JP6330539B2 - レーザ走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を対象物に向けて走査（スキャン）するためのレーザ走査装置に関する。

レーザ光を対象物に向けて走査するためのレーザ走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーザ走査装置では、例えば、対象物で反射したレーザ光を検出することにより、当該レーザ走査装置から対象物までの距離を測定することができる。

従来のレーザ走査装置では、光源から射出されたレーザ光の光軸上に有孔ミラー及び走査ミラーがそれぞれ配置されている。有孔ミラーは、光源と走査ミラーとの間に配置されている。有孔ミラーには、光源から射出されたレーザ光を通過させるための貫通孔が設けられている。さらに、有孔ミラーの走査ミラー側の側面には、反射面が形成されている。一方、走査ミラーは、光源から射出されたレーザ光を対象物に向けて走査するためのミラーであり、所定の軸線を中心に揺動する。

光源から射出されたレーザ光は、有孔ミラーの貫通孔を通過した後に走査ミラーで反射する。走査ミラーが揺動することにより、走査ミラーで反射したレーザ光は、対象物に向けて走査される。対象物で反射したレーザ光は、走査ミラーで反射した後に、有孔ミラーの反射面で反射する。有孔ミラーの反射面で反射したレーザ光は、集光レンズにより集光された後に、受光部で受光（検出）される。

特開２０１２−１８１１４４号公報

しかしながら、上述した従来のレーザ走査装置では、有孔ミラー及び走査ミラーをそれぞれ配置しなければならないため、光学部品点数が増大し、レーザ走査装置が大型化してしまうという課題が生じる。

本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、小型化を図ることができるレーザ走査装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ走査装置は、レーザ光を対象物に向けて走査するためのレーザ走査装置であって、レーザ光を射出する光源と、所定の軸線を中心に揺動することにより前記光源からのレーザ光を前記対象物に向けて走査し、且つ、前記対象物で反射したレーザ光を反射する走査ミラーと、前記対象物で反射したレーザ光を、前記走査ミラーを介して受光する受光部と、を備え、前記走査ミラーは、前記光源からのレーザ光を前記走査ミラーの第１の面側から前記第１の面と対向する第２の面側に向けて通過させる開口部と、前記開口部の内周面上に形成された第１の反射面であって、前記光源から前記開口部に入射したレーザ光を反射し、且つ、反射したレーザ光を前記開口部から前記対象物に向けて出射させることによりレーザ光を走査する第１の反射面と、前記第２の面上に形成され、且つ、前記対象物で反射したレーザ光を前記受光部に向けて反射する第２の反射面と、を有する。

本態様によれば、走査ミラーは、第１の反射面及び第２の反射面を有している。第１の反射面は、光源からのレーザ光を反射することにより、対象物に向けてレーザ光を走査する。第２の反射面は、対象物で反射したレーザ光を受光部に向けて反射する。したがって、走査ミラーは、光源からのレーザ光を対象物に向けて走査する機能（すなわち、背景技術の欄で説明した走査ミラーの機能）、及び、対象物で反射したレーザ光を受光部に向けて反射する機能（すなわち、背景技術の欄で説明した有孔ミラーの機能）の双方を有するようになる。その結果、１つの走査ミラーで上記２つの機能を実現することができるので、レーザ走査装置の光学部品点数を低減することができ、レーザ走査装置を小型化することができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記第１の反射面は、前記所定の軸線上に配置されているように構成してもよい。

本態様によれば、第１の反射面は、走査ミラーの所定の軸線上に配置されている。これにより、走査ミラーが所定の軸線を中心に揺動した際に、第１の反射面の所定の軸線に対する変位量が少なくなるので、第１の反射面で反射したレーザ光のズレを最小限に抑えることができる。その結果、第１の反射面で反射したレーザ光が通過する開口部の大きさを小さく抑えることができるので、第２の反射面の面積を大きく確保することができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記開口部は、前記走査ミラーの周縁部から前記走査ミラーの厚み方向に対して略直交する方向に延びる切り欠き部であり、前記第１の反射面は、前記切り欠き部の先端部における前記切り欠き部の内周面上に形成されているように構成してもよい。

本態様によれば、開口部は切り欠き部であり、第１の反射面は、切り欠き部の先端部における切り欠き部の内周面上に形成されている。これにより、光源からのレーザ光を、切り欠き部の延びる方向に対して浅い入射角で切り欠き部に入射させることができる。これにより、光源及び走査ミラーの配置間隔を小さく抑えることができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記第１の反射面は、前記第２の反射面に対して略直交しているように構成してもよい。

本態様によれば、第１の反射面は、第２の反射面に対して略直交している。これにより、光源からのレーザ光を、切り欠き部の延びる方向に対してより一層浅い入射角で切り欠き部に入射させることができる。これにより、光源及び走査ミラーの配置間隔をより一層小さく抑えることができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記開口部は、前記走査ミラーをその厚み方向に貫通する貫通孔であり、前記第１の反射面は、前記貫通孔の内周面上に形成されているように構成してもよい。

本態様によれば、開口部は貫通孔であり、第１の反射面は、貫通孔の内周面上に形成されている。これにより、貫通孔の第２の面側における開口面積を小さく抑えることによって、第２の反射面の面積を大きく確保することができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記第１の反射面は、前記第２の反射面に対して傾斜しているように構成してもよい。

本態様によれば、第１の反射面は、第２の反射面に対して傾斜している。これにより、光源からのレーザ光を第１の反射面に容易に入射させることができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記走査ミラーの前記第１の面には、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々の反射率よりも低い反射率の低反射率面が形成されているように構成してもよい。

本態様によれば、走査ミラーの第１の面には、第１の反射面及び第２の反射面の各々の反射率よりも低い反射率の低反射率面が形成されている。これにより、レーザ光の径が開口部の大きさよりも大きい場合であっても、光源からのレーザ光のうち開口部を通過できなかったレーザ光は、走査ミラーの低反射率面に吸収される。その結果、不要光の発生を抑制することができ、受光部の受光精度を高めることができる。

例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記開口部の幅方向の大きさは、前記光源からのレーザ光の径以上であるように構成してもよい。

本態様によれば、開口部の大きさは、光源からのレーザ光の径以上である。これにより、光源からのレーザ光の一部が走査ミラーの第１の面で散乱されるのを抑制することができる。これにより、ケラレによる光量の減衰及び不要光の発生等を抑制することができるので、受光部の受光精度を高めることができる。

本発明の一態様に係るレーザ走査装置によれば、小型化を図ることができる。

実施の形態１に係るレーザ走査装置の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る走査ミラーの第１の面側を示す斜視図である。 実施の形態１に係る走査ミラーの第２の面側を示す斜視図である。 図１の状態から走査ミラーが揺動した状態でのレーザ走査装置を示す概略図である。 図１の状態から走査ミラーが揺動した状態でのレーザ走査装置を示す概略図である。 実施の形態２に係るレーザ走査装置の構成を示す概略図である。 実施の形態２に係る走査ミラーの第１の面側を示す斜視図である。 実施の形態２に係る走査ミラーの第２の面側を示す斜視図である。 貫通孔の開口面積の算出方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
［レーザ走査装置の全体構成］
まず、図１を参照しながら、実施の形態１に係るレーザ走査装置２の全体構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るレーザ走査装置の構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施の形態のレーザ走査装置２は、光源４、走査ミラー６、駆動部８、集光レンズ１０、第１の受光部１２（受光部の一例）、ビームスプリッタ１４、第２の受光部１６及び処理部１８を備えている。なお、レーザ走査装置２は、レーザ光を対象物２０に向けて走査するためのものであり、例えば、当該レーザ走査装置２から対象物２０までの距離を測定するためのレーザレンジファインダ等として用いられる。

光源４は、例えばレーザダイオードで構成されている。光源４は、処理部１８から出力された変調信号に基づいて、走査ミラー６に向けてレーザ光を射出する。

走査ミラー６は、例えば、揺動器（図示せず）によって所定の軸線Ｃ１を中心に揺動するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーである。なお、軸線Ｃ１は、図１において紙面に対して垂直方向に延びている。走査ミラー６は、軸線Ｃ１を中心に揺動することにより、光源４からのレーザ光を対象物２０に向けて１軸方向（例えば水平方向）に走査する機能を有している。さらに、走査ミラー６は、対象物２０で反射したレーザ光を第１の受光部１２に向けて反射する機能を有している。なお、図１では、後述する図２Ａ中のＡ−Ａ線による走査ミラー６の断面を表している。本実施の形態のレーザ走査装置２では、走査ミラー６の構成に特徴がある。走査ミラー６の構成については後述する。

駆動部８は、処理部１８から出力された駆動信号に基づいて、走査ミラー６を駆動するための駆動電流を生成する。駆動部８は、生成した駆動電流を上述した揺動器に出力する。これにより、走査ミラー６が揺動器によって軸線Ｃ１を中心に揺動する。

集光レンズ１０は、走査ミラー６と第１の受光部１２との間に配置されている。集光レンズ１０は、走査ミラー６の第２の反射面３０（後述する）で反射したレーザ光を第１の受光部１２の受光面（図示せず）上に集光させる。

第１の受光部１２は、例えばフォトダイオードで構成されている。第１の受光部１２は、対象物２０で反射したレーザ光を、走査ミラー６及び集光レンズ１０を介して受光する。第１の受光部１２は、受光したレーザ光に基づいて、レーザ光の受光量を示す受光信号を処理部１８に出力する。

ビームスプリッタ１４は、光源４と走査ミラー６との間に配置されている。ビームスプリッタ１４は、対象物２０で反射したレーザ光のうち、走査ミラー６の第１の反射面２６（後述する）で再度反射したレーザ光を第２の受光部１６に導く。

第２の受光部１６は、例えばフォトダイオードで構成されている。第２の受光部１６は、ビームスプリッタ１４により導かれたレーザ光を受光する。第２の受光部１６は、受光したレーザ光に基づいて、レーザ光の受光量を示す受光信号を処理部１８に出力する。

処理部１８は、例えばシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はマイクロコントローラ等で構成されている。処理部１８は、光源４に変調信号を出力するとともに、駆動部８に駆動信号を出力する。

さらに、処理部１８は、光源４から射出されたレーザ光と第１の受光部１２で受光されたレーザ光との位相差に基づいて、レーザ走査装置２から対象物２０までの距離を算出する。具体的には、処理部１８は、生成した変調信号及び第１の受光部１２から出力された受光信号に基づいて上記位相差を算出し、算出した位相差を用いてレーザ光が光源４から射出されてから第１の受光部１２で受光されるまでの時間を算出する。その後、処理部１８は、算出した時間の１／２に光速を乗算することにより、上記距離を算出する。さらに、処理部１８は、第２の受光部１６から出力された受光信号を所要の通りに処理する。

［走査ミラーの構成］
次に、図１〜図２Ｂを参照しながら、上述した走査ミラー６の構成について説明する。図２Ａは、実施の形態１に係る走査ミラーの第１の面側を示す斜視図である。図２Ｂは、実施の形態１に係る走査ミラーの第２の面側を示す斜視図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、走査ミラー６は、例えば矩形状のプレート状に構成されている。走査ミラー６の周縁部６ａには、上述した軸線Ｃ１に沿って延びる一対のトーションバー２２が設けられている。走査ミラー６は、一対のトーションバー２２を介して揺動器に連結されている。これにより、走査ミラー６は、図１〜図２Ｂ中の矢印Ｐ及びＱで示すように、揺動器によって軸線Ｃ１を中心に揺動角θ１の範囲で揺動するようになる。

走査ミラー６の形状を矩形状にすることにより、走査ミラー６の製作を容易に行うことができ、且つ、走査ミラー６の素材面積を有効活用することができるので、走査ミラー６のコストメリットが高くなる。なお、走査ミラー６の形状は矩形状に限定されず、例えば多角形状、円形状又は楕円形状等でもよい。走査ミラー６の形状としては、軸線Ｃ１が一対のトーションバー２２の中心軸線上にあり、且つ、走査ミラー６の重心が一対のトーションバー２２の中心軸線上にあることが好適である。さらに、走査ミラー６の形状として、軸線Ｃ１及び走査ミラー６の重心がそれぞれ第１の反射面２６（後述する）の中心上にあることが最適である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、走査ミラー６には切り欠き部２４（開口部の一例）が設けられている。切り欠き部２４は、長尺状の矩形状であり、走査ミラー６の周縁部６ａから走査ミラー６の厚み方向（Ｙ軸方向）に対して略直交する方向（Ｚ軸方向）に直線状に延びている。切り欠き部２４の先端部２４ａにおける切り欠き部２４の内周面２４ｂ上には、レーザ光を反射するための第１の反射面２６が形成されている。第１の反射面２６は、光源４からのレーザ光の光軸Ｌ１上に配置されているとともに、軸線Ｃ１上（軸線Ｃ１上の近傍を含む）に配置されている。さらに、図１に示すように、第１の反射面２６は、光軸Ｌ１に対して所定角度θ２（０°＜θ２＜９０°）だけ傾斜している。切り欠き部２４の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさＷ１は、光源４から第１の反射面２６に入射するレーザ光の径以上となるように構成されている。なお、説明の都合上、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、第１の反射面２６を表す領域には網掛けを施してある。

図２Ａに示すように、走査ミラー６の第１の面６ｂには、例えば黒色の塗料が塗布された低反射率面２８が形成されている。低反射率面２８の反射率は、第１の反射面２６及び第２の反射面３０（後述する）の各々の反射率よりも低い。なお、説明の都合上、図２Ａにおいて、低反射率面２８を表す領域には網掛けを施してある。

図２Ｂに示すように、走査ミラー６の第２の面６ｃ（上記第１の面６ｂと対向する面）のほぼ全域には、レーザ光を反射するための第２の反射面３０が形成されている。第２の反射面３０は、第１の反射面２６に対して略直交している。また、第２の反射面３０は、対象物２０側に面するように配置されている。なお、図２Ｂにおいて、第２の反射面３０を表す領域には網掛けを施してある。

［走査ミラーの動作］
次に、図１〜図３Ｂを参照しながら、上述した走査ミラー６の動作について説明する。図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、図１の状態から走査ミラーが揺動した状態でのレーザ走査装置を示す概略図である。

図１及び図２Ａに示すように、光源４から射出されたレーザ光は、走査ミラー６の切り欠き部２４に入射した後に第１の反射面２６で反射する。このとき、上述したように第１の反射面２６はレーザ光の光軸Ｌ１に対して傾斜しているので、第１の反射面２６で反射したレーザ光は、切り欠き部２４から対象物２０に向けて出射するようになる。図１中の矢印Ｐ及びＱで示すように、走査ミラー６が軸線Ｃ１を中心に揺動角θ１の範囲で揺動することにより、第１の反射面２６で反射したレーザ光は、対象物２０に向けて走査角度範囲−θ３〜＋θ３で走査されるようになる。

図３Ａに示すように、図１の状態から走査ミラー６が矢印Ｐで示す方向に揺動した場合には、第１の反射面２６で反射したレーザ光は、対象物２０に向けて走査角度＋θ３で進むようになる。一方、図３Ｂに示すように、図１の状態から走査ミラー６が矢印Ｑで示す方向に揺動した場合には、第１の反射面２６で反射したレーザ光は、対象物２０に向けて走査角度−θ３で進むようになる。

図１及び図２Ｂに示すように、対象物２０で反射したレーザ光の一部は、走査ミラー６の第２の反射面３０で反射する。図１、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２の反射面３０で反射したレーザ光は、集光レンズ１０を介して第１の受光部１２に受光される。なお、対象物２０で反射したレーザ光の他の一部は、走査ミラー６の第１の反射面２６で反射した後に、ビームスプリッタ１４を介して第２の受光部１６に受光される。

［効果］
次に、本実施の形態のレーザ走査装置２により得られる効果について説明する。上述したように、走査ミラー６は、２つの反射面、すなわち、第１の反射面２６及び第２の反射面３０を有している。第１の反射面２６は、光源４から射出されたレーザ光を対象物２０に向けて反射する。第２の反射面３０は、対象物２０で反射したレーザ光を第１の受光部１２に向けて反射する。したがって、走査ミラー６は、光源４からのレーザ光を対象物２０に向けて走査する機能（すなわち、背景技術の欄で説明した走査ミラーの機能）、及び、対象物２０で反射したレーザ光を第１の受光部１２に向けて反射する機能（すなわち、背景技術の欄で説明した有孔ミラーの機能）の双方を有するようになる。その結果、１つの走査ミラー６で上記２つの機能を実現することができるので、レーザ走査装置２の光学部品点数を低減することができ、レーザ走査装置２を小型化することができる。

さらに、上述したように、第１の反射面２６は、走査ミラー６の軸線Ｃ１上に配置されている。これにより、走査ミラー６が軸線Ｃ１を中心に揺動した際に、第１の反射面２６の軸線Ｃ１に対する変位量が少なくなるので、第１の反射面２６で反射したレーザ光のズレを最小限に抑えることができる。その結果、切り欠き部２４の幅方向の大きさＷ１を小さく抑えることができるので、第２の反射面３０の面積を大きく確保することができる。

さらに、上述したように、光源４から射出されたレーザ光は、切り欠き部２４の延びる方向（Ｚ軸方向）に対して浅い入射角で切り欠き部２４に入射するようになる。これにより、光源４及び走査ミラー６の配置間隔（図１において左右方向における配置間隔）を小さく抑えることができるので、レーザ走査装置２をより一層小型化することができる。

一般に、対象物２０で反射したレーザ光の強度は、光源４から射出された直後のレーザ光の強度よりも低い。そのため、走査ミラー６の近傍で不要光が発生した場合には、この不要光によって第１の受光部１２の受光精度が低下してしまう。本実施の形態のレーザ走査装置２では、上述したように、切り欠き部２４の幅方向の大きさＷ１がレーザ光の径以上であるので、光源４から射出されたレーザ光が走査ミラー６の第１の面６ｂで散乱されるのを抑制することができる。これにより、ケラレによる光量の減衰及び不要光の発生等を抑制することができるので、第１の受光部１２の受光精度を高めることができる。

なお、上述したように、走査ミラー６の第１の面６ｂには低反射率面２８が形成されている。これにより、レーザ光の径が切り欠き部２４の幅方向の大きさＷ１よりも大きい場合であっても、光源４から射出されたレーザ光のうち切り欠き部２４を通過できなかったレーザ光は、走査ミラー６の低反射率面２８に吸収されるようになる。その結果、不要光の発生を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、図４〜図５Ｂを参照しながら、実施の形態２に係るレーザ走査装置２Ａの構成について説明する。図４は、実施の形態２に係るレーザ走査装置の構成を示す概略図である。図５Ａは、実施の形態２に係る走査ミラーの第１の面側を示す斜視図である。図５Ｂは、実施の形態２に係る走査ミラーの第２の面側を示す斜視図である。なお、本実施の形態において、上記実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

［走査ミラーの構成］
本実施の形態のレーザ走査装置２Ａでは、走査ミラー６Ａの構成が上記実施の形態１と異なっている。このことに関連して、図４に示すように、本実施の形態のレーザ走査装置２Ａでは、光源４Ａ、走査ミラー６Ａ、集光レンズ１０Ａ、第１の受光部１２Ａ、ビームスプリッタ１４Ａ及び第２の受光部１６Ａの各々の配置が上記実施の形態１と異なっている。なお、図４では、後述する図５Ａ中のＢ−Ｂ線による走査ミラー６Ａの断面を表している。

図４〜図５Ｂに示すように、走査ミラー６Ａには貫通孔３２（開口部の一例）が設けられている。貫通孔３２は、走査ミラー６Ａをその厚み方向（Ｙ軸方向）に貫通している。貫通孔３２の断面形状は略矩形状であり、貫通孔３２の開口面積は、走査ミラー６Ａの第１の面６Ａｂ側から第２の面６Ａｃ側にかけて漸減している。

図５Ａに示すように、貫通孔３２の内周面３２ａ上には、第１の反射面２６Ａが形成されている。第１の反射面２６Ａは、光源４Ａからのレーザ光の光軸Ｌ２上に配置されているとともに、軸線Ｃ２上（軸線Ｃ２上の近傍を含む）に配置されている。さらに、図４に示すように、第１の反射面２６Ａは、光軸Ｌ２に対して所定角度θ４（０°＜θ４＜９０°）だけ傾斜している。貫通孔３２の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさＷ２は、光源４Ａから第１の反射面２６Ａに入射するレーザ光の径以上となるように構成されている。なお、説明の都合上、図５Ａにおいて、第１の反射面２６Ａを表す領域には網掛けを施してある。

図５Ａに示すように、走査ミラー６Ａの第１の面６Ａｂには、例えばシボ加工が施された低反射率面２８Ａが形成されている。低反射率面２８Ａの反射率は、第１の反射面２６Ａ及び第２の反射面３０Ａ（後述する）の各々の反射率よりも低い。なお、説明の都合上、図５Ａにおいて、低反射率面２８Ａを表す領域には網掛けを施してある。

図５Ｂに示すように、走査ミラー６Ａの第２の面６Ａｃのほぼ全域には、第２の反射面３０Ａが形成されている。図４に示すように、第２の反射面３０Ａは、第１の反射面２６Ａに対して所定角度θ５（０°＜θ５＜９０°）だけ傾斜している。なお、図５Ｂにおいて、第２の反射面３０Ａを表す領域には網掛けを施してある。

［走査ミラーの動作］
次に、図４〜図５Ｂを参照しながら、上述した走査ミラー６Ａの動作について説明する。図４及び図５Ａに示すように、光源４Ａから射出されたレーザ光は、走査ミラー６Ａの貫通孔３２に入射した後に、第１の反射面２６Ａで反射する。このとき、上述したように第１の反射面２６Ａはレーザ光の光軸Ｌ２に対して傾斜しているので、第１の反射面２６Ａで反射したレーザ光は、貫通孔３２から対象物２０に向けて出射するようになる。図４中の矢印Ｐ及びＱで示すように、走査ミラー６Ａが軸線Ｃ２を中心に揺動角θ６の範囲で揺動することにより、第１の反射面２６Ａで反射したレーザ光は、対象物２０に向けて走査されるようになる。

図４及び図５Ｂに示すように、対象物２０で反射したレーザ光の一部は、走査ミラー６Ａの第２の反射面３０Ａで反射する。第２の反射面３０Ａで反射したレーザ光は、集光レンズ１０Ａを介して第１の受光部１２Ａに受光される。

［貫通孔の開口面積］
次に、図６を参照しながら、光源４Ａから射出されたレーザ光が貫通孔３２によって遮られないための条件について説明する。図６は、貫通孔の開口面積の算出方法を説明するための図である。

まず、図６を参照しながら、上記条件を満たすための貫通孔３２の第２の面６Ａｃ側における開口面積Ｓの算出方法について説明する。なお、開口面積Ｓを算出するに当たり、ａ）レーザ光の中心（光軸Ｌ２）が走査ミラー６Ａの軸線Ｃ２に対して直交すること、ｂ）レーザ光の中心が第１の反射面２６Ａの中心に位置すること、ｃ）第１の反射面２６Ａの傾斜角θ、及び、レーザ光と第１の反射面２６Ａとがなす角度θ’’はそれぞれ、光源４Ａ及び走査ミラー６Ａの各々の筐体及び光学的配置に依存して決定されること、ｄ）走査ミラー６Ａの揺動角θ’は、走査ミラー６Ａの機械的、電気的及び化学的特性に依存することを前提とする。

図６に示すように、開口面積Ｓは次式１のように表される。但し、次式１において、Ｒはレーザ光の径であり、ＡＢは、貫通孔３２の第２の面６Ａｃ側における開口のＺ軸方向の長さである。

Ｓ＝Ｒ×ＡＢ （式１）

ここで、図６に示すように、開口の長さＡＢは、次式２のように表される。

ＡＢ＝ＡＯ’’＋Ｏ’’Ｏ−ＢＯ’ （式２）

図６に示すように、長さＡＯ’’、長さＯ’’Ｏ及び長さＢＯ’はそれぞれ、次式３〜５のように表される。但し、次式３〜５において、ｔは、走査ミラー６Ａの厚み方向（Ｙ軸方向）の大きさであり、θは、第１の反射面２６ＡのＹ軸に対する傾斜角であり、θ’’は、レーザ光と第１の反射面２６Ａとがなす角度である。

ＡＯ’’＝（１／２）×Ｒ×ｔａｎ（θ＋θ’’） （式３）
Ｏ’’Ｏ＝（１／２）×ｔ×ｔａｎ（θ＋θ’’） （式４）
ＢＯ’＝（１／２）×ｔ×ｔａｎθ （式５）

上式３〜５を上式２に代入し、さらに上式２を上式１に代入することにより、次式６のように開口面積Ｓが算出される。

Ｓ＝（１／２）×｛（Ｒ＋ｔ）×ｔａｎ（θ＋θ’’）−ｔ×ｔａｎθ｝ （式６）

次に、図６を参照しながら、上記条件を満たすための貫通孔３２の第１の面６Ａｂ側における開口面積Ｓ’の算出方法について説明する。なお、開口面積Ｓ’を算出する際に考慮すべき事項は、不要光の発生及び漏れである。その対策としては、開口面積Ｓ’を可能な限り小さく絞り、且つ、不要光が貫通孔３２を通過しないような寸法（限界寸法として、レーザ光の径）とすることである。しかしながら、実際には、走査ミラー６Ａの機械的、電気的及び化学的特性を考慮することになるため、上記限界寸法を採用した走査ミラー６Ａの構造は複雑になり、製造コストが増大する。そのため、以下では、走査ミラー６Ａを最も効率良く製作することができる開口面積Ｓ’の算出方法について説明する。

図６に示すように、開口面積Ｓ’は、次式７のように表される。

Ｓ’＝Ｒ×｛（１／２）×ｔ×ｔａｎθ＋（１／２）×ｔ×ｔａｎθ＋ＡＢ｝ （式７）

さらに、上式７に上式２〜５を代入することにより、次式８のように開口面積Ｓ’が算出される。

Ｓ＝Ｒ×（１／２）×｛（Ｒ＋ｔ）×ｔａｎ（θ＋θ’’）＋ｔ×ｔａｎθ｝ （式８）

以上のように、走査ミラー６Ａの貫通孔３２の大きさを設計する際には、開口面積Ｓ＞上式６、且つ、開口面積Ｓ’＜上式８を満たすように設計すればよい。但し、レーザ光の径Ｒは、常に仕様最大値であるとする。

［効果］
本実施の形態のレーザ走査装置２Ａでは、次のような効果を得ることができる。上述したように、走査ミラー６Ａには貫通孔３２が設けられている。貫通孔３２の第２の面６Ａｃ側における開口面積Ｓは、上記実施の形態１のように走査ミラー６に切り欠き部２４を設けた場合と比べて小さくなる。これにより、第２の反射面３０Ａの面積を大きく確保することができる。

（変形例）
以上、本発明の実施の形態１及び２に係るレーザ走査装置について説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施の形態をそれぞれ組み合わせてもよい。

上記各実施の形態では、走査ミラー６（６Ａ）を１軸方向に揺動するように構成したが、これに限定されず、走査ミラー６（６Ａ）を２軸方向（例えば、水平方向及び垂直方向）に揺動するように構成してもよい。

上記実施の形態１では、走査ミラー６の第１の面６ｂに黒色の塗料が塗布された低反射率面２８を形成した。また、上記実施の形態２では、走査ミラー６Ａの第１の面６Ａｂにシボ加工が施された低反射率面２８Ａを形成した。これ以外に、例えば、走査ミラー６（６Ａ）の第１の面６ｂ（６Ａｂ）に起毛の材質の低反射率面を形成してもよい。

上記実施の形態１では、第１の反射面２６が第２の反射面３０に対して略直交するように構成したが、これに限定されず、第１の反射面２６が第２の反射面３０に対して所定角度（０°よりも大きく且つ９０°よりも小さい角度）だけ傾斜するように構成してもよい。

上記実施の形態２では、第１の反射面２６Ａが第２の反射面３０Ａに対して傾斜するように構成したが、これに限定されず、第１の反射面２６Ａが第２の反射面３０Ａに対して略直交するように構成してもよい。

上記各実施の形態では、開口部としての切り欠き部２４及び貫通孔３２をそれぞれ中空状に構成したが、これに限定されず、例えば切り欠き部２４及び貫通孔３２にそれぞれ透明ガラス等を配置するようにしてもよい。

上記各実施の形態では、レーザ走査装置２（２Ａ）を、当該レーザ走査装置２（２Ａ）から対象物２０までの距離を測定するためのレーザレンジファインダとして用いたが、これに限定されない。例えば、レーザ走査装置２（２Ａ）を、コンベア上を搬送されてくる対象物の形状を識別するためのセンサとして用いることもできる。

本発明のレーザ走査装置は、例えば、当該レーザ走査装置から対象物までの距離を測定するためのレーザレンジファインダ、又は、コンベア上を搬送されてくる対象物の形状を識別するためのセンサ等として適用することができる。

２，２Ａ レーザ走査装置
４，４Ａ 光源
６，６Ａ 走査ミラー
６ａ 周縁部
６ｂ，６Ａｂ 第１の面
６ｃ，６Ａｃ 第２の面
８ 駆動部
１０，１０Ａ 集光レンズ
１２，１２Ａ 第１の受光部
１４，１４Ａ ビームスプリッタ
１６，１６Ａ 第２の受光部
１８ 処理部
２０ 対象物
２２ トーションバー
２４ 切り欠き部
２４ａ 先端部
２４ｂ，３２ａ 内周面
２６，２６Ａ 第１の反射面
２８，２８Ａ 低反射率面
３０，３０Ａ 第２の反射面
３２ 貫通孔

Claims (8)

1. レーザ光を対象物に向けて走査するためのレーザ走査装置であって、
   レーザ光を射出する光源と、
   所定の軸線を中心に揺動することにより前記光源からのレーザ光を前記対象物に向けて走査し、且つ、前記対象物で反射したレーザ光を反射する走査ミラーと、
   前記対象物で反射したレーザ光を、前記走査ミラーを介して受光する受光部と、を備え、
   前記走査ミラーは、
   前記光源からのレーザ光を前記走査ミラーの第１の面側から前記第１の面と対向する第２の面側に向けて通過させる開口部と、
   前記開口部の内周面上に形成された第１の反射面であって、前記光源から前記開口部に入射したレーザ光を反射し、且つ、反射したレーザ光を前記開口部から前記対象物に向けて出射させることによりレーザ光を走査する第１の反射面と、
   前記第２の面上に形成され、且つ、前記対象物で反射したレーザ光を前記受光部に向けて反射する第２の反射面と、を有する
   レーザ走査装置。
2. 前記第１の反射面は、前記所定の軸線上に配置されている
   請求項１に記載のレーザ走査装置。
3. 前記開口部は、前記走査ミラーの周縁部から前記走査ミラーの厚み方向に対して略直交する方向に延びる切り欠き部であり、
   前記第１の反射面は、前記切り欠き部の先端部における前記切り欠き部の内周面上に形成されている
   請求項１又は２に記載のレーザ走査装置。
4. 前記第１の反射面は、前記第２の反射面に対して略直交している
   請求項３に記載のレーザ走査装置。
5. 前記開口部は、前記走査ミラーをその厚み方向に貫通する貫通孔であり、
   前記第１の反射面は、前記貫通孔の内周面上に形成されている
   請求項１又は２に記載のレーザ走査装置。
6. 前記第１の反射面は、前記第２の反射面に対して傾斜している
   請求項５に記載のレーザ走査装置。
7. 前記走査ミラーの前記第１の面には、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々の反射率よりも低い反射率の低反射率面が形成されている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ走査装置。
8. 前記開口部の幅方向の大きさは、前記光源からのレーザ光の径以上である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ走査装置。

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