JP2017090728A - 光走査装置 - Google Patents

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【課題】照射対象領域を正確に走査することができるとともに、長期間に渡って安定して動作し続けることができる光走査装置を提供する。【解決手段】光源11からの光を反射する反射面を揺動して光を一定範囲に走査する走査部21と、走査部21からの光を複数回反射して走査部21の反射面に戻る再帰光を生成する再帰光生成部22とを有し、走査部21で走査された光は、反射曲面部223、224と反射平面部220とで反射を繰り返して走査部21に再帰光として戻ることを特徴とする光走査装置A。【選択図】図2

Description

本発明は、照射対象領域を光ビームで走査する光走査装置に関するものである。
光走査装置は、光ビームで照射対象領域を走査する装置である。前記光走査装置は、光源と、前記光源からの光ビームを反射する反射面を揺動させる光デバイスを備えている。
光走査装置は、光源からの光ビームを照射対処領域に反射する反射面を揺動させて光ビームで前記照射対象領域を走査する光走査素子(光走査手段)を備えている(特開2012−58178号公報等参照)。特開2012−58178号公報に記載のレーザレーダ装置に設けられた光走査手段は、可動鏡を一対のねじりばねで支持して構成されている。前記一対のねじりばねで支持されている可動鏡(可動部)が軸周りに揺動されて、前記可動鏡に入射した光が走査領域を走査する。
前記光走査素子において、大きな照射対象領域を小型の光操作手段で走査する要求が高まっており、前記可動部の揺動角度を大きくするとともに高速で揺動することで、このような要求を満たすことができる。また、拡大レンズを用いて光走査素子から出射された光ビームの走査角度を大きくする方法も考えられる。
特開2006−276133号公報 特許第4051573号公報
しかしながら、上述のような揺動する可動部は薄板形状であるため揺動によって変形し(反り)、変形によって光のスポット径が大きくなる。そして、前記可動部の揺動角度が大きいときは、光のスポットが照射対象領域の光が走査する方向の端部に照射されるものであり、光ビームの照射対象領域に対する入射角度が大きく、このことからも、照射対象領域に照射される光のスポットが大きくなる。このように、揺動角度を大きくすると、照射対象領域の光が走査する端部に照射される光スポットは、可動部の変形(反り)と入射角の両方の影響を受け中央部に対して大きくなり、中央部と辺縁部の走査精度の差が大きくなってしまう。
例えば、光走査装置をプロジェクタのような画像表示装置として用いる場合、中央部の解像度と辺縁部の解像度の差が大きくなり、辺縁部がよりぼやけた印象に見える場合がある。
また、拡大レンズを用いて走査角度を大きくする場合、小型化は可能であるが、例えば、光ビームとして複数色(赤、緑、青)の波長を使用する場合、レンズの色収差によって各波長の光の到達点ずれ、正確な走査が困難な場合もある。
そこで、本発明は、照射対象領域を正確に走査することができるとともに、長期間に渡って安定して動作し続けることができる光走査装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、光源と、前記光源からの光を反射する反射面を揺動して光を走査する走査部と、前記走査部からの光を複数回反射して前記走査部の反射面に戻る再帰光を生成する再帰光生成部とを有し、前記再帰光生成部が、2個の焦点を有する曲面の反射曲面部と、平面状の反射平面部とを有しており、前記回転楕円体の1つの焦点には前記走査部の反射面が配置され、残りの焦点には反射平面部が配置されており、前記走査部は前記反射面で反射した光が前記反射曲面部に入射するように配置されており、前記反射平面部が前記走査部の反射面で反射され前記反射曲面部で反射された光を前記反射曲面部に向けて反射するように設けられている光走査装置を提供する。
この構成によると、走査部で走査された光は、前記反射曲面部と前記反射平面部とで反射され、再帰光として走査部の反射面に入射する。このとき、前記走査部で走査された光のうち、反射曲面部の前記走査部に近い部分に入射した光が前記反射曲面部で反射されると、反射平面部への入射角度が大きくなり、前記反射平面部で反射された光は前記反射曲面部の前記走査部から遠い部分に入射する。そして、前記反射曲面部で再度反射された光は、前記走査部の反射面に入射する入射角度が大きくなり、前記走査部の反射面で反射された光は走査光として照射対象領域の辺縁部に照射される。逆に、走査部で走査された光が、前記反射曲面部の前記走査部から遠い部分に照射されると、前記反射曲面部及び前記反射平面部で反射が繰り返され、前記走査部の反射面に入射する入射角度が小さくなる。前記走査部への入射角度が大きくなる。
走査部では反射面の揺動角度が大きいと、変形が発生しやすくビームスポットが大きくなりやすい。また、光の照射対象領域への入射角が大きい、すなわち、辺縁部に照射するときにもビームスポットが大きくなる。本発明にかかる光走査装置を用いることで、走査部の反射面の揺動角度が小さいときは、照射対象領域の辺縁部分を走査し、揺動角度が大きいときは照射対象領域の中央部分を走査する。これにより、走査部の揺動によって反射面が変形したことによる光のビームスポットの変形と、光を照射する角度によるビームスポットの変形を分散することができ、光走査の精度のばらつきを抑えることができる。
上記構成において、前記反射曲面部は、それぞれ、2個の焦点を有する曲面の凹面形状の第1反射曲面と第2反射曲面とを連結した形状を有しており、前記第1反射曲面と前記第2反射曲面とは、一つの焦点が重なっており、前記重なった焦点に前記走査部を配置するとともに、残りの焦点のそれぞれに反射平面部が配置されていてもよい。
上記構成において、前記走査部は、反射面で反射した光が第1反射曲面及び第2反射曲面のそれぞれに等しく入射するように前記反射面を揺動するようにしてもよい。
上記構成において、前記2個の焦点を有する曲面が、楕円を長軸を中心として回転させた回転楕円体を周方向に所定幅で切り取った形状であってもよい。
上記構成において、前記光源から前記走査部の間に前記光源からの光が透過するように偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを備えており、前記光源からの光が前記偏光ビームスプリッタ、前記1/4波長板に順に入射するとともに、前記走査部からの戻り光が前記1/4波長板、前記偏光ビームスプリッタの順に入射するように、前記偏光ビームスプリッタ及び前記1/4波長板が設けられており、前記戻り光は前記走査部の反射面、前記反射曲面部及び前記反射平面部で奇数回反射されて1/4波長板に入射するようにしてもよい。
本発明によると、照射対象領域を正確に走査することができるとともに、長期間に渡って安定して動作し続けることができる光走査装置を提供することができる。
本発明にかかる光走査装置を用いた画像形成装置の概略図である。 光走査装置の概略配置を示す図である。 図2に示す光走査装置のブロック図である。 圧電型のアクチュエータを備えた光走査素子の概略平面図である。 再帰光生成部の概略斜視図である。 2個の楕円を長軸で切断した楕円弧を示す図である。 図6に示す楕円を連結した形状を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の光ビームの進路を示す側面図である。 光走査素子が所定角度揺動したときの光ビームの進路を示す平面図である。 図9Aからさらに光走査素子が揺動したときの光ビームの進路を示す平面図である。 光走査素子が図9Aと反対側に揺動したときの光ビームの進路を示す平面図である。 図10Aからさらに光走査素子が揺動したときの光ビームの進路を示す平面図である。 光走査素子の揺動角度及び走査ビームの走査角度挙動の対応を示した図である。 揺動角度が0°の鏡体に入射した光ビームの反射ビームのスポットを示す図である。 最も揺動した状態の鏡体に入射した光ビームの反射ビームのスポットを示す図。 照射対象領域に垂直に入射する光ビームのスポットを示す図である。 照射対象領域に斜めに入射する光ビームのスポット示す図である。 本発明にかかる光走査装置の光ビームの進路を示す側面図である。 本発明にかかる光走査装置に用いられる鏡体と光ビームの軌跡を示す図である。 本発明にかかる光走査装置の他の例の概略斜視図である。 本発明にかかる光走査装置の他の例の概略斜視図である。 本発明にかかる光走査装置の他の例の概略斜視図である。 図18に示す光走査装置のブロック図である。 本発明にかかる光走査装置のさらに他の例の概略斜視図である。 本発明にかかる光走査装置のさらに他の例の概略斜視図である。 図21に示す光走査装置に用いられる光走査素子の平面図である。
本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図1は本発明にかかる光走査装置を利用した画像形成装置の概略図である。図1に示す光走査装置は、画像形成装置に用いられ、像担持体である感光体を露光する露光装置の一部として用いられる。図1に示すように画像形成装置Ptでは、感光体Pcを中心として、帯電部Ef、露光装置Lt、現像部Dp、転写ローラTr、クリーニング部CL及び除電部Reがこの順番に並んで配置されている。
感光体Pcは円柱状であり、軸周りに回動する。帯電部Efは感光体Pcの表面に一定の電荷をもたせる(帯電させる)。なお、帯電部Efとしては、コロトロン型、スコトロン型といった非接触式のものや、帯電ローラや帯電ブラシを利用する接触式のものを挙げることができるが、これに限定されない。
感光体Pcは、暗い場所(暗所)では絶縁体であり、光を照射すると(露光すると)、光が照射された部分が導体になる性質を有している。露光装置Ltはこの性質を利用して、感光体Pcの表面に静電潜像を生成する。つまり、露光装置Ltは回転している感光体Pcの表面に対し、感光体Pcの長さ方向に光ビーム(レーザ光)を走査して1ラインずつ露光し、感光体Pcの表面に静電潜像を生成する。露光装置Ltは、光源部100と、光走査部200とを備えた光走査装置Aを含む構成を有している。
現像部Dpは、静電潜像が形成された感光体Pcに対して電荷を有するトナーを供給することで、感光体Pcの表面にトナーを吸着させて、トナー像を生成する(現像する)。なお、トナー像の生成は、感光体Pcが帯電している電荷と逆の電荷のトナーを露光によって電荷が失われなかった部分に吸着させるものや電荷が失われた部分へ感光体Pcと同極性のトナーを押し込むものを挙げることができる。
転写ローラTrは、中心軸が感光体Pcの軸と平行になるように感光体Pcと隣接して配置される。転写ローラTrは、感光体Pcとの間のニップ部に供給される被転写体である記録紙Ppにトナー像を転写するためのローラである。転写ローラTrはトナーと逆の電荷(転写バイアス)を印加することで、トナーを感光体Pcから吸引し、記録紙Ppに転写する。
クリーニング部CLは、感光体Pcに残っているトナーを除去する。感光体Pcに残ったトナーの除去方法としては、荷電ブラシで吸着するものやゴム等で形成されたブレードで掻き取るものを挙げることができるがこれに限定されない。そして、クリーニング部CLでトナーの残りが除去された感光体Pcは次の印刷に備えて、除電部Reによって表面の電荷が取り除かれる。また、トナー像が転写された記録紙Ppを定着ローラ(不図示)にて加熱及び加圧して記録紙Ppにトナー像(画像)が定着される。
次に、本発明にかかる光走査装置及び光走査装置に備えられる光学走査素子の詳細について図面を参照して説明する。図2は光走査装置の概略配置を示す図であり、図3は図2に示す光走査装置のブロック図である。
図2、図3に示すように、光走査装置Aは、光源部100と、光走査部200と、処理部300とを備えている。光源部100は、光源11と、ドライバ111と、レンズ12と、ビームスプリッタ13と、モニタ用受光素子14とを備えている。
光源11は予め決められた波長の光を出射できるものであり、例えば、半導体発光素子を挙げることができる。また、放電を用いるもの等であってもよい。光源としては安定した光を出射することができるものを広く採用することができる。なお、本実施形態では、レーザ光を発光するレーザ発光素子(LD:Laser Diode)を採用している。
光源11は処理部300によって出射制御されている。光源11は、ドライバ111からの駆動信号(電力)で発光駆動されており、ドライバ111は処理部300の後述する光源制御部311からの制御信号(発光信号)に基づいて、光源11を駆動するための駆動信号を生成する。これにより、光源11から出射される光の発光タイミング、強度等が調整される。
光源11は点光源であり出射された光は発散光である。そのため、光源部100は、光源11から出射された光をレンズ12に透過させて平行光又は略平行光の光ビームに変換している。なお、レンズ12は、ここでは、コリメータレンズであるが、これに限定されず、発散光を平行光に変換する光学素子を広く採用することができる。
レンズ12から出射された光ビームは、ビームスプリッタ13に入射する。ビームスプリッタ13は光源11から出射される光に最適化されたものであり、入射した光のうち一部を反射して、残りを透過させる。ビームスプリッタ13で反射された光は、モニタ用受光部14に入射する。モニタ用受光部14は入射した光に基づいたモニタ信号を光源制御部311に送信する。
ビームスプリッタ13を透過した光ビームは、光走査部200に入射する。図2、図3
に示すように、光走査部200は、光走査素子21、ドライバ201、信号処理部202、再帰光生成部22、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231を備えている。光走査部200では、光源部100からの光ビームは偏光ビームスプリッタ23で反射され、1/4波長板231を透過して光走査素子21に入射する。
そして、光ビームは光走査素子21で走査されて再帰光生成部22に入射するとともに、再帰光生成部22からの再帰光は、光走査素子21で再度反射されて走査ビームとして照射対象領域に照射される。再帰光生成部22からの再帰光は、光走査素子21の光源部100からの光ビームと同一点に再帰する。そして、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231を利用して走査ビームが光源部100に戻るのを抑制している。
源部100の光源11は、直線偏光の光を出射しており、光源部100から出射したビーム光は、偏光ビームスプリッタ23に入射する。偏光ビームスプリッタ23は入射した光の偏向方向によって透過又は反射させる光学素子であり、ここでは、光源部100から出射された光を反射する。
偏光ビームスプリッタ23と光走査素子21の間には、光ビームが透過するように1/4波長板231が配置されている。1/4波長板231は直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する素子である。光源部100から照射され偏光ビームスプリッタ23で反射された光ビームは、1/4波長板231で直線偏光から円偏光に変換され、光走査素子21に入射する。また、再帰光生成部22からの再帰光は再度1/4波長板231に入射する。
詳細は後述するが、走査ビームは、光ビームに対して位相が半波長ずれている。走査ビームを1/4波長板231で直線偏光に変換すると、光ビームに対して90°傾いた偏光方向の直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ23に入射する。そのため、光ビームを反射した偏光ビームスプリッタ23は走査ビームを透過する。このように、光源部100からの光ビームを反射し、再帰光生成部22から戻る走査ビームを透過することで、戻り光である走査ビームの光源部100(光源11)への入射を抑制できる。
以下に光走査素子について図面を参照して詳しく説明する。図4は圧電型のアクチュエータを備えた光走査素子の概略平面図である。
光走査素子21は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーと呼ばれる微小な構成のものである。光走査素子21は、反射面を備えた鏡体211を揺動させることで、反射光の反射方向を移動させて、反射光で所定領域で走査する。
図4に示すように、光走査素子21は、鏡体211(揺動部)と、一対の弾性支持部212と、外枠213と、アクチュエータ214とを備えている。なお、光走査素子21は、1枚の基板に対して表面処理を施すことで成型されることが多く、その場合、鏡体211、弾性支持部212及び外枠213は一体的に形成される。
外枠213は中央に貫通窓2131を有する長方形枠形状を有している。外枠213は光ビームの照射対象領域(ここでは、スクリーンSc)に対して移動が規制された構造部材に固定される。外枠213の貫通窓2131の内壁より突出する一対の弾性支持部212を介して鏡体211が回動(揺動)可能に支持されている。
一対の弾性支持部212は同じ長さを有する長尺状の部材(平面視長方形状の板状の部材)である。弾性支持部212は、一方の端部が外枠213の貫通窓2131の内面に接続し、他方の端部が鏡体211に接続している。光走査素子21は、平面視において、外枠213、一対の弾性支持部212及び鏡体211の中心軸C1が一致するように配列されている。一対の弾性支持部212は中心軸C1周りに弾性的にねじれることができ、一対の弾性支持部212が弾性的にねじれることで、鏡体211が中心軸C1周りに回動(揺動する)。中心軸C1は揺動軸C1でもある。そのため、以下の説明では中心軸C1に替えて揺動軸C1として説明する。
鏡体211は、正方形状の薄板形状であり、2つの主面のうち一方の面が反射面となっている。反射面は、鏡体211の表面に反射膜を成膜したものであってもよいし、鏡体211自体が光を反射する材料であれば、表面を鏡面処理したものであってもよい。
光走査素子21では、アクチュエータ214で鏡体211を揺動させる。アクチュエータ214としては、PZTやPLZT等の圧電素子を用いた圧電型アクチュエータ、静電気力を利用する静電型アクチュエータ、磁石とコイルとを用いた磁気型アクチュエータ等がある。ここでは、アクチュエータ214として圧電型アクチュエータを採用している。アクチュエータ214は圧電素子に電圧(駆動信号)を印加することで曲げが発生する構成であり、曲げが発生するときの力を利用する。
アクチュエータ214は、外枠213の揺動軸C1方向の両方の端部2132に、揺動軸C1を挟んで対称となるように配置されている。すなわち、アクチュエータ214は、外枠213の端部2132のそれぞれに揺動軸C1を挟んで対称となるように、2個ずつ、合計4個配置されている。アクチュエータ214は外枠213の端部2132の表面に配置されており、アクチュエータ214が駆動されて曲がることで、端部2132に力が作用する。そして、4個のアクチュエータ214の動作の大きさ(強さ)及び(又は)タイミングを調整することで、端部2132から弾性支持部212に揺動軸C1を中心とした回動方向に揺動するような力を付与する。この力によって弾性支持部212を弾性的にねじるとともに、その反力を利用して、鏡体211を揺動軸C1周りに揺動する。
なお、光走査素子21には、アクチュエータ214の圧電素子に電圧(駆動信号)を供給するための配線(不図示)が設けられており、配線はドライバ201に接続されている。ドライバ201は、後述する走査制御部312からの制御信号(走査信号)に基づいて、アクチュエータ214を駆動するための駆動信号を生成し、各アクチュエータ214に駆動信号を供給する。また、信号処理部202は光走査素子21から出力されたセンサ信号に基づいて、反射面の変位(角度)の情報を含む変位信号を生成し、変位信号を走査制御部312に送信する。走査制御部312は変位信号に基づいて、アクチュエータ214の駆動制御を行う。
鏡体211の反射面で反射した光は、再帰光生成部22に入射する。再帰光生成部22は、入射した光を複数回反射することで、偏光ビームスプリッタ23から入射した光ビームとは、異なる方向から再帰光(光ビーム)を入射させる。
次に再帰光生成部22について説明する。図5は再帰光生成部の概略斜視図である。図5に示すように、再帰光生成部22は、第1部材221と、第2部材222と、第1部材221に形成された第1反射曲面223と、第2部材222に形成された第2反射曲面224と、反射平面部220とを備えている。なお、再帰光生成部22では、説明の便宜上、第1部材221と第2部材222とを組み合わせた構成としているが、一体的に形成されるものであってもよい。
第1反射曲面223及び第2反射曲面224は光を反射するような表面形状(鏡面形状)を有している。図5に示すように、第1反射曲面223及び第2反射曲面224は、楕円を長径周りに回転させた回転楕円面の一部を含む凹面形状である。第1反射曲面223、第2反射曲面224はそれぞれの2個の焦点のうち、1個の焦点及び長径が一致するように組み合わせられている。なお、回転楕円面は、2個の焦点を備えており、一方の焦点から出射された光が回転楕円面で反射されると他方の焦点に入射する特性を有している。
ここで、再帰光生成部22の形状の詳細について図面を参照して説明する。図6は、2個の楕円を長軸で切断した楕円弧を示す図である。図7は、図6に示す楕円を連結した形状を示す図である。再帰光生成部22は、2個の回転楕円面の一部を連結した形状を有している。そのため、長軸Ccを含む平面で切断した断面は、図6に示すような、楕円弧になる。図6に示す楕円弧P1は、2個の焦点a及び焦点bを備えている。また、楕円弧P2は、2個の焦点c及び焦点dを備えている。
一般的に楕円において、一方の焦点から出射された光は、楕円弧で反射されて他方の焦点に入射する。そして、再帰光生成部22は、回転楕円面の焦点が一致するように組み合わせて形成される。そこで、楕円弧P1の焦点aと楕円弧P2の焦点cを長軸Ccが一致するように重ね合せることで、図7に示す形状となる。
楕円弧P1と楕円弧P2との交点は、焦点a及び焦点cから延びる長軸Ccと直交する線と楕円弧P1及び楕円弧P2と交差する点になる。上述したとおり、一方の焦点から出射された光は、楕円弧で反射されて他方の焦点に入射するので、楕円弧P1において、焦点aから楕円弧P1と楕円弧P2の交点に向けて照射された光を反射した光が焦点bでの入射角度が最大になる。焦点bに長軸Ccと平行な反射面を有する反射鏡を配置しているとすると、楕円弧P1において光は範囲e内で受光される。なお、焦点aには、光走査素子21の鏡体211が配置され、鏡体211が揺動しつつ光を反射するが、揺動による光は、光走査素子21の特性上、範囲eを越えない。すなわち、再帰光生成部22において、楕円弧P1を回転させた回転楕円体は、範囲eを回転させた回転体であればよい。
また、同様に楕円弧P2の焦点cから楕円弧P1と楕円弧P2の交点に向けて照射された光を反射した光が焦点dでの入射角度が最大になる。そのため、楕円弧P2において、光は範囲f内で受光される。
つまり、楕円弧P1において範囲eよりも焦点b側の端部は不要となる。同様に、楕円弧P2において範囲fよりも焦点d側の端部は不要となる。これらの不要部分を取り除いて、楕円弧P1の焦点aと楕円弧P2の焦点cとが重なるとともに、長軸Ccが一致するように組み合わせることで、図7に示す形状を得ることができる。なお、図7に示す再帰反射面では、上述した、範囲e及び範囲fから外れた部分を取り除いているが、この部分を残して形成してもよい。図5に示す再帰光生成部22では、楕円弧の端部を残した回転楕円体を組み合わせた形状としている。
なお、図5に示す再帰光生成部22では、直方体の一辺に凹面形状の第1反射曲面223と第2反射曲面224とを形成した構成を有しているが、これに限定されるものではなく、凹面形状に一定の厚みを有する形状としてもよい。光走査部200では、第1反射曲面223及び第2反射曲面224の共通の焦点に鏡体211の反射面が重なるように光走査素子21を配置している。また、残りの焦点には、平面上の鏡体である反射平面部220が設けられている。反射平面部220は、反射面が第1反射曲面223又は第2反射曲面224と対向するように配置されている。
次に処理部300について説明する。処理部300は光源部100及び光走査部200の制御を行っている。処理部300は、CPU、MPU等の演算処理回路を含む構成であり、図3に示すように、走査光源制御部31、演算処理部32、駆動信号生成部33及び外部接続部34を備えている。
走査光源制御部31は、光源部100からの光ビームの出射制御及び光走査部200による光ビームの走査速度、走査角度(走査範囲)等を制御する制御部である。走査光源制御部31は、光源制御部311と、走査制御部312とを備えている。
光源制御部311は、光源部100の駆動を制御する制御回路である。光源制御部311はモニタ用受光部15からモニタ信号を受信している。光源制御部311はモニタ信号と後述する出光情報に基づいて、光源部100の光源11の出力、出光タイミング、出光時間等を制御する制御信号を生成してドライバ111に送信している。
走査制御部312は、光走査部200の駆動を制御する制御回路である。走査制御部312は光走査部200の信号処理部202からの変位信号を受信する。そして、変位信号と後述する操作情報に基づいて鏡体211を適切に揺動するための制御信号を生成してドライバ201に送信する。
光源制御部311と走査制御部312とは同期して動作する。これにより、一定の強度の光ビームで走査することも可能であるし、走査を行いつつ光ビームをON/OFFすることで、光ビームのスポットで線図(1ラインの図)を照射対象領域に生成することも可能である。
光走査装置Aは、上述のように画像形成装置Ptの露光装置Ltのように用いることができる。外部機器から入力信号を受けて光ビームを照射する制御を行うため、外部接続部34を介して外部機器から走査を行う情報(例えば、露光装置に用いる場合、印刷する画像の1ラインの画像データ)を取得する。外部機器から取得した情報は演算処理部32に送られる。演算処理部32は取得した情報に基づいて1ラインのONとOFFのマッピングデータを生成し、マッピングデータを駆動信号生成部33に供給する。駆動信号生成部33は光源部100の出光強度、タイミングの情報を含む出光情報と光走査部200の鏡体211の揺動角度及び速度を含む走査情報とを生成し、走査光源制御部31に送る。
また、光源制御部311は出光情報に基づいて光源部100の駆動を制御する制御信号を生成する。光走査制御部312は走査情報に基づいて光走査部200の駆動を制御する制御信号を生成する。
次に、光走査装置Aの詳細について図面を参照して説明する。図8は本発明にかかる光走査装置の光ビームの進路を示す側面図であり、図9Aは光走査素子が所定角度揺動したときの光ビームの進路を示す平面図であり、図9Bは図9Aからさらに光走査素子が揺動したときの光ビームの進路を示す平面図である。図10Aは光走査素子が図9Aと逆方向に揺動したときの光ビームの進路を示す平面図であり、図10Bは図10Aからさらに光走査素子が揺動したときの光ビームの進路を示す平面図である。また、図11は鏡体の揺動角度と走査ビームの走査角度との対応を示した図である。なお、図9A、図9B、図10A、図10Bには、便宜上、走査ビームで走査される照射対象領域Ar1を直線で示している。照射対象領域Arは、本実施形態では、感光体Pcの表面を上げることができる。
以下の説明では光源部100から出射され、鏡体211に至る光ビームB1と、再帰光生成部22からの再帰光が鏡体211で反射された走査ビームB2に分けて説明している。鏡体211が揺動しているとき、揺動軸方向に見て、反射面の法線が光ビームB1の入射方向に対して傾いている。そして、反射面の法線と光ビームB1とがなす角度を揺動角度θと称する。また、揺動軸方向に見たときの走査ビームB2と光ビームB1とがなす角度を走査角度δと称する。そして、揺動角度θ及び走査角度δは、光ビームB1に対して第1反射曲面223側に傾斜したときを正(+)とし、第2反射曲面224側に傾斜したときを負(−)として説明する。
例えば、図9A及び図9Bに示す鏡体211は、いずれも反射面の法線が、第1反射曲面223側に傾いているので、揺動角度は正である。一方で、図10A及び図10Bに示す鏡体211は、いずれも反射面の法線が、第2反射曲面224側に傾いているので揺動角度は負である。なお、以下の説明では、負の値にのみ記号(−)をつけ、正の値には符号(+)を省略する。
図8に示すように光源部100は光ビームB1が偏光ビームスプリッタ23に入射するように配置されている。偏光ビームスプリッタ23は直線偏光を透過又は反射する光学素子である。そして、光源部100から出射される光ビームB1は、偏光ビームスプリッタ23で反射される偏光方向の直線偏光である。
光源部100からの光ビームB1が偏光ビームスプリッタ23の反射面で反射されて1/4波長板231を透過する。そして、1/4波長板231を透過した光ビームB1は直線偏光から円偏光に変換されて鏡体211に入射する。鏡体211で反射された光ビームB1は再帰光生成部22、反射平面部220、鏡体211で反射されて走査ビームB2として1/4波長板231に戻る。
走査ビームB2は1/4波長板231を透過するときに円偏光から直線偏光に変換される。このとき、走査ビームB2の偏光方向が、光源部100から偏光ビームスプリッタ23に入射する光ビームB1の偏光方向に対して90°傾くように、再帰光生成部22、反射平面部220及び鏡体211が配置されている。これにより、直線偏光に変換された走査ビームB2は偏光ビームスプリッタ23を透過し、光源部100(光源11)に戻り光である走査ビームB2が入射するのを抑制することができる。
なお、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231は戻り光である走査ビームB2が、光源部100に入射するのを防ぐための光学素子である。そして、光源部100は固定されたものであるため、光源に入射する戻り光だけを防ぐような小型のものであってもよい。一方で、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231を小型すると、照射対象領域に照射される偏光ビームB2に、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231を透過したものとしていないものとが存在し、照射光の強度にむらが発生する恐れがある。そのため、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231は、走査ビームB2がすべて入射できる程度の大きさであることが好ましい。
次に、揺動軸方向に見たときの鏡体の揺動と光ビーム或いは走査ビームの光路について説明する。図9Aでは、第1反射曲面223側に第1揺動角度θ1で揺動している鏡体211に光ビームB1が入射する。この場合、光ビームB1は鏡体211の反射面で第1反射曲面223に向けて反射される。鏡体211は第1反射曲面223の焦点T1に配置されているため、光ビームは第1反射曲面223で反射され、第1反射曲面223の他方の焦点T2に配置された反射平面部220に入射する。
光ビームは反射平面部220で第1反射曲面223に向けて反射される。反射平面部220は焦点T2に有るので、反射平面部220で反射された光は、第1反射曲面223で反射されてさらにもう一つの焦点T1に配置された鏡体211に入射する。光ビームは鏡体211で反射され、走査ビームB2として出射される。
光ビームは反射される度に半波長ずつ位相がずれる。1/4波長板231を透過した円偏光の光ビームB1は、鏡体211、第1反射曲面223、反射平面部220、第1反射曲面223及び鏡体211で順に反射され、走査ビームB2として1/4波長板231に入射する。光ビームB1が5回反射を繰り返すことで走査ビームB2として出射されており、光ビームB1と走査ビームB2とは実質上、半波長ずれている。そして、走査ビームB2は1/4波長板231を透過して円偏光から直線偏光に変換される。直線偏光に変換された走査ビームB2の偏光方向は円偏光に変換される前の光ビームB1に偏光方向に対して90°傾く。これにより、走査ビームB2は偏光ビームスプリッタ23を透過する。
図9Aに示すように、光走査素子21の鏡体211の第1揺動角度θ1が小さいとき、鏡体211で反射された光ビームB1は、第1反射曲面223の第2反射曲面224との境界の近くに照射される。そして、第1反射曲面223が反射平面部220に入射するときの入射角が大きくなり、第1反射曲面223の第2反射鏡面224との境界から離れた部分に照射される。そして、第1反射曲面223で反射されて鏡体211に入射する。そして、鏡体211で反射されて走査ビームB2を出射する。走査ビームB2は光ビームB1に対して第2反射曲面224側に出射されるため、走査ビームB2は第1走査角度−δ1で出射される。
そして、図9Bに示すように、鏡体211の揺動角度をθ1からθ2に大きくなると、鏡体211の反射面で反射された光ビームB1の第1反射曲面223に入射する位置が、第2反射曲面224との境界から遠くなる。そして、第1反射曲面223で反射された光ビームB1の反射平面部220に入射するときの入射角度が小さくなる。そのため、反射平面部220で反射された光ビームB1は揺動角度がθ1のときよりもθ2のときの方が第1反射曲面223の第2反射曲面224との境界から遠い位置に入射する。そして、鏡体221の揺動角度が大きいことと、第1反射曲面223の第2反射曲面224との境界から遠い部分で反射されるため、再帰光の鏡体211への入射角度は小さくなる。走査ビームB2の第2走査角度−δ2の大きさ(絶対値)は、第1走査角度−δ1の大きさ(絶対値)よりも小さい。
また、鏡体が逆方向の揺動した場合についても説明する。なお、図10A及び図10Bでは、鏡体211を第3揺動角度−θ1(図10A)及び第4揺動角度−θ2(図10B)で揺動したときの光ビームB1及び走査ビームB2の光路を示している。
第1反射曲面223と第2反射曲面224とは、境界面を挟んで対称形状となっている。図10Aに示すように、鏡体211が第3揺動角度−θ1で(第2反射曲面224側に)揺動すると、鏡体211で反射された光ビームB1は、第2反射曲面224に入射する。そして、光ビームB1は、第2反射曲面224、第2反射曲面224側の焦点T2に配置された反射平面部220、第2反射曲面224で順に反射されて再帰光として鏡体211に戻る。さらに、再帰光は鏡体211で反射され走査ビームB2として出射される。走査ビームB2の第3走査角度δ1である。
また、図10Bに示すように、鏡体211が第4揺動角度−θ2で(第2反射曲面224側に)揺動すると、光ビームB1は鏡体211、第2反射曲面224に入射する。そして、光ビームB1は、第2反射曲面224、反射平面部220、第2反射曲面224で順に反射されて再帰光として鏡体211に戻る。さらに、再帰光は鏡体211で反射され走査ビームB2として出射される。走査ビームB2の第4走査角度δ2である。第4走査角度δ2の大きさは、第3走査角度δ1の大きさよりも小さい。
以下に図9A、図9B、図10A、図10B、図11を参照して、鏡体211の揺動角度と走査ビームB2の走査角度との関係について説明する。図11は上段に鏡体211の揺動角度θを示しており、下段に走査ビームB2の走査角度δを示している。なお、図11には、図9A、図9B、図10A、図10Bのそれぞれのときの鏡体211の揺動角度と走査ビームB2の走査角度を表示しており、これらを用いて説明する。
図11の上段の縦軸は、鏡体211の揺動角度θを示しており、上述のとおり、揺動軸から見て鏡体211の反射面の法線が第1方向側に揺動したときの揺動角度を正としている。また、下段の縦軸は、走査ビームB2の走査角度δを示しており、第1方向側に照射されたときの走査角度δを正としている。また、横軸は時間である。なお、光走査素子21の鏡体211の揺動角度θは、θmax≧θ≧−θmaxとしている。つまり、鏡体211は、法線が第1反射曲面223側に揺動角度θmaxだけ揺動し、その後、逆方向に揺動して第2反射曲面224側に揺動角度−θmaxまで揺動する。そして、揺動角度θmaxと−θmaxとなるように往復揺動する。
また、そのときの走査ビームB2の走査角度δは、δmax≧δ≧−δmaxとしている。走査角度δmaxは第1反射曲面223側に最も大きく傾いたときであり、図9A等に示す照射対象領域Ar1の第1反射曲面223側の端部に走査ビームB2が照射されていることを示している。走査角度−δmaxのときは照射対象領域Ar1の第2反射曲面224側の端部に走査ビームB2が照射されていることを示している。
そして、光走査装置Aでは、揺動軸方向に見たときに、鏡体211の法線が光ビーム1と重なっている状態、すなわち、揺動角度が0°から第1反射曲面223側に揺動開始しているものとする。鏡体211は揺動角度が0°の状態からはじまって、第1揺動角度θ1から第2揺動角度θ2を経て揺動角度θmaxに到達する。鏡体211は、揺動角度θmaxが第1反射曲面223側に最も大きく揺動した状態であり、その後、揺動方向が切り替わる。そして、第2揺動角度θ2から第1揺動角度θ1を経て揺動角度0°になる。
鏡体211はさらに揺動を続け、第2反射曲面224側に揺動する。つまり、鏡体211は第3揺動角度−θ1(図10A参照)から第4揺動角度−θ2(図10B参照)を経て揺動角度−θmaxに到達する。鏡体211は、揺動角度−θmaxが第2反射曲面224側にもっと大きく揺動した状態であり、その後、揺動方向が切り替わる。そして、第4揺動角度−θ2から第3揺動角度−θ1を経て揺動角度0°になる。
このような、鏡体211の揺動角度θの時間に伴う変化は図11に示すようになる。すなわち、鏡体211は時間0のとき揺動角度は0°であり、正方向(第1反射曲面223側)に揺動する。そして、揺動角度θmaxに到達すると、鏡体211は反対方向に揺動し、揺動角度0°を越えて負方向(第2反射曲面224側)に揺動する。そして、揺動角度−θmaxに到達した後、逆方向に揺動する。鏡体211はこの揺動(往復動)を繰り返す。
そして、鏡体211が第1揺動角度θ1のとき走査ビームB2は第1走査角度−δ1(図9A参照)、鏡体211が第2揺動角度θ2のとき走査ビームB2は第2走査角度−δ2(図9B参照)である。鏡体211が第3揺動角度−θ1のとき走査ビームB2は第3走査角度δ1(図10A参照)、鏡体211が第4揺動角度−θ2のとき走査ビームB2は第4走査角度δ2(図10B参照)である。
走査角度を揺動角度に対応させて表示し、第1走査角度−δ1と第2走査角度−δ2、第3走査角度δ1と第4走査角度δ2を線で結ぶと、図11に示すようになる。この図から、揺動角度が0°のとき走査角度−δmaxで、揺動角度が大きくなるほど走査角度の大きさ(絶対値)は小さくなる。また、鏡体211が揺動角度θmaxで折り返すときに、走査角度は0°であり、鏡体211の揺動角度が0°に向かって変化する時走査角度は−δmaxに向かって増加(第2反射曲面224側に移動)する。
光走査装置Aでは、鏡体211が中央(揺動角度0°)から第1反射曲面223側に(揺動角度θmaxに向けて)揺動するとき、走査ビームB2は、第2反射曲面224側の端部(走査角度−δmax)から中央(走査角度0°)に向かって走査される。そして鏡体211が最大に揺動した時点(揺動角度θmax)で折り返すと、走査ビームB2は中央から第2反射曲面224側の端部に向かって走査される。
また、鏡体211が第2反射曲面224側(揺動角度が負)になると、走査ビームB2は、第1反射曲面223側に出射される。鏡体211が中央(揺動角度0°)から第2反射曲面224側に(揺動角度−θmaxに向けて)揺動するとき、走査ビームB2は、第1反射曲面223側の端部(走査角度δmax)から中央(走査角度0°)に向かって走査される。そして鏡体211が最大に揺動した時点(揺動角度−θmax)で折り返すと、走査ビームB2は中央から第1反射曲面223側の端部に向かって走査される。
つまり、鏡体211は連続して揺動されるが、光ビームB2は、鏡体211の揺動角度が0°を通過するたびに、照射対象領域Ar1の反対側の端部から照射を開始し中央部まで走査して元の端部に戻った後、また反対側の端部に移動する走査が行われる。
鏡体で反射される光ビームは鏡体211の状態によってビーム形状(断面形状)が変化する場合がある。また、走査ビームを照射対象領域に照射する場合、入射角度によってビーム照射形状(スポット形状)が変化する。以下にこれらのビーム形状及びスポットの変化について説明する。
まず、鏡体211の状態による光ビームを反射したときのビーム形状の変化について説明する。図12Aは揺動角度が0°の鏡体で反射された光ビームのスポットを示す図であり、図12Bは最も揺動した状態の鏡体で反射された光ビームのスポットを示す図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、鏡体211で反射された光ビームを、反射ビームB11と名付ける。
鏡体211は薄板形状の部材であり、揺動のモーメントによって変形する場合がある。この変形は揺動方向が切り替わる部分で発生しやすい。図12Aに示すように、鏡体211の揺動角度が0°のときには揺動方向が変化しないので、鏡体211の変形(反り)が発生しにくい。つまり、鏡体211の反射面は平面である。そのため、鏡体211に反射面に入射する光ビームB1のスポットがBs1とすると、反射ビームB11のスポットBs11はビームスポットBs1と同じかほぼ同じ形状及び大きさである。
一方、鏡体211は揺動角度が最大のときに揺動方向が切り替わる、すなわち、鏡体211の反射面は変形しやすい(反りやすい)。鏡体211が反ると、反射面が凸面及び(又は)凹面を含む構成となるため、反射ビームB11のスポットBs12は円形或いは略円形のビームスポットBs1に比べて歪んだ形となる。すなわち、光ビームB1のスポットBs1は同じ形状であっても、揺動角度によって反射ビームB11のスポット形状が変形する。
次に、走査ビームの照射対象領域への入射角度による照射対象領域での走査ビームのスポットの形状及び(又は)大きさの変化について説明する。図13Aは照射対象領域に垂直に入射する走査ビームのスポットを示す図であり、図13Bは照射対象領域に斜めに入射する走査ビームのスポット示す図である。なお、図13A、図13Bに示す走査ビームB2は、同じビーム形状(スポット形状、スポット径等)を有するものとする。
図13Aに示すように光ビームが照射対象領域Ar1に垂直に照射する場合、光ビームのスポットBs1と同じ大きさ及び形状のスポットBs1が形成される。一方、図13Bに示すように、斜めに照射されることで、光ビームのスポットBs1は、傾斜方向に延びた長円形状のスポットBs21が形成される。このように、光ビームの径が同じであっても、照射領域Ar1に入射する角度が異なることで、照射領域Ar1でのスポットが変化する。
図11に示すように、光走査装置Aでは、鏡体211が最も揺動したときに照射対象領域の中央部分に走査ビームが照射され、鏡体211の揺動角度が小さいときには照射対象領域の辺縁部分の走査ビームが照射される。
このことから、鏡体211が大きく揺動するときは走査ビームのスポット形状が大きくなるが、その走査ビームは照射対象領域の中央部分に入射するため入射角度によるスポット径の変形を抑えることができる。逆に鏡体211の揺動角度が小さいときには走査ビームのスポット形状が変形しにくいが、その操作ビームは照射対象領域の辺縁部分に入射するため入射角度によってスポット径が大きくなる。
光走査装置Aでは、光走査素子21の鏡体211の揺動による変形の光ビームのスポットの大きさへの影響と照射対象領域への照射角度の光ビームのスポットの大きさへの影響を分散することができる。そのため、中央部分と辺縁部分との光走査精度のばらつきを小さくして、照射対象領域全体としての走査精度を高めることができる。
本実施形態では、光走査素子21の鏡体211の揺動方向が第1反射曲面223と第2反射曲面224との並び方向で、第1反射曲面223及び第2反射曲面224に均等に揺動することが好ましい。
なお、本実施形態では、鏡体211から反射された光ビームB1が第1反射曲面223及び第2反射曲面224に入射するように構成している。しかしながら、これに限定されず、どちらか一方の反射曲面に光ビームが入射するように構成されていてもよい。この場合、光が入射しない反射曲面は省略できる、すなわち、1個の回転楕円体の一部を備えた凹面形状の反射曲面を有する再帰反射部としてもよい。
本実施形態では、図5、図8に示しているように、再帰反射面(第1再帰反射面223、第2再帰反射面224)は、軸Ccを中心として90°回転させた幅を有する構成となっている。しかしながら、再帰光生成部22は、再帰光を生成することができればよく、もっと小さい幅を有する構造であってもよい。以下に、再帰反射面(第1再帰反射面223、第2再帰反射面224)の幅の他の例について図面を参照して説明する。
図14は本発明にかかる光走査装置の光ビームの進路を示す側面図である。図15は本発明にかかる光走査装置に用いられる鏡体と光ビームの軌跡を示す図である。図14は、再帰光生成部22の形状が異なる以外、図8に示す光走査装置と同じ構成を有している。そのため、同じ部分の詳細な説明は省略する。
図15は、鏡体211を上面から見た図である。図14に示すように、鏡体211には、上方から斜めに光ビームが入射している。そして、鏡体211は、点nを中心として揺動する。鏡体211が揺動することで、鏡体211で反射される光ビームは、図15に示すように、円弧状の軌跡をたどる。そして、円弧の幅をtとすると、再帰反射面(第1再帰反射面223、第2再帰反射面224)の光ビームの進行方向と直交する方向の幅を、円弧の幅tよりも大きい幅Kとしている。このように、再帰反射面(第1再帰反射面223、第2再帰反射面224)の幅を幅Kとすることで、光ビームが再帰反射面から外れるのを抑制し、鏡体211で反射された光ビームを確実に鏡体211に戻すことができる。
なお、再帰反射面の幅としては、光源部100から出射され、鏡体211で反射された光ビームを確実に受光することができるとともに、鏡体211に確実に戻すことができる幅であれば、特に限定されない。
<第2実施形態>
本発明にかかる光走査素子の他の例について図面を参照して説明する。図16は本発明にかかる光走査装置の他の例の概略斜視図である。図2に示す光走査装置Bは、光源部100と、光走査部200bとを備えている。
光走査部200bは、1個の回転楕円体を第1反射曲面223として備えた再帰光生成部22bを備えている。そして、第1反射曲面223の焦点の一方には光走査素子21が配置されるとともに、他方の焦点には反射平面部220が配置されている。そして、光走査素子21は、鏡体211で反射した光が第1反射曲面223だけに入射するように揺動する。
このような構成とすることで、光走査部200bの構成を簡略化することが可能である。その他の特徴については、第1実施形態と同じである。
<第3実施形態>
本発明にかかる光走査素子の他の例について図面を参照して説明する。図17は本発明にかかる光走査装置の他の例の概略斜視図である。図17に示す光走査装置Cは、光源部100cと、光走査部200cとを備えている。
光源部100cは、光ビームが出射される部分に、光ビームを任意の位置に導く導光部材15と、導光部材15の先端に設けられた光出射部16とを備えている。導光部材15としては、ここでは、光ファイバーを挙げることができるが、これに限定されない。また、光出射部16は、光ビームの出射方向を正確に決めるための部材であり、導光部材15の先端が光ビームの出射方向を決定できる構成である場合には省略してもよい。なお、光源部100bのその他の構成は、光源部100と同じであり、詳細な説明は省略する。また、光走査部200bは、偏光ビームスプリッタ23及び1/4波長板231を取り除いた以外、光走査部200と同じ構成である。
光走査装置Bでは、光ビームが光走査素子21の鏡体211の反射面に入射するとともに、光走査素子21で反射した光ビームが再帰光生成部22の第1反射曲面223又は第2反射曲面224に入射するように、光出射部16が配置されている。このように配置することで、光走査装置Aと同様に再帰光生成部22で生成された再帰光を光走査素子21の鏡体211の反射面の光ビームと同じ点に入射させることができる。
光走査装置Cでは、鏡体21の揺動角度が大きいとき、再帰光生成部22及び光走査素子21を介して照射される走査ビームが光出射部16に照射される。このように走査ビームが光出射部16に照射されると、走査ビームによる光走査の精度が低下する。そのため、本実施形態に示す光走査装置Cは、中央部分に光走査を行わない部分があるような照射対象領域を光ビームで走査するような用途にもちいられる。そして、光走査装置Cは、光源部100bと光走査部200bとを同期制御する走査光源制御部31を備えている。走査光源制御部31が走査ビームが光出射部16に照射されるタイミングでの光ビームの照射を停止するように、光源部100bの発光制御を行うことで、光出射部16に光が照射されるのを抑制することができる。
これ以外の特徴は、第1実施形態と同じである。
<適用例>
本発明にかかる光走査装置の適用例について図面を参照して説明する。図18は本発明にかかる光走査装置の実施の状態を示す概略斜視図であり、図19は図18に示す光走査装置のブロック図である。図18に示す光走査装置Cは、光走査部200cが異なるとともに、照射対象領域が一次元から二次元(スクリーンSc)に変化している。これ以外の部分は、光走査装置Aと同じ構成を有しており、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
図19に示すように光走査装置Cの光走査部200cは、第1光走査素子21、再帰光生成部22、偏光ビームスプリッタ23、1/4波長板231及び第2光走査素子24を備えている。第1光走査素子21は光走査部200の光走査素子21と同じ構成であり、鉛直方向に延びる揺動軸周りに鏡体211を揺動する。これにより、光ビームを水平方向(h方向)に走査する。
第2光走査素子24は、反射面を有する鏡体241と、鏡体241を揺動可能に弾性支持する一対の弾性支持部242と、外枠243と、図示を省略したアクチュエータと、ドライバ203と、信号処理部204とを備えている。第2光走査素子24の基本的な構成は第1光走査素子21と同じであり詳細は省略する。
図19に示すように、第2光走査素子24の鏡体241には、第1光走査素子21で走査され、偏光ビームスプリッタ23を透過した走査ビームが入射する。操作ビームは第1光走査素子21で走査されているため、鏡体241は、揺動軸C2方向に延びる長尺状の平板部材となっている。そして、鏡体241が揺動軸C2周りに揺動することで、h方向に走査されている走査ビームを更にv方向に走査し、走査ビームでスクリーンScを二次元走査する。
以上のように、配置することで光ビームで2次元(平面)をラスタスキャンすることが可能である。これ以外の特徴については、第1実施形態と同じである。
本発明にかかる光走査装置の他の適用例について図面を参照して説明する。図20は本発明にかかる光走査装置のさらに他の実施の状態を示す概略斜視図である。図20に示す光走査装置Dは、光走査部200dが異なる以外、光走査装置Cと同じ構成を有している、そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
光走査装置Dの光走査部200dは、揺動軸C1周りに揺動する第1光走査素子21と、軸C2周りに回動するポリゴンミラー25とを備えている。ポリゴンミラー25は外面に反射面を有しており、反射面に光が入射している状態で回転することで、光を軸C2周り(v方向)に走査する。
光走査装置Dは、第2光走査素子24の代わりにポリゴンミラー25を用いているものであり、第3実施形態の光走査装置Cと同じ特徴を有している。
本発明にかかる光走査装置のさらに他の適用例について図面を参照して説明する。図21は本発明にかかる光走査装置のさらに他の実施の状態を示す概略斜視図であり、図22は図21に示す光走査装置に用いられる光走査素子の平面図である。図21に示す光走査装置Eは、光走査部200eが異なる以外、光走査装置Aと同じ構成を有している、そのため、実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
光走査装置Dでは、二次元のスクリーンScを光ビームで走査するために、2個の光走査素子(第1光走査素子21及び第2光走査素子24)を利用している。本実施形態にかかる光走査装置Eでは、2軸方向(揺動軸C1方向及び揺動軸C2方向)に反射面を揺動できる光走査素子4を用いている。
光走査素子4は、反射面を備えた鏡体41を第1揺動軸C1周りと第2揺動軸C2周りに揺動することで、光ビームを走査している。光走査素子4は、鏡体41、第1弾性支持部42、揺動支持部43、第1アクチュエータ44、第2弾性支持部45、第2アクチュエータ46及び枠体47を備えている。
鏡体41は、鏡体21と同じ構成を有している、すなわち、反射面が形成された、円板状の部材である。鏡体41には、第1揺動軸C1の先端部分の両方と第1弾性支持部42が連結されている。つまり、第1弾性支持部42の中心部分に鏡体41が連結されている。第1弾性部材42は、弾性的にねじることができる構成であり、鏡体41は第1揺動軸C1周りに揺動可能となっている。また、平面視において、第1揺動軸C1と直交する第2揺動軸C2は鏡体41の中心と重なっている。鏡体41及び第1弾性支持部42は第1揺動軸C1及び第2揺動軸C2のそれぞれに線対称になるように構成されている。
揺動支持部43は第1揺動軸C1に延びる板状の部材であり、鏡体41を挟んで対をなすとともに第1揺動軸C1及び第2揺動軸C2に対して対称となるように設けられる。揺動支持部43の両端部と第1弾性支持部42と連結している部分には、第1アクチュエータ44が設けられている。第1アクチュエータ44も、第1揺動軸C1及び第2揺動軸C2に対して対称となるように、4個設けられている。
第1アクチュエータ44は圧電素材を備えたものであり、電力が供給されることで、変形する(曲がる)。4個の第1アクチュエータ44を適切に駆動させることで、第1弾性支持部42に第1揺動軸C1を中心としたねじれ方向の力を付与する。この力で第1弾性支持部42がねじられるとともにその弾性復元力で鏡体41が第1揺動軸C1周りに揺動される。
揺動支持部43の中心部分には、外側に第2揺動軸C22に沿って延びる第2弾性支持部45が連結している。枠体47は中央部に矩形の開口窓が設けられており、第2弾性支持部45の先端部分が枠体47の開口窓の内面と連結している。そして、第2弾性支持部45の中間部分には、第1揺動軸C2に沿って延びる第2アクチュエータ46が設けられている。第2アクチュエータ46は第2弾性支持部45を挟んで、反対側に延びている。第2アクチュエータ46は第2弾性支持部45と枠体47とに連結されている。第2アクチュエータ46は4個備えられているとともに、第1揺動軸C1及び第2揺動軸C2に対して対称となるように設けられている。
第2アクチュエータ46も第1アクチュエータ44と同じ圧電素材を利用したものであり、電力が供給されることで変形する(曲がる)。4個の第2アクチュエータ46を適切に駆動させることで、第2弾性支持部45に第2揺動軸C22を中心としたねじれ方向の力を付与する。この力によって第2弾性支持部45がねじられるとともにその弾性復元力で揺動支持部43が第2揺動軸C2周りに揺動する。第2揺動軸C2周りに揺動する場合、鏡体41、第1弾性支持部42、揺動支持部43及び第1アクチュエータ44は一体的に回動する。つまり、第2揺動軸C2周りに揺動する場合において、鏡体41、第1弾性支持部42、揺動支持部43及び第1アクチュエータ44が揺動部である。
このような光走査素子4を用いることで、鏡体41で反射された光は、2軸方向に揺動されて、再帰光生成部22に入射される。再帰光生成部22の第1反射曲面223及び第2反射曲面224は、回転放物面であるため、第1揺動軸C1及び第2揺動軸C2周りに光ビームを走査しても、一次反射光を第1反射曲面223又は第2反射曲面224に入射させることができる。これにより、再帰光生成部22で2回反射したことによる三次反射ビームが光走査素子4の鏡体41の光ビームが照射される点に正確に戻ることができる。これにより、スクリーンを光ビームで正確に走査することができる。
上述した各実施形態において、本発明にかかる光走査素子及び光走査装置を利用した装置として、画像形成装置の露光装置、プロジェクタを挙げているが、これに限定されない。一次元に光ビームを走査するものとしては例えばバーコードリーダや測距センサ等の光スキャナとして利用できる。また、二次元に光ビームを走査するものとしては、例えば、空中像で機器の操作入力を行うような操作入力装置の指示体検出用の光スキャナとして利用することが可能である。また、これら以外にも一次元又は二次元に光ビームを走査する装置に広く採用することが可能である。
本発明にかかる光走査装置では、レンズ等の屈折を利用して範囲を拡大する光学素子を使用することなく、光ビームの走査角度を大きくしている。そのため、RGBの各波長の色収差の発生を抑制し、各波長の光の照射位置がずれるのを抑制し、高い精度、品質で光走査を行うことが可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することも可能である。
A〜E 光走査装置
100 光源部
11 光源(LD)
111 ドライバ
12 レンズ
13 ビームスプリッタ
14 モニタ用受光素子
200 光走査部
21 光走査素子
211 鏡体
212 弾性支持部
213 外枠
214 アクチュエータ
201 ドライバ
202 信号処理部
300 処理部
31 走査光源制御部
311 光源制御部
312 走査制御部
32 演算処理部
33 駆動信号生成部
34 外部接続部
Pt 画像形成装置
Pc 感光体
Ef 帯電部
Lt 露光装置
Dp 現像部
Tr 転写ローラ
CL クリーニング部
Re 除電部

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を反射する反射面を揺動して光を走査する走査部と、
    前記走査部からの光を複数回反射して前記走査部の反射面に戻る再帰光を生成する再帰光生成部とを有し、
    前記再帰光生成部が、2個の焦点を有する曲面の反射曲面部と、平面状の反射平面部とを有しており、
    前記回転楕円体の1つの焦点には前記走査部の反射面が配置され、残りの焦点には反射平面部が配置されており、
    前記走査部は前記反射面で反射した光が前記反射曲面部に入射するように配置されており、
    前記反射平面部が前記走査部の反射面で反射され前記反射曲面部で反射された光を前記反射曲面部に向けて反射するように設けられている光走査装置。
  2. 前記反射曲面部は、それぞれ、2個の焦点を有する曲面の凹面形状の第1反射曲面と第2反射曲面とを連結した形状を有しており、
    前記第1反射曲面と前記第2反射曲面とは、一つの焦点が重なっており、
    前記重なった焦点に前記走査部を配置するとともに、残りの焦点のそれぞれに反射平面部が配置されている請求項1に記載の光走査装置。
  3. 前記走査部は、反射面で反射した光が第1反射曲面及び第2反射曲面のそれぞれに等しく入射するように前記反射面を揺動する請求項2に記載の光走査装置。
  4. 前記2個の焦点を有する曲面が、楕円を長軸を中心として回転させた回転楕円体を周方向に所定幅で切り取った形状である請求項1から請求項3のいずれかに記載の光走査装置。
  5. 前記走査部は、前記反射面を揺動させる光走査素子を備えている請求項1から請求項4のいずれかに記載の光走査装置。
  6. 前記光源から前記走査部の間に前記光源からの光が透過するように偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを備えており、
    前記光源からの光が前記偏光ビームスプリッタ、前記1/4波長板に順に入射するとともに、前記走査部からの戻り光が前記1/4波長板、前記偏光ビームスプリッタの順に入射するように、前記偏光ビームスプリッタ及び前記1/4波長板が設けられており、
    前記戻り光は前記走査部の反射面、前記反射曲面部及び前記反射平面部で奇数回反射されて1/4波長板に入射する請求項1から請求項5のいずれかに記載の光走査装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021530716A (ja) * 2018-06-27 2021-11-11 ベロダイン ライダー ユーエスエー,インコーポレイテッド レーザーレーダー

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