JP7247618B2 - Optical scanning device and optical scanning method - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置及び光走査方法に関し、特に、光走査における走査角の拡大に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an optical scanning method, and more particularly to enlargement of a scanning angle in optical scanning.
光走査装置は、様々な光学系、例えば、複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、ファクシミリ、レーザディスプレイ又はレーザ顕微鏡に用いられる。光走査装置は、可動反射部を有している。可動反射部は、回転可能になっている。可動反射部の角度を調整することで、可動反射部によって反射される光の走査角を調節することができる。 Optical scanning devices are used in various optical systems such as copiers, laser printers, laser plotters, facsimiles, laser displays or laser microscopes. The optical scanning device has a movable reflector. The movable reflector is rotatable. By adjusting the angle of the movable reflector, the scanning angle of the light reflected by the movable reflector can be adjusted.
特許文献1には、光走査装置の一例について記載されている。光走査装置は、可動反射部及び固定反射部を有している。固定反射部は、可動反射部に対向している。可動反射部に入射した光は、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って、可動反射部及び固定反射部の間で反射を繰り返す。角度αの可動反射部によってN回反射された光の走査角は、2Nαとなる。したがって、可動反射部及び固定反射部の間の多重反射によって、光走査における走査角を大きくすることができる。 Patent Document 1 describes an example of an optical scanning device. The optical scanning device has a movable reflector and a fixed reflector. The fixed reflector faces the movable reflector. The light incident on the movable reflecting section is repeatedly reflected between the movable reflecting section and the fixed reflecting section along the direction parallel to the rotation axis of the movable reflecting section. The scanning angle of the light reflected N times by the movable reflecting portion having the angle α is 2Nα. Therefore, the scanning angle in optical scanning can be increased by multiple reflections between the movable reflecting portion and the fixed reflecting portion.
特許文献2及び3には、光走査装置の一例について記載されている。光走査装置は、可動反射部及び2つの固定反射部を有している。2つの固定反射部は、可動反射部の上方において、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って互いに並んでいる。2つの固定反射部の間を通過して可動反射部に入射した光は、可動反射部及び2つの可動反射部の間で反射を繰り返して、2つの固定反射部の間を通過して出射される。可動反射部及び2つの固定反射部の間の多重反射によって、光走査における走査角を大きくすることができる。 Patent Documents 2 and 3 describe an example of an optical scanning device. The optical scanning device has a movable reflector and two fixed reflectors. The two fixed reflectors are arranged above the movable reflector along a direction parallel to the rotation axis of the movable reflector. The light that has passed between the two fixed reflectors and entered the movable reflector is repeatedly reflected between the movable reflector and the two movable reflectors, and is emitted after passing between the two fixed reflectors. be. Multiple reflections between the movable reflector and the two fixed reflectors can increase the scanning angle in optical scanning.
本発明者は、光走査における走査角の拡大を検討し、さらに、特許文献1~3に記載されている方法とは異なる光走査によって走査角を拡大することを検討した。例えば、特許文献1~3に記載の光走査においては、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って可動反射部及び固定反射部の間の多重反射が生じるために、可動反射部の回転軸に平行な方向に沿って可動反射部の面積が大きくなり得る。 The present inventors studied the expansion of the scanning angle in optical scanning, and further studied the expansion of the scanning angle by optical scanning different from the methods described in Patent Documents 1-3. For example, in the optical scanning described in Patent Documents 1 to 3, since multiple reflection occurs between the movable reflecting portion and the fixed reflecting portion along the direction parallel to the rotation axis of the movable reflecting portion, the rotation of the movable reflecting portion The area of the movable reflector can increase along the direction parallel to the axis.
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、小型の可動反射部によって光走査における走査角を拡大することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to enlarge the scanning angle in optical scanning by means of a small movable reflecting portion.
本発明に係る光走査装置は、可動反射部及び複数の固定反射部を含んでいる。複数の固定反射部は、第1固定反射部及び第2固定反射部を含んでいる。可動反射部による1回目の反射を受けた光は、第1固定反射部及び第2固定反射部による反射を受けた後、可動反射部による2回目の反射を受ける。 An optical scanning device according to the present invention includes a movable reflector and a plurality of fixed reflectors. The plurality of fixed reflectors includes a first fixed reflector and a second fixed reflector. The light reflected by the movable reflector for the first time is reflected by the movable reflector for the second time after being reflected by the first fixed reflector and the second fixed reflector.
本発明に係る光走査方法は、可動反射部による1回目の反射を光に受けさせること、この光を複数の固定反射部のうちの第1固定反射部及び第2固定反射部によって反射すること及び可動反射部による2回目の反射をこの光に受けさせることを順に含んでいる。 An optical scanning method according to the present invention comprises causing light to be reflected for the first time by a movable reflecting section, and reflecting this light by a first fixed reflecting section and a second fixed reflecting section among a plurality of fixed reflecting sections. and subjecting this light to a second reflection by the movable reflector.
本発明によれば、小型の可動反射部によって光走査における走査角を拡大することができる。 According to the present invention, the scanning angle in optical scanning can be enlarged by a small movable reflecting portion.
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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、実施形態に係る光走査装置20の斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view of an optical scanning device 20 according to an embodiment.
光走査装置20は、可動反射部100及び複数の固定反射部212(図1に示す例では、2つの固定反射部212)を含んでいる。複数の固定反射部212は、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bを含んでいる。可動反射部100による1回目の反射を受けた光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射を受けた後、可動反射部100による2回目の反射を受ける。言い換えると、光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射の間に、可動反射部100に入射しない。
The optical scanning device 20 includes a
本実施形態によれば、小型の可動反射部100によって、光走査における走査角を拡大することができる。具体的には、本実施形態においては、少なくとも2回、光Lを可動反射部100によって反射することができる。したがって、詳細を後述するように、光走査における走査角を拡大することができる。さらに、本実施形態においては、光Lが可動反射部100に2回目に入射する位置を、複数の固定反射部212によって調整することができる。つまり、光Lが可動反射部100に2回目に入射する位置を、光Lが可動反射部100に1回目に入射する位置に近づけることができる。したがって、可動反射部100を小型化することができる。
According to this embodiment, the scanning angle in optical scanning can be enlarged by the small
図1に示す例では、光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射を受ける前、可動反射部100の一方の側(側S1)から可動反射部100に入射し、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射を受けた後、可動反射部100の側S1の反対の側(側S2)に向けて可動反射部100によって反射される。光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射の間の少なくとも一部において、側S2から側S1に向かう光路(図1に示す例では、光Lの光路のうちの第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bの間の部分)を辿る。
In the example shown in FIG. 1, the light L enters the
本実施形態によれば、側S1から側S2に向かう方向において、可動反射部100を小型化することができる。具体的には、本実施形態においては、光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射の間の少なくとも一部において、側S2から側S1に向かう光路を辿る。したがって、側S1から側S2に向かう方向において、光Lが可動反射部100に2回目に入射する位置を、光Lが可動反射部100に1回目に入射する位置に近づけることができる。したがって、側S1から側S2に向かう方向において、可動反射部100を小型化することができる。
According to this embodiment, the size of the movable reflecting
図1を用いて、光走査装置20の詳細を説明する。 Details of the optical scanning device 20 will be described with reference to FIG.
光走査装置20は、可動反射部100及び光学部材200を含んでいる。
The optical scanning device 20 includes a
可動反射部100は、回転軸Rに関して回転可能になっている。可動反射部100は、共振駆動によって、例えば、静電力駆動、電磁駆動又は圧電素子駆動によって駆動される。可動反射部100は、静止状態において、方向H(例えば、水平方向)に沿っている。図1に示す例では、可動反射部100は、方向Hから角度α傾いている。
The
光学部材200は、2つの固定反射部212(第1固定反射部212a、第2固定反射部212b)及び透過面220を有している。本実施形態に係る光走査方法においては、光Lは、可動反射部100によって反射され、透過面220を経由して光学部材200に入射する。次いで、光Lは、光学部材200内を透過して、第1固定反射部212aによって反射される。次いで、光Lは、光学部材200内を透過して、第2固定反射部212bによって反射される。次いで、光Lは、光学部材200内を透過して透過面220を経由して光学部材200から出射される。次いで、光Lは、可動反射部100によって再び反射される。
The
光Lは、方向Hに垂直な方向V(例えば、鉛直方向)から見て、可動反射部100の回転軸Rに平行な方向に沿って可動反射部100に入射させることができる。この場合、光Lは、回転軸Rに平行な方向から見て、方向Hから角度α傾いた可動反射部100に入射角αで入射する。光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射を受けた後、可動反射部100によって再び反射される。光Lは、方向Vから走査角θ傾いた方向に向けて出射される。走査角θは、光Lが可動反射部100による反射をN回受けた場合、2Nαとなる。
The light L can be incident on the
光Lは、方向Hに垂直な方向Vから見て、可動反射部100の回転軸Rに垂直な方向に沿って可動反射部100に入射させてもよい。この場合、方向Vから見て、複数の固定反射部212は、可動反射部100の回転軸Rに垂直な方向に沿って並ぶ。
The light L may be incident on the
図1に示す例では、光Lは可動反射部100による反射を2回受けているが、光Lは可動反射部100による反射を3回以上受けてもよい。例えば、光Lは、可動反射部100による2回目の反射を受けた後、光学部材200の固定反射部212による反射を再び受けて、可動反射部100によってさらに再度反射されてもよい。
In the example shown in FIG. 1, the light L is reflected twice by the movable reflecting
図2は、図1に示した可動反射部100に用いられる光走査本体10の詳細の一例の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of an example of details of the optical scanning
光走査本体10は、枠体110、可動電極120、軸部材130及び固定電極140を含んでいる。可動電極120は、図1に示した可動反射部100として機能し、軸部材130は、図1に示した回転軸Rとして機能する。
The optical scanning
可動電極120は、反射層(例えば、金属層、具体的には、例えば、アルミニウム層)が形成された反射面を有している。光走査本体10の外部から照射された光は、可動電極120の反射面によって反射される。可動電極120の角度を調節することで、光を所望の方向に向けて反射することができる。
The
可動電極120は、2つの軸部材130によって枠体110に取り付けられている。2つの軸部材130のうちの一方は、可動電極120のうちの対向する2辺のうちの一方に接続されており、2つの軸部材130のうちのもう一方は、可動電極120のうちの対向する2辺のうちのもう一方に接続されている。軸部材130は、可動電極120の回転軸として機能する。
The
可動電極120は、軸部材130が接続された2辺の間にあって櫛歯電極が形成された一辺及び軸部材130が接続された2辺の間にあって櫛歯電極が形成された他の一辺を有している。
The
固定電極140は、櫛歯電極を有している。固定電極140は、固定電極140の櫛歯電極及び可動電極120の櫛歯電極の間に隙間が形成されるように、可動電極120に対向している。図2に示す例では、一の固定電極140が可動電極120の一の櫛歯電極に対向しており、他の一の固定電極140が可動電極120の他の一の櫛歯電極に対向している。可動電極120及び固定電極140間の電圧によって発生する静電力によって、可動電極120は振動する。
The fixed
図2に示す例において、光走査本体10は、導電性材料、例えば、シリコン基板を選択的にエッチングすることで、形成することができる。
In the example shown in FIG. 2, the
図3は、図1に示した光学部材200の詳細の一例の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of details of the
光学部材200は、透光性部材200aを含んでいる。透光性部材200aは、透光性材料、例えば、ガラス又は樹脂からなっている。
The
透光性部材200aは、面202a、面202b及び面202cを有している。図3に示す例において、透光性部材200aは、実質的に三角形形状を有している。この三角形は、厳密な三角形でなくてもよく、例えば、丸まった角を有していてもよい。透光性部材200aは、三角形形状以外の形状(例えば、三角形以外の多角形形状)を有していてもよい。
The
面202a及び面202bは、反射層210によって覆われている。反射層210は、例えば金属層、より具体的には、例えばアルミニウム層である。反射層210は、例えば、蒸着によって形成することができる。反射層210は、固定反射部212として機能する。このようにして、光学部材200は、複数の固定反射部212(第1固定反射部212a及び第2固定反射部212b)がそれぞれ形成された複数の面(面202a及び面202b)を有している。
面202cは、反射層210によって覆われていない。面202cは、透過面220として機能することができる。面202c上には、反射防止コーティングが形成されていてもよい。
図1に示した光Lは、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射を受ける前、透過面220を経由して光学部材200に入射し、第1固定反射部212aによる反射及び第2固定反射部212bによる反射の間の少なくとも一部において、光学部材200内を透過し、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bによる反射を受けた後、透過面220を経由して光学部材200から出射される。
The light L shown in FIG. 1 enters the
本実施形態によれば、複数の固定反射部212の配置を簡易に調整することができる。具体的には、本実施形態においては、複数の固定反射部212のそれぞれの配置を透光性部材200aの形状によって決定することができる。透光性部材200aの形状は、簡易に調整可能である。したがって、複数の固定反射部212の配置を簡易に調整することができる。
According to this embodiment, the arrangement of the plurality of fixed reflecting
光走査装置20は、様々な光学系、例えば、複写機、レーザプリンタ、レーザプロッタ、ファクシミリ、レーザディスプレイ又はレーザ顕微鏡に用いることができる。 The optical scanning device 20 can be used in various optical systems such as copiers, laser printers, laser plotters, facsimiles, laser displays or laser microscopes.
(変形例1)
図4は、変形例1に係る光走査装置20の側面図である。変形例1に係る光走査装置20は、以下の点を除いて、実施形態に係る光走査装置20と同様である。
(Modification 1)
FIG. 4 is a side view of the optical scanning device 20 according to Modification 1. As shown in FIG. The optical scanning device 20 according to Modification 1 is the same as the optical scanning device 20 according to the embodiment except for the following points.
光学部材200は、第3固定反射部212cをさらに含んでいる。光Lは、第1固定反射部212aの反射及び第2固定反射部212bの反射の間に第3固定反射部212cによる反射を受ける。図4に示す例においても、実施形態と同様にして、小型の可動反射部100によって、光走査における走査角を拡大することができる。
The
図4に示す例において、光学部材200の断面形状は、実質的に四角形形状を有している。この四角形は、厳密な四角形でなくてもよく、例えば、丸まった角を有していてもよい。光Lは、第1固定反射部212aによる反射、第3固定反射部212cによる反射及び第2固定反射部212bによる反射を順に受けている。
In the example shown in FIG. 4, the cross-sectional shape of the
(変形例2)
図5は、変形例2に係る光走査装置20の側面図である。変形例2に係る光走査装置20は、以下の点を除いて、実施形態に係る光走査装置20と同様である。
(Modification 2)
FIG. 5 is a side view of an optical scanning device 20 according to Modification 2. As shown in FIG. The optical scanning device 20 according to Modification 2 is the same as the optical scanning device 20 according to the embodiment except for the following points.
複数の固定反射部212は、互いに独立して配置されていてもよい。図5に示す例において、第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bは、互いに独立して配置されたミラーである。図5に示す例においても、実施形態と同様にして、小型の可動反射部100によって、光走査における走査角を拡大することができる。
The plurality of fixed
実施例に係る光走査装置20を以下のようにして製造した。 The optical scanning device 20 according to the example was manufactured as follows.
可動反射部100は、シリコン基板をマイクロマシニング加工することで形成した。可動反射部100の表面には、アルミニウムを蒸着させた。
The
光学部材200は、一辺2mm及び高さ5mmの正三角柱とした。第1固定反射部212a及び第2固定反射部212bをアルミニウム蒸着によって形成した。透過面220上には、反射防止コーティングを形成した。
The
可動反射部100の静止状態において、可動反射部100の表面及び光学部材200の透過面220の間の距離は、1.5mmとした。
The distance between the surface of the
光Lは、φ1.0mmの赤色レーザビームコリメータ光とした。 The light L was red laser beam collimator light with a diameter of 1.0 mm.
可動反射部100の傾きの角度αを10°として、光Lを光走査本体10によって走査した。走査角θは、36°であった。走査角θは、理想値(40°)とほぼ一致した。
The tilt angle α of the movable reflecting
図6及び図7は、光走査装置20のシミュレーション結果を示す。実施例に係る光走査本体10の走査角θは、図6及び図7に示すシミュレーション結果とも一致した。
6 and 7 show simulation results of the optical scanning device 20. FIG. The scanning angle θ of the optical scanning
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, these are examples of the present invention, and various configurations other than those described above can also be adopted.
10 光走査本体
20 光走査装置
100 可動反射部
110 枠体
120 可動電極
130 軸部材
140 固定電極
200 光学部材
200a 透光性部材
202a 面
202b 面
202c 面
210 反射層
212 固定反射部
212a 第1固定反射部
212b 第2固定反射部
212c 第3固定反射部
220 透過面
10 Optical scanning main body 20
Claims (4)
前記一方の側から前記可動反射部に入射して前記可動反射部による1回目の反射を受けて前記反対の側に向けて反射された光を前記一方の側に向けて反射する第1固定反射部と、
前記第1固定反射部による反射を受けた前記光を前記可動反射部に向けて反射する第2固定反射部と、
を含み、
前記第2固定反射部による反射を受けた光が前記可動反射部による2回目の反射を受け、
前記可動反射部における前記光の前記1回目の反射を受ける位置と、前記可動反射部における前記光の前記2回目の反射を受ける位置と、が互いに異なる、光走査装置。 a movable reflector rotatable about a rotation axis extending from a predetermined side toward a side opposite to the one side;
A first fixed reflection that reflects, toward the one side, light incident on the movable reflecting section from the one side, receiving a first reflection by the movable reflecting section, and reflected toward the opposite side. Department and
a second fixed reflector that reflects the light reflected by the first fixed reflector toward the movable reflector ;
including
the light reflected by the second fixed reflecting portion is reflected for the second time by the movable reflecting portion ;
An optical scanning device, wherein a position where the light is reflected for the first time on the movable reflecting section and a position where the light is reflected for the second time on the movable reflecting section are different from each other.
前記第1固定反射部及び前記第2固定反射部が設けられ、透光面を有する光学部材をさらに含み、
前記光は、前記第1固定反射部及び前記第2固定反射部による反射を受ける前、前記透光面を経由して前記光学部材に入射し、前記第1固定反射部による反射及び前記第2固定反射部による反射の間の少なくとも一部において、前記光学部材内を透過し、前記第1固定反射部及び前記第2固定反射部による反射を受けた後、前記透光面を経由して前記光学部材から出射される、光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1 , wherein
further comprising an optical member provided with the first fixed reflector and the second fixed reflector and having a translucent surface;
Before the light is reflected by the first fixed reflector and the second fixed reflector, the light enters the optical member via the translucent surface, is reflected by the first fixed reflector and is reflected by the second fixed reflector. During at least part of the reflection by the fixed reflecting section, the light passes through the optical member, is reflected by the first fixed reflecting section and the second fixed reflecting section, and then passes through the translucent surface. An optical scanning device emitted from an optical member.
前記第1固定反射部による反射を受けた前記光を前記第2固定反射部に向けて反射する第3固定反射部をさらに含む、光走査装置。 3. The optical scanning device according to claim 1 , wherein
The optical scanning device further includes a third fixed reflector that reflects the light reflected by the first fixed reflector toward the second fixed reflector .
前記光が前記可動反射部による前記1回目の反射を受けた後、前記光を第1固定反射部によって前記一方の側に向けて反射することと、
前記光が前記第1固定反射部による反射を受けた後、前記光を第2固定反射部によって可動反射部に向けて反射することと、
前記光が前記第2固定反射部による反射を受けた後、前記可動反射部による2回目の反射を前記光に受けさせることと、
を含み、
前記可動反射部における前記光の前記1回目の反射を受ける位置と、前記可動反射部における前記光の前記2回目の反射を受ける位置と、が互いに異なる、光走査方法。 Light is incident from one side on a movable reflecting portion rotatable about a rotation axis extending from a predetermined side toward the side opposite to the one side, and is reflected for the first time by the movable reflecting portion. subjecting the light to reflecting the light toward the opposite side ;
Reflecting the light toward the one side by a first fixed reflecting section after the light is reflected for the first time by the movable reflecting section ;
After the light is reflected by the first fixed reflector, the second fixed reflector reflects the light toward the movable reflector;
causing the light to undergo a second reflection by the movable reflector after the light has been reflected by the second fixed reflector;
including
The optical scanning method, wherein a position where the light is reflected for the first time on the movable reflecting part and a position where the light is reflected for the second time on the movable reflecting part are different from each other.
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