JP2007017880A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータへの通電を停止したときでも、主走査位置を副走査方向の所定方向に保持することのできる光ビーム走査装置を提供すること。
【解決手段】 光ビーム走査装置１において、発散角調整レンズ６０の位置を変えるための副走査機構３では、光ビームＬの主走査位置を副走査方向Ｌ１２で変化させた後、従動歯車７６は、駆動歯車７４の回転阻止部７２０によって回転が阻止される。このため、発散角調整レンズ６０の位置は、副走査用駆動モータ７１の通電を停止した状態でも保持され、かつ、発散角調整レンズ６０の位置は振動などによって変化することがない。
【選択図】 図９

Description

本発明は、発光源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。

従来から、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、監視装置などに幅広く利用されている。これらの機器のうち、車間距離測定装置や監視装置などに用いられる光ビーム走査装置では、光源から出射された光をポリゴンミラーによって偏向して走査ビームとして出射し、この走査ビームが前走車両などで反射した戻り光を光検出器で受光することにより、前走車両の存在や前走車両との距離を検出している(例えば、特許文献１参照)。
特開平１１−３２６４９９号公報

このような車間距離測定装置や監視装置などにおいて、例えば、前方を走行する車両の高さが相違する場合でも戻り光を確実に検出できるようにするには、ステッピングモータなどの回転を通常の歯車機構により減速して所定の光学素子の位置や姿勢を変えることにより、ポリゴンミラーによる走査方向(主走査方向)と直交する方向(副走査方向)における光ビームの出射方向を変えればよい。

しかしながら、このような構成の場合、光学素子の位置や姿勢をステッピンモータの保持トルクだけで保持すると、振動などにより、光学素子の位置や姿勢が変動してしまうため、ステッピングモータに通電し続ける必要があり、発熱などに起因する不具合が発生しやすいという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータへの通電を停止したときでも、主走査位置を副走査方向の所定方向に保持す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。

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主走査方向の所定の角度範囲にわたって走査させる主走査機構とを有する光ビーム走査装置において、所定の光学素子の位置あるいは姿勢を切り換えて前記光ビームの主走査位置を前記主走査方向と直交する副走査方向で変化させる副走査機構を有し、当該副走査機構は、副走査用駆動モータと、該副走査用駆動モータの回転を減速して前記所定の光学素子に伝達するための歯車機構とを有し、当該歯車機構は、欠歯歯車からなる駆動歯車と、該駆動歯車に従動する従動歯車とを備え、前記駆動歯車は、周方向の所定位置に、前記従動歯車を回転駆動する歯部と、前記従動歯車に外接あるいは内接して当該従動歯車の回転を阻止する回転阻止部とを具備していることを特徴とする。

本発明では、副走査機構において、副走査用駆動モータの回転を歯車機構によって減速して所定の光学素子に伝達すると、この光学素子の位置あるいは姿勢が切り換わり、光ビームの主走査位置が主走査方向と直交する副走査方向で変化する。このため、例えば、光ビーム走査装置を車間距離測定装置などに用いた際、前方を走行する車両の高さが相違する場合でも戻り光を確実に検出することができる。また、歯車機構において、駆動歯車は、従動歯車を回転駆動する歯部と、この従動歯車に外接あるいは内接して従動歯車の回転を阻止する回転阻止部とを具備しているため、光ビームの主走査位置を副走査方向で変化させた後、従動歯車は、駆動歯車の回転阻止部によって回転が阻止される。このため、所定の光学素子の位置や姿勢は、副走査用駆動モータの通電を停止した状態でも保持され、かつ、光学素子の位置や姿勢は振動などによって変化することがない。

本発明において、前記駆動歯車は、例えば、全周のうち、前記歯部が形成されている領域を除く全体が前記回転阻止部になっている。この場合、前記副走査機構は、前記駆動歯車が前記回転阻止部によって前記従動歯車の回転を阻止しているときの待機位置から回転して前記従動歯車を回転駆動した後、前記待機位置に戻るまで回転するように構成されていることが好ましい。

本発明において、前記副走査機構は、前記駆動歯車と前記従動歯車とのバックラッシュを除去するバックラッシュ除去付勢手段を備えていることが好ましい。このようなバックラッシュ除去付勢としては、前記所定の光学素子を付勢して前記欠歯歯車と前記従動歯車とのバックラッシュを除去する圧縮コイルバネなどを用いることができる。

本発明において、前記主走査機構は、周方向における光の入射位置により前記主走査方向における光の出射方向が変化する光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動して前記光源装置からの出射光の当該偏向ディスクへの光の入射位置を変化させる主走査用モータとを備えていることが好ましい。このような構成の光偏向ディスクによれば、回転による面振れがジッター特性に及ぼす影響が低い。また、このような構成の光偏向ディスクは、構成が簡素であるため、生産性が高く、品質の安定性が高い。

本発明において、前記所定の光学素子は、前記主走査機構から出射された光ビームの前記副走査方向における発散角を調整するパワーを備えた発散角調整レンズであることが好ましい。このように構成した場合には、副走査方向において任意の発散角をもった光ビームを出射することができる。

本発明では、副走査機構において、副走査用駆動モータの回転を歯車機構によって減速して所定の光学素子に伝達すると、この光学素子の位置あるいは姿勢が切り換わり、光ビームの主走査位置が主走査方向と直交する副走査方向で変化する。このため、例えば、光ビーム走査装置を車間距離測定装置などに用いた際、前方を走行する車両の高さが相違する場合でも戻り光を確実に検出することができる。また、歯車機構において、駆動歯車は、従動歯車を回転駆動する歯部と、この従動歯車に外接あるいは内接して従動歯車の回転を阻止する回転阻止部とを具備しているため、光ビームの主走査位置を副走査方向で変化させた後、従動歯車は、駆動歯車の回転阻止部によって回転が阻止される。このため、所定の光学素子の位置や姿勢は、副走査用駆動モータの通電を停止した状態でも保持され、かつ、光学素子の位置や姿勢は振動などによって変化することがない。それ故、安価な構成で、走査方向が安定し、かつ、消費電力の小さな光ビーム走査装置を実現することができる。

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。なお、以下の説明で用いた図面においては、説明の便宜上、光偏向領域の数などを減らして図示している。

(全体構成)
図１、図２、図３および図４は、本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め後方からみたときの斜視図、斜め前方からみたときの斜視図、平面図、および側面図である。

図１〜図４に示す光ビーム走査装置１は、車間距離測定装置や監視装置などにおいて光ビームを所定の方向に走査させる装置であり、共通のベース４の上に、光源装置１０と、この光源装置１０から出射された光ビームＬを主走査方向Ｌ１１において所定の角度範囲にわたって走査させる主走査機構２とを有している。また、光ビーム走査装置１は、光ビームＬの出射側に、ベース４から起立するフレーム５１、５２を備えており、このフレーム５１、５２には、レンズホルダ６１が上下方向に移動可能に支持されている。このレンズホルダ６１には、発散角調整レンズ６０が押さえバネ６４により固定されている。さらに、本形態の光ビーム走査装置１は、レンズホルダ６１(発散角調整レンズ６０)の上下方向の位置を変化させることにより、光ビームＬの主走査位置を主走査方向Ｌ１１と直交する副走査方向Ｌ１２で変化させる副走査機構３とを備えている。

(主走査機構２の構成)
図５および図６は各々、本発明を適用した光ビーム走査装置の主走査機構の要部の概略構成を模式的に示す概略側面図、および光ビーム走査装置の主走査動作の原理を示す説明図である。

図５および図６において、主走査機構２は、光偏向素子としての透過型光偏向ディスク３０と、この透過型光偏向ディスク３０を軸線周りに回転させる同期モータ４０と、透過型光偏向ディスク３０から出射された光ビームＬを約９０°の方向に反射する全反射ミラー５０と、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、トロイダルレンズなどからなる発散角調整レンズ６０とを備えており、発散角調整レンズ６０は副走査方向にパワーを備えている。透過型光偏向ディスク３０は、中心に中心孔３１が形成されており、この中心孔３１が同期モータ４０の回転出力部に保持されている。従って、透過型光偏向ディスク３０は、同期モータ４０の軸(透過型光偏向ディスク３０の中心)を中心に回転駆動されるように構成されている。

主走査機構２３では、透過型光偏向ディスク３０を回転させた状態で、光源装置１０から透過型光偏向ディスク３０のディスク面に対して直交する方向に向けて出射された光ビームＬを透過型光偏向ディスク３０に入射させ、透過型光偏向ディスク３０で光ビームＬを屈折させることで、光ビームＬを所定の方向に走査するように構成されている。すなわち、透過型光偏向ディスク３０は、周方向における光ビームＬの入射位置により、光ビームＬが透過して出射する方向が変化するように構成されており、同期モータ４０は、透過型光偏向ディスク３０を回転駆動して光源装置１０から出射された光ビームＬの透過型偏向ディスク３０への入射位置を変化させる。ここで、同期モータ４０としてはステッピングモータが用いられている。なお、同期モータ４０としては、ステッピングモータなどの外部同期型のモータに限らず、ブラシレスモータ、直流整流子モータなどの内部同期型のモータを用いてもよい。さらに、同期モータ４０としては、ＡＣ電源を用いた同期モータや、ＡＣインダクタンス／コンデンサモータなどを用いてもよい。

(屈折型光偏向素子の構成)
図７(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)はそれぞれ、図５および図６に示す光ビーム走査装置で用いられた透過型光偏向ディスクの平面図、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５、図６および図７(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)に示すように、透過型光偏向ディスク３０は、中心に中心孔３１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。また、透過型光偏向ディスク３０は、中心孔３１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３２ａ、３２ｂ、・・・(以下、光偏向領域３２とする)を備えている。本形態において、光偏向領域３２は、中心孔３１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。

光偏向領域３２の数は、走査点数によって決まるが、例えば、光偏向領域３２の数を２０１個とし、光ビームＬの走査範囲を±１０°とした場合には、光ビームＬの走査の分解能は０．１°となる。また、例えば、光ビームＬが透過する位置における透過型光偏向ディスク３０の径を４０mmとすると、１つの光偏向領域３２の光ビームの透過位置での円周方向幅は、０．６３mmになる。

光偏向領域３２のそれぞれには、入射された光ビームＬを屈折させる傾斜面３３ａ、３３ｂ、・・・(以下、傾斜面３３とする)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３３は、透過型光偏向ディスク３０の出射側の面(上面)にのみ全周にわたって形成され、入射側の面は、同期モータ４０の軸に直交する平面状に形成されている。

傾斜面３３は、光偏向領域３２のそれぞれに、一定角度を持って形成されている。例えば、図７(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)に示すように、傾斜面３３は半径方向に傾斜しており、各光偏向領域３２の径方向の断面は楔形状に形成されている。

また、本形態では、傾斜面３３の傾斜角度をθｗ、透過型光偏向ディスク３０から出射される光ビームの走査角度をθｓ(図５参照)、透過型光偏向ディスク３０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３３が形成されている。ここで、ｎは透過型光偏向ディスク３０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。

さらに、本形態では、隣接する光偏向領域３２の傾斜面３３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７(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)に示すように、隣接する光偏向領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃのそれぞれの傾斜面３３ａ、３３ｂ、３３ｃの傾斜角度θｗａ、θｗｂ、θｗｃが次第に増加するようになっている。また、光偏向領域３２の傾斜面３３は、内周側から外周側に向けて下がっている面と、外周側から内周側に向けて下がっている面とが含まれており、ディスク面と平行な面も含まれている。すなわち、θｗの符号が＋の面とθｗの符号が−の面とが含まれており、θｗが０°の面も含まれている。

このような透過型光偏向ディスク３０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良いし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造しても良い。ここで、傾斜面３３が、透過型光偏向ディスク３０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３０を製造する場合には、金型の駒加工が１面のみで良いため、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３０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、加工が容易である。なお、透過型光偏向ディスク３０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おけば、光源装置１０の出力のばらつきの原因となる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。

(光源装置１０の構成)
図５および図６に示すように、光源装置１０は、光源としてのレーザダイオード１３と集光レンズ１６とを備えており、集光レンズ１６と透過型光偏向ディスク３０の配置関係は、第１の方向Ｌ１および第２の方向Ｌ２のうち、第２の方向Ｌ２において透過型光偏向ディスク３０のディスク面あるいはその近傍で合焦する収束光となるように設定され、第１の方向Ｌ１では、透過型光偏向ディスク３０のディスク面から離れた位置で合焦する収束光あるいは発散光の状態で透過型光偏向ディスク３０のディスク面に到達するように設定されている。従って、光源装置１０から出射された光ビームＬは、透過型光偏向ディスク３０のディスク面に半径方向に延びた縦長のスポットを形成し、幅の狭い第２の方向Ｌ２については、透過型光偏向ディスク３０の周方向に設定されている。

(主走査動作)
本形態の光ビーム走査装置１においては、図６に示すように、同期モータ４０によって、透過型光偏向ディスク３０が所定の回転数で等速回転する。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Ｌは、透過型光偏向ディスク３０の入射側の面に対して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３２の周方向幅の中心位置に向かって入射する。

透過型光偏向ディスク３０の光偏向領域３２に入射した光ビームＬは、透過型光偏向ディスク３０を透過する際に、傾斜面３３で屈折されて出射される。例えば、図５に示すように、ある光偏向領域３２で走査角度θｓ１の方向に屈折されて出射される。ここで、上述のように、隣接する光偏向領域３２の傾斜面３３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ため、隣接する光偏向領域３２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、透過型光偏向ディスク３０の回転にともなって、例えば、０．１°間隔で、光ビームＬが順次出射される。

このようにして透過型光偏向ディスク３０から出射された光ビームＬは、全反射ミラー５０で反射した後、主走査方向Ｌ１１の所定の角度範囲にわたって走査される。その際、光ビームＬは、発散角調整レンズ６０によって副走査方向Ｌ１２における発散角が調整される。

(副走査機構３)
図８は、本発明を適用した光ビーム装置において、フレームなどの一部を切り欠いて副走査機構などの構成を示す側面図である。図９(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、本発明を適用した光ビーム装置における副走査機構の動作を示す説明図である。

再び図１〜図４において、本形態の光ビーム走査装置１の光ビームＬの出射側では、ベース４から起立する２本フレーム５１、５２がレンズホルダ６１の両側で起立している。レンズホルダ６１の縦枠部分から外側には、上下方向に延びた突起６１１、６１２が形成されている一方、フレーム５１、５２の内側の面には突起６１１、６１２が嵌るガイド溝５１０、５２０が形成されており、レンズホルダ６１は、ガイド溝５１０、５２０に案内されて上下方向に移動可能である。

また、図１〜図４および図８に示すように、ベース４上には、レンズホルダ６１の背面側に副走査機構３が搭載されており、本形態において、副走査機構３は、ステッピングモータからなる副走査用駆動モータ７１と、この副走査用駆動モータ７１の回転を減速してレンズホルダ６１(発散角調整レンズ６０)に伝達するための歯車機構７０とを有している。

歯車機構７０は、副走査用駆動モータ７１の出力軸に連結された欠歯歯車からなる駆動歯車７４と、この駆動歯車７４に従動する略扇形の従動歯車７６とを備えている。また、従動歯車７６には、その基端側から側方に２枚歯のピニオン７７が突出している一方、レンズホルダ６１の背面には、ピニオン７７と噛み合うラック５５が形成されている。

このような歯車機構７０においては、図９(ｂ)に示すように、従動歯車７６の円弧状外周部には、厚さ方向の全体にわたって４枚の歯７６１が形成されているとともに、これらの歯７６１の間には、厚さ方向の表面側に薄い台形状の歯７６２が３枚、形成されている。従って、台形状の歯７６２の裏面側は、歯７６１、７６２の底部分を半径とする円弧部になっている。

一方、駆動歯車７４は、厚さ方向の裏面側に位置する大径円板部７２と、厚さ方向の表面側に位置する小径円板部７３とを備えている。小径円板部７３の外周面には、２枚の歯７３１、７３２を備えた歯部７３０が形成されているとともに、その他の部分は、円弧部になっている。大径円板部７２の外周面には、２枚の歯７３１、７３２の間に相当部分が切り欠きになっているとともに、その他の部分が円弧状の回転阻止部７２０になっている。このため、駆動歯車７４は、全周のうち、歯部７３が形成されている領域を除く全体が回転阻止部７２０になっている。ここで、駆動歯車７４は、図９(ｂ)に示す状態では、大径円板部７２の円弧状の回転阻止部７２０が従動歯車７６の歯７６１の間に入り込んだ状態で歯７６１に接している。従って、この状態では、副走査駆動用モータ７１に給電しなくても、従動歯車７６は回転することが不可能である。

さらに、本形態の副走査機構３では、駆動歯車７４と従動歯車７６とのバックラッシュを除去することを目的に、図２および図８に示すように、ベース４とレンズホルダ６１との間には、レンズホルダ６１を上方に付勢して駆動歯車７４と従動歯車７６とのバックラッシュを除去する圧縮コイルバネ８０(バックラッシュ除去手段)が配置されている。

(副走査動作)
このように構成した副走査機構３において、図９(ｂ)に示す状態から、副走査駆動用モータ７１の出力軸が例えば時計周りＣＷに回転すると、駆動歯車７４の歯７３１、７３２と、従動歯車７６の歯７６１、７６２とが噛み合い、図９(ａ)に示すように、駆動歯車７４が元の位置まで１回転するまでの間に、従動歯車７６が反時計周りＣＣＷに回転する。このような回転は、ピニオン７７およびラック５５を介してレンズホルダ６１に伝達され、レンズホルダ６１が下降する。その結果、発散角調整レンズ６０も下降するため、光ビームＬの主走査位置は、斜め下方に２．５°の角度分だけ、副走査方向Ｌ１２に移動する。また、図９(ａ)に示す状態では、大径円板部７２の円弧状の回転阻止部７２０が従動歯車７６の歯７６１の間に入り込んだ状態で歯７６１に接しているため、従動歯車７６は回転することが不可能である。

また、図９(ａ)に示す状態から、副走査駆動用モータ７１の出力軸が、例えば反時計周りＣＣＷに回転すると、図９(ｂ)に示す状態となる。

さらに、図９(ｂ)に示す状態から、副走査駆動用モータ７１の出力軸が、例えば反時計周りＣＣＷに回転すると、駆動歯車７４の歯７３１、７３２と、従動歯車７６の歯７６１、７６２とが噛み合い、図９(ｃ)に示すように、駆動歯車７４が元の位置まで１回転するまでの間に、従動歯車７６が時計周りＣＷに回転する。このような回転は、ピニオン７７およびラック５５を介してレンズホルダ６１に伝達され、レンズホルダ６１が上昇する。その結果、発散角調整レンズ６０も上昇するため、光ビームＬの主走査位置は、斜め上方に２．５°の角度分だけ、副走査方向Ｌ１２に移動する。また、図９(ｃ)に示す状態では、大径円板部７２の円弧状の回転阻止部７２０が従動歯車７６の歯７６１の間に入り込んだ状態で歯７６１に接しているため、従動歯車７６は回転することが不可能である。

さらにまた、図９(ｃ)に示す状態から、副走査駆動用モータ７１の出力軸が、例えば反時計周りＣＣＷに回転すると、図９(ｂ)に示す状態となる。

(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１では、同期モータ４０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３０に入射させ、透過型光偏向ディスク３０で光ビームＬを屈折させて、光ビームＬを主走査方向Ｌ１１に走査している。すなわち、透過型光偏向ディスク３０は、円周方向に分割された複数の放射状の光偏向領域３２から構成され、光偏向領域３２のそれぞれに、入射された光ビームＬを屈折させる傾斜面３３が形成されているため、簡易な構成で光走査を行うことのできる透過型光偏向ディスク３０を形成することができる。また、屈折角が互いに異なる傾斜面３３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３０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。すなわち、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３３を透過型光偏向ディスク３０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３０の径を小さくすることができ、その結果、光ビーム走査装置１の小型化を図ることができる。

また、透過型光偏向ディスク３０は扁平な円盤状であるため、光ビーム走査装置１の薄型化を図ることが可能である。しかも、本形態では、透過型光偏向ディスク３０は樹脂で形成されているため、生産性に優れ、また、光ビーム走査装置１の軽量化、低コスト化が可能である。さらに、例えば±５０℃程度の温度変動があっても、走査角度θｓの変動率がわずかであるため、走査性能への影響はほとんどない。

また、透過型光偏向ディスク３０において、光偏向領域３３に形成されている傾斜面３２は、半径方向に向かって傾斜している。しかも、隣接する光偏向領域３２の傾斜面３３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Ｌを出射することができる。また、透過型光偏向ディスク３０が等速回転している場合でも、光源装置１０から出射された光ビームＬが同一の光偏向領域３３に位置している間、透過型光偏向ディスク３０から出射される光ビームＬは同一方向に出射される。従って、透過型光偏向ディスク３０の回転を停止しなくても、同一の方向に所定の期間、光ビームＬを出射できる。さらに、光源装置１０から出射された光ビームが隣接する光偏向領域３３に移ると、透過型光偏向ディスク３０から出射される方向が即座に切り換わり、過度期間がほとんどないので、無駄な時間が発生しない。

また、光偏向領域３２は、中心孔３１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ため、同期モータ４０の回転数が一定であれば、光源装置１０から一定間隔でパルス状の光ビームＬを出射するだけでも、各走査角度θｓに順次、光ビームＬを出射することができる。

さらに、透過型光偏向ディスク３０を、ポリゴンミラーほど高速回転させる必要がないので、ステッピングモータなど、安価な同期モータ４０を用いることができる。

また、光源装置１０では、集光レンズ１６が、レーザダイオード１３から出射された光ビームＬを、光軸方向に直交する第１の方向Ｌ１(垂直方向)および第２の方向Ｌ２(水平方向)のうち、第２の方向Ｌ２では透過型光偏向ディスク３０の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導く。従って、光源装置１０から出射された光ビームは、透過型光偏向ディスク３０の光偏向領域３２に対して半径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３０の光偏向領域３２の周方向においては光ビームの幅が狭い。従って、小型の透過型光偏向ディスク３０であっても多数の光偏向領域３２を形成することができるので、透過型光偏向ディスク３０の小型化を図ることができる。そのため、透過型光偏向ディスク３０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３０を駆動する同期モータ４０などについてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム走査装置１の大幅な小型化を図ることができる。

また、本形態で用いた透過型光偏向ディスク３０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３０を用いた本形態の光ビーム走査装置１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３０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。

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３０を透過するように構成されている。そのため、同期モータ４０で回転させた透過型光偏向ディスク３０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。

さらに、本形態の光ビーム走査装置１において、レーザダイオード１３と集光レンズ１６の距離、および集光レンズ１６と透過型光偏向ディスク３０との距離は、あくまで、光源装置１０から出射された光ビームＬが第２の方向Ｌ２において透過型光偏向ディスク３０の上面あるいはその近傍で合焦するように設定されている。このため、副走査方向Ｌ１２では、透過型光偏向ディスク３０から出射される光ビームＬの発散角を所望の角度に設定できないという制約があるが、本形態では、透過型光偏向ディスク３０の後段には、発散角調整レンズ６０が配置されており、発散角調整レンズ６０は、透過型光偏向ディスク３０による主走査方向Ｌ１１に対して直交する副走査方向Ｌ１２において、透過型光偏向ディスク３０から出射された光ビームＬの発散角を所望の角度に設定する。それ故、本形態の光ビーム走査装置１によれば、副走査方向Ｌ１２の発散角が所定条件の光ビームＬを走査することができる。

さらにまた、本形態では、副走査機構３において、副走査用駆動モータ７１の回転を歯車機構７０によって減速してレンズホルダ６１(発散角調整レンズ６０)に伝達すると、この発散角調整レンズ６０の位置が切り換わり、光ビームＬの主走査位置が副走査方向Ｌ１２で変化する。このため、例えば、光ビーム走査装置１を車間距離測定装置などに用いた際、前方を走行する車両の高さが相違する場合でも戻り光を確実に検出することができる。

また、歯車機構７０において、駆動歯車７４は、従動歯車７６を回転駆動する歯部７３０と、この従動歯車７６に接して従動歯車７６の回転を阻止する回転阻止部７２０とを具備しているため、光ビームＬの主走査位置を副走査方向Ｌ１２で変化させた後、従動歯車７６は、駆動歯車７４の回転阻止部７２０によって回転が阻止される。このため、発散角調整レンズ６０の位置は、副走査用駆動モータ７１の通電を停止した状態でも保持され、かつ、発散角調整レンズ６０の位置は振動などによって変化することがない。それ故、安価な構成で、走査方向が安定し、かつ、消費電力の小さな光ビーム走査装置１を実現することができる。

［その他の実施の形態］
上記形態では、発散角調整レンズ６０の位置を切り換えることにより光ビームＬの主走査位置を副走査方向Ｌ１２で変化させたが、発散角調整レンズ６０の姿勢を切り換えてもよい。また、発散角調整レンズ６０に限らず、全反射ミラー５０の位置や姿勢を切り換えて、光ビームＬの主走査位置を副走査方向Ｌ１２で変化させてもよい。

上記形態では、光ビームＬの主走査位置を副走査方向Ｌ１２で上位、中位、下位の３方向に変化させたが、その数については、３方向に限定されるものではなく、２方向、あるいは４方向以上であってもよい。

上記形態では、透過型光偏向ディスク３０を樹脂で形成したが、透過型光偏向ディスク３０をガラスで形成しても良い。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１の使用が可能となる。また、上記形態では、傾斜面３３が透過型光偏向ディスク３０の出射面に形成されていたが、入射面、あるいは出射面および射面の両面に傾斜面が形成されても良い。

さらにまた、上述した形態では、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３０を透過するように構成されていたが、光源装置１０から出射された光ビームが、反射型光偏向ディスクで反射することにより、走査されるように構成しても良い。この場合には、図５および図６を参照して説明した光偏向ディスクの上面あるいは下面を反射面とし、かつ、光偏向ディスクの上面に向けて、光源装置から光ビームを照射すればよい。

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。例えば、偏向ディスクに代えて、ポリゴンミラーによって光ビームを主走査方向Ｌ１１に走査する光ビーム走査装置１に本発明を適用してもよい。

本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め後方からみたときの斜視図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置を斜め前方からみたときの斜視図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の平面図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の側面図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の主走査機構の要部の概略構成を模式的に示す概略側面図である。 本発明を適用した光ビーム走査装置の主走査機構の主走査動作の原理を示す説明図である。 (ａ)、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)はそれぞれ、本発明を適用した光ビーム走査装置１で用いられた透過型光偏向ディスクの平面図、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。 本発明を適用した光ビーム装置において、フレームなどの一部を切り欠いて副走査機構などの構成を示す側面図である。 (ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、本発明を適用した光ビーム装置における副走査機構の動作を示す説明図である。

符号の説明

１ 光ビーム走査装置
２ 主走査機構
３ 副走査機構
８０ 圧縮コイルバネ(バックラッシュ除去手段)
１０ 光源装置
１３ レーザダイオード
１６ 集光レンズ
３０ 透過型光偏向ディスク
３２ 光偏向領域
３３ 傾斜面
４０ 同期モータ
５５ ラック
６０ 発散角調整レンズ
６１ レンズホルダ
７０ 歯車機構
７１ 副走査用駆動モータ
７２ 大径円板部
７３ 小径円板部
７４ 駆動歯車
７６ 従動歯車
７７ ピニオン
７２０ 駆動歯車の回転阻止部
７３０ 駆動歯車の歯部
７３１、７３２ 駆動歯車の歯
７６１、７６２ 従動歯車の歯
Ｌ 光ビーム
Ｌ１１ 主走査方向
Ｌ１２ 副走査方向

Claims (7)

1. 光源装置と、該光源装置から出射された光ビームを主走査方向の所定の角度範囲にわたって走査させる主走査機構とを有する光ビーム走査装置において、
   所定の光学素子の位置あるいは姿勢を切り換えて前記光ビームの主走査位置を前記主走査方向と直交する副走査方向で変化させる副走査機構を有し、
   当該副走査機構は、副走査用駆動モータと、該副走査用駆動モータの回転を減速して前記所定の光学素子に伝達するための歯車機構とを有し、
   当該歯車機構は、欠歯歯車からなる駆動歯車と、該駆動歯車に従動する従動歯車とを備え、
   前記駆動歯車は、周方向の所定位置に、前記従動歯車を回転駆動する歯部と、前記従動歯車に接して当該従動歯車の回転を阻止する回転阻止部とを具備していることを特徴とする光ビーム走査装置。
2. 請求項１において、前記駆動歯車は、全周のうち、前記歯部が形成されている領域を除く全体が前記回転阻止部になっていることを特徴とする光ビーム走査装置。
3. 請求項２において、前記副走査機構は、前記駆動歯車が前記回転阻止部によって前記従動歯車の回転を阻止しているときの待機位置から回転して前記従動歯車を回転駆動した後、前記待機位置に戻るまで回転するように構成されていることを特徴とする光ビーム走査装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記副走査機構は、前記駆動歯車と前記従動歯車とのバックラッシュを除去するバックラッシュ除去手段を備えていることを特徴とする光ビーム走査装置。
5. 請求項４において、前記バックラッシュ除去手段は、前記所定の光学素子を付勢して前記欠歯歯車と前記従動歯車とのバックラッシュを除去する圧縮コイルバネであることを特徴とする光ビーム走査装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記主走査機構は、周方向における光の入射位置により前記主走査方向における光の出射方向が変化する光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動して前記光源装置からの出射光の当該偏向ディスクへの光の入射位置を変化させる主走査用モータとを備えていることを特徴とする光ビーム走査装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記所定の光学素子は、前記主走査機構から出射された光ビームの前記副走査方向における発散角を調整するパワーを備えた発散角調整レンズであることを特徴とする光ビーム走査装置。

Images