JPH0584922U - 光スキャニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光スキャニング装置の小型化及び高速化を目
的とする。 【構成】 光スキャニング装置は球面の一部を切り取っ
た形状の反射面１を有する凹面鏡２を備えている。多面
体ミラー４は主軸３を中心として回転し複数個の反射面
５を備えている。又複数個の導光素子１０が主軸３の周
りに放射状に配置され多面体ミラー４とともに回転す
る。個々の導光素子１０は多面体ミラー４の１つの反射
面５と夫々対をなす。導光素子１０の入光面１２は光軸
７上において球中心１４から球半径の略中点に配置され
ている。又導光素子１０の出光面１３近傍には受光素子
１５が固定配置されており、その受光面は凹面鏡２に対
向している。主軸３に平行な入射光６は反射面５により
反射されスキャン光８となって標的物を照射する。スキ
ャン光８に平行な戻り光１６は凹面鏡２により反射され
た後入光面１２上に集光する。この集光は導光素子１０
を介して出光面１３から放出され受光素子１５により受
光される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光線をスキャニング投光し標的からの反射光あるいは散乱光を受光検 出する光スキャニング装置に関する。光スキャニング装置は例えばレーザレーダ に組み込まれる。レーザレーダは自動車や列車等の移動体に取り付けられ前方あ るいは後方の遠隔物にレーザ光を照射し、その反射光を受光する事により障害物 等を検出したり、あるいは距離を測定する為に用いられる。又、光スキャニング 装置はバーコードリーダにも組み込まれ、物品に付されたバーコードの読み取り に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】

図７を参照して、従来の光スキャニング装置の典型的な構成例を簡潔に説明す る。図示する様に、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光１０２はポリゴン ミラー１０３によって偏向され、スキャニング出力光１０４となって目標物をス キャニングする。ポリゴンミラー１０３はモータ１０５の回転軸に取り付けられ ておりその反射多面は高速回転する。目標物からの反射光あるいは散乱光のうち スキャニング出力光１０４に略平行な戻り光１０６はポリゴンミラー１０３によ り反射された後偏向ミラー１０７及び集光レンズ１０８を介して集光され受光素 子１０９で受光される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上述した従来の構成においては、ポリゴンミラー１０３がスキャニング用と受 光用を兼ねた構造となっている。微弱な戻り光１０６の検出感度を高め且つ誤検 出を防止する為に受光量は大きい程好ましい。ポリゴンミラー１０３の反射面積 寸法は主として所定の受光量を確保する観点から決定され、大きなミラー程受光 の面で有利になる。但し、レーザ光スキャニングの観点からは、反射面積との関 連はない。受光量を確保する為に反射面積を大きくとると必然的にポリゴンミラ ーの質量の増加をもたらす。例えば、反射面積あるいは受光面積を２倍にすると ポリゴンミラーの質量もしくは体積は２倍になってしまう。一方光スキャニング 装置の高性能化を図る為には高速スキャニングが必要になる。しかしながら相当 程度の重量を有するポリゴンミラーを高速駆動する為には当然高出力のモータ１ ０５が必要になり、光スキャニング装置の小型化を図る上で障害になっていると いう課題がある。従来の反射面と受光面を共用した構造においては、受光量の確 保が優先されておりポリゴンミラーを小型化あるいは軽量化できない。従って高 速化と小型化を同時に達成する事が不可能であった。高速化の為には高出力のモ ータを使用しなければならず小型化に相反する事となる。又、ポリゴンミラーの 軽量化を図ると受光面積が必然的に縮小され検出感度あるいは検出精度が犠牲に なる。この様に受光量確保と小型化は両立し得ず、高速化と小型化も又両立不可 能であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上述した従来の技術の課題に鑑み、本考案は受光量を犠牲にする事なく光スキ ャニング装置の小型化及び高速化を可能とする改良された構造を提供する事を目 的とする。この為に、反射スキャニング用ミラーと受光用ミラーを分離し、前者 を極力小型化する事で高速駆動を可能とし且つ後者を固定配置し十分な戻り光の 受光量を確保する様にしている。さらに受光素子を反射専用ミラーと連動する様 にし、戻り光の集光点を常時受光素子が追跡できる様にしている。

【０００５】 図１を参照して本考案の目的を達成する為に講じられた手段を具体的に説明す る。図示する様に、本考案にかかる光スキャニング装置は球面の一部を切り取っ た形状の反射面１を有する凹面鏡２を備えている。この凹面鏡２は固定配置され ている。凹面鏡２と対面した球直径を主軸３としてその周りを回転する複数個の 反射面を有する角錐ミラーあるいは多面体ミラー４が設けられている。なお図示 を簡略化する為に１個の反射面５のみを示している。この反射面５は主軸３に対 して傾斜配置されている。主軸に沿った入射光６は反射面５により反射され光軸 ７に沿って放射されるスキャン光８となる。多面体ミラー４はモータ９等からな る駆動手段により回転駆動される。従って、光軸７は主軸３の周りを回転する。

【０００６】 導光素子１０が主軸３の周りに放射状に配置されているとともに、腕部材１１ を介して多面体ミラー４に取り付けられている。従って導光素子１０は多面体ミ ラー４と一体となって回転する。導光素子１０は多面体ミラー４の反射面５の個 数と同じだけ設けられる。但し、図示を簡略化する為に１個のみを示している。 各導光素子１０は多面体ミラー４の各々の反射面５と夫々対をなす。図では一対 の導光素子１０及び反射面５のみを示している。導光素子１０は入光面１２と出 光面１３を有している。入光面１２は光軸７上において球中心１４から球半径の 略中点位置に配置されている。この入光面１２はスキャン光８あるいは出射光と 逆向きに配置されている。一方出光面１３は球中心１４近傍に配置されている。 入光面１２と出光面１３を結ぶ導光素子１０の軸は前述した光軸７に略一致して いる。さらに、球中心１４の近傍には受光素子１５が固定配置されている。受光 素子１５の受光面は凹面鏡２に対して対向配置されているとともに、各導光素子 １０の出光面１３と整合する様になっている。

【０００７】

【作用】

上述した構成によれば、多面体ミラー４は入射光６をスキャニングする目的の みに専用化され小型軽量で良いので、比較的低出力のモータ９であっても高速回 転駆動可能である。一方固定配置された凹面鏡２は受光専用であり、スキャン光 ８に平行な戻り光１６を略所定の位置に集光する。この集光位置は球中心１４か ら伸びる球半径の中点位置に一致する。図示する幾何光学的関係から明らかな様 に、スキャン光８の光軸７に平行な戻り光１６の大部分がこの中点位置に集光さ れる。但し、光軸７から離れるに従って戻り光１６の集光位置は若干凹面鏡２側 にずれる。しかしながらこの程度の誤差は実用上問題はない。この中点位置に導 光素子１０の入光面１２が配置される。従って凹面鏡２により集光された戻り光 １６は入光面１２を介して導光素子１０により導かれ球中心１４近傍に位置する 出光面１３から放射される。入光面１２の面積をある程度大きくとる事により戻 り光１６の大部分を効果的に導光できる。球中心１４近傍に固定配置された受光 素子１５は導光素子１０の出光面１３から放射された戻り光１６を全て受光でき る。

【０００８】 図２に導光素子の具体例を示す。この導光素子１０は屈折率が空気より大きい ガラス等の棒状材料からなり、例えば光ファイバを用いる事ができる。この棒部 材の一端が入光面１２となり他端が出光面１３となる。図示しない凹面鏡２によ り反射された戻り光１６は入光面１２により屈折され棒部材１０の内壁で全反射 を繰り返した後出光面１３から放出され、その近傍に固定配置された受光素子１ ５で受光される。

【０００９】 図３は導光素子の他の具体例を示す。本例では導光素子として集光レンズある いはコリメータレンズ１７が用いられている。このコリメータレンズ１７の焦平 面が入光面１２を構成する。この焦平面に入射した戻り光１６はレンズ１７によ り平行ビームとなって受光素子１５の受光面を直接に照射する。従ってこの導光 素子の出光面は受光素子１５の受光面に一致する。

【００１０】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の好適な実施例を詳細に説明する。図４は本考案に かかる光スキャニング装置の一実施例を示す断面図である。この断面は光軸７及 び主軸３を含んでいる。ベース１８の上には球反射面１を有する凹面鏡２が立て 掛けた状態で固定配置されている。一方多面体ミラー４は略角錐形状を有しモー タ９の回転軸１９先端に固着されている。この回転軸１９は主軸３と一致する。 この多面体ミラー１９は複数の反射面５Ａ，５Ｂ，…を備えている。各反射面は 主軸３に対して夫々若干異なった角度で傾斜している。レーザ光源２０から放射 したレーザ光は反射鏡２１により主軸３に平行に反射された後、多面体ミラー４ によりさらに反射されてスキャン光８として標的物を投光する。多面体ミラー４ の回転に伴なって各反射面の傾斜角が変化するのでスキャン光８の垂直方向偏角 が変化し所謂ラスタスキャンが行なわれる。従ってスキャン光８に平行な光軸７ も多面体ミラー４の回転に伴なって変化する。

【００１１】 多面体ミラー４の上面には主軸３を囲む様に放射状に複数の導光部材１０Ａ， １０Ｂ，…が固着されており、多面体ミラー４と一体となって回転する。導光素 子の個数は多面体ミラー４の反射面の個数と同一であり且つ５Ａと１０Ａ，５Ｂ と１０Ｂの様に対をなす。例えば反射面５Ａと対をなす導光素子１０Ａは共通の 光軸７に関し整合しており、スキャン光８の標的からの戻り光１６を受光素子１ ５へ導く役割を果たす。受光素子１５は凹面鏡２の上端から張り出された支持部 材２２を介して、多面体ミラー４の中央に設けられた凹部に配置されている。そ の受光面は凹面鏡２の球反射面１に対面している。

【００１２】 図５は図４に示す光スキャニング装置の平面図である。この例では多面体ミラ ー４は８分割された反射面５Ａ，５Ｂ，…を有し八角形の角錐形状である。各反 射面に入射した光６は多面体ミラー４の回転に伴なって水平方向にスキャニング される。同時に、傾斜角の異なる反射面に切り換わる毎に垂直方向にスキャニン グされる。８個の分割反射面５Ａ，５Ｂ，…に対応して８本の導光素子が放射状 に配列されている。導光素子１０Ｂは分割反射面５Ｂと対をなす。又他の分割反 射面５Ａは丁度支持部材２２の影になった導光素子１０Ａと対をなす。これらの 導光素子は多面体ミラー４と一体となって回転する。

【００１３】 最後に図６を参照して図４及び図５に示す光スキャニング装置の動作を詳細に 説明する。図示では多面体ミラー４の分割面５Ａにより入射光６が反射されスキ ャニング光８Ａとなってスクリーン２３上に水平な走査ライン２４Ａを投写する 。分割反射面５Ａと対をなす導光素子１０Ａの入光面１２Ａは球反射面１によっ て反射集光された戻り光１６Ａの集光点に位置する。即ちスキャン光８Ａと平行 な球半径の略中点位置に置かれる。スキャン光８Ａは分割反射面５Ａの傾斜角に 応じた走査ライン２４Ａを描く。標的即ちスクリーン２３からの戻り光のうちス キャン光８Ａに略平行でその近傍にある戻り光１６Ａは球反射面１で反射され対 応する導光素子１０Ａの入光面１２Ａに集光される。入光面１２Ａより入った光 は導光素子１０Ａの内壁で全反射を繰り返し出光面から放出され受光素子１５に より受光される。

【００１４】 多面体ミラー４が１８０度回転し他の分割反射面５Ｂにより入射光６がスキャ ニングされる状態を点線で示す。この分割反射面５Ｂは先の分割反射面５Ａと傾 斜角が異なるのでスキャン光８Ｂの偏角も異なり垂直方向に変位した走査ライン ２４Ｂをスクリーン２３上に投写する。これに併せて、対応する導光素子１０Ｂ の導光光軸も傾斜変化しており、入光面１２Ｂは戻り光１６Ｂの集光位置に整合 する。この導光素子１０Ｂにより導かれた戻り光は共通の受光素子１５により全 て受光される。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明した様に、本考案によれば、スキャニング専用の多面体ミラーと受光 専用の凹面鏡を分離して設ける事により、多面体ミラーの軽量化及び小型化を図 った。これにより光スキャニング装置の高速駆動化が可能になるという効果があ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる光スキャニング装置の基本的な
構成を示す模式図である。

【図２】本考案にかかる光スキャニング装置に用いられ
る導光素子の具体例を示す模式図である。

【図３】同じく導光素子の他の具体例を示す模式図であ
る。

【図４】本考案にかかる光スキャニング装置の一実施例
を示す断面図である。

【図５】同じく本考案にかかる光スキャニング装置の一
実施例を示す平面図である。

【図６】図４及び図５に示す光スキャニング装置の動作
説明図である。

【図７】従来の光スキャニング装置を示す模式的な斜視
図である。

【符号の説明】

１ 球反射面 ２ 凹面鏡 ３ 主軸 ４ 多面体ミラー ５ 反射面 ６ 入射光 ７ 光軸 ８ スキャン光 ９ モータ １０ 導光素子 １１ 腕部材 １２ 入光面 １３ 出光面 １４ 球中心 １５ 受光素子 １６ 戻り光

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線をスキャニング投光し標的からの反
   射光を受光検出する光スキャニング装置において、 球面の一部を切り取った形状の反射面を有する凹面鏡
   と、 該凹面鏡と対面した球直径を軸として回転する複数個の
   反射面を有する角錐ミラーと、 前記回転軸の周りに放射状に配置され前記角錐ミラーと
   ともに回転する、前記角錐ミラーの反射面と同数の導光
   素子とを備え、 各導光素子は前記角錐ミラーの反射面の一つと夫々対を
   なし、各対において導光素子は反射面からの出射光に平
   行で逆方向の球半径の略中点にその入光面を置き、その
   光軸が該球半径と概ね一致すべく配置されているととも
   に、 球中心附近においてその受光面を凹面鏡に対向させて設
   置された受光素子と、 前記角錐ミラーと前記導光素子を回転させる駆動手段と
   を備えた事を特徴とする光スキャニング装置。
2. 【請求項２】 前記導光素子は光ファイバからなる事を
   特徴とする請求項１に記載の光スキャニング装置。
3. 【請求項３】 前記導光素子は集光レンズからなる事を
   特徴とする請求項１に記載の光スキャニング装置。