JP2019139001A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射部と検出部との距離が短くても、回動角検出の分解能が高い光走査装置を提供する。【解決手段】この光走査装置１００は、回動可能な反射部と、検出部１０３と、検出光が通過するスリットｓを備える遮光部１０４と、を備え、遮光部１０４は、遮光部１０４のスリットｓは、スリットｓの開口端部の反射部１０１の回動方向に沿った幅方向の長さに対する、スリットｓの光路の延びる方向の長さが所定の値以上のアスペクト比を有し、検出部１０３は、スリットｓを通過した検出光を受光することにより反射部１０１の回動角を検出するように構成されている。【選択図】図３

Description

この発明は、光走査装置に関し、特に、反射部の回動角を検出するように構成されている光走査装置に関する。

従来、反射部の回動角を検出するように構成されている光走査装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ミラー部（反射部材）と、ミラー部の裏面に対向し、ミラー部の裏面を反射面とするフォトリフレクタ（発光部および検出部）と、スリットが設けられた反射光減衰手段とを備えた光走査装置が開示されている。上記光走査装置は、フォトリフレクタから照射された光が、ミラー部の裏面によって反射され、反射された光のうちスリットを通過した光をフォトリフレクタにより受光され、それ以外の光は反射光減衰手段により遮光されるように構成されている。これにより、走査を行う面を用いずに、ミラー部の回動角が検出される。

特開２０１０−２６６５０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された光走査装置では、ミラー部とフォトリフレクタとの距離を小さくした場合に、スリットとミラー部との距離も小さくなるため、ミラー部から反射される光のうちスリットを通過可能な光の角度範囲が大きくなる。この場合、広範囲の回動角に対応する光がフォトリフレクタに入射するので、回動角検出の分解能が低くなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、反射部と検出部との距離が短い場合でも、回動角検出の分解能を高くすることが可能な光走査装置を提供することである。

本願発明者は、鋭意検討した結果、スリットの開口端部の反射部の回動方向に沿った幅方向の長さに対する、スリットの光路の延びる方向の長さであるアスペクト比を高くすることによって、反射部と検出部との距離が小さい場合にも、回動角検出の分解能を高くすることが可能であることを見出した。すなわち、本発明のこの発明の一の局面による光走査装置は、回動可能な反射部と、反射部に向けて検出光を発する発光部と、反射部において反射された検出光を受光する検出部と、検出光が通過するスリットを備える遮光部と、を備え、遮光部は、反射部から反射された検出光が検出部へと進む光路上に設けられており、遮光部のスリットは、スリットの開口端部の反射部の回動方向に沿った幅方向の長さに対する、スリットの光路の延びる方向の長さが所定の値以上のアスペクト比を有し、検出部は、スリットを通過した検出光を受光することにより反射部の回動角を検出するように構成されている。

この発明の一の局面による光走査装置では、上記のように、遮光部のスリットは、スリットの開口端部の反射部の回動方向に沿った幅方向の長さに対する、スリットの光路の延びる方向の長さが所定の値以上のアスペクト比を有し、検出部は、スリットを通過した検出光を受光することにより反射部の回動角を検出する。これにより、スリットの開口端部から略垂直に入射する所定角度の検出光は、所定の値以上のアスペクト比を有するスリットを通過することができるため検出部に入射し検出される。一方、所定角度以外の検出光は、所定の値以上のアスペクト比を有するスリットの開口端部に斜めに入射するため、スリットを形成する面で、減衰（吸収）する。その結果、所定角度以外の検出光が検出部に入射することを抑制することができるので、所定角度の検出光と所定角度以外の検出光とを分解する分解能を高くすることができる。これにより、反射部と検出部との距離が短い場合にも、回動角検出の分解能を高くすることが可能な、光走査装置を提供することができる。

上記一の局面による光走査装置においては、好ましくは、遮光部のスリットのアスペクト比は、２０以上のアスペクト比である。このように構成すれば、スリットに斜めに入射する検出光が検出部に入射するのを抑制することができる。その結果、所定角度以外の検出光が検出部に入射することを抑制することができるので、回動角検出の分解能をより向上させる。なお、遮光部のスリットのアスペクト比が２０以上のアスペクト比の場合に、所定角度以外の検出光が検出部に入射することを抑制できることは、後述する実施例において確認済みである。

上記一の局面による光走査装置においては、好ましくは、反射部は、光の走査に用いられる第１反射面と、第１反射面とは反対側に設けられた回動角の検出に用いられる第２反射面とから構成され、検出部は、第２反射面において反射された検出光を受光することにより、第１反射面の回動角が検出されるように構成されている。このように構成すれば、第２反射面の回動が第１反射面の回動に同期するので、第２反射面の回動角を検出することにより第１反射面の回動角を検出することができる。

上記一の局面による光走査装置においては、好ましくは、遮光部は、第１支持部材、第２支持部材およびスリットを構成するスリット部材からなり、スリット部材は、第１支持部材と第２支持部材とによって挟み込まれ、第１支持部材、第２支持部材およびスリット部材に囲まれた部分によってスリットが形成される。このように構成すれば、使用者は、遮光部にスリットを設けるために、孔を開ける加工をしなくてもよい。その結果、容易にスリットを備える遮光部を作成することができる。

この場合、好ましくは、第１支持部材、第２支持部材および、スリット部材は板状部材により構成される。このように構成すれば、スリットの開口端部の反射部の回動方向に沿った幅方向の長さ、およびスリットの光路の延びる方向の長さを任意の長さに調節することができる。その結果、所定の値以上のアスペクト比を有するスリットを容易に形成することができる。

上記遮光部は、第１支持部材、第２支持部材および、スリット部材から構成される光走査装置において、好ましくは、遮光部のスリットは光路の延びる方向から見て矩形状に形成されている。このように構成すれば、第１支持部材、第２支持部材および、スリット部材のスリットを形成する面は平坦面となるので、スリットに斜めに入射した検出光がスリットを形成する面に当たったときに、入射角と異なる角度で反射するのを抑制することができる。これにより、スリットに対して大きく斜めに入射した場合に、反射角度の変化に起因して意図せずに検出部に入射することを抑制することができる。

上記遮光部は、第１支持部材、第２支持部材および、スリット部材から構成される光走査装置において、好ましくは、第１支持部材および第２支持部材は、それぞれ反射部の回動方向に沿った方向に窪んだ第１凹部および第２凹部を含み、第１凹部および第２凹部は、検出光が入射および出射する開口端部を除く部分に設けられている。このように構成すれば、スリットに斜めに入射した検出光が、反射部の回動方向に沿った方向に窪んだ第１凹部または第２凹部の内面の深い位置で反射される。この結果、内壁拡散点からの距離が長くなり、検出部に到達する光量は十分に減衰され、検知において無視できるレベルまで抑制される。また、入射角が大きい検知光は出射する開口端部に近い位置で反射する。そして、反射した検出光は開口端部近傍の第１凹部または第２凹部の内底面に当たって、検出部に向かう方向とは異なる方向に向かうようにすることができる。したがって、検出部に入射するのを抑制することができるので、検出部に所定角度以外の検出光が入射することをより抑制することができる。

上記第１支持部材および第２支持部材が第１凹部および第２凹部を含む光走査装置において、好ましくは、第１凹部および第２凹部の深さは、スリットの幅方向の長さ以上の大きさである。このように構成すれば、スリットに斜めに入射した検出光が、反射部の回動方向に沿った方向に窪んだ第１凹部または第２凹部の内面の深い位置で反射されるので、検出部に到達する光量をより一層抑制することができる。その結果、検出部に所定角度以外の検出光が入射することをより一層抑制することができる。

上記遮光部は、第１支持部材、第２支持部材および、スリットを構成するスリット部材から構成される光走査装置において、好ましくは、第１支持部材および第２支持部材のうちの少なくともスリット部材と対向する面には、光吸収材が設けられている。このように構成すれば、スリットに斜めに入射し、スリットを形成する面に当たった検出光が光吸収材によって吸収される。その結果、スリットを通過する所定角度以外の検出光を効果的に減少させることができる。それにより、所定角度の検出光だけを検出することができるため、光走査装置の分解能を効果的に高めることができる。

上記遮光部は、第１支持部材、第２支持部材および、スリットを構成するスリット部材から構成される光走査装置において、好ましくは、スリット部材は、第１支持部材と第２支持部材とによって挟み込まれる方向に複数積層されており、スリット部材とスリット部材の間には、仕切り部材が設けられている。このように構成すれば、スリットの開口端部の反射部の回動方向に沿った幅方向の長さと、スリットの光路の延びる方向の長さとを変えることなく、通過する検出光の量を増加させることができる。その結果、所定の値以上のアスペクト比を維持しつつ、最大受光強度を向上することができる。

上記一の局面による光走査装置においては、好ましくは、反射部は、往復回動運動を行い、検出部は、反射部が反射した検出光を受光してから、反射部が反射した検出光をさらに受光するまでの時間に基づいて、回動角を取得するように構成されている。このように構成すれば、往復回動運動にかかる時間に基づいて正確な最大回動角を取得することができる。

上記反射部は、第１反射面と、第２反射面とから構成される光走査装置においては、好ましくは、第２反射面の面積は、第１反射面の面積より小さい。このように構成すれば、第２反射面において反射される検出光の範囲を小さくすることができる。これにより、スリットに入らない検知光が遮光部の範囲外の部分に照射されて漏れ光となるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、第１反射面の裏面は、第２反射面を除き光反射抑制処理が施されている。このように構成すれば、第２反射面以外の部分に当たった検出光が反射されることを抑制できるため、第２反射面により反射される検出光が光の走査を行う面（第１反射面）に漏れることを確実に抑制することができる。

上記一の局面による光走査装置においては、好ましくは、遮光部と検出部とをそれぞれ複数備え、複数の検出部がそれぞれ取得した検出光から、回動角を取得するように構成されている。このように構成すれば、複数の検出部がそれぞれ取得した検出光に基づいて、相対的に回動角を取得することができる。

本発明によれば、反射部と検出部との距離が短い場合でも、回動角検出の分解能を高くすることが可能な光走査装置を提供することができる。

第１〜第４実施形態による光走査装置の構成を示した模式図である。 第１〜第３実施形態の回動角検出部の構成を示したブロック図である。 第１〜第３実施形態の回動角検出部の構成を示した斜視図である。 第１実施形態の回動角検出部の構成を示した分解斜視図である。 図５（Ａ）は、第１反射面を示した図である。図５（Ｂ）は、第２反射面を示した図である。 図６（Ａ）は、第１実施形態の遮光部の光路の延びる方向から見た正面図である。図６（Ｂ）は、第１実施形態の遮光部を、反射部の回動方向と直交する面で切断した断面図である。図６（Ｃ）は、第１実施形態の遮光部を、反射部の回動方向と直交する面で切断した断面図である。 検出した回動角から最大回動角を求めることを説明するための図である。 図８（Ａ）は、第２実施形態の遮光部の光路の延びる方向から見た正面図である。図８（Ｂ）は、第２実施形態の遮光部を、反射部の回動方向と直交する面で切断した断面図である。 第３実施形態による遮光部を反射部の回動方向に沿った幅方向で切断した断面図である。 第４実施形態の回動角検出部の構成を示した斜視図である。 第４実施形態の回動角検出部の構成を示した分解斜視図である。 本発明の効果を確認するために行った、遮光部のスリットの深さを変化させた場合の、振れ角と受光強度の関係の変化を示したグラフである。 スリットの内面での反射がある場合とない場合との、振れ角と受光強度の関係を示したグラフである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
まず、図１〜図７を参照して、第１実施形態による光走査装置１００の構成について説明する。なお、本明細書において、反射部１０１の回動方向をＲｙ方向、スリットｓの開口端部１５０の反射部１０１の回動方向に沿った幅方向をＸ軸方向、スリットｓの延びる方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に垂直に交わる方向をＹ軸方向とする。

（光走査装置の構成）
図１に示すように、第１実施形態による光走査装置１００は、制御部１と、記憶部２と、操作部３と、光学モジュール４とを備えている。制御部１は、光走査装置１００の全体を制御するように構成されている。記憶部２には、後述する垂直走査ミラー６ａおよび水平走査ミラー６ｂの回動角の制御プログラム等が記憶されている。操作部３は、操作者によって入力操作が行われることにより、制御部１が光走査装置１００の制御を開始する。

光学モジュール４は、光源部５と走査部６とを含む。光源部５は、走査部６にさまざまな波長の光を照射する。走査部６は、光源部５から照射された光を反射するための垂直走査ミラー６ａおよび水平走査ミラー６ｂを有している。垂直走査ミラー６ａは、保持部（図示せず）に保持されており、矩形形状でかつ平板形状に形成されている。また、垂直走査ミラー６ａは、揺動軸回りに揺動駆動されるように構成されている。なお、垂直走査ミラー６ａの固有振動数は、材質および構造によって決定される。また、水平走査ミラー６ｂは、共振するように構成されている。水平走査ミラー６ｂは、後述する回動角検出部１２０により、回動角が検出されるように構成されている。光源部５から照射された光は、走査部６によって反射され、光走査装置１００から外部に照射される。

（回動角検出部）
図３に示すように、第１実施形態による光走査装置１００の回動角検出部１２０は、反射部１０１と、発光部１０２と、検出部１０３と、遮光部１０４とを備えている。

図３および図４に示すとおり、反射部１０１は、発光部１０２から発射された検出光を反射する反射部材１０１ａと反射部材１０１ａを支持する保持部材１０１ｂとから構成されている。保持部材１０１ｂの形状は特に限定されない。反射部材１０１ａは、Ｒｙ方向に往復回動運動を行うように構成されている。反射部１０１の静止位置から回動した角度を回動角θとする。

第１実施形態による反射部１０１は、図５（Ａ）に示すとおり、走査光の走査に用いられる第１反射面１０１ｃと、図５（Ｂ）に示すとおり、第１反射面１０１ｃとは反対側に設けられた回動角θの検出に用いられる第２反射面１０１ｄとを含む。また、反射部１０１では、第１反射面１０１ｃと第２反射面１０１ｄとは表裏一体となっている。そのために、第１反射面１０１ｃの回動に合わせて第２反射面１０１ｄは回動するように構成されている。第１反射面１０１ｃは、水平走査ミラー６ｂ（図１参照）である。

反射部１０１では、第１反射面１０１ｃの裏面１０１ｅに第２反射面１０１ｄが取り付けられている。反射部１０１の第２反射面１０１ｄの面積は、第１反射面１０１ｃの面積より小さい。第１反射面１０１ｃの裏面１０１ｅは、第２反射面１０１ｄを除き、光反射抑制処理が施され反射抑制面（図５（Ｂ）のハッチング部分）になっている。光反射抑制処理は、たとえば、第２反射面１０１ｄ以外の裏面１０１ｅに黒色の不織布を貼り付けて行う。

発光部１０２は、検出光としてレーザ光を照射する半導体レーザ素子を含む。発光部１０２と第１反射面１０１ｃに検出光を照射する光源（レーザダイオード４ａ〜４ｃ）とは別々に設ける。発光部１０２は、レーザダイオード１０２ａと、出力レンズ１０２ｂとを含み、レーザダイオード１０２ａから出力されたレーザが出力レンズ１０２ｂを介して反射部１０１に照射される。図６（Ｂ）に示すとおり発光部１０２の検出光のスポット径は、後述するスリットｓのスリット径Ｗよりも大きく形成されている。発光部１０２は、レーザダイオード１０２ａと出力レンズ１０２ｂとを支持する支持台１０２ｃをさらに含んでいる。

検出部１０３は、たとえばフォトダイオードである。図６に示すように、検出部１０３は、第２反射面１０１ｄにおいて反射されスリットｓを通過した検出光を受光することにより反射部１０１の回動角θを検出するように構成されている。検出部１０３は、ＭＣＵ(メモリコントロールユニット)を含む制御部（ＣＰＵ）１０５（図２参照）に接続されている。制御部１０５は、反射部１０１が往復回動運動を行うことにより、検出部１０３において、反射部１０１の第２反射面１０１ｄで反射された検出光を受光してから、反射部１０１の第２反射面１０１ｄで反射された検出光をさらに受光するまでの時間に基づいて、記憶部２に記憶された回動角θを取得するように構成されている。このとき、制御部１０５は、測定された時間と、予め取得されて記憶部２に記憶された時間と回動角との関係とから回動角θを取得するように構成されている。

遮光部１０４は、図２および図６に示すとおり、反射部１０１から反射された検出光が検出部１０３へと進む光路上に設けられている。また、遮光部１０４は、検出光が通過するスリットｓを備えている。スリットｓは、反射部１０１から反射された検出光が検出部１０３へと進む光路上のうち、反射部１０１が所定の回動角θの際に反射部１０１から反射される検出光の光路と略平行になるように延びている。スリットｓは、スリットｓの開口端部１５０の反射部１０１の回動方向（Ｒｙ方向）に沿った幅方向（Ｘ軸方向）の長さ(スリット径)Ｗに対する、光路の延びる方向（Ｚ軸方向）の長さＤが所定の値以上のアスペクト比を有している。遮光部１０４の素材は特に限定されない。アスペクト比とは、Ｚ軸方向の長さＤをＸ軸方向の長さＷで割った値をいう。回動角検出部１２０の遮光部１０４のスリットｓは所定のアスペクト比を有している。アスペクト比が１０以上の場合を所定の値以上のアスペクト比という。第１実施形態による回動角検出部１２０の遮光部１０４のスリットｓのアスペクト比は、好ましくは２０以上である。好ましくは、遮光部１０４のスリットｓのアスペクト比は、５０以上である。さらに好ましくは、遮光部１０４のスリットｓのアスペクト比は、１００以上である。

また、第１実施形態において、遮光部１０４は、図４および図６に示すように第１支持部材１０８、第２支持部材１０９および、スリットｓを構成するスリット部材１１０から構成されている。スリット部材１１０は、第１支持部材１０８と第２支持部材１０９とによって挟み込まれている。また、スリット部材１１０は、２枚の部材から構成されており、スリットｓの上面および下面をそれぞれ構成している。なお、第１支持部材１０８と第２支持部材１０９とスリット部材１１０とは、締結部材１１１により互いに固定されている。第１支持部材１０８、第２支持部材１０９およびスリット部材１１０に囲まれた部分によってスリットｓが形成される。第１支持部材１０８、第２支持部材１０９およびスリット部材１１０は、金属または樹脂を用いて形成される。第１支持部材１０８、第２支持部材１０９およびスリット部材１１０によって形成されるＺ軸方向の長さを大きくし、Ｘ軸方向の長さを小さくすることにより、アスペクト比が高いスリットｓが形成される。

第１支持部材１０８および第２支持部材１０９のうちの少なくともスリット部材１１０と対向する面は、光吸収材（１０８ａ、１０９ａ）が設けられている。たとえば、第１支持部材１０８あるいは第２支持部材１０９が樹脂の場合は、光吸収材（１０８ａ、１０９ａ）として黒色の不織布を貼り付ける。また、第１支持部材１０８あるいは第２支持部材１０９が金属の場合は、光吸収材（１０８ａ、１０９ａ）として酸化皮膜を形成する処理を行う。

図６（Ｂ）に示すように、反射部１０１の第２反射面１０１ｄに当たり反射した検出光のスリットｓへの入射角が、略所定角度である場合は、スリットｓに略垂直に入射するためスリットｓを通過することができる。しかしながら、スリットｓへの入射角が所定角度以外の場合は、検出光はスリットｓに斜めに入射するためスリットｓを形成する面に当たり吸収される。あるいは、反射されスリットｓから出射されたとしても内壁に当たることにより拡散され、十分に減衰されてしまうので検出部１０３に到達する光量は角度検知において無視できるレベルになっている。この結果、スリットｓへの入射角が略所定角度の場合にのみ、検出部１０３により検出されるので、スリットｓへの所定角度の入射角に対応する反射部１０１の回動角θが、受光強度が高い状態で検出される一方、スリットｓへの所定角度以外の入射角に対応する反射部１０１の回動角θは、受光強度が低い状態で検出される。したがって、反射部１０１の回動角θの分解能を高くすることが可能である。

図３に示すように、遮光部１０４は、発光部１０２の支持台１０２ｃに設けられた固定部１０２ｄに固定されている。また、検出部１０３は、遮光部１０４の反射部１０１とは反対側の面に取り付けられている。また、遮光部１０４を固定部１０２ｄに設置する際のＲｙ方向の角度は、検出したい回動角に合わせるなど、使用者によって任意に決定される。

図２を参照して、第１実施形態による回動角検出部１２０が回動角θを取得する方法を説明する。まず制御部１０５が発光部１０２を制御することで、反射部１０１に検出光が照射される。検出光は、反射部１０１の第２反射面１０１ｄで反射され、遮光部１０４に入射する。遮光部１０４のスリットｓを通過した検出光は検出部１０３に入射し検出される。検出された検出光から制御部１０５は回動角θを検出する。取得した回動角θをもとにして、制御部１０５は走査ミラードライバ１０７を制御し、回動角等を制御する。

本発明の第１実施形態にかかる、最大回動角θmaxの検出方法について図７をもとに詳述する。本発明の第１実施形態における反射部１０１が走査光の走査を行っているときに、発光部１０２から検出光を照射し、反射部１０１の回動角θの検出を行う。反射部１０１は回動往復運動を行っており、図７中Ｔは１回転にかかる時間であり、ｔmaxは１回目の検出光の受光から、２回目に検出光を受光するまでにかかった時間である。ｆは往復回動運動する反射部１０１の振動数を表し、θｐｄは反射部１０１の検出角度（スリットｓへの所定角度の入射角に対応する反射部１０１の回動角θ）を示す。最大回動角θmaxは図7に示す式で算出される。

そして、制御部１０５は、算出した最大回動角θmaxを走査ミラードライバ１０７にフィードバックし、回動角等を調整する。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態の光走査装置１００では、上記のように、遮光部１０４のスリットｓは、スリットｓの開口端部１５０の反射部１０１の回動方向に沿った幅方向の長さ（Ｗ）に対する、スリットｓの光路の延びる方向の長さ（Ｄ）が所定の値以上のアスペクト比を有し、検出部１０３は、スリットｓを通過した検出光を受光することにより反射部１０１の回動角θを検出する。これにより、スリットｓの開口端部１５０から略垂直に入射する所定角度の検出光は、所定の値以上のアスペクト比を有するスリットｓを通過することができるため検出部１０３に入射し検出される。一方、所定角度以外の検出光は、所定の値以上のアスペクト比を有するスリットｓの開口端部５０に斜めに入射するため、スリットｓを形成する面で、減衰（吸収）する。その結果、所定角度以外の検出光が検出部１０３に入射することを抑制することができるので、所定角度の検出光と所定角度以外の検出光とを分解する分解能を高くすることができる。これにより、反射部１０１と検出部１０３との距離が小さい場合にも、回動角検出の分解能を高くすることが可能な、光走査装置１００を提供することができる。

また、第１実施形態では、遮光部１０４のスリットｓのアスペクト比は、２０以上のアスペクト比である。これにより、スリットｓに斜めに入射する検出光が検出部１０３に入射するのを抑制することができる。その結果、所定角度以外の検出光が検出部１０３に入射することを抑制できるので、回動角検出の分解能をより向上させることができる。

また、第１実施形態では、反射部１０１は、光の走査に用いられる第１反射面１０１ｃと、第１反射面１０１ｃとは反対側に設けられた回動角θの検出に用いられる第２反射面１０１ｄとから構成され、検出部１０３は、第２反射面１０１ｄにおいて反射された検出光を受光することにより、第１反射面１０１ｃの回動角θが検出されるように構成されている。これにより、第２反射面１０１ｄの回動が第１反射面１０１ｃの回動に同期するため、第２反射面１０１ｄの回動角θを検出することにより第１反射面１０１ｃの回動角θを検出することができる。

また、第１実施形態では、遮光部１０４は、第１支持部材１０８、第２支持部材１０９およびスリットｓを構成するスリット部材１１０からなり、スリット部材１１０は、第１支持部材１０８と第２支持部材１０９とによって挟み込まれ、第１支持部材１０８、第２支持部材１０９およびスリット部材１１０に囲まれた部分によってスリットｓが形成される。これにより、使用者は、遮光部１０４にスリットｓを設けるために、孔を開ける加工をしなくてもよい。その結果、容易にスリットｓを備える遮光部１０４を作成することができる。

また、第１実施形態では、第１支持部材１０８、第２支持部材１０９および、スリット部材１１０は板状部材により構成されている。これにより、開口端部１５０の反射部１０１の回動方向に沿った幅方向（Ｘ軸方向）の長さ、および光路の延びる方向（Ｚ軸方向）の長さを任意の長さに調整することが容易にできる。その結果、所定の値以上のアスペクト比を有するスリットｓを容易に形成することができるため、回動角θの検出の分解能が高い光走査装置１００とすることができる。

また、第１実施形態では、遮光部１０４のスリットｓは光路の延びる方向から見て矩形状に形成されている。これにより、第１支持部材１０８、第２支持部材１０９および、スリット部材１１０のスリットｓを形成する面は平坦面となるので、スリットｓに斜めに入射した検出光がスリットｓを形成する面に当たったときに、入射角と異なる角度で反射するのを抑制することができる。これにより、スリットｓに対して大きく斜めに入射した場合に、反射角度の変化に起因して、意図せずに検出部１０３に入射することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、第１支持部材１０８および第２支持部材１０９のうちの少なくともスリット部材１１０と対向する面には、それぞれ光吸収材１０８ａ、１０９ｂが設けられている。これにより、スリットｓに斜めに入射し、スリットｓを形成する面に当たった検出光が光吸収材１０８ａまたは１０９ｂによって吸収される。その結果、スリットｓを通過する所定角度以外の検出光を効果的に減少させることができる。それにより、所定角度の検出光だけを検出することができるため、光走査装置１００の分解能を効果的に高めることができる。

また、第１実施形態では、反射部１０１は、往復回動運動を行い、検出部１０３は、反射部１０１が反射した検出光を受光してから、反射部１０１が反射した検出光をさらに受光するまでの時間に基づいて、回動角θを取得するように構成されている。このように構成すれば、往復回動運動にかかる時間に基づいて正確な回動角θを取得することができる。

また、第１実施形態では、第２反射面１０１ｄの面積は、第１反射面１０１ｃの面積より小さく構成されている。これにより、第２反射面１０１ｄにおいて反射される検出光の範囲を小さくすることができる。これにより、スリットｓに入らない検知光が遮光部１０４の範囲外の部分に照射されて漏れ光となるのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、第１反射面１０１ｃの裏面１０１ｅは、第２反射面１０１ｄを除き光反射抑制処理が施されている。このように構成すれば、第２反射面１０１ｄ以外の部分に当たった検出光が反射されることを抑制できるので、その結果、第２反射面１０１ｄにより反射される検出光が光の走査を行う面（第１反射面１０１ｃ）に漏れることを確実に抑制することができる。

［第２実施形態］
図１〜図３および図８を参照して、第２実施形態による回動角検出部２２０の構成について説明する。第２実施形態の回動角検出部２２０は、第１実施形態の回動角検出部１２０とは異なり、スリット部材２１０を複数積層している。なお、光走査装置２００（図１〜図３参照）の構成において、第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付すとともに説明は省略する。

第２実施形態の回動角検出部２２０では、図８に示すように、スリット部材２１０は、第１支持部材２０８と第２支持部材２０９とによって挟み込まれる方向に複数積層されており、スリット部材２１０とスリット部材２１０との間には、仕切り部材２１２が設けられている。図８に示すとおり、複数設けたスリットｓを検出光は通過することにより、検出部２０３に入射する検出光の量が増える。仕切り部材２１２は、第１支持部材２０８、第２支持部材２０９、スリット部材２１０と同様に、樹脂または金属等で製造される。また仕切り部材２１２は、反射抑制処理が施されていてもよい。検出部２０３は１つ設けてもよく、スリット部材２１０に応じて複数設けても良い。なお、第２実施形態のその他の構成は上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態の光走査装置２００において、スリット部材２１０は、第１支持部材２０８と第２支持部材２０９とによって挟み込まれる方向に複数積層されており、スリット部材２１０とスリット部材２１０の間には、仕切り部材２１２が設けられている。これにより、開口端部２５０の反射部２０１の回動方向に沿った幅方向（Ｘ軸方向）の長さと、光路の延びる方向（Ｚ軸方向）の長さとを変えることなく、通過する検出光の量を増加させることができる。その結果、所定の値以上のアスペクト比を維持しつつ、受光強度を向上することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
図１〜図３および図９を参照して、第３実施形態による回動角検出部３２０の構成について説明する。第３実施形態による回動角検出部３２０は第１実施形態の回動角検出部１２０とは異なり、遮光部３０４の第１支持部材３０８および第２支持部材３０９に、それぞれ、第１凹部３１３および第２凹部３１４が設けられている。なお、光走査装置３００（図１〜図３参照）の構成において、第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付すとともに説明は省略する。

第１支持部材３０８および第２支持部材３０９は、それぞれ、反射部３０１の回動方向に沿った方向に窪んだ第１凹部３１３および第２凹部３１４を含む。第１凹部３１３および第２凹部３１４は、検出光が入射および出射する開口端部３５０を除く部分に設けられている。このように構成することにより、スリットｓに斜めに入射した検出光が反射する位置は、検出光がスリットｓから出射される開口端部３５０に近くなる。また、スリットｓに斜めに入射した検出光は、内壁に当たることより十分に減衰され検出部１０３に到達する光量は角度検知において無視できるレベルになっている。

図９に示すとおり、第１支持部材３０８の開口端部３５０を形成する面から第１凹部３１３の内面までの深さ(長さ)Ｆ１および第２支持部材３０９の開口端部３５０を形成する面から第２凹部３１４の内面までの深さ（長さ）Ｆ２は、開口端部３５０の反射部３０１の回動方向に沿った幅方向（Ｘ軸方向）の長さＷ以上の大きさに形成されている。第１凹部３１３および第２凹部３１４の深さは、深いほど検出光がスリットｓを形成する面に当たり反射する位置が、検出光がスリットｓから出射される開口端部３５０に近くなり好ましい。第３実施形態において第１凹部３１３および第２凹部３１４の形状は、光路の延びる方向（Ｚ軸方向）と直交する断面において、コの字形状をしている。なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態の光走査装置３００において、第１支持部材３０８および第２支持部材３０９は、それぞれ反射部３０１の回動方向に沿った方向（Ｘ軸方向）に窪んだ第１凹部３１３および第２凹部３１４を含み、第１凹部３１３および第２凹部３１４は検出光が入射および出射する開口端部３５０を除く部分に設けられている。これにより、スリットｓに斜めに入射した検出光が、反射部３０１の回動方向Ｒｙに沿った方向に窪んだ第１凹部３１３または第２凹部３１４の内面の深い位置で反射される。この結果、内壁拡散点からの距離が長くなり、検出部３０３に到達する光量は十分に減衰され、検知において無視できるレベルまで抑制される。また、入射角が大きい検知光は出射する開口端部３５０に近い位置で反射する。そして、反射した検出光は開口端部３５０近傍の第１凹部３１３または第２凹部３１４の内底面に当たって、検出部３０３に向かう方向とは異なる方向に向かうようにすることができる。したがって、検出部３０３に入射するのを抑制することができるので、検出部３０３に所定角度以外の検出光が入射することをより抑制することができる。

また、第３実施形態の光走査装置３００において、第１凹部３１３および第２凹部３１４の深さは、スリットｓの幅方向（Ｘ軸方向）の長さＷ以上の大きさに構成されている。これにより、スリットｓに斜めに入射した検出光が、反射部３０１の回動方向Ｒｙに沿った方向に窪んだ第１凹部３１３または第２凹部３１４の内面の深い位置で反射されるので、検出部３０３に到達する光量をより一層抑制することができる。その結果、検出部３０３に所定角度以外の検出光が入射することをより一層抑制することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第４実施形態］
図１、図１０および図１１を参照して、第４実施形態による回動角検出部４２０の構成について説明する。第４実施形態による回動角検出部４２０は第１実施形態の回動角検出部１２０とは異なり、検出部４０３および遮光部４０４が複数設けられている。なお、光走査装置４００（図１参照）の構成において、第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付すとともに説明は省略する。

第４実施形態の光走査装置４００は、遮光部４０４と検出部４０３をそれぞれ複数備え、複数の検出部４０３がそれぞれ取得した検出光から、回動角θを取得するように構成されている。第４実施形態では、第１検出部４０３ａ、第１遮光部４０４ａ、第２検出部４０３ｂ、および第２遮光部４０４ｂを備える。第４実施形態において、第１遮光部４０４ａと第２遮光部４０４ｂはそれぞれ検知する回動角θが異なるように、発光部１０２の固定部１０２ｄに固定されている。これにより、異なる回動角θの検知光が、それぞれ、第１検出部４０３ａおよび第２検出部４０３ｂで検出される。それぞれの検出部４０３で検出した回動角θから相対的に回動角θを検出する。なお、第４実施形態のその他の構成は上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態の光走査装置４００では、遮光部４０４と検出部４０３をそれぞれ複数備え、複数の検出部４０３がそれぞれ取得した検出光から、回動角θを取得するように構成されている。これにより、複数の検出部４０３がそれぞれ取得した検出光に基づいて回動角θのずれを検出し、検出した回動角θのずれを比較することで相対的に回動角θのずれを取得することができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［実施例］
次に、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。

［分解能の測定］
まず、第１実施形態の遮光部１０４を実施例１として作成した。その際、スリットｓの開口端部１５０の反射部１０１の回転方向（Ｒｙ方向）に沿った、幅方向（Ｘ軸方向）の長さＷを０．１ｍｍ、スリットｓの光路が延びる方向（Ｚ軸方向）の長さＤを１０ｍｍとした。なお実施例１におけるスリットｓのアスペクト比は１００であり高い。

一方、実施例１に対する比較例１として、スリットｓの幅方向（Ｘ軸方向）の長さＷを０．１ｍｍ、スリットｓの光路が延びる方向（Ｚ軸方向）の長さＤを２ｍｍのアスペクト比が０．２のスリットを有する遮光部を作成した。なお、比較例１におけるスリットｓのアスペクト比は２であり低い。

作成した遮光部をそれぞれ使用した光走査装置を用いて、反射部を所定角度から回動させた場合の受光強度（物体にレーザ光を照射して、跳ね返ってきた光の強さを表す数値）を測定した。なお、所定角度を０とした場合の回動角を振れ角（検出誤差）とする。測定結果を図１２に示す。

図１２に示すように、振れ角を変化させた場合の受光強度の変化は、実施例１においては急峻であり、比較例１においては実施例１と比べてなだらかであった。以上のことから、実施形態にかかる光走査装置１００は、振れ角が狭い範囲の検出光のみを検出することができるので、回動角の分解能が高いことが確認できた。

［光吸収部材に関する測定］
第４実施形態の光走査装置４００において、スリットｓの第１支持部材１０８および第２支持部材１０９のスリット部材１１０と対向する面に光吸収材（１０８ａ、１０９ａ、図６参照）を設けた場合と、スリット部材１１０と対向する面に光吸収材を設けない場合とのシミュレーションと、実際に光吸収材を設けた場合の実測値を図１３に示す。図１３に示すように、実際に光吸収材を設けた場合の実測値は、光吸収材が設けられた場合のシミュレーションに近い結果となった。この結果、第１支持部材１０８および第２支持部材１０９のスリット部材１１０と対向する面に設けられた光吸収材により、所定の角度から大きくずれた検出光（振れ角の大きい検出光）が検出されるのを確実に抑制できることが確認できた。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、第１実施形態の反射部は、第１反射面と第２反射面が表裏の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、往復回動運動を同期することができれば、第１反射面および第２反射面を独立して設けても良い。

また、第１実施形態の第１反射面と第２反射面とに用いる光源は別々に例示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１実施形態の第１反射面と第２反射面とに用いる光源として、１つの光源のみを用いても良い。その際、反射部をハーフミラーとしてもよい。

また、第１実施形態の発光部が半導体レーザ素子を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限られない。本発明では発光部において、面発光レーザ、発光ダイオードなどを用いても良い。また、検出部にフォトダイオードを用いる例を記載したが、発光部に使用する光源に合わせて最適な検出部を設けてもよい。

また、第１実施形態の遮光部に、Ｚ軸方向から見て矩形状のスリットｓを設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明ではＺ軸方向から見て円形のスリットｓを設けても良い。なお、開口端部の反射部のＸ軸方向の長さが０．５ｍｍ、Ｚ軸方向の長さ（直径）２０ｍｍのアスペクト比が４０のスリットｓを実際に作成した場合に、受光強度は実施例１１と同じ値を示した。

第２実施形態において、スリット部材を２層設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、スリット部材は３以上積層してもよい。

第３実施形態において、第１凹部および第２凹部は、Ｚ軸方向と直交する断面において、コの字形状をしている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１凹部および第２凹部は、反射部の回動方向と直交する断面において、半円形状であってもよい。

第４実施形態において、遮光部および検出部を２つ設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、遮光部および検出部を各々３以上設けてもよい。その場合、使用者は、遮光部を設置する角度を適宜調整する。

第１〜第４実施形態は、使用者によって適宜組み合わされる。たとえば、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態を組み合わせることにより、回動角を検出する分解能を向上させても良い。なお、光走査装置、センシング、ライダーなどに回動角検出部を設けても良い。

第１〜第４実施形態の回動角検出部が、水平走査ミラーの回動角を検出する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、回動角検出部を、水平走査ミラーではなく、垂直走査ミラーの回動角を検出するように構成してもよい。また、水平走査ミラーの回動角を検出する回動角検出部と、垂直走査ミラーとの回動角を検出する回動角検出部とを共に光走査装置に設けてもよい。

１０１ 反射部
１０１ｃ 第１反射面
１０１ｄ 第２反射面
１０２ 発光部
１０３、２０３、３０３、４０３ａ、４０３ｂ 検出部
１０４、２０４、３０４、４０４ａ、４０４ｂ 遮光部
１０８、２０８、３０８、４０８ａ、４０８ｂ 第１支持部材
１０９、２０９、３０９、４０９ａ、４０９ｂ 第２支持部材
１１０、２１０、４１０ａ、４１０ｂ スリット部材
２１２ 仕切り部材
３１３ 第１凹部
３１４ 第２凹部
ｓ スリット
θ 回動角

Claims (14)

1. 回動可能な反射部と、
   前記反射部に向けて検出光を発する発光部と、
   前記反射部において反射された前記検出光を受光する検出部と、
   前記検出光が通過するスリットを備える遮光部と、を備え、
   前記遮光部は、前記反射部から反射された前記検出光が前記検出部へと進む光路上に設けられており、
   前記遮光部の前記スリットは、前記スリットの開口端部の前記反射部の回動方向に沿った幅方向の長さに対する、前記スリットの光路の延びる方向の長さが所定の値以上のアスペクト比を有し、
   前記検出部は、前記スリットを通過した前記検出光を受光することにより前記反射部の回動角を検出するように構成されている、光走査装置。
2. 前記遮光部の前記スリットのアスペクト比は、２０以上のアスペクト比である、請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記反射部は、光の走査に用いられる第１反射面と、前記第１反射面とは反対側に設けられた前記回動角の検出に用いられる第２反射面とから構成され、
   前記検出部は、前記第２反射面において反射された前記検出光を受光することにより、前記第１反射面の前記回動角が検出されるように構成されている、請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記遮光部は、第１支持部材、第２支持部材および、前記スリットを構成するスリット部材からなり、
   前記スリット部材は、前記第１支持部材と前記第２支持部材とによって挟み込まれ、前記第１支持部材、前記第２支持部材および前記スリット部材に囲まれた部分によって前記スリットが形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記第１支持部材、前記第２支持部材および前記スリット部材は板状部材により構成されている、請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記遮光部の前記スリットは光路の延びる方向から見て矩形状である、請求項４または５に記載の光走査装置。
7. 前記第１支持部材および前記第２支持部材は、それぞれ前記反射部の回動方向に沿った方向に窪んだ第１凹部および第２凹部を含み、
   前記第１凹部および前記第２凹部は、前記検出光が入射および出射する前記開口端部を除く部分に設けられている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記第１凹部および前記第２凹部の深さは、前記スリットの前記幅方向の長さ以上の大きさである、請求項７に記載の光走査装置。
9. 前記第１支持部材および前記第２支持部材のうちの少なくとも前記スリット部材と対向する面には、光吸収材が設けられている、請求項４〜８のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記スリット部材は、前記第１支持部材と前記第２支持部材とによって挟み込まれる方向に複数積層されており、
    前記スリット部材と前記スリット部材の間には、仕切り部材が設けられている、請求項４〜９のいずれか１項に記載の光走査装置。
11. 前記反射部は、往復回動運動を行い、
    前記検出部は、前記反射部が反射した前記検出光を受光してから、前記反射部が反射した前記検出光をさらに受光するまでの時間に基づいて、前記回動角を取得するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光走査装置。
12. 前記第２反射面の面積は、前記第１反射面の面積より小さい、請求項３に記載の光走査装置。
13. 前記第１反射面の裏面は、前記第２反射面を除き光反射抑制処理が施されている、請求項１２に記載の光走査装置。
14. 前記遮光部と前記検出部とをそれぞれ複数備え、
    複数の前記検出部がそれぞれ取得した前記検出光から、前記回動角を取得するように構成されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光走査装置。
    

Images