JP3413851B2 - 光走査画像情報検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、被写体を光ビームで走
査し、この被写体からの反射光を受光することにより、
被写体画像を検出する装置、すなわち光走査画像情報検
出装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】本発明が対象とする被写体画像とは、単
に濃淡に関する情報のみではなく、光を照射することに
より得られるすべての情報のことである。例えば、被写
体による吸収・散乱特性から得られる物理・化学情報、
被写体の距離・速度情報、三次元構造の測定・認識など
がある。 【０００３】従来、このような二次元走査に使用される
主走査方向のスキャナとしては、ポリゴンミラー、ピラ
ミダルミラー、ガルバノミラー、ホログラムなどが知ら
れている。そうして、近距離領域で９０°以上の広画角
な測定範囲に存在する被写体画像からの微弱な散乱光を
検出する場合、広画角な走査と広い開口とを必要とし、
ポリゴンミラー、ピラミダルミラーが適しており、コン
パクトな点では、ピラミダルミラーが優れている。 【０００４】図１０は、ピラミダルミラーの機能の説明
図である。図１０で１は光源、２は光ビーム、３はピラ
ミダルミラー、４はピラミダルミラーの回転軸、５はピ
ラミダルミラーの反射面、６はピラミダルミラー３を回
転したときの、光ビーム２の反射面５への入射点の軌
跡、７は反射光ビームである。 【０００５】光源１を発した光ビーム２は、ピラミダル
ミラー３の回転軸４と並行に進み、ピラミダルミラー３
の反射面５に入射する。ピラミダルミラー３を回転軸４
の回りに回転すると、反射面５における光ビーム２の入
射点の軌跡６が、図示のように円すい曲線の一部を描く
ことが知られている。したがって、一般に反射光ビーム
７は、直線的走査とはならずに曲線状の走査を行うこと
になる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上述したように、二次
元走査に使用される主走査方向のスキャナとして最適な
ピラミダルミラーには、反射光ビームが曲線状の走査を
行うという欠点がある。したがって、図示されていない
副走査用ミラーとの組み合わせによる二次元走査から、
被写体に関する二次元の画像情報を得る際に、画像の歪
みを生じるという問題がある。 【０００７】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的はピラミダルミラーを使用する光走
査画像情報検出装置において、走査光ビームの強度減少
がなく効率的なエネルギー利用を可能とし、広画角、コ
ンパクトで画像歪みのない二次元画像情報を得ることで
ある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の光走査画像情報
検出装置は、被写体を光ビームで両端のある有限の区間
走査し、この被写体からの反射光を受光することにより
上記被写体画像を検出する光走査画像情報検出装置にお
いて、複数の反射面を斜面にもち、対称軸を回転軸とし
て回転するピラミダルミラーと、上記ピラミダルミラー
の回転と同期して同軸に回転しながら、複数の光ビーム
の各々を上記ピラミダルミラーの各反射面に向けて対応
させて照射することにより、上記反射面上の固定された
位置で上記光ビームを反射させて走査光にする光学部材
と、上記走査によって上記複数の走査光の各々が次々と
照射される上記被写体からの反射光を、上記ピラミダル
ミラーを介して受光する受光素子と、を有することを特
徴としている。 【０００９】 【作用】図１は、本発明の光走査画像情報検出装置の作
用・原理の説明図である。図１で符号１〜符号７は図１
０と同じであるが、ピラミダルミラー３は、頂点を切除
し形成した頂点切除部を有する。９はピラミダルミラー
３の頂点切除部に支持板１２を介して固着あるいは固定
しており、光源１を発した光ビーム２を光走査のために
反射させる反射面５に導くプリズムなどの光学部材であ
る。１０，１１はプリズム９における対向する反射面で
ある。なお、後述するように、頂点切除部の存在は、必
須要件ではない。 【００１０】光源１を発した光ビーム２は、ピラミダル
ミラー３の回転軸４に沿って進み、プリズム９に入射す
る。そうして、プリズム９の反射面１０，反射面１１で
反射してから、プリズム９の外に出て、ピラミダルミラ
ー３の斜面にある反射面５で反射する。プリズム９は、
ピラミダルミラー３に固着しているので、ピラミダルミ
ラー３の反射面５における光ビームの反射位置Ｐは、ピ
ラミダルミラー３の回転に関係なく、常に同じ場所にあ
り、反射光ビーム７は、ピラミダルミラー３の回転とと
もに、直線的走査を行うことになる。したがって、図示
されていない副走査用ミラーとの組み合わせによる二次
元走査により、画像の歪みのない二次元画像情報を得る
ことができる。 【００１１】 【実施例】図２〜図５は、本発明光走査画像情報検出装
置の第１実施例についての説明図である。図２は側面
図、図３は平面図、図４及び図５は、装置の一部である
プリズムに関する側面図である。図２，図３において、
２０，３０は光結合素子としての結合プリズム、４０は
光分離素子としての分離プリズム、５０は頂点を切除し
形成した頂点切除部５１を有するピラミダルミラー、５
２はピラミダルミラー５０の回転軸５４が同心的に洞貫
している空洞、５３は軸受、６０はミラー、７０，７１
はレンズ、７２，７３は受光素子である。光結合素子と
しての結合プリズム２０，３０及び光分離素子としての
分離プリズム４０は、以下に詳述するように光路変更光
学部材である。すなわち、これらのプリズムは、光源よ
り発せられた光ビームを、光走査のために反射させる反
射面に導く光学部材である。 【００１２】結合プリズム２０の詳細は、図４で示して
ある。図４において、２１，２２はそれぞれ光ビーム
で、図示してない二つのレーザー半導体素子ＬＤ１，Ｌ
Ｄ２から放出され、偏光方向が互いに９０°異なってい
る。すなわち、光ビーム２１はｐ偏光、光ビーム２２は
ｓ偏光である。２３は平行プリズム、２４は三角プリズ
ム、２５は四分の一波長板、２６は偏光膜、２３′は平
行プリズム２３の反射面、８０は結合プリズム２０から
の射出光ビームである。 【００１３】レーザー半導体素子ＬＤ１からの光ビーム
２１は、平行プリズム２３に入射して反射面２３′で反
射し、偏光膜２６，三角プリズム２４を透過してから、
四分の一波長板２５において円偏光に変換し、射出光ビ
ーム８０となる。同様に、レーザー半導体素子ＬＤ２か
らの光ビーム２２は、三角プリズム２４に入射して偏光
膜２６で反射する。続いて、四分の一波長板２５におい
て円偏光に変換し、射出光ビーム８０となる。 【００１４】上述した結合プリズム２０と同様な機能
を、図２で示す結合プリズム３０が有する。すなわち、
図示してない二つのレーザー半導体素子ＬＤ３，ＬＤ４
から放出され、偏光方向が互いに９０°異なる二つの光
ビームが、結合プリズム３０により、射出光ビーム８
０′に結合する。 【００１５】分離プリズム４０の詳細は、図５（ａ），
（ｂ）で示してある。図５（ｂ）は図５（ａ）の側面図
である。図５（ａ），（ｂ）において、４１は四分の一
波長板、４２，４４は平行プリズム、４３，４５は三角
プリズム、４６は四分の一波長板、４７は偏光膜、４８
も同じ偏光膜であるが、偏光膜４７に対して９０°回転
した位置にある。 【００１６】分離プリズム４０に上方から入射した円偏
光の光ビーム８０は、四分の一波長板４１により、ｐ偏
光及びｓ偏光に変換される。ｐ偏光は偏光膜４７を透過
して、９０°回転した偏光膜４８，反射面４４′で反射
し、図５（ｂ）で示す光ビーム８２となる。ｓ偏光は偏
光膜４７，反射面４２′で反射して光ビーム８３にな
る。 【００１７】また、分離プリズム４０に下から入射した
円偏光の光ビーム８０′は、四分の一波長板４６によ
り、ｐ偏光及びｓ偏光に変換される。ｐ偏光は偏光膜４
８，反射面４５′で反射して光ビーム８５になる。ｓ偏
光は偏光膜４８を透過して、９０°回転した偏光膜４
７，反射面４３′で反射し、図５（ａ）で示す光ビーム
８４となる。以上述べたことから、分離プリズム４０の
上下から入射する円偏光の光ビーム８０，８０′が、結
局、４本の光ビーム８２，８３，８４及び８５になるこ
とが分かる。 【００１８】図２，図３において、分離プリズム４０は
ピラミダルミラー５０の頂点切除部５１に固着又は固定
してある。ピラミダルミラー５０には、回転軸５４が同
心的に洞貫している空洞５２が設けてあって、光ビーム
８０，８０′の通路になっている。そうして、ピラミダ
ルミラー５０下部には、回転軸５４をささえる軸受５３
が固着又は固定してあり、ともに図示してない支持機構
及び駆動機構によって、ピラミダルミラー５０は、回転
軸５４に対して回転可能な構造になっている。 【００１９】図５（ａ），図５（ｂ）及び図２が示すよ
うに、光ビーム８３，８４は、ピラミダルミラー５０の
反射面５０′で反射して、紙面に平行な方向の水平な光
ビームとなる。同様に光ビーム８２，８５も、ピラミダ
ルミラー５０の反射面５０′で反射して、紙面に垂直な
方向の水平な光ビームとなる。結局、分離プリズム４０
から下方に射出した４本の光ビーム８２，８３，８４及
び８５は、４本の水平な光ビームになる。 【００２０】図示してない駆動機構によるピラミダルミ
ラー５０の回転とともに、これらの水平な光ビームは、
水平方向の主走査を行う。また、図示してない駆動機構
により、ミラー６０は回転軸６１の回りに矢印６２で示
す往復回転運動を行い、ミラー６０で反射した光ビーム
８６は、主走査に垂直な副走査方向の走査をする。実際
には、光ビーム８６は水平方向に主走査を行うが、図２
では図を簡単にするために、ミラー６０を９０°回転し
て図示してある。 【００２１】以上の説明から明らかなように、四つのレ
ーザー半導体素子ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３及びＬＤ４か
らの４本の光ビームは、それぞれ４本の水平な光ビーム
に対応する。この４本の水平な光ビームに対して、それ
ぞれ図６に示す正弦波パルス又は図示してない矩形波パ
ルスによる時系列的振幅変調がなされる。この場合、そ
れぞれピラミダルミラー５０による主走査に対応する１
／４回転の時間間隔のみ、変調がかけられる。また、図
示してない被写体からの散乱光のうち、二次元走査する
光ビーム８６にほぼ平行な信号成分は、ミラー６０，ピ
ラミダルミラー５０の反射面５０′，レンズ７０，７１
を経て、それぞれレンズ７０，７１の軸上に配置した受
光素子７２，７３により検出される（図３参照）。 【００２２】第１実施例は、四つの反射面を持つピラミ
ダルミラー５０，結合プリズム２０，３０，分離プリズ
ム４０，ミラー６０などから構成された検出装置に四つ
の半導体レーザー光源を用いている。そうして得られた
水平な光ビームを、図６に示したように時系列的に変調
することにより、高速でしかも強い走査光ビームによる
エネルギー利用効率の高い二次元走査を可能とした場合
を示したが、半導体レーザー光源の台数、あるいはピラ
ミダルミラーの反射面の面数が少ない場合にも、容易に
変更が可能である。 【００２３】例えば、ピラミダルミラーの反射面の面数
が二つの場合は、図７に示したように、分離プリズムを
一部変更すればよい。図７において、９１は四分の一波
長板、９６，９７は平行プリズム、９２，９５は三角プ
リズム、９４は二分の一波長板、９３，９８は偏光膜で
ある。そうして、一部変更した分離プリズム９０に上方
から入射した円偏光光ビーム８０は、四分の一波長板９
１により、ｐ偏光及びｓ偏光に変換される。ｐ偏光は偏
光膜９３を透過して三角プリズム９２を経て、二分の一
波長板９４によりｓ偏光に変換され、偏光膜９８，平行
プリズム９６の反射面９６′で反射し、光ビーム８４に
なる。四分の一波長板９１により変換されたｓ偏光は偏
光膜９３、反射面９７′で反射して光ビーム８３にな
る。 【００２４】上述したピラミダルミラーの反射面の面数
が二つの場合には、空洞５２，結合プリズム２０，３０
の一方（例えば結合プリズム３０）は不要となる。ま
た、レンズ７０，７１の代わりに、図８（ａ），（ｂ）
に示す１個のレンズ１０１，１個の受光素子１０２，あ
るいはこれと等価なフレネルレンズ１０３，受光素子１
０２を用いることができる。この場合には、受光素子１
０２は回転軸５４上に一つ設ければよく、二つのレンズ
７０，７１を並べる構成よりも、信号光量の損失が少な
いという利点がある。また、偏光膜による偏光の分離
を、方解石を用いた偏光ビームスプリッターによる偏光
の分離に代えることができる。 【００２５】図９（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、光走査
画像情報検出装置の参考例における光分離素子の説明図
である。図９（ａ）は光分離素子１０９の構成と光路を
示し、図９（ｂ）は図９（ａ）の側面図である。図９
（ａ）において、１１０，１１６は四分の一波長板、１
１１，１１３は平行プリズム、１１２は偏光膜、１１４
は三角プリズム、１１５は偏光プリズム、８０，８０’
は回転軸１２０に沿って入射する光ビーム、８２，８４
は水平な光ビームである。また、図９（ｂ）の１１７は
偏光膜、８３，８５は水平な光ビーム、図９（ｃ）の１
１８は偏光膜である。 【００２６】光分離素子１０９に上方から入射した円偏
光の光ビーム８０は、四分の一波長板１１０によりｐ偏
光及びｓ偏光に変換される。ｐ偏光は偏光膜１１２，三
角プリズム１１４を透過し、偏光プリズム１１５の偏光
膜１１７で反射して水平な光ビーム８３となる。また、
ｓ偏光は偏光膜１１２，平行プリズム１１１の反射面１
１１′及び反射面１１１″で反射して水平な光ビーム８
２となる。光分離素子１０９に下方から入射した円偏光
の光ビーム８０′は、四分の一波長板１１６によりｐ偏
光及びｓ偏光に変換される。ｐ偏光は偏光プリズム１１
５の偏光膜１１７で反射して水平な光ビーム８５とな
る。また、ｓ偏光は偏光プリズム１１５を透過し、偏光
膜１１２，平行プリズム１１３の反射面１１３′及び反
射面１１３″で反射して水平な光ビーム８４となる。 【００２７】結局、光分離素子１０９は、回転中心軸１
２０に沿って上下から入射する光ビーム８０，８０′
を、４本の水平な光ビーム８２，８３，８４及び８５に
変換するものである。そうして、回転中心軸１２０の回
りに光分離素子１０９を回転することで、相互に直交す
る４本の水平な光ビームにより、図示してない被写体の
走査が可能であることが分かる。上述の場合、被写体か
らの散乱光は、光分離素子とは別に設置した図示してな
い光検出系、例えば第１実施例で述べたピラミダルミラ
ーを用いた光検出系により検出される。 【００２８】図９（ｃ）は、光ビーム８０，８０’を２
本の水平な光ビーム８２，８４に変換するもので、その
作用は図９（ａ），（ｂ）の説明から了解できる。本参
考例の特徴は、光分離素子単独で走査が可能な場合を示
し、必ずしも光分離素子とピラミダルミラーを一体的に
結合する必要のないことを明らかにしたことにある。 【００２９】上述した第１実施例、及び参考例では、い
ずれも、光源としてレーザー光源を用い、光源から放出
される光ビームは偏光方向が互いに９０°異なるレーザ
ー光であり、偏光方向による光の分離をしている。しか
し、本発明の光走査画像情報検出装置で用いる光源、光
ビームは、これに限られるものではない。例えば、光源
から発した光ビームを、ハーフミラーによって分離して
用いても、差し支えない。 【００３０】上述した第１実施例では、ピラミダルミラ
ーの頂点を切除してある。これは、光源からの光ビーム
を反射面に導く光学部材を固定しやすくするためで、望
ましい構成である。しかし、本発明の光走査画像情報検
出装置では、ピラミダルミラーの回転に対し、ピラミダ
ルミラーに入射する光ビームが、同期して回転可能に設
けられておればよく、ピラミダルミラーの頂点を切除す
ことは、必須要件ではない。また、光学部材とピラミダ
ルミラーを固定することは、最も簡単に上記同期を実現
する好ましい機構である。しかし、光学部材とピラミダ
ルミラーを分離し、それぞれ別の駆動手段を有する機構
であっても、回転周期が同期していれば、問題はない。 【００３１】 【発明の効果】以上説明したように本発明の光走査画像
情報検出装置は、走査光ビームの強度減少がなく効率的
なエネルギー利用と、広画角、コンパクトで画像歪みの
ない二次元走査を可能にする。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の光走査画像情報検出装置の作用・原理
を説明する側面図である。 【図２】本発明の光走査画像情報検出装置における第１
実施例の側面図である。 【図３】本発明の光走査画像情報検出装置における第１
実施例の平面図である。 【図４】第１実施例の光路変更光学部材である結合プリ
ズムの機能説明図である。 【図５】第１実施例の光路変更光学部材である分離プリ
ズムの機能説明図である。 【図６】第１実施例における水平な光ビームのパルスに
よる変調の説明図である。 【図７】第１実施例の光学部材で一部変更した分離プリ
ズムの機能説明図である。 【図８】第１実施例の構成部品であるレンズと受光素子
の配置の説明図である。 【図９】光走査画像情報検出装置における参考例の光分
離素子の機能説明図である。 【図１０】ピラミダルミラーの機能の説明図である。 【符号の説明】 １ 光源 ２ 光ビーム ３ ピラミダルミラー ４ 回転軸 ５ ピラミダルミラーの斜面の反射面 ９ 光路変更光学部材としてのプリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−204509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−113018（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−98042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−158944（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−320856（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 被写体を光ビームで両端のある有限の区
   間走査し、この被写体からの反射光を受光することによ
   り上記被写体画像を検出する光走査画像情報検出装置に
   おいて、複数の反射面を斜面にもち、対称軸を回転軸として回転
   するピラミダルミラーと、 上記ピラミダルミラーの回転と同期して同軸に回転しな
   がら、複数の光ビームの各々を上記ピラミダルミラーの
   各反射面に向けて対応させて照射することにより、上記
   反射面上の固定された位置で上記光ビームを反射させて
   走査光にする光学部材と、 上記走査によって上記複数の走査光の各々が次々と照射
   される上記被写体からの反射光を、上記ピラミダルミラ
   ーを介して受光する受光素子 と、を有することを特徴と
   する光走査画像情報検出装置。