WO2006059607A1 - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

　光ビーム走査装置（１ａ）は、８８０ｎｍのレーザ光を出射する光源装置（１０）と、この光源装置（１０）から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構（２００）とを有しており、光偏向機構（２００）は、光偏向素子としてのポリゴンミラー（２１０）を備えている。光源装置（１０）は、レーザダイオードからなる発光源（２０）と、この発光源（２０）から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第１の方向および第２の方向のうちの少なくとも一方でポリゴンミラー（２１０）の反射面（２１１）あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズ（３０）とを有している。

Description

明 細 書

光ビーム走査装置

技術分野

[0001] 本発明は、光源装置から出射された光ビームを所定の方向に走査する光ビーム走 查装置に関するものである。

背景技術

[0002] 光ビーム走査装置は、レーザプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成 装置や、バーコード読取装置、車間距離測定装置などに幅広く利用されている。画 像形成装置に用いられる光ビーム走査装置としては、レーザダイオードなどのレーザ 発光素子から出射された光ビームをポリゴンミラーにより周期的に偏向させ、感光体 などの被走査面上を反復走査させる。測定装置では、光ビーム走査装置から出射さ れた走査ビームが被照射物で反射した反射ビームを光検出器により受光することに よって情報を検出する。このとき、反射ビームは、ポリゴンミラーによる走査角度に対 応する入射角度で光検出器に向力うことになる。光偏向素子としては、ポリゴンミラー を回転させる以外に、揺動する反射板が用いられることがあり、この場合、反射板の 揺動により光ビームを一定の角度範囲で走査する。

[0003] ここで、ポリゴンミラーや反射板に照射する光ビームは、光源から出射された光ビー ムをコリメ一トレンズで発散度合いをある程度、小さくした光である。このような光のポリ ゴンミラーや反射板への入射面積は、光ビーム反射面の有効径に相当し、このような 有効径によりポリゴンミラーや反射板のサイズが決定される（例えば、特許文献 1、 2 参照)。

[0004] なお、光ビーム走査装置では、レーザ発光素子とコリメートレンズとの間に絞りを配 置している。また、光ビーム走査装置では、光ビームを走査角度に同期してパルス状 に照射している。

[0005] し力しながら、従来の光ビーム走査装置においては、ポリゴンミラーに入射する光ビ 一ムの径がかなり大きいため、ミラーには、これ以上のサイズが求められる。このため 、従来の光ビーム走査装置においては、ポリゴンミラーを小型化できないので、光ビ ーム装置を小型化できないとともに、ポリゴンミラーの生産性が低いという問題点があ る。また、ポリゴンミラーを榭脂成形により製造しょうとすると、ヒケが起こりやすぐ生産 性や歩留まりを向上させるのが困難である。さらに、ポリゴンミラーをモータで駆動す る際、バランスがとりにくぐジッタ特性を悪ィ匕させる原因となっている。

[0006] 一方、反射板を揺動運動させる方式の中にはシリコンマイクロマシニング技術を利 用してシリコン基板とねじりパネを用いて電磁カゃ静電力で駆動するものが提案され ている。し力しながら、この技術は、微小領域を形成するのには有効であるが、従来 のように、ビーム径が大きな光ビームを扱う場合には極めて高コストとなり、超小型反 射板のメリットを生力せな 、と 、う問題点がある。

特許文献 1：特開平 11—014922号公報

特許文献 2：特開平 11― 326806号公報

発明の開示

[0007] 以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ポリゴンミラーなどの光偏向素子の小 型化を図ることのできる光ビーム走査装置を提供することにある。

[0008] また、ポリゴンミラーを用いた場合よりもさらに小型化を図ることのできる光ビーム走 查装置を提供することにある。

[0009] 上記の課題を解決するために、本発明では、光源装置と、該光源装置から出射さ れた光ビームを光偏向素子によって所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向 機構とを有する光ビーム走査装置において、前記光源装置は、光軸方向に直交する 第 1の方向および第 2の方向のうちの少なくとも一方で前記光偏向素子あるいはその 近傍で合焦する収束光を出射することを特徴とする。

[0010] 本発明において、光源装置は、光軸方向に直交する第 1の方向および第 2の方向 のうちの少なくとも一方で光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射す るため、第 1の方向および第 2の方向のうちの少なくとも一方では光偏向素子の小型 化を図ることができる。従って、光偏向素子については、その生産性を高めることがで きるとともに、最新の微細化技術を利用して、例えば、走査点数を増大させることので きる光偏向素子を提供することができる。また、光偏向素子を小型化すると、それを 駆動する際のノランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、 光偏向素子を駆動するモータなどの駆動機構についてもその小型化を図ることがで きる。

[0011] 本発明において、前記光源装置は、例えば、発光源と、該発光源から出射された 光ビームを、光軸方向に直交する第 1の方向および第 2の方向のうちの少なくとも一 方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズとを備え ている。

[0012] 本発明において、前記発光源は、例えば、レーザ発光素子である。

[0013] 本発明において、前記レンズには、前記第 1の方向と前記第 2の方向で発散角の 異なる光ビームが入射する場合、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビー ムを、前記第 1の方向と前記第 2の方向のうち、少なくとも発散角が大きい方向で前 記光偏向素子あるいはその近傍で合焦させることが好ましい。すなわち、発光源から 出射される光ビームが楕円のファーフィールドパターンを有している場合には、長軸 方向の光を収束させることが好ましぐ光ビームが絞り部材によって整形されている場 合には、その長径方向の光を収束させることが好ましい。このように構成すると、光偏 向素子の小型化を効率よく行うことができる。

[0014] 本発明において、前記レンズには、前記第 1の方向と前記第 2の方向で発散角の 異なる光ビームが入射する場合、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビー ムを、前記第 1の方向と前記第 2の方向のうち、少なくとも発散角が小さい方向で前記 光偏向素子あるいはその近傍で合焦させる構成を採用してもよい。

[0015] 本発明において、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを前記第 1の 方向および前記第 2の方向の双方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する 収束光として導くことが好ましい。このように構成すると、第 1の方向および第 2の方向 の 、ずれの方向にぉ ヽても光偏向素子の小型化を図ることができる。

[0016] 本発明において、前記発光源から前記収束光の合焦位置までの距離が 100mm 以下であることが好ましい。

[0017] 本発明において、前記レンズは、例えば、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリ ックレンズ、トロイダルレンズ、またはシリンドリカルレンズである。

[0018] 本発明において、前記レンズは、前記発光源側が正のパワーを備えた曲面であり、 前記光偏向素子側が平面であることが好ましい。レンズの出射面が平面であれば光 源装置の出射面の側にレンズの出っ張りがな 、ので、光源装置を光ビーム装置に組 み込む際、レンズの出射面を傷つけることがない。

[0019] 本発明において、前記光源装置は、前記発光源と前記レンズとの間に前記発光源 を装着可能な凹部を備えたホルダ状絞り部材を備える場合がある。この場合、前記ホ ルダ状絞り部材における絞り開口の中心位置は、当該ホルダ状絞り部材の外形の中 心位置と一致し、前記凹部の中心位置は、前記発光源において前記凹部に装着さ れる部分の外形の中心位置が発光点力も偏芯している寸法分だけ、前記ホルダ状 絞り部材の外形の中心位置力も偏芯して 、ることが好ま 、。

[0020] 本発明において、前記レンズと前記絞り開口とは外径寸法が略一致していることが 好ましい。このように構成すると、絞りとレンズとの光軸調整を容易に行うことができる

[0021] 本発明にお 、て、前記レンズは、榭脂製であることが好ま 、。発光源をパルス発 光させれば発熱が極めて小さいので、榭脂製のレンズを用いることができ、このような 榭脂製のレンズであれば、榭脂成形により安価に製造できる。

[0022] 本発明において、前記光偏向機構としては、例えば、前記光偏向素子としての多 角柱状のポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーをその軸線回りに回転させる駆動駆動機 構とを有して 、るものを用いることができる。

[0023] 本発明において、前記光偏向素子としてポリゴンミラーを用いる場合、前記ポリゴン ミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転中心軸線に対して直交する方向で 前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する光ビームになって 、ることが好ま ヽ 。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走 查を行うことができる。

[0024] 本発明において、前記光偏向素子としてポリゴンミラーを用いる場合、前記ポリゴン ミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転中心軸線に対して直交する方向お よび平行方向の双方で前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する光ビームに なっていることが好ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることが でき、かつ、二次元の光走査に加えて、一次元の光走査も行うことができる。 [0025] 本発明において、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、 該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクのディ スク面には、周方向において分割された複数の光偏向領域が形成され、当該複数の 光偏向領域は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射する ことが好ましい。ディスク状の光偏向素子を用いた場合には、光ビーム走査装置の小 型化を図ることができ、かつ、光偏向素子を榭脂成形により製造する場合にも、ヒケな どの問題が発生しにくい。

[0026] 本発明においては、前記光偏向ディスクとして透過型光偏向ディスクを用いることが できる。この場合、前記透過型光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分 割された複数の光偏向領域が形成され、前記複数の光偏向領域の各々は、入射さ れた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に屈折させて出射する傾斜面が 形成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方 向に出射する。

[0027] 本発明においては、前記光偏向ディスクとして反射型光偏向ディスクを用いることが できる。この場合、前記反射型光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分 割された複数の光偏向領域が形成され、前記複数の光偏向領域の各々は、入射さ れた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に反射して出射する傾斜面が形 成されていることにより、入射してきた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向 に出射する。

[0028] このような光偏向ディスクを備えた光ビーム走査装置において、前記傾斜面は、例 えば、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に向力つて傾斜しており、前記傾 斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向領域の各々で連続的に変化 していることが好ましい。

[0029] また、本発明において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に 向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏 向領域の各々で連続的に変化して 、る構成を採用してもょ 、。

[0030] 本発明において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割され ていることが好ましい。 [0031] 本発明において、前記光偏向素子として前記光偏向ディスクを用いた場合、前記 光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向で前記光偏向ディス クある！/、はその近傍で合焦する光ビームになって 、ることが好まし!/、。このように構成 すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元の光走査を行うことがで きる。

[0032] 本発明において、前記光偏向素子として前記光偏向ディスクを用いた場合、前記 光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの周方向および半径方向の双 方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになって 、ることが好 ましい。このように構成すると、光偏向素子の小型化を図ることができ、かつ、二次元 の光走査だけでなぐ一次元の光走査も行うことができる。

[0033] 本発明において、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、 該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクとして 、入射された光ビームを屈折させて出射する傾斜面がディスク面に形成された透過 型光偏向ディスクを採用した場合、前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾 斜角度が周方向で連続的に変化して 、る構成を採用してもょ 、。

[0034] 本発明において、前記光偏向機構は、前記光偏向素子としての光偏向ディスクと、 該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、前記光偏向ディスクとして 、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク面に形成された反射型 光偏向ディスクを採用した場合、前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜 角度が周方向で連続的に変化して ヽる構成を採用してもょ ヽ。

図面の簡単な説明

[0035] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る光ビーム走査装置において光源装置から出射さ れた光がポリゴンミラーに照射された状態を示す説明図である。

[図 2] (a)、 （b)はそれぞれ、実施の形態 1に係る光ビーム走査装置に用いた光源装 置から出射される光ビームの第 1の方向での状態を示す説明図、および第 2の方向 での状態を示す説明図である。

[図 3] (a)、 （b)、 （c)はそれぞれ、本発明の実施の形態 1に係る光ビーム走査装置に おいて光ビームの収束方向とポリゴンミラーとの方向関係を示す説明図である。 [図 4] (a)、（b)、（c)、（d)はそれぞれ、光源装置に用いた絞り部材および発光源の 分解断面図、絞り部材の端面図、絞り開口の説明図、および別の絞り開口の説明図 である。

[図 5]本発明の実施の形態 2に係る光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図であ る。

[図 6]図 5に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面図である。

[図 7]図 5に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。

[図 8]図 5に示す光ビーム走査装置の透過型光偏向ディスクを示す上面図である。

[図 9] (a)、 （b)、 （c)はそれぞれ、図 8に示す透過型光偏向ディスクの X— X断面の断 面図、 Y— Y断面の断面図、および Z— Z断面の断面図である。

[図 10]図 8に示す透過型光偏向ディスクの傾斜面に傾斜角度が 0° の傾斜面が含ま れている場合の説明図である。

[図 11]本発明の実施の形態 3に係る光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す 概略側面図である。

[図 12]図 11に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である

[図 13]本発明の実施の形態 3に係る透過型光偏向ディスクを示す上面図である。

[図 14]図 13に示す透過型光偏向ディスクの W—W断面を示す断面図である。

[図 15]本発明の実施の形態 4に係る光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す 概略側面図である。

[図 16]本発明の実施の形態 2の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光 偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。

[図 17]本発明の実施の形態 3の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過型光 偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

la、 lb、 lc 光ビーム走査装置

10 光源装置

20 発光源 30 レンズ

40 絞り部材

200、 300、■ 光偏向機構

210 ポリゴンミラー (光偏向素子）

310 透過型光偏向ディスク（光偏向素子）

410 反射型光偏向ディスク (光偏向素子）

発明を実施するための最良の形態

[0037] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

[0038] [実施の形態 1]

(全体構成）

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る光ビーム走査装置において光源装置から出 射された光がポリゴンミラーに照射された状態を示す説明図である。図 2 (a)、 （b)は 、実施の形態 1に係る光ビーム走査装置に用いた光源装置から出射される光ビーム の第 1の方向での状態を示す説明図、および第 2の方向での状態を示す説明図であ る。図 3 (a)、 （b)、 （c)はそれぞれ、本発明の実施の形態 1に係る光ビーム走査装置 において光ビームの収束方向とポリゴンミラーとの方向関係を示す説明図である。

[0039] 図 1に示すように、本形態の光ビーム装置 laは、例えば、 880nmのレーザ光を出 射する光源装置 10と、この光源装置 10から出射された光ビームを光偏向素子によつ て所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構 200とを有している。本形態に おいて、光偏向機構 200は、光偏向素子としてのポリゴンミラー 210と、このポリゴンミ ラー 210を軸線 L210周りに回転させるモータ（図示せず)からなる駆動機構とを有し ている。

[0040] ポリゴンミラー 210を用いた光偏向機構 200については、周知の構成のものを用い ることができるので、その説明を省略する。光源装置 10は、図 2 (a)、（b)に示すよう に、レーザダイオード (レーザ発光素子)からなる発光源 20と、この発光源 20から出 射された光ビームを、光軸方向に直交する第 1の方向（例えば、垂直方向）および第 2の方向（例えば、水平方向）のうちの少なくとも一方でポリゴンミラー 210の反射面 2 11あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズ 30とを有して 、る。 [0041] レンズ 30としては、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレンズ、トロイダル レンズ、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。本形態において、レンズ 30は 、図 2 (a)に示すように、光軸方向に直交する第 1の方向では、ポリゴンミラー 210の 反射面 211あるいはその近傍で合焦する収束光として導き、図 2 (b)に示すように、 光軸方向および第 1の方向に直交する第 2の方向では発散光の状態でポリゴンミラ 一 210の反射面 211【こ導!ヽて!、る。

[0042] ここで、光源装置 10は、図 2 (a)、 (b)に示すように絞り部材 40を有して 、る。従って 、本形態の光ビーム装置 laでは、発光源 20から出射された光ビームは、例えば、以 下の値

第 1の方向（垂直方向）

発光源 20から出射された光ビームの放射角 = 26°

絞り部材 40から出射された光ビームの放射角 = 12. 9°

レンズ 30から出射された光ビームの放射角 =0. 52°

第 2の方向（水平方向）

発光源 20から出射された光ビームの放射角 = 11°

絞り部材 40から出射された光ビームの放射角 = 5. 49°

レンズ 30から出射された光ビームの放射角 = 2. 8°

をとる。それ故、レンズ 30は、第 1の方向および第 2の方向のうち、発光源 20から出 射された光ビームにおいて発散角が大きい方で合焦させている。なお、レンズ 30は、 第 1の方向および第 2の方向のうち、発光源 20から出射された光ビームにおいて発 散角が小さ!/ヽ方で合焦させる構成を採用することもある。

[0043] このように構成した光ビーム装置 laにおいて、光源装置 10から出射された光ビー ムは、図 3 (a)に示すように、ポリゴンミラー 210の反射面 211に横長のスポットとして 照射され、ポリゴンミラー 210によって矢印 L1で示す方向に走査される。すなわち、 光源装置 10から出射された光ビームは、ポリゴンミラー 210の軸線 L210 (回転中心 軸線）と平行な方向でポリゴンミラー 210の反射面 211あるいはその近傍で合焦する 光ビームであり、矢印 L1で示す走査方向に延びた光ビームが、矢印 L1で示す方向 に走査される。 [0044] このような構成によれば、ポリゴンミラー 210の反射面では、それに入射する光ビー ムが第 1の方向で略合焦しているので、反射面 211に形成されるスポットの上下幅が 従来技術に比べて狭い。それ故、ポリゴンミラー 210として薄型のものを用いることが できる。また、一次元の光走査を行うことができる。

[0045] これに対して、図 2 (a)、 (b)に示す形態とは反対に、図 3 (b)に示すように、レンズ 3 0が、発光源 20から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方 向）では発散光の状態でポリゴンミラー 210の反射面 211に導き、光軸方向に直交す る第 2の方向（水平方向）ではポリゴンミラー 210の反射面 211あるいはその近傍で 合焦する収束光として導いた場合には、光源装置 10から出射された光ビームは、ポ リゴンミラー 210の反射面 211に縦長のスポットとして照射され、所定の放射角をもつ 発散光の光ビームとして走査されることになる。すなわち、光源装置 10から出射され た光ビームは、ポリゴンミラー 210の軸線 L210 (回転中心軸線）と直交する方向でポ リゴンミラー 210の反射面 211あるいはその近傍で合焦する光ビームであり、矢印 L1 で示す走査方向と直交する方向に延びた光ビームが、矢印 L 1で示す方向に走査さ れる。

[0046] このような構成によれば、ポリゴンミラー 210の反射面 211では、それに入射する光 ビームが第 2の方向で略合焦しているので、反射面に形成されるスポットの横幅が従 来技術に比べて狭い。従って、ポリゴンミラー 210として外形寸法の小さなものを用い ることができる。また、ポリゴンミラー 210からは、縦長の光ビームが出射され、かかる 光ビームは、ポリゴンミラー 210の回転により、矢印 L1で示す方向に走査される。そ れ故、光ビーム装置 laを監視用として用いた場合、 2次元の光走査を行うことができ るとともに、矢印 L1で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利 点がある。

[0047] また、図 3 (c)に示すように、レンズ 30が光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方向 )および第 2の方向（水平方向）のいずれにおいても、ポリゴンミラー 210の反射面 21 1あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合、すなわち、ポリゴンミラー 2 10に入射する光力 ポリゴンミラー 210の軸線 L210 (回転中心軸線）に対して直交 する方向および平行方向の双方でポリゴンミラー 210の反射面 211あるいはその近 傍で合焦する光ビームになっている場合には、極めて小さなスポットとして照射される

。それ故、ポリゴンミラー 210としては薄くて、外形寸法の小さなものを用いることがで きる。また、 2次元の光走査に加えて、一次元の光走査も行うことができる。

[0048] このように本形態の光ビーム走査装置 laでは、ポリゴンミラー 210の小型化を図るこ とができるため、ポリゴンミラー 210として安価なものを用いることができる。また、ポリ ゴンミラー 210を小型化すると、それを駆動する際のノ ランスも向上するので、精度の 高い光走査を行うことができ、かつ、ポリゴンミラー 210を駆動するモータなどの駆動 機構についてもその小型化を図ることができる。それ故、光ビーム装置 laの大幅な小 型化を図ることができる。

[0049] (光源装置の詳細説明）

図 4 (a)、（b)、（c)、（d)はそれぞれ、光源装置に用いた絞り部材および発光源の 分解断面図、絞り部材の端面図、絞り開口の説明図、および別の絞り開口の説明図 である。

[0050] 本形態で用いた光源装置 10は、発光源 20とレンズ 30との間に絞り部材 40を備え て 、る。この絞り部材 40は、図 4 (a)、 (b)に示すように、発光源 20を装着可能な凹部 41を備えたホルダ状絞り部材であり、その前端面の中央に絞り開口 42が形成されて いる。ここで、図 2 (a)、（b)に示すレンズ 30は、絞り部材 40の絞り開口 42と同一サイ ズの外径寸法を有しており、レンズ 30は、絞り開口 42と重なるように絞り部材 40に取 り付けられている。

[0051] 絞り部材 40における絞り開口 42の中心位置は、絞り部材 40の外形の中心位置と 一致している。また、発光源 20が CANタイプの半導体レーザであれば、その円筒ケ ース部分 21が絞り部材 40の凹部 41に装着される。ここで、 CANタイプの半導体レ 一ザの場合、レーザチップ 25はサブマウント 26を介して基板 27に搭載されているの で、円筒ケース部分 21の外形の中心位置は、発光点 22からみて偏芯している。そこ で、本形態では、凹部 41の中心位置については、発光源 20において円筒ケース部 分 21の外形の中心位置が発光点 22から偏芯している寸法分 A tだけ、絞り部材 40 の外形の中心位置力も偏芯させてある。発光源 20において、円筒ケース部分 21の 先端側開口は透明カバー 29で覆われ、背面側には配線基板 28が取り付けられてい る。

[0052] 絞り部材 40における円筒部分 43の端面には、絞り部材 40に発光源 20を保持させ る際の角度位置を合わせるための位置合わせ穴 44が形成されている。従って、絞り 部材 40の凹部 41に発光源 20の円筒ケース部分 21を装着するだけで、絞り部材 40 の絞り開口 42の中心位置を発光源 20の発光点 22からの光軸に一致させることがで き、この状態で、発光源 20の発光点 22の位置（絞り部材 40の絞り開口 42の中心位 置）は、絞り部材 40の外形の中心位置と一致することになる。

[0053] 従って、本形態では、絞り部材 40の外形を基準に光源装置 10を光ビーム走査装 置 laに搭載するだけで、発光源 20の発光点 22の位置を高い精度で設定することが できる。

[0054] また、本形態の光源装置 10では、絞り部材 40およびレンズ 30が発光源 20にお ヽ て円筒ケース部分 21に一体に取り付けられているので、光源装置 10の全長は、円 筒ケース 21の長さ寸法 + 2mm程度と小型である。

[0055] また、発光源 20にレンズ 30を近づけてあるため、レンズ 30の有効径が小さくてよい 。それ故、レンズ 30として安価なものを用いることができる。さらに、発光源 20にレン ズ 30を近づけてあるため、焦点距離が短い。従って、光源装置 10とポリゴンミラー 20 0との距離を 100mm以下、例えば、本形態では、 50mm程度にまで短くできるので 、光ビーム走査装置 laの小型化を図ることができる。

[0056] また、本形態にお 、て、レンズ 30は、発光源 20側が正のパワーを備えた非球面（ 曲面)であり、ポリゴンミラー 210側が平面である。従って、光源装置 10の出射面には 、レンズ 30の出っ張りがないので、光源装置 10を光ビーム走査装置 laに組み込む 際、レンズ 30の出射面を傷つけることがない。

[0057] し力も、レンズ 30として非球面レンズを用いたため、トーリックレンズと違って回転対 称であるため、光軸合わせが容易であり、かつ、回転調整を行う必要がないという利 点がある。

[0058] また、本形態において、発光源 20はパルス駆動されることから、発熱が極めて小さ い。従って、レンズ 30として、榭脂製のレンズを用いることができ、このような榭脂製の レンズであれば、非球面レンズであっても樹脂成形により安価に製造できる。 [0059] 上記形態では、絞り部材 40の絞り開口 42は丸穴であった力 図 4 (c)に示すような 長穴であってもよぐ図 4 (d)に示すような矩形穴であってもよい。ここで、図 4 (c)に示 すような長穴力 なる絞り開口 42をエンドミルで形成する場合には、絞り開口 42が形 成される絞り部材 40の前端面 45は肉薄であることが好ましい。また、図 4 (d)に示す ような矩形穴力もなる絞り開口 42については、放電カ卩ェにより形成することができる。

[0060] なお、レンズ 30は、正のパワーを有する非球面レンズの他、トーリックレンズ、トロイ ダルレンズ、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。また、レンズ 30の一方の 面が平面である場合、平面を発光源 20の側に向けてレンズ 30を配置してもよ 、。

[0061] [実施の形態 2]

図 5は、本発明の実施の形態 2に係る光ビーム走査装置の概略構成を示す斜視図 である。図 6は、図 5に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略側面 図である。図 7は、図 5に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜 視図である。

[0062] 図 5、図 6および図 7に示す光ビーム走査装置 lbは、図 2および図 4を参照して説 明した光源装置 10と、この光源装置 10から出射された光ビームを光偏向素子によつ て所定の角度範囲にわたって走査させる光偏向機構 300とを有している。本形態に おいて、光偏向機構 300は、光偏向素子としての透過型光偏向ディスク 310と、この 透過型光偏向ディスク 310を軸線周りに回転させるモータ 350からなる駆動機構とを 有している。また、光ビーム走査装置 lbは、光源装置 10から出射された光ビームを 透過型光偏向ディスク 310へ向けて立ち上げるミラー 305と、透過型光偏向ディスク 310の回転位置を検出する位置検出手段としての光学式エンコーダ 306とを備えて いる。

[0063] 本形態の光ビーム走査装置 lbでは、透過型光偏向ディスク 310を回転させた状態 で、光源装置 10から出射された光ビームを透過型光偏向ディスク 310に入射させ、 透過型光偏向ディスク 310で光ビームを屈折させることで、光ビームを所定の方向に 走査する。駆動モータ 350とミラー 305と光学式エンコーダ 306はフレーム 308に直 接配設され、光源装置 10はホルダ 309を介してフレーム 308に配設されている。

[0064] このように構成した光ビーム走査装置 lbにおいて、光源装置 10からは、図 6に示す ように、駆動モータ 350の軸に直交する平面、言い換えると、透過型光偏向ディスク 3 10のディスク面に対して平行方向に向力つて光ビームが出射される。ここで、ミラー 3 05は、光源装置 10から出射された光ビームを駆動モータ 350の軸方向に立ち上げ て透過型光偏向ディスク 310のディスク面に対して略直交するように入射させるミラー である。ミラー 305は、例えば、全反射ミラーであり、光源装置 10の出射側に配設さ れている。駆動モータ 350は、高速回転可能なブラシレスモータであり、例えば 1000 O (rpm)程度の回転が可能に構成されている。なお、駆動モータ 350はブラシレスモ 一タには限定されず、ステッピングモータなど、種々のモータを適用することができる 。また、ミラー 305を省略して光源装置 10から出射された光を直接、透過型光偏向デ イスク 310に導いてもよい。

[0065] 本形態において、透過型光偏向ディスク 310は、中心に中心孔 319が形成されて おり、この中心孔 319が駆動モータ 350の回転子に固定されている。従って、透過型 光偏向ディスク 310は、駆動モータ 350の軸 (透過型光偏向ディスク 310の中心）を 中心に回転駆動される。透過型光偏向ディスク 310の詳細な構成については後述す る。

[0066] 光学式エンコーダ 306は、駆動モータ 350の軸方向で透過型光偏向ディスク 310と 対向するように配設されている。光学式エンコーダ 306と対向する透過型光偏向ディ スク 310の対向面には、図示を省略する格子が形成されており、この格子を光学式 エンコーダ 306が検出することで、透過型光偏向ディスク 310の回転位置の検出が 行われている。本形態の光ビーム走査装置 lbでは、光学式エンコーダ 306の検出 結果に基づいて駆動モータ 350の回転動作が制御されるようになっている。また、光 学式エンコーダ 306の検出結果に基づいて光源装置 10の発光源であるレーザダイ オードの発光動作が制御されるようになっている。なお、透過型光偏向ディスク 310 の角度位置の検出には、光学式エンコーダ 306に代えて、フォト力ブラや磁気センサ を用いてもよい。

[0067] (透過型光偏向ディスクの構成）

図 8は、図 5に示す光ビーム走査装置において用!、た透過型光偏向ディスクを示す 上面図である。図 9は、図 6に示す透過型光偏向ディスクの断面を示し、（a)、 （b)、 ( c)はそれぞれ、 X— X断面の断面図、 Y— Y断面の断面図、 Z— Z断面の断面図であ る。図 10は、図 8に示す透過型光偏向ディスクの傾斜面に傾斜角度が 0° の傾斜面 が含まれて 、る場合の説明図である。

[0068] 図 6、図 7および図 8に示すように、透過型光偏向ディスク 310は、中央に中心孔 31 9を備える扁平な円盤状に形成されており、本形態では、透明な榭脂で形成されて いる。透過型光偏向ディスク 310は、中心孔 319を中心として円周方向に分割された 複数の放射状の光偏向領域 332a、 332b, · · · (以下、光偏向領域 332とする）を備 えており、光偏向領域 332は、中心孔 319を中心として、略等角度間隔で円周方向 に分割された領域である。

[0069] 光偏向領域 332の数は、光ビーム走査の走査点数によって決まるが、本形態では 、 201個の光偏向領域 332が形成されている。従って、例えば、光ビームの走査範 囲を ± 10° とした場合には、光ビームの走査の分解能は 0. 1° となる。また、例えば 、光ビームが透過する位置における透過型光偏向ディスク 310の径を 40mmとすると 、 1つの光偏向領域 332の光ビームの透過位置での円周方向幅は、 0. 63mmにな る。なお、図 7および図 8では、説明の便宜上、光偏向領域 332の数を減らして図示 している。

[0070] 光偏向領域 332のそれぞれには、入射された光ビームを屈折させる傾斜面 333が 径方向に傾斜するように形成されている。本形態では、傾斜面 333は、透過型光偏 向ディスク 310の出射側の面（図 5、図 6および図 7における上面）にのみ全周にわた つて形成され、入射側の面（図 5、図 6および図 7における下面）は、駆動モータ 350 の軸に直交する平面状に形成されて 、る。

[0071] 傾斜面 333は、光偏向領域 332のそれぞれにおいて一定角度を持って形成されて いる。さらに、図 7および図 9に示すように、傾斜面 333は、複数の光偏向領域 332の 各々で半径方向に向力つて傾斜しているため、各光偏向領域 332の径方向の断面 は楔形状に形成されている。より具体的には、各光偏向領域 332の径方向の断面は 、内周側と外周側を平行とする台形状に形成されている。また、傾斜面 333の傾斜角 度は、周方向に並ぶ複数の光偏向領域 332の各々で連続的に変化している。なお、 複数の傾斜面 333には、図 10に示す傾斜面 333eのように、傾斜角度が 0° のものも 含まれていてもよい。

[0072] 本形態では、傾斜面 333の傾斜角度を Θ w、透過型光偏向ディスク 310から出射さ れる光ビームの走査角度を Θ s (図 6参照）、透過型光偏向ディスク 310の屈折率を n としたとき、

sin Θ w+ Θ s) =n' sin Θ w

の関係を満足するように、傾斜面 333が形成されている。ここで、 nは透過型光偏向 ディスク 310を構成する材料の屈折角であり、例えば、 n= l . 51862とすると、走査 角度 0 sを 10° とする場合には、傾斜角度 0 wを 18. 02° とすればよい。

[0073] さらに、本形態では、隣接する光偏向領域 332の傾斜面 333の傾斜角度 Θ wは、 次第に増加または減少するようになっている。例えば、図 9 (a)から (c)に示すように、 隣接する光偏向領域 332a、 332b, 332cのそれぞれの傾斜面 333a、 333b, 333c の傾斜角度 0 wa、 0 wb、 0 wcが次第に増加するようになっている。

[0074] また、透過型光偏向ディスク 310の全周でみた場合には、図 10に示すように、光偏 向領域 332dの傾斜面 333dは内周に向力つて傾斜し、光偏向領域 332fの傾斜面 3 33fは外周に向力つて傾斜している。そして、光偏向領域 332dと光偏向領域 332fと の間には、その傾斜面 333eの傾斜角度が 0° なる光偏向領域 332eが存在する。す なわち、内周に向かう傾斜角、および外周に向かう傾斜角をそれぞれ、正の傾斜角、 および負の傾斜角とした場合、傾斜面 333の傾斜角度 Θ wは、円周方向で、正の傾 斜角から次第に減少して負の傾斜角となり、その後、さらに傾斜角が次第に減少して 1周すると、正の傾斜角に戻るようになつている。なお、正の傾斜角から次第に減少し て負の傾斜角となり、その後、逆に負の傾斜角力 次第に増カロして正の傾斜角となる ように、正の傾斜角と負の傾斜角が円周方向で繰り返すように傾斜面 333を形成して もよい。また、透過型光偏向ディスク 310には、薄膜あるいは微細構造などによって 反射防止処理を施してもょ ヽ。

[0075] (透過型光偏向ディスクの製造方法）

透過型光偏向ディスク 310は、透明な榭脂を直接、切削などの超精密加工で製造 してもよいし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造してもよい。以下、透過型光 偏向ディスク 310を直接、切削加工する場合を説明するが、金型を切削する場合も 同様である。

[0076] 透過型光偏向ディスク 310は、フライカットあるいはシエイパーカットで切削加工され る。本形態では、傾斜面 333が径方向に傾斜するように形成されていることから、切 削加工に用いる刃先の進む方向を透過型光偏向ディスク 310の径方向に設定する。 より具体的には、透過型光偏向ディスク 310の中心力も外周側に向力つて、あるいは 外周側から中心に向かって、刃先の進む方向を設定する。

[0077] そして、軸方向に透過型光偏向ディスク 310の素材を送りながら切削加工をして、 1 つの光偏向領域 332の傾斜面 333を形成する。その後、透過型光偏向ディスク 310 を円周方向に所定の角度回転させ、同様に、軸方向に透過型光偏向ディスク 310の 素材を送りながら切削加工をして、隣接する光偏向領域 332の傾斜面 333を形成す る。この動作を 1周分、繰り返すことで、透過型光偏向ディスク 310が形成される。な お、透過型光偏向ディスク 310の素材の軸方向の送りは NCデータ上で設定されて おり、これによつて、隣接する光偏向領域 332の傾斜面 333の傾斜角度 Θ wが次第 に増加または減少するように、傾斜面 333が形成されて 、く。

[0078] (光ビームの走査方法）

以上のように構成された光ビーム走査装置 lbにおける光ビームの走査方法を以下 に説明する。

[0079] まず、駆動モータ 350によって、透過型光偏向ディスク 310は、所定の回転数で回 転する。この状態で、光源装置 10からレーザ光が出射され、この光ビームはミラー 30 5によって立ち上げられて、透過型光偏向ディスク 310の入射側の面に、略直交する ように入射する。より具体的には、 1つの光偏向領域 332の周方向幅の中心位置に 向かって入射する。

[0080] ここで、透過型光偏向ディスク 310に入射する光ビームの有効径は、 1つの光偏向 領域 332の周方向における幅寸法以下であることが望ましい。以下では、説明の便 宜上、透過型光偏向ディスク 310に入射する光ビームの有効径は、 1つの光偏向領 域 332の周方向幅以下であるとする。

[0081] 透過型光偏向ディスク 310の光偏向領域 332に入射した光ビームは、透過型光偏 向ディスク 310を透過する際に、傾斜面 333で屈折されて出射される。例えば、図 6 に示すように、ある光偏向領域 332で走査角度 Θ siの方向に屈折されて出射される 。ここで、隣接する光偏向領域 332の傾斜面 333の傾斜角度 Θ wは、上述のとおり、 次第に増加または減少するようになっているため、隣接する光偏向領域 332では、例 えば、走査角度 Θ siと 0. の角度差がある走査角度 Θ s2の方向に屈折されて出 射される。従って、 0. 1° 間隔で光ビームが順次出射されて、所定の走査範囲が走 查される。その際、図 10に示す光偏向領域 332eでは、光ビームは屈折せずに出射 される。

[0082] このような光走査を行う際、光学式エンコーダ 306による透過型光偏向ディスク 310 の回転位置の検出結果に基づいて駆動モータ 350の回転動作及び光源装置 10の 発光源の発光動作が制御される。すなわち、光学式エンコーダ 306での検出結果に 基づいて、光源装置 10力も発光されたレーザ光が 1つの光偏向領域 332の周方向 の中心位置に向かって入射するように、駆動モータ 350の回転及び発光源の発光タ イミングが制御される。

[0083] (本形態の主な効果）

以上説明したように、本形態の光ビーム走査装置 lbでは、駆動モータ 350を回転 させた状態で、光源装置 10から出射したレーザ光を透過型光偏向ディスク 310に入 射させ、透過型光偏向ディスク 310で光ビームを屈折させて、光ビームを所定の方向 に走査している。すなわち、屈折機能によって光ビームを走査している。そのため、 屈折角が互いに異なる傾斜面 333を円周方向に多数形成することで、透過型光偏 向ディスク 310を 1回転させれば、所定の走査範囲を走査することができる。ここで、 1 つの走査角度へ光ビームを出射させるために 1つの屈折角度 Θ wを有する傾斜面 3 33を透過型光偏向ディスク 310に形成すればよぐ回折機能を備えた偏向ディスク のように 1つの走査角度へ光ビームを出射させるために複数の格子溝を設ける必要 がない。従って、光ビームの走査の分解能を上げていった場合であっても、透過型光 偏向ディスク 310の径を小さくすることができ、その結果、装置の小型化を図ることが できる。さらに、透過型光偏向ディスク 310は扁平な円盤状であるため、装置の薄型 化を図ることも可能である。なお、上述した例では、光偏向領域 332の光ビームの透 過位置での円周方向幅は、 0. 63mmであるから、傾斜面 333を十分に形成すること が可能である。

[0084] また、本形態でも、実施の形態 1と同様、光源装置 10では、レンズ 30が、発光源 20 力も出射された光ビームを、光軸方向に直交する 2方向のうちの少なくとも一方では 透過型光偏向ディスク 310の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導く。

[0085] 従って、光源装置 10から出射された光ビームは、図 7に示すように、透過型光偏向 ディスク 310の光偏向領域 332に対して半径方向（矢印 L3で示す方向）に延びるス ポットとして照射され、透過型光偏向ディスク 310の周方向（矢印 L2で示す方向）で は幅が狭い。それ故、小型の透過型光偏向ディスク 310であっても多数の光偏向領 域 332を形成することができる。

[0086] また、光源装置 10において、レンズ 30が光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方 向）および第 2の方向（水平方向）のいずれにおいても、透過型光偏向ディスク 310 の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、極めて小さなス ポットとして照射される。それ故、透過型光偏向ディスク 310の小型化を図ることがで きるとともに、一次元の光走査を行うことができる。

[0087] なお、光源装置 10から出射された光ビームは、例えば、透過型光偏向ディスク 310 の光偏向領域 332に対して半径方向に延びるスポットとして照射される構成を採用し てもよい。この場合、透過型光偏向ディスク 310に入射する光ビームの有効径が 1つ の光偏向領域 332の周方向幅以上であり、複数の光偏向領域 332に跨って入射す ることがある。このような場合でも、光ビームを入射させたい光偏向領域 332に隣接す る光偏向領域 332 (さらには、これに隣接する光偏向領域 332)に入射した光ビーム は、光ビームを入射させたい光偏向領域 332を透過した光ビームとは離れる方向に 向かって、出射されていくため、ノイズの原因になることはない。

[0088] これらいずれの場合でも、透過型光偏向ディスク 310の小型化を図ることができるた め、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことがで き、かつ、透過型光偏向ディスク 310を駆動するモータ 350などについてもその小型 化を図ることができる。それ故、光ビーム装置 lbの大幅な小型化を図ることができる。

[0089] ここで、発光源 20は、直交する 2方向で発散角が異なる光ビームを出射しており、 かつ、レンズ 30から出射された光ビームは、直交する 2方向で焦点位置が相違する ため、図 7に示すように、光源装置 10の出射方向における手前側では縦長のスポット であるが、出射方向における遠方では横長のスポットとなる。従って、図 7に示すよう に、光源装置 10から出射された光ビームによって、透過型光偏向ディスク 310のディ スク面に縦長のスポットを形成し、幅の狭い方向が透過型光偏向ディスク 310の周方 向（矢印 L2で示す方向）に向くように構成すると、透過型光偏向ディスク 310からは、 周方向で発散角が大きい横長の光ビームが出射される。かかる光ビームは、透過型 光偏向ディスク 310の回転により、半径方向（矢印 L3で示す方向）に走査されること になる。それ故、光ビーム装置 1を監視用として用いた場合、 2次元の光走査を行うこ とができるとともに、矢印 L1で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広 いという利点がある。

[0090] また、本形態で用いた透過型光偏向ディスク 310では、その屈折作用を利用してお り、屈折角は、入射する光ビームの波長の影響をほとんど受けない。そのため、透過 型光偏向ディスク 310を用いた本形態の光ビーム走査装置 lbでは、安定した強度の 光ビームを走査することができる。さらに、透過型光偏向ディスク 310は温度変動が あっても、温度変動による透過率の変動は、回折効率の変動に比してわずかである。 従って、温度変動の影響をあまり受けることなく安定した強度の光ビームを走査する ことができる。

[0091] 本形態では、光源装置 10から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク 310を 透過するように構成されている。そのため、駆動モータ 350で回転させた透過型光偏 向ディスク 310に回転ぶれや面ぶれが生じても屈折角はほとんど変化しない。そのた め、光ビームの走査ジッタが良好になる。

[0092] 本形態では、透過型光偏向ディスク 310は、円周方向に分割された複数の放射状 の光偏向領域 332から構成され、光偏向領域 332のそれぞれに、入射された光ビー ムを屈折させる傾斜面 333が形成されている。そのため、簡易な構成で透過型光偏 向ディスク 310を形成することができる。

[0093] また、光偏向領域 332のそれぞれには一定角度の傾斜面 333が形成されるととも に、隣接する光偏向領域 332の傾斜面 333の傾斜角度 Θ wは、次第に増加または 減少するようになっている。そのため、簡易な構成で、各走査角度 Θ sに順次、光ビ 一ムを出射することができる。さらに、光偏向領域 332は、中心孔 319を中心として、 略等角度間隔で円周方向に分割された領域である。そのため、駆動モータ 350の回 転数が一定であれば、光源装置 10からは、一定間隔でパルス状の光ビームを出射 すればよいので、発光源の制御が容易である。

[0094] 本形態では、傾斜面 333が、透過型光偏向ディスク 310の出射側の面にのみ形成 されており、入射側の面は平面状に形成されている。そのため、金型を用いて透過型 光偏向ディスク 310を製造する場合には、金型の駒力卩ェが 1面のみでよいため、金 型の製作が容易になる。また、透明な榭脂を直接、切削加工して製造して透過型光 偏向ディスク 310を製造する場合には、入射側の面が平面状であるため、素材を固 定しゃすぐ加工が容易になる。

[0095] 本形態では、透過型光偏向ディスク 310には、反射防止処理が施されている。その ため、光源装置 10の出力のばらつきの原因となり得る発光源への戻り光を少なくす ることができる。また、透過率が向上するため光源装置 10からの光量のロスを低減さ せることができる。なお、光ビーム走査装置 lbが使用される上位装置で要求される光 量が得られるのであれば、透過型光偏向ディスク 310に反射防止処理を施す必要は ない。この場合には、透過型光偏向ディスク 310の構成を簡素化でき、その製造が容 易になる。

[0096] 本形態では、透過型光偏向ディスク 310は榭脂で形成されて 、る。そのため、透過 型光偏向ディスク 310は生産性に優れ、また、光ビーム走査装置 lbの軽量化、低コ ストイ匕が可能である。なお、例えば ± 50°C程度の温度変動があっても、走査角度 Θ s の変動率は 1%以下であり、走査性能への影響はほとんどない。

[0097] 本形態では、光源装置 10から発光された光ビームが 1つの光偏向領域 332の周方 向幅の中心位置に向かって入射するように、駆動モータ 350の回転及び発光源の発 光タイミングが制御されている。そのため、発光源の発光タイミングと透過型光偏向デ イスク 310の回転位置との同期を正確に取ることができ、適切な光ビームの走査を行 うことができる。

[0098] [実施の形態 3]

上記の実施の形態 2では、入射したレーザ光を半径方向に走査した力 図 11およ び図 12に示すように、透過型光偏向ディスク 310の接線方向に走査する場合には、 以下のように構成すればよい。以下、本形態の構成を説明するが、その基本的な構 成は、実施の形態 2と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれら の説明を省略する。

[0099] 図 11は、本発明の実施の形態 3に係る光ビーム走査装置の構成図である。図 12は 、図 11に示す光ビーム走査装置の概略構成を模式的に示す概略斜視図である。図 13は、本発明の実施の形態 3に係る光ビーム走査装置発明に用いた透過型光偏向 ディスクを示す上面図である。図 14は、図 13に示す透過型光偏向ディスクの W—W 断面を示す断面図である。

[0100] 図 11および図 12に示す光偏向機構 300で用いた透過型光偏向ディスク 310には 、図 13および図 14に示すように、透過型光偏向ディスク 310を構成する光偏向領域 332のそれぞれには、一定角度で円周方向に傾斜する傾斜面 333が形成されてい る。この形態でも、傾斜面 333は、透過型光偏向ディスク 3310の出射側の面にのみ 形成されている。ここで、傾斜面 333は、複数の光偏向領域 332の各々で周方向に 向力つて傾斜しており、各光偏向領域 332の断面は楔形状になっている。このため、 各光偏向領域 332の断面は、隣接する光偏向領域 332との隣接面を平行とする台 形状に形成されている。また、傾斜面 333の傾斜角度は、周方向に並ぶ複数の光偏 向領域 332の各々で連続的に変化している。本形態でも、傾斜面 333には、傾斜角 度が 0° のものが含まれていてもよい。

[0101] ここで、傾斜面 333の傾斜角度を Θ w、透過型光偏向ディスク 310から出射される 光ビームの走査角度を Θ s、透過型光偏向ディスク 310の屈折率を nとしたとき、 sin ( Θ w+ Θ s) =n' sin Θ w

の関係を満足するように、傾斜面 333が形成されている点、また、図 14に示すように 、隣接する光偏向領域 332g、 332 332iのそれぞれの傾斜面 333g、 333h, 333 iの傾斜角度 Θ wg、 Θ wh、 Θ wiが、次第に増加するようになっている点は、上述した 実施の形態 2と同じである。なお、複数の傾斜面 333には、図 14に示す傾斜方向と 反対側に向力つて傾斜する傾斜面 333が含まれていてもよい。例えば、図 14におい て、中心より左側の傾斜面 333を左下がりの傾斜面とし、中心より右側の傾斜面を右 下がりとしてもよい。

[0102] このように、円周方向に傾斜する傾斜面 333を備えた透過型光偏向ディスク 310は 、上述した形態と同様に、透明な榭脂を直接、切削などの超精密加工で製造してもよ いし、製造コストを考慮して、金型を用いて製造してもよい。切削加工で、透過型光偏 向ディスク 310あるいは、金型を製造する場合には、切削加工に用いる刃先の進む 方向を透過型光偏向ディスク 310の径方向に設定して、 1つの傾斜面 333を形成す るとともに、刃先の傾き方向を変えつつ、透過型光偏向ディスク 310を円周方向に所 定の角度回転させて隣接する光偏向領域 332の傾斜面 333を形成すればよい。

[0103] また、本形態でも、実施の形態 1と同様、光源装置 10では、レンズ 30が、発光源 20 から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方向）および第 2 の方向（水平方向）のうちの一方では透過型光偏向ディスク 310の上面あるいはその 近傍で合焦する収束光として導くことができる。

[0104] 従って、光源装置 10から出射された光ビームは、例えば、図 12に示すように、透過 型光偏向ディスク 310の光偏向領域 332に対して半径方向（矢印 L3で示す）に延び るスポットとして照射され、半径方向に走査されることになる。従って、小型の透過型 光偏向ディスク 310であっても多数の光偏向領域 332を形成することができる。

[0105] また、光源装置 10において、レンズ 30が光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方 向）および第 2の方向（水平方向）のいずれにおいても、透過型光偏向ディスク 310 の上面あるいはその近傍で合焦する収束光として導いた場合には、極めて小さなス ポットとして照射される。それ故、透過型光偏向ディスク 310の小型化を図ることがで き、かつ、一次元の光走査を行うことができる。

[0106] さらに、光源装置 10から出射された光ビームは、例えば、透過型光偏向ディスク 31 0の光偏向領域 332に対して周方向（矢印 L2で示す）に延びるスポットとして照射さ れ、所定の放射角をもつ発散光の光ビームとして走査される構成を採用してもよい。

[0107] これらいずれの場合でも、透過型光偏向ディスク 310の小型化を図ることができるた め、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走査を行うことがで き、かつ、透過型光偏向ディスク 310を駆動するモータ 350などについてもその小型 化を図ることができる。それ故、光ビーム装置 lbの大幅な小型化を図ることができる。 [0108] ここで、発光源 20は、直交する 2方向で発散角が異なる光ビームを出射しており、 かつ、レンズ 30から出射された光ビームは、直交する 2方向で焦点位置が相違する ため、図 12に示すように、光源装置 10の出射方向における手前側では縦長のスポッ トであるが、出射方向における遠方では横長のスポットとなる。従って、図 12に示すよ うに、光源装置 10から出射された光ビームによって、透過型光偏向ディスク 310のデ イスク面に横長のスポットを形成し、幅の狭い方向が透過型光偏向ディスク 310の周 方向（矢印 L3で示す）に向くように構成すると、透過型光偏向ディスク 310からは、半 径方向（矢印 L2で示す)で発散角が大きい横長の光ビームが出射され、かかる光ビ ームは、透過型光偏向ディスク 310の回転により、周方向に走査されることになる。そ れ故、光ビーム装置 1を監視用として用いた場合、 2次元の光走査を行うことができる とともに、矢印 L1で示す走査方向と直交する方向における監視範囲も広いという利 点がある。

[0109] [実施の形態 4]

上述した形態 2、 3では、発光源 2から出射された光ビームが透過型光偏向ディスク 310を透過するように構成されて 、たが、図 15に示す光ビーム走査装置 lcのように 、光源装置 10から出射された光ビームが、光偏向機構 400の反射型光偏向ディスク 410で反射されるように構成してもよい。この場合には、例えば、図 8、図 9を参照して 説明した光偏向ディスク 310の上面、あるいは図 13、図 14を参照して説明した光偏 向ディスク 310の上面を反射面にしたものを反射型光偏向ディスク 410として用いれ ばよい。また、図 15に光の進行方向を一点鎖線で示すように、光源装置 10から出射 された光ビームが、光偏向機構 400の反射型光偏向ディスク 410の下面で反射され るよう〖こ構成してもよい。この場合には、偏向ディスク 310の下面に反射性の傾斜面 を形成すればよい。また、図 15に光の進行方向を一点鎖線で示すように、光源装置 10から出射された光ビーム力 光偏向機構 400の反射型光偏向ディスク 410の上面 で屈折され、かつ、下面で反射されるように構成してもよい。この場合には、例えば、 図 8、図 9を参照して説明した光偏向ディスク 310の下面、あるいは図 13、図 14を参 照して説明した光偏向ディスク 310の下面を反射面にしたものを反射型光偏向ディス ク 410として用いればよい。 [0110] このように構成した場合も、実施の形態 1と同様、光源装置 10では、レンズ 30が、 発光源 20から出射された光ビームを、光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方向） および第 2の方向（水平方向）のうちの一方では反射型光偏向ディスク 410の上面あ るいはその近傍で合焦する収束光として導くことができる。このため、光源装置 10か ら出射された光ビームは、例えば、反射型光偏向ディスク 410の光偏向領域に対し て半径方向に延びるスポットとして照射され、所定の放射角をもつ発散光の光ビーム として走査されることになる。従って、小型の反射型光偏向ディスク 410であっても多 数の光偏向領域を形成することができる。また、光源装置 10において、レンズ 30が 光軸方向に直交する第 1の方向（垂直方向）および第 2の方向（水平方向）の!、ずれ においても、反射型光偏向ディスク 410の上面あるいはその近傍で合焦する収束光 として導いた場合には、従来に比べて小さなスポットとして照射される。それ故、反射 型光偏向ディスク 410の小型化を図ることができる。これらいずれの場合でも、反射 型光偏向ディスク 410の小型化を図ることができるため、それを駆動する際のバラン スも向上するので、精度の高い光走査を行うことができ、かつ、反射型光偏向ディスク 410を駆動する駆動モータ 350などについてもその小型化を図ることができる。それ 故、光ビーム装置 lcの大幅な小型化を図ることができる。

[0111] [他の実施の形態]

上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるもので はなぐ例えば、以下に説明するように、本発明の要旨を変更しない範囲において種 々変形可能である。

[0112] 実施の形態 2、 3では、傾斜面 333が透過型光偏向ディスク 310の出射側の面にの み形成されていた力 入射側の面にのみ形成するようにしてもよい。また、出射側の 面と入射側の面の両面に傾斜面が形成されてもよ！ヽ。両面に傾斜面を形成する場合 には、例えば、入射側の面の傾斜角度は、全ての光偏向領域 332で同一の角度に 設定すればよい。

[0113] 実施の形態 2、 3では、透過型光偏向ディスク 310を榭脂で形成したが、透過型光 偏向ディスク 310をガラスで形成してもよい。この場合には、温度変動の影響をほとん ど受けないため、温度特性が安定するとともに、高温環境下でも光ビーム走査装置 の使用が可能となる。

[0114] 実施の形態 2、 3では、傾斜面 333は、必ずしも透過型光偏向ディスク 310の出射 側の面の全周にわたつて形成される必要はなぐ出射側の面の一部に平坦な平面部 を形成してもよい。

[0115] 実施の形態 2、 3においては、光学式エンコーダ 306に替えて、駆動モータ 350の 内部に設けられたホール素子あるいは MR素子を位置検出手段として利用してもよ い。この場合、駆動モータ 350が有する駆動マグネットあるいは、パルス発生用のマ グネット、さらには逆起電力力 パルスを作り、このパルスに基づいて、光源装置 10 力も出射された光ビームが 1つの光偏向領域 332の周方向の中心位置に向かって 入射するように、発光源の発光タイミングを制御してやればょ 、。

[0116] また、実施の形態 2、 3において、光ビーム走査装置は、位置検出手段を備えてい なくともよい。上述した形態のように、透過型光偏向ディスク 310が、円周方向に略等 角度間隔で分割された複数の光偏向領域 332から構成されている場合には、駆動 モータ 350が一定速度で回転するように制御され、光源装置 10から一定間隔でノ ル ス状の光ビームが出射されれば、適切な光ビームの走査を行うことは可能である。

[0117] さらに、実施の形態 2、 3において、ミラー 305を設けずに、光源装置 10から透過型 光偏向ディスク 310のディスク面に向力つて光ビームを出射し、直接、透過型光偏向 ディスク 310に入射するように構成してもよい。また、ミラー 305を設けた場合に、光源 装置 10を透過型光偏向ディスク 310の斜め下方に配置して、透過型光偏向ディスク 310の斜め下方力も光ビーム力 透過型光偏向ディスク 310に入射するように構成し てもよい。

[0118] さらにまた、実施の形態 2、 3で用いた透過型光偏向ディスク 310については、図 16 および図 17を参照して以下に説明するように、円周方向で傾斜角が連続的に変化 する傾斜面を備えて 、る構成を採用してもょ 、。

[0119] 図 16は、本発明の実施の形態 2の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過 型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の光ビー ム走査装置および透過型光偏向ディスクの基本的な構成は、実施の形態 2と同様で あるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。 [0120] 実施の形態 2に係る透過型光偏向ディスク 310では、周方向に複数の光偏向領域 332に分割され、これらの光偏向領域 332の各々に傾斜面 333が形成されていたが 、図 16に示すように、透過型光偏向ディスク 310のディスク面には、周方向に連続し た傾斜面 333が形成され、かつ、この傾斜面 333は、半径方向に対する傾斜角度が 周方向で連続的に変化している。

[0121] このように構成した透過型光偏向ディスク 310は、図 8を参照した例と同様、図 16に 示す X— X線、 y— y線、 z— z線で切断したときの断面は、図 9 (a)、（b)、（c)に示すよ うに表され、半径方向における傾斜角度 Θ wは、周方向で次第に増加または減少す るようになっている。このため、透過型光偏向ディスク 310を回転させながら、透過型 光偏向ディスク 310に光ビームを入射させると、光ビームは、透過型光偏向ディスク 3 10を透過する際に、傾斜面 333で屈折されて走査される。このように構成した場合は 、レーザは連続発振させて分解能を最大限まで上げることが可能である。なお、傾斜 面 333は、周方向にも連続的に傾斜角度が変化しているが、入射するビーム径が小 さいためこの方向の傾き変化は無視できるので、透過型光偏向ディスク 310の接線 方向への走査は無視できる。

[0122] 図 17は、本発明の実施の形態 3の変形例に係る光ビーム走査装置に用いた透過 型光偏向ディスクの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、本形態の光ビー ム走査装置および透過型光偏向ディスクの基本的な構成は、実施の形態 3と同様で あるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。

[0123] 実施の形態 3に係る透過型光偏向ディスク 310では、周方向に複数の光偏向領域 332が形成され、これらの光偏向領域 332の各々には、傾斜角度 Θ wが一定の傾斜 面 333が形成されていた力 本形態では、図 17に示すように、周方向に複数の光偏 向領域 332が形成され、これらの光偏向領域 332の各々には、周方向への傾斜角 度 Θ wが周方向で連続的に変化している傾斜面 333が形成されている。この面の形 状は接線方向で 2次関数となっており、 1次微分で表される傾きが接線方向に対して 連続して変化するようになっている。このように構成した透過型光偏向ディスク 310を 用 ヽた光ビーム走査装置でも、透過型光偏向ディスク 310に入射した光ビームは、 透過型光偏向ディスク 310を透過する際に、傾斜面 333で屈折されて、透過型光偏 向ディスク 310の接線方向に走査される。なお、図 17では傾斜面 333が片側のみに 傾斜している例であった力 放物線の U形状としてもよいし、 sinカーブにしてもよい。

[0124] また、図 16および図 17に示す透過型光偏向ディスク 310の傾斜面に反射層を形 成すれば、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク面に形成され た反射型光偏向ディスクを構成できる。このような反射型光偏向ディスクの動作など は実施の形態 4と同様であるため、説明を省略する。

産業上の利用可能性

[0125] 本発明に係る光ビーム走査装置では、光源装置から光軸方向に直交する第 1の方 向および第 2の方向のうちの少なくとも一方で光偏向素子あるいはその近傍で合焦 する収束光を出射する。このため、第 1の方向および第 2の方向のうちの少なくとも一 方では光偏向素子の小型化を図ることができる。従って、光偏向素子については、そ の生産性を高めることができるとともに、最新の微細化技術を利用して、例えば、走 查点数を増大させることのできる光偏向素子を提供することができる。また、光偏向 素子を小型化すると、それを駆動する際のバランスも向上するので、精度の高い光走 查を行うことができ、かつ、光偏向素子を駆動するモータなどの駆動機構についても その小型化を図ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 光源装置と、該光源装置から出射された光ビームを光偏向素子によって所定の角 度範囲にわたって走査させる光偏向機構とを有する光ビーム走査装置において、 前記光源装置は、光軸方向に直交する第 1の方向および第 2の方向のうちの少なく とも一方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光を出射することを特 徴とする光ビーム走査装置。

[2] 請求項 1において、前記光源装置は、発光源と、該発光源から出射された光ビーム を、光軸方向に直交する第 1の方向および第 2の方向のうちの少なくとも一方で前記 光偏向素子あるいはその近傍で合焦する収束光として導くレンズとを備えていること を特徴とする光ビーム走査装置。

[3] 請求項 2において、前記発光源はレーザ発光素子であることを特徴とする光ビーム 走査装置。

[4] 請求項 2において、前記レンズには、前記第 1の方向と前記第 2の方向で発散角の 異なる光ビームが入射し、

前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第 1の方向と前記第 2 の方向のうち、少なくとも発散角が大きい方向で前記光偏向素子ある!ヽはその近傍 で合焦させることを特徴とする光ビーム走査装置。

[5] 請求項 2において、前記レンズには、前記第 1の方向と前記第 2の方向で発散角の 異なる光ビームが入射し、

前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第 1の方向と前記第 2 の方向のうち、少なくとも発散角が小さい方向で前記光偏向素子あるいはその近傍 で合焦させることを特徴とする光ビーム走査装置。

[6] 請求項 2にお 、て、前記レンズは、前記発光源から出射された光ビームを、前記第

1の方向および前記第 2の方向の双方で前記光偏向素子あるいはその近傍で合焦 する収束光として導くことを特徴とする光ビーム走査装置。

[7] 請求項 2において、前記発光源から前記収束光の合焦位置までの距離が 100mm 以下であることを特徴とする光ビーム走査装置。

[8] 請求項 2において、前記レンズは、正のパワーを有する非球面レンズ、トーリックレ ンズ、トロイダルレンズ、およびシリンドリカルレンズのうちのいずれかであることを特徴 とする光ビーム走査装置。

[9] 請求項 2において、前記レンズは、前記発光源側が正のパワーを備えた曲面であり

、前記光偏向素子側が平面であることを特徴とする光ビーム走査装置。

[10] 請求項 2において、前記光源装置は、前記発光源と前記レンズとの間に前記発光 源を装着可能な凹部を備えたホルダ状絞り部材を備え、

前記ホルダ状絞り部材における絞り開口の中心位置は、当該ホルダ状絞り部材の 外形の中心位置と一致し、

前記凹部の中心位置は、前記発光源において前記凹部に装着される部分の外形 の中心位置が発光点から偏芯して 、る寸法分だけ、前記ホルダ状絞り部材の外形の 中心位置力も偏芯していることを特徴とする光ビーム走査装置。

[11] 請求項 10において、前記レンズと前記絞り開口とは外径寸法が略一致していること を特徴とする光ビーム走査装置。

[12] 請求項 2にお 、て、前記レンズは、榭脂製であることを特徴とする光ビーム走査装 置。

[13] 請求項 1ないし 12のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子とし ての多角柱状のポリゴンミラーと、該ポリゴンミラーをその軸線回りに回転させる駆動 機構とを有して ヽることを特徴とする光ビーム走査装置。

[14] 請求項 13において、前記ポリゴンミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転 中心軸線に対して直交する方向で前記ポリゴンミラーあるいはその近傍で合焦する 光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。

[15] 請求項 13において、前記ポリゴンミラーに入射する光は、前記ポリゴンミラーの回転 中心軸線に対して直交する方向および平行方向の双方で前記ポリゴンミラーある ヽ はその近傍で合焦する光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。

[16] 請求項 1ないし 12のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子とし ての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、 前記光偏向ディスクのディスク面には、周方向において分割された複数の光偏向 領域が形成され、 当該複数の光偏向領域は、入射された光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方 向に出射することを特徴とする光ビーム走査装置。

[17] 請求項 16において、前記光偏向機構は、前記光偏向ディスクとして透過型光偏向 ディスクを有し、

前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する前記光偏向領 域と異なる方向に屈折させて出射する傾斜面が形成されていることにより、入射して きた光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビー ム走査装置。

[18] 請求項 17において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に 向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏 向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。

[19] 請求項 17において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向 かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向 領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。

[20] 請求項 17において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割さ れて 、ることを特徴とする光ビーム走査装置。

[21] 請求項 17において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの 周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていること を特徴とする光ビーム走査装置。

[22] 請求項 17において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの 周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する 光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。

[23] 請求項 16において、前記光偏向機構は、前記光偏向ディスクとして反射型光偏向 ディスクを有し、

前記複数の光偏向領域の各々は、入射された光ビームを隣接する前記光偏向領 域と異なる方向に反射して出射する傾斜面が形成されていることにより、入射してき た光ビームを隣接する光偏向領域と異なる方向に出射することを特徴とする光ビーム 走査装置。

[24] 請求項 23において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で半径方向に 向かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏 向領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。

[25] 請求項 23において、前記傾斜面は、前記複数の光偏向領域の各々で周方向に向 かって傾斜しており、前記傾斜面の傾斜角度は、周方向に並ぶ前記複数の光偏向 領域の各々で連続的に変化していることを特徴とする光ビーム走査装置。

[26] 請求項 23において、前記複数の光偏向領域は、周方向において放射状に分割さ れて 、ることを特徴とする光ビーム走査装置。

[27] 請求項 23において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの 周方向で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する光ビームになっていること を特徴とする光ビーム走査装置。

[28] 請求項 23において、前記光偏向ディスクに入射する光は、前記光偏向ディスクの 周方向および半径方向の双方で前記光偏向ディスクあるいはその近傍で合焦する 光ビームになっていることを特徴とする光ビーム走査装置。

[29] 請求項 1ないし 12のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子とし ての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、 前記光偏向ディスクは、入射された光ビームを屈折させて出射する傾斜面がデイス ク面に形成された透過型光偏向ディスクであり、

前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜角度が周方向で連続的に変化 して 、ることを特徴とする光ビーム走査装置。

[30] 請求項 1ないし 12のいずれかにおいて、前記光偏向機構は、前記光偏向素子とし ての光偏向ディスクと、該光偏向ディスクを回転駆動する回転駆動機構とを有し、 前記光偏向ディスクは、入射された光ビームを反射して出射する傾斜面がディスク 面に形成された反射型光偏向ディスクであり、

前記傾斜面は、半径方向あるいは周方向への傾斜角度が周方向で連続的に変化 して 、ることを特徴とする光ビーム走査装置。