JP6733195B2 - Optical scanning device - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device .
光源と、回動しながら光源から照射される光を反射するミラーと、ミラーからの反射光を受光してミラー角度を検出する光センサとを有する光走査装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 An optical scanning device is known that includes a light source, a mirror that reflects the light emitted from the light source while rotating, and an optical sensor that receives the reflected light from the mirror and detects the mirror angle (for example, patents). Reference 1).
上記したような光走査装置において、ミラーを含むミラーユニットを光源等とは別構成として小型化する場合に、ミラー角度の検出に用いる光センサをミラーユニットに設けると、ミラーユニットの小型化が困難になる可能性がある。 In the optical scanning device as described above, when a mirror unit including a mirror is miniaturized as a configuration different from a light source or the like, it is difficult to miniaturize the mirror unit if an optical sensor used for detecting the mirror angle is provided in the mirror unit. Could be.
本発明は、小型化可能なミラーユニットを有する光走査装置を提供する。 The present invention provides an optical scanning device having a mirror unit that can be miniaturized.
本発明の一態様に係る光走査装置によれば、回動しながら光源からの照射光を反射し、前記光源からの照射光を反射した走査光で対象物を走査するミラーと、前記走査光の走査範囲内に設けられて前記走査光を反射する第1反射部材と、を有するミラーユニットと、
前記ミラーユニットの外部に設けられた受光部とを有し、
前記第1反射部材において前記ミラーに向かって反射した反射光は、前記ミラーにおいて反射されて、前記受光部に導かれる。
According to the optical scanning device according to one aspect of the present invention, the mirror that reflects the irradiation light from the light source while rotating and scans the object with the scanning light that reflects the irradiation light from the light source; A mirror unit having a first reflecting member that is provided within a scanning range of and that reflects the scanning light ;
And a light receiving portion provided outside the mirror unit,
The reflected light reflected by the first reflecting member toward the mirror is reflected by the mirror and guided to the light receiving unit.
本発明の実施形態によれば、小型化可能なミラーユニットを有する光走査装置が提供される。
According to an embodiment of the present invention, an optical scanning device having a mirror unit that can be miniaturized is provided.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態における光走査装置100の概略構成を例示する図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an
図1に示されるように、光走査装置100は、光源101、ハーフミラー102、光ファイバ103、光検出器105、ミラーユニット110、処理装置120、静電容量検出部130、表示装置140を有する。
As shown in FIG. 1, the
光源101は、例えばレーザダイオードであり、光ファイバ103に向かってレーザ光を照射する。なお、光源101は、光ファイバ103を通じてミラーユニット110に光を照射することが可能であれば、レーザダイオードに限られるものではない。
The
ハーフミラー102は、光源101から照射されるレーザ光を透過し、光ファイバ103から出射される反射光を反射する。光源101から照射されるレーザ光は、ハーフミラー102を透過して光ファイバ103に入射する。
The
光ファイバ103は、光源101から照射されるレーザ光をミラーユニット110に導く。また、光ファイバ103は、ミラーユニット110において反射される反射光を、光源101から照射されるレーザ光とは反対方向に導く。光ファイバ103は、端部から出射する光が平行光となるように、両端部にファイバコリメータ104が設けられている。
The
ミラーユニット110は、図1に示されるように、ミラー111、駆動電極113、反射部材117を有する。なお、図1には、ミラーユニット110の概略構成を示すために、ミラーユニット110を拡大して示している。ミラーユニット110は、例えば、光ファイバ103の先端部(光源101から照射されたレーザ光が出射する部分)に設けられる。
As shown in FIG. 1, the
ミラー111は、光ファイバ103に導かれた光源101のレーザ光が照射される位置に設けられ、光源101から照射されるレーザ光を対象物500に向かって反射する。ミラー111は、例えばMEMS(micro electro mechanical system)ミラーであり、駆動電極113と共に半導体基板上に形成される。ミラー111は、軸112を中心に図1に示される矢印方向に回動可能に形成される。ミラー111は、直流電源114に接続されて直流電圧が印加される。
The
駆動電極113は、ミラー111と共に半導体基板上に形成されている。駆動電極113は、交流電源115に接続されて交流電圧が印加される。交流電源115から駆動電極113に交流電圧が印加されると、図1において矢印で示されるように、ミラー111が軸112を中心として所定の角度範囲内で周期的に回動する。
The
図2は、ミラー111が回動する様子を例示する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating how the
駆動電極113に交流電圧が印加されると、ミラー111は、図2(A)に示す位置を中心(ミラー角度:0度)として、図2(B)及び図2(C)に示すように、軸112を中心として所定の角度範囲(ミラー角度:±θ)内で周期的に回動する。ミラー111は、図2に示されるように回動することで、光源101から照射されたレーザ光を反射した走査光で所定の走査範囲(走査角度:±θ)内を走査する。
When an AC voltage is applied to the
図1に示されるように、ミラー111によって反射されるレーザ光(走査光)は、破線で示される走査範囲内を周期的に往復して対象物500の表面を走査する。走査光の走査範囲内には、反射部材117が設けられている。
As shown in FIG. 1, the laser light (scanning light) reflected by the
反射部材117は、例えば樹脂や金属等の光を反射する材料で形成される。反射部材117及び対象物500においてミラー111に向かって反射した反射光は、ミラー111において反射されて光ファイバ103に入射する。光ファイバ103に入射した反射部材117及び対象物500からの反射光は、光ファイバ103から出射してハーフミラー102に反射されて光検出器105に導かれる。
The reflecting
光検出器105は、例えばフォトダイオードであり、受光量に応じた光検出信号を出力する。光検出器105は、ハーフミラー102からの反射光を受光する位置に設けられ、受光量に応じた光検出信号を処理装置120に出力する。
The
処理装置120は、角度検出部121、画像処理部122を有する。処理装置120は、例えばCPU、ROM、RAM等を有する。処理装置120が有する各機能は、例えばCPUがROMに記憶されているプログラムをRAMと協働して実行することにより実現される。
The
角度検出部121は、光検出器105から出力される光検出信号と、静電容量検出部130によって検出される静電容量に基づいて、ミラー111のミラー角度を検出する。静電容量検出部130は、ミラー111と駆動電極113との間の静電容量を検出し、検出値を処理装置120に出力する。
The
図3は、角度検出部121におけるミラー角度検出方法を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a mirror angle detection method in the
図3(A)のグラフは、ミラー111のミラー角度θの時間変化を示している。図3(B)のグラフは、図3(A)に示されるようにミラー111が回動した場合に光検出器105から出力された光検出信号を示している。また、図3(C)のグラフには、図3(A)に示されるようにミラー111が回動した場合に静電容量検出部130によって検出された静電容量の値が破線で示されている。
The graph of FIG. 3A shows the change over time of the mirror angle θ of the
本実施形態におけるミラー111は、例えば図3(A)に示されるように、ミラー角度θが−10度から+10度の範囲内で周期的に回動する。また、反射部材117は、例えばミラー角度θが−8度付近で走査光が入射する位置に設けられている。このような構成により、図3(B)に示されるように、ミラー角度θが−8度の時に光検出信号にピークが表れる。
The
また、図3(C)に示されるように、ミラー111と駆動電極113との間の静電容量は、ミラー111と駆動電極113との間隔が最小となるミラー角度θが0度の時に最大値となる。また、静電容量は、ミラー111と駆動電極113との間隔が最大となるミラー角度θが−10度及び+10度の時に最小値となる。
Further, as shown in FIG. 3C, the electrostatic capacitance between the
ここで、処理装置120のメモリには、図3(C)に実線で示される静電容量Cとミラー角度θとの関係が記憶されている。角度検出部121は、図3において破線で示される静電容量検出部130により検出される静電容量C'が、図3(C)に実線で示される静電容量Cに等しくなるように、以下で説明するキャリブレーションを行う。
Here, the memory of the
角度検出部121は、例えば、光検出信号が基準値vを超えた時の静電容量C−8'が予め設定されている静電容量C−8に等しくなるように、静電容量検出部130によって検出される静電容量C'の補正係数を求める。角度検出部121は、求めた補正係数を用いて、静電容量検出部130によって検出される静電容量C'が図3(C)に実線で示される静電容量Cに等しくなるように補正する。
The
角度検出部121は、上記したように静電容量検出部130によって検出された静電容量C'を補正し、メモリに記憶されている静電容量Cとミラー角度θとの関係に基づいて、補正した静電容量Cに対応するミラー角度θを求める。
The
角度検出部121によりミラー111のミラー角度θが求められると、画像処理部122が、ミラー111のミラー角度θ及び光検出器105から出力される光検出信号に基づいて、対象物500の走査画像を生成する。画像処理部122は、例えば反射部材117が設けられていないミラー角度範囲(例えば反射部材117がミラー角度(−8度)の位置に設けられている場合には、−7度から+7度)における光検出信号に基づいて、対象物500の走査画像を生成する。
When the
表示装置140は、例えば液晶ディスプレイであり、処理装置120の画像処理部122によって生成された走査画像を表示する。光走査装置100の使用者は、表示装置140に表示される走査画像から、対象物500の表面を確認できる。
The
以上で説明したように、第1の実施形態によれば、ミラーユニット110に設けられている反射部材117からの反射光をミラーユニット110の外部で検出することで、ミラー111のミラー角度θを求めることができる。したがって、ミラー111の角度を検出するためにミラーユニット110に光検出器105を設ける必要がないため、ミラーユニット110を小型化することができる。
As described above, according to the first embodiment, the reflected light from the reflecting
なお、反射部材117は、所定の波長域の光を透過する材料で形成されてもよい。反射部材117が光を透過することで、対象物500の走査範囲を拡大することができる。例えば、上記した様にミラー111が−10度から+10度まで回動する場合に、ミラー角度θが−8度で走査光を反射する位置に反射部材117を設けると、対象物500の走査範囲がミラー角度θにおいて−7度から+7度までのように走査範囲より狭くなる。しかし、反射部材117が光を透過することで、対象物500の走査範囲を走査光の走査範囲である−10度から+10度まで拡大できる。
The reflecting
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described based on the drawings. The description of the same components as those of the above-described embodiment will be omitted.
図4は、第2の実施形態における光走査装置200の概略構成を例示する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図4に示されるように、第2の実施形態における光走査装置200のミラーユニット210は、第1反射部材としての反射部材117、第2反射部材としての反射部材118a,118bを有する。
As shown in FIG. 4, the
ここで、静電容量検出部130によって検出されるミラー111と駆動電極113との間の静電容量は、例えばミラー角度θが−8度の場合と+8度の場合とで同じ大きさとなる。このため、角度検出部121が静電容量に基づいてミラー角度θを求める場合に、ミラー111が何れの方向に回動しているかを判別できなくなる可能性がある。
Here, the electrostatic capacitance between the
そこで、第2の実施形態におけるミラーユニット210では、第1反射部材として一つの反射部材117と、第2反射部材として2つの反射部材118a,118bとが、それぞれ走査光の走査範囲内において互いに反対側の端部近傍に設けられている。
Therefore, in the
このような構成により、例えばミラー111が図4において反時計回り方向に回動して反射部材117に走査光が入射すると、光検出器105における光検出信号に基準値vを超えるピークが一つ表れる。また、例えばミラー111が図4において時計回り方向に回動して反射部材118a,118bに走査光が入射すると、光検出器105における光検出信号に基準値vを超えるピークが二つ表れる。
With such a configuration, for example, when the
角度検出部121は、例えば、周期的に回動するミラー111の回動方向を、所定時間内に光検出信号が基準値vを1回超えた時又は所定時間内に光検出信号が基準値vを2回超えた時からの経過時間に基づいて判別できる。
The
したがって、角度検出部121は、静電容量検出部130によって検出される静電容量と、ミラー111の回動方向とに基づいて、ミラー111のミラー角度θを正確に検出することが可能になる。
Therefore, the
以上で説明したように、第2の実施形態によれば、ミラーユニット210を小型化すると共に、ミラー111のミラー角度θをより正確に検出することが可能になる。
As described above, according to the second embodiment, the
なお、上記した第2の実施形態では、第1反射部材として1つの反射部材117を設け、第2反射部材として2つの反射部材118a,118bを設けたが、第1反射部材及び第2反射部材として設けられる反射部材の数は、本実施形態において例示した構成に限られない。第1反射部材として設けられる反射部材の数と、第2反射部材として設けられる反射部材の数とが異なる構成であれば、上記した方法と同様にミラー111の回動方向を判別できる。
In the above-described second embodiment, one reflecting
また、第1反射部材及び第2反射部材として設けられる反射部材は、所定の波長域を透過する材料で形成されてもよい。各反射部材が光を透過することで、対象物500の走査範囲を拡大できる。
Further, the reflecting members provided as the first reflecting member and the second reflecting member may be formed of a material that transmits a predetermined wavelength range. The scanning range of the
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described based on the drawings. The description of the same components as those of the above-described embodiment will be omitted.
図5は、第3の実施形態における光走査装置300の概略構成を例示する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図5に示されるように、第3の実施形態における光走査装置300のミラーユニット310は、第1反射部材119a、第2反射部材119bを有する。
As shown in FIG. 5, the
第1反射部材119a及び第2反射部材119bは、それぞれ異なる波長域の光を反射する。第1反射部材119a及び第2反射部材119bは、例えば、それぞれ走査光の波長域を異なる波長域に変換して反射する波長変換素子である。また、第1反射部材119a及び第2反射部材119bは、それぞれ走査光の走査範囲内において互いに反対側の端部近傍に設けられている。
The 1st
このような構成により、例えばミラー111が図5において反時計回り方向に回動して第1反射部材119aに走査光が入射すると、光検出器105における光検出信号にピークが表れる。また、例えばミラー111が図5において時計回り方向に回動して第2反射部材119bに走査光が入射すると、光検出器105における光検出信号に、第1反射部材119aに走査光が入射した場合とは最大値が異なるピークが表れる。
With such a configuration, for example, when the
角度検出部121は、例えば、周期的に回動するミラー111の回動方向を、第1反射部材119a又は第2反射部材119bからの反射光によって光検出信号のピークが検出された時間からの経過時間に基づいて判定できる。光検出信号に表れるピークの最大値を比較することで、第1反射部材119aの反射光による光検出信号のピークと、第2反射部材119bの反射光による光検出信号のピークとが、何れの反射部材からの反射光に起因するものかを判定できる。
The
したがって、角度検出部121は、静電容量検出部130によって検出される静電容量と、ミラー111の回動方向とに基づいて、ミラー111のミラー角度θを正確に検出することが可能になる。
Therefore, the
なお、第1反射部材119a及び第2反射部材119bは、所定の波長域を透過する材料で形成されてもよい。各反射部材が光を透過することで、対象物500の走査範囲を拡大できる。
The
また、光源101と光ファイバ103との間に、ハーフミラー及び光検出器を含む受光部を複数設け、第1反射部材119aからの反射光及び第2反射部材119bからの反射光をそれぞれ異なる受光部で検出してもよい。第1反射部材119aからの反射光を検出する受光部には、第1反射部材119aからの反射光に対応する波長域の光を反射するハーフミラーが設けられる。また、第2反射部材119bからの反射光を検出する受光部には、第2反射部材119bからの反射光に対応する波長域の光を反射するハーフミラーが設けられる。このような構成により、第1反射部材119aからの反射光及び第2反射部材119bからの反射光の検出精度が向上し、ミラー111のミラー角度θをより正確に検出することが可能になる。
Further, a plurality of light receiving portions including a half mirror and a photodetector are provided between the
以上、実施形態に係るミラーユニット及び光走査装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。なお、上記した実施形態における各部の寸法は、例示した値に限定されるものではない。 Although the mirror unit and the optical scanning device according to the embodiment have been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention. The dimensions of each part in the above-described embodiment are not limited to the exemplified values.
100,200,300 光走査装置
105 光検出器(受光部)
110,210,310 ミラーユニット
111 ミラー
117 反射部材(第1反射部材)
118a,118b 反射部材(第2反射部材)
119a 第1反射部材
119b 第2反射部材
121 角度検出部
500 対象物
100, 200, 300
110, 210, 310
118a, 118b Reflecting member (second reflecting member)
119a
Claims (12)
前記ミラーユニットの外部に設けられた受光部とを有し、
前記第1反射部材において前記ミラーに向かって反射した反射光は、前記ミラーにおいて反射されて、前記受光部に導かれる、光走査装置。 A mirror that reflects the irradiation light from the light source while rotating and scans the object with the scanning light that reflects the irradiation light from the light source; and a mirror provided in the scanning range of the scanning light to reflect the scanning light. A mirror unit having a first reflecting member ;
And a light receiving portion provided outside the mirror unit,
An optical scanning device in which reflected light reflected by the first reflecting member toward the mirror is reflected by the mirror and guided to the light receiving unit.
請求項1に記載の光走査装置。 The first reflecting member transmits light in a predetermined wavelength range ,
The optical scanning device according to claim 1.
前記受光部の数は、一又は複数であり、
前記受光部は、前記第2反射部材からの反射光を検出する、
請求項1又は2に記載の光走査装置。 Have a second reflecting member for reflecting said scanning light provided to a position different from the first reflecting member in the scanning range of the scanning light,
The number of the light receiving units is one or more,
The light receiving unit detects the reflected light from the second reflecting member,
The optical scanning device according to claim 1.
請求項3に記載の光走査装置。 The second reflecting member transmits light in a predetermined wavelength range ,
The optical scanning device according to claim 3.
請求項3又は4に記載の光走査装置。 The first reflecting member and the second reflecting member include different numbers of reflecting members ,
The optical scanning device according to claim 3 or 4.
請求項3又は4に記載の光走査装置。 The first reflecting member and the second reflecting member reflect light in different wavelength ranges ,
The optical scanning device according to claim 3 or 4.
請求項1から6のいずれか一項に記載の光走査装置。 Having, an angle detector for detecting the angle of the mirror on the basis of a signal output from the pre-Symbol light receiving unit,
The optical scanning device according to claim 1 .
前記角度検出部は、前記受光部から出力される信号と、前記静電容量検出部によって検出される静電容量とに基づいて、前記ミラーの角度を検出する、請求項7に記載の光走査装置。 The optical scanning according to claim 7, wherein the angle detection unit detects an angle of the mirror based on a signal output from the light receiving unit and a capacitance detected by the capacitance detection unit. apparatus.
前記第1反射部材は、前記対象物と前記ミラーとの間に位置する、 The first reflecting member is located between the object and the mirror,
請求項1から8のいずれか一項に記載の光走査装置。The optical scanning device according to claim 1.
前記照射光は、前記ハーフミラーを透過して前記光ファイバに入射する、請求項10に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to claim 10, wherein the irradiation light is transmitted through the half mirror and is incident on the optical fiber.
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