JP2002311374A

JP2002311374A - 光偏向器

Info

Publication number: JP2002311374A
Application number: JP2001116246A
Authority: JP
Inventors: Aya Imada; 彩今田; Hajime Sakata; 肇坂田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも一軸の回りに振動可能に支持された
スキャナ部を用いながら、簡易な手法によって光線の走
査範囲を拡張できる光偏向器である。【解決手段】光偏向器１は、少なくとも一軸の回りに振
動可能に支持されたスキャナ部２を有する。角度を成す
異なる複数の面４がスキャナ部２上に設けられ、少なく
とも一つの光源５が複数の面４の少なくとも一つの面上
に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーコードスキャ
ナやレーザプリンタ等に含まれる光偏向器に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーコードリーダやレーザービームプリ
ンタに用いられている従来の光スキャナ装置を、図９に
示す。これは、一般にポリゴンミラー１０３と呼ばれ、
円柱側面に多角形ミラーが配置されており、スキャナモ
ータによって一定角速度で回転させられている。図９に
おいて、半導体レーザ等の光源１０１から出射した光線
は、コリメータレンズ１０２で集光された後にポリゴン
ミラー１０３により反射され、等速直線走査を可能とす
るｆ−θレンズ１０４等により進行方向を補正されて感
光ドラム１０５上へ照射される。ポリゴンミラー１０３
が一定角速度で回転するに伴ない、光源１０１からの光
線の反射角度は変化し、感光ドラム１０５表面を連続的
に走査する。

【０００３】また、図１０にモーターを用いない小型光
偏向器１０６の例を示す。ポリゴンミラーのようにモー
ター駆動をするスキャナでは、光学系全体の小型化が困
難であり、また光線のスキャン方向が一方向のみに限ら
れるという欠点があった。図１０の光偏向器１０６はそ
の欠点を改善するものとして、電磁気、静電気または圧
電効果(特開平４−２５７８２１号公報参照)による力を
ミラー１０７に作用させ、Ｘ方向回動用トーションバー
１０８とＹ方向回動用トーションバーの２軸の回りの揺
動でスキャナ走査を行なう小型光偏向器の例である。主
に、中心のスキャナ部１０７をミラー面として、外部光
源からの光線を反射して用いる。また、更に光学系をコ
ンパクト化する方式として、このスキャナ面１０７を反
射ミラーとして用いるのではなく、光源を面上に配置し
直接スキャンする手法も提案されている(特開２０００
−３５５４９号公報、特開平１１−２８８４４４号公報
参照)。

【０００４】しかしながら、上記小型光偏向器は、これ
による走査角度は未だ充分でなく、バーコードスキャナ
などの比較的小さな走査角度での用途にしか用いられて
いない。この問題を解決するために、光線の反射を複数
回行なうという提案もなされている(特開平４−２５７
８２１号公報参照)。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】上述のように、小
型光偏向器は、従来のポリゴンミラー式スキャナに比
べ、光学系を格段にコンパクト化できるというメリット
があるが、走査角度範囲が狭いという欠点がある(ポリ
ゴンミラーは約45°であるのに対して、小型光偏向器は
10°前後である)。まして、光源をスキャナ部の面上に
配置すると、更なる光学系の小型化を図れるものの、ミ
ラー反射する場合と比べ半分の走査角度しか得ることが
できない。また、特開平４−２５７８２１号公報に挙げ
たような複数反射方式では、光量が減少するという欠点
がある。

【０００６】本発明は、このような課題に着目して成さ
れたものであり、その目的とするところは、従来技術の
特徴を生かしながら、簡易な手法によって光線の走査範
囲を拡張できる光偏向器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【０００７】本発明にかかる光偏向器は、少なくとも一
軸の回りに振動可能に支持されたスキャナ部を有し、互
いに角度を成す異なる複数の面が該スキャナ部上に設け
られ、少なくとも一つの光源（垂直共振器型面発光レー
ザなど）が該複数の面の少なくとも一つの面上に設けら
れていることを特徴とする。この構成の特徴は、少なく
とも一つの光源が異なる複数の面の少なくとも一つの面
上に設けられていることであるが、極端な場合には１つ
の光源が１つの面上にのみ設けられてもよい。

【０００８】典型的には、平板状のスキャナ部の平面に
対し異なる傾斜軸を持つ複数の平斜面を形成し、各々の
面上に光源を配置することで、各光源の光軸に所定の角
度を加えることが出来る。複数の光源からの光線の走査
範囲が連続するよう、平斜面の傾斜軸とスキャナ走査角
度などを設定すれば、全体の光学系としての走査範囲が
拡張されると共に、走査範囲を複数の光線で分け合って
走査するので光線の走査速度を増加させることが出来
る。

【０００９】上記目的を達成する好適でより具体的な態
様としては以下の如きものが可能である。前記スキャナ
部の振動軸に対して対称になるよう前記複数の面は形成
され得る（後述の実施例を参照）。この形態では、複数
の光源を振動軸に対して対称になるように容易に配置で
きて、複数の光源からの光線の走査範囲が連続するよう
に設定して走査範囲を複数の光線で分け合って走査する
構成を容易に実現できる。

【００１０】前記スキャナ部は平板状であり、前記複数
の面の少なくとも一つの面がスキャナ部の平面に対し傾
斜を成す形態を採り得る（後述の実施例を参照）。

【００１１】前記スキャナ部は平板状であり、前記異な
る複数の面で画成される構造が該スキャナ部の平面に対
し凸型の形状を有する形態を採り得る（後述の第１、第
３、第４の実施例を参照）。

【００１２】前記スキャナ部は平板状であり、前記異な
る複数の面で画成される構造が該スキャナ部の平面に対
し凹型の形状を有する形態を採り得る（後述の第２、第
３の実施例を参照）。

【００１３】前記スキャナ部は平板状であり、前記異な
る複数の面で画成される構造が該スキャナ部の平面に対
し凸型と凹型の混じった形状を有する形態を採り得る
（後述の図７の実施例を参照）。

【００１４】前記スキャナ部の振動軸に対して対称的に
前記複数の面の少なくとも一つの面上に複数の光源が配
置されている形態を採り得る（後述の第１、第２、第３
の実施例、図７の実施例を参照）。

【００１５】前記スキャナ部の振動軸上或いはその付近
に前記光源が配置されている形態を採り得る（後述の実
施例を参照）。

【００１６】前記スキャナ部の振動軸に沿って前記光源
が複数配置されている形態を採り得る（後述の第４の実
施例を参照）。この場合、前記スキャナ部の振動軸に沿
って、前記光源が該振動軸に対して対称的に複数対配置
されている形態も採り得る（後述の第４の実施例を参
照）。

【００１７】前記スキャナ部は２軸の回りに振動可能に
支持され、該２軸の交点付近に前記複数の面が設けら
れ、該複数の面の少なくとも一つの面上に一つ以上の光
源が設けられている形態を採り得る（後述の図６の実施
例を参照）。

【００１８】前記光源からの出射光線を、該光源への電
気入力信号により制御でき、特に被照射体上で連続した
走査範囲を得るように、複数の前記光源からの出射光線
を、該光源への電気入力信号により制御する形態を採り
得る（後述の実施例の説明を参照）。

【００１９】前記スキャナ部は、一体的に形成されたト
ーションバーにより枠に少なくとも一軸の回りに振動可
能に支持されている形態を採り得る（後述の実施例を参
照）。この場合、前記光源への電気配線が前記トーショ
ンバー上を通って形成され得る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００２１】第１の実施例図１、図２に、本発明の光偏向器の第１の実施例を示
す。図１は、一軸（Ｙ軸）の回りに振動する小型光偏向
器のスキャン部の(a)斜視図、(b)上面図、(c)Ｘ軸での
断面図である。

【００２２】スキャナユニット１は、図１(a)のよう
に、平板状のスキャナ部２とこれを２点支持するＹ軸方
向に伸びたトーションバー３と周囲の枠１からなり、ト
ーションバー３の部分を除いてスキャナ部２と枠１の間
は穴部６として打ち抜かれている。本実施例では、スキ
ャナユニット１の周囲に設けられた駆動コイル(図示せ
ず)により、スキャナ部２は固有な周波数の電磁気的作
用を受け、トーションバー３により支持されたＹ軸方向
を中心として振動角２θで回動する。

【００２３】スキャナ部２には、この平板状のスキャナ
部の平面に対し凸状になるよう傾斜を有する平らな斜面
(平斜面とも呼ぶ)４が一対形成されており、この一対の
平斜面４の上に面発光レーザである光源５が配置されて
いる。一対の平斜面４はＹ軸に平行に延びて、Ｙ軸に関
して対称な屋根状になっている。平斜面４上に配置され
た光源５は、Ｙ軸に関して対称に、ほぼＸ軸上に配置さ
れている。ここで、図３に示すように、スキャナ部２の
平面に垂直な軸（Ｚ軸）からの平斜面４の垂線（Ｚ’
軸）の角度を、平斜面４の傾斜角φとおく。

【００２４】上述の如く、本実施例では、２つの平斜面
４と、その各面４上に垂直共振器型面発光レーザ５(Ver
tical-Cavity Surface-Emitting Laser: VCSEL)を１つ
ずつ配置した例を示す。２つのVCSEL５は、各々異なる
平斜面４上において、スキャナ部２の振動軸（Ｙ軸）に
対し垂直で且つスキャナユニット１の平面と平行な軸
（Ｘ軸）上に配置されている。VCSEL５の光軸方向（光
射出方向）は、実装時のずれも考慮した上で、平斜面４
の垂線（Ｚ’軸）と一致しているものとする。また、VC
SEL５の電気配線７は、図１(b)に示すようにトーション
バー３上を通過してスキャナ部２の外部へ渡される。

【００２５】VCSELは、小型で製造が容易で、且つ信頼
性の高い光源を得ることができる。また、レーザビーム
の出射口を比較的大きくできて、また、その形状を円形
にできるので、狭出射円形レーザビームを取り出せて、
レーザビームの利用効率を高められる。

【００２６】図２は、図１(c)と同様なＸ軸での断面図
に、VCSEL５からの光線の走査範囲９を示した図であ
る。光線の広がり８は、シングルモードVCSELの場合10
°前後である。各VCSEL５は、平斜面４の傾斜角φを有
しながら振動角２θ（ホームの位置を中心に両側に角
θ）で回動するため、Ｚ軸方向を０°とするとき、各光
線は(φ±θ)と(−φ±θ)の範囲で連続的に走査され
る。

【００２７】各VCSEL５の間には僅少であるがＸ軸方向
に間隔があり、図２のようにＺ軸を越える範囲まで光線
が走査されると、２つのVCSEL５からの光線が共に届く
範囲が生じる。この範囲は、０ないし僅かに存在する程
度の走査範囲・傾斜角φ・光線を受ける感光ドラム位置
が最も効率的で好ましい。感光ドラムへの照射を行なう
際には、例えば、各走査の最終段階で一方の光源５に電
気的な信号制御を加え、光照射が各走査の中心部で重複
しないようにすれば、連続した走査範囲を得ることがで
きる。

【００２８】こうした信号制御は、画像信号を受けてこ
れを適当に記憶し、光源駆動用発光信号を形成して光源
５を駆動する発光信号発生器（不図示)で行われる。ま
た、本実施例の様なスキャナでは、図９の如き一方向に
回転するポリゴンミラーによる感光ドラム上の一方向の
みの走査と異なり、感光ドラム上で往復の両方向におい
て走査が可能である。

【００２９】ここで、使用する光源５は垂直共振器型面
発光レーザに限らず、水平共振器型ないし面型発光ダイ
オード等の面型光源であってもよい。

【００３０】平斜面４や面型光源５の位置は、スキャナ
部２が安定となる振動中心軸付近（すなわち、スキャナ
部の撓みの影響の殆ど無い位置付近）が望ましく、１軸
駆動であれば図１に示すＹ軸上ないしＹ軸に対し対称と
なる位置になるよう複数の光源を配置し、また２軸駆動
であれば２軸の交点であるスキャナ面の中心部が好まし
い。この例としては、図７に示すような凸型或いは凹型
の四角錘構造による平斜面４があり、これら４つの平斜
面４の少なくとも１つの面に少なくとも１つの光源５を
設置する。これによれば、被照射面上で２次元的な光走
査ができる。

【００３１】スキャナ部２に形成する平斜面４の構造
は、スキャナ部とは別途作製した後に搭載してもよい
し、Ｓｉ製などのスキャナであればスキャナ構造(穴部
６、トーションバー３など)の作製時に同時に結晶面を
利用してエッチングで一体的に形成してもよい。この方
法では小型化が容易にできる。

【００３２】スキャナ部全体に搭載される平斜面４上の
光源は１つであってもよく、その際は、光源５に電気的
な信号制御を加えて光照射が重複しないようにする為の
電気入力信号による制御は必ずしも必要としない。

【００３３】第２の実施例図３に、本発明の第２の実施例である光偏向器を示す。
図３は、一軸の回りに振動する小型光偏向器のスキャン
部２のＸ軸での断面図である（図１(a)参照）。

【００３４】第１の実施例と同じ傾斜角φの平斜面４
を、スキャナ部２の平面に対し凹型にＹ軸（図３の紙面
に垂直方向）に平行に延びて形成した例である。この例
でも、第１の実施例と同様に、各VCSEL５は平斜面４の
傾斜角φを有しながら振動角２θで回動するため、Ｚ軸
方向を０°とするとき、(φ±θ)と(−φ±θ)の範囲９
で連続的に走査される。傾斜角φ、走査角２θ、凹構造
位置は、感光ドラム上において両VCSEL５からの走査光
線が若干重なる範囲が生じるように設定し、一方の光源
５に電気的な信号制御を加えることで、連続的な光線走
査を行なう様にする。これも第１の実施例と同様であ
る。

【００３５】ここで、互いに傾斜を成す面４がスキャナ
部２の平面に対し凹型ないし凸型という表現を用いた
が、例えば凸型構造の一部(例えば、スキャナ部２の平
面上に立った三角錐やスキャナ部２の平面上に横たわっ
た三角柱の頂点や底辺付近など)に凹構造を有していて
も構わない。横たわった三角柱の頂部や底辺付近に形成
された平斜面４の例を図８の断面図に示す。

【００３６】第３の実施例図４、図５に、本発明の第３の実施例の光偏向器の２つ
の例を示す。図４、図５は一軸の回りに振動する小型光
偏向器のスキャン部２のＸ軸での断面図である。

【００３７】第１の実施例と同じ傾斜角φの平斜面４の
中間部に、スキャナ部２の平面に対し平行な面４を形成
した例であり、凸形状に形成したものが図４、凹形状に
形成したものが図５である。中間面４にも両平斜面４と
同様にVCSEL５を配置すると、両側のVCSEL５は、中央の
VCSEL５に対して、平斜面４の傾斜角φを有しながら振
動角２θで回動するため、Z軸方向を０°とするとき、
各光線は(φ±θ)と(±θ)と(−φ±θ)の範囲９で連続
的に走査される。傾斜角φ、走査角２θ、凹凸構造位置
等は、感光ドラム上において各VCSEL５からの走査光線
が若干重なる範囲が生じるように設定し、各光源５に適
当な電気的な信号制御を加えることで、より広い範囲で
連続的な光線走査を行なう様にする。これは実質的に第
１の実施例と同様である。

【００３８】第４の実施例図６に、本発明の第４の実施例の光偏向器を示す。図６
は、一軸（Ｙ軸）の回りに振動する小型光偏向器のスキ
ャン部の(a)上面図、(b)本光偏向器をレーザプリンタ内
部に用いる例の斜視図である。

【００３９】本実施例の光偏向器は、第１の実施例と同
様の屋根状の平斜面４上に面型光源１０−ａ,ｂ,ｃを２
つずつ３対(計６つ) Ｙ軸に沿って対称的に配置した複
数の走査を同時にできるスキャナユニット１である。本
実施例は、特にスキャナの振動軸（Ｙ軸）に対称に光源
アレイが配列された場合の例を示す。同一平斜面４上に
ある面型光源１０−ａ,ｂ,ｃは同一方向の光軸を持って
いる。このスキャナユニット１は１軸方向振動型である
ため、光線の走査はＸ面（Ｘ軸を含みＹ軸に垂直な面）
内のみで行われる。

【００４０】図６(b)のように、スキャナユニット１の
Ｘ軸方向に平行に水平に置いた感光ドラム１１に光線を
照射すると、ほぼＸ面内で３光線を同時に走査すること
が出来る。各光線のＺ軸は、図６(b)においてZ1,Z2,Z3
と示している。これらＺ軸のＹ軸方向の間隔は感光ドラ
ム１１の径に比べ非常に小さいため、各光線の感光ドラ
ム１１面の曲率によるスポットのドラム面上の焦点ずれ
は殆ど無いと考えてよい。精度を要する場合には、各光
線について設計したｆ−θレンズ１２を各々設ければよ
い。

【００４１】また、各Ｚ軸の間隔を考慮した速度で感光
ドラム１１を回転させることにより、各Z軸の隙間にも
光線を照射することができるため、画像の解像度は光源
のＹ軸方向位置には依存しない。即ち、レーザプリンタ
の印刷速度はＹ軸方向の光線数に比例して速くなると言
ってよい。

【００４２】本実施例はレーザプリンタ等の感光ドラム
への書込みへの応用のみならず、バーコードリーダ等に
おける複数光線パターンの同時読み込みへの応用も可能
である。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光偏向
器では、少なくとも一軸の回りに振動可能に支持された
スキャナ部を有し、互いに角度を成す異なる複数の面が
該スキャナ部上に設けられ、少なくとも一つの光源が該
複数の面の少なくとも一つの面上に設けられている（典
型的には、スキャナ部の平面に対し異なる傾斜軸を持つ
複数の平斜面を形成し、各々の面上に複数の光源を配置
することで各光源の光軸を異なる位置に固定できる）。
従って、光線の走査範囲が被照射面上で連続するように
平斜面の傾斜軸、走査角、電気信号などを設定すること
により、全体の光学系としての走査範囲が拡張されると
共に、走査速度を増加させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明する(a)斜視図、
(b)上面図、(c)断面図である。

【図２】第１の実施例の動作を説明する断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を説明する断面図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施例を説明する断面図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施例の他の例を説明する断面
図である。

【図６】本発明の第４の実施例を説明する(a)上面図、
(b)斜視図である。

【図７】四角錘構造上の平斜面の例を説明する平面図で
ある。

【図８】横たわった三角柱の頂部や底辺付近に形成され
た平斜面の例を説明する断面図である。

【図９】従来例を説明する図である。

【図１０】別の従来例を説明する図である。

【符号の説明】

1 スキャナユニット 2 スキャン部(スキャナ面) 3 トーションバー 4 平斜面（平面） 5、10-a,b,c 光源（垂直共振器型面発光レーザ） 6 穴部 7 電極配線 8 光線の広がり 9 光源の走査範囲 11、105 感光ドラム 12、104 ｆ−θレンズ 101 光源 102 コリメータレンズ 103 多角形ミラー(ポリゴンミラー) 106 従来例のスキャナユニット 107 従来例のスキャナ部 108 Ｘ方向回転用トーションバー 109 Ｙ方向回転用トーションバー

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一軸の回りに振動可能に支持さ
れたスキャナ部を有し、互いに角度を成す異なる複数の
面が該スキャナ部上に設けられ、少なくとも一つの光源
が該複数の面の少なくとも一つの面上に設けられている
ことを特徴とする光偏向器。
【請求項２】前記スキャナ部の振動軸に対して対称にな
るよう前記複数の面が形成されていることを特徴とする
請求項２に記載の光偏向器。
【請求項３】前記スキャナ部は平板状であり、前記複数
の面の少なくとも一つの面がスキャナ部の平面に対し傾
斜を成すことを特徴とする請求項２又は３に記載の光偏
向器。
【請求項４】前記スキャナ部は平板状であり、前記異な
る複数の面で画成される構造が該スキャナ部の平面に対
し凸型の形状を有することを特徴とする請求項１乃至３
の何れかに記載の光偏向器。
【請求項５】前記スキャナ部は平板状であり、前記異な
る複数の面で画成される構造が該スキャナ部の平面に対
し凹型の形状を有することを特徴とする請求項１乃至３
の何れかに記載の光偏向器。
【請求項６】前記スキャナ部は平板状であり、前記異な
る複数の面で画成される構造が該スキャナ部の平面に対
し凸型と凹型の混じった形状を有することを特徴とする
請求項１乃至３の何れかに記載の光偏向器。
【請求項７】前記スキャナ部の振動軸に対して対称的に
前記複数の面の少なくとも一つの面上に複数の光源が配
置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか
に記載の光偏向器。
【請求項８】前記スキャナ部の振動軸上或いはその付近
に前記光源が配置されていることを特徴とする請求項１
乃至７の何れかに記載の光偏向器。
【請求項９】前記スキャナ部の振動軸に沿って前記光源
が複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至８
の何れかに記載の光偏向器。
【請求項１０】前記スキャナ部の振動軸に沿って、前記
光源が該振動軸に対して対称的に複数対配置されている
ことを特徴とする請求項９に記載の光偏向器。
【請求項１１】前記スキャナ部は２軸の回りに振動可能
に支持され、該２軸の交点付近に前記複数の面が設けら
れ、該複数の面の少なくとも一つの面上に一つ以上の光
源が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０
の何れかに記載の光偏向器。
【請求項１２】前記光源からの出射光線を、該光源への
電気入力信号により制御することを特徴とする請求項１
乃至１１の何れかに記載の光偏向器。
【請求項１３】被照射体上で連続した走査範囲を得るよ
うに、複数の前記光源からの出射光線を、該光源への電
気入力信号により制御することを特徴とする請求項１２
に記載の光偏向器。
【請求項１４】前記スキャナ部は、一体的に形成された
トーションバーにより枠に少なくとも一軸の回りに振動
可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至１
３の何れかに記載の光偏向器。
【請求項１５】前記光源への電気配線が前記トーション
バー上を通って形成されていることを特徴とする請求項
１４に記載の光偏向器。
【請求項１６】前記光源は垂直共振器型面発光レーザで
あることを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載
の光偏向器。