WO2020204020A1 - 光反射装置、導光装置、及び光走査装置 - Google Patents

光反射装置、導光装置、及び光走査装置 Download PDF

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睦裕 中澤
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    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Definitions

  • the present invention mainly relates to a light reflecting device that deflects and reflects incident light.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an apparatus provided in this type of apparatus.
  • the mirror swivel device of Patent Document 1 includes a light projecting means and a light reflecting means.
  • the light projecting means includes a mirror swivel device having a plurality of plane mirrors arranged in a regular polygonal shape, and reflects light incident from a predetermined direction by one plane mirror in the mirror swivel device that swirls.
  • the plane mirror swivel device emits light while moving at a constant speed.
  • the light reflecting means reflects the light emitted from the light projecting means by a plurality of reflecting portions and guides the light to an arbitrary irradiation point on a predetermined scanning line.
  • the polygon mirror rotating device of Patent Document 2 includes a light projecting means and a light reflecting means.
  • the light projecting means has a polygon mirror, and the polygon mirror moves at a constant speed by reflecting the light incident from a predetermined direction on the reflecting surface of each side of the regular polygon of the rotating polygon mirror. While radiating light.
  • the light reflecting means reflects the light emitted from the light projecting means by a plurality of reflecting portions and guides the light to an arbitrary irradiation point on a predetermined scanning line.
  • the mirror swivel device of Patent Document 1 in the light projecting means having only the mirror swivel device, the light reflection position in each plane mirror of the mirror swivel device fluctuates with the rotation of the mirror swivel device. Due to this, scanning distortion and the like occur. Further, with respect to the polygon mirror rotating device of Patent Document 2, in the light projecting means having only a unit polygon mirror rotating device, as the polygon mirror rotates, the reflecting surface of each side of the regular polygon of the polygon mirror is used. Scanning distortion or the like occurs due to fluctuations in the light reflection position.
  • the mirror swivel device of Patent Document 1 is provided with a reciprocating motion mechanism for sequentially reciprocating the planar mirror, and by reciprocating the planar mirror, the fluctuation of the light reflection position is suppressed.
  • the polygon mirror rotating device of Patent Document 2 includes a support member that rotatably supports the polygon mirror and a reciprocating motion mechanism that reciprocates the support member, and by reciprocating the polygon mirror together with the support member. , It suppresses the fluctuation of the light reflection position.
  • a device provided with a galvano mirror having a configuration in which a movable portion provided with a reflecting mirror reciprocates and swings is also known.
  • this device it is possible to prevent the light reflection position from fluctuating by swinging the movable part of the galvano mirror while adjusting its swing speed.
  • the mirror turning device of Patent Document 1 and the polygon mirror rotating device of Patent Document 2 can suppress fluctuations in the light reflection position, but cannot completely prevent them. Further, in a device equipped with a galvano mirror, in order to prevent the light reflection position from fluctuating, it is necessary to accelerate or decelerate the movable part when the movable part of the galvano mirror swings. The scanning area scanned by the device is narrowed, and the processable range of the irradiated object to be irradiated with light is reduced.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use a device that deflects light incident from a predetermined direction without reducing the processable range of the irradiated object to be irradiated with light.
  • the purpose is to prevent the light reflection position from fluctuating.
  • the light reflecting device has a planar reflecting surface that reflects incident light, and includes a reflecting member that rotates and revolves at the same time.
  • the direction of rotation and the direction of revolution of the reflective member are the same.
  • the revolution angular velocity of the reflective member is equal to twice the rotation angular velocity.
  • an optical scanning device having the following configuration. That is, the optical scanning device includes a rotating mirror, a driving device, and an irradiation device.
  • the drive device rotates the rotary mirror.
  • the irradiation device irradiates the rotating mirror with light.
  • the rotating mirror includes a first regular polygonal pyramid and a second regular polygonal pyramid.
  • the second regular polygonal pyramid is arranged so as to face the first regular polygonal pyramid with the axis aligned with the first regular polygonal pyramid.
  • Each side surface of the first regular polygonal pyramid and the second regular polygonal pyramid is a planar light reflecting surface.
  • the number of sides of the regular polygon is equal between the first bottom surface of the first regular polygonal pyramid and the second bottom surface of the second regular polygonal pyramid. Both the first bottom surface and the second bottom surface are arranged perpendicular to the axis.
  • the first regular polygonal pyramid and the second regular polygonal pyramid are aligned with each other by the phase of the regular polygon on the first bottom surface and the phase of the regular polygon on the second bottom surface, and the shaft is operated by the driving device. Is an axis of rotation and rotates integrally with each other.
  • the base angle is ⁇ ° when the first regular polygonal pyramid is cut along a plane including its axis and passing through the midpoint of one side of the regular polygon on the first bottom surface.
  • the base angle is (90- ⁇ ) ° when the second regular polygonal pyramid is cut along a plane including its axis and passing through the midpoint of one side of the regular polygon on the second bottom surface.
  • the distance between the first bottom surface and the second bottom surface is the distance between the midpoint of one side of the regular polygon of the first bottom surface and the rotation axis multiplied by tan ⁇ , and the regular polygon of the second bottom surface. It is equal to the sum of the distance between the midpoint of one side and the axis of rotation multiplied by tan (90- ⁇ ).
  • the irradiation device irradiates light at a position intersecting the rotation axis of the rotation mirror.
  • the light reflection position with respect to the incident light is constant in the reflection member, so that it is possible to prevent the light reflection position from fluctuating. Therefore, it is possible to prevent distortion when scanning is performed.
  • the present invention it is possible to prevent the light reflection position from fluctuating in a light reflecting device that deflects light incident from a predetermined direction.
  • the perspective view of the laser processing apparatus provided with the light guide device which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the schematic diagram which shows the example which the light guide device includes one reflection unit. Perspective view of the reflection unit. Sectional view of the reflection unit. The figure explaining how the reflective member rotates 180 ° while revolving 360 °. The figure explaining the state at the time of the reflection of the incident light by a reflecting member. Sectional drawing which cut the reflection unit by the plane perpendicular to the revolution axis of a reflection member. The figure explaining the relationship between the position where the incident light hits a reflective member, the angle of revolution and the angle of rotation.
  • the cross-sectional view which shows the 1st modification of the reflection unit.
  • FIG. 11 is a diagram showing a state in which the first reflection unit is in the passing state and the second reflection unit is in the reflecting state.
  • FIG. 1 is a perspective view of the laser processing apparatus 1.
  • the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1 can process the work (object to be irradiated) 200 by irradiating the work (object to be irradiated) 200 with laser light while scanning the light.
  • the laser processing apparatus 1 can perform non-thermal processing.
  • Non-thermal processing includes, for example, ablation processing.
  • the ablation process is a process of irradiating a part of the work 200 with a laser beam to evaporate a part of the work 200.
  • the laser processing apparatus 1 may be configured to perform thermal processing in which the work 200 is melted and processed by the heat of the laser beam.
  • the work 200 is a plate-shaped member.
  • the work 200 is made of, for example, CFRP (carbon fiber reinforced plastic).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the work 200 is not limited to a plate-shaped member, and may be, for example, a block-shaped member. Further, the work 200 may be made of another material.
  • the laser light used in the laser processing apparatus 1 may be visible light or electromagnetic waves in a wavelength band other than visible light. Further, in the present embodiment, not only visible light but also various electromagnetic waves having a wider wavelength band are referred to as "light".
  • the laser processing device 1 includes a transport unit 11, a laser generator 12, and a light guide device 13.
  • the transport unit 11 can transport the work 200 in a direction (sub-scanning direction) substantially orthogonal to the main scanning direction of the laser processing apparatus 1. Laser processing is performed while the work 200 is being conveyed by the transfer unit 11.
  • the transport unit 11 is a belt conveyor.
  • the transport unit 11 is not particularly limited, but may be a roller conveyor or a configuration in which the work 200 is gripped and transported. Further, it is also possible to omit the transport unit 11 and irradiate the work 200 fixed so as not to move with a laser beam to perform processing.
  • the laser generator 12 is a light source of laser light, and can generate a pulsed laser having a short time width by pulse oscillation.
  • the time width of the pulse laser is not particularly limited, but is a short time interval such as nanosecond order, picosecond order, or femtosecond order.
  • the laser generator 12 may be configured to generate a CW laser by continuous wave oscillation.
  • the light guide device 13 guides the work 200 to irradiate the laser beam generated by the laser generator 12.
  • the laser beam guided by the light guide device 13 irradiates the irradiated point 202 on the scanning line 201 defined on the surface of the work 200.
  • the irradiated point 202 on which the work 200 is irradiated by the laser beam moves at a substantially constant speed along the linear scanning line 201. As a result, optical scanning is realized.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the light guide device 13.
  • the light guide device 13 includes at least one reflection unit (light reflection device) 20.
  • the light guide device 13 includes one reflection unit 20.
  • the reflection unit 20 is arranged inside the housing 17 included in the light guide device 13.
  • the reflection unit 20 When the laser light emitted from the laser generator 12 is incident, the reflection unit 20 reflects the laser light and guides it to the work 200.
  • the laser light incident on the reflection unit 20 from the laser generator 12 may be referred to as incident light.
  • the reflection unit 20 is arranged so as to be separated from the work 200 by a predetermined distance.
  • the reflection unit 20 can scan light by reflecting and deflecting incident light. 1 and 2 show a scanning region 31 which is a region in which the work 200 is lightly scanned by the reflection unit 20.
  • the scanning area 31 constitutes the scanning line 201.
  • the scanning area 31 is scanned by the reflection unit 20.
  • FIG. 3 is a perspective view of the reflection unit 20.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the reflection unit 20.
  • the reflection unit 20 includes a support plate (support member) 41, a reflection member 42, a motor 44, a prism 51, and a scanning lens 53.
  • the support plate 41 is a disk-shaped member and is rotatable with respect to the housing 63 described later.
  • the first rotating shaft 61 is rotatably supported by the housing 63.
  • the support plate 41 is fixed to one end of the first rotating shaft 61 in the axial direction.
  • the output shaft of the motor 44 is connected to the other end of the first rotating shaft 61 in the axial direction.
  • the reflection unit 20 includes a housing 63 in which the drive transmission mechanism of the reflection unit 20 is housed.
  • the housing 63 is fixed at an appropriate position in the housing 17 shown in FIG.
  • the housing 63 is formed in a hollow cylindrical shape with one side open in the axial direction.
  • the support plate 41 is arranged so as to close the open side of the housing 63.
  • the first rotating shaft 61 is arranged so as to penetrate the housing 63.
  • the reflective member 42 is a member formed in a block shape.
  • the reflective member 42 is rotatable with respect to the support plate 41.
  • the second rotating shaft 62 is rotatably supported on the support plate 41.
  • the second rotating shaft 62 is oriented parallel to the first rotating shaft 61 and is arranged so as to penetrate the support plate 41.
  • the reflective member 42 is supported by the support plate 41 via the base portion 71 and the second rotating shaft 62.
  • the base portion 71 is formed in the shape of a small disk as shown in FIG. As shown in FIG. 4, the base portion 71 is fixed to one end in the axial direction of the second rotating shaft 62. The other end of the second rotating shaft 62 in the axial direction is located inside the housing 63.
  • the above-mentioned reflective member 42 is fixed to the base portion 71. Therefore, the reflective member 42 can rotate together with the base portion 71 and the second rotating shaft 62.
  • the reflective member 42 can rotate (revolve) around the first rotating shaft 61 together with the support plate 41, and at the same time, rotate (rotate) about the second rotating shaft 62.
  • the axis of the first rotation axis 61 may be referred to as a revolution axis
  • the axis of the second rotation axis 62 may be referred to as a rotation axis.
  • the drive mechanism of the reflective member 42 will be described later.
  • three reflective members 42 are provided.
  • the three reflective members 42 are arranged on the surface of the support plate 41 on the side far from the housing 63.
  • the three reflecting members 42 are arranged on the support plate 41 so as to equally divide the circle centered on the first rotation shaft 61. Specifically, the three reflective members 42 are arranged at equal intervals (at 120 ° intervals) in the circumferential direction of the support plate 41.
  • the reflective member 42 reflects light and guides it to the scanning region 31.
  • the reflecting member 42 has a first reflecting portion 81 and a second reflecting portion 82.
  • the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 are arranged in pairs with the second rotating shaft 62 (rotating shaft) interposed therebetween.
  • the reflective member 42 is formed in the shape of a rectangular parallelepiped block.
  • the first reflecting portion 81 is arranged on one of the two surfaces facing each other with the rotation axis interposed therebetween, and the second reflecting portion 82 is arranged on the other surface.
  • the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 are formed symmetrically with each other.
  • the support plate 41 is driven so that the rotational angular velocity is equal to twice the rotational angular velocity of the reflective member 42. Therefore, while the support plate 41 rotates 360 °, the reflective member 42 rotates 180 °.
  • the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 are arranged so as to face opposite to each other.
  • FIG. 5 depicts the state of revolution and rotation of the reflective member 42 when focusing on only one of the three reflective members 42.
  • hatching is provided on the edge of the reflective member 42 on the side close to the first reflective portion 81 in FIG.
  • the direction of revolution and the direction of rotation of the reflective member 42 are both counterclockwise.
  • the reflective member 42 rotates 180 ° in conjunction with the 360 ° rotation of the support plate 41. Therefore, every time the reflecting member 42 revolves 360 °, it rotates 180 ° and the directions of the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 are switched. In this way, every time the support plate 41 is rotated 360 °, the surface that reflects the incident light is alternately switched between the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82.
  • the first reflecting unit 81 and the second reflecting unit 82 include a first reflecting surface 85 and a second reflecting surface 86, respectively. Since the configurations of the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 are substantially the same as each other, the configuration of the first reflecting portion 81 will be described below as a representative.
  • the reflective member 42 is formed with a groove having a V-shaped cross section that opens the side far from the rotation axis.
  • the longitudinal direction of the groove is oriented perpendicular to the rotation axis.
  • a first reflecting surface 85 and a second reflecting surface 86 are formed on the inner wall of this groove.
  • the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 form a first reflecting portion 81.
  • Both the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are formed in a flat shape.
  • the first reflecting surface 85 is arranged so as to be inclined with respect to a virtual plane perpendicular to the second rotation axis 62.
  • the second reflecting surface 86 is arranged so as to be inclined with respect to a virtual plane perpendicular to the second rotation axis 62.
  • the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are virtual in opposite directions and at an angle ⁇ (specifically, 45 °) equal to each other and perpendicular to the second rotation axis 62. It is tilted with respect to the plane. Therefore, the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are symmetrical with respect to the symmetrical surface 87 perpendicular to the second rotation axis 62.
  • the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are arranged so as to form a V shape having an angle of 90 °.
  • the incident light guided to the light guide device 13 is bent via the prism 51 and travels along the first optical path L1 in a direction approaching the reflection unit 20.
  • the first optical path L1 has a direction orthogonal to the direction of the revolution axis of the reflection member 42.
  • the three reflecting members 42 are driven by the motor 44 to revolve and rotate, so that they move so as to sequentially cross the first optical path L1. Therefore, the three reflecting members 42 hit the incident light along the first optical path L1 in order to reflect the light.
  • the first reflecting surface 85 of the first reflecting portion 81 or the second reflecting portion 82 has a first reflecting surface 85 as shown in FIG. It is arranged so as to overlap with one optical path L1. Therefore, the incident light is reflected by the first reflecting surface 85 and then reflected by the second reflecting surface 86.
  • the reflecting member 42 revolves and rotates while the reflecting member 42 is exposed to incident light as shown in FIG. 4, the directions of the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 change continuously. Therefore, the direction of the light emitted from the second reflecting surface 86 changes smoothly as shown by the white arrow in FIG. In this way, the deflection of the emitted light is realized.
  • the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are arranged in a V shape, the light emitted from the reflecting member 42 becomes a plane perpendicular to the rotation axis as the reflecting member 42 revolves and rotates. Deflection along. This plane is offset with respect to the first optical path L1 in the direction of the second rotation axis 62 (in other words, the first rotation axis 61). As a result, the light reflected by the second reflecting surface 86 can be guided to the work 200 through the second optical path L2 offset with respect to the first optical path L1.
  • the incident light is incident on the reflection unit 20 in a direction perpendicular to the rotation axis and the revolution axis. Further, when the phase of revolution of the reflecting member 42 completely matches the direction of the incident light, the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are the incident light when viewed along the second rotation axis 62. Orthogonal. Therefore, at this time, as shown in FIG. 3, the incident light is reflected twice by the reflecting member 42 so as to be folded back, and is emitted along the second optical path L2 parallel to and opposite to the direction of the first optical path L1.
  • the incident light is deflected by being reflected by the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86.
  • FIG. 6 consider a mirror image of the first reflecting surface 85 of the plane of symmetry 87 and a mirror image of the second reflecting surface 86 of the plane of symmetry 87. Both of the two mirror images form a plane 88 located inside the reflective member 42. From the viewpoint of the optical path length, the case where the incident light is reflected while being offset by the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 and the case where the incident light is reflected by the plane 88 without offset are equivalent. .. In this sense, the virtual plane 88 can be said to be an apparent reflective surface.
  • Plane 88 will be described from another point of view.
  • the optical path from the time when the incident light is reflected by the first reflecting surface 85 to the time when it is reflected by the second reflecting surface 86 is referred to as an intermediate optical path L3.
  • the bisector of the intermediate optical path L3 is located on the plane of symmetry 87.
  • FIG. 6 shows a state in which the direction of the second optical path L2 is at the center of the deflection angle range. However, the tips of the extension lines 76 and 78 are always located on the plane 88 regardless of the direction in which the incident light is deflected by the reflective member 42.
  • This plane 88 is also a reference plane on which the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 are symmetrically arranged. Therefore, although the plane 88 is shown in FIG. 6 in relation to the first reflecting portion 81, the plane 88 is common to both the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82. Then, in the present embodiment, the rotation axis of the reflection member 42 (in other words, the axis of the second rotation axis 62) is arranged so as to be included in the plane 88.
  • FIG. 2 shows the relationship between the rotating and revolving reflective member 42 and the plane 88.
  • the prism 51 is composed of an appropriate optical element.
  • the prism 51 is arranged on the upstream side of the first optical path L1 with respect to the reflecting member 42.
  • the prism 51 can guide the laser beam from the laser generator 12 to the reflecting member 42.
  • the scanning lens 53 is a free curved lens, and for example, a known f ⁇ lens can be used.
  • the scanning lens 53 is arranged between the reflecting member 42 and the scanning region 31. With this scanning lens 53, the focal length can be made constant between the central portion and the peripheral portion of the scanning range.
  • the motor 44 generates a driving force for revolving and rotating the reflective member 42.
  • the driving force of the motor 44 is transmitted to the planetary gear train via the output shaft of the motor 44, so that the support plate 41 and the reflective member 42 rotate.
  • the motor 44 is an electric motor in the present embodiment, but the motor 44 is not limited to this.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the reflection unit 20 cut in a plane perpendicular to the revolution axis.
  • the central portion of the support plate 41 is fixed to one end in the axial direction of the first rotating shaft 61.
  • the output shaft of the motor 44 is connected to the other end of the first rotating shaft 61 in the axial direction.
  • the second rotating shaft 62 is arranged at a position radially outside the center of the support plate 41.
  • the second rotating shaft 62 is rotatably supported by the support plate 41.
  • One end in the axial direction of the second rotating shaft 62 is arranged outside the housing 63 and fixed to the base portion 71.
  • the other end of the second rotating shaft 62 in the axial direction is arranged inside the housing 63.
  • the planetary gear 91 is fixed to the second rotating shaft 62 inside the housing 63.
  • the planetary gear 91 meshes with the sun gear 92 provided around the first rotating shaft 61 via the counter gear 93.
  • the sun gear 92 is fixed to the housing 63.
  • the counter gear 93 is rotatably supported by the support plate 41.
  • the rotation direction of the support plate 41 which is a planetary carrier and the second rotation shaft 62 (reflection).
  • the rotation direction of the member 42) is the same as that of the rotation direction.
  • the number of teeth of the planetary gear 91 is twice the number of teeth of the sun gear 92.
  • the revolution angular velocity of the reflective member 42 becomes equal to twice the rotation angular velocity of the reflective member 42.
  • the locus of the second rotating shaft 62 accompanying the rotation of the support plate 41 is shown as a revolution circle 101.
  • the center of the revolution circle 101 is located at the intersection (origin O) of the X-axis and the Y-axis extending in the direction perpendicular to each other.
  • the origin O corresponds to the revolution axis of the reflective member 42.
  • the deflection of the light at the reflecting member 42 can be considered to be substantially the same as the deflection caused by reflecting the light on the plane 88 described above. Therefore, in FIG. 8, the reflective member 42 is represented by a straight line indicating a plane 88 which is an equivalent virtual reflective surface.
  • the rotation axis of the reflection member 42 is located at an arbitrary point on the revolution circle 101.
  • the rotation axis of the reflection member 42 is at the position of the point P and the direction of the reflection surface of the reflection member 42 is perpendicular to the X axis.
  • the light incident on the origin O in the direction of the X axis is reflected by the reflecting member 42 at the point P.
  • the optical path of the reflected light coincides with the optical path of the incident light.
  • the direction of the reflecting member 42 In order for the incident light to be reflected at the point P even if the rotation axis of the reflecting member 42 is at the point Q, the direction of the reflecting member 42 must match the direction of the straight line drawn from the point Q to the point P.
  • M be the midpoint of the straight line connecting point P and point Q. Further, consider a straight line passing through the point Q and extending parallel to the Y axis, and let N be the intersection of this straight line and the X axis.
  • the triangular OPQ is an isosceles right triangle. Therefore, the angle OPM formed by the straight line OP and the straight line PM is equal to the angle OQM formed by the straight line OQ and the straight line QM.
  • the straight line OM and the straight line PQ are orthogonal to each other. Further, the straight line OP and the straight line QN are orthogonal to each other.
  • the two angles of the triangle are equal to each other. Therefore, the triangular OQM and the triangular NQP are similar.
  • the angle QOM formed by the straight line QO and the straight line OM and the angle PQN formed by the straight line PQ and the straight line QN are equal.
  • the angle QOP formed by the straight line QO and the straight line OP is ⁇ . Therefore, the angle QOM is ⁇ / 2, and the angle PQN is also ⁇ / 2.
  • the incident light is reflected and deflected by rotating the reflecting member 42 having the reflecting surfaces 85 and 86. Since the reflective member 42 is rotationally driven at a constant angular velocity and does not perform reciprocating motion (acceleration / deceleration) unlike a galvano mirror, it is possible to avoid narrowing the scanning region 31 that can keep the moving speed of the irradiated point 202 constant, and to avoid narrowing the light. It is possible to suppress a decrease in the processable range of the work 200 due to the above.
  • the combination of the revolution and the rotation of the reflective member 42 can prevent the fluctuation of the point where the reflective member 42 hits the incident light, so that the light is guided to the scanning lens 53 in the ideal state as in the galvanometer mirror. Can be done. As described above, it is possible to obtain a light reflecting device having both the high emissivity, which is a feature of the polygon mirror, and the difficulty of the reflection point fluctuation, which is the feature of the galvano mirror.
  • the reflection unit 20 of the present embodiment includes a reflection member 42 having planar reflection surfaces 85 and 86.
  • the reflecting surfaces 85 and 86 reflect the incident light.
  • the reflective member 42 revolves and rotates at the same time.
  • the direction of revolution of the reflective member 42 and the direction of rotation are the same.
  • the revolution angular velocity of the reflective member 42 is equal to twice the rotation angular velocity.
  • the light reflection position with respect to the incident light in the reflection member 42 becomes constant, and it is possible to prevent the light reflection position from fluctuating. Therefore, scanning distortion can be reduced.
  • the deflection is realized by the rotation of the reflecting member 42 instead of the reciprocating motion, so that the scanning can be easily performed at a constant speed.
  • the reflection surfaces 85 and 86 are arranged so as to form a pair with the rotation axis of the reflection member 42 interposed therebetween.
  • the reflective member 42 rotates 180 ° and changes its direction every time it revolves 360 °. Therefore, by arranging the reflecting members 85 and 86 having different orientations by 180 ° on the reflecting member 42 in pairs, one of the reflecting surfaces is effective when the reflecting member 42 crosses the optical path of the incident light. Reflects on. Therefore, the incident light can be efficiently guided to the work 200.
  • the reflection unit 20 of the present embodiment includes three reflection members 42.
  • the revolution axes of the three reflective members 42 are the same.
  • the three reflecting members 42 are arranged so as to divide a circle centered on the revolution axis at equal angular intervals.
  • the incident light can be guided to the work 200 more efficiently.
  • the reflection unit 20 of the present embodiment includes a planetary gear train that allows the reflection member 42 to revolve and rotate.
  • the reflection member 42 reflects light so as to deflect along a plane perpendicular to the rotation axis. This plane is offset in the direction of the rotation axis with respect to the incident light on the reflecting member 42.
  • the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are formed on the reflecting member 42.
  • the first reflecting surface 85 is formed in a planar shape inclined with respect to a plane perpendicular to the rotation axis of the reflecting member 42.
  • the second reflecting surface 86 is formed in a plane shape inclined with respect to a plane perpendicular to the rotation axis of the reflecting member 42.
  • the direction in which the first reflecting surface 85 is inclined with respect to the plane perpendicular to the rotation axis and the direction in which the second reflecting surface 86 is inclined with respect to the plane perpendicular to the rotation axis are opposite.
  • the incident light is reflected by the first reflecting surface 85 and then reflected by the second reflecting surface 86.
  • the first reflecting surface 85 and the second reflecting surface 86 are formed so as to be symmetrical with respect to the plane of symmetry 87.
  • the mirror image of the first reflecting surface 85 of the plane of symmetry 87 and the mirror image of the second reflecting surface 86 of the plane of symmetry 87 are the same plane 88.
  • the rotation axis of the reflective member 42 is included in the plane 88 of the mirror image.
  • the reflecting member 42 reflects the incident light while offsetting it, and the reflecting member 42 reflects the light at a constant position with respect to the incident light.
  • the angle ⁇ at which the first reflecting surface 85 is tilted with respect to the plane perpendicular to the rotation axis is 45 °.
  • the angle ⁇ at which the second reflecting surface 86 is tilted with respect to the plane 88 perpendicular to the rotation axis is 45 °.
  • the light guide device 13 of the present embodiment includes a reflection unit 20 having the above configuration.
  • the incident light is deflected by the reflection unit 20 to scan the work 200.
  • the light guide device 13 of the present embodiment includes a scanning lens 53.
  • the scanning lens 53 is arranged in the optical path from the reflecting member 42 to the scanning region 31.
  • the ring gear 94 is fixed in the vicinity of the outer periphery of the support plate 41.
  • the ring gear 94 meshes with a drive gear 95 fixed to the output shaft of the motor 44.
  • Other configurations are substantially the same as in FIG.
  • the support plate 41 can be rotated by driving the motor 44 to revolve and rotate the reflective member 42.
  • the ring gear 94 is fixed in the vicinity of the outer periphery of the support plate 41 as in FIG. 9.
  • a two-stage gear 96 is rotatably supported inside the housing 63.
  • the two-stage gear 96 has a large-diameter gear 96a and a small-diameter gear 96b.
  • the large-diameter gear 96a and the small-diameter gear 96b rotate integrally with each other.
  • the large-diameter gear 96a meshes with the drive gear 95 fixed to the output shaft of the motor 44.
  • the small diameter gear 96b meshes with the ring gear 94.
  • the transmission gear 97 is rotatably supported inside the housing 63.
  • the transmission gear 97 meshes with the large-diameter gear 96a included in the two-stage gear 96.
  • the sun gear 92 is rotatably supported by the housing 63, unlike the above-described embodiment.
  • the transmission gear 97 is connected to the sun gear 92 via a transmission shaft 98.
  • the sun gear 92 rotates integrally with the transmission shaft 98.
  • the counter gear 93 is omitted.
  • the sun gear 92 directly meshes with the planetary gear 91 without going through the counter gear 93.
  • the sun gear 92 rotates in the same direction as the support plate 41 at a larger angular velocity than the support plate 41.
  • the planetary gear 91 can rotate in the same direction as the revolution.
  • the revolution and rotation can be performed at the same time so that the revolution angular velocity of the reflective member 42 is twice the rotation angular velocity.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the light guide device 13 includes a plurality of reflection units 20. This embodiment is used, for example, to process a work 200 that is longer in the main scanning direction than the first embodiment.
  • the light guide device 13 includes a plurality of reflection units 20. Two reflection units 20 are arranged in the light guide device 13 of the present embodiment. Each reflection unit 20 reflects the laser light incident from the laser generator 12 and guides it to the work 200.
  • the two reflection units 20 are arranged side by side in a straight line along the main scanning direction.
  • the direction in which the reflection units 20 are arranged coincides with the longitudinal direction of the scanning line 201.
  • Each of the two reflection units 20 is arranged at a position where the distances from the scanning lines 201 are substantially equal.
  • the reflection unit 20 located on the upstream side (the side closer to the laser generator 12) in the traveling direction of the incident light may be referred to as the first reflection unit 21.
  • the reflection unit 20 located on the downstream side (far side of the laser generator 12) in the traveling direction of the incident light may be referred to as a second reflection unit 22.
  • Each reflection unit 20 can lightly scan by reflecting and deflecting the laser beam.
  • the region (scanning region) 181 that lightly scans the work 200 by the first reflection unit 21 is different from the scanning region 182 by the second reflection unit 22.
  • the two scanning regions 181, 182 are arranged side by side in a straight line.
  • the scan line 201 is composed of a set of two scan regions 181, 182.
  • Each reflection unit 20 can repeatedly switch between a reflection state in which incident light is reflected and scanning is performed, and a passing state in which the incident light is passed to the downstream side without being reflected.
  • the reflection unit 20 is in the reflection state, the corresponding scanning region (for example, the scanning region 181 in the case of the first reflection unit 21) is lightly scanned.
  • the reflection unit 20 is in the passing state, the reflection unit 20 does not perform optical scanning.
  • the timing at which each reflection unit 20 enters the reflection state differs among the plurality of reflection units 20. As a result, the plurality of scanning regions are scanned by switching the reflection unit 20 in the reflection state.
  • two reflection members 42 are provided for one reflection unit 20.
  • the two reflective members 42 are respectively arranged on the support plate 41 so as to equally divide 360 °. Specifically, the two reflective members 42 are arranged at positions where one reflective member 42 is 180 ° displaced from the other reflective member 42 in the circumferential direction of the support plate 41.
  • the two reflecting members 42 are arranged at positions corresponding to opposite sides of a regular polygon (specifically, a regular quadrangle). Therefore, in the two reflecting members 42, the central angle corresponding to one of the reflecting members 42 is 90 °.
  • the reflective member 42 is not arranged at a position corresponding to a side other than the opposite side.
  • the reflecting member 42 hits the laser beam incident on the reflecting unit 20 and travels in the first optical path L1, and the reflecting member 42 does not hit the laser beam. Alternately switch. As shown by the first reflection unit 21 in FIG. 11, the state in which any one of the two reflection members 42 is exposed to the incident light is the above-mentioned reflection state. As shown by the first reflection unit 21 in FIG. 12, the state in which neither of the two reflection members 42 is exposed to the incident light is the above-mentioned passing state.
  • the first optical path L1 is orthogonal to the first rotation axis 61 and the second rotation axis 62. Further, the two reflecting members 42 are arranged with a phase shift of 180 ° from each other. Therefore, of the two reflecting members 42 arranged with the first rotating shaft 61 in between, only the reflecting member 42 located on the side closer to the upstream side of the first optical path L1 is exposed to the incident light.
  • the light guide device 13 of the present embodiment is configured by providing the two reflection units 20 configured as described above with respect to the incident light traveling from the laser generator 12 via an appropriate prism 51.
  • the revolution axis and the rotation axis of the reflection member 42 are parallel to each other.
  • the reflective member 42 revolves and rotates in the same direction.
  • the revolution angular velocity of the reflective member 42 is equal to twice the rotation angular velocity.
  • each of the reflecting members 42 has an angular velocity equal to the revolution of the reflecting member 42 in the other reflecting unit 20, is in the same direction, and has a deviation of a predetermined angle (90 ° in this embodiment) of the rotation phase. Revolve. As a result, the timing at which the reflecting member 42 hits the incident light can be made different between the two reflecting units 20.
  • the above-mentioned revolution and rotation of the reflection member 42 in the plurality of reflection units can be realized, for example, by controlling the motors (not shown) included in the two reflection units 20 to rotate synchronously.
  • the two reflection units 20 can be driven by a common motor.
  • FIG. 11 shows a case where the first reflection unit 21 is in the reflection state and the second reflection unit 22 is in the passing state among the two reflection units 20.
  • FIG. 12 shows a case where the first reflection unit 21 is in the passing state and the second reflection unit 22 is in the reflection state as a result of the reflection member 42 of each reflection unit 20 revolving and rotating from the state of FIG. It is shown.
  • the reflection units 20 that perform optical scanning can be sequentially switched to realize optical scanning along the scanning line 201 that is longer than that of the first embodiment as a whole.
  • the reflecting state in which the incident light hits the reflecting surface 85 and is reflected by the reflecting member 42 of the reflecting unit 20 simultaneously revolving and rotating, and the incident light are generated. It switches between a passing state in which the light passes through without hitting the reflecting surface 85.
  • the timing of the reflection state differs among the plurality of light guide devices 13.
  • a set of scanning regions 181, 182 corresponding to the plurality of light guide devices 13 constitutes one linear scanning line 201.
  • the rotating mirror 250 which is a reflecting member having a special shape, will be described with reference to FIG.
  • the same or similar members as those in the above-described embodiment may be designated by the same reference numerals in the drawings, and the description may be omitted.
  • the rotating mirror 250 includes a first regular polygonal pyramid 251 and a second regular polygonal pyramid 252.
  • the two regular polygonal pyramids 251,252 are formed as regular octagonal pyramids, but the present invention is not limited thereto.
  • the two regular polygonal pyramids 251,252 are arranged so that their axes 260 are aligned with each other and face each other.
  • the two regular polygonal pyramids 251,252 are connected to each other by an intermediate portion 255. Therefore, the two regular polygonal pyramids 251,252 are formed substantially in the shape of a polygonal pyramid.
  • a transmission shaft 259 is attached to the rotating mirror 250.
  • the rotary mirror 250 rotates by transmitting the driving force of the driving device (specifically, the motor) shown in the drawing to the transmission shaft 259.
  • the rotating mirror 250 and the driving device constitute a reflecting device that deflects and reflects light.
  • the axis of rotation at this time coincides with the axis 260 of the two regular polygonal pyramids 251,252.
  • the side surfaces of the two regular polygonal pyramids 251,252 are flat light reflecting surfaces 257.
  • the light reflecting surfaces 257 are arranged side by side around the shaft 260.
  • Each light reflecting surface 257 is inclined with respect to the axis 260.
  • the first regular polygonal pyramid 251 has a first bottom surface 261.
  • the second regular polygonal pyramid 252 has a second bottom surface 262.
  • the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262 are regular polygons and are arranged perpendicular to the axis 260.
  • the first regular polygonal pyramid 251 and the second regular polygonal pyramid 252 have the same shape. Since the two regular polygonal pyramids 251,252 are regular octagonal pyramids, both the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262 are regular octagons. Therefore, the number of sides of the regular polygon is equal between the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262.
  • the two regular polygonal pyramids 251,252 are connected by the intermediate portion 255 so that the phases of the regular octagons of the two bottom surfaces 261,262 are matched with each other.
  • FIG. 13 shows a virtual plane 270 that cuts the rotating mirror 250.
  • the virtual plane 270 includes a shaft 260 and is defined to pass through the midpoint 271,272 on one side of a regular octagon on the bottom surface 261,262.
  • the distance between the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262 is D2
  • the distance between the midpoint 271 of one side of the regular polygon of the first bottom surface 261 and the axis 260 is D3
  • the second bottom surface is the second bottom surface.
  • the straight line corresponding to 257 has a vertical relationship with each other.
  • the rotation axis thereof is arranged so as to be included in a virtual plane 88 which is an apparent reflection surface of light.
  • the configuration of the rotating mirror 250 in FIG. 13 is an extension of the above idea to a regular polygonal pyramid-shaped mirror.
  • the rotating mirror 250 of FIG. 13 irradiates the light reflecting surface 257 with light so as to intersect the axis 260.
  • the incident light (for example, laser light) is reflected on the light reflecting surface 257 of the first regular polygonal pyramid 251 and then reflected on the light reflecting surface 257 of the second regular polygonal pyramid 252 and emitted.
  • Each of the light reflecting surfaces 257 arranged on the side surface of the rotating mirror 250 can be associated with each side of the regular polygon on the bottom surfaces 261,262.
  • the side of the regular polygon corresponding to the light reflecting surface 257 hit by the light may be referred to as a corresponding side.
  • a zero-thickness plane 290 that is located so as to include the shaft 260 and rotates together with the rotating mirror 250.
  • the plane 290 is arranged parallel to the corresponding side. Deflection of the incident light by two reflections by the rotating mirror 250 having a pair of regular polygonal pyramid-shaped portions is equivalent to deflecting the incident light by one reflection by the plane 290.
  • the reflection position of the light with respect to the incident light is constant in the rotating mirror 250. As a result, it is possible to prevent the light reflection position from fluctuating.
  • the rotation mirror 250 is simply rotated via the transmission shaft 259, and the shaft 260, which is the center of rotation, does not move.
  • the shaft 260 which is the center of rotation, does not move.
  • the rotating mirror 250 can be used together with, for example, the above-mentioned motor 44, housing 17, scanning lens 53, laser generator 12, and the like to form the light guide device 13 and the laser processing device 1 shown in FIG. ..
  • the light reflection position on the rotating mirror 250 is substantially constant. Therefore, by using the f ⁇ lens as the scanning lens 53, the focal point can be scanned at a constant speed at the irradiated point 202.
  • the deflection is realized by the rotation of the rotating mirror 250 instead of the reciprocating motion, so that the scanning can be easily performed at a constant speed.
  • the laser processing device of the present embodiment includes a rotary mirror 250, a motor, and an irradiation device.
  • the motor rotates the rotary mirror 250.
  • the irradiation device irradiates the rotating mirror 250 with light.
  • the rotating mirror 250 includes a first regular polygonal pyramid 251 and a second regular polygonal pyramid 252.
  • the second regular polygonal pyramid 252 is arranged so as to face the first regular polygonal pyramid 251 with the axis 260 coincident with the first regular polygonal pyramid 251.
  • Each side surface of the first regular polygonal pyramid 251 and the second regular polygonal pyramid 252 is a planar light reflecting surface 257.
  • the first bottom surface 261 of the first regular polygonal pyramid 251 and the second bottom surface 262 of the second regular polygonal pyramid 252 have the same number of sides of the regular polygon. Both the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262 are arranged perpendicular to the shaft 260.
  • the first regular polygonal pyramid 251 and the second regular polygonal pyramid 252 rotate the shaft 260 by a motor while matching the phase of the regular polygon of the first bottom surface 261 and the phase of the regular polygon of the second bottom surface 262 with each other. They rotate integrally with each other as axes.
  • the base angle of the first regular polygonal pyramid 251 when it is cut along a virtual plane 270 including its axis 260 and passing through the midpoint 271 of one side of the regular polygon of the first bottom surface 261 is ⁇ °.
  • the distance D2 between the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262 is the distance D3 between the midpoint 271 of one side of the regular polygon of the first bottom surface 261 and the axis 260 multiplied by tan ⁇ , and the positive of the second bottom surface 262. It is equal to the sum of the distance D4 between the midpoint of one side of the polygon and the axis 260 multiplied by tan (90- ⁇ ).
  • the irradiation device irradiates light in a direction intersecting the axis 260 of the rotating mirror 250.
  • the light reflection position with respect to the incident light in the rotating mirror 250 becomes constant, and it is possible to prevent the light reflection position from fluctuating with rotation. Therefore, scanning distortion can be reduced.
  • the base angle ⁇ is 45 °.
  • the number of reflective members 42 with respect to the support plate 41 in the reflective unit 20 is not limited to three as in the first embodiment, but may be, for example, four or five.
  • the number of the reflection units 20 can be set according to the shape of the object to be irradiated and the like, and instead of being two as in the second embodiment, it may be, for example, three, four or five. it can.
  • the first reflecting portion 81 and the second reflecting portion 82 in the reflecting member 42 may be realized by a prism.
  • the optical scanning device to which the light guide device 13 is applied is not limited to the laser processing device 1, and may be, for example, an image forming device.
  • first regular polygonal pyramid 251 and the second regular polygonal pyramid 252 for example, a regular hexagonal pyramid, a regular nine-sided pyramid, or the like can be used instead of the regular octagonal pyramid.
  • the sizes of the first bottom surface 261 and the second bottom surface 262 may be different from each other.
  • a free shape can be adopted for the portion that does not reflect light.
  • the first regular polygonal pyramid 251 and the second regular polygonal pyramid 252 shown in FIG. 13 are actually in the shape of a regular polygonal pyramid, but as long as the portion that reflects light is in the shape of a regular polygonal pyramid. include.
  • the names "bottom surface” and "bottom angle” do not limit the orientation of the regular polygonal pyramid.
  • the rotary mirror 250 can use its axis 260 in any orientation.

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Abstract

本発明における光反射装置（２０）は、平面状の反射面を有する反射部材（４２）を備える。反射面は、入射光を反射させる。反射部材（４２）は、公転及び自転を同時に行う。反射部材の公転の方向と自転の方向が同一である。反射部材（４２）の公転角速度が自転角速度の２倍に等しい。

Description

光反射装置、導光装置、及び光走査装置
　本発明は、主として、入射された光を偏向して反射する光反射装置に関する。
　従来から、光源からの光を直線状の走査線に沿って走査する技術が、レーザ加工装置や画像形成装置等に広く利用されている。特許文献１、２は、この種の装置に備えられる装置を開示する。
　特許文献１のミラー旋回装置は、投光手段と、光反射手段と、を備えている。投光手段は、正多角形状に配置された複数の平面ミラーを有するミラー旋回装置を備えており、所定の方向から入射された光を旋回するミラー旋回装置における１つの平面ミラーで反射することによって、当該平面ミラー旋回装置が等速で角移動しながら光を放射する。光反射手段は、投光手段から放射された光を複数の反射部により反射し、所定の走査線上の任意の被照射点に導く。
　特許文献２のポリゴンミラー回転装置は、投光手段と、光反射手段と、を備えている。投光手段はポリゴンミラーを有しており、所定の方向から入射された光を回転するポリゴンミラーの正多角形の各辺の反射面で反射することにより、当該ポリゴンミラーが等速で角移動しながら光を放射する。光反射手段は、投光手段から放射された光を複数の反射部により反射し、所定の走査線上の任意の被照射点に導く。
　特許文献１のミラー旋回装置に関しては、単にミラー旋回装置を有するだけの投光手段では、ミラー旋回装置の回転に伴って、当該ミラー旋回装置の各平面ミラーでの光の反射位置が変動することに起因して、走査の歪み等が生じる。また、特許文献２のポリゴンミラー回転装置に関しては、単位ポリゴンミラー回転装置を有するだけの投光手段では、ポリゴンミラーの回転に伴って、当該ポリゴンミラーの正多角形の各辺の反射面での光の反射位置が変動することに起因して、走査の歪み等が生じる。
　そこで、特許文献１のミラー旋回装置は、平面ミラーを順次往復運動させる往復運動機構を備え、平面ミラーを往復運動させることより、光の反射位置が変動するのを抑制している。また、特許文献２のポリゴンミラー回転装置は、ポリゴンミラーを回転可能に支持する支持部材と、この支持部材を往復運動させる往復運動機構と、を備え、支持部材とともにポリゴンミラーを往復運動させることによって、光の反射位置が変動するのを抑制している。
　また、前述のような装置として、反射鏡を備える可動部が往復揺動運動する構成を有するガルバノミラーを備えた装置も知られている。この装置では、ガルバノミラーの可動部をその揺動速度を調整しながら揺動させることによって、光の反射位置が変動するのを防止することができる。
特開２０１８－１０５９０３号公報 特開２０１８－９７０５５号公報
　上記の特許文献１のミラー旋回装置、及び特許文献２のポリゴンミラー回転装置では、光の反射位置が変動するのを抑制することができるものの、完全に防止することはできない。また、ガルバノミラーを備えた装置では、光の反射位置が変動することを防止するために、ガルバノミラーの可動部の揺動時に当該可動部を加速させたり、減速させたりする必要があるので、当該装置が走査する走査領域が狭くなり、光が照射される被照射物の加工可能範囲が減少する。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、所定の方向から入射された光を偏向する装置において、光を照射される被照射物の加工可能範囲を減少させることなく、光の反射位置が変動するのを防止することにある。
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
　本発明の第１の観点によれば、以下の構成の光反射装置が提供される。即ち、光反射装置は、入射光を反射させる平面状の反射面を有し、自転及び公転を同時に行う反射部材を備える。前記反射部材の自転の方向と公転の方向が同一である。前記反射部材の公転角速度が自転角速度の２倍に等しい。
　本発明の第２の観点によれば、以下の構成の光走査装置が提供される。即ち、光走査装置は、回転ミラーと、駆動装置と、照射装置と、を備える。前記駆動装置は、前記回転ミラーを回転させる。前記照射装置は、前記回転ミラーに光を照射する。前記回転ミラーは、第１正多角錐と、第２正多角錐と、を備える。前記第２正多角錐は、前記第１正多角錐と軸を一致させて当該第１正多角錐と向かい合わせに配置される。前記第１正多角錐及び前記第２正多角錐のそれぞれの側面が、平面状の光反射面となっている。前記第１正多角錐が有する第１底面と、前記第２正多角錐が有する第２底面とで、正多角形の辺の数は等しい。前記第１底面及び前記第２底面は、何れも前記軸と垂直に配置される。前記第１正多角錐及び前記第２正多角錐は、前記第１底面の正多角形の位相と前記第２底面の正多角形の位相とを互いに一致させつつ、前記駆動装置によって、前記軸を回転軸として互いに一体的に回転する。前記第１正多角錐を、その軸を含むとともに前記第１底面の正多角形の一辺の中点を通る平面で切断したときの底角がα°である。前記第２正多角錐を、その軸を含むとともに前記第２底面の正多角形の一辺の中点を通る平面で切断したときの底角が（９０－α）°である。前記第１底面と前記第２底面との距離は、前記第１底面の正多角形の一辺の中点と前記回転軸との距離にtanαを乗じたものと、前記第２底面の正多角形の一辺の中点と前記回転軸との距離にtan（９０－α）を乗じたものと、の和に等しい。前記照射装置は、前記回転ミラーの前記回転軸と交差する位置に光を照射する。
　これにより、反射部材において入射光に対する光の反射位置が一定となるので、光の反射位置が変動するのを防止することができる。そのため、走査を行う場合の歪みを防止することができる。
　本発明によれば、所定の方向から入射された光を偏向する光反射装置において、光の反射位置が変動するのを防止することができる。
本発明の第１実施形態に係る導光装置を備えるレーザ加工装置の斜視図。 導光装置が１つの反射ユニットを備える例を示す概略図。 反射ユニットの斜視図。 反射ユニットの断面図。 反射部材が３６０°公転する間に１８０°自転する様子を説明する図。 反射部材による入射光の反射時の様子を説明する図。 反射ユニットを反射部材の公転軸に垂直な平面で切った断面図。 反射部材に入射光が当たる位置と、公転の角度及び自転の角度と、の関係を説明する図。 反射ユニットの第１変形例を示す断面図。 反射ユニットの第２変形例を示す断面図。 第２実施形態に係る導光装置において、第１反射ユニットが反射状態となっている様子を示す図。 図１１から、第１反射ユニットが通過状態となり、かつ、第２反射ユニットが反射状態となった様子を示す図。 第３実施形態に係る回転ミラーの斜視図。
　次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る導光装置１３を備えるレーザ加工装置（光走査装置）１の構成を説明する。図１は、レーザ加工装置１の斜視図である。
　図１に示すレーザ加工装置１は、ワーク（被照射物）２００にレーザ光を光走査しながら照射することで、当該ワーク２００を加工することができる。
　本実施形態において、レーザ加工装置１は、非熱加工を行うことができる。非熱加工としては、例えば、アブレーション加工がある。アブレーション加工は、レーザ光をワーク２００の一部に照射することで、このワーク２００の一部を蒸発させる加工である。なお、レーザ加工装置１は、レーザ光の熱によりワーク２００を溶融させて加工する熱加工を行う構成であっても良い。
　ワーク２００は、板状の部材である。ワーク２００は、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）から構成される。なお、ワーク２００は、板状の部材に限定されず、例えばブロック状の部材であっても良い。また、ワーク２００は、他の材料から構成されても良い。
　レーザ加工装置１において用いられるレーザ光は可視光であっても良いし、可視光以外の波長帯の電磁波であっても良い。また、本実施形態では、可視光だけでなく、それより波長帯が広い様々な電磁波を含めて「光」と称する。
　図１に示すように、レーザ加工装置１は、搬送部１１と、レーザ発生器１２と、導光装置１３と、を備える。
　搬送部１１は、ワーク２００を、レーザ加工装置１の主走査方向と略直交する方向（副走査方向）に搬送することができる。搬送部１１でワーク２００を搬送しながらレーザ加工が行われる。
　本実施形態において、搬送部１１は、ベルトコンベアである。なお、搬送部１１は、特に限定されないが、ローラコンベアであっても良いし、ワーク２００を把持して搬送する構成であっても良い。また、搬送部１１を省略し、動かないように固定されたワーク２００に対して、レーザ光を照射して加工を施すこともできる。
　レーザ発生器１２は、レーザ光の光源であり、パルス発振により時間幅が短いパルスレーザを発生させることができる。パルスレーザの時間幅は、特に限定されないが、例えばナノ秒オーダー、ピコ秒オーダー、又はフェムト秒オーダー等の短い時間間隔である。なお、レーザ発生器１２は連続波発振によりＣＷレーザを発生させる構成であっても良い。
　導光装置１３は、レーザ発生器１２が発生させたレーザ光をワーク２００に照射するように導く。導光装置１３によって導かれたレーザ光は、ワーク２００の表面に定められた走査線２０１上の被照射点２０２に照射される。詳細は後述するが、導光装置１３の動作により、ワーク２００がレーザ光によって照射される被照射点２０２は、直線状の走査線２０１に沿って略一定の速度で移動する。これにより、光走査が実現される。
　続いて、図２を参照して、導光装置１３について詳細に説明する。図２は、導光装置１３の構成を示す概略図である。
　図２に示すように、導光装置１３は、少なくとも１つの反射ユニット（光反射装置）２０を備える。本実施形態において、導光装置１３は、１つの反射ユニット２０を備える。反射ユニット２０は、導光装置１３が備える筐体１７の内部に配置されている。
　反射ユニット２０は、レーザ発生器１２から出射されたレーザ光が入射したときに当該レーザ光を反射してワーク２００へ導く。以下では、レーザ発生器１２から反射ユニット２０に入射するレーザ光を、入射光と呼ぶことがある。反射ユニット２０は、ワーク２００に対して所定距離だけ離れるように配置されている。
　反射ユニット２０は、入射光を反射するとともに偏向させることにより光走査することができる。図１及び図２には、反射ユニット２０によってワーク２００を光走査する領域である走査領域３１が示されている。走査領域３１によって、走査線２０１が構成される。走査領域３１は、反射ユニット２０によって走査される。
　次に、図２から図４までを参照して、反射ユニット２０について詳細に説明する。図３は、反射ユニット２０の斜視図である。図４は、反射ユニット２０の断面図である。
　図２に示すように、反射ユニット２０は、支持プレート（支持部材）４１と、反射部材４２と、モータ４４と、プリズム５１と、走査用レンズ５３と、を備える。
　支持プレート４１は、円板状の部材であり、後述のハウジング６３に対して回転可能である。ハウジング６３には、第１回転軸６１が回転可能に支持されている。支持プレート４１は、第１回転軸６１の軸方向一端に固定されている。第１回転軸６１の軸方向他端には、モータ４４の出力軸が接続されている。
　図４に示すように、反射ユニット２０は、反射ユニット２０の駆動伝達機構が収容されるハウジング６３を備える。ハウジング６３は、図２に示す筐体１７の適宜の箇所に固定されている。
　ハウジング６３は、軸方向一側を開放させた中空円筒状に形成されている。ハウジング６３の開放側を閉鎖するように、支持プレート４１が配置されている。第１回転軸６１は、ハウジング６３を貫通するように配置されている。
　反射部材４２は、ブロック状に形成された部材である。反射部材４２は、支持プレート４１に対して回転可能である。支持プレート４１には、第２回転軸６２が回転可能に支持されている。第２回転軸６２は、第１回転軸６１と平行に向けられ、支持プレート４１を貫通するように配置されている。
　反射部材４２は、ベース部７１及び第２回転軸６２を介して、支持プレート４１に支持されている。
　ベース部７１は、図３に示すように小さい円板状に形成されている。ベース部７１は、図４に示すように、第２回転軸６２の軸方向一端に固定されている。第２回転軸６２の軸方向他端は、ハウジング６３の内部に位置している。
　ベース部７１に、上述の反射部材４２が固定されている。従って、反射部材４２は、ベース部７１及び第２回転軸６２とともに回転することができる。
　反射部材４２は、支持プレート４１とともに第１回転軸６１を中心として回転（公転）すると同時に、第２回転軸６２を中心として回転（自転）することができる。以下では、第１回転軸６１の軸心を公転軸と呼び、第２回転軸６２の軸心を自転軸と呼ぶことがある。なお、反射部材４２の駆動機構については後述する。
　本実施形態において、反射部材４２は３つ備えられている。３つの反射部材４２は、支持プレート４１のうち、ハウジング６３から遠い側の面に配置されている。
　図２に示すように、３つの反射部材４２は、支持プレート４１において、第１回転軸６１を中心とする円を等しく分割するように配置されている。具体的には、３つの反射部材４２は、支持プレート４１の周方向において等間隔で（１２０°間隔で）配置されている。
　反射部材４２は、光を反射して走査領域３１まで導く。反射部材４２は、図４に示すように、第１反射部８１及び第２反射部８２を有する。第１反射部８１と第２反射部８２は、第２回転軸６２（自転軸）を挟んで対で配置される。
　具体的に説明すると、反射部材４２は直方体のブロック状に形成されている。この反射部材４２において、自転軸を挟んで対向する２つの面のうち一方の面に第１反射部８１が配置され、他方の面に第２反射部８２が配置される。第１反射部８１と第２反射部８２とは、互いに対称に形成されている。
　詳細は後述するが、支持プレート４１の回転角速度は、反射部材４２の回転角速度の２倍と等しくなるように駆動される。そのため、支持プレート４１が３６０°回転する間に、反射部材４２は１８０°回転する。
　自転軸に沿う向きで反射部材４２を見たとき、第１反射部８１と第２反射部８２は、互いに反対側を向くように配置される。
　図５には、３つのうち１つだけの反射部材４２に着目した場合の、当該反射部材４２の公転及び自転の様子が描かれている。反射部材４２の向きを分かり易くするために、図５において、第１反射部８１に近い側の反射部材４２の縁部にはハッチングが付されている。図５において、反射部材４２の公転の向き及び自転の向きは、何れも反時計回りである。
　図５に示すように、支持プレート４１が３６０°回転するのに連動して、反射部材４２は１８０°回転する。従って、反射部材４２が３６０°公転する毎に、１８０°自転して、第１反射部８１及び第２反射部８２の向きが入れ替わることになる。このように、支持プレート４１が３６０°回転するごとに、入射光を反射させる面が、第１反射部８１と第２反射部８２との間で交互に切り換わる。
　第１反射部８１及び第２反射部８２は、それぞれ、第１反射面８５と、第２反射面８６と、を備える。第１反射部８１と第２反射部８２の構成は実質的に互いに同一であるので、以下では代表して第１反射部８１の構成を説明する。
　具体的に説明すると、反射部材４２には、自転軸から遠い側を開放させる断面Ｖ字状の溝が形成されている。溝の長手方向は、自転軸と垂直に向けられている。この溝の内壁に、第１反射面８５及び第２反射面８６が形成されている。この第１反射面８５及び第２反射面８６により、第１反射部８１が構成される。
　第１反射面８５及び第２反射面８６は、何れも平面状に形成されている。第１反射面８５は、第２回転軸６２に垂直な仮想平面に対し傾斜して配置されている。第２反射面８６は、第２回転軸６２に垂直な仮想平面に対し傾斜して配置されている。
　図６に示すように、第１反射面８５と第２反射面８６は、逆向きに、かつ、互いに等しい角度θ（具体的には、４５°）で、第２回転軸６２に垂直な仮想平面に対して傾斜している。従って、第１反射面８５と第２反射面８６は、第２回転軸６２に垂直な対称面８７に関して、対称となっている。第１反射面８５と第２反射面８６は、角度が９０°のＶ字をなすように配置されている。
　この構成で、導光装置１３に導かれた入射光は、プリズム５１を介して曲げられ、第１光路Ｌ１に沿って、反射ユニット２０に近づく向きに進む。第１光路Ｌ１は、反射部材４２の公転軸の向きと直交する向きとなっている。
　３つの反射部材４２は、モータ４４により駆動されて公転及び自転を行うことにより、第１光路Ｌ１を順に横切るように移動する。従って、第１光路Ｌ１に沿う入射光に対し、３つの反射部材４２が順に当たり、光を反射させる。
　公転する反射部材４２が第１光路Ｌ１の上流側に最も近い位置となるタイミング付近では、第１反射部８１又は第２反射部８２が有する第１反射面８５が、図３に示すように第１光路Ｌ１と重なるように配置される。従って、入射光は、第１反射面８５で反射した後、第２反射面８６で反射する。
　図４のように反射部材４２に入射光が当たっている状態で、反射部材４２が公転及び自転を行うと、第１反射面８５及び第２反射面８６の向きが連続的に変わる。従って、第２反射面８６から出射する光の向きが、図３の白抜き矢印で示すように滑らかに変化する。こうして、出射光の偏向が実現される。
　第１反射面８５と第２反射面８６とがＶ字状に配置されているので、反射部材４２の公転及び自転に伴って、反射部材４２からの出射光は、自転軸と垂直な平面に沿って偏向する。この平面は、第１光路Ｌ１に対して、第２回転軸６２（言い換えれば、第１回転軸６１）の方向にオフセットしている。これにより、第１光路Ｌ１に対してオフセットした第２光路Ｌ２を通じて、第２反射面８６で反射された光をワーク２００に導くことができる。
　入射光は、自転軸及び公転軸と垂直な方向で、反射ユニット２０に入射する。また、反射部材４２の公転の位相が入射光の向きと完全に一致しているときは、第２回転軸６２に沿って見ると、第１反射面８５と第２反射面８６は入射光と直交する。従って、このとき、入射光は図３に示すように反射部材４２によって折り返すように２回反射して、第１光路Ｌ１の向きと平行かつ逆向きな第２光路Ｌ２に沿って出射する。
　このように、入射光は、第１反射面８５と第２反射面８６によって反射することで偏向する。ここで、図６に示すように、対称面８７の第１反射面８５に関する鏡像、及び、対称面８７の第２反射面８６に関する鏡像を考える。２つの鏡像は何れも、反射部材４２の内部に位置する平面８８となる。光路長の観点で考えると、入射光が第１反射面８５と第２反射面８６とによってオフセットしながら反射する場合と、入射光が平面８８によってオフセットなしで反射する場合と、が等価となる。この意味で、上記の仮想的な平面８８は、見かけ上の反射面であるということができる。
　平面８８について別の観点から説明する。以下では、入射光が第１反射面８５で反射してから第２反射面８６で反射するまでの光路を中間光路Ｌ３と呼ぶ。中間光路Ｌ３の２等分点は、対称面８７に位置する。
　図６の破線で示すように、入射光の第１光路Ｌ１を、第１反射面８５から反射部材４２の内部に突入するように延長する場合を考える。入射光の第１光路Ｌ１を、中間光路Ｌ３の半分の長さＤ１だけ延長した延長線７６の先端の点７７は、平面８８に位置する。
　同様に、入射光の第２光路Ｌ２を、第２反射面８６から反射部材４２の内部に突入するように延長する場合を考える。入射光の第２光路Ｌ２を、中間光路Ｌ３の半分の長さＤ１だけ延長した延長線７８の先端の点７９は、平面８８に位置する。
　図６には、第２光路Ｌ２の向きが偏向角度範囲の中央となっている状態が示されている。しかしながら、反射部材４２によって入射光がどの向きに偏向される場合でも、延長線７６，７８の先端は、常に平面８８に位置する。
　この平面８８は、第１反射部８１と第２反射部８２とが対称配置される基準の面でもある。従って、図６では第１反射部８１との関係で平面８８が示されているが、当該平面８８は、第１反射部８１及び第２反射部８２の両方で共通である。そして、本実施形態では、反射部材４２の自転軸（言い換えれば、第２回転軸６２の軸心）が、この平面８８に含まれるように配置されている。
　従って、反射部材４２の第１反射部８１及び第２反射部８２で入射光を偏向することは、反射部材４２とともに自転及び公転する厚みゼロの平面８８の表裏に反射面を配置して入射光を偏向することと、実質的に同じである。図２には、自転及び公転する反射部材４２と平面８８との関係が示されている。
　プリズム５１は、適宜の光学素子から構成されている。プリズム５１は、反射部材４２よりも第１光路Ｌ１の上流側に配置されている。このプリズム５１により、レーザ発生器１２からのレーザ光を反射部材４２に導くことができる。
　走査用レンズ５３は、自由曲面レンズであり、例えば公知のｆθレンズを用いることができる。走査用レンズ５３は、反射部材４２と、走査領域３１と、の間に配置されている。この走査用レンズ５３により、走査範囲の中央部と周辺部とで、焦点距離を一定とすることができる。
　モータ４４は、反射部材４２を公転及び自転させるための駆動力を発生する。モータ４４の駆動力が、当該モータ４４の出力軸を介して遊星歯車列に伝達されることで、支持プレート４１及び反射部材４２が回転する。なお、モータ４４は、本実施形態では電動モータであるが、これに限定されない。
　次に、図４及び図７を参照して、支持プレート４１及び反射部材４２を回転させるための駆動機構について説明する。図７は、公転軸に垂直な平面で反射ユニット２０を切った断面図である。
　図４に示すように、支持プレート４１の中心部が、第１回転軸６１の軸方向一端部に固定されている。この第１回転軸６１の軸方向他端部に、モータ４４の出力軸が接続されている。
　また、支持プレート４１の中心部よりも径方向外側の位置に、第２回転軸６２が配置されている。第２回転軸６２は、支持プレート４１に回転可能に支持されている。第２回転軸６２の軸方向一端部は、ハウジング６３の外部に配置され、ベース部７１に固定されている。第２回転軸６２の軸方向他端部は、ハウジング６３の内部に配置されている。
　図７に示すように、ハウジング６３の内部において、第２回転軸６２にプラネタリギア９１が固定されている。プラネタリギア９１は、第１回転軸６１の周囲に設けられたサンギア９２と、カウンタギア９３を介して噛み合っている。サンギア９２は、ハウジング６３に固定されている。カウンタギア９３は、支持プレート４１に回転可能に支持されている。
　これにより、モータ４４が駆動すると、モータ４４の駆動力が第１回転軸６１に伝達されて、支持プレート４１が回転する。支持プレート４１の回転により、カウンタギア９３の軸及びプラネタリギア９１の軸（第２回転軸６２）が、サンギア９２の周囲を移動する。このとき、サンギア９２に噛み合うカウンタギア９３が回転し、カウンタギア９３に噛み合うプラネタリギア９１も回転する。従って、第２回転軸６２を介してプラネタリギア９１に固定されている反射部材４２は、公転及び自転を同時に行う。
　サンギア９２はハウジング６３に固定されており、プラネタリギア９１とサンギア９２との間にカウンタギア９３が介在しているので、プラネタリキャリアである支持プレート４１の回転方向と、第２回転軸６２（反射部材４２）の回転方向と、は同一の方向になる。また、プラネタリギア９１の歯の数は、サンギア９２の歯の数の２倍である。これにより、反射部材４２の公転角速度は、反射部材４２の自転角速度の２倍と等しくなる。
　次に、図８を参照して、反射部材４２の公転角速度と自転角速度の関係について詳細に説明する。
　図８には、支持プレート４１の回転に伴う第２回転軸６２の軌跡が、公転円１０１として示されている。公転円１０１の中心は、互いに垂直な方向に延びるＸ軸とＹ軸との交点（原点Ｏ）に位置する。原点Ｏは、反射部材４２の公転軸に相当する。上述したように、反射部材４２での光の偏向は、前述の平面８８で光を反射させることによる偏向と実質的に同じであると考えることができる。従って、図８では、反射部材４２が、等価な仮想反射面である平面８８を示す直線によって表現されている。
　反射部材４２の自転軸は、公転円１０１上の任意の点に位置する。ここで、反射部材４２の自転軸が点Ｐの位置にあって、反射部材４２の反射面の向きがＸ軸と垂直となっている状態を考える。このとき、Ｘ軸の方向で原点Ｏに向かって入射する光は、点Ｐにおいて反射部材４２によって反射する。図８のように２次元的に見たとき、反射光の光路は入射光の光路と一致する。
　支持プレート４１の回転に伴って、反射部材４２の自転軸の位置が角度θだけ変化し、点Ｐから点Ｑへ移動したとする。この公転によっても、入射光が反射部材４２に当たる点が点Ｐから変化しないためには、反射部材４２の自転の角度を、公転の角度との関係でどのようにしなければならないかを考える。
　反射部材４２の自転軸が点Ｑにあっても入射光が点Ｐで反射するには、反射部材４２の向きは、点Ｑから点Ｐに引いた直線の向きと一致しなければならない。
　点Ｐと点Ｑとを結ぶ直線の中点をＭとする。また、点Ｑを通りかつＹ軸と平行に延びる直線を考え、この直線とＸ軸との交点をＮとする。
　点Ｐ及び点Ｑは何れも公転円１０１の円周上にあるので、３角形ＯＰＱは２等辺３角形である。従って、直線ＯＰと直線ＰＭとがなす角度ＯＰＭは、直線ＯＱと直線ＱＭとがなす角度ＯＱＭと等しい。直線ＯＭと直線ＰＱとは直交する。また、直線ＯＰと直線ＱＮとは直交する。
　３角形ＯＱＭと、３角形ＮＱＰと、に着目すると、上記のとおり、３角形の２つの角度が互いに等しい。従って、３角形ＯＱＭと、３角形ＮＱＰと、は相似である。
　そのため、直線ＱＯと直線ＯＭとがなす角度ＱＯＭと、直線ＰＱと直線ＱＮとがなす角度ＰＱＮとは、等しい。直線ＱＯと直線ＯＰとがなす角度ＱＯＰは、θである。よって、角度ＱＯＭはθ／２であり、角度ＰＱＮもθ／２である。
　この結果から、反射部材４２の公転角速度が自転角速度の２倍となるように公転と自転を同時に行えば、反射部材４２が常に点Ｐで入射光に当たるように光路を横切るので、光路の長さを一定にできることが分かる。
　このように、本実施形態では、反射面８５，８６を有する反射部材４２を回転させることで、入射光を反射して偏向している。反射部材４２は角速度一定で回転駆動され、ガルバノミラーのような往復運動（加減速）を行わないので、被照射点２０２の移動速度を一定とできる走査領域３１が狭くなることを回避し、光によるワーク２００の加工可能範囲の減少を抑制することができる。更に、反射部材４２の公転と自転の組合せによって、入射光に反射部材４２が当たる点の変動を防止することができるので、ガルバノミラーと同様に、理想状態で走査用レンズ５３に光を導くことができる。このように、ポリゴンミラーの特長である照射率の高さと、ガルバノミラーの特長である反射点変動のしにくさと、を併せ持った光反射装置を得ることができる。
　以上に説明したように、本実施形態の反射ユニット２０は、平面状の反射面８５，８６を有する反射部材４２を備える。反射面８５，８６は、入射光を反射させる。反射部材４２は、公転及び自転を同時に行う。反射部材４２の公転の方向と自転の方向が同一である。反射部材４２の公転角速度が自転角速度の２倍に等しい。
　これにより、反射部材４２において入射光に対する光の反射位置が一定となり、光の反射位置が変動するのを防止することができる。従って、走査の歪みを少なくすることができる。ガルバノミラーとの比較では、往復運動ではなく反射部材４２の回転により偏向を実現するので、走査を一定の速度で行うことが容易である。
　また、本実施形態の反射ユニット２０において、反射面８５，８６は、反射部材４２の自転軸を挟んで対をなすように配置されている。
　反射部材４２は、３６０°公転する毎に、１８０°自転して向きを変える。従って、向きが互いに１８０°異なる反射面８５，８６が対をなして反射部材４２に配置されることにより、反射部材４２が入射光の光路を横切るときに、何れかの反射面が光を有効に反射する。従って、ワーク２００に対して入射光を効率良く導くことができる。
　また、本実施形態の反射ユニット２０は、３つの反射部材４２を備える。３つの反射部材４２の公転軸は一致している。３つの反射部材４２は、公転軸を中心とした円を等角度間隔で分割するように配置されている。
　これにより、ワーク２００に対して入射光を一層効率良く導くことができる。
　また、本実施形態の反射ユニット２０は、反射部材４２の公転及び自転を行わせる遊星歯車列を備える。
　これにより、反射部材４２の公転及び自転を組み合わせた複合的な動作を、簡素な構成で実現することができる。
　また、本実施形態の反射ユニット２０において、反射部材４２は、図３に示すように、自転軸と垂直な平面に沿って偏向するように光を反射させる。この平面は、反射部材４２に対する入射光に対して、自転軸の方向にオフセットしている。
　これにより、反射部材４２で反射した反射光が、入射光を反射ユニット２０に導くための光学部材等と干渉しないレイアウトを実現できる。
　また、本実施形態では、反射部材４２に、第１反射面８５と、第２反射面８６と、が形成されている。第１反射面８５は、反射部材４２の自転軸に垂直な平面に対して傾斜した平面状に形成される。第２反射面８６は、反射部材４２の自転軸に垂直な平面に対して傾斜した平面状に形成される。自転軸に垂直な平面に対して第１反射面８５が傾斜する向きと、自転軸に垂直な平面に対して第２反射面８６が傾斜する向きと、が逆である。入射光は、第１反射面８５で反射した後、第２反射面８６で反射する。第１反射面８５及び第２反射面８６は、対称面８７に関して互いに対称となるように形成される。対称面８７の第１反射面８５に関する鏡像、及び、対称面８７の第２反射面８６に関する鏡像は、互いに同一の平面８８である。反射部材４２の自転軸が鏡像の平面８８に含まれる。
　これにより、反射部材４２で入射光をオフセットしながら反射させ、かつ、反射部材４２において入射光に対する光の反射位置が一定である簡素な構成を実現できる。
　また、本実施形態の導光装置１３において、自転軸に垂直な平面に対して第１反射面８５が傾斜する角度θは４５°である。自転軸に垂直な平面８８に対して第２反射面８６が傾斜する角度θは４５°である。
　こにより、反射部材４２の簡素な構成を実現できる。
　また、本実施形態の導光装置１３は、前記の構成の反射ユニット２０を備える。入射光は、反射ユニット２０で偏向されることにより、ワーク２００を走査する。
　これにより、歪みの少ない走査を実現できる。
　また、本実施形態の導光装置１３は、走査用レンズ５３を備える。走査用レンズ５３は、反射部材４２から走査領域３１までの光路に配置される。
　これにより、走査領域の全体にわたって焦点距離を揃えることができる。また、光を理想状態で走査用レンズ５３に導くことができる。
　次に、支持プレート４１及び反射部材４２の駆動機構の第１変形例について説明する。本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　図９に示す変形例では、支持プレート４１の外周近傍にリングギア９４が固定されている。リングギア９４は、モータ４４の出力軸に固定された駆動ギア９５と噛み合っている。他の構成は、図４と実質的に同様である。
　本変形例でも、モータ４４の駆動により支持プレート４１を回転させて、反射部材４２の公転及び自転を行わせることができる。
　次に、支持プレート４１及び反射部材４２の駆動機構の第２変形例について説明する。本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　図１０に示す変形例でも、図９と同様に、支持プレート４１の外周近傍にリングギア９４が固定されている。
　ハウジング６３の内部に、２段ギア９６が回転可能に支持されている。２段ギア９６は、大径ギア９６ａと小径ギア９６ｂとを有する。大径ギア９６ａと小径ギア９６ｂは、互いに一体的に回転する。大径ギア９６ａは、モータ４４の出力軸に固定された駆動ギア９５と噛み合っている。小径ギア９６ｂは、リングギア９４と噛み合っている。
　ハウジング６３の内部に、伝達ギア９７が回転可能に支持されている。伝達ギア９７は、２段ギア９６が備える大径ギア９６ａと噛み合っている。
　サンギア９２は、前述の実施形態等と異なり、回転可能にハウジング６３に支持されている。伝達ギア９７は、伝達軸９８を介して、サンギア９２と連結されている。サンギア９２は、伝達軸９８と一体的に回転する。
　本変形例では、カウンタギア９３が省略されている。サンギア９２は、カウンタギア９３を介することなく、プラネタリギア９１と直接噛み合っている。
　この構成で、モータ４４が駆動すると、２段ギア９６が回転する。この結果、小径ギア９６ｂによってリングギア９４が駆動され、支持プレート４１が回転する。同時に、大径ギア９６ａによって伝達ギア９７が駆動され、サンギア９２が回転する。
　サンギア９２は、支持プレート４１よりも大きな角速度で、支持プレート４１と同一の方向に回転する。この結果、プラネタリギア９１を、公転と同一の向きで自転させることができる。また、２段ギア９６等の歯の数を公知の式に従って定めることによって、反射部材４２の公転角速度が自転角速度の２倍となるように公転と自転を同時に行う構成とすることができる。
　次に、図１１及び図１２を参照して、導光装置１３の第２実施形態を説明する。本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　本実施形態は、導光装置１３が複数の反射ユニット２０を備える点で第１実施形態と相違する。本実施形態は、例えば、第１実施形態に比べて主走査方向で長いワーク２００の加工を行うために用いられる。
　図１１及び図１２に示すように、導光装置１３は、複数の反射ユニット２０を備える。本実施形態の導光装置１３には、２つの反射ユニット２０が配置されている。各反射ユニット２０は、レーザ発生器１２から入射するレーザ光を反射してワーク２００へ導く。
　２つの反射ユニット２０は、主走査方向に沿って直線状に並べて配置されている。反射ユニット２０が並べられる方向は、走査線２０１の長手方向とも一致している。２つの反射ユニット２０のそれぞれは、走査線２０１からの距離が略等しくなる位置に配置されている。
　以下、複数の反射ユニット２０に関して、入射光の進行方向において上流側（レーザ発生器１２に対して近い側）に位置する反射ユニット２０を第１反射ユニット２１と呼ぶことがある。入射光の進行方向において下流側（レーザ発生器１２に対して遠い側）に位置する反射ユニット２０を第２反射ユニット２２と呼ぶことがある。
　それぞれの反射ユニット２０は、レーザ光を反射するとともに偏向させることにより光走査することができる。第１反射ユニット２１によってワーク２００を光走査する領域（走査領域）１８１は、第２反射ユニット２２による走査領域１８２とは異なっている。２つの走査領域１８１，１８２は直線状に並んで配置されている。２つの走査領域１８１，１８２の集合によって、走査線２０１が構成される。
　それぞれの反射ユニット２０は、入射光を反射させて走査を行う反射状態と、入射光を反射させずに下流側へ通過させる通過状態と、を反復して切り換えることができる。反射ユニット２０が反射状態であるとき、対応する走査領域（例えば、第１反射ユニット２１であれば走査領域１８１）が光走査される。反射ユニット２０が通過状態であるとき、当該反射ユニット２０は光走査を行わない。
　それぞれの反射ユニット２０が反射状態になるタイミングは、複数の反射ユニット２０の間で異なる。これにより、反射状態になる反射ユニット２０が切り換わることによって、複数の走査領域がそれぞれ走査される。
　本実施形態において、反射部材４２は、１つの反射ユニット２０に対して２つ設けられている。２つの反射部材４２は、それぞれ、支持プレート４１において３６０°を等しく分割するように配置されている。具体的には、２つの反射部材４２は、支持プレート４１の周方向において一方の反射部材４２が他方の反射部材４２に対して１８０°ズレた位置に配置されている。
　支持プレート４１上において、２つの反射部材４２は、正多角形（具体的には、正４角形）の互いに対向する辺に相当する位置に配置される。従って、２つの反射部材４２において、反射部材４２の１つ分に相当する中心角は、９０°である。上記の対向する辺以外の辺に相当する位置には、反射部材４２は配置されていない。
　２つの反射部材４２がそれぞれ支持プレート４１の回転に応じて移動すると、反射ユニット２０に入射して第１光路Ｌ１を進行するレーザ光に対し、反射部材４２が当たる状態と、当たらない状態と、が交互に切り換わる。図１１の第１反射ユニット２１で示すように、２つのうち何れかの反射部材４２が入射光に当たる状態が、前述の反射状態である。図１２の第１反射ユニット２１で示すように、２つの反射部材４２の何れも入射光に当たらない状態が、前述の通過状態である。
　第１光路Ｌ１は、第１回転軸６１及び第２回転軸６２に直交している。また、２つの反射部材４２は、互いに１８０°の位相のズレを有して配置される。従って、第１回転軸６１を挟んで配置される２つの反射部材４２のうち、第１光路Ｌ１の上流側に近い側に位置する反射部材４２だけが、入射光に当たることになる。
　以上のように構成された２つの反射ユニット２０が、レーザ発生器１２から適宜のプリズム５１を経て進む入射光に対して設けられることで、本実施形態の導光装置１３が構成される。２つの反射ユニット２０において、反射部材４２の公転軸及び自転軸は互いに平行である。そして、反射部材４２は、同一の向きで公転と自転を行う。反射部材４２の公転角速度は、自転角速度の２倍に等しい。
　また、反射部材４２は、それぞれ、他の反射ユニット２０における反射部材４２の公転と等しい角速度で、同一の向きで、回転位相の所定角度（本実施形態では、９０°）のズレを有しながら公転する。これにより、反射部材４２が入射光に当たるタイミングを、２つの反射ユニット２０の間で異ならせることができる。
　複数の反射ユニットにおける反射部材４２の上記のような公転及び自転は、例えば、２つの反射ユニット２０が備える図略のモータを同期回転するように制御することで実現することができる。ただし、例えば、２つの反射ユニット２０を共通のモータで駆動することもできる。
　図１１には、２つの反射ユニット２０のうち、第１反射ユニット２１が反射状態になり、第２反射ユニット２２が通過状態になった場合が示されている。図１２には、図１１の状態から各反射ユニット２０の反射部材４２が公転及び自転を行った結果、第１反射ユニット２１が通過状態になり、第２反射ユニット２２が反射状態になった場合が示されている。このように、光走査を行う反射ユニット２０を順次切り換えて、全体として第１実施形態よりも長い走査線２０１に沿った光走査を実現することができる。
　以上に説明したように、本実施形態のレーザ加工装置１において、反射ユニット２０の反射部材４２が公転及び自転を同時に行うことにより、入射光が反射面８５に当たって反射する反射状態と、入射光が反射面８５に当たらずに通過する通過状態と、の間で切り換わる。反射状態になるタイミングが複数の導光装置１３の間で異なる。複数の導光装置１３に対応する走査領域１８１，１８２の集合によって、１本の直線状の走査線２０１が構成される。
　これにより、長い走査線に沿った走査を実現することができる。
　次に、図１３を参照して、特別な形状の反射部材である回転ミラー２５０について説明する。本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　この回転ミラー２５０は、第１正多角錐２５１と、第２正多角錐２５２と、を備える。本実施形態において、２つの正多角錐２５１，２５２は正８角錐として形成されているが、これに限定されない。
　２つの正多角錐２５１，２５２は、その軸２６０同士を一致させて、互いに向かい合わせに配置されている。２つの正多角錐２５１，２５２は、中間部２５５によって互いに結合されている。従って、２つの正多角錐２５１，２５２は、実質的には多角錐台状に形成されている。
　回転ミラー２５０には、伝達軸２５９が取り付けられている。この伝達軸２５９に図略の駆動装置（具体的には、モータ）の駆動力が伝達されることで、回転ミラー２５０が回転する。回転ミラー２５０と駆動装置により、光を偏向させて反射する反射装置が構成される。このときの回転軸は、２つの正多角錐２５１，２５２の軸２６０と一致している。
　２つの正多角錐２５１，２５２の側面は、平面状の光反射面２５７となっている。光反射面２５７は、軸２６０の周囲に並べて配置される。それぞれの光反射面２５７は、軸２６０に対して傾斜している。
　第１正多角錐２５１は、第１底面２６１を有する。第２正多角錐２５２は、第２底面２６２を有する。第１底面２６１及び第２底面２６２は正多角形であり、軸２６０に対して垂直に配置される。
　本実施形態において、第１正多角錐２５１と第２正多角錐２５２とは同一形状である。２つの正多角錐２５１，２５２は正８角錐なので、第１底面２６１と第２底面２６２は何れも正８角形である。従って、第１底面２６１と第２底面２６２とで、正多角形の辺の数は等しい。
　２つの正多角錐２５１，２５２は、２つの底面２６１，２６２が有する正８角形の位相を互いに一致させるようにして、中間部２５５により結合される。
　図１３には、回転ミラー２５０を切断する仮想平面２７０が示されている。この仮想平面２７０は、軸２６０を含むとともに、底面２６１，２６２の正８角形の一辺の中点２７１，２７２を通過するように定められる。
　第１正多角錐２５１を仮想平面２７０で切断したときの底角をαとし、第２正多角錐２５２を仮想平面２７０で切断したときの底角をβとすると、本実施形態の回転ミラー２５０では、α＋β＝９０°の関係が成立する。本実施形態では、α＝β＝４５°であるが、これに限定されない。例えば、α＝３０°、β＝６０°等とすることもできる。
　また、本実施形態では、第１底面２６１と第２底面２６２との距離をＤ２とし、第１底面２６１の正多角形の一辺の中点２７１と軸２６０との距離をＤ３とし、第２底面２６２の正多角形の一辺の中点２７２と軸２６０との距離をＤ４とするとき、Ｄ２＝Ｄ３×tanα＋Ｄ４×tanβの関係が成立する。
　以上の構成で、回転ミラー２５０を仮想平面２７０で切った輪郭を考えたときに、第１正多角錐２５１の光反射面２５７に相当する直線２８１と、第２正多角錐２５２の光反射面２５７に相当する直線とは、互いに垂直の関係になる。
　更に、距離Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の間に前記の式の関係が成立していることから、２つの直線２８１，２８２を図１３の鎖線で示すように延長すると、その交点は軸２６０に位置することになる。これは、２つの直角３角形とtanα及びtanβの関係を考えれば明らかである。
　ところで、前述の実施形態における図６の反射部材４２においては、その自転軸が、光の見かけ上の反射面である仮想的な平面８８に含まれるように配置されている。図１３の回転ミラー２５０の構成は、上記の発想を、正多角錐状のミラーに拡張したものである。
　図１３の回転ミラー２５０において、軸２６０に交差するように照射装置から光反射面２５７へ光を照射する場合を考える。入射した光（例えば、レーザ光）は、第１正多角錐２５１の光反射面２５７に反射した後、第２正多角錐２５２の光反射面２５７に反射して、出射する。
　回転ミラー２５０の側面に配置されている光反射面２５７のそれぞれは、底面２６１，２６２における正多角形の各辺に対応付けることができる。以下では、光が当たった光反射面２５７に対応する上記の正多角形の辺を、対応辺と呼ぶことがある。
　ここで、軸２６０を含むように位置し、回転ミラー２５０とともに回転する厚みゼロの平面２９０を仮想的に考える。この平面２９０は、上記の対応辺と平行に配置されている。正多角錐状の部分を１対で有する回転ミラー２５０で２回の反射により入射光を偏向することは、当該平面２９０による１回の反射で入射光を偏向することと等価である。
　従って、回転ミラー２５０において入射光に対する光の反射位置が一定となる。この結果、光の反射位置が変動するのを防止することができる。
　本実施形態では、伝達軸２５９を介して回転ミラー２５０を単純に回転させる構成であり、回転中心である軸２６０は移動しない。本実施形態では、公転と自転を組み合わせる大掛かりな回転装置が不要となるので、構成の簡素化及び小型化を容易に実現することができる。
　この回転ミラー２５０は、例えば、上述のモータ４４、筐体１７、走査用レンズ５３、レーザ発生器１２等とともに用いて、図１に示す導光装置１３及びレーザ加工装置１を構成することができる。上述のとおり、このレーザ加工装置では、回転ミラー２５０での光の反射位置が実質的に一定となる。従って、走査用レンズ５３としてｆθレンズを用いることで、被照射点２０２で焦点を一定速度で走査することができる。ガルバノミラーとの比較では、往復運動ではなく回転ミラー２５０の回転により偏向を実現するので、走査を一定の速度で行うことが容易である。
　以上に説明したように、本実施形態のレーザ加工装置は、回転ミラー２５０と、モータと、照射装置と、を備える。モータは、回転ミラー２５０を回転させる。照射装置は、回転ミラー２５０に光を照射する。回転ミラー２５０は、第１正多角錐２５１と、第２正多角錐２５２と、を備える。第２正多角錐２５２は、第１正多角錐２５１と軸２６０を一致させて当該第１正多角錐２５１と向かい合わせに配置される。第１正多角錐２５１及び第２正多角錐２５２のそれぞれの側面が、平面状の光反射面２５７となっている。第１正多角錐２５１が有する第１底面２６１と、第２正多角錐２５２が有する第２底面２６２とで、正多角形の辺の数は等しい。第１底面２６１及び第２底面２６２は、何れも軸２６０と垂直に配置される。第１正多角錐２５１及び第２正多角錐２５２は、第１底面２６１の正多角形の位相と第２底面２６２の正多角形の位相とを互いに一致させつつ、モータによって、軸２６０を回転軸として互いに一体的に回転する。第１正多角錐２５１を、その軸２６０を含むとともに第１底面２６１の正多角形の一辺の中点２７１を通る仮想平面２７０で切断したときの底角がα°である。第２正多角錐２５２を、その軸２６０を含むとともに第２底面２６２の正多角形の一辺の中点２７２を通る仮想平面２７０で切断したときの底角がβ＝（９０－α）°である。第１底面２６１と第２底面２６２との距離Ｄ２は、第１底面２６１の正多角形の一辺の中点２７１と軸２６０との距離Ｄ３にtanαを乗じたものと、第２底面２６２の正多角形の一辺の中点と軸２６０との距離Ｄ４にtan（９０－α）を乗じたものと、の和に等しい。照射装置は、回転ミラー２５０の軸２６０と交差する向きに光を照射する。
　これにより、回転ミラー２５０において入射光に対する光の反射位置が一定となり、光の反射位置が回転に伴って変動するのを防止することができる。従って、走査の歪みを少なくすることができる。
　また、本実施形態の導光装置において、底角αは４５°である。
　これにより、回転ミラー２５０を単純な形状にできる。また、簡潔な光路レイアウトを実現できる。
　以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
　反射ユニット２０における支持プレート４１に対する反射部材４２の数は、第１実施形態ように３つに限定されるものではなく、例えば、４つ又は５つとすることができる。
　反射ユニット２０の数は、被照射物の形状等に応じて設定することができ、第２実施形態のように２つとすることに代えて、例えば、３つ、４つ又は５つとすることができる。
　反射部材４２における第１反射部８１及び第２反射部８２を、プリズムによって実現しても良い。
　導光装置１３を適用する光走査装置は、レーザ加工装置１に限定するものではなく、例えば画像形成装置であっても良い。
　第３実施形態において、第１正多角錐２５１及び第２正多角錐２５２として、正８角錐の代わりに、例えば正６角錐、正９角錐等を用いることができる。第１底面２６１及び第２底面２６２の大きさが互いに異なる構成とすることもできる。
　第３実施形態の回転ミラー２５０において、光を反射させない部分については自由な形状を採用することができる。図１３で示す第１正多角錐２５１及び第２正多角錐２５２は、実際には正多角錐台状であるが、光を反射させる部分が正多角錐状になっている限り、正多角錐に含まれる。「底面」及び「底角」の呼び名は、正多角錐の向きを限定するものではない。回転ミラー２５０は、その軸２６０を任意の向きとして使用することができる。
　前述の教示を考慮すれば、本発明が多くの変更形態及び変形形態をとり得ることは明らかである。従って、本発明が、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。
　１　レーザ加工装置（光走査装置）
　１３　導光装置
　２０　反射ユニット（光反射装置）
　３１　走査領域
　４２　反射部材
　５３　走査用レンズ
　６１　第１回転軸（支持プレートの回転軸）
　６２　第２回転軸（反射部材の回転軸）
　８１　第１反射部（反射部）
　８２　第２反射部（反射部）
　８５　第１反射面
　８６　第２反射面
　２００　ワーク（被照射物）
　２０１　走査線
　２０２　被照射点
　２５０　回転ミラー（反射部材）
　２５１　第１正多角錐
　２５２　第２正多角錐
　２５７　光反射面
　２６０　軸（回転軸）
　２６１　第１底面
　２６２　第２底面
　α，β　底角

Claims (12)

  1. 　入射光を反射させる平面状の反射面を有し、公転及び自転を同時に行う反射部材を備え、
    　前記反射部材の公転の方向と自転の方向が同一であり、
    　前記反射部材の公転角速度が自転角速度の２倍に等しいことを特徴とする光反射装置。
  2. 　請求項１に記載の光反射装置であって、
    　前記反射面は、前記反射部材の自転軸を挟んで対をなすように配置されていることを特徴とする光反射装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の光反射装置であって、
    　前記反射部材を複数備え、
    　複数の前記反射部材の公転軸は一致しており、
    　複数の前記反射部材は、公転軸を中心とした円を等角度間隔で分割するように配置されていることを特徴とする光反射装置。
  4. 　請求項１から３までの何れか一項に記載の光反射装置であって、
    　前記反射部材の公転及び自転を行わせる遊星歯車列を備えることを特徴とする光反射装置。
  5. 　請求項１から４までの何れか一項に記載の光反射装置であって、
    　前記反射部材は、自転軸と垂直な平面に沿って偏向するように光を反射させ、
    　前記平面は、前記反射部材に対する入射光に対して、前記自転軸の方向にオフセットしていることを特徴とする光反射装置。
  6. 　請求項５に記載の光反射装置であって、
    　前記反射面は、
    　前記自転軸に垂直な平面に対して傾斜した平面状に形成された第１反射面と、
    　前記自転軸に垂直な平面に対して傾斜した平面状に形成された第２反射面と、
    を含み、
    　前記自転軸に垂直な平面に対して前記第１反射面が傾斜する向きと、前記自転軸に垂直な平面に対して前記第２反射面が傾斜する向きと、が逆であり、
    　前記入射光は、前記第１反射面で反射した後、前記第２反射面で反射し、
    　前記第１反射面及び前記第２反射面は、対称面に関して互いに対称となるように形成され、
    　前記対称面の前記第１反射面に関する鏡像、及び、前記対称面の前記第２反射面に関する鏡像は、互いに同一の平面であり、
    　前記自転軸が前記鏡像の平面に含まれることを特徴とする光反射装置。
  7. 　請求項６に記載の光反射装置であって、
    　前記自転軸に垂直な平面に対して前記第１反射面が傾斜する角度は４５°であり、
    　前記自転軸に垂直な平面に対して前記第２反射面が傾斜する角度は４５°であることを特徴とする光反射装置。
  8. 　請求項１から７までの何れか一項に記載の光反射装置を備え、
    　前記入射光は、前記光反射装置で偏向されることにより被照射物を走査することを特徴とする導光装置。
  9. 　請求項８に記載の導光装置であって、
    　走査用レンズを備え、
    　前記走査用レンズは、前記反射部材から前記被照射物までの光路に配置されることを特徴とする導光装置。
  10. 　請求項８又は９に記載の導光装置を複数備え、
    　それぞれの前記導光装置において、前記光反射装置の前記反射部材が公転及び自転を同時に行うことにより、前記入射光が前記反射面に当たって反射する反射状態と、前記入射光が前記反射面に当たらずに通過する通過状態と、の間で切り換わり、
    　前記反射状態になるタイミングが複数の前記導光装置の間で異なり、
    　複数の前記導光装置に対応する走査領域の集合によって、１本の直線状の走査線が構成されることを特徴とする光走査装置。
  11. 　回転ミラーと、
    　前記回転ミラーを回転させる駆動装置と、
    　前記回転ミラーに光を照射する照射装置と、
    を備え、
    　前記回転ミラーは、
    　第１正多角錐と、
    　前記第１正多角錐と軸を一致させて当該第１正多角錐と向かい合わせに配置された第２正多角錐と、
    を備え、
    　前記第１正多角錐及び前記第２正多角錐のそれぞれの側面が、平面状の光反射面となっており、
    　前記第１正多角錐が有する第１底面と、前記第２正多角錐が有する第２底面とで、正多角形の辺の数は等しくなっており、
    　前記第１底面及び前記第２底面は、何れも前記軸と垂直に配置され、
    　前記第１正多角錐及び前記第２正多角錐は、前記第１底面の正多角形の位相と前記第２底面の正多角形の位相とを互いに一致させつつ、前記駆動装置によって、前記軸を回転軸として互いに一体的に回転し、
    　前記第１正多角錐を、その軸を含むとともに前記第１底面の正多角形の一辺の中点を通る平面で切断したときの底角がα°であり、
    　前記第２正多角錐を、その軸を含むとともに前記第２底面の正多角形の一辺の中点を通る平面で切断したときの底角が（９０－α）°であり、
    　前記第１底面と前記第２底面との距離は、前記第１底面の正多角形の一辺の中点と前記回転軸との距離にtanαを乗じたものと、前記第２底面の正多角形の一辺の中点と前記回転軸との距離にtan（９０－α）を乗じたものと、の和に等しく、
    　前記照射装置は、前記回転ミラーの前記回転軸と交差する位置に光を照射することを特徴とする光走査装置。
  12. 　請求項１１に記載の光走査装置であって、
    　底角αが４５°であることを特徴とする光走査装置。
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