JP2017097203A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正規の走査光で照射対象領域を正確に走査することができる光走査装置を提供する。
【解決手段】光源からの光を走査する第１光走査素子が設けられており、第１光走査素子は、光が入射する反射面２１１と反対面２１２とを含み揺動軸Ｃ１周りに揺動される揺動部を有すると共に、反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周縁よりも光の入射方向から見て外側に形成されるように構成されたことを特徴とする光走査装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、照射対象領域に照射される光スポットを移動させて前記光スポットで前記対象領域を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デバイスを備えている。前記光デバイスとしては、例えば、特開２０１０−１０２１５７号公報に記載の光学デバイスがある。

特開２０１０−１０２１５７号公報に記載の光学デバイスは、光源からの光を反射する反射膜（反射面）を有する可動板が一対の弾性支持部（トーションバー）を介して支持枠に連結されている。これにより、可動板が回動軸周りに回動可能に支持される。そして、可動板の反射面と反対側の面に回動軸を挟んで極性が異なる一対の磁極を有するように磁石が取り付けられている。この磁石と対面するようにコイルが設けられており、コイルに交流電流を印加することで、前記弾性支持部をねじれ変形させながら、前記可動板が回動軸周りに揺動する。このような、光学デバイスでは、前記可動板を高速、大偏向角での駆動が可能となってきており、デバイスの小型化、軽量化が可能となっている。

また、特開２００７−０３４０２９号公報には、両端を軸部で支持された可動ミラーを大偏向角（４５°）で傾斜させる光学素子（光学デバイス）が記載されている。

特開２０１０−１０２１５７号公報 特開２００７−０３４０２９号公報

しかしながら、特開２０１０−１０２１５７号公報の反射膜を有する可動板や特開２００７−０３４０２９号公報の可動ミラーを大偏向角で駆動した場合、前記可動板や前記可動ミラーの側面に光が照射され、不要な反射光が発生する。その反射光の像が照射対象領域に形成され、走査の正確性が低下する恐れがある。

そこで、本発明は、正規の走査光で照射対象領域を正確に走査す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、光源から出射された光を走査する光学系を備えた光走査装置であって、前記光学系には、前記光源からの光を走査する第１光走査素子が設けられており、前記第１光走査素子は、前記光が入射する反射面と反対面とを含むとともに揺動軸周りに揺動される揺動部を有し、前記第１光走査素子は、前記反射面の外周縁が前記反対面の外周縁よりも前記光の入射方向から見て外側に形成されている。

この構成によると、光源からの光が反射面からずれたり、境界部分の光が反射面から漏れたりして前記反射面から外れた光が発生した場合、その反射面化外れた光は前記揺動部を通過して揺動部の背面側に進行する。これらの反射面から外れた光が前記揺動部の側面で反射された光(迷光)が、反射面で反射した光で走査を行う領域に入射するのを抑制し、光走査の精度の低下を抑制することができる。また、光の照射方向から見て反射面の外周縁が反対部の外周縁よりも外側にあるように形成するだけでよく、簡単な加工で光走査の精度の低下の原因である迷光の発生を抑制することができる。なお、第１光走査素子の背後に設けられる部材に、光の正反射を抑制する表面処理（例えば、表面を粗くする）や光を吸収する表面処理（例えば、黒色に着色する）を施すことで、反射面から外れた光が迷光になるのを抑制できる。

上記構成において、前記揺動部は、揺動によって前記反射面における前記光の入射角度が所定範囲にあるとき前記反射面の外周縁が前記反対面の外周縁よりも前記光の入射方向から見て外側になるように形成されていてもよい。このように構成することで、前記揺動部が揺動したときに光が反射面からずれても、迷光が発生しないように形成されている。これにより光の反射面に対する照射面積（スポット径）に対して、小さい揺動部を作製することができる。小型軽量であることから、モーメントが小さくなり、高周波の揺動が可能となる。これにより、揺動部の共振による揺動が容易になる。

上記構成において、前記反射面の面積が前記反対面の面積よりも大きく形成されていてもよい。

上記構成において、前記揺動部の前記反射面が前記揺動軸を基準として対称形状であるとともに、前記反対面も前記揺動軸を基準として対称形状であってもよい。このように構成することで、前記揺動部の揺動動作における重量バランスを前記揺動軸を挟んで均等に分けることができるため、前記揺動部の揺動動作を正確かつ安定させることができる。

上記構成において、前記第１光走査素子は光を第１方向に走査するものであり、前記光学系が、前記第１光走査素子で走査された光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２光走査素子を備えており、前記第２光走査素子が、反射面と反対面とを備えた平板状の揺動部を有し、前記第２光走査素子の揺動部は、前記第１光走査素子の揺動部と異なる方向に伸びる揺動軸周りに揺動されるものであってもよい。このように構成することで、光の２次元走査が容易である。

上記構成において、前記第２光走査素子の前記揺動部が、前記第１光走査素子の前記揺動部と同じ構成を有していてもよい。この構成によると、前記第１光走査素子及び前記第２光走査素子の両方で迷光を抑制することができる。

上記構成において、前記第１光走査素子は揺動部を共振させて揺動させ、前記第２光走査素子は前記揺動部を非共振で揺動させるものであってもよい。

上記構成において、前記第１光走査素子が水平方向又は垂直方向の一方向に光を走査するとともに前記第２光走査素子が水平方向又は垂直方向の多方向に光を走査するものであってもよい。

上記構成において、前記第１光走査素子は前記直交する２個の揺動軸周りに揺動されるものであってもよい。なお、前記第１光走査素子が水平方向及び垂直方向に光を走査するものを挙げることができる。このように構成することで、１個の反射面で２次元走査が可能である。これにより、光走査装置を小型化することが可能である。

本発明によると、正規の走査光で照射対象領域を正確に走査す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表示装置の概略図である。 図１に示す光走査装置の要部を拡大した図である。 図２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に用いられる第１光走査素子の平面図である。 図４に示す第１光走査素子の鏡体の側面図である。 図５に示す鏡体のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図である。 本発明の光走査装置に用いられる第１光走査素子の他の例の鏡体の断面図である。 本発明の光走査装置に用いられる第２光走査素子を示す斜視図である。 図８に示す第２光走査素子に備えられる鏡体の揺動軸に垂直な面で切断した断面図である。 本発明にかかる光走査装置の第２光走査素子の鏡体を揺動軸に垂直な面で切断した断面図である。 本発明にかかる光学走査装置の第１光走査素子のさらに他の例の斜視図である。 図１１に示す第１光走査素子の鏡体を光ビームの入射側から見た斜視図である。 図１２に示す第１光走査素子の変形例の側面図である。 本発明にかかる光走査装置に用いられる第１光走査素子のさらに他の例の側面図である。

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用いた例である画像表示装置の使用状態を示す配置図であり、図２は図１に示す光走査装置の要部を拡大した図であり、図３は図２に示す光走査装置のブロック図である。図１に示すように光走査装置Ａは、光ビームのスポットＳｐｔで照射対象領域であるスクリーンＳｃを走査する、プロジェクタ（画像表示装置）に用いられる。なお、図１において、水平方向をｈ方向、水平方向と直交する鉛直方向をｖ方向、ｈ方向及びｖ方向と直交する厚み方向をｄ方向としている。そして、ｈ方向、ｖ方向及びｄ方向は以下の説明でも同様の方向として説明する。

光走査装置Ａは、光源部１００と、第１光走査部２００と、第２光走査部３００とを備えている。光源部１００は、光ビームを出射するものであり、光源部１００から出射された光ビームは第１光走査部２００に入射する。第１光走査部２００は入射した光ビームを一方向（ここでは、ｈ方向）移動（以下走査とする）させ、第２光走査部３００に入射させる。第２光走査部３００は、第１光走査部２００でｈ方向に走査された光ビームを更にｈ方向と直交する方向（ｖ方向）に移動（以下、走査とする）させる。第１光走査部２００及び第２光走査部３００が、光源部１００からの光ビームを２次元方向に走査させ、光ビームのスポットＳｐｔでスクリーンＳｃを走査する（ラスタスキャンする）。

図２、図３に示すように、光走査装置Ａは、光源部１００、第１光走査部２００及び第２光走査部３００と接続された処理部４００を備えている。処理部４００は外部からの情報を処理する処理装置であるとともに、光源部１００、第１光走査部２００及び第２光走査部３００を制御する制御装置の役割も果たす。

処理部４００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４１、演算処理部４２、駆動信号生成部４３及び外部接続部４４を備えている。

光走査装置Ａは外部機器から取得した画像の情報に基づきスクリーンＳｃ上に画像を表示する。そのため、処理部４００は、光ディスク装置やパソコン等の外部機器と接続するための外部接続部４４を備えている。外部接続４４には、外部機器からスクリーン上に表示するための画像（静止画、動画等）の情報を取得し、演算処理部４２に受け渡す。

演算処理部４２は取得した情報に基づいてラスタスキャン用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４３に供給する。駆動信号生成部４３は光源部１００の出光強度、タイミングの情報を含む出光信号と第１光走査部２００の後述する鏡体２１及び第２光走査部３００の後述する鏡体３１の揺動角度及び速度の情報を含む走査信号とを生成し、走査光源制御部４１に送る。

走査光源制御部４１は、光源部１００からの光ビームの出射制御、第１光走査部２００及び第２光走査部３００による光ビームの走査速度、走査角度(走査範囲)等を光走査制御する制御部である。走査光源制御部４１は、光源制御部４１１と、走査制御部４１２とを備えている。

光源制御部４１１は、光源部１００の出射制御を行う制御部である。光源制御部４１１はモニタ用受光部１４からモニタ信号を受信している。光源制御部４１１はモニタ信号と出光信号に基づいて、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光源部１００の後述するドライバ１１１に送信している。

走査制御部４１２は、第１光走査部２００及び第２光走査部３００の光走査制御を行う制御部である。走査制御部４１２は第１光走査部２００に設けられた信号処理部２０２からの変位信号を受信する。そして、変位信号と走査信号に基づいて光ビームをｈ方向に適切な角度で走査させるための制御信号を生成してドライバ２０１に送信する。

また、走査制御部４１２は第２光走査部３００に設けられた信号処理部３０２からの変位信号を受信する。そして、変位信号と走査信号に基づいて光ビームをｖ方向に適切な角度で走査させる制御信号を生成してドライバ３０１に送信する。

次に、光源部１００の詳細について説明する。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（光ビーム）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１１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。本実施形態において光源１１は、Ｒ波長（赤色の波長：約７００ｎｍ）、Ｇ波長（緑色の波長：約５４６ｎｍ）、Ｂ波長（青色の波長：約４３５ｎｍ）のレーザ光を出射するレーザ発光素子（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を採用している。そして、光源１１は、Ｒ波長、Ｇ波長、Ｂ波長の光を適当な割合で混合した光を出射することができる構成を有している。光源１１の構成は、従来公知のものと同じであるので詳細な説明は省略する。なお、光源１１としては、ＲＧＢの光を出射するものに限定されず、一定の波長の光を出射する或いは異なる波長を切り替えて出射するような構成であってもよい。

光源１１は、ドライバ１１１からの駆動信号（電力）で発光制御されており、ドライバ１１１は光源制御部４１１からの制御信号に基づいて、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（輝度）、色（ＲＧＢの比率）等が調整される。

光源１１は点光源であり出射された光ビームは発散光である。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。なお、図１、図２に示すように、光源部１００から出射される光ビームは円柱状の光の束であり、スクリーンＳｃに照射されたときのスポットＳｐｔや第１光走査部２００、第２光走査部３００の反射面２１、３１に入射した形状は円又は略円になる。

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（光の強度）に基づいたモニタ信号を光源制御部４１１に送信する。

ビームスプリッタ１３を透過した光ビームは、第１光走査部２００に入射する。第１光走査部２００は、図２、図３に示すように、第１光走査素子２と、ドライバ２０１と、信号処理部２０２とを備えている。以下に第１光走査素子２について図面を参照して説明する。図４は本発明にかかる光走査装置に用いられる第１光走査素子の平面図である。

第１光走査素子２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。第１光走査素子２は、反射面２１１を備えた鏡体２１を揺動させることで、光源部１００からの光ビームの反射方向を移動させて、光ビームを所定領域で走査する。

図４に示すように、第１光走査素子２は、鏡体２１（揺動部）と、一対の弾性支持部２２と、外枠２３と、アクチュエータ２４とを備えている。なお、第１光走査素子２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い。その場合、鏡体２１、弾性支持部２２及び外枠２３は一体成型体である。

外枠２３は中央に貫通窓２３１を有する長方形状である。外枠２３は第１光走査素子２の光走査装置Ａのケース（不図示）のような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２３の貫通窓２３１の内壁より突出する一対の弾性支持部２２を介して鏡体２１が回動（揺動）可能に支持されている。

一対の弾性支持部２２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２２は、一方の端部が外枠２３の貫通窓２３１の内壁と接続し、他方の端部が鏡体２１と接続している。第１光走査素子２は、平面視において、外枠２３、一対の弾性支持部２２及び鏡体２１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２２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２２が弾性的にねじれることで、鏡体２１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２１は、４角が丸められた正方形状の平板部材であり、２つの主面のうち一方の面が光源部１００からの光ビームを反射する反射面２１１となっている。反射面２１１は、鏡体２１の表面に反射膜を成膜したものであってもよいし、鏡体２１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。

第１光走査素子２では、鏡体２１を揺動させるためアクチュエータ２４を備えている。アクチュエータ２４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２４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２４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、曲げの力を利用する。

アクチュエータ２４で鏡体２１を揺動軸Ｃ１周りに回転させるため、アクチュエータ２４は、外枠２３の揺動軸Ｃ１方向の両方の端部２３２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２４は、外枠２３の端部２３２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２４は外枠２３の端部２３２の表面に配置されており、アクチュエータ２４が駆動されて曲がることで、端部２３２に力が作用する。そして、４個のアクチュエータ２４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２３２から弾性支持部２２に揺動軸Ｃ１を中心とした回動方向に往復動、すなわち、揺動する力を付与する。この力によって弾性支持部２２は弾性的にねじられるとともに、その反力を利用して、鏡体２１を揺動軸Ｃ１周りに揺動する。

第１光走査素子２には、アクチュエータ２４の圧電素子に駆動信号（電圧）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、走査制御部４１２からの制御信号に基づいて、アクチュエータ２４を駆動するための駆動信号を生成し、各アクチュエータ２４に供給する。また、信号処理部２０２は第１光走査素子２から出力されたセンサ信号に基づいて、反射面２１１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４１２に送信する。

第２光走査部３００は、第１光走査部２００と基本的に同じ構造を有している。すなわち、第２光走査部３００は、第２光走査素子３と、ドライバ３０１と、信号処理部３０２とを備えている（図２、図３参照）。そして、第２光走査素子３は、図２に示すように、第２光走査素子３は、鏡体３１（揺動部）と、一対の弾性支持部３２と、外枠３３と、アクチュエータ（不図示）とを備えている。なお、第２光走査素子３の鏡体３１、弾性支持部３２、外枠３３及びアクチュエータ（不図示）は、第１光走査素子２の鏡体２１、弾性支持部２２、外枠２３及びアクチュエータ２４と同様の構成を有している。 第２光走査部３００は、揺動軸Ｃ２周りに鏡体３１が揺動可能な構成となっている。

光走査装置Ａでは、揺動軸Ｃ１がｖ方向に沿うように第１光走査素子２を配置し、揺動軸Ｃ２がｈ方向に沿うように第２光走査素子３を配置している。光走査装置Ａは、第１光走査素子２で光ビームをｈ方向に走査し、第２光走査素子３でｈ方向に走査された光ビームを更にｖ方向に走査する。

図２に示すように、本発明にかかる光走査装置Ａは、光源部１００から出射された光が第１光走査部２００、第２光走査部３００に順次入射し、外部に出射される光学系を有している。そして、第１光走査素子２及び第２光走査素子３は、光走査装置Ａ内の光学系の内部に光を反射及び走査するように配置されている。

図２に示すように、光ビームは一定の大きさ（例えば円柱状）の光束であり、反射面２１１に入射した形状（以下、入射形状と称する）が円形状である。そして、鏡体２１は、反射面２１１が光ビームの入射形状が内接する大きさになるように形成されている。一方で、図２に示すように、第２光走査素子３の鏡体３１は、第１光走査素子２の鏡体２１によってｈ方向に走査された光が入射する構成である。そして、鏡体３１の反射面３１１はｈ方向に長い長方形状であるとともに、ｖ方向に光ビームの径よりも大きな幅を有している。

光走査装置Ａでは光ビームのスポットＳｐｔをｈ方向に移動させてスクリーンＳｃに走査線を表示する。そして、その走査線を数百本（例えば、４００本）スクリーンＳｃ上にｖ方向（例えば、上から下）並べて１画面を表示する。つまり、光走査装置Ａでは光ビームをｈ方向に数百回走査する間に、ｖ方向に１回走査している。つまり、光走査装置Ａでは、ｈ方向の光ビームの走査周波数がｖ方向の走査周波数に比べて高い（例えば、ｈ方向の走査周波数が２４ｋＨｚ、ｖ方向の走査周波数が６０Ｈｚ等）。

上述のとおり、光ビームをｈ方向に走査する第１光走査素子２は高い周波数で鏡体２１を揺動する。そのため、第１光走査素子２ではアクチュエータ２４から共振周波数の振動を鏡体２１に印加し、共振で鏡体２１を揺動する共振駆動が行われる。一方、光ビームをｖ方向に走査する第２光走査素子３は第１光走査素子２に比べて低い周波数で鏡体３１を揺動する。そのため、第２光走査素子３ではアクチュエータの駆動力で鏡体３１を変位させる非共振駆動（ＤＣ駆動）が行われる。

上述のように、鏡体２１は高い共振周波数で揺動するものであり、共振を発生させやすくするために可能な限り小型軽量であることが好ましい。そのため、鏡体２１は光ビームの反射面２１１への入射形状が反射面２１１に内接する形状とすることで、光ビームの光束に対して最も小型軽量に形成している。

鏡体３１の揺動の周波数が低く共振が不要である。一方で、第２光走査素子３の鏡体３１はＤＣ駆動されており、鏡体３１を小型軽量化することで消費電力を減らすことができる。つまり、鏡体３１は、鏡体２１ほどではないが、小型軽量であることが好ましい。そのため、鏡体３１は鏡体２１で走査された光ビームが確実に入射することを優先し、さらに軽量化できるように長方形状の反射面３１１を有している。

次に本発明にかかる光走査素子の詳細について図面を参照して説明する。図５は図４に示す第１光走査素子の鏡体の側面図であり、図６は図５に示す鏡体のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図である。なお、図５では鏡体２１と弾性支持部２２の一部を図示している。また、図５、図６では、反射面に２１１に入射する光ビームにドットハッチングを施して表示している。図５には、従来の鏡体を点線で示している。なお、本実施形態では、小型化の要求が高く、光ビームの一部が反射面２１１から外れやすい第１光走査素子２について主に説明している。

光走査装置Ａにおいて、光ビームを走査する第１光走査素子２は、鏡体２１の反射面２１１で光ビームを反射し、鏡体２１を揺動させることで光ビームを走査するようになっている。光源部１００からの光ビーム進行方向の反射面２１１に対する角度９０°(入射角０°)の場合、反射した光ビームが光源部１００に戻り、光源部１００が走査の邪魔になる。そのため、光走査装置Ａでは、図２、図５に示すように、第１光走査素子２の反射面２１１に入射する光ビームは、中心軸が揺動軸Ｃ１に沿う方向であるとともに、静止時の反射面２１１に対してθ１傾けて照射される。

光ビームの光束は、境界線が明確ではなく、周囲は強度の弱い光が存在し、光束の境界（円柱状の側面）からはみ出す（漏れた）光も存在する。反射面２１１を上述のような形状とした場合、円柱状の側面から漏れた光は、反射面２１１に入射せず、反射面２１１から外れた光となる。また、光走査装置Ａでは、光ビームの中心軸が反射面２１１の所定の位置（例えば、中心）と重なるように光ビームを照射する。光源部１００と第１光走査素子２との相対位置のずれ等によって、光ビームの中心軸がずれる場合もあり、この場合、光ビームの一部は、反射面２１１から外れた光となる。

つまり、光走査装置Ａでは、光ビームの光束の境界から漏れる光や中心軸のずれによって、反射面２１１から外れた光が存在する場合がある。鏡体２１はそれ自体光を反射する部材であるため、反射面２１１と隣り合う側面も反射率が高い場合が多い。図５に点線で示す従来形状の鏡体の場合、反射面２１１から外れた光ビームは、側面に入射し、側面で反射される。側面で反射された光がスクリーンＳｃ（照射対象領域）に照射される場合がある。側面で反射された光はスクリーンＳｃに画像を表示するときに邪魔をする（不要な）光（迷光）であり、表示画像の品質が低下する原因となる。すなわち、光走査装置Ａにおいて、迷光は正規の光（ここでは、光ビームのスポットＳｐｔ）で照射対象領域（ここでは、スクリーンＳｃ）を走査するときの走査精度の低下の原因となる。

一方、反射面２１１から外れた光のうち、側面に当たらない光のほとんどは、第１光走査素子２の背後に設けられた支持部材等の構造物に当たる。このような構造物は、一般的に反射率（鏡面反射率）を低くする表面処理（表面粗度を高める、表面を黒色等の光を吸収する色にする等）が施されている。そのため、反射面から外れた光がこのような構造物に入射しても、迷光が生じにくい。つまり、反射面２１１から外れた光が側面で反射されずに第１光走査素子２の背後の構造物に照射されるようにすることで、迷光を抑制することができる。

そこで、本発明にかかる第１光走査素子２では、迷光を抑制するために、図５、図６に示す鏡体２１を採用している。図５、図６に示す鏡体２１は、ｄ方向に厚みを有する板状の部材である。鏡体２１は、反射面２１１と、反射面２１１の反対側の反対面２１２とを有している。そして、鏡体２１の光ビームが入射する側の側面２１３が反射面２１１に対してθ２傾いた形状となっている。図５に示すように、側面２１３は反射面２１１よりも反対面２１２側が内側になる傾斜を有している。また、鏡体２１の側面２１３と反対側の側面２１４は、反射面２１１に対して直交する面を有している。

なお、側面２１３の反射面２１１に対する角度θ２は、光ビームの傾き角度θ１と同じかそれよりも小さい、すなわち、θ２≦θ１であることが好ましい。このように、側面２１３の角度を決定することで、光ビームが反射面２１１の端部からはみ出しても側面２１３に入射するのを抑制され、側面２１３で光が反射されて迷光が発生するのを抑制することができる。

第１光走査素子２において、鏡体２１は揺動軸Ｃ１を中心として往復回動（揺動）している。そのため、鏡体２１の揺動軸Ｃ１と直交する方向の端部の側面は、揺動によって光ビームの入射側から見えるようになる場合がある。そこで、図６に示すように、第１光走査素子２では、揺動軸Ｃ１と直交する方向の端部の側面２１５も側面２１３と同様、反射面２１２側が内側になる傾斜を有している。そして、鏡体２１の揺動軸Ｃ１周りの揺動角度の半分（静止位置から、揺動軸Ｃ１周りの一方向の揺動角度）をγ１とし、側面２１５の反射面２１１に対する角度をγ２とすると、γ１とγ２は以下の関係となっている。
γ２≦９０°−γ１

鏡体２１は揺動軸Ｃ１回りの両方向（図６中、右方向：時計回り方向及び左方向：反時計回り方向）に、揺動していない状態に対してそれぞれ角度γ１で揺動される。そして、側面２１５と反射面２１１との角度γ２を上述のように設定することで、鏡体２１が揺動軸Ｃ１回りの両方向に角度γ１の範囲で揺動しても、反射面２１１の端部からはみ出した光ビームの側面２１５への照射が抑制される。

このことを光ビームと反射面２１１との関係で説明すると次のようになる。図６に示すように、光ビームを揺動軸Ｃ１方向に見たときに、揺動していない状態のときの反射面２１１に対する光ビームの入射角度が０°である。そのため、鏡体２１が角度γ１で揺動されているときの反射面２１１に対する光ビームの入射角度は角度γ１となる。

ここで、鏡体２１が揺動していない状態のときの鏡体２１の角度を角度０°とし、右方向に揺動したときの角度を「＋」、左方向に揺動したときの角度を「−」で示すと、鏡体２１は、角度（−γ１〜＋γ1）の範囲で揺動される。鏡体２１が、角度（−γ１〜＋γ１）の範囲で揺動されるとき、光ビームの反射面２１１への入射角度は角度（−γ１〜＋γ１）の範囲（すなわち、所定の範囲）で変化する。

揺動していない状態の鏡体２１の反射面２１１に対して入射角度０°の光ビームが入射している場合において、鏡体２１が角度（−γ１〜＋γ１）の範囲で揺動されるとき、反射面２１１に対する光ビームは角度（−γ１〜＋γ１）の範囲で入射する。

側面２１５は反射面２１１の外周縁と反対面２１２の外周縁とを繋ぐ面である。そして、反射面２１１の端部からはみ出した光が側面２１５に照射されない状態のとき、光ビームの照射方向に見て、反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周縁よりも外側であるといえる。

以上のことから、第１光走査素子２では、反射面２１１に対する光ビームの入射角度が角度（−γ１〜＋γ１）の範囲にあるときに、反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周縁よりも光ビームの入射方向から見て外側になる。γ１の値はスクリーンＳｃの大きさやスクリーンＳｃに対する光走査装置Ａの位置等の条件で変動する。そのため、本発明にかかる第１光走査素子２では、反射面に対する光ビームの入射角度が所定の範囲内にあるときに、反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周面よりも光ビームの入射方向から見て外側である。

側面２１３及び側面２１５を以上のように傾斜した面とすることで、反射面２１１の端部から外れた光が側面で反射されるのを抑制することができる。これにより、迷光の発生を抑制することが可能である。

鏡体２１は、光ビームの入射方向から見た場合、反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周縁よりも外側に形成されていることがわかる。例えば、側面２１３、側面２１５は反射面２１１に対して傾斜した側面であるため、側面２１３、側面２１５と隣接する部分の反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周縁よりも外側に形成されていることがわかる。また、側面２１４と隣接する部分は、反射面２１１に対して直交するように設けられているが、光ビームが入射する方向から見ると、側面２１３、側面２１５と同様に、反射面２１１の外周縁が反対面２１２の外周縁よりも外側に形成されている。

このような構成の鏡体２１を備えた第１光走査素子２を利用することで、迷光の発生を抑制するとともに、光束の大きさに対する鏡体２１を極限まで小型軽量に作ることが可能である。これにより、鏡体２１の高周波の共振周波数を容易に発生させることが可能である。また、鏡体２１を小型化することができ、第１光走査素子２全体として小型化することができる。また、鏡体２１の慣性モーメントが小さくなるので、揺動制御を簡略化することができる。

なお、衝撃や振動等で第１光走査素子２の光ビームに対する角度が変化する場合がある。このような場合に備えて、鏡体２１の側面２１３、２１５には、迷光を抑制するような表面処理が施されていてもよい。このような表面処理としては、例えば、黒色等の光を吸収する色にする処理や光が散乱するように表面を粗くする処理等を挙げることができるが、これに限定されない。

なお、図２に示しているように、第２光走査素子３の鏡体３１の反射面３１１は、光の入射方向（図２ではｖ方向）の幅が光ビームの入射形状よりも大きく形成されているため、反射面３１１から光ビームが反射面３１１から外れにくい。そのため、第２光走査素子３の鏡体３１は、従来と同じ、すなわち、反射面３１１と直交する側面を有する構成であってもよいし、第１光走査素子２のように、光が側面で反射されないように側面が傾斜していてもよい。

＜第２実施形態＞
本発明にかかる光走査装置に用いられ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７は本発明の光走査装置に用いられる第１光走査素子の他の例の鏡体の断面図である。本実施形態の第１光走査素子は、鏡体２１ａの端面の形状が異なる以外、第１実施形態の第１光走査素子２と同じ構成を有している。そのため、実質上同じ部分には、同じ符号を付すと共に、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、鏡体２１ａの側面２１５ａは、反対面２１２側の側面を切り欠いた形状となっている。このような形状とすることでも、反射面２１１からずれた光ビームが側面２１５ａで反射されにくく、迷光の発生を抑制することができる。なお、図７では、揺動軸Ｃ１と交差する方向の側面２１５ａの形状を示しているが、光ビームの入射側の側面についても同様の形状とすることが可能である。

これ以外の特徴は、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装置に用いられ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８は本発明の光走査装置に用いられる第２光走査素子を示す斜視図であり、図９は図８に示す第２光走査素子に備えられる鏡体の揺動軸に垂直な面で切断した断面図である。

上述したように第２光走査素子３の鏡体３１は第１光走査素子２の鏡体２１に対して、軽量化の要求が高くないが、軽量化することで、揺動に要する消費電力を低減することが可能である。そのため、図８に示す第２光走査素子３ｂでは、図２に示す第２光走査素子３の鏡体３１に比べて鏡体３１ｂの短手方向の幅を狭くすることで、鏡体３１ｂを軽量化している。

図８に示すように、鏡体３１ｂの反射面３１１に対する入射方向は、鏡体３１ｂが揺動する方向に傾いている。光ビームがこのような角度で入射する鏡体３１ｂでは、迷光を防止するため、鏡体３１ｂの揺動軸と直交する端部の側面のうち、光ビームが入射する側の側面３１５を傾斜させている。反対面３１２側の端部が反射面３１１の端部よりも光ビームの入射方向から見て内側になるように側面３１５を傾斜して形成している。このように形成することで、鏡体３１ｂが揺動し、光ビームの光束のうち反射面３１１から外れた光が発生した場合でも、光ビームが側面３１５に照射されにくく、迷光の発生を抑制することができる。

鏡体３１ｂが揺動していない状態の反射面３１１に対する光ビームの進行方向の傾斜角度をε１、鏡体３１ｂの揺動角度の半分をε２、側面３１５の反射面３１１に対する角度をε３とすると、ε３≦１８０°−ε１＋ε２とすることで、迷光の発生を防ぐことができる。すなわち、ε３をこの条件で決定した場合において、鏡体３１ｂを揺動していない状態に対して、揺動軸Ｃ２回りの両方向（上方向：図９中反時計回り方向、下方向：図９中時計回り方向）に揺動しても、光ビームの側面３１５への照射を抑制できる。

このことを光ビームと反射面３１１との関係で説明すると次のようになる。鏡体３１ｂが上方向に角度ε２で揺動したときの光ビームの反射面３１１に対する入射角度は９０°−ε１＋ε２である。一方、鏡体３１ｂが下方向に角度ε２で揺動したときの光ビームの反射面に対する入射角度は、９０°−ε１−ε２である。つまり、鏡体３１ｂが上下にそれぞれ角度ε２揺動したとき、光ビームの反射面３１１に対する入射角度は、９０°−ε１−ε２から９０°−ε１＋ε２の範囲で変動し、その範囲において、光ビームの側面３１５への照射が抑制される。第２光走査素子３ｂでは、鏡体３１ｂに対する光ビームの入射角度が９０°−ε１−ε２〜９０°−ε１＋ε２の範囲にあるときに、反射面３１１の外周縁が反対面３１２の外周縁よりも光ビームの入射方向から見て外側になる。

ε１は、光走査装置の構造上決められる定数であり、ε２の値はスクリーンＳｃの大きさやスクリーンＳｃに対する光走査装置Ａの位置等の条件で変動する。そのため、本発明にかかる第１光走査素子３ｂでは、反射面３１１に対する光ビームの入射角度が所定の範囲内にあるときに、反射面３１１の外周縁が反対面３１２の外周面よりも光ビームの入射方向から見て外側にある。

これ以外の特徴は、第１実施形態と同じである。

＜第４実施形態＞
本発明にかかる光走査装置に用いられ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１０は本発明にかかる光走査装置の第２光走査素子の鏡体を揺動軸に垂直な面で切断した断面図である。第２光走査素子３ｃの鏡体３１ｃは、光ビームの入射側と反対側の側面３１６も入射側の側面３１５と同様の傾斜を形成している。

光ビームの入射側と反対側の側面３１６を傾斜した形状とすることで、鏡体３１ｃの重量バランスを揺動軸Ｃ２を挟んで均等又は略均等とすることができる。これにより、重量バランスを正確にとることで、揺動方向による揺動速度、揺動角度のばらつきを抑制することができる。そして、鏡体３１ｃを精度よく揺動制御（揺動角度、揺動速度の制御）することが可能である。

これ以外の特徴は、第３実施形態と同じである。
＜第５実施形態＞
本発明にかかる光走査装置に用いられる光走査素子のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１１は本発明にかかる光学走査装置の第１光走査素子のさらに他の例の斜視図であり、図１２は図１１に示す第１光走査素子の鏡体を光ビームの入射側から見た斜視図である。

図１１は第１光走査部に備えられる第１光走査素子２ｃの斜視図を示している。第１光走査素子２ｃは、鏡体２１ｃが円板形状である以外は、第１実施形態に示す第１光走査素子２と同じ構成であり、実質上同じ部分には同じ符号を付してある。

通常、レーザ発光素子から出射される光ビーム（レーザ光）は、断面円形状の光ビームである。このような断面円形状の光ビームが用いられる場合、反射面２１１ｃを円形状とすることで、鏡体２１ｃの光ビームの反射に用いられない部分、すなわち、無駄な部分を減らすことができる。これにより、鏡体２１ｃを小型軽量に形成することが可能であり、共振が発生しやすい。

このような構成であっても、第１実施形態の第１光走査素子２と同様に、揺動時に光ビームの照射側から見たときに側面が見えないように、傾斜した側面２１７を備えている。図１２に示すように、側面２１７は、反対面側の端部が反射面側の端部よりも内側となるように形成されている。このような構成とすることで、迷光の発生を抑制することができる。また、鏡体２１ｃを無駄のない或いは無駄の少ない形状とすることができるため、鏡体２１ｃを軽量化することができ、鏡体２１ｃを容易に共振させることができる。

図１２に示す第１光走査素子２ｃにおいて側面２１７は全ての場所で、反射面ｃ側から反対面２１２ｃ側に向かって等しく傾斜しているものとしている。しかしながら、光ビームが入射する側と反対側は、揺動時に光ビームの入射方向から見えにくく、すなわち、光ビームが側面に照射しにくくなっている。このことを利用して、図１３に示す鏡体２１ｃのように、光ビームが入射する側と反対側は、反射面２１１ｃに対して直交するように形成されていてもよい。

なお、全ての場所で同じ角度で傾斜するように形成されている場合だけでなく、光ビームが入射する側の側面だけが傾斜する構成（図１３に示す構成）の場合も、反射面２１１ｃ及び反対面２１２ｃの形状は、揺動軸Ｃ１を基準として対称であることが好ましい。
＜第６実施形態＞

本発明にかかる光走査装置に用いられる第１光走査素子のさらに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に用いられる第１光走査素子のさらに他の例の側面図である。図１４に示す第１光走査素子２ｄは、鏡体２１ｄと、鏡体２１ｄを支持する弾性支持部２２ｄを示している。第１光走査素子２ｄの構成は、光ビームの照射側の側面２１３ｄの反射面２１１に対する角度が異なる以外、図５に示す第１光走査素子２と同じ構成である。そのため、第１光走査素子２ｄの第１光走査素子２と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１４に示す第１光走査素子２ｄは、１個の素子で１軸又は直交する２軸周りに揺動することが可能な構成を有している。すなわち、第１光走査素子２ｄは、鏡体２１ｄをｖ方向に伸びる揺動軸Ｃ１周りに揺動できるとともに、ｈ方向に伸びる揺動軸Ｃ２周りに揺動できる構成を有している。なお、揺動軸Ｃ１と揺動軸Ｃ２との交点は、反射面２１１の中心をとおり反射面２１１と垂直な垂線と重っている。光走査装置において、第１光走査素子２ｄを利用する場合、第２光走査素子を省略することが可能である。

第１光走査素子２ｄを備えた光走査装置では、鏡体２１ｄを揺動軸Ｃ１周りに揺動させることで光ビームをｈ方向に走査する。また、鏡体２１ｄを揺動軸Ｃ２周りに揺動することで光ビームをｖ方向に走査する。さらに、揺動軸Ｃ１周り及び揺動軸Ｃ２周りに同期して揺動することで光ビームをｈ方向及びｖ方向に走査する（ラスタスキャンする）。

図１４に示すように第１光走査素子２ｄに入射する光ビームは、中心軸が揺動軸Ｃ１に沿う方向であるとともに、静止時の反射面２１１に対してθ１傾けて照射される。第１光走査素子２ｄを揺動軸Ｃ１周りに揺動する場合について説明する。鏡体２１の光ビームが入射する側の側面２１３ｄの揺動軸Ｃ１に対する傾きをθ３とする。上述したように、光ビームは光束の一部が反射面２１１から外れる場合がある。側面２１３ｄの傾きθ３を光ビームの傾きθ１よりも小さくすることで、反射面２１１から外れた光が側面２１３ｄで反射されるのを抑制し、迷光の発生を抑えることができる。つまり、揺動軸Ｃ１周りにｙ応動して光ビームを走査する場合には、側面２１３ｄの揺動軸Ｃ１に対する傾き角度θ３は以下の条件を満たせばよい。
θ３≦θ１

また、鏡体２１ｄは揺動軸Ｃ２周りにも揺動する。鏡体２１ｄが揺動軸Ｃ２周りに揺動する場合、図１４に示す状態で揺動軸Ｃ２を中心に反時計回りにに揺動したときに側面２１３ｄに光ビームが当たり、迷光が発生しやすくなる。鏡体２１ｄの揺動軸Ｃ２周りの最大揺動角度の半分（静止位置から、揺動軸Ｃ２を中心に反時計回りに最大揺動した角度）をδ１とすると、側面２１３ｄの傾き角度θ３を以下とすることで反射面から外れた光が側面２１３ｄで反射されるのを抑制できる。
θ３≦θ１−δ１

揺動軸Ｃ１周りに鏡体２１ｄを揺動させたときと揺動軸Ｃ２周りに鏡体２１ｄを揺動させたときの両方で側面２１３ｄで反射面２１１を外れた光が反射されて発生する迷光を抑制するため、側面２１３ｄの傾き角度θ３は以下の条件を満たす。
θ３≦θ１−δ１

以上のように、直交する２軸周りに揺動する鏡体２１ｄを有する場合であっても、側面２１３ｄの傾き角度を調整することで、迷光の発生を効果的に抑えることが可能である。なお、本実施形態の第１光走査素子２ｄは、光ビームの進行方向と直交する軸周りにも揺動する構成であるため、光ビームの進行方向に沿う揺動軸周りに揺動する第１光走査素子２に比べて、側面の揺動軸Ｃ１に対する角度が小さくなる。また、鏡体２１ｄの側面２１３ｄの反対面２１４及びこれらと隣り合う側面２１５は、鏡体２１と同じ構成である。

なお、図１４に示す第１光走査素子２ｄの鏡体２１ｄの反射面２１１及び反対面２１２が、少なくとも揺動軸Ｃ１又は揺動軸Ｃ２を基準として対称な形状であることが好ましい。そして、共振による揺動の中心となる揺動軸Ｃ１を基準として対称な形状であることがより好ましい。揺動軸Ｃ１及び揺動軸Ｃ２の両方を基準として対称な形状であることがさらに好ましい。

上述した各実施形態において、本発明にかかる光走査装置を利用した装置として、プロジェクタ（画像表示装置）を挙げているが、これに限定されない。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、光走査素子を１個備えた光走査装置を利用して、一次元に光ビームを走査するものとしてもよい。このような、一次元に光ビームを走査する走査装置を利用するものとして、例えば、画像形成装置の露光装置、バーコードリーダ、測距センサ等の光スキャナを挙げることができる。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。

なお、第１実施形態、第２実施形態及び第５実施形態では第１光走査素子２、第３実施形態及び第４実施形態では第２光走査素子３を対象としている。これは、光ビームの入射方向及び角度で決定しているが、光ビームの入射方向によってはこれに限定されない。例えば、光ビームの入射方向によっては、第１実施形態、第２実施形態又は第５実施形態の構造を第２光走査素子３に適用してもよいし、第３実施形態又は第４実施形態の構造を第１光走査素子２に適用してもよい。また、第６実施形態のように、１つの素子で２方向の両方に光を走査することができる光走査素子を用いる場合、光走査部が１つでよく、光走査装置を小型化することができる。

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 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 第１光走査部
２ 第１光走査素子
２１ 鏡体
２１１ 反射面
２１２ 反対面
２２ 弾性支持部
２３ 外枠
２３１ 開口窓
２４ アクチュエータ
２０１ ドライバ
２０２ 信号処理部
３００ 第２光走査部
３ 第２光走査素子
３１ 鏡体
３１１ 反射面
３１２ 反対面
３２ 弾性支持部
３３ 外枠
２０１ ドライバ
２０２ 信号処理部
４００ 処理部
４１ 走査光源制御部
４１１ 光源制御部
４１２ 走査制御部
４２ 演算処理部
４３ 駆動信号生成部
４４ 外部接続部

Claims (10)

1. 光源から出射された光を走査する光学系を備えた光走査装置であって、
   前記光学系には、前記光源からの光を走査する第１光走査素子が設けられており、
   前記第１光走査素子は、前記光が入射する反射面と反対面とを含み揺動軸周りに揺動される揺動部を有し、
   前記第１光走査素子は、前記反射面の外周縁が前記反対面の外周縁よりも前記光の入射方向から見て外側に形成されている光走査装置。
2. 前記揺動部は、揺動によって前記反射面に対する前記光の入射角度が所定の範囲にあるときに前記反射面の外周縁が前記反対面の外周縁よりも前記光の入射方向から見て外側になるように形成されている請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記反射面の面積が前記反対面の面積よりも大きい請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記揺動部の前記反射面が前記揺動軸を基準として対称形状であるとともに、前記反対面も前記揺動軸を基準として対称形状である請求項１から請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記第１光走査素子は光を第１方向に走査するものであり、
   前記光学系が、前記第１光走査素子で走査された光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２光走査素子を備えており、
   前記第２光走査素子が、反射面と反対面とを備えた平板状の揺動部を有し、
   前記第２光走査素子の揺動部は、前記第１光走査素子の揺動部と異なる方向に伸びる揺動軸周りに揺動される請求項１から請求項４のいずれかに記載の光走査装置。
6. 前記第２光走査素子の前記揺動部が、前記第１光走査素子の前記揺動部と同じ構成を有している請求項５に記載の光走査装置。
7. 前記第１光走査素子は揺動部を共振させて揺動させ、前記第２光走査素子は前記揺動部を非共振で揺動させる請求項５又は請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記第１光走査素子が水平方向又は垂直方向の一方向に光を走査するとともに前記第２光走査素子が水平方向又は垂直方向の他方向に光を走査する請求項５から請求項７のいずれかに記載の光走査装置。
9. 前記第１光走査素子は前記直交する２個の揺動軸周りに揺動される請求項１から請求項５のいずれかに記載の光走査装置。
10. 前記第１光走査素子が水平方向及び垂直方向に光を走査する請求項９に記載の光走査装置。

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