JP2016051095A - Optical scanning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device.
近年、MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)技術の開発が進んでいる。MEMS技術を用いた装置の一つに、光を走査する光走査装置がある。光走査装置は、レーザプリンタ、バーコードリーダ、及び内視鏡など、様々な機器に利用されている。 In recent years, development of MEMS (Micro ElectroMechanical Systems) technology has progressed. One of apparatuses using MEMS technology is an optical scanning apparatus that scans light. Optical scanning devices are used in various devices such as laser printers, bar code readers, and endoscopes.
このような光走査装置には、回転型のアクチュエータが用いられていることがある。このようなアクチュエータには、例えば特許文献1,2に記載されているものがある。これらの文献に記載のアクチュエータは、可動電極と、固定電極と、枠体と、可動電極を枠体に取り付ける支持軸とを有しており、可動電極を光の反射面とすることにより、光を走査する。
In such an optical scanning device, a rotary actuator may be used. Such actuators include those described in
上記した光走査装置において、可動電極には走査される光が照射されるが、可動電極の傾きが大きくなると、照射された光の一部が可動電極から外れる可能性が出てくる。この場合、可動電極の傾き、すなわち光が走査される位置によって、光量が変化する可能性が出てくる。 In the optical scanning device described above, the movable electrode is irradiated with the scanned light. However, when the inclination of the movable electrode increases, a part of the irradiated light may come off the movable electrode. In this case, there is a possibility that the amount of light changes depending on the inclination of the movable electrode, that is, the position where the light is scanned.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光が走査される位置によって光量が変化することに起因した影響を小さくすることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the influence caused by the change in the amount of light depending on the position where the light is scanned.
本発明において、光走査装置は、可動電極、制御部、及び光量制御部を備えている。可動電極は回転軸を中心に回転し、かつ、入射光を反射する。制御部は可動電極の回転量を制御する。光量制御部は、可動電極の回転量に基づいて、可動電極に反射される前の入射光の光量、及び可動電極に反射された後の入射光の光量の少なくとも一方を制御する。 In the present invention, the optical scanning device includes a movable electrode, a control unit, and a light amount control unit. The movable electrode rotates about the rotation axis and reflects incident light. The control unit controls the amount of rotation of the movable electrode. The light quantity control unit controls at least one of the quantity of incident light before being reflected by the movable electrode and the quantity of incident light after being reflected by the movable electrode, based on the rotation amount of the movable electrode.
また、光走査装置が光を被照射体に照射する場合であって、被照射体からの光を検出する検出部と、この検出部の出力を増幅する増幅部を有している場合、増幅部の増幅率は、可動電極の回転量に基づいて定められていてもよい。 Further, when the optical scanning device irradiates the irradiated body with light, and has a detection unit for detecting light from the irradiated body and an amplification unit for amplifying the output of the detection unit, amplification is performed. The amplification factor of the part may be determined based on the rotation amount of the movable electrode.
本発明によれば、光が走査される位置によって光量が変化することに起因した影響を小さくすることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the influence caused by the amount of light changing depending on the position where light is scanned.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
なお、以下に示す説明において、制御部200、検出部300、及び光源制御部520は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。制御部200、検出部300、及び光源制御部520は、任意のコンピュータのCPU、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法には様々な変形例がある。
In the following description, the
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る光走査装置10の構成を示す図である。本実施形態に係る光走査装置10は、可動電極120、制御部200、及び光量制御部を備えている。可動電極120は回転軸を中心に回転し、かつ、入射光を反射する。制御部200は可動電極120の回転量を制御する。光量制御部は、可動電極120の回転量に基づいて、可動電極120に反射される前の入射光の光量、及び可動電極120に反射された後の入射光の光量の少なくとも一方を制御する。本図に示す例において、光量制御部は光源制御部520であり、可動電極120の回転量に基づいて、可動電極120に反射される前の入射光の光量を制御している。以下、詳細に説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an
光走査装置10は光源500、回転型アクチュエータ100、制御部200、及び検出部300を有している。
The
光源500は、例えばレーザダイオードなどの発光素子を有している。光源500から出射された光(入射光)は、被照射体20に照射される。光源500と被照射体20の間には回転型アクチュエータ100の可動電極120が設けられている。可動電極120の回転量(角度)が変わることにより、被照射体20における入射光の走査位置が変わる。
The
可動電極120の回転量は、制御部200によって制御される。制御部200には、可動電極120の回転量を示す信号(制御信号)が入力される。制御部200は、制御信号に従って可動電極120の回転量を制御する。また、可動電極120の回転量は、検出部300によって検出される。制御部200は、検出部300が検出した可動電極120の回転量を用いて、可動電極120の回転量が所望の値(具体的には制御信号が示す値)になるように、可動電極120の回転量を制御する。また、光源制御部520は、検出部300が検出した可動電極120の回転量を用いて、光源500の出力を制御する。なお、光源制御部520は、可動電極120の回転量を、制御部200から受信してもよい。
The amount of rotation of the
光走査装置10は、さらに光検出部540を備えている。光検出部540は、被照射体20からの光を受光して光電変換することにより、受光した光量を示す電気信号を生成する。この電気信号は、光走査装置10の外部に検出信号として出力される。なお、光検出部540が光電変換する光の波長は、光源500が出射する光の波長と同一であってもよいし、異なっていてもよい。後者の場合、光検出部540は、例えば被照射体20に含まれる蛍光体から発せられた光を光電変換する。なお、この蛍光体は、光源500からの光が照射されることにより、蛍光発光する。
The
図2は、回転型アクチュエータ100の構成の一例を、制御部200及び検出部300とともに示す図である。回転型アクチュエータ100は、支持体110、可動電極120、固定部材130、第1固定電極142、第2固定電極144、第1検出用電極152、及び第2検出用電極154を備えている。第1固定電極142及び第2固定電極144によって回転型アクチュエータ100の固定電極140が構成されており、第1検出用電極152及び第2検出用電極154によって回転型アクチュエータ100の検出用電極150が構成されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
固定部材130は、可動電極120を支持体110に取り付けることにより、可動電極120の回転軸となる。第1固定電極142は、可動電極120の第1辺に対向している。第2固定電極144は、可動電極120の第2辺に対向している。第2辺は、可動電極120の第1辺とは反対側の辺である。第1検出用電極152は、可動電極120及び第1固定電極142から絶縁されており、可動電極120の第1辺に対向している。第2検出用電極154は、可動電極120及び第2固定電極144から絶縁されており、可動電極120の第2辺に対向している。そして制御部200は、第1固定電極142に、交流電圧に直流電圧を重ねた信号である第1信号を入力するとともに、第2固定電極144に、第1信号とは位相が逆である第2信号を入力する。第2信号は、例えば第1信号を位相反転した信号であり、また、位相が0における電圧は第1信号と等しい。この場合、第2信号の振幅と第1信号の振幅はほぼ等しくなる。
The fixed
本図に示す例において、可動電極120の平面形状は矩形である。そして可動電極120の第1辺の中央部には第1固定電極142が配置されている。そして第1辺の両端部には、それぞれ第1検出用電極152が配置されている。また、可動電極120のうち第1辺に対向する辺(第2辺)の中央部には第2固定電極144が配置されている。そして第2辺の両端部には、それぞれ第2検出用電極154が配置されている。第1固定電極142及び第2固定電極144は、固定部材130を延長した線を基準に、互いに線対称となる位置に配置されている。また、第1検出用電極152及び第2検出用電極154も、固定部材130を延長した線を基準に、互いに線対称となる位置に配置されている。
In the example shown in the figure, the planar shape of the
また、可動電極120の第1辺及び第2辺はいずれも櫛歯状になっている。そして第1固定電極142及び第1検出用電極152のうち可動電極120に対向する辺も櫛歯状になっており、可動電極120の第1辺とかみ合っている。また、第2固定電極144及び第1検出用電極152のうち可動電極120に対向する辺も櫛歯状にあっており、可動電極120の第2辺とかみ合っている。このため、第1固定電極142及び第2固定電極144と可動電極120は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、可動電極120の駆動力は大きくなる。また、第1検出用電極152及び第2検出用電極154と可動電極120は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、第1検出用電極152及び第2検出用電極154による検出値は大きくなる。
Further, the first side and the second side of the
支持体110は、可動電極120の4辺のうち第1辺及び第2辺以外の2つの辺それぞれに対向している。固定部材130は、可動電極120のうち支持体110と対向している2辺それぞれに対して設けられている。詳細には、固定部材130は、可動電極120のうち支持体110と対向している辺の中心に接続している。そして2つの固定部材130を結ぶ線が、可動電極120の回転軸となっている。本実施形態では、支持体110、可動電極120、及び固定部材130は一体的に形成されている。
The
回転型アクチュエータ100の可動電極120は、例えば上面が鏡面になっている。この鏡面は、例えば可動電極120の上面に金属膜(例えばAl膜)を形成することにより、形成されている。そして可動電極120の回転量(角度)を変えることにより、可動電極120に入射してきた光の反射角を変える。
The
なお、可動電極120には、直流電圧源400によって予め決められた直流電圧が印加されている。この直流電圧の大きさは、第1信号の振幅の2倍及び第2信号の振幅の2倍のいずれよりも大きくなっている。
Note that a DC voltage predetermined by the
また、検出部300は、第1検出用電極152の電位と第2検出用電極154の電位の和又は平均の変動に基づいて、可動電極120の回転量を判断する。検出部300の検出結果は制御部200に出力される。制御部200は、検出部300からの出力を用いて、第1信号及び第2信号を生成する。
In addition, the
なお、上記した例では、可動電極120に固定電圧が印加され、固定電極140に制御部200からの電圧(信号)が入力されているが、可動電極120に制御部200からの電圧が印加され、固定電極140に固定電圧が印加されるようにしてもよい。
In the above example, a fixed voltage is applied to the
図3は、可動電極120の回転量と、可動電極120によって反射される光の量の関係を説明するための図である。図3(a)に示すように、可動電極120の回転量が少なく、可動電極120に対する光の入射角が小さい場合、光源500から入射された光のほとんどが可動電極120の反射面に当たり、被照射体20に向けて反射される。一方、図3(b)に示すように可動電極120の回転量が基準値よりも大きくなった場合、すなわち可動電極120に対する光の入射角が基準値よりも大きくなった場合、光の一部が可動電極120によって反射されなくなるため、被照射体20に照射される光の量が減少してしまう。この場合、光検出部540から出力される検出信号の強度が低下するため、検出信号の信頼性が低下してしまう。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the amount of rotation of the
これに対して本実施形態では、光源制御部520は、可動電極120の回転量に基づいて光源500の出力を制御する。具体的には、可動電極120に対する光源500からの光の入射角が基準値よりも大きい場合(すなわち可動電極120の回転量が基準値よりも大きい場合)における光源500の出力を、光源500からの光の入射角が基準値よりも小さい場合における光源500の出力よりも大きくする。これにより、可動電極120の回転量が大きい場合において、被照射体20に照射される光の量が変化することを抑制できる。その結果、光検出部540から出力される検出信号の信頼性を低下させずに、光走査装置10による光の捜査範囲を広げることができる。
On the other hand, in this embodiment, the light
なお、光源制御部520は、可動電極120の回転量と光源500の出力の関係を示すテーブルに従って、光源500の出力を制御してもよいし、可動電極120の回転量と光源500の出力の関係を示す関数を用いて、光源500の出力を制御してもよい。
The light
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係る光走査装置10の構成を示す図であり、第1の実施形態における図1に対応している。本実施形態に係る光走査装置10は、以下の点を除いて第1の実施形態に係る光走査装置10と同様の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the
まず、光源制御部520は検出部300の検出値に基づいて光源500を制御せず、光源500を一定の強さで発光させる。
First, the light
また、光走査装置10は、増幅部542を備えている。増幅部542は、光検出部540からの出力を増幅する。そして増幅部542は、増幅率を、可動電極120の回転量(例えば検出部300の検出値、又は制御部200による制御信号)に基づいて制御する。具体的には、増幅部542は、可動電極120に対する光源500からの光の入射角が基準値よりも大きい場合(すなわち可動電極120の回転量が基準値よりも大きい場合)における増幅率を、光源500からの光の入射角が基準値よりも小さい場合における増幅率よりも大きくする。
In addition, the
なお、増幅部542は、可動電極120の回転量と増幅部542の増幅率の関係を示すテーブルに従って、増幅部542の増幅率を制御してもよいし、可動電極120の回転量と増幅部542の増幅率の関係を示す関数を用いて、増幅部542の増幅率を制御してもよい。
The
本実施形態によれば、可動電極120に対する光源500からの光の入射角が基準値よりも大きくなり、可動電極120によって被照射体20に向けて反射される光の量が減少しても、増幅部542における増幅率が増えるため、光検出部540から出力される検出信号の強度は低下しない。従って、光検出部540から出力される検出信号の信頼性を低下させずに、光走査装置10による光の捜査範囲を広げることができる。
According to this embodiment, even if the incident angle of the light from the
(第3の実施形態)
図5は、第3の実施形態に係る光走査装置10の構成を示す図であり、第1の実施形態における図1に対応している。本実施形態に係る光走査装置10は、以下の点を除いて第1の実施形態に係る光走査装置10と同様の構成である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the
まず、光源制御部520は検出部300の検出値に基づいて光源500を制御せず、光源500を一定の強さで発光させる。
First, the light
また、光走査装置10は、透過部材560を備えている。透過部材560は、可動電極120と被照射体20の間に位置しており、光源500からの光の透過率に面内分布を有している。
Further, the
第1の実施形態において図3を用いて説明したように、可動電極120の回転量が基準値よりも大きくなった場合、光の一部が可動電極120によって反射されなくなるため、被照射体20に照射される光の量が減少してしまう。このため、可動電極120の回転量によって、被照射体20に照射される光の量が変化してしまう。透過部材560における光の投稿率の面内分布は、この影響をキャンセルするように設定されている。
As described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, when the rotation amount of the
具体的には、透過部材560のうち可動電極120からの反射光が透過する領域は、可動電極120の回転量(角度)によって変化する。そして、図6に示すように、透過部材560のうち、可動電極120の回転量が基準値以下(すなわち可動電極120が光源500からの光をほぼ全量反射する条件)において反射光が透過する領域の光の透過率は、相対的に低くなっている。一方、透過部材560のうち、可動電極120の回転量が基準値超(すなわち可動電極120が光源500からの光の一部のみを反射する条件)において反射光が透過する領域の光の透過率は、相対的に高くなっている。
Specifically, the region of the
図7は、透過部材560の第1例を示す図である。本図に示す例において、透過部材560はスリット562を有している。スリット562の幅は変わっている。スリット562の中央側の幅は、スリット562の端部側の幅よりも狭くなっている。そして、可動電極120が光源500からの光をほぼ全量反射する条件において、可動電極120からの反射光がスリット562の中央側を通り、かつ、可動電極120が光源500からの光の一部のみを反射する条件において、可動電極120からの反射光がスリット562の端部側を通るように、透過部材560は配置されている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a first example of the
図8は、透過部材560の第2例を示す図である。本図に示す例において、透過部材560は光フィルタである。透過部材560の中央部の透光率は、透過部材560の端部の塘効率よりも低い。本図に示す例においても、可動電極120が光源500からの光をほぼ全量反射する条件において、可動電極120からの反射光がスリット562の中央側を通り、かつ、可動電極120が光源500からの光の一部のみを反射する条件において、可動電極120からの反射光がスリット562の端部側を通るように、透過部材560は配置されている。
FIG. 8 is a diagram illustrating a second example of the
本実施形態によれば、透過部材560における光の透過率は面内分布を有している。このため、可動電極120の回転量に起因して可動電極120による反射光の強度が変化しても、この変化は、透過部材560を透過する際に相殺される。従って、被照射体20に照射される光の量が変化することを抑制できる。その結果、光検出部540から出力される検出信号の信頼性を低下させずに、光走査装置10による光の捜査範囲を広げることができる。
According to this embodiment, the light transmittance of the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
10 光走査装置
20 被照射体
100 回転型アクチュエータ
110 支持体
120 可動電極
130 固定部材
140 固定電極
142 第1固定電極
144 第2固定電極
150 検出用電極
152 第1検出用電極
154 第2検出用電極
200 制御部
300 検出部
400 直流電圧源
500 光源
520 光源制御部
540 光検出部
542 増幅部
560 透過部材
562 スリット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記可動電極の回転量を制御する制御部と、
前記可動電極の回転量に基づいて、前記可動電極に反射される前の前記入射光の光量、及び前記可動電極に反射された後の前記入射光の光量の少なくとも一方を制御する光量制御部と、
を備える光走査装置。 A movable electrode that rotates about a rotation axis and reflects incident light;
A control unit for controlling the amount of rotation of the movable electrode;
A light amount control unit that controls at least one of the light amount of the incident light before being reflected by the movable electrode and the light amount of the incident light after being reflected by the movable electrode, based on the rotation amount of the movable electrode; ,
An optical scanning device comprising:
前記入射光を出射する光源を備え、
前記光量制御部は、前記可動電極の回転量に基づいて前記光源から出射される前記入射光の光量を制御する光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
A light source that emits the incident light;
The light quantity controller controls the quantity of incident light emitted from the light source based on the amount of rotation of the movable electrode.
前記光量制御部は、前記可動電極によって反射された前記入射光が透過する透過部材を備え、
前記透過部材は、前記入射光の透過率に面内分布を有している光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1,
The light amount control unit includes a transmission member that transmits the incident light reflected by the movable electrode,
The optical scanning device, wherein the transmission member has an in-plane distribution in the transmittance of the incident light.
前記光量制御部は、前記可動電極に対する前記入射光の入射角が基準値よりも大きい場合における前記光量を、前記入射角が前記基準値よりも小さい場合における前記光量よりも大きくする光走査装置。 In the optical scanning device according to any one of claims 1 to 3,
The light amount control unit is an optical scanning device that makes the light amount when the incident angle of the incident light with respect to the movable electrode is larger than a reference value larger than the light amount when the incident angle is smaller than the reference value.
回転軸を中心に回転し、かつ、前記光を走査するために前記光を反射する可動電極と、
前記可動電極の回転量を制御する制御部と、
前記被照射体からの光を検出する検出部と、
前記検出部の出力を増幅する増幅部と、
を備え、
前記増幅部は、前記可動電極の回転量に基づいて前記出力の増幅率を制御する光走査装置。 An optical scanning device that scans light and irradiates the irradiated body with the light,
A movable electrode that rotates about a rotation axis and reflects the light to scan the light;
A control unit for controlling the amount of rotation of the movable electrode;
A detection unit for detecting light from the irradiated body;
An amplifier for amplifying the output of the detector;
With
The amplification unit is an optical scanning device that controls an amplification factor of the output based on a rotation amount of the movable electrode.
前記増幅部は、前記可動電極に対する前記光の入射角が基準値よりも大きい場合における前記増幅率を、前記入射角が前記基準値よりも小さい場合における前記増幅率よりも大きくする光走査装置。 The optical scanning device according to claim 5,
The optical scanning device, wherein the amplifying unit makes the amplification factor when the incident angle of the light with respect to the movable electrode is larger than a reference value larger than the amplification factor when the incident angle is smaller than the reference value.
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