JP2014002394A - 光スキャナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】落下等の衝撃によって破壊されることを抑制可能とする光スキャナ装置を提供する。
【解決手段】光スキャナ装置1は、レーザ光Lを発振するレーザ光源3と、レーザ光Lを平行なビーム光Laに整形するレンズ4と、ビーム光Laを所定の方向に偏向走査する光偏向器10と、レーザ光源3を駆動するレーザドライバ部2と、光偏向器10を駆動するための駆動信号Dhを光偏向器10に出力する制御回路部5と、レーザドライバ部2及び制御回路部5を制御する演算処理回路部7と、演算処理回路部7に加速度検出信号Acを出力する加速度センサ6と、を備えている。演算処理回路部7は、加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが所定の閾値以上のときに制御回路部5を制御して光偏向器10によるビーム光Laの偏向走査を停止させる。
【選択図】図1
【解決手段】光スキャナ装置1は、レーザ光Lを発振するレーザ光源3と、レーザ光Lを平行なビーム光Laに整形するレンズ4と、ビーム光Laを所定の方向に偏向走査する光偏向器10と、レーザ光源3を駆動するレーザドライバ部2と、光偏向器10を駆動するための駆動信号Dhを光偏向器10に出力する制御回路部5と、レーザドライバ部2及び制御回路部5を制御する演算処理回路部7と、演算処理回路部7に加速度検出信号Acを出力する加速度センサ6と、を備えている。演算処理回路部7は、加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが所定の閾値以上のときに制御回路部5を制御して光偏向器10によるビーム光Laの偏向走査を停止させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、レ−ザ光をミラー部で反射して偏向走査する光スキャナ装置に係り、特に落下等の衝撃によって破壊されることを抑制することができる光スキャナ装置に関する。
光スキャナ装置は、バーコードリーダ、レーザプリンタ、及びレーザ走査型ディスプレイ等、多くの製品に広く用いられている。
近年においては、例えば特許文献1に開示されているように、小型化や高性能化を目的としてMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用した光スキャナ装置が提案されている。
近年においては、例えば特許文献1に開示されているように、小型化や高性能化を目的としてMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用した光スキャナ装置が提案されている。
MEMS技術を利用した光スキャナ装置は、一般的にシリコン基板を加工して枠状の支持部,支持部の枠内に配置されたミラー部,及び枠部とミラー部とを連結するトーションバーが形成されている。トーションバーはシリコン基板を薄くかつ細く加工して形成されているため機械的強度が他の構成部よりも小さい。そのため、特にミラー部が駆動した状態ではトーションバーに捩れ応力が生じているため、光スキャナ装置が落下する等によってトーションバーに衝撃が与えられるとトーションバーが破壊してしまう場合がある。
そこで、本発明は、落下等の衝撃によって破壊されることを抑制可能とする光スキャナ装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は次の光スキャナ装置を提供する。
1)レーザ光(L)を発振するレーザ光源(3)と、前記レーザ光を平行なビーム光(La)に整形するレンズ(4)と、前記ビーム光を所定の方向に偏向走査する光偏向器(10)と、前記レーザ光源を駆動するレーザドライバ部(2)と、前記光偏向器を駆動するための駆動信号(Dh)を前記光偏向器に出力する制御回路部(5)と、前記レーザドライバ部及び前記制御回路部を制御する演算処理回路部(7)と、前記演算処理回路部に加速度検出信号(Ac)を出力する加速度センサ(6)と、を備え、前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記制御回路部を制御して前記光偏向器による前記ビーム光の偏向走査を停止させることを特徴とする光スキャナ装置(1)。
2)前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記制御回路部に制御信号(Cs)を出力し、前記制御回路部は、前記制御信号が入力されると前記光偏向器への前記駆動信号の出力を停止するか又は前記光偏向器に前記駆動信号とは逆位相の反転信号(Pi)を出力することを特徴とする1)記載の光スキャナ装置。
3)前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記レーザドライバ部を制御して前記レーザ光源による前記レーザ光の発振を停止させることを特徴とする1)又は2)記載の光スキャナ装置。
1)レーザ光(L)を発振するレーザ光源(3)と、前記レーザ光を平行なビーム光(La)に整形するレンズ(4)と、前記ビーム光を所定の方向に偏向走査する光偏向器(10)と、前記レーザ光源を駆動するレーザドライバ部(2)と、前記光偏向器を駆動するための駆動信号(Dh)を前記光偏向器に出力する制御回路部(5)と、前記レーザドライバ部及び前記制御回路部を制御する演算処理回路部(7)と、前記演算処理回路部に加速度検出信号(Ac)を出力する加速度センサ(6)と、を備え、前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記制御回路部を制御して前記光偏向器による前記ビーム光の偏向走査を停止させることを特徴とする光スキャナ装置(1)。
2)前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記制御回路部に制御信号(Cs)を出力し、前記制御回路部は、前記制御信号が入力されると前記光偏向器への前記駆動信号の出力を停止するか又は前記光偏向器に前記駆動信号とは逆位相の反転信号(Pi)を出力することを特徴とする1)記載の光スキャナ装置。
3)前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記レーザドライバ部を制御して前記レーザ光源による前記レーザ光の発振を停止させることを特徴とする1)又は2)記載の光スキャナ装置。
本発明の光スキャナ装置によれば、落下等の衝撃によって破壊してしまうことを抑制できるという効果を奏する。
本発明の実施の形態を、好ましい実施例1〜5により図1〜図10を用いて説明する。
<実施例1>
本発明の光スキャナ装置の実施例1について図1〜図4を用いて説明する。
本発明の光スキャナ装置の実施例1について図1〜図4を用いて説明する。
[光スキャナ装置の構成]
図1に示すように、光スキャナ装置1は、レーザドライバ2、半導体レーザ光源3、コリメータレンズ4、共振制御回路部5、加速度センサ6、演算処理回路部(CPU)7、及び光偏向器10を有して構成されている。
図1に示すように、光スキャナ装置1は、レーザドライバ2、半導体レーザ光源3、コリメータレンズ4、共振制御回路部5、加速度センサ6、演算処理回路部(CPU)7、及び光偏向器10を有して構成されている。
レーザドライバ2は、半導体レーザ光源3を駆動するための駆動電流を半導体レーザ光源3に供給する。
半導体レーザ光源3はレーザドライバ2から供給される駆動電流によってレーザ光Lをコリメータレンズ4に向けて出射する。
コリメータレンズ4は半導体レーザ光源3から出射されたレーザ光Lを平行なビーム光Laに整形する。
光偏向器10は、コリメータレンズ4で整形されたビーム光Laをミラー部12で反射して偏向走査する。
共振制御回路部5は光偏向器10のミラー部12を駆動するためのミラー駆動信号Dhを出力し、光偏向器10から出力された角度検出信号Snを入力する。
半導体レーザ光源3はレーザドライバ2から供給される駆動電流によってレーザ光Lをコリメータレンズ4に向けて出射する。
コリメータレンズ4は半導体レーザ光源3から出射されたレーザ光Lを平行なビーム光Laに整形する。
光偏向器10は、コリメータレンズ4で整形されたビーム光Laをミラー部12で反射して偏向走査する。
共振制御回路部5は光偏向器10のミラー部12を駆動するためのミラー駆動信号Dhを出力し、光偏向器10から出力された角度検出信号Snを入力する。
加速度センサ6は演算処理回路部7に加速度検出信号Acを出力する。
加速度センサ6としては、x方向,y方向,及びz方向の3軸タイプのものを用いることが好ましく、さらに小型で高感度の半導体タイプのMEMS(Micro Electro Mechanical System)センサを用いることが好ましい。
加速度センサ6としては、x方向,y方向,及びz方向の3軸タイプのものを用いることが好ましく、さらに小型で高感度の半導体タイプのMEMS(Micro Electro Mechanical System)センサを用いることが好ましい。
演算処理回路部7はマイコン等のプロセッサを有して構成されており、レーザドライバ2にレーザ発光制御信号Lsを出力することによってレーザドライバ2を動作状態にする。
また、演算処理回路部7は、加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを判定し、閾値以上の場合には光スキャナ装置1が落下している状態にあると判断して共振制御回路部5にスイッチ制御信号Csを出力する。
また、演算処理回路部7は、加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを判定し、閾値以上の場合には光スキャナ装置1が落下している状態にあると判断して共振制御回路部5にスイッチ制御信号Csを出力する。
[光偏向器の構成]
図2に示すように、光偏向器10は、枠状の支持部11と、支持部11の枠内に配置されたミラー部12と、支持部11の枠内にミラー部12を介して対向配置され、一端が支持部11に固定された一対のアーム部13a,13bと、支持部11の枠内にミラー部12を介して対向配置されると共に一対のアーム部13a,13bにそれぞれ対向配置され、一端が支持部11に固定された一対のアーム部14a,14bと、アーム部13aの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー15aと、アーム部13bの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー15bと、アーム部14aの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー16aと、アーム部14bの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー16bと、を有して構成されている。
ミラー部12、アーム部13a,13b,14a,14b、及びトーションバー15a,15b,16a,16bは、支持部11よりも厚さが薄くなるように形成されている。
図2に示すように、光偏向器10は、枠状の支持部11と、支持部11の枠内に配置されたミラー部12と、支持部11の枠内にミラー部12を介して対向配置され、一端が支持部11に固定された一対のアーム部13a,13bと、支持部11の枠内にミラー部12を介して対向配置されると共に一対のアーム部13a,13bにそれぞれ対向配置され、一端が支持部11に固定された一対のアーム部14a,14bと、アーム部13aの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー15aと、アーム部13bの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー15bと、アーム部14aの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー16aと、アーム部14bの他端側とミラー部12とに連接するトーションバー16bと、を有して構成されている。
ミラー部12、アーム部13a,13b,14a,14b、及びトーションバー15a,15b,16a,16bは、支持部11よりも厚さが薄くなるように形成されている。
ミラー部12は、ビーム光La(図1参照)を反射する反射面17を有する。
アーム部13aとアーム部14aとはミラー部12の重心O12を通る中心線y12に対して線対称に配置されている。同様に、アーム部13bとアーム部14bとは中心線y12に対して線対称に配置されている。
トーションバー15aとトーションバー16aとは中心線y12に対して線対称に配置されている。同様に、トーションバー15bとトーションバー16bとは中心線y12に対して線対称に配置されている。
アーム部13aとアーム部14aとはミラー部12の重心O12を通る中心線y12に対して線対称に配置されている。同様に、アーム部13bとアーム部14bとは中心線y12に対して線対称に配置されている。
トーションバー15aとトーションバー16aとは中心線y12に対して線対称に配置されている。同様に、トーションバー15bとトーションバー16bとは中心線y12に対して線対称に配置されている。
アーム部13a,13b,14a,14bには、各アーム部に対応して圧電素子18a,18b,19a,19bが形成されている。圧電素子18a,18b,19a,19bは、下電極、圧電体層、及び上電極が支持部11上に順次形成された積層構造をそれぞれ有している。
支持部11には、端子20a,20b,21a,21bが形成されている。
端子20aは圧電素子18aの一方の電極(例えば上電極)及び圧電素子18bの一方の電極(例えば上電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子20bは圧電素子18aの他方の電極(例えば下電極)及び圧電素子18bの他方の電極(例えば下電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子21aは圧電素子19aの一方の電極(例えば上電極)及び圧電素子19bの一方の電極(例えば上電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子21bは圧電素子19aの他方の電極(例えば下電極)及び圧電素子19bの他方の電極(例えば下電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子20aは圧電素子18aの一方の電極(例えば上電極)及び圧電素子18bの一方の電極(例えば上電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子20bは圧電素子18aの他方の電極(例えば下電極)及び圧電素子18bの他方の電極(例えば下電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子21aは圧電素子19aの一方の電極(例えば上電極)及び圧電素子19bの一方の電極(例えば上電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
端子21bは圧電素子19aの他方の電極(例えば下電極)及び圧電素子19bの他方の電極(例えば下電極)にそれぞれ電気的に接続されている。
上述した光偏向器10は、シリコン基板上に絶縁層及びシリコン層が順次積層されたSOI(Silicon on Insulator)ウエハに所定の半導体プロセスを施すことにより形成することができる。
例えば、支持部11はシリコン基板,絶縁層,及びシリコン層からなり、ミラー部12、アーム部13a,13b,14a,14b、及びトーションバー15a,15b,16a,16bはシリコン層からなる。
反射面17は、ミラー部12の表面にアルミニウムや金等の高反射性を有する金属の膜を形成することによって得られる。
例えば、支持部11はシリコン基板,絶縁層,及びシリコン層からなり、ミラー部12、アーム部13a,13b,14a,14b、及びトーションバー15a,15b,16a,16bはシリコン層からなる。
反射面17は、ミラー部12の表面にアルミニウムや金等の高反射性を有する金属の膜を形成することによって得られる。
[共振制御回路部の構成]
図3に示すように、共振制御回路部5は、増幅器31、帯域フィルタ32、位相調整器33、自動利得制御回路部(以下、AGC回路部と称す)34、駆動アンプ35、及びスイッチ回路部36を有して構成されている。
スイッチ回路部36は、演算処理回路部7(図1参照)からスイッチ制御信号Csが入力されていないときは閉状態(導通状態)であり、スイッチ制御信号Csが入力されたときには開状態(絶縁状態)になる。
図3に示すように、共振制御回路部5は、増幅器31、帯域フィルタ32、位相調整器33、自動利得制御回路部(以下、AGC回路部と称す)34、駆動アンプ35、及びスイッチ回路部36を有して構成されている。
スイッチ回路部36は、演算処理回路部7(図1参照)からスイッチ制御信号Csが入力されていないときは閉状態(導通状態)であり、スイッチ制御信号Csが入力されたときには開状態(絶縁状態)になる。
光偏向器10において、端子20aはスイッチ回路部36の出力側に電気的に接続されている。端子21aは増幅器31の入力側に電気的に接続されている。端子20b及び端子21bはそれぞれ接地されている。
[ミラー部の駆動方法]
光偏向器10のミラー部12は中心線y12を回転軸とした共振駆動がなされる。共振駆動時は、一方のアーム部13a,13bと他方のアーム部14a,14bの運動が紙面手前奥方向に互いに180度逆位相のモードとなる。即ち、一方のアーム部13a,13bは他方のアーム部14a,14bに対して逆位相となるよう駆動制御される。
位相調整器33は、入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように角度検出信号Snを位相調整し、共振位相信号PrとしてAGC回路部34に出力する。
AGC回路部34は、入力された共振位相信号Prを振幅が一定になるように制御して駆動アンプ35に出力する。
駆動アンプ35は、入力された共振位相信号Prを所定の値に昇圧し、ミラー駆動信号Dhとしてスイッチ回路部36に出力する。
光偏向器10のミラー部12は中心線y12を回転軸とした共振駆動がなされる。共振駆動時は、一方のアーム部13a,13bと他方のアーム部14a,14bの運動が紙面手前奥方向に互いに180度逆位相のモードとなる。即ち、一方のアーム部13a,13bは他方のアーム部14a,14bに対して逆位相となるよう駆動制御される。
位相調整器33は、入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように角度検出信号Snを位相調整し、共振位相信号PrとしてAGC回路部34に出力する。
AGC回路部34は、入力された共振位相信号Prを振幅が一定になるように制御して駆動アンプ35に出力する。
駆動アンプ35は、入力された共振位相信号Prを所定の値に昇圧し、ミラー駆動信号Dhとしてスイッチ回路部36に出力する。
スイッチ回路部36に入力されたミラー駆動信号Dhは、スイッチ回路部36が閉状態のときにはスイッチ回路部36を通って光偏向器10の端子20aに入力される。これにより、圧電素子18a,18bの上電極と下電極の間にミラー駆動信号Dhに応じた電圧が印加されるので、この電圧に応じて圧電素子18a,18bが振動する。そして、圧電素子18a,18bの振動によってアーム部13a,13bがアーム部13a,13bと支持部11との接続部をそれぞれ支点にして紙面手前奥方向に駆動する。アーム部13a,13bの駆動によってミラー部12が中心線y12を回転軸として紙面左右方向に駆動する。
ミラー部12の駆動によって他側の圧電素子19a,19bに歪み変形が生じる。この歪みによって圧電素子19a,19bに電圧が発生する。この電圧はミラー部12の偏向角に応じて変化するため、電圧変化を角度検出信号Snとして端子21aを介して増幅器31に出力する。
増幅器31は入力された角度検出信号Snを所定の値に昇圧して帯域フィルタ32に出力する。
帯域フィルタ32はミラー部12の共振周波数帯域の信号が通過可能であり、入力された角度検出信号Snをノイズ除去して位相調整器33に出力する。
増幅器31は入力された角度検出信号Snを所定の値に昇圧して帯域フィルタ32に出力する。
帯域フィルタ32はミラー部12の共振周波数帯域の信号が通過可能であり、入力された角度検出信号Snをノイズ除去して位相調整器33に出力する。
上述した閉ループの駆動方法によってミラー部12の共振周波数で安定的に駆動する。そして、ミラー部の駆動に同期して半導体レーザ光源3から出力されるレーザ光Lの出力をレーザドライバで制御しつつ、レーザ光Lをコリメータレンズで平行なビーム光Laに整形してミラー部に照射することにより、ビーム光Laを偏向走査することができる。
上述した光スキャナ装置1によれば、一方の圧電素子18a,18bでミラー部12を駆動し、ミラー部12の駆動周波数を他方の圧電素子19a,19bで検出して位相調整器33にフィードバックすることにより、ミラー部12の共振周波数で安定的に駆動することができる。
[光スキャナ装置における落下対策]
ところで、ミラー部12が駆動している状態ではトーションバー15a,15b,16a,16bにはそれぞれ互いに逆回転方向のねじれ歪みが交互に生じている。トーションバー15a,15b,16a,16bは他の構成部よりも薄くかつ細い形状を有しているため、トーションバー15a,15b,16a,16bにねじれ歪みが生じている状態で光スキャナ装置1を落下させてしまうと、従来では落下の衝撃によってトーションバー15a,15b,16a,16bが破壊してしまう場合があった。
ところで、ミラー部12が駆動している状態ではトーションバー15a,15b,16a,16bにはそれぞれ互いに逆回転方向のねじれ歪みが交互に生じている。トーションバー15a,15b,16a,16bは他の構成部よりも薄くかつ細い形状を有しているため、トーションバー15a,15b,16a,16bにねじれ歪みが生じている状態で光スキャナ装置1を落下させてしまうと、従来では落下の衝撃によってトーションバー15a,15b,16a,16bが破壊してしまう場合があった。
そこで、光スキャナ装置1における落下対策について図1〜図3と共に図4を用いて説明する。
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S01)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S02)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部5にスイッチ制御信号Csを出力する(S03)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部5のスイッチ回路部36に入力されると、スイッチ回路部36を閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に切り換えて駆動アンプ35から出力されるミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給を停止する(S04)。
上述したS01からS04までのステップを光スキャナ装置1の落下途中に行うことにより、光スキャナ装置1が地面や床等に落下した際に生じる衝撃がトーションバー15a,15b,16a,16bに与えられるときにはミラー部12は停止した状態にあるため、即ちトーションバー15a,15b,16a,16bはねじれ歪みが生じていない状態にあるため、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止することができる。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S02)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部5にスイッチ制御信号Csを出力する(S03)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部5のスイッチ回路部36に入力されると、スイッチ回路部36を閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に切り換えて駆動アンプ35から出力されるミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給を停止する(S04)。
上述したS01からS04までのステップを光スキャナ装置1の落下途中に行うことにより、光スキャナ装置1が地面や床等に落下した際に生じる衝撃がトーションバー15a,15b,16a,16bに与えられるときにはミラー部12は停止した状態にあるため、即ちトーションバー15a,15b,16a,16bはねじれ歪みが生じていない状態にあるため、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止することができる。
<実施例2>
本発明の光スキャナ装置の実施例2について図1〜図3と共に図5を用いて説明する。
実施例2は実施例1に対して光スキャナ装置が落下したときの手順が異なり、それ以外の構成及び手順は実施例1と同じなので、光スキャナ装置における落下対策について詳細に説明する。なお、実施例1と同じ構成部については説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
本発明の光スキャナ装置の実施例2について図1〜図3と共に図5を用いて説明する。
実施例2は実施例1に対して光スキャナ装置が落下したときの手順が異なり、それ以外の構成及び手順は実施例1と同じなので、光スキャナ装置における落下対策について詳細に説明する。なお、実施例1と同じ構成部については説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
[光スキャナ装置における落下対策](図1〜図3及び図5参照)
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S11)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S12)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部5にスイッチ制御信号Csを出力すると共にレーザドライバ2へのレーザ発光制御信号Lsの出力を止めて又はレーザ発光制御信号Lsを制御してレーザドライバ2を停止する(S13)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部5のスイッチ回路部36に入力されると、スイッチ回路部36が閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に切り換わり駆動アンプ35から出力されるミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給が停止する(S14)。
また、レーザドライバ2が停止すると半導体レーザ光源3のレーザ光Lの出射が停止する(S15)。
上述したステップを光スキャナ装置1の落下途中で行うことにより、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止できると共に、光スキャナ装置1が地面や床等に落下した際にレーザ光L(ビーム光La)が近くにいる人の目に入射してしまうことを防止できる。目にレーザ光が入射されるとレーザ被爆して網膜に損傷を与える場合がある。
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S11)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S12)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部5にスイッチ制御信号Csを出力すると共にレーザドライバ2へのレーザ発光制御信号Lsの出力を止めて又はレーザ発光制御信号Lsを制御してレーザドライバ2を停止する(S13)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部5のスイッチ回路部36に入力されると、スイッチ回路部36が閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に切り換わり駆動アンプ35から出力されるミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給が停止する(S14)。
また、レーザドライバ2が停止すると半導体レーザ光源3のレーザ光Lの出射が停止する(S15)。
上述したステップを光スキャナ装置1の落下途中で行うことにより、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止できると共に、光スキャナ装置1が地面や床等に落下した際にレーザ光L(ビーム光La)が近くにいる人の目に入射してしまうことを防止できる。目にレーザ光が入射されるとレーザ被爆して網膜に損傷を与える場合がある。
<実施例3>
本発明の光スキャナ装置の実施例3について図1及び図2と共に図6〜図8を用いて説明する。
実施例3は実施例1に対して、光スキャナ装置の落下途中でのミラー部の駆動をより短時間で停止させることを目的とするものである。
実施例3は実施例1に対して光スキャナ装置における共振制御回路部の構成、及び光スキャナ装置が落下したときの手順が異なり、それ以外の構成及び手順は実施例1と同じなので、共振制御回路部の構成及び光スキャナ装置の落下対策について詳細に説明する。なお、実施例1と同じ構成部については説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
本発明の光スキャナ装置の実施例3について図1及び図2と共に図6〜図8を用いて説明する。
実施例3は実施例1に対して、光スキャナ装置の落下途中でのミラー部の駆動をより短時間で停止させることを目的とするものである。
実施例3は実施例1に対して光スキャナ装置における共振制御回路部の構成、及び光スキャナ装置が落下したときの手順が異なり、それ以外の構成及び手順は実施例1と同じなので、共振制御回路部の構成及び光スキャナ装置の落下対策について詳細に説明する。なお、実施例1と同じ構成部については説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
[共振制御回路部の構成](図1,図2及び図6参照)
図6に示すように、共振制御回路部40は、増幅器31、帯域フィルタ32、位相調整器43、スイッチ回路部46、自動利得制御回路部(以下、AGC回路部と称す)34、及び駆動アンプ35を有して構成されている。
スイッチ回路部46は、3つの端子A46,B46,C46を有している。演算処理回路部7(図1参照)からスイッチ制御信号Csがスイッチ回路部46に入力されていないときには端子B46と端子C46とが閉状態(導通状態)でかつ端子A46と端子C46とが開状態(絶縁状態)である。そして、演算処理回路部7からスイッチ制御信号Csがスイッチ回路部46に入力されると端子B46と端子C46とが開状態(絶縁状態)、端子A46と端子C46とが閉状態(導通状態)に切り替わる。
図6に示すように、共振制御回路部40は、増幅器31、帯域フィルタ32、位相調整器43、スイッチ回路部46、自動利得制御回路部(以下、AGC回路部と称す)34、及び駆動アンプ35を有して構成されている。
スイッチ回路部46は、3つの端子A46,B46,C46を有している。演算処理回路部7(図1参照)からスイッチ制御信号Csがスイッチ回路部46に入力されていないときには端子B46と端子C46とが閉状態(導通状態)でかつ端子A46と端子C46とが開状態(絶縁状態)である。そして、演算処理回路部7からスイッチ制御信号Csがスイッチ回路部46に入力されると端子B46と端子C46とが開状態(絶縁状態)、端子A46と端子C46とが閉状態(導通状態)に切り替わる。
光偏向器10において、端子20aは駆動アンプ35の出力側に電気的に接続されている。端子21aは増幅器31の入力側に電気的に接続されている。端子20b及び端子21bはそれぞれ接地されている。
スイッチ回路部46の端子B46には位相調整器43から共振位相信号Prが入力される。
スイッチ回路部44の端子A46には位相調整器43から共振位相信号Prとは逆位相の位相反転信号Piが入力される。
スイッチ回路部44の端子A46には位相調整器43から共振位相信号Prとは逆位相の位相反転信号Piが入力される。
ここで、共振位相信号Prと位相反転信号Piとの関係について説明する。
ミラー駆動信号Dhによって圧電素子18a,18bが圧電振動することにより、アーム部13a,13bはアーム部13a,13bと支持部11との接続部をそれぞれ支点にして紙面手前方向及び紙面奥方向に交互に駆動する。
一方、アーム部13a,13bに対向配置されたアーム部14a,14bは紙面奥方向及び紙面手前方向にアーム部13a,13bとは逆向きに交互に駆動するため、端子21aから出力される角度検出信号Snはミラー駆動信号Dhに対して略180度位相反転した逆位相の信号となる。即ち、共振駆動時は、角度検出信号Snを位相調整器43で逆位相にした共振位相信号Prを増幅することによりミラー駆動信号Dhを生成している。一方、位相反転信号Piは共振位相信号Prをさらに逆位相としたものであり、結果的に角度検出信号Snと略同相の関係となる。
ミラー駆動信号Dhによって圧電素子18a,18bが圧電振動することにより、アーム部13a,13bはアーム部13a,13bと支持部11との接続部をそれぞれ支点にして紙面手前方向及び紙面奥方向に交互に駆動する。
一方、アーム部13a,13bに対向配置されたアーム部14a,14bは紙面奥方向及び紙面手前方向にアーム部13a,13bとは逆向きに交互に駆動するため、端子21aから出力される角度検出信号Snはミラー駆動信号Dhに対して略180度位相反転した逆位相の信号となる。即ち、共振駆動時は、角度検出信号Snを位相調整器43で逆位相にした共振位相信号Prを増幅することによりミラー駆動信号Dhを生成している。一方、位相反転信号Piは共振位相信号Prをさらに逆位相としたものであり、結果的に角度検出信号Snと略同相の関係となる。
[光スキャナ装置における落下対策](図1,図2,及び図6〜図7参照)
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3(図1参照)からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S21)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S22)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部40にスイッチ制御信号Csを出力する(S23)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部40のスイッチ回路部46に入力されると、スイッチ回路部46では端子B46と端子C46とが閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に、端子A46と端子C46とが開状態から閉状態に切り替わる。これにより、駆動アンプ35からは位相反転信号Piが増幅された信号であるミラー駆動信号Dhが光偏向器10の端子20aに供給される(S24)。
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3(図1参照)からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S21)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S22)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部40にスイッチ制御信号Csを出力する(S23)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部40のスイッチ回路部46に入力されると、スイッチ回路部46では端子B46と端子C46とが閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に、端子A46と端子C46とが開状態から閉状態に切り替わる。これにより、駆動アンプ35からは位相反転信号Piが増幅された信号であるミラー駆動信号Dhが光偏向器10の端子20aに供給される(S24)。
ここで、位相反転信号Piが増幅された信号であるミラー駆動信号Dhが光偏向器10の端子20aに供給されたときのミラー部の状態について図8を用いて説明する。
実施例1では光スキャナ装置1が落下している状態であると判断するとミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給を停止する手順とした。
ところで、ミラー部12は慣性モーメントが作用しているため、ミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給を停止した瞬間にミラー部12が停止するものではない。そのため、例えば低い位置から光スキャナ装置1が落下した場合、ミラー部12が完全に停止する前にトーションバー15a,15b,16a,16bに落下の衝撃が与えられてしまう虞がある。
ところで、ミラー部12は慣性モーメントが作用しているため、ミラー駆動信号Dhの光偏向器10への供給を停止した瞬間にミラー部12が停止するものではない。そのため、例えば低い位置から光スキャナ装置1が落下した場合、ミラー部12が完全に停止する前にトーションバー15a,15b,16a,16bに落下の衝撃が与えられてしまう虞がある。
そこで、実施例3では光スキャナ装置1の落下が検知されると位相反転信号Piが増幅された信号であるミラー駆動信号Dhを光偏向器10に供給する。
前述したように、位相反転信号Piは共振駆動時の共振位相信号Prに対して略180度位相反転した逆位相の信号であり、アーム部14a,14b(圧電素子19a,19b)から出力される角度検出信号Snと同位相の信号である。
前述したように、位相反転信号Piは共振駆動時の共振位相信号Prに対して略180度位相反転した逆位相の信号であり、アーム部14a,14b(圧電素子19a,19b)から出力される角度検出信号Snと同位相の信号である。
そのため、図8(a)に示すように、通常の動作状態、即ちアーム部13a,13b(圧電素子18a,18b)に共振位相信号Prが供給されている状態では、一方のアーム部13a,13bと他方のアーム部14a,14bとは紙面上方向及び紙面下方向に互いに逆向きに駆動している。
これに対して、光スキャナ装置1の落下が検知されると、即ちアーム部13a,13b(圧電素子18a,18b)に共振位相信号Prに替えて共振位相信号Prと逆位相(角度検出信号Snと同相)の位相反転信号Piが供給されるので、図8(b)及び(c)に示すように、一方のアーム部13a,13bと他方のアーム部14a,14bとが同じ向きになるのでミラー部12の慣性モーメントを打ち消すことができる。
上述した上下振動は、ミラー部12固有の振動モードのひとつであるが、例えば回転モードの共振周波数が40kHzのとき上下モードの共振周波数が25kHzというように異なる周波数であることを利用して、例えば帯域フィルタ32を回転モードの共振周波数40kHz±5kHz程度のバンドパスフィルタとすることにより上下モードの共振発生を抑えることができる。
これにより、光スキャナ装置1の落下が検知されてからミラー部12が完全に停止するまでの時間を実施例1よりも短くすることができる。
従って、例えば低い位置から光スキャナ装置1が落下した場合においても、ミラー部12を完全に停止することができるので、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止することができる。
これに対して、光スキャナ装置1の落下が検知されると、即ちアーム部13a,13b(圧電素子18a,18b)に共振位相信号Prに替えて共振位相信号Prと逆位相(角度検出信号Snと同相)の位相反転信号Piが供給されるので、図8(b)及び(c)に示すように、一方のアーム部13a,13bと他方のアーム部14a,14bとが同じ向きになるのでミラー部12の慣性モーメントを打ち消すことができる。
上述した上下振動は、ミラー部12固有の振動モードのひとつであるが、例えば回転モードの共振周波数が40kHzのとき上下モードの共振周波数が25kHzというように異なる周波数であることを利用して、例えば帯域フィルタ32を回転モードの共振周波数40kHz±5kHz程度のバンドパスフィルタとすることにより上下モードの共振発生を抑えることができる。
これにより、光スキャナ装置1の落下が検知されてからミラー部12が完全に停止するまでの時間を実施例1よりも短くすることができる。
従って、例えば低い位置から光スキャナ装置1が落下した場合においても、ミラー部12を完全に停止することができるので、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止することができる。
<実施例4>
本発明の光スキャナ装置の実施例4について図1,図2,図6及び図8と共に図9を用いて説明する。
実施例4は実施例3に対して光スキャナ装置が落下したときの手順が異なり、それ以外の構成及び手順は実施例3と同じなので、光スキャナ装置における落下対策について詳細に説明する。なお、実施例3と同じ構成部については説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
本発明の光スキャナ装置の実施例4について図1,図2,図6及び図8と共に図9を用いて説明する。
実施例4は実施例3に対して光スキャナ装置が落下したときの手順が異なり、それ以外の構成及び手順は実施例3と同じなので、光スキャナ装置における落下対策について詳細に説明する。なお、実施例3と同じ構成部については説明をわかりやすくするために同じ符号を付す。
[光スキャナ装置における落下対策]
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S31)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S32)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部40にスイッチ制御信号Csを出力すると共にレーザドライバ2へのレーザ発光制御信号Lsの出力を止めて又はレーザ発光制御信号Lsを切り換えてレーザドライバ2を停止する(S33)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部40のスイッチ回路部46に入力されると、スイッチ回路部46では端子B46と端子C46とが閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に、端子A46と端子C46とが開状態から閉状態に切り替わる。これにより、駆動アンプ35からは位相反転信号Piが増幅された信号であるミラー駆動信号Dhが光偏向器10の端子20aに供給され、ミラー部12が停止する(S34)。
また、レーザドライバ2が停止すると半導体レーザ光源3のレーザ光Lの出射が停止する(S35)。
上述したステップを光スキャナ装置1の落下途中に行うことにより、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止できると共に、光スキャナ装置1が地面や床等に落下した際にレーザ光L(ビーム光La)が近くにいる人の目に入射してしまうことを防止できる。目にレーザ光が入射されるとレーザ被爆して網膜に損傷を与える場合がある。
ミラー部12を駆動させ、半導体レーザ光源3からコリメータレンズ3を介してビーム光Laをミラー部12に照射することにより、ビーム光Laの偏向走査を行う(S31)。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S32)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断して共振制御回路部40にスイッチ制御信号Csを出力すると共にレーザドライバ2へのレーザ発光制御信号Lsの出力を止めて又はレーザ発光制御信号Lsを切り換えてレーザドライバ2を停止する(S33)。
スイッチ制御信号Csが共振制御回路部40のスイッチ回路部46に入力されると、スイッチ回路部46では端子B46と端子C46とが閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に、端子A46と端子C46とが開状態から閉状態に切り替わる。これにより、駆動アンプ35からは位相反転信号Piが増幅された信号であるミラー駆動信号Dhが光偏向器10の端子20aに供給され、ミラー部12が停止する(S34)。
また、レーザドライバ2が停止すると半導体レーザ光源3のレーザ光Lの出射が停止する(S35)。
上述したステップを光スキャナ装置1の落下途中に行うことにより、トーションバー15a,15b,16a,16bの破壊を防止できると共に、光スキャナ装置1が地面や床等に落下した際にレーザ光L(ビーム光La)が近くにいる人の目に入射してしまうことを防止できる。目にレーザ光が入射されるとレーザ被爆して網膜に損傷を与える場合がある。
<実施例5>
本発明の光スキャナ装置の実施例5について図1〜図3及び図6と共に図10を用いて説明する。
実施例5は実施例1〜4に対して、光スキャナ装置が落下した後に自動復帰させることを目的とするものである。
本発明の光スキャナ装置の実施例5について図1〜図3及び図6と共に図10を用いて説明する。
実施例5は実施例1〜4に対して、光スキャナ装置が落下した後に自動復帰させることを目的とするものである。
加速度センサ6から加速度検出信号Acを演算処理回路部7に連続的に出力する(S41)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断してS41に戻る。また、加速度検出信号Acが予め設定されている閾値未満と判定した場合には、光スキャナ装置1が静止状態であると判断して、共振制御回路部5(40)からのスイッチ制御信号Csの出力を停止又は制御する(S42)。
これにより、図3(実施例1及び2)ではスイッチ回路部36が開状態(絶縁状態)から閉状態(導通状態)に切り換わり、図6(実施例3及び4)ではスイッチ回路部46において端子A46と端子C46とが閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に、端子B46と端子C46とが開状態(絶縁状態)から閉状態(導通状態)に切り替わり、スイッチ回路部36(46)からミラー部12にミラー駆動信号Dhが入力される(S43)。
加速度センサ6から入力された加速度検出信号Acが予め設定されている閾値以上か未満かを演算処理回路部7で判定し、閾値以上と判定した場合には光スキャナ装置1が落下している状態であると判断してS41に戻る。また、加速度検出信号Acが予め設定されている閾値未満と判定した場合には、光スキャナ装置1が静止状態であると判断して、共振制御回路部5(40)からのスイッチ制御信号Csの出力を停止又は制御する(S42)。
これにより、図3(実施例1及び2)ではスイッチ回路部36が開状態(絶縁状態)から閉状態(導通状態)に切り換わり、図6(実施例3及び4)ではスイッチ回路部46において端子A46と端子C46とが閉状態(導通状態)から開状態(絶縁状態)に、端子B46と端子C46とが開状態(絶縁状態)から閉状態(導通状態)に切り替わり、スイッチ回路部36(46)からミラー部12にミラー駆動信号Dhが入力される(S43)。
スイッチ回路部36(46)からミラー部12にミラー駆動信号Dhが入力されると、トーションバー15a,15b,16a,16b等、光スキャナ装置1に落下による破損がない場合はミラー部12が駆動して光偏向器10から増幅器31に角度検出信号Snが出力される。一方、トーションバー15a,15b,16a,16b等、光スキャナ装置1に落下による破損が生じた場合はミラー部12が駆動しないので光偏向器10から増幅器31に角度検出信号Snが出力されない。
そこで、位相調整器33への角度検出信号Snの入力の有無、又は入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように位相調整することが可能か否かから、ミラー部が正常に動作しているか否かを判断する(S44)。
そこで、位相調整器33への角度検出信号Snの入力の有無、又は入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように位相調整することが可能か否かから、ミラー部が正常に動作しているか否かを判断する(S44)。
位相調整器33に角度検出信号Snが入力されない場合、及び位相調整器33に入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように位相調整することができない場合は、光スキャナ装置1の異常と判断してスイッチ回路部36(46)からミラー部12へのミラー駆動信号Dhの出力を停止してミラー部12の駆動を停止する(S45)。
一方、位相調整器33に角度検出信号Snが入力され、かつ位相調整器33に入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように位相調整ができる場合は、光スキャナ装置1が正常な状態にあると判断してミラー駆動信号Dhを継続して出力し、ミラー部12を駆動させる(S46)。
また、実施例2及び4においては、上記S45と同様に、位相調整器33に角度検出信号Snが入力されない場合、及び位相調整器33に入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように位相調整することができない場合は、光スキャナ装置1の異常と判断して演算処理回路部7からレーザドライバ2へレーザ発光制御信号Lsを出力しない。即ち、半導体レーザ光源3のレーザ発振を行わない(S47)。
一方、上記S46と同様に、位相調整器33に角度検出信号Snが入力され、かつ位相調整器33に入力された角度検出信号Snとミラー駆動信号Dhとが互いに略180度位相反転するように位相調整ができる場合は、光スキャナ装置1が正常な状態にあると判断して演算処理回路部7からレーザドライバ2へレーザ発光制御信号Lsを出力し、半導体レーザ光源3からレーザ光Lを出射する(S48)。
上述した手順によれば、光スキャナ装置が落下した後に光スキャナ装置の動作状態を確認してから自動復帰させることが可能になる。
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
1_光スキャナ装置、 2_レーザドライバ、 3_半導体レーザ光源、 4_コリメータレンズ、 5_共振制御回路部、 6_加速度センサ、 7_演算処理回路部(CPU)、 10_光偏向器、 11_支持部、 12_ミラー部、 13a,13b,14a,14b_アーム部、 15a,15b,16a,16b_トーションバー、 17_反射面、 18a,18b,19a,19b_圧電素子、 20a,20b,21a,21b_端子、 31_増幅器、 32_帯域フィルタ、 33_位相調整器、 34_自動利得制御(AGC)回路部、 35_駆動アンプ、 36_スイッチ回路部、 L_レーザ光、 La_ビーム光、 Dh_ミラー駆動信号、 Sn_角度検出信号、 Ac_加速度検出信号、 Ls_レーザ発光制御信号、 Cs_スイッチ制御信号、 O12_重心、 y12_中心線
Claims (3)
- レーザ光を発振するレーザ光源と、
前記レーザ光を平行なビーム光に整形するレンズと、
前記ビーム光を所定の方向に偏向走査する光偏向器と、
前記レーザ光源を駆動するレーザドライバ部と、
前記光偏向器を駆動するための駆動信号を前記光偏向器に出力する制御回路部と、
前記レーザドライバ部及び前記制御回路部を制御する演算処理回路部と、
前記演算処理回路部に加速度検出信号を出力する加速度センサと、
を備え、
前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記制御回路部を制御して前記光偏向器による前記ビーム光の偏向走査を停止させることを特徴とする光スキャナ装置。 - 前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記制御回路部に制御信号を出力し、
前記制御回路部は、前記制御信号が入力されると前記光偏向器への前記駆動信号の出力を停止するか又は前記光偏向器に前記駆動信号とは逆位相の反転信号を出力することを特徴とする請求項1記載の光スキャナ装置。 - 前記演算処理回路部は、前記加速度センサから入力された前記加速度検出信号が所定の閾値以上のときに前記レーザドライバ部を制御して前記レーザ光源による前記レーザ光の発振を停止させることを特徴とする請求項1又は2記載の光スキャナ装置。
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