JP6191563B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置に関する。

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。

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。

特開２００４−２１９８８９号公報 特開２００８−４０２２８号公報

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。

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。

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。

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。

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。

第１の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。 回転型アクチュエータの構成の一例を、制御部及び検出部とともに示す図である。 可動電極の回転量と、可動電極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。 第２の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る光走査装置の構成を示す図である。 透過部材の光の透過率の面内分布を説明する図である。 透過部材の第１例を示す図である。 透過部材の第２例を示す図である。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (2)

1. 回転軸を中心に回転し、かつ、入射光を反射する可動反射部と、
   前記可動反射部によって反射された前記入射光が透過する透過部材と、
   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おり、
   前記透過部材の前記面内分布は、前記可動反射部に反射される前の前記入射光の光量と、前記可動反射部に反射された後かつ前記透過部材を透過する前の前記入射光の光量との関係に応じた分布を有しており、
   前記透過部材は、前記可動反射部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。
2. 光を走査して前記光を被照射体に照射する光走査装置であって、
   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反射部と、
   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、前記可動反射部に反射される前の前記光の光量と、前記可動反射部に反射された後かつ前記被照射体に照射される前の前記光の光量との関係に基づいて前記出力の増幅率を制御し、
   前記増幅部は、前記可動反射部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。

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