に比べて狭い。従って、ポリゴンミラー２１０として外形寸法の小さなものを用いることができる。また、ポリゴンミラー２１０からは、縦長の光ビームが出射され、かかる光ビームは、ポリゴンミラー２１０の回転により、矢印Ｌ１で示す方向に走査される。それ故、光ビーム装置１ａを監視用として用いた場合、２次元の光走査を行うことができるとともに、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利点がある。【００４７】
また、図３（ｃ）に示すように、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合、すなわち、ポリゴンミラー２１０に入射する光が、ポリゴンミラー２１０の軸線Ｌ２１０（回転中心軸線）に対して直交する方向および平行方向の双方でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する光ビームになっている場合には、極めて小さなスポットとして照射される。それ故、ポリゴンミラー２１０としては薄くて、外形寸法の小さなものを用いることができる。また、２次元の光走査に加えて、一次元の光走査も行うことができる。【００４８】
このように本形態の光ビーム走査装置１ａでは、ポリゴンミラー２１０の小型化を図ることができるため、ポリゴンミラー２１０として安価なものを用いることができる。また、ポリゴンミラー２１０を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、ポリゴンミラー２１０を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ａの大幅な小型化を図ることができる。【００４９】
（光源装置の詳細説明）
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、光源装置に用いた絞り部材および発光源の分解断面図、絞り部材の端面図、絞り開口の説明図、および別の絞り開口の説明図である。【００５０】
本形態で用いた光源装置１０は、発光源２０とレンズ３０との間に絞り部材４０を備えている。この絞り部材４０は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、発光源２０を装着可能な凹部４１を備えたホルダ状絞り部材であり、その前端面の中央に絞り開口４２が形成されている。ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すレンズ３０は、絞り部材４０の絞り開口４２と同一サイズの外径寸法を有しており、レンズ３０は、絞り開口４２と重なるように絞り部材４０に取り付けられている。【００５１】
絞り部材４０における絞り開口４２の中心位置は、絞り部材４０の外形の中心位置と一致している。また、発光源２０がＣＡＮタイプの半導体レーザであれば、その円筒ケース部分２１が絞り部材４０の凹部４１に装着される。ここで、ＣＡＮタイプの半導体レーザの場合、レーザチップ２５はサブマウント２６を介して基板２７に搭載されているので、円筒ケース部分２１の外形の中心位置は、発光点２２からみて偏芯している。そこで、本形態では、凹部４１の中心位置については、発光源２０において円筒ケース部分２１の外形の中心位置が発光点２２から偏芯している寸法分Δｔだけ、絞り部材４０の外形の中心位置から偏芯させてある。発光源２０において、円筒ケース部分２１の先端側開口は透明カバー２９で覆われ、背面側には配線基板２８が取り付けられている。【００５２】
絞り部材４０における円筒部分４３の端面には、絞り部材４０に発光源２０を保持させる際の角度位置を合わせるための位置合わせ穴４４が形成されている。従って、絞り部材４０の凹部４１に発光源２０の円筒ケース部分２１を装着するだけで、絞り部材４０の絞り開口４２の中心位置を発光源２０の発光点２２からの光軸に一致させることができ、この状態で、発光源２０の発光点２２の位置（絞り部材４０の絞り開口４２の中心位置）は、絞り部材４０の外形の中心位置と一致することになる。【００５３】
従って、本形態では、絞り部材４０の外形を基準に光源装置１０を光ビーム走査装置１ａに搭載するだけで、発光源２０の発光点２２の位置を高い精度で設定することができる。【００５４】
また、本形態の光源装置１０では、絞り部材４０およびレンズ３０が発光源２０において円筒ケース部分２１に一体に取り付けられているので、光源装置１０の全長は、円筒ケース２１の長さ寸法＋２ｍｍ程度と小型である。【００５５】
また、発光源２０にレンズ３０を近づけてあるため、レンズ３０の有効径が小さくてよい。それ故、レンズ３０として安価なものを用いることができる。さらに、発光源２０にレンズ３０を近づけてあるため、焦点距離が短い。従って、光源装置１０とポリゴンミラー２００との距離を１００ｍｍ以下、例えば、本形態では、５０ｍｍ程度にまで短くできるので、光ビーム走査装置１ａの小型化を図ることができる。【００５６】
また、本形態において、レンズ３０は、発光源２０側が正のパワーを備えた非球面（曲面）であり、ポリゴンミラー２１０側が平面である。従って、光源装置１０の出射面には、レンズ３０の出っ張りがないので、光源装置１０を光ビーム走査装置１ａに組み込む際、レンズ３０の出射面を傷つけることがない。【００５７】
しかも、レンズ３０として非球面レンズを用いたため、トーリックレンズと違って回転対称であるため、光軸合わせが容易であり、かつ、回転調整を行う必要がないという利点がある。【００５８】
また、本形態において、発光源２０はパルス駆動されることから、発熱が極めて小さい。従って、レンズ３０として、樹脂製のレンズを用いることができ、このような樹脂製のレンズであれば、非球面レンズであっても樹脂成形により安価に製造できる。【００５９】
上記形態では、絞り部材４０の絞り開口４２は丸穴であったが、図４（ｃ）に示すような長穴であってもよく、図４（ｄ）に示すような矩形穴であってもよい。ここで、図４（ｃ）に示すような長穴からなる絞り開口４２をエンドミルで形成する場合には、絞り開口４２が形成される絞り部材４０の前端面４５は肉薄であることが好ましい。また、図４（ｄ）に示すような矩形穴からなる絞り開口４２については、放電加工により形成することができる。【００６０】
なお、レンズ３０は、正のパワーを有する非球面レンズの他、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。また、レンズ３０の一方の面が平面である場合、平面を発光源２０の側に向けてレンズ３０を配置してもよい。【００６１】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図である。図６は、図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。図７は、図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。【００６２】
図５、図６および図７に示す光ビーム走査装置１ｂは、図２および図４を参照して説明した光源装置１０と、この光源装置１０から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構３００とを有している。本形態において、光偏向機構３００は、光偏向素子としての透過型光偏向ディスク３１０と、この透過型光偏向ディスク３１０を軸線周りに回転させるモータ３５０からなる駆動機構とを有している。また、光ビーム走査装置１ｂは、光源装置１０から出射された光ビームを透過型光偏向ディスク３１０へ向けて立ち上げるミラー３０５と、透過型光偏向ディスク３１０の回転位置を検出する位置検出手段としての光学式エンコーダ３０６とを備えている。【００６３】
本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、透過型光偏向ディスク３１０を回転させた状態で、光源装置１０から出射された光ビームを透過型光偏向ディスク３１０に入射させ、透過型光偏向ディスク３１０で光ビームを屈折させることで、光ビームを所定の方向に走査する。駆動モータ３５０とミラー３０５と光学式エンコーダ３０６はフレーム３０８に直接配設され、光源装置１０はホルダ３０９を介してフレーム３０８に配設されている。【００６４】
このように構成した光ビーム走査装置１ｂにおいて、光源装置１０からは、図６に示すように、駆動モータ３５０の軸に直交する平面、言い換えると、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に対して平行方向に向かって光ビームが出射される。ここで、ミラー３０５は、光源装置１０から出射された光ビームを駆動モータ３５０の軸方向に立ち上げて透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に対して略直交するように入射させるミラーである。ミラー３０５は、例えば、全反射ミラーであり、光源装置１０の出射側に配設されている。駆動モータ３５０は、高速回転可能なブラシレスモータであり、例えば１００００（ｒｐｍ）程度の回転が可能に構成されている。なお、駆動モータ３５０はブラシレスモータには限定されず、ステッピングモータなど、種々のモータを適用することができる。また、ミラー３０５を省略して光源装置１０から出射された光を直接、透過型光偏向ディスク３１０に導いてもよい。【００６５】
本形態において、透過型光偏向ディスク３１０は、中心に中心孔３１９が形成されており、この中心孔３１９が駆動モータ３５０の回転子に固定されている。従って、透過型光偏向ディスク３１０は、駆動モータ３５０の軸（透過型光偏向ディスク３１０の中心）を中心に回転駆動される。透過型光偏向ディスク３１０の詳細な構成については後述する。【００６６】
光学式エンコーダ３０６は、駆動モータ３５０の軸方向で透過型光偏向ディスク３１０と対向するように配設されている。光学式エンコーダ３０６と対向する透過型光偏向ディスク３１０の対向面には、図示を省略する格子が形成されており、この格子を光学式エンコーダ３０６が検出することで、透過型光偏向ディスク３１０の回転位置の検出が行われている。本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、光学式エンコーダ３０６の検出結果に基づいて駆動モータ３５０の回転動作が制御されるようになっている。また、光学式エンコーダ３０６の検出結果に基づいて光源装置１０の発光源であるレーザダイオードの発光動作が制御されるようになっている。なお、透過型光偏向ディスク３１０の角度位置の検出には、光学式エンコーダ３０６に代えて、フォトカプラや磁気センサを用いてもよい。【００６７】
（透過型光偏向ディスクの構成）
図８は、図５に示す光ビーム走査装置において用いた透過型光偏向ディスクを示す上面図である。図９は、図６に示す透過型光偏向ディスクの断面を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、Ｘ−Ｘ断面の断面図、Ｙ−Ｙ断面の断面図、Ｚ−Ｚ断面の断面図である。図１０は、図８に示す透過型光偏向ディスクの傾斜面に傾斜角度が０°の傾斜面が含まれている場合の説明図である。【００６８】
図６、図７および図８に示すように、透過型光偏向ディスク３１０は、中央に中心孔３１９を備える扁平な円盤状に形成されており、本形態では、透明な樹脂で形成されている。透過型光偏向ディスク３１０は、中心孔３１９を中心として円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３３２ａ、３３２ｂ、・・・（以下、光偏向領域３３２とする）を備えており、光偏向領域３３２は、中心孔３１９を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。【００６９】
光偏向領域３３２の数は、光ビーム走査の走査点数によって決まるが、本形態では、２０１個の光偏向領域３３２が形成されている。従って、例えば、光ビームの走査範囲を±１０°とした場合には、光ビームの走査の分解能は０．１°となる。また、例えば、光ビームが透過する位置における透過型光偏向ディスク３１０の径を４０ｍｍとすると、１つの光偏向領域３３２の光ビームの透過位置での円周方向幅は、０．６３ｍｍになる。なお、図７および図８では、説明の便宜上、光偏向領域３３２の数を減らして図示している。【００７０】
光偏向領域３３２のそれぞれには、入射された光ビームを屈折させる傾斜面３３３が径方向に傾斜するように形成されている。本形態では、傾斜面３３３は、透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面（図５、図６および図７における上面）にのみ全周にわたって形成され、入射側の面（図５、図６および図７における下面）は、駆動モータ３５０の軸に直交する平面状に形成されている。【００７１】
傾斜面３３３は、光偏向領域３３２のそれぞれにおいて一定角度を持って形成されている。さらに、図７および図９に示すように、傾斜面３３３は、複数の光偏向領域３３２の各々で半径方向に向かって傾斜しているため、各光偏向領域３３２の径方向の断面は楔形状に形成されている。より具体的には、各光偏向領域３３２の径方向の断面は、内周側と外周側を平行とする台形状に形成されている。また、傾斜面３３３の傾斜角度は、周方向に並ぶ複数の光偏向領域３３２の各々で連続的に変化している。なお、複数の傾斜面３３３には、図１０に示す傾斜面３３３ｅのように、傾斜角度が０°のものも含まれていてもよい。【００７２】
本形態では、傾斜面３３３の傾斜角度をθｗ、透過型光偏向ディスク３１０から出射される光ビームの走査角度をθｓ（図６参照）、透過型光偏向ディスク３１０の屈折率をｎとしたとき、
ｓｉｎ（θｗ＋θｓ）＝ｎ・ｓｉｎθｗ
の関係を満足するように、傾斜面３３３が形成されている。ここで、ｎは透過型光偏向ディスク３１０を構成する材料の屈折角であり、例えば、ｎ＝１．５１８６２とすると、走査角度θｓを１０°とする場合には、傾斜角度θｗを１８．０２°とすればよい。【００７３】
さらに、本形態では、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっている。例えば、図９（ａ）から（ｃ）に示すように、隣接する光偏向領域３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃのそれぞれの傾斜面３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃの傾斜角度θｗａ、θｗｂ、θｗｃが次第に増加するようになっている。【００７４】
また、透過型光偏向ディスク３１０の全周でみた場合には、図１０に示すように、光偏向領域３３２ｄの傾斜面３３３ｄは内周に向かって傾斜し、光偏向領域３３２ｆの傾斜面３３３ｆは外周に向かって傾斜している。そして、光偏向領域３３２ｄと光偏向領域３３２ｆとの間には、その傾斜面３３３ｅの傾斜角度が０°なる光偏向領域３３２ｅが存在する。すなわち、内周に向かう傾斜角、および外周に向かう傾斜角をそれぞれ、正の傾斜角、および負の傾斜角とした場合、傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、円周方向で、正の傾斜角から次第に減少して負の傾斜角となり、その後、さらに傾斜角が次第に減少して１周すると、正の傾斜角に戻るようになっている。なお、正の傾斜角から次第に減少して負の傾斜角となり、その後、逆に負の傾斜角から次第に増加して正の傾斜角となるように、正の傾斜角と負の傾斜角が円周方向で繰り返すように傾斜面３３３を形成してもよい。また、透過型光偏向ディスク３１０には、薄膜あるいは微細構造などによって反射防止処理を施してもよい。【００７５】
（透過型光偏向ディスクの製造方法）
透過型光偏向ディスク３１０は、透明な樹脂を直接、切削などの超精密加工で製造してもよいし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造してもよい。以下、透過型光偏向ディスク３１０を直接、切削加工する場合を説明するが、金型を切削する場合も同様である。【００７６】
透過型光偏向ディスク３１０は、フライカットあるいはシェイパーカットで切削加工される。本形態では、傾斜面３３３が径方向に傾斜するように形成されていることから、切削加工に用いる刃先の進む方向を透過型光偏向ディスク３１０の径方向に設定する。より具体的には、透過型光偏向ディスク３１０の中心から外周側に向かって、あるいは外周側から中心に向かって、刃先の進む方向を設定する。【００７７】
そして、軸方向に透過型光偏向ディスク３１０の素材を送りながら切削加工をして、１つの光偏向領域３３２の傾斜面３３３を形成する。その後、透過型光偏向ディスク３１０を円周方向に所定の角度回転させ、同様に、軸方向に透過型光偏向ディスク３１０の素材を送りながら切削加工をして、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３を形成する。この動作を１周分、繰り返すことで、透過型光偏向ディスク３１０が形成される。なお、透過型光偏向ディスク３１０の素材の軸方向の送りはＮＣデータ上で設定されており、これによって、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗが次第に増加または減少するように、傾斜面３３３が形成されていく。【００７８】
（光ビームの走査方法）
以上のように構成された光ビーム走査装置１ｂにおける光ビームの走査方法を以下に説明する。【００７９】
まず、駆動モータ３５０によって、透過型光偏向ディスク３１０は、所定の回転数で回転する。この状態で、光源装置１０からレーザ光が出射され、この光ビームはミラー３０５によって立ち上げられて、透過型光偏向ディスク３１０の入射側の面に、略直交するように入射する。より具体的には、１つの光偏向領域３３２の周方向幅の中心位置に向かって入射する。【００８０】
ここで、透過型光偏向ディスク３１０に入射する光ビームの有効径は、１つの光偏向領域３３２の周方向における幅寸法以下であることが望ましい。以下では、説明の便宜上、透過型光偏向ディスク３１０に入射する光ビームの有効径は、１つの光偏向領域３３２の周方向幅以下であるとする。【００８１】
透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に入射した光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０を透過する際に、傾斜面３３３で屈折されて出射される。例えば、図６に示すように、ある光偏向領域３３２で走査角度θｓ１の方向に屈折されて出射される。ここで、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、上述のとおり、次第に増加または減少するようになっているため、隣接する光偏向領域３３２では、例えば、走査角度θｓ１と０．１°の角度差がある走査角度θｓ２の方向に屈折されて出射される。従って、０．１°間隔で光ビームが順次出射されて、所定の走査範囲が走査される。その際、図１０に示す光偏向領域３３２ｅでは、光ビームは屈折せずに出射される。【００８２】
このような光走査を行う際、光学式エンコーダ３０６による透過型光偏向ディスク３１０の回転位置の検出結果に基づいて駆動モータ３５０の回転動作及び光源装置１０の発光源の発光動作が制御される。すなわち、光学式エンコーダ３０６での検出結果に基づいて、光源装置１０から発光されたレーザ光が１つの光偏向領域３３２の周方向の中心位置に向かって入射するように、駆動モータ３５０の回転及び発光源の発光タイミングが制御される。【００８３】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、駆動モータ３５０を回転させた状態で、光源装置１０から出射したレーザ光を透過型光偏向ディスク３１０に入射させ、透過型光偏向ディスク３１０で光ビームを屈折させて、光ビームを所定の方向に走査している。すなわち、屈折機能によって光ビームを走査している。そのため、屈折角が互いに異なる傾斜面３３３を円周方向に多数形成することで、透過型光偏向ディスク３１０を１回転させれば、所定の走査範囲を走査することができる。ここで、１つの走査角度へ光ビームを出射させるために１つの屈折角度θｗを有する傾斜面３３３を透過型光偏向ディスク３１０に形成すればよく、回折機能を備えた偏向ディスクのように１つの走査角度へ光ビームを出射させるために複数の格子溝を設ける必要がない。従って、光ビームの走査の分解能を上げていった場合であっても、透過型光偏向ディスク３１０の径を小さくすることができ、その結果、装置の小型化を図ることができる。さらに、透過型光偏向ディスク３１０は扁平な円盤状であるため、装置の薄型化を図ることも可能である。なお、上述した例では、光偏向領域３３２の光ビームの透過位置での円周方向幅は、０．６３ｍｍであるから、傾斜面３３３を十分に形成することが可能である。【００８４】
また、本形態でも、実施の形態１と同様、光源装置１０では、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する２方向のうちの少なくとも一方では透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導く。【００８５】
従って、光源装置１０から出射された光ビームは、図７に示すように、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して半径方向（矢印Ｌ３で示す方向）に延びるスポットとして照射され、透過型光偏向ディスク３１０の周方向（矢印Ｌ２で示す方向）では幅が狭い。それ故、小型の透過型光偏向ディスク３１０であっても多数の光偏向領域３３２を形成することができる。【００８６】
また、光源装置１０において、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、極めて小さなスポットとして照射される。それ故、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができるとともに、一次元の光走査を行うことができる。【００８７】
なお、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して半径方向に延びるスポットとして照射される構成を採用してもよい。この場合、透過型光偏向ディスク３１０に入射する光ビームの有効径が１つの光偏向領域３３２の周方向幅以上であり、複数の光偏向領域３３２に跨って入射することがある。このような場合でも、光ビームを入射させたい光偏向領域３３２に隣接する光偏向領域３３２（さらには、これに隣接する光偏向領域３３２）に入射した光ビームは、光ビームを入射させたい光偏向領域３３２を透過した光ビームとは離れる方向に向かって、出射されていくため、ノイズの原因になることはない。【００８８】
これらいずれの場合でも、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、透過型光偏向ディスク３１０を駆動するモータ３５０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ｂの大幅な小型化を図ることができる。【００８９】
ここで、発光源２０は、直交する２方向で発散角が異なる光ビームを出射しており、かつ、レンズ３０から出射された光ビームは、直交する２方向で焦点位置が相違するため、図７に示すように、光源装置１０の出射方向における手前側では縦長のスポットであるが、出射方向における遠方では横長のスポットとなる。従って、図７に示すように、光源装置１０から出射された光ビームによって、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に縦長のスポットを形成し、幅の狭い方向が透過型光偏向ディスク３１０の周方向（矢印Ｌ２で示す方向）に向くように構成すると、透過型光偏向ディスク３１０からは、周方向で発散角が大きい横長の光ビームが出射される。かかる光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０の回転により、半径方向（矢印Ｌ３で示す方向）に走査されることになる。それ故、光ビーム装置１を監視用として用いた場合、２次元の光走査を行うことができるとともに、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利点がある。【００９０】
また、本形態で用いた透過型光偏向ディスク３１０では、その屈折作用を利用しており、屈折角は、入射する光ビームの波長の影響をほとんど受けない。そのため、透過型光偏向ディスク３１０を用いた本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、安定した強度の光ビームを走査することができる。さらに、透過型光偏向ディスク３１０は温度変動があっても、温度変動による透過率の変動は、回折効率の変動に比してわずかである。従って、温度変動の影響をあまり受けることなく安定した強度の光ビームを走査することができる。【００９１】
本形態では、光源装置１０から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク３１０を透過するように構成されている。そのため、駆動モータ３５０で回転させた透過型光偏向ディスク３１０に回転ぶれや面ぶれが生じても屈折角はほとんど変化しない。そのため、光ビームの走査ジッタが良好になる。【００９２】
本形態では、透過型光偏向ディスク３１０は、円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３３２から構成され、光偏向領域３３２のそれぞれに、入射された光ビームを屈折させる傾斜面３３３が形成されている。そのため、簡易な構成で透過型光偏向ディスク３１０を形成することができる。【００９３】
また、光偏向領域３３２のそれぞれには一定角度の傾斜面３３３が形成されるとともに、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっている。そのため、簡易な構成で、各走査角度θｓに順次、光ビームを出射することができる。さらに、光偏向領域３３２は、中心孔３１９を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。そのため、駆動モータ３５０の回転数が一定であれば、光源装置１０からは、一定間隔でパルス状の光ビームを出射すればよいので、発光源の制御が容易である。【００９４】
本形態では、傾斜面３３３が、透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面にのみ形成されており、入射側の面は平面状に形成されている。そのため、金型を用いて透過型光偏向ディスク３１０を製造する場合には、金型の駒加工が１面のみでよいため、金型の製作が容易になる。また、透明な樹脂を直接、切削加工して製造して透過型光偏向ディスク３１０を製造する場合には、入射側の面が平面状であるため、素材を固定しやすく、加工が容易になる。【００９５】
本形態では、透過型光偏向ディスク３１０には、反射防止処理が施されている。そのため、光源装置１０の出力のばらつきの原因となり得る発光源への戻り光を少なくすることができる。また、透過率が向上するため光源装置１０からの光量のロスを低減させることができる。なお、光ビーム走査装置１ｂが使用される上位装置で要求される光量が得られるのであれば、透過型光偏向ディスク３１０に反射防止処理を施す必要はない。この場合には、透過型光偏向ディスク３１０の構成を簡素化でき、その製造が容易になる。【００９６】
本形態では、透過型光偏向ディスク３１０は樹脂で形成されている。そのため、透過型光偏向ディスク３１０は生産性に優れ、また、光ビーム走査装置１ｂの軽量化、低コスト化が可能である。なお、例えば±５０℃程度の温度変動があっても、走査角度θｓの変動率は１％以下であり、走査性能への影響はほとんどない。【００９７】
本形態では、光源装置１０から発光された光ビームが１つの光偏向領域３３２の周方向幅の中心位置に向かって入射するように、駆動モータ３５０の回転及び発光源の発光タイミングが制御されている。そのため、発光源の発光タイミングと透過型光偏向ディスク３１０の回転位置との同期を正確に取ることができ、適切な光ビームの走査を行うことができる。【００９８】
［実施の形態３］
上記の実施の形態２では、入射したレーザ光を半径方向に走査したが、図１１および図１２に示すように、透過型光偏向ディスク３１０の接線方向に走査する場合には、以下のように構成すればよい。以下、本形態の構成を説明するが、その基本的な構成は、実施の形態２と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。【００９９】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る光ビーム走査装置の構成図である。図１２は、図１１に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。図１３は、本発明の実施の形態３に係る光ビーム走査装置発明に用いた透過型光偏向ディスクを示す上面図である。図１４は、図１３に示す透過型光偏向ディスクのＷ−Ｗ断面を示す断面図である。【０１００】
図１１および図１２に示す光偏向機構３００で用いた透過型光偏向ディスク３１０には、図１３および図１４に示すように、透過型光偏向ディスク３１０を構成する光偏向領域３３２のそれぞれには、一定角度で円周方向に傾斜する傾斜面３３３が形成されている。この形態でも、傾斜面３３３は、透過型光偏向ディスク３３１０の出射側の面にのみ形成されている。ここで、傾斜面３３３は、複数の光偏向領域３３２の各々で周方向に向かって傾斜しており、各光偏向領域３３２の断面は楔形状になっている。このため、各光偏向領域３３２の断面は、隣接する光偏向領域３３２との隣接面を平行とする台形状に形成されている。また、傾斜面３３３の傾斜角度は、周方向に並ぶ複数の光偏向領域３３２の各々で連続的に変化している。本形態でも、傾斜面３３３には、傾斜角度が０°のものが含まれていてもよい。【０１０１】
ここで、傾斜面３３３の傾斜角度をθｗ、透過型光偏向ディスク３１０から出射される光ビームの走査角度をθｓ、透過型光偏向ディスク３１０の屈折率をｎとしたとき、
ｓｉｎ（θｗ＋θｓ）＝ｎ・ｓｉｎθｗ
の関係を満足するように、傾斜面３３３が形成されている点、また、図１４に示すように、隣接する光偏向領域３３２ｇ、３３２ｈ、３３２ｉのそれぞれの傾斜面３３３ｇ、３３３ｈ、３３３ｉの傾斜角度θｗｇ、θｗｈ、θｗｉが、次第に増加するようになっている点は、上述した実施の形態２と同じである。なお、複数の傾斜面３３３には、図１４に示す傾斜方向と反対側に向かって傾斜する傾斜面３３３が含まれていてもよい。例えば、図１４において、中心より左側の傾斜面３３３を左下がりの傾斜面とし、中心より右側の傾斜面を右下がりとしてもよい。【０１０２】
このように、円周方向に傾斜する傾斜面３３３を備えた透過型光偏向ディスク３１０は、上述した形態と同様に、透明な樹脂を直接、切削などの超精密加工で製造してもよいし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造してもよい。切削加工で、透過型光偏向ディスク３１０あるいは、金型を製造する場合には、切削加工に用いる刃先の進む方向を透過型光偏向ディスク３１０の径方向に設定して、１つの傾斜面３３３を形成するとともに、刃先の傾き方向を変えつつ、透過型光偏向ディスク３１０を円周方向に所定の角度回転させて隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３を形成すればよい。【０１０３】
また、本形態でも、実施の形態１と同様、光源装置１０では、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のうちの一方では透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことができる。【０１０４】
従って、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、図１２に示すように、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して半径方向（矢印Ｌ３で示す）に延びるスポットとして照射され、半径方向に走査されることになる。従って、小型の透過型光偏向ディスク３１０であっても多数の光偏向領域３３２を形成することができる。【０１０５】
また、光源装置１０において、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、極めて小さなスポットとして照射される。それ故、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができ、かつ、一次元の光走査を行うことができる。【０１０６】
さらに、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して周方向（矢印Ｌ２で示す）に延びるスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査される構成を採用してもよい。【０１０７】
これらいずれの場合でも、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、透過型光偏向ディスク３１０を駆動するモータ３５０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ｂの大幅な小型化を図ることができる。【０１０８】
ここで、発光源２０は、直交する２方向で発散角が異なる光ビームを出射しており、かつ、レンズ３０から出射された光ビームは、直交する２方向で焦点位置が相違するため、図１２に示すように、光源装置１０の出射方向における手前側では縦長のスポットであるが、出射方向における遠方では横長のスポットとなる。従って、図１２に示すように、光源装置１０から出射された光ビームによって、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に横長のスポットを形成し、幅の狭い方向が透過型光偏向ディスク３１０の周方向（矢印Ｌ３で示す）に向くように構成すると、透過型光偏向ディスク３１０からは、半径方向（矢印Ｌ２で示す）で発散角が大きい横長の光ビームが出射され、かかる光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０の回転により、周方向に走査されることになる。それ故、光ビーム装置１を監視用として用いた場合、２次元の光走査を行うことができるとともに、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利点がある。【０１０９】
［実施の形態４］
上述した形態２、３では、発光源２から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク３１０を透過するように構成されていたが、図１５に示す光ビーム走査装置１ｃのように、光源装置１０から出射された光ビームが、光偏向機構４００の反射型光偏向ディスク４１０で反射されるように構成してもよい。この場合には、例えば、図８、図９を参照して説明した光偏向ディスク３１０の上面、あるいは図１３、図１４を参照して説明した光偏向ディスク３１０の上面を反射面にしたものを反射型光偏向ディスク４１０として用いればよい。また、図１５に光の進行方向を一点鎖線で示すように、光源装置１０から出射された光ビームが、光偏向機構４００の反射型光偏向ディスク４１０の下面で反射されるように構成してもよい。この場合には、偏向ディスク３１０の下面に反射性の傾斜面を形成すればよい。また、図１５に光の進行方向を一点鎖線で示すように、光源装置１０から出射された光ビームが、光偏向機構４００の反射型光偏向ディスク４１０の上面で屈折され、かつ、下面で反射されるように構成してもよい。この場合には、例えば、図８、図９を参照して説明した光偏向ディスク３１０の下面、あるいは図１３、図１４を参照して説明した光偏向ディスク３１０の下面を反射面にしたものを反射型光偏向ディスク４１０として用いればよい。【０１１０】
このように構成した場合も、実施の形態１と同様、光源装置１０では、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のうちの一方では反射型光偏向ディスク４１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことができる。このため、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、反射型光偏向ディスク４１０の光偏向領域に対して半径方向に延びるスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査されることになる。従って、小型の反射型光偏向ディスク４１０であっても多数の光偏向領域を形成することができる。また、光源装置１０において、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、反射型光偏向ディスク４１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、従来に比べて小さなスポットとして照射される。それ故、反射型光偏向ディスク４１０の小型化を図ることができる。これらいずれの場合でも、反射型光偏向ディスク４１０の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、反射型光偏向ディスク４１０を駆動する駆動モータ３５０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ｃの大幅な小型化を図ることができる。【０１１１】
［他の実施の形態］
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、例えば、以下に説明するように、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。【０１１２】
実施の形態２、３では、傾斜面３３３が透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面にのみ形成されていたが、入射側の面にのみ形成するようにしてもよい。また、出射側の面と入射側の面の両面に傾斜面が形成されてもよい。両面に傾斜面を形成する場合には、例えば、入射側の面の傾斜角度は、全ての光偏向領域３３２で同一の角度に設定すればよい。【０１１３】
実施の形態２、３では、透過型光偏向ディスク３１０を樹脂で形成したが、透過型光偏向ディスク３１０をガラスで形成してもよい。この場合には、温度変動の影響をほとんど受けないため、温度特性が安定するとともに、高温環境下でも光ビーム走査装置の使用が可能となる。【０１１４】
実施の形態２、３では、傾斜面３３３は、必ずしも透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面の全周にわたって形成される必要はなく、出射側の面の一部に平坦な平面部を形成してもよい。【０１１５】
実施の形態２、３においては、光学式エンコーダ３０６に替えて、駆動モータ３５０の内部に設けられたホール素子あるいはＭＲ素子を位置検出手段として利用してもよい。この場合、駆動モータ３５０が有する駆動マグネットあるいは、パルス発生用のマグネット、さらには逆起電力からパルスを作り、このパルスに基づいて、光源装置１０から出射された光ビームが１つの光偏向領域３３２の周方向の中心位置に向かって入射するように、発光源の発光タイミングを制御してやればよい。【０１１６】
また、実施の形態２、３において、光ビーム走査装置は、位置検出手段を備えていなくともよい。上述した形態のように、透過型光偏向ディスク３１０が、円周方向に略等角度間隔で分割された複数の光偏向領域３３２から構成されている場合には、駆動モータ３５０が一定速度で回転するように制御され、光源装置１０から一定間隔でパルス状の光ビームが出射されれば、適切な光ビームの走査を行うことは可能である。【０１１７】
さらに、実施の形態２、３において、ミラー３０５を設けずに、光源装置１０から透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に向かって光ビームを出射し、直接、透過型光偏向ディスク３１０に入射するように構成してもよい。また、ミラー３０５を設けた場合に、光源装置１０を透過型光偏向ディスク３１０の斜め下方に配置して、透過型光偏向ディスク３１０の斜め下方から光ビームが、透過型光偏向ディスク３１０に入射するように構成してもよい。【０１１８】
さらにまた、実施の形態２、３で用いた透過型光偏向ディスク３１０については、図１６および図１７を参照して以下に説明するように、円周方向で傾斜角が連続的に変化する傾斜面を備えている構成を採用してもよい。【０１１９】
図１６は、本発明の実施の形態２の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の光ビーム走査装置および透過型光偏向ディスクの基本的な構成は、実施の形態２と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。【０１２０】
実施の形態２に係る透過型光偏向ディスク３１０では、周方向に複数の光偏向領域３３２に分割され、これらの光偏向領域３３２の各々に傾斜面３３３が形成されていたが、図１６に示すように、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面には、周方向に連続した傾斜面３３３が形成され、かつ、この傾斜面３３３は、半径方向に対する傾斜角度が周方向で連続的に変化している。【０１２１】
このように構成した透過型光偏向ディスク３１０は、図８を参照した例と同様、図１６に示すｘ−ｘ線、ｙ−ｙ線、ｚ−ｚ線で切断したときの断面は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように表され、半径方向における傾斜角度θｗは、周方向で次第に増加または減少するようになっている。このため、透過型光偏向ディスク３１０を回転させながら、透過型光偏向ディスク３１０に光ビームを入射させると、光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０を透過する際に、傾斜面３３３で屈折されて走査される。このように構成した場合は、レーザは連続発振させて分解能を最大限まで上げることが可能である。なお、傾斜面３３３は、周方向にも連続的に傾斜角度が変化しているが、入射するビーム径が小さいためこの方向の傾き変化は無視できるので、透過型光偏向ディスク３１０の接線方向への走査は無視できる。【０１２２】
図１７は、本発明の実施の形態３の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の光ビーム走査装置および透過型光偏向ディスクの基本的な構成は、実施の形態３と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。【０１２３】
実施の形態３に係る透過型光偏向ディスク３１０では、周方向に複数の光偏向領域３３２が形成され、これらの光偏向領域３３２の各々には、傾斜角度θｗが一定の傾斜面３３３が形成されていたが、本形態では、図１７に示すように、周方向に複数の光偏向領域３３２が形成され、これらの光偏向領域３３２の各々には、周方向への傾斜角度θｗが周方向で連続的に変化している傾斜面３３３が形成されている。この面の形状は接線方向で２次関数となっており、１次微分で表される傾きが接線方向に対して連続して変化するようになっている。このように構成した透過型光偏向ディスク３１０を用いた光ビーム走査装置でも、透過型光偏向ディスク３１０に入射した光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０を透過する際に、傾斜面３３３で屈折されて、透過型光偏向ディスク３１０の接線方向に走査される。なお、図１７では傾斜面３３３が片側のみに傾斜している例であったが、放物線のＵ形状としてもよいし、ｓｉｎカーブにしてもよい。【０１２４】
また、図１６および図１７に示す透過型光偏向ディスク３１０の傾斜面に反射層を形成すれば、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク面に形成された反射型光偏向ディスクを構成できる。このような反射型光偏向ディスクの動作などは実施の形態４と同様であるため、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明に係る光ビーム走査装置では、光源装置から光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射する。このため、第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方では光偏向素子の小型化を図ることができる。従って、光偏向素子については、その生産性を高めることができるとともに、最新の微細化技術を利用して、例えば、走査点数を増大させることのできる光偏向素子を提供することができる。また、光偏向素子を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、光偏向素子を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることができる。
【図１】
2006059607.tif 000002
【図２】
2006059607.tif 000003
【図３】
2006059607.tif 000004
【図４】
2006059607.tif 000005
【図５】
2006059607.tif 000006
【図６】
2006059607.tif 000007
【図７】
2006059607.tif 000008
【図８】
2006059607.tif 000009
【図９】
2006059607.tif 000010
【図１０】
2006059607.tif 000011
【図１１】
2006059607.tif 000012
【図１２】
2006059607.tif 000013
【図１３】
2006059607.tif 000014
【図１４】
2006059607.tif 000015
【図１５】
2006059607.tif 000016
【図１６】
2006059607.tif 000017
【図１７】
2006059607.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月18日(2007.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、該光源装置から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構とを有する光ビーム走査装置において、
前記光源装置は、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射し、
前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、
前記光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、
当該複数の光偏向領域は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２】
請求項１において、前記光源装置は、発光源と、該発光源から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズとを備えていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項３】
請求項２において、前記発光源はレーザ発光素子であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項４】
請求項２において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射し、
前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が大きい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項５】
請求項２において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射し、
前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が小さい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項６】
請求項２において、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向および前記第２の方向の双方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項７】
請求項２において、前記発光源から前記収束光の合焦位置までの距離が１００ｍｍ以下であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項８】
請求項２において、前記レンズは、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、およびシリンドリカルレンズのうちのいずれかであることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項９】
請求項２において、前記レンズは、前記発光源側が正のパワーを備えた曲面であり、前記光偏向素子側が平面であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１０】
請求項２において、前記光源装置は、前記発光源と前記レンズとの間に前記発光源を装着可能な凹部を備えたホルダ状絞り部材を備え、
前記ホルダ状絞り部材における絞り開口の中心位置は、当該ホルダ状絞り部材の外形の中心位置と一致し、
前記凹部の中心位置は、前記発光源において前記凹部に装着される部分の外形の中心位置が発光点から偏芯している寸法分だけ、前記ホルダ状絞り部材の外形の中心位置から偏芯していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記レンズと前記絞り開口とは外径寸法が略一致していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１２】
請求項２において、前記レンズは、樹脂製であることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向ディスクとして透過型光偏向ディスクを有し、
前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する前記光偏向領域と異なる方向に屈折させて出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１４】
請求項１３において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１５】
請求項１３において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１６】
請求項１３において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割されていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１７】
請求項１３において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１８】
請求項１３において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１２のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向ディスクとして反射型光偏向ディスクを有し、
前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する前記光偏向領域と異なる方向に反射して出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２０】
請求項１９において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２１】
請求項１９において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２２】
請求項１９において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割されていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２３】
請求項１９において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【請求項２４】
請求項１９において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置から出射された光ビームを所定の方向に走査する光ビーム走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ビーム走査装置は、レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置や、バーコード読取装置、車間距離測定装置などに幅広く利用されている。画像形成装置に用いられる光ビーム走査装置としては、レーザダイオードなどのレーザ発光素子から出射された光ビームをポリゴンミラーにより周期的に偏向させ、感光体などの被走査面上を反復走査させる。測定装置では、光ビーム走査装置から出射された走査ビームが被照射物で反射した反射ビームを光検出器により受光することによって情報を検出する。このとき、反射ビームは、ポリゴンミラーによる走査角度に対応する入射角度で光検出器に向かうことになる。光偏向素子としては、ポリゴンミラーを回転させる以外に、揺動する反射板が用いられることがあり、この場合、反射板の揺動により光ビームを一定の角度範囲で走査する。
【０００３】
ここで、ポリゴンミラーや反射板に照射する光ビームは、光源から出射された光ビームをコリメートレンズで発散度合いをある程度、小さくした光である。このような光のポリゴンミラーや反射板への入射面積は、光ビーム反射面の有効径に相当し、このような有効径によりポリゴンミラーや反射板のサイズが決定される（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
なお、光ビーム走査装置では、レーザ発光素子とコリメートレンズとの間に絞りを配置している。また、光ビーム走査装置では、光ビームを走査角度に同期してパルス状に照射している。
【０００５】
しかしながら、従来の光ビーム走査装置においては、ポリゴンミラーに入射する光ビームの径がかなり大きいため、ミラーには、これ以上のサイズが求められる。このため、従来の光ビーム走査装置においては、ポリゴンミラーを小型化できないので、光ビーム装置を小型化できないとともに、ポリゴンミラーの生産性が低いという問題点がある。また、ポリゴンミラーを樹脂成形により製造しようとすると、ヒケが起こりやすく、生産性や歩留まりを向上させるのが困難である。さらに、ポリゴンミラーをモータで駆動する際、バランスがとりにくく、ジッタ特性を悪化させる原因となっている。
【０００６】
一方、反射板を揺動運動させる方式の中にはシリコンマイクロマシニング技術を利用してシリコン基板とねじりバネを用いて電磁力や静電力で駆動するものが提案されている。しかしながら、この技術は、微小領域を形成するのには有効であるが、従来のように、ビーム径が大きな光ビームを扱う場合には極めて高コストとなり、超小型反射板のメリットを生かせないという問題点がある。
【特許文献１】特開平１１−０１４９２２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６８０６号公報
【発明の開示】
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ポリゴンミラーを用いた場合よりもさらに小型化を図ることのできる光ビーム走査装置を提供することにある。
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明では、光源装置と、該光源装置から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構とを有する光ビーム走査装置において、前記光源装置は、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射し、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、当該複数の光偏向領域は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、光源装置は、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射するため、第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方では光偏向素子の小型化を図ることができる。従って、光偏向素子については、その生産性を高めることができるとともに、最新の微細化技術を利用して、例えば、走査点数を増大させることのできる光偏向素子を提供することができる。また、光偏向素子を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、光偏向素子を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることができる。また、本発明において、前記光偏向機構では、ディスク状の光偏向素子を用いたため、光ビーム走査装置の小型化を図ることができ、かつ、光偏向素子を樹脂成形により製造する場合にも、ヒケなどの問題が発生しにくい。
【００１０】
本発明において、前記光源装置は、例えば、発光源と、該発光源から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズとを備えている。
【００１１】
本発明において、前記発光源は、例えば、レーザ発光素子である。
【００１２】
本発明において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射する場合、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が大きい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることが好ましい。すなわち、発光源から出射される光ビームが楕円のファーフィールドパターンを有している場合には、長軸方向の光を収束させることが好ましく、光ビームが絞り部材によって整形されている場合には、その長径方向の光を収束させることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を効率よく行うことができる。
【００１３】
本発明において、前記レンズには、前記第１の方向と前記第２の方向で発散角の異なる光ビームが入射する場合、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第１の方向と前記第２の方向のうち、少なくとも発散角が小さい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させる構成を採用してもよい。
【００１４】
本発明において、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを前記第１の方向および前記第２の方向の双方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことが好ましい。このように構成すると、第１の方向および第２の方向のいずれの方向においても光偏向素子の小型化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、前記発光源から前記収束光の合焦位置までの距離が１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明において、前記レンズは、例えば、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、またはシリンドリカルレンズである。
【００１７】
本発明において、前記レンズは、前記発光源側が正のパワーを備えた曲面であり、前記光偏向素子側が平面であることが好ましい。レンズの出射面が平面であれば光源装置の出射面の側にレンズの出っ張りがないので、光源装置を光ビーム装置に組み込む際、レンズの出射面を傷つけることがない。
【００１８】
本発明において、前記光源装置は、前記発光源と前記レンズとの間に前記発光源を装着可能な凹部を備えたホルダ状絞り部材を備える場合がある。この場合、前記ホルダ状絞り部材における絞り開口の中心位置は、当該ホルダ状絞り部材の外形の中心位置と一致し、前記凹部の中心位置は、前記発光源において前記凹部に装着される部分の外形の中心位置が発光点から偏芯している寸法分だけ、前記ホルダ状絞り部材の外形の中心位置から偏芯していることが好ましい。
【００１９】
本発明において、前記レンズと前記絞り開口とは外径寸法が略一致していることが好ましい。このように構成すると、絞りとレンズとの光軸調整を容易に行うことができる。
【００２０】
本発明において、前記レンズは、樹脂製であることが好ましい。発光源をパルス発光させれば発熱が極めて小さいので、樹脂製のレンズを用いることができ、このような樹脂製のレンズであれば、樹脂成形により安価に製造できる。
【００２１】
本発明においては、前記光偏向ディスクとして透過型光偏向ディスクを用いることができる。この場合、前記透過型光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に屈折させて出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射する。
【００２２】
本発明においては、前記光偏向ディスクとして反射型光偏向ディスクを用いることができる。この場合、前記反射型光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に反射して出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射する。
【００２３】
このような光偏向ディスクを備えた光ビーム走査装置において、前記傾斜面は、例えば、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化していることが好ましい。
【００２４】
また、本発明において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化している構成を採用してもよい。
【００２５】
本発明において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割されていることが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記光偏向素子として前記光偏向ディスクを用いた場合、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査を行うことができる。
【００２７】
本発明において、前記光偏向素子として前記光偏向ディスクを用いた場合、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査だけでなく、一次元の光走査も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の参考例に係る光ビーム走査装置において光源装置から出射された光がポリゴンミラーに照射された状態を示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の参考例および各実施の形態に係る光ビーム走査装置に用いた光源装置から出射される光ビームの第１の方向での状態を示す説明図、および第２の方向での状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の参考例および各実施の形態に係る光ビーム走査装置において光ビームの収束方向とポリゴンミラーとの方向関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明の参考例および各実施の形態に係る光源装置に用いた絞り部材および発光源の分解断面図、絞り部材の端面図、絞り開口の説明図、および別の絞り開口の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。
【図７】図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。
【図８】図５に示す光ビーム走査装置の透過型光偏向ディスクを示す上面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図８に示す透過型光偏向ディスクのＸ−Ｘ断面の断面図、Ｙ−Ｙ断面の断面図、およびＺ−Ｚ断面の断面図である。
【図１０】図８に示す透過型光偏向ディスクの傾斜面に傾斜角度が０°の傾斜面が含まれている場合の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。
【図１２】図１１に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る透過型光偏向ディスクを示す上面図である。
【図１４】図１３に示す透過型光偏向ディスクのＷ−Ｗ断面を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ、１ｂ、１ｃ  光ビーム走査装置
１０  光源装置
２０  発光源
３０  レンズ
４０  絞り部材
２００、３００、４００  光偏向機構
２１０  ポリゴンミラー（光偏向素子）
３１０  透過型光偏向ディスク（光偏向素子）
４１０  反射型光偏向ディスク（光偏向素子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
［参考例］
（全体構成）
図１は、本発明の参考例に係る光ビーム走査装置において光源装置から出射された光がポリゴンミラーに照射された状態を示す説明図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の参考例および後述する各実施の形態に係る光ビーム走査装置に用いた光源装置から出射される光ビームの第１の方向での状態を示す説明図、および第２の方向での状態を示す説明図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の参考例および後述する各実施の形態に係る光ビーム走査装置において光ビームの収束方向とポリゴンミラーとの方向関係を示す説明図である。
【００３２】
図１に示すように、本形態の光ビーム装置１ａは、例えば、８８０ｎｍのレーザ光を出射する光源装置１０と、この光源装置１０から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構２００とを有している。本形態において、光偏向機構２００は、光偏向素子としてのポリゴンミラー２１０と、このポリゴンミラー２１０を軸線Ｌ２１０周りに回転させるモータ（図示せず）からなる駆動機構とを有している。
【００３３】
ポリゴンミラー２１０を用いた光偏向機構２００については、周知の構成のものを用いることができるので、その説明を省略する。光源装置１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザダイオード（レーザ発光素子）からなる発光源２０と、この発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（例えば、垂直方向）および第２の方向（例えば、水平方向）のうちの少なくとも一方でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズ３０とを有している。
【００３４】
レンズ３０としては、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。本形態において、レンズ３０は、図２（ａ）に示すように、光軸方向に直交する第１の方向では、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導き、図２（ｂ）に示すように、光軸方向および第１の方向に直交する第２の方向では発散光の状態でポリゴンミラー２１０の反射面２１１に導いている。
【００３５】
ここで、光源装置１０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように絞り部材４０を有している。従って、本形態の光ビーム装置１ａでは、発光源２０から出射された光ビームは、例えば、以下の値
第１の方向（垂直方向）
発光源２０から出射された光ビームの放射角＝２６°
絞り部材４０から出射された光ビームの放射角＝１２．９°
レンズ３０から出射された光ビームの放射角＝０．５２°
第２の方向（水平方向）
発光源２０から出射された光ビームの放射角＝１１°
絞り部材４０から出射された光ビームの放射角＝５．４９°
レンズ３０から出射された光ビームの放射角＝２．８°
をとる。それ故、レンズ３０は、第１の方向および第２の方向のうち、発光源２０から出射された光ビームにおいて発散角が大きい方で合焦させている。なお、レンズ３０は、第１の方向および第２の方向のうち、発光源２０から出射された光ビームにおいて発散角が小さい方で合焦させる構成を採用することもある。
【００３６】
このように構成した光ビーム装置１ａにおいて、光源装置１０から出射された光ビームは、図３（ａ）に示すように、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１に横長のスポットとして照射され、ポリゴンミラー２１０によって矢印Ｌ１で示す方向に走査される。すなわち、光源装置１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２１０の軸線Ｌ２１０（回転中心軸線）と平行な方向でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する光ビームであり、矢印Ｌ１で示す走査方向に延びた光ビームが、矢印Ｌ１で示す方向に走査される。
【００３７】
このような構成によれば、ポリゴンミラー２１０の反射面では、それに入射する光ビームが第１の方向で略合焦しているので、反射面２１１に形成されるスポットの上下幅が従来技術に比べて狭い。それ故、ポリゴンミラー２１０として薄型のものを用いることができる。また、一次元の光走査を行うことができる。
【００３８】
これに対して、図２（ａ）、（ｂ）に示す形態とは反対に、図３（ｂ）に示すように、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）では発散光の状態でポリゴンミラー２１０の反射面２１１に導き、光軸方向に直交する第２の方向（水平方向）ではポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、光源装置１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１に縦長のスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査されることになる。すなわち、光源装置１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２１０の軸線Ｌ２１０（回転中心軸線）と直交する方向でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する光ビームであり、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向に延びた光ビームが、矢印Ｌ１で示す方向に走査される。
【００３９】
このような構成によれば、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１では、それに入射する光ビームが第２の方向で略合焦しているので、反射面に形成されるスポットの横幅が従来技術に比べて狭い。従って、ポリゴンミラー２１０として外形寸法の小さなものを用いることができる。また、ポリゴンミラー２１０からは、縦長の光ビームが出射され、かかる光ビームは、ポリゴンミラー２１０の回転により、矢印Ｌ１で示す方向に走査される。それ故、光ビーム装置１ａを監視用として用いた場合、２次元の光走査を行うことができるとともに、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利点がある。
【００４０】
また、図３（ｃ）に示すように、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、ポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合、すなわち、ポリゴンミラー２１０に入射する光が、ポリゴンミラー２１０の軸線Ｌ２１０（回転中心軸線）に対して直交する方向および平行方向の双方でポリゴンミラー２１０の反射面２１１あるいはその近傍で合焦する光ビームになっている場合には、極めて小さなスポットとして照射される。それ故、ポリゴンミラー２１０としては薄くて、外形寸法の小さなものを用いることができる。また、２次元の光走査に加えて、一次元の光走査も行うことができる。
【００４１】
このように本形態の光ビーム走査装置１ａでは、ポリゴンミラー２１０の小型化を図ることができるため、ポリゴンミラー２１０として安価なものを用いることができる。また、ポリゴンミラー２１０を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、ポリゴンミラー２１０を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ａの大幅な小型化を図ることができる。
【００４２】
（光源装置の詳細説明）
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明の参考例および各実施の形態に係る光源装置に用いた絞り部材および発光源の分解断面図、絞り部材の端面図、絞り開口の説明図、および別の絞り開口の説明図である。
【００４３】
本形態で用いた光源装置１０は、発光源２０とレンズ３０との間に絞り部材４０を備えている。この絞り部材４０は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、発光源２０を装着可能な凹部４１を備えたホルダ状絞り部材であり、その前端面の中央に絞り開口４２が形成されている。ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すレンズ３０は、絞り部材４０の絞り開口４２と同一サイズの外径寸法を有しており、レンズ３０は、絞り開口４２と重なるように絞り部材４０に取り付けられている。
【００４４】
絞り部材４０における絞り開口４２の中心位置は、絞り部材４０の外形の中心位置と一致している。また、発光源２０がＣＡＮタイプの半導体レーザであれば、その円筒ケース部分２１が絞り部材４０の凹部４１に装着される。ここで、ＣＡＮタイプの半導体レーザの場合、レーザチップ２５はサブマウント２６を介して基板２７に搭載されているので、円筒ケース部分２１の外形の中心位置は、発光点２２からみて偏芯している。そこで、本形態では、凹部４１の中心位置については、発光源２０において円筒ケース部分２１の外形の中心位置が発光点２２から偏芯している寸法分Δｔだけ、絞り部材４０の外形の中心位置から偏芯させてある。発光源２０において、円筒ケース部分２１の先端側開口は透明カバー２９で覆われ、背面側には配線基板２８が取り付けられている。
【００４５】
絞り部材４０における円筒部分４３の端面には、絞り部材４０に発光源２０を保持させる際の角度位置を合わせるための位置合わせ穴４４が形成されている。従って、絞り部材４０の凹部４１に発光源２０の円筒ケース部分２１を装着するだけで、絞り部材４０の絞り開口４２の中心位置を発光源２０の発光点２２からの光軸に一致させることができ、この状態で、発光源２０の発光点２２の位置（絞り部材４０の絞り開口４２の中心位置）は、絞り部材４０の外形の中心位置と一致することになる。
【００４６】
従って、本形態では、絞り部材４０の外形を基準に光源装置１０を光ビーム走査装置１ａに搭載するだけで、発光源２０の発光点２２の位置を高い精度で設定することができる。
【００４７】
また、本形態の光源装置１０では、絞り部材４０およびレンズ３０が発光源２０において円筒ケース部分２１に一体に取り付けられているので、光源装置１０の全長は、円筒ケース２１の長さ寸法＋２ｍｍ程度と小型である。
【００４８】
また、発光源２０にレンズ３０を近づけてあるため、レンズ３０の有効径が小さくてよい。それ故、レンズ３０として安価なものを用いることができる。さらに、発光源２０にレンズ３０を近づけてあるため、焦点距離が短い。従って、光源装置１０とポリゴンミラー２００との距離を１００ｍｍ以下、例えば、本形態では、５０ｍｍ程度にまで短くできるので、光ビーム走査装置１ａの小型化を図ることができる。
【００４９】
また、本形態において、レンズ３０は、発光源２０側が正のパワーを備えた非球面（曲面）であり、ポリゴンミラー２１０側が平面である。従って、光源装置１０の出射面には、レンズ３０の出っ張りがないので、光源装置１０を光ビーム走査装置１ａに組み込む際、レンズ３０の出射面を傷つけることがない。
【００５０】
しかも、レンズ３０として非球面レンズを用いたため、トーリックレンズと違って回転対称であるため、光軸合わせが容易であり、かつ、回転調整を行う必要がないという利点がある。
【００５１】
また、本形態において、発光源２０はパルス駆動されることから、発熱が極めて小さい。従って、レンズ３０として、樹脂製のレンズを用いることができ、このような樹脂製のレンズであれば、非球面レンズであっても樹脂成形により安価に製造できる。
【００５２】
上記形態では、絞り部材４０の絞り開口４２は丸穴であったが、図４（ｃ）に示すような長穴であってもよく、図４（ｄ）に示すような矩形穴であってもよい。ここで、図４（ｃ）に示すような長穴からなる絞り開口４２をエンドミルで形成する場合には、絞り開口４２が形成される絞り部材４０の前端面４５は肉薄であることが好ましい。また、図４（ｄ）に示すような矩形穴からなる絞り開口４２については、放電加工により形成することができる。
【００５３】
なお、レンズ３０は、正のパワーを有する非球面レンズの他、トーリックレンズ、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。また、レンズ３０の一方の面が平面である場合、平面を発光源２０の側に向けてレンズ３０を配置してもよい。
【００５４】
［実施の形態１］
図５は、本発明の実施の形態１に係る光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図である。図６は、図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。図７は、図５に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。
【００５５】
図５、図６および図７に示す光ビーム走査装置１ｂは、図２および図４を参照して説明した光源装置１０と、この光源装置１０から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構３００とを有している。本形態において、光偏向機構３００は、光偏向素子としての透過型光偏向ディスク３１０と、この透過型光偏向ディスク３１０を軸線周りに回転させるモータ３５０からなる駆動機構とを有している。また、光ビーム走査装置１ｂは、光源装置１０から出射された光ビームを透過型光偏向ディスク３１０へ向けて立ち上げるミラー３０５と、透過型光偏向ディスク３１０の回転位置を検出する位置検出手段としての光学式エンコーダ３０６とを備えている。
【００５６】
本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、透過型光偏向ディスク３１０を回転させた状態で、光源装置１０から出射された光ビームを透過型光偏向ディスク３１０に入射させ、透過型光偏向ディスク３１０で光ビームを屈折させることで、光ビームを所定の方向に走査する。駆動モータ３５０とミラー３０５と光学式エンコーダ３０６はフレーム３０８に直接配設され、光源装置１０はホルダ３０９を介してフレーム３０８に配設されている。
【００５７】
このように構成した光ビーム走査装置１ｂにおいて、光源装置１０からは、図６に示すように、駆動モータ３５０の軸に直交する平面、言い換えると、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に対して平行方向に向かって光ビームが出射される。ここで、ミラー３０５は、光源装置１０から出射された光ビームを駆動モータ３５０の軸方向に立ち上げて透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に対して略直交するように入射させるミラーである。ミラー３０５は、例えば、全反射ミラーであり、光源装置１０の出射側に配設されている。駆動モータ３５０は、高速回転可能なブラシレスモータであり、例えば１００００（ｒｐｍ）程度の回転が可能に構成されている。なお、駆動モータ３５０はブラシレスモータには限定されず、ステッピングモータなど、種々のモータを適用することができる。また、ミラー３０５を省略して光源装置１０から出射された光を直接、透過型光偏向ディスク３１０に導いてもよい。
【００５８】
本形態において、透過型光偏向ディスク３１０は、中心に中心孔３１９が形成されており、この中心孔３１９が駆動モータ３５０の回転子に固定されている。従って、透過型光偏向ディスク３１０は、駆動モータ３５０の軸（透過型光偏向ディスク３１０の中心）を中心に回転駆動される。透過型光偏向ディスク３１０の詳細な構成については後述する。
【００５９】
光学式エンコーダ３０６は、駆動モータ３５０の軸方向で透過型光偏向ディスク３１０と対向するように配設されている。光学式エンコーダ３０６と対向する透過型光偏向ディスク３１０の対向面には、図示を省略する格子が形成されており、この格子を光学式エンコーダ３０６が検出することで、透過型光偏向ディスク３１０の回転位置の検出が行われている。本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、光学式エンコーダ３０６の検出結果に基づいて駆動モータ３５０の回転動作が制御されるようになっている。また、光学式エンコーダ３０６の検出結果に基づいて光源装置１０の発光源であるレーザダイオードの発光動作が制御されるようになっている。なお、透過型光偏向ディスク３１０の角度位置の検出には、光学式エンコーダ３０６に代えて、フォトカプラや磁気センサを用いてもよい。
【００６０】
（透過型光偏向ディスクの構成）
図８は、図５に示す光ビーム走査装置において用いた透過型光偏向ディスクを示す上面図である。図９は、図６に示す透過型光偏向ディスクの断面を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、Ｘ−Ｘ断面の断面図、Ｙ−Ｙ断面の断面図、Ｚ−Ｚ断面の断面図である。図１０は、図８に示す透過型光偏向ディスクの傾斜面に傾斜角度が０°の傾斜面が含まれている場合の説明図である。
【００６１】
図６、図７および図８に示すように、透過型光偏向ディスク３１０は、中央に中心孔３１９を備える扁平な円盤状に形成されており、本形態では、透明な樹脂で形成されている。透過型光偏向ディスク３１０は、中心孔３１９を中心として円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３３２ａ、３３２ｂ、・・・（以下、光偏向領域３３２とする）を備えており、光偏向領域３３２は、中心孔３１９を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。
【００６２】
光偏向領域３３２の数は、光ビーム走査の走査点数によって決まるが、本形態では、２０１個の光偏向領域３３２が形成されている。従って、例えば、光ビームの走査範囲を±１０°とした場合には、光ビームの走査の分解能は０．１°となる。また、例えば、光ビームが透過する位置における透過型光偏向ディスク３１０の径を４０ｍｍとすると、１つの光偏向領域３３２の光ビームの透過位置での円周方向幅は、０．６３ｍｍになる。なお、図７および図８では、説明の便宜上、光偏向領域３３２の数を減らして図示している。
【００６３】
光偏向領域３３２のそれぞれには、入射された光ビームを屈折させる傾斜面３３３が径方向に傾斜するように形成されている。本形態では、傾斜面３３３は、透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面（図５、図６および図７における上面）にのみ全周にわたって形成され、入射側の面（図５、図６および図７における下面）は、駆動モータ３５０の軸に直交する平面状に形成されている。
【００６４】
傾斜面３３３は、光偏向領域３３２のそれぞれにおいて一定角度を持って形成されている。さらに、図７および図９に示すように、傾斜面３３３は、複数の光偏向領域３３２の各々で半径方向に向かって傾斜しているため、各光偏向領域３３２の径方向の断面は楔形状に形成されている。より具体的には、各光偏向領域３３２の径方向の断面は、内周側と外周側を平行とする台形状に形成されている。また、傾斜面３３３の傾斜角度は、周方向に並ぶ複数の光偏向領域３３２の各々で連続的に変化している。なお、複数の傾斜面３３３には、図１０に示す傾斜面３３３ｅのように、傾斜角度が０°のものも含まれていてもよい。
【００６５】
本形態では、傾斜面３３３の傾斜角度をθｗ、透過型光偏向ディスク３１０から出射される光ビームの走査角度をθｓ（図６参照）、透過型光偏向ディスク３１０の屈折率をｎとしたとき、
ｓｉｎ（θｗ＋θｓ）＝ｎ・ｓｉｎθｗ
の関係を満足するように、傾斜面３３３が形成されている。ここで、ｎは透過型光偏向ディスク３１０を構成する材料の屈折角であり、例えば、ｎ＝１．５１８６２とすると、走査角度θｓを１０°とする場合には、傾斜角度θｗを１８．０２°とすればよい。
【００６６】
さらに、本形態では、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっている。例えば、図９（ａ）から（ｃ）に示すように、隣接する光偏向領域３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃのそれぞれの傾斜面３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃの傾斜角度θｗａ、θｗｂ、θｗｃが次第に増加するようになっている。
【００６７】
また、透過型光偏向ディスク３１０の全周でみた場合には、図１０に示すように、光偏向領域３３２ｄの傾斜面３３３ｄは内周に向かって傾斜し、光偏向領域３３２ｆの傾斜面３３３ｆは外周に向かって傾斜している。そして、光偏向領域３３２ｄと光偏向領域３３２ｆとの間には、その傾斜面３３３ｅの傾斜角度が０°となる光偏向領域３３２ｅが存在する。すなわち、内周に向かう傾斜角、および外周に向かう傾斜角をそれぞれ、正の傾斜角、および負の傾斜角とした場合、傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、円周方向で、正の傾斜角から次第に減少して負の傾斜角となり、その後、さらに傾斜角が次第に減少して１周すると、正の傾斜角に戻るようになっている。なお、正の傾斜角から次第に減少して負の傾斜角となり、その後、逆に負の傾斜角から次第に増加して正の傾斜角となるように、正の傾斜角と負の傾斜角が円周方向で繰り返すように傾斜面３３３を形成してもよい。また、透過型光偏向ディスク３１０には、薄膜あるいは微細構造などによって反射防止処理を施してもよい。
【００６８】
（透過型光偏向ディスクの製造方法）
透過型光偏向ディスク３１０は、透明な樹脂を直接、切削などの超精密加工で製造してもよいし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造してもよい。以下、透過型光偏向ディスク３１０を直接、切削加工する場合を説明するが、金型を切削する場合も同様である。
【００６９】
透過型光偏向ディスク３１０は、フライカットあるいはシェイパーカットで切削加工される。本形態では、傾斜面３３３が径方向に傾斜するように形成されていることから、切削加工に用いる刃先の進む方向を透過型光偏向ディスク３１０の径方向に設定する。より具体的には、透過型光偏向ディスク３１０の中心から外周側に向かって、あるいは外周側から中心に向かって、刃先の進む方向を設定する。
【００７０】
そして、軸方向に透過型光偏向ディスク３１０の素材を送りながら切削加工をして、１つの光偏向領域３３２の傾斜面３３３を形成する。その後、透過型光偏向ディスク３１０を円周方向に所定の角度回転させ、同様に、軸方向に透過型光偏向ディスク３１０の素材を送りながら切削加工をして、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３を形成する。この動作を１周分、繰り返すことで、透過型光偏向ディスク３１０が形成される。なお、透過型光偏向ディスク３１０の素材の軸方向の送りはＮＣデータ上で設定されており、これによって、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗが次第に増加または減少するように、傾斜面３３３が形成されていく。
【００７１】
（光ビームの走査方法）
以上のように構成された光ビーム走査装置１ｂにおける光ビームの走査方法を以下に説明する。
【００７２】
まず、駆動モータ３５０によって、透過型光偏向ディスク３１０は、所定の回転数で回転する。この状態で、光源装置１０からレーザ光が出射され、この光ビームはミラー３０５によって立ち上げられて、透過型光偏向ディスク３１０の入射側の面に、略直交するように入射する。より具体的には、１つの光偏向領域３３２の周方向幅の中心位置に向かって入射する。
【００７３】
ここで、透過型光偏向ディスク３１０に入射する光ビームの有効径は、１つの光偏向領域３３２の周方向における幅寸法以下であることが望ましい。以下では、説明の便宜上、透過型光偏向ディスク３１０に入射する光ビームの有効径は、１つの光偏向領域３３２の周方向幅以下であるとする。
【００７４】
透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に入射した光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０を透過する際に、傾斜面３３３で屈折されて出射される。例えば、図６に示すように、ある光偏向領域３３２で走査角度θｓ１の方向に屈折されて出射される。ここで、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、上述のとおり、次第に増加または減少するようになっているため、隣接する光偏向領域３３２では、例えば、走査角度θｓ１と０．１°の角度差がある走査角度θｓ２の方向に屈折されて出射される。従って、０．１°間隔で光ビームが順次出射されて、所定の走査範囲が走査される。その際、図１０に示す光偏向領域３３２ｅでは、光ビームは屈折せずに出射される。
【００７５】
このような光走査を行う際、光学式エンコーダ３０６による透過型光偏向ディスク３１０の回転位置の検出結果に基づいて駆動モータ３５０の回転動作及び光源装置１０の発光源の発光動作が制御される。すなわち、光学式エンコーダ３０６での検出結果に基づいて、光源装置１０から発光されたレーザ光が１つの光偏向領域３３２の周方向の中心位置に向かって入射するように、駆動モータ３５０の回転及び発光源の発光タイミングが制御される。
【００７６】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、駆動モータ３５０を回転させた状態で、光源装置１０から出射したレーザ光を透過型光偏向ディスク３１０に入射させ、透過型光偏向ディスク３１０で光ビームを屈折させて、光ビームを所定の方向に走査している。すなわち、屈折機能によって光ビームを走査している。そのため、屈折角が互いに異なる傾斜面３３３を円周方向に多数形成することで、透過型光偏向ディスク３１０を１回転させれば、所定の走査範囲を走査することができる。ここで、１つの走査角度へ光ビームを出射させるために１つの屈折角度θｗを有する傾斜面３３３を透過型光偏向ディスク３１０に形成すればよく、回折機能を備えた偏向ディスクのように１つの走査角度へ光ビームを出射させるために複数の格子溝を設ける必要がない。従って、光ビームの走査の分解能を上げていった場合であっても、透過型光偏向ディスク３１０の径を小さくすることができ、その結果、装置の小型化を図ることができる。さらに、透過型光偏向ディスク３１０は扁平な円盤状であるため、装置の薄型化を図ることも可能である。なお、上述した例では、光偏向領域３３２の光ビームの透過位置での円周方向幅は、０．６３ｍｍであるから、傾斜面３３３を十分に形成することが可能である。
【００７７】
また、本形態でも、参考例に用いた光源装置と同様、光源装置１０では、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する２方向のうちの少なくとも一方では透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導く。
【００７８】
従って、光源装置１０から出射された光ビームは、図７に示すように、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して半径方向（矢印Ｌ３で示す方向）に延びるスポットとして照射され、透過型光偏向ディスク３１０の周方向（矢印Ｌ２で示す方向）では幅が狭い。それ故、小型の透過型光偏向ディスク３１０であっても多数の光偏向領域３３２を形成することができる。
【００７９】
また、光源装置１０において、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、極めて小さなスポットとして照射される。それ故、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができるとともに、一次元の光走査を行うことができる。
【００８０】
なお、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して半径方向に延びるスポットとして照射される構成を採用してもよい。この場合、透過型光偏向ディスク３１０に入射する光ビームの有効径が１つの光偏向領域３３２の周方向幅以上であり、複数の光偏向領域３３２に跨って入射することがある。このような場合でも、光ビームを入射させたい光偏向領域３３２に隣接する光偏向領域３３２（さらには、これに隣接する光偏向領域３３２）に入射した光ビームは、光ビームを入射させたい光偏向領域３３２を透過した光ビームとは離れる方向に向かって、出射されていくため、ノイズの原因になることはない。
【００８１】
これらいずれの場合でも、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、透過型光偏向ディスク３１０を駆動するモータ３５０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ｂの大幅な小型化を図ることができる。
【００８２】
ここで、発光源２０は、直交する２方向で発散角が異なる光ビームを出射しており、かつ、レンズ３０から出射された光ビームは、直交する２方向で焦点位置が相違するため、図７に示すように、光源装置１０の出射方向における手前側では縦長のスポットであるが、出射方向における遠方では横長のスポットとなる。従って、図７に示すように、光源装置１０から出射された光ビームによって、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に縦長のスポットを形成し、幅の狭い方向が透過型光偏向ディスク３１０の周方向（矢印Ｌ２で示す方向）に向くように構成すると、透過型光偏向ディスク３１０からは、周方向で発散角が大きい横長の光ビームが出射される。かかる光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０の回転により、半径方向（矢印Ｌ３で示す方向）に走査されることになる。それ故、光ビーム装置１を監視用として用いた場合、２次元の光走査を行うことができるとともに、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利点がある。
【００８３】
また、本形態で用いた透過型光偏向ディスク３１０では、その屈折作用を利用しており、屈折角は、入射する光ビームの波長の影響をほとんど受けない。そのため、透過型光偏向ディスク３１０を用いた本形態の光ビーム走査装置１ｂでは、安定した強度の光ビームを走査することができる。さらに、透過型光偏向ディスク３１０は温度変動があっても、温度変動による透過率の変動は、回折効率の変動に比してわずかである。従って、温度変動の影響をあまり受けることなく安定した強度の光ビームを走査することができる。
【００８４】
本形態では、光源装置１０から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク３１０を透過するように構成されている。そのため、駆動モータ３５０で回転させた透過型光偏向ディスク３１０に回転ぶれや面ぶれが生じても屈折角はほとんど変化しない。そのため、光ビームの走査ジッタが良好になる。
【００８５】
本形態では、透過型光偏向ディスク３１０は、円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３３２から構成され、光偏向領域３３２のそれぞれに、入射された光ビームを屈折させる傾斜面３３３が形成されている。そのため、簡易な構成で透過型光偏向ディスク３１０を形成することができる。
【００８６】
また、光偏向領域３３２のそれぞれには一定角度の傾斜面３３３が形成されるとともに、隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３の傾斜角度θｗは、次第に増加または減少するようになっている。そのため、簡易な構成で、各走査角度θｓに順次、光ビームを出射することができる。さらに、光偏向領域３３２は、中心孔３１９を中心として、略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。そのため、駆動モータ３５０の回転数が一定であれば、光源装置１０からは、一定間隔でパルス状の光ビームを出射すればよいので、発光源の制御が容易である。
【００８７】
本形態では、傾斜面３３３が、透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面にのみ形成されており、入射側の面は平面状に形成されている。そのため、金型を用いて透過型光偏向ディスク３１０を製造する場合には、金型の駒加工が１面のみでよいため、金型の製作が容易になる。また、透明な樹脂を直接、切削加工して製造して透過型光偏向ディスク３１０を製造する場合には、入射側の面が平面状であるため、素材を固定しやすく、加工が容易になる。
【００８８】
本形態では、透過型光偏向ディスク３１０には、反射防止処理が施されている。そのため、光源装置１０の出力のばらつきの原因となり得る発光源への戻り光を少なくすることができる。また、透過率が向上するため光源装置１０からの光量のロスを低減させることができる。なお、光ビーム走査装置１ｂが使用される上位装置で要求される光量が得られるのであれば、透過型光偏向ディスク３１０に反射防止処理を施す必要はない。この場合には、透過型光偏向ディスク３１０の構成を簡素化でき、その製造が容易になる。
【００８９】
本形態では、透過型光偏向ディスク３１０は樹脂で形成されている。そのため、透過型光偏向ディスク３１０は生産性に優れ、また、光ビーム走査装置１ｂの軽量化、低コスト化が可能である。なお、例えば±５０℃程度の温度変動があっても、走査角度θｓの変動率は１％以下であり、走査性能への影響はほとんどない。
【００９０】
本形態では、光源装置１０から発光された光ビームが１つの光偏向領域３３２の周方向幅の中心位置に向かって入射するように、駆動モータ３５０の回転及び発光源の発光タイミングが制御されている。そのため、発光源の発光タイミングと透過型光偏向ディスク３１０の回転位置との同期を正確に取ることができ、適切な光ビームの走査を行うことができる。
【００９１】
［実施の形態２］
上記の実施の形態１では、入射したレーザ光を半径方向に走査したが、図１１および図１２に示すように、透過型光偏向ディスク３１０の接線方向に走査する場合には、以下のように構成すればよい。以下、本形態の構成を説明するが、その基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００９２】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光ビーム走査装置の構成図である。図１２は、図１１に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。図１３は、本発明の実施の形態２に係る光ビーム走査装置発明に用いた透過型光偏向ディスクを示す上面図である。図１４は、図１３に示す透過型光偏向ディスクのＷ−Ｗ断面を示す断面図である。
【００９３】
図１１および図１２に示す光偏向機構３００で用いた透過型光偏向ディスク３１０には、図１３および図１４に示すように、透過型光偏向ディスク３１０を構成する光偏向領域３３２のそれぞれには、一定角度で円周方向に傾斜する傾斜面３３３が形成されている。この形態でも、傾斜面３３３は、透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面にのみ形成されている。ここで、傾斜面３３３は、複数の光偏向領域３３２の各々で周方向に向かって傾斜しており、各光偏向領域３３２の断面は楔形状になっている。このため、各光偏向領域３３２の断面は、隣接する光偏向領域３３２との隣接面を平行とする台形状に形成されている。また、傾斜面３３３の傾斜角度は、周方向に並ぶ複数の光偏向領域３３２の各々で連続的に変化している。本形態でも、傾斜面３３３には、傾斜角度が０°のものが含まれていてもよい。
【００９４】
ここで、傾斜面３３３の傾斜角度をθｗ、透過型光偏向ディスク３１０から出射される光ビームの走査角度をθｓ、透過型光偏向ディスク３１０の屈折率をｎとしたとき、
ｓｉｎ（θｗ＋θｓ）＝ｎ・ｓｉｎθｗ
の関係を満足するように、傾斜面３３３が形成されている点、また、図１４に示すように、隣接する光偏向領域３３２ｇ、３３２ｈ、３３２ｉのそれぞれの傾斜面３３３ｇ、３３３ｈ、３３３ｉの傾斜角度θｗｇ、θｗｈ、θｗｉが、次第に増加するようになっている点は、上述した実施の形態１と同じである。なお、複数の傾斜面３３３には、図１４に示す傾斜方向と反対側に向かって傾斜する傾斜面３３３が含まれていてもよい。例えば、図１４において、中心より左側の傾斜面３３３を左下がりの傾斜面とし、中心より右側の傾斜面を右下がりとしてもよい。
【００９５】
このように、円周方向に傾斜する傾斜面３３３を備えた透過型光偏向ディスク３１０は、上述した形態と同様に、透明な樹脂を直接、切削などの超精密加工で製造してもよいし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造してもよい。切削加工で、透過型光偏向ディスク３１０あるいは、金型を製造する場合には、切削加工に用いる刃先の進む方向を透過型光偏向ディスク３１０の径方向に設定して、１つの傾斜面３３３を形成するとともに、刃先の傾き方向を変えつつ、透過型光偏向ディスク３１０を円周方向に所定の角度回転させて隣接する光偏向領域３３２の傾斜面３３３を形成すればよい。
【００９６】
また、本形態でも、参考例に用いた光源装置と同様、光源装置１０では、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のうちの一方では透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことができる。
【００９７】
従って、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、図１２に示すように、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して半径方向（矢印Ｌ３で示す）に延びるスポットとして照射され、半径方向に走査されることになる。従って、小型の透過型光偏向ディスク３１０であっても多数の光偏向領域３３２を形成することができる。
【００９８】
また、光源装置１０において、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、透過型光偏向ディスク３１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、極めて小さなスポットとして照射される。それ故、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができ、かつ、一次元の光走査を行うことができる。
【００９９】
さらに、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、透過型光偏向ディスク３１０の光偏向領域３３２に対して周方向（矢印Ｌ２で示す）に延びるスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査される構成を採用してもよい。
【０１００】
これらいずれの場合でも、透過型光偏向ディスク３１０の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、透過型光偏向ディスク３１０を駆動するモータ３５０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ｂの大幅な小型化を図ることができる。
【０１０１】
ここで、発光源２０は、直交する２方向で発散角が異なる光ビームを出射しており、かつ、レンズ３０から出射された光ビームは、直交する２方向で焦点位置が相違するため、図１２に示すように、光源装置１０の出射方向における手前側では縦長のスポットであるが、出射方向における遠方では横長のスポットとなる。従って、図１２に示すように、光源装置１０から出射された光ビームによって、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に横長のスポットを形成し、幅の狭い方向が透過型光偏向ディスク３１０の周方向（矢印Ｌ３で示す）に向くように構成すると、透過型光偏向ディスク３１０からは、半径方向（矢印Ｌ２で示す）で発散角が大きい横長の光ビームが出射され、かかる光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０の回転により、周方向に走査されることになる。それ故、光ビーム装置１を監視用として用いた場合、２次元の光走査を行うことができるとともに、矢印Ｌ１で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利点がある。
【０１０２】
［実施の形態３］
上述した形態１、２では、発光源２から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク３１０を透過するように構成されていたが、図１５に示す光ビーム走査装置１ｃのように、光源装置１０から出射された光ビームが、光偏向機構４００の反射型光偏向ディスク４１０で反射されるように構成してもよい。この場合には、例えば、図８、図９を参照して説明した光偏向ディスク３１０の上面、あるいは図１３、図１４を参照して説明した光偏向ディスク３１０の上面を反射面にしたものを反射型光偏向ディスク４１０として用いればよい。また、図１５に光の進行方向を一点鎖線で示すように、光源装置１０から出射された光ビームが、光偏向機構４００の反射型光偏向ディスク４１０の下面で反射されるように構成してもよい。この場合には、偏向ディスク３１０の下面に反射性の傾斜面を形成すればよい。また、図１５に光の進行方向を一点鎖線で示すように、光源装置１０から出射された光ビームが、光偏向機構４００の反射型光偏向ディスク４１０の上面で屈折され、かつ、下面で反射されるように構成してもよい。この場合には、例えば、図８、図９を参照して説明した光偏向ディスク３１０の下面、あるいは図１３、図１４を参照して説明した光偏向ディスク３１０の下面を反射面にしたものを反射型光偏向ディスク４１０として用いればよい。
【０１０３】
このように構成した場合も、参考例に用いた光源装置と同様、光源装置１０では、レンズ３０が、発光源２０から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のうちの一方では反射型光偏向ディスク４１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導くことができる。このため、光源装置１０から出射された光ビームは、例えば、反射型光偏向ディスク４１０の光偏向領域に対して半径方向に延びるスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査されることになる。従って、小型の反射型光偏向ディスク４１０であっても多数の光偏向領域を形成することができる。また、光源装置１０において、レンズ３０が光軸方向に直交する第１の方向（垂直方向）および第２の方向（水平方向）のいずれにおいても、反射型光偏向ディスク４１０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、従来に比べて小さなスポットとして照射される。それ故、反射型光偏向ディスク４１０の小型化を図ることができる。これらいずれの場合でも、反射型光偏向ディスク４１０の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、反射型光偏向ディスク４１０を駆動する駆動モータ３５０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置１ｃの大幅な小型化を図ることができる。
【０１０４】
［他の実施の形態］
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、例えば、以下に説明するように、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。
【０１０５】
実施の形態１、２では、傾斜面３３３が透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面にのみ形成されていたが、入射側の面にのみ形成するようにしてもよい。また、出射側の面と入射側の面の両面に傾斜面が形成されてもよい。両面に傾斜面を形成する場合には、例えば、入射側の面の傾斜角度は、全ての光偏向領域３３２で同一の角度に設定すればよい。
【０１０６】
実施の形態１、２では、透過型光偏向ディスク３１０を樹脂で形成したが、透過型光偏向ディスク３１０をガラスで形成してもよい。この場合には、温度変動の影響をほとんど受けないため、温度特性が安定するとともに、高温環境下でも光ビーム走査装置の使用が可能となる。
【０１０７】
実施の形態１、２では、傾斜面３３３は、必ずしも透過型光偏向ディスク３１０の出射側の面の全周にわたって形成される必要はなく、出射側の面の一部に平坦な平面部を形成してもよい。
【０１０８】
実施の形態１、２においては、光学式エンコーダ３０６に替えて、駆動モータ３５０の内部に設けられたホール素子あるいはＭＲ素子を位置検出手段として利用してもよい。この場合、駆動モータ３５０が有する駆動マグネットあるいは、パルス発生用のマグネット、さらには逆起電力からパルスを作り、このパルスに基づいて、光源装置１０から出射された光ビームが１つの光偏向領域３３２の周方向の中心位置に向かって入射するように、発光源の発光タイミングを制御してやればよい。
【０１０９】
また、実施の形態１、２において、光ビーム走査装置は、位置検出手段を備えていなくともよい。上述した形態のように、透過型光偏向ディスク３１０が、円周方向に略等角度間隔で分割された複数の光偏向領域３３２から構成されている場合には、駆動モータ３５０が一定速度で回転するように制御され、光源装置１０から一定間隔でパルス状の光ビームが出射されれば、適切な光ビームの走査を行うことは可能である。
【０１１０】
さらに、実施の形態１、２において、ミラー３０５を設けずに、光源装置１０から透過型光偏向ディスク３１０のディスク面に向かって光ビームを出射し、直接、透過型光偏向ディスク３１０に入射するように構成してもよい。また、ミラー３０５を設けた場合に、光源装置１０を透過型光偏向ディスク３１０の斜め下方に配置して、透過型光偏向ディスク３１０の斜め下方から光ビームが、透過型光偏向ディスク３１０に入射するように構成してもよい。
【０１１１】
さらにまた、実施の形態１、２で用いた透過型光偏向ディスク３１０については、図１６および図１７を参照して以下に説明するように、円周方向で傾斜角が連続的に変化する傾斜面を備えている構成を採用してもよい。
【０１１２】
図１６は、本発明の実施の形態１の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の光ビーム走査装置および透過型光偏向ディスクの基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【０１１３】
実施の形態１に係る透過型光偏向ディスク３１０では、周方向に複数の光偏向領域３３２に分割され、これらの光偏向領域３３２の各々に傾斜面３３３が形成されていたが、図１６に示すように、透過型光偏向ディスク３１０のディスク面には、周方向に連続した傾斜面３３３が形成され、かつ、この傾斜面３３３は、半径方向に対する傾斜角度が周方向で連続的に変化している。
【０１１４】
このように構成した透過型光偏向ディスク３１０は、図８を参照した例と同様、図１６に示すｘ−ｘ線、ｙ−ｙ線、ｚ−ｚ線で切断したときの断面は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように表され、半径方向における傾斜角度θｗは、周方向で次第に増加または減少するようになっている。このため、透過型光偏向ディスク３１０を回転させながら、透過型光偏向ディスク３１０に光ビームを入射させると、光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０を透過する際に、傾斜面３３３で屈折されて走査される。このように構成した場合は、レーザは連続発振させて分解能を最大限まで上げることが可能である。なお、傾斜面３３３は、周方向にも連続的に傾斜角度が変化しているが、入射するビーム径が小さいためこの方向の傾き変化は無視できるので、透過型光偏向ディスク３１０の接線方向への走査は無視できる。
【０１１５】
図１７は、本発明の実施の形態２の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の光ビーム走査装置および透過型光偏向ディスクの基本的な構成は、実施の形態２と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【０１１６】
実施の形態２に係る透過型光偏向ディスク３１０では、周方向に複数の光偏向領域３３２が形成され、これらの光偏向領域３３２の各々には、傾斜角度θｗが一定の傾斜面３３３が形成されていたが、本形態では、図１７に示すように、周方向に複数の光偏向領域３３２が形成され、これらの光偏向領域３３２の各々には、周方向への傾斜角度θｗが周方向で連続的に変化している傾斜面３３３が形成されている。この面の形状は接線方向で２次関数となっており、１次微分で表される傾きが接線方向に対して連続して変化するようになっている。このように構成した透過型光偏向ディスク３１０を用いた光ビーム走査装置でも、透過型光偏向ディスク３１０に入射した光ビームは、透過型光偏向ディスク３１０を透過する際に、傾斜面３３３で屈折されて、透過型光偏向ディスク３１０の接線方向に走査される。なお、図１７では傾斜面３３３が片側のみに傾斜している例であったが、放物線のＵ形状としてもよいし、ｓｉｎカーブにしてもよい。
【０１１７】
また、図１６および図１７に示す透過型光偏向ディスク３１０の傾斜面に反射層を形成すれば、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク面に形成された反射型光偏向ディスクを構成できる。このような反射型光偏向ディスクの動作などは実施の形態３と同様であるため、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明に係る光ビーム走査装置では、光源装置から光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方で光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射する。このため、第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方では光偏向素子の小型化を図ることができる。従って、光偏向素子については、その生産性を高めることができるとともに、最新の微細化技術を利用して、例えば、走査点数を増大させることのできる光偏向素子を提供することができる。また、光偏向素子を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、光偏向素子を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることができる。
【国際調査報告】
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