JPH03236016A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ビームを反射する走査集光レンズを用いる
光走査装置に関し、特に集光特性を容易に制御し得る光
走査装置を提供することを目的とする。

［従来の技術］ 従来のこの種の装置の一例を第７図に示す。

この装置では、所定の光源（図示せず）からのほぼ平行
な光ビーム７（１１が反射鏡７０２に入射し、ここで反
射された反射ビーム７０７が集光レンズ７０８に入射し
て焦点位置７０９上に集光する。ここで、反射鏡７０２
は反射鏡支持部７０３を介して回転軸７０４に固定され
ており、反射鏡７０２の反射面は回転軸７０４の軸方向
と平行である。

回転軸７０４は、駆動部７０５により矢印７０６の方向
に所定の角度範囲内で振動し、これにより反射ビーム７
０７が光軸ＡＸを中心として焦点位置７０９上を位置７
１０から位置７１１までの範囲て偏向走査する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如ぎ従来の技術においては、駆動部７０５で回転
＠７０４を振動動作させる際に、例えば軸受部等から摩
擦熱が発生し、また駆動部７０５の内部にある駆動回路
等からその作動に伴う熱が発生する。

これらの発生した熱は、回転軸７０４１反射鏡支持部７
０３１反射鏡７０２へと伝導し、反射鏡支持部７０３と
反射鏡７０２とで熱膨張係数が異なる材質を用いた場合
には、反射鏡７０２の反射面に歪が生じ、その歪量は時
間の経過につれて徐々に大きくなる。

このため、ここで反射偏向される反射ビーム７０７の拡
がり角（ないし平行度）が入射ビーム７０１に対して徐
々に変化し、焦点位置７０９自体、もしくは焦点位置７
０９上の偏向走査範囲が変位するという問題点があった
。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点の解決のために本発明に係る光走査装置では
、光ビームを反射する反射鏡を回動可能な軸部材に保持
し、前記軸部材を予め定めた角度範囲内で回転もしくは
振動させる駆動手段を備え、光ビームを前記反射鏡に照
射しながら前記駆動手段を作動させることにより前記光
ビームを前記角度範囲内で偏向走査する光走査装置にお
いて、前記反射鏡を反射面と平行な裏面部において前記
軸部材の反射鏡支持部に密着固定し、前記反射鏡と前記
反射鏡支持部とを互いに異なる熱膨張係数を有する材料
で構成し、前記反射鏡又は反射鏡支持部の温度を予め定
めた温度に保持する温度調整手段を設けている。

ここで、前記温度調整手段は、前記駆動手段の軸受部も
しくはその近傍の温度を検出する温度検出手段と、軸受
部を介して温度制御を行う温度制御手段とからなるもの
でもよい。

さらに、前記反射鏡と反射鏡支持部との密着部が、前記
軸部材の軸方向とこれと直角な幅方向との寸法が異なる
ものとしてもよい。

［作　用］ 本発明に係る光走査装置は上記のように構成されている
ため、温度調整手段で反射鏡と反射鏡支持部との温度を
一定に保持することにより、反射面の平面度（若しくは
曲率）を一定に保つ。

また、温度調整手段の設定温度を変更すると、反射鏡と
反射鏡支持部との熱膨張係数の違いから同一の温度変化
に対する各部材が膨張ないし収縮するときの程度が異な
るため、いわゆるバイメタル効果により反射面の曲率等
が変化する。

ここで、相互の熱膨張係数の関係から、設定温度に対応
した曲率が定まるため、反射面の曲率の変動（及び、こ
れに伴う焦点位置若しくは偏向方向等の変動）を、温度
調整手段の設定温度の変更により制御する。

一方、温度調整手段が、前記駆動手段の軸受部もしくは
その近傍の温度を検出する温度検出手段と、軸受部を介
して温度制御を行う温度制御手段とからなるものとする
と、最も発熱し易い軸受部に直接的な温度制御を行い、
かつ同時に反射鏡等の温度調整を行う。

さらに、反射鏡と反射鏡支持部との密着部の接触面形状
を、例えば何れかの方向に細長いものとすれば、前記の
曲率変化に際し、密着部の長袖方向に対してのみの方向
性をもたせた変動動作となり、焦点位置等の制御に特定
の方向性を持たせることができる。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に本発明の一実施例にかかる光走査装置の概要を
示す。

この図において、反射鏡２は反射鏡支持部３を介して回
転軸４に固定されている。回転軸４は駆動部５により矢
印６の方向に所定の角度範囲内で振動回動じ、この駆動
部５は内蔵された駆動回路（図示せず）により制御され
る。

この光走査装置における、偏向走査の動作は従来例とほ
ぼ同様であり、反射鏡２に入射する光ビーム１は、反射
鏡２の反射面により反射されて偏向光７となる。偏向光
７は、走査集光レンズ８を透過して焦点位置９上に集光
する。そして、駆動部５による反射鏡２の振動動作によ
り、偏向光７は焦点位置９上を光軸ＡＸを中心として位
置１０から位置１１まで走査する。

この光走査装置の駆動部５には、回転軸４及びその軸受
部に隣接した位置に、回転軸４の近傍の温度をモニター
するための温度測定素子１６が設けられている。さらに
、駆動部５には、駆動部５全体を加温、冷却可能な温度
制御装置１７が設けられており、その熱交換部にはベル
チェ素子を用いている（ベルチェ素子は特定の方向に電
流を流した場合は加温し、逆方向に電流を流した場合は
冷却できる素子である）。温度調整装置２２は、温度測
定素子１６からの検知信号に基ぎ温度制御装置１７の作
動を制御する。

そして、この温度制御装置１７により回転軸４及びその
軸受部等で発生する摩擦熱等の影響で、反射鏡支持部３
及び反射鏡２の温度が上昇するのを防止する。

即ち、光走査装置の通常使用状態においては、原則とし
て振動動作開始前に定めた設定温度状態を維持するため
に温度制御装置１７により駆動部５を冷却する。

この冷却動作により、回転軸４及びその軸受部等が冷却
されるため、反射鏡支持部３ならびに反射鏡２への熱伝
導による温度上昇を抑えることができる。

ここで、温度制御装置１７は、例えば本実施例のように
熱交換素子としてベルチェ素子を用いた場合などは、ベ
ルチェ素子の駆動部側の面１９は冷却動作し、それと逆
の面２０は温度上昇する。

このため温度制御装置１７の面２０に放熱板１８を設置
して放熱させている。

また、温度制御の伝達を早めるために温度制御装置１７
の熱交換部は、反射鏡２に近い駆動部５の上面で、かつ
軸受部等に近い回転軸４の近傍に設置するのが好ましい
方法である。

第２図は、本実施例における反射面の光走査時における
変動を防止し、かつ反射面の曲率の変動による焦点位置
制御動作を行なう温度調整装置２２の回路を示す。

駆動部５に設置された温度測定素子１６は、近傍の温度
をモニターし、検知温度に比例した電気信号４０を発生
する。この電気信号４０は、増幅器４１に人力されて増
幅され、温度信号４３となって差動増幅器４２に入力さ
れる。差動増幅器４２では、温度信号４３が設定電圧４
４（予め設定した温度に対応する電圧）より高いか低い
か、すなわち駆動部５の温度測定素子１６が設置された
場所の温度が設定温度より高いか低いかにより所定の制
御信号４５を出力する。この制御信号４５は、例えば温
度信号４３が設定電圧４４より高い場合は正の電圧を、
低い場合には負の電圧を、それぞれ設定電圧４４との差
に比例して出力される。そして、この制御信号４５は温
度制御装置１７を制御する温度制御回路部４６に人力さ
れる。

温度制御回路部４６では、人力される制御信号４５に応
じて順方向電流、逆方向電流を、規定温度との温度差に
応じて出力し、温度制御装置１７に電流を供給する。そ
して、この電流に対応した冷却若しくは加熱動作を温度
制御装置１７が行う。

以上のように、温度制御手段により駆動部５の温度が予
め設定した温度に保たれるので、反射鏡２の振動回転動
作中も反射面２１の曲率（平面）が一定に保たれるため
、焦点位置９の変動を抑えることが可能となる。

次に、反射鏡２及び反射鏡支持部３等の構成を第３図を
用いて説明する。

第３図は、反射鏡２と反射鏡支持部３及び回転＠４によ
って構成される部分を示す。

反射鏡２と反射鏡支持部３とは、互いに異なる熱膨張係
数を有する素材でできており、この実施例では反射鏡支
持部３は反射鏡２の反射面２５の裏面部のほぼ全面に接
着層３０を介して接合されている。

ここで、反射鏡２の反射面３２の曲率変化の様子を第４
図（ａ）　、　　（ｂ）を用いて説明する。

第４図は、第３図に示す反射鏡等を上部方向より見たも
のであり、温度Ｔ。での反射鏡２、反射鏡支持部３の上
面から見たときの状態を破線で示す。この図において、
反射鏡２と反射鏡支持部３とは、温度Ｔ。の環境条件の
もとて接着等により接合されたものとする。この温度Ｔ
０は、光走査装置の通常使用状態における環境温度であ
ることが望ましい。

また、反射鏡２の熱膨張係数をα２２反射鏡支持部３の
熱膨張係数をα３とし、反射鏡２の方が反射鏡支持部３
より熱膨張係数が小さい（α２くα３）ものとする。

反射鏡２及び反射鏡支持部３（回転軸１２及び駆動部５
も同様）が温度Ｔ。であるとぎは、反射鏡２の反射面３
２の曲率は反射鏡２と反射鏡支持部３とを接合したとき
と同しであり、仮に、反射鏡２が平面鏡（点線で示した
状態）であったとすれば、反射面３２は平面のままであ
る。

次に、反射鏡２、反射鏡支持部３の温度をＴ。

より高い温度Ｔ、（Ｔ、、＞Ｔ、）にしたときの様子を
第４図（ａ）に示す。温度Ｔ１の状態では、反射鏡２及
び反射鏡支持部３が共に（温度Ｔ。の状態に比べて）熱
膨張する。

しかし、反射鏡２の方が反射鏡支持部３より熱膨張係数
が小さい（α２くα３）ため、各々の熱膨張量△ｘ２．
△ｘ３の関係は、△ｘ２＜△ｘ３である。

従って、いわゆるバイメタル効果により反射鏡２の反射
面３２は、実線で示したような凹面になる。

逆に、第４図（ｂ）には、温度Ｔｏより低い温度Ｔ　ｂ
　　（Ｔ　ｂ　＜　Ｔ　ｏ　）にしたときの様子を示し
ている。温度Ｔｂの状態では、反射鏡２°の収縮量△ｘ
２“の方が反射鏡支持部３°の収縮量△Ｘ３°より小さ
いため（△ｘ２°く△ｘ、’）、反射鏡２゛の反射面３
２゛は凸面になる。

従って、本実施例では温度調整手段の設定温度を変化さ
せることにより反射鏡２の反射面の曲率を制御できる。

即ち、反射鏡と反射鏡支持部との熱膨張係数の相違から
、基準温度（例えば平面状態、製作時の温度等）からの
温度変化に伴う曲率の変化量が定まるため、設定温度に
対応する曲率（この曲率は計算等により求めてもよいが
、実際の設定温度における測定値等でもよい。）が求め
られる。このため、希望する曲率に応じた温度を設定す
ればよい。

さらに、本発明ではこのような反射鏡と走査集光レンズ
とを組み合わせているために、走査集光レンズ透過後の
光束の焦点位置を制御できる。これは、例えば第４図（
ａ）の反射面３２のように反射光７が集束する凹面反射
鏡とした場合には、焦点位置９が集光レンズ８側に近づ
き、逆に第４図（ｂ）の反射面３２°のように反射光７
が発散する凸面反射鏡とした場合には、焦点位置９が集
光レンズ８側から遠ざかる為である。そして、前述した
ような光走査中に回転軸４を伝わってくる熱その他振動
等の要因により、焦点位置９のズレ等の問題が生じた場
合にも、回転軸４等の駆動部５の温度を制御することに
より解決される。

ここで、前記の駆動部５の温度制御に関し、上記の焦点
位置９の変動を検知してフィードバックさせることによ
り制御してもよい。

このように、通常の使用状態において光走査装置から生
じる熱によって反射鏡２は第４図（ａ）のように凹面鏡
（熱膨張率の関係によっては凸面鏡にもなる。）になる
場合があるが、回転軸４等の駆動部５を冷却することに
より平面若しくは凸面になるような変化を生じさせるこ
とが可能であり、かつその温度を一定に保つことで、反
射面の曲率並びに焦点位置を一定に保つことができる。

さらには、設定温度を変更することにより反射面の曲率
及び焦点位置を任意に変更できるため、正確な偏向走査
がおこなえる。

次に、第５図、第６図を用い本発明の他の実施例を説明
する。

第５図は本発明に係る第２の実施例を示すものであり、
反射鏡５０２は反射鏡支持部５０３にその裏面を支持固
定されている。ここで、回転軸５０４の軸方向をＸ方向
、回転軸と垂直で反射鏡５０２に沿った方向をＸ方向と
するとき、反射鏡支持部５０３はＸ方向に細長い部材か
ら成り、反射鏡５０２との接合部５３０も同様にＸ方向
に細長くなっている。

このため、回転軸５０４以下を前述した第１実施例を示
す第１図、第２図と同様な構成をとることにより、反射
鏡５０２と反射鏡支持部５０３との間にＸ方向のみの収
縮・膨張効果を現出させることができるため、反射面５
３２の曲率をＸ方向にのみ変化させることが可能となる
。

これを、第１図の走査集光レンズ８と組み合わせたとき
は、例えば反射鏡５０２のＸ方向、Ｘ方向に対応したＸ
方向焦点位置９（ｘ）とＸ方向焦点位置９（Ｙ）とで光
軸上のずれが生じていた場合に対して、上記のように反
射面５３２の曲率をＸ方向にのみ変化させ、Ｘ方向焦点
位置９（Ｙ）のみを光軸ＡＸ上で前後させることによっ
て、Ｘ方向。

Ｘ方向両方の焦点位置９　（Ｘ）　　（Ｙ）を一致させ
ることが可能となる。

これとは逆に、反射鏡支持部をＸ方向に細長い部材で構
成し、反射鏡との接合部も同様にＸ方向に細長く構成し
たものを用いれば、反射面のＸ方向のみの曲率を制御す
ることが可能である。

また、この場合に本実施例においては、偏向方向とＸ方
向とが平行であるため、反射面のＸ方向のみの曲率を変
化させることにより、偏向角度範囲の制御を行うことも
可能である。

さらに、第６図に示す第３の実施例のように、反射鏡支
持部を６０３ａと６０３ｂ、ｂ’　とで構成し、反射鏡
支持部６０３ａにより保持した反射鏡支持部６０３ｂ、
ｂ’を反射鏡に密着させる構成とすることも考えられる
。

この実施例においては、反射鏡支持部６０３ａと反射鏡
６０２との熱膨張係数を同じくすればＸ方向にのみに、
また反射鏡支持部６０３ｂ、ｂ’と反射鏡６０２との熱
膨張係数を同じくすればＸ方向にのみに方向性を持たせ
た曲率変化を生じさせることが可能であり、それぞれ異
なる熱膨張係数とすれば、Ｘ方向とＸ方向とで異なる変
化率を持たせることができる。

ここで、本発明における密着部は原則として上記のよう
な接合部を言い、反射鏡支持部材の形状とは異なる。従
って、第１の実施例において接合部のみを縦長あるいは
横長にしたものも同様の効果を奏するものである。

さらに、例えば上下に分割されたに二点部において接合
されている場合にも同様な効果が期待できるため、その
接合部及びそれらの間の部分も密着部に該当するものと
する。

なお、上記の各実施例では、反射鏡２に石英ガラス（熱
膨張係数α、　＝０．４　ｘ　１０−’ｍ／ｌ　）、反
射鏡支持部３にはステンレス鋼（α、　＝１６Ｘ１０−
’ｍ／’ｅ）を用い、エポキシ系の接着剤により接合さ
れているが、この材質はこれらものに限定されるものて
はない。

ここで、反射鏡２と反射鏡支持部３とを接着する場合に
は、接着層３０の厚さは薄い方（例えば、本実施例では
１０μｍ程度）が好ましい。これは、接着層３０が厚い
といわゆるバイメタル効果が、接着層３０により吸収さ
れて緩和されるため、本発明の効果が減ぜられるからで
ある。ただし、この接着層３０の厚さは上記に限定され
るものではなく、接着剤の材質、特性等により、さらに
は相互の接着部の面積等により最適な厚さが定まるもの
である。

一方、反射鏡２の厚さは、駆動部５による振動回転動作
時に発生する矢印６方向のトルクによって弾性変形しな
い程度の厚さが必要であるが、バイメタル効果を受けや
すくするためにはあまり厚くし過ぎない方が好ましく、
反射鏡の材質、大ぎさ等から適時窓める必要がある。

また、上記の実施例では、回転軸４と反射鏡支持部３と
は、接着ないしビスにより支持固定されているが一体に
構成されたものでもよい。

さらに、温度制御装置は光走査装置本体と別体にし、熱
交換部を例えばヒートバイブ等を延設することにより、
反射鏡、反射鏡支持部、若しくは回転軸にあるいはその
軸受部の近傍まで配設してもよい。これは、温度検知手
段の検知部についても同様であるが、反射鏡及び反射鏡
支持部の温度を直接検知しさらに温度制御を行うことが
、曲率並びに焦点位置を検知し制御する観点から見れば
好ましい。

このため、非接触型の例えば赤外線等を用いた温度検知
手段（サーモカメラ）等を用いることも考えられる。

しかしながら、これらの装置は高個であること、装置が
大型化すること等の難点がある。

本実施例のように、実際に熱が発生する部分の温度を検
知し、その部分に対して直接温度制御を行うことにより
、間接的に反射鏡及び反射鏡支持部の温度を検知並びに
温度制御を行う装置とすれば、小型で、製作が容易であ
り、しかも製作コストを抑えることができる利点がある
。

加えて、軸受部等から熱が発生した場合、その熱が回転
軸を伝導して反射鏡支持部、さらには反射鏡へと伝導す
るにはかなりの時間がかかるものであり、実際に反射鏡
等の温度変化を検知した場合にそれを戻すにも、上記の
各部材を全て冷却する必要があるのでかなりの時間を要
する。

従って、直接温度検知等を行う場合には、検知手段の精
度及び冷却手段等のレスポンス性能等が要求される。

本実施例では、熱源の近くで温度検知及び制御を行って
いるため、熱の発生に対しての反応が早く、しかも上述
した反射鏡へ熱が伝導する迄の時間内で冷却等を完了す
るため温度変動自体が生じにくく、かつレスポンス性能
に優れた装置となる利点があり、さらに上記の直接検知
に要求される程の精度等が問題と成らない利点もある。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係る光走査装置によれば、反射
鏡と反射鏡支持部との温度を一定に保つことができるの
で、安定した偏向走査を行うことができる。

また、温度調整手段の設定温度を調整することにより、
反射鏡の曲率を変化させることができるので、走査集光
レンズと組み合わせたときに得られる収束走査ビームの
焦点位置を制御することができる。

さらに、反射鏡の振動回転動作時に回転軸等で発生した
摩擦熱等により反射鏡の曲率が経時的に変化するの抑え
ることができるとともに、仮に曲率又は焦点位置が変化
した場合にも、その修正が容易に行うことができる利点
がある。

また、請求項（２）に記載の発明によれば、簡単でかつ
安価な装置で温度制御並びに、曲率、焦点位置の制御が
行える効果があり、かつ、熱発生源に直接的に温度調整
を行うため、効率的な制御動作を行える利点を有する。

加えて、請求項（３）に記載の発明によれば、反射鏡と
反射鏡支持部との密着部の形状を考慮することにより、
反射鏡の曲率変化の制御に方向性を持たせることができ
るので、特に収束走査ビームの焦点位置がズしていると
きなどは、その補正を容易に行なえる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる光偏向装置の概要を
示す説明図、第２図は上記の実施例における温度制御装
置の電気制御回路を示す回路図、第３図は反射鏡部分を
示す説明図、第４図（＾）（Ｂ）は反射鏡の曲率変化の
動作状態を示す説明図、第５図、第６図は本発明の他の
実施例にかかる反射鏡部分を示す説明図、第７図は従来
の光走査装置を示す説明図、 ［主要部分の符号の説明］ ２・・・反射鏡、３・・・反射鏡支持部、４・・・回転
軸、３０・・・接合部、３２・・・反射面、１６・・・
温度測定素子、１７・・・温度制御装置、８・・・走査
集光レンズ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを反射する反射鏡を回動可能な軸部材に
   保持し、前記軸部材を予め定めた角度範囲内で回転もし
   くは振動させる駆動手段を備え、光ビームを前記反射鏡
   に照射しながら前記駆動手段を作動させることにより前
   記光ビームを前記角度範囲内で偏向走査する光走査装置
   において、前記反射鏡は、反射面と平行な裏面部におい
   て前記軸部材の反射鏡支持部に密着固定されており、 前記反射鏡と前記反射鏡支持部とは互いに異なる熱膨張
   係数を有する材料からなり、 前記反射鏡又は反射鏡支持部の温度を予め定めた温度に
   保持する温度調整手段を設けたことを特徴とする光走査
   装置。
2. （２）前記温度調整手段が、前記駆動手段の軸受部もし
   くはその近傍の温度を検出する温度検出手段と、軸受部
   を介して温度制御を行う温度制御手段とからなることを
   特徴とする請求項（１）記載の光走査装置。
3. （３）前記反射鏡と反射鏡支持部との密着部が、前記軸
   部材の軸方向とこれと直角な幅方向との寸法が異なるこ
   とを特徴とする請求項（１）又は（２）に記載の光走査
   装置。