レーザ走査装置
【課題】レーザ光の光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けていても、走査されるレーザ光の軌跡を直線状にすることができるレーザ走査装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源２はレーザ光Ｌｚを発する。偏向ミラー１は回動自在であり、レーザ光Ｌｚを反射する。レーザ光Ｌｚの光軸は偏向ミラー１の駆動軸と直交する軸に対して傾けられている。レンズ３の内周面及び外周面が曲面で形成されている。偏向ミラー１で反射したレーザ光Ｌｚは内周面に入射して外周面から射出される。外周面から射出するレーザ光Ｌｚは偏向ミラー１が回動されても常に所定の基準面に対して平行とされ、偏向ミラー１が回動することによって走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状に変換する。
【解決手段】レーザ光源２はレーザ光Ｌｚを発する。偏向ミラー１は回動自在であり、レーザ光Ｌｚを反射する。レーザ光Ｌｚの光軸は偏向ミラー１の駆動軸と直交する軸に対して傾けられている。レンズ３の内周面及び外周面が曲面で形成されている。偏向ミラー１で反射したレーザ光Ｌｚは内周面に入射して外周面から射出される。外周面から射出するレーザ光Ｌｚは偏向ミラー１が回動されても常に所定の基準面に対して平行とされ、偏向ミラー１が回動することによって走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状に変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を走査することにより映像を投影したり、対象物の存在、対象物の位置、対象物までの距離を検出したりするレーザ走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏向ミラーと偏向ミラーを駆動する駆動部とを有する偏向器によってレーザ光を１次元または２次元に走査して、スクリーン上に映像を投影したり、走査範囲内にある対象物の存在、対象物の位置も、対象物までの距離を検出したりするレーザ走査装置が知られている。この種のレーザ走査装置においては、偏向器により走査されたレーザ光がレーザ光源に入射しないように、レーザ光源を走査範囲外に配置する。そのため、レーザ光の光軸は、偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾いている。
【０００３】
ここで、図２７〜図３３を用いて、レーザ走査装置の偏向ミラーに対するレーザ光の入射方向及び射出方向について説明する。図２７は、ｘｙ平面上にある偏向ミラー１に、ｙｚ平面上でｚ軸から+θＶの角度でレーザ光Ｌｚを入射した状態を示している。図２８（Ａ）〜（Ｃ）は、図２７のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。ここではレーザ光源の図示を省略している。図２７及び図２８（Ｂ）に示すように、レーザ光Ｌｚはｙｚ平面上でｚ軸から−θＶの角度に射出する。
【０００４】
図２９は、図２７の状態から偏向ミラー１を、ｙ軸を回転中心として+θＨの角度回転させた状態を示している。図３０（Ａ）〜（Ｃ）は、図２９のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。図２９に破線で示す射出光をｘｙ平面、ｙｚ平面、ｚｘ平面に投影すると、射出光はｘｙ平面ではｘ軸から−θｘｙ、ｙｚ平面ではｚ軸からθｙｚ、ｚｘ平面ではｚ軸から２θＨの角度で射出する。θｘｙ，θｙｚは次の（１）式，（２）式で導出される。
【０００５】
θｘｙ=tan−１(tanθＶ/sin２θＨ) …（１）
θｙｚ=tan−１(tanθＶ/cos２θＨ) …（２）
【０００６】
図３１は、回転角度θＨ＝０°のときの射出光に垂直な平面Ｐ０を示している。図３２（Ａ）〜（Ｃ）は、図３１のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。図３３は、偏向ミラー１を、ｙ軸を回転中心として−θＨ〜+θＨ回転させたときの平面Ｐ０上でのレーザ光Ｌｚの軌跡を示している。図３３に示すように、ｙｚ平面上でｚ軸から+θＶの角度から入射したレーザ光Ｌｚを、ｙ軸を回転中心とする偏向ミラー１で走査した射出光の軌跡は、平面Ｐ０上で直線とはならず、曲線となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−０４５６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、レーザ光Ｌｚの光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けているレーザ走査装置においては、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡は直線ではなく曲線となってしまう。レーザ走査装置が映像を投影する装置として用いられる場合には、レーザ光Ｌｚの軌跡が曲線であれば投影される映像は歪むことになる。また、レーザ走査装置が対象物を検出する装置として用いられる場合には、レーザ光Ｌｚの軌跡が曲線であれば、特に広角方向で対象物を検出できない場合が発生する。
【０００９】
このように、レーザ走査装置においてレーザ光Ｌｚの軌跡が曲線であると、種々の不具合を招くことになるため、レーザ光Ｌｚの軌跡を直線とすることができるレーザ走査装置が望まれていた。
【００１０】
本発明はこのような要望に対応するため、レーザ光の光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けていても、走査されるレーザ光の軌跡を直線状にすることができるレーザ走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、レーザ光（Ｌｚ）を発するレーザ光源と（２）、前記レーザ光源より発せられたレーザ光を反射する回動自在の偏向ミラー（１）を有し、前記偏向ミラーを前記レーザ光の入射光の光軸が前記偏向ミラーの駆動軸と直交する軸に対して傾くように設けた偏向器と、内周面及び外周面が曲面で形成され、前記偏向ミラーで反射したレーザ光が前記内周面に入射して前記外周面から射出され、前記外周面から射出するレーザ光は前記偏向ミラーが回動されても常に所定の基準面に対して平行とされ、前記偏向ミラーが回動することによって走査されるレーザ光の軌跡を直線状に変換するレンズ（３〜８）とを備えることを特徴とするレーザ走査装置を提供する。
【００１２】
前記レンズの第１の好適な態様は、前記レンズは、前記内周面上の周方向の各位置における前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、前記内周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることである。
【００１３】
第１の好適な態様において、前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることが好ましい。
また、第１の好適な態様において、前記レンズは、前記外周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記外周面の周方向の各位置における前記外周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることが好ましい。
【００１４】
前記レンズの第２の好適な態様は、前記レンズは、前記外周面上の周方向の各位置における前記外周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、前記外周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることである。
【００１５】
第２の好適な態様において、前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることが好ましい。
また、第２の好適な態様において、前記レンズは、前記内周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記内周面の周方向の各位置における前記内周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることが好ましい。
【００１６】
前記レンズの第３の好適な態様は、前記レンズは、前記レンズを、前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記偏向ミラー上でレーザ光を反射する反射点とを通る面で切断した断面が、前記反射点を焦点位置とする形状であり、前記レンズは、前記断面を、前記焦点位置を通って前記基準面と垂直な軸を中心に所定角度回転させた形状であることである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のレーザ走査装置によれば、レーザ光の光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けていても、走査されるレーザ光の軌跡を直線状にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のレーザ走査装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図３】第１実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図５】本発明のレーザ走査装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図７】第２実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図８】第２実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図９】本発明のレーザ走査装置の第３実施形態を示す斜視図である。
【図１０】第３実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図１１】第３実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１２】第３実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１３】本発明のレーザ走査装置の第４実施形態を示す斜視図である。
【図１４】第４実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図１５】第４実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１６】第４実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１７】本発明のレーザ走査装置の第５実施形態を示す斜視図である。
【図１８】第５実施形態で用いるレンズを説明するための図である。
【図１９】第５実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図２０】第５実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２１】第５実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２２】本発明のレーザ走査装置の第６実施形態を示す斜視図である。
【図２３】第６実施形態で用いるレンズを説明するための図である。
【図２４】第６実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図２５】第６実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２６】第６実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２７】ｘｙ平面上にある偏向ミラーにレーザ光を入射した状態を示す斜視図である。
【図２８】図２７のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。
【図２９】図２７の状態から偏向ミラーを回転させた状態を示す斜視図である。
【図３０】図２９のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。
【図３１】回転角度が０°のときの射出光に垂直な平面を示す斜視図である。
【図３２】図３１のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。
【図３３】偏向ミラーを回転させたときのレーザ光の軌跡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のレーザ走査装置の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１において、偏向ミラー１には、レーザ光源２から発せられたレーザ光Ｌｚが入射される。偏向ミラー１を駆動する駆動部の図示を省略している。レーザ光Ｌｚは偏向ミラー１で反射して射出する。偏向ミラー１を有する偏向器は、レーザ光Ｌｚの光軸が偏向器（偏向ミラー１）の駆動軸と直交する軸に対して傾くように設けられている。偏向ミラー１に対してレーザ光Ｌｚの射出側にはレンズ３が配置されている。偏向ミラー１で反射されたレーザ光Ｌｚはレンズ３を通って射出される。一点鎖線で示す平面は、ｘｚ平面を、ｘ軸を中心に−θＶの角度傾けた基準面Ｐbsを示している。−θＶは、図２７〜図３２で説明した角度である。
【００２１】
なお、偏向ミラー１とレーザ光源２とレンズ３は、所定の筐体内に図１に示す位置関係で位置決めされており、偏向ミラー１が図示していない駆動部によって駆動されて所定の角度範囲で回動される。
【００２２】
図１，図２を用いてレンズ３の具体的構成について説明する。図２において、（Ａ）はレンズ３の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ３を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ３の底面図である。図１及び図２（Ｅ）より分かるように、レンズ３の底面は、レンズ３の周方向の両端から中央部に近付くに従って順次幅広となる略三日月状となっている。なお、図２（Ｅ）においては、レンズ３の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図１及び図２（Ａ）より分かるように、レンズ３の上面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。
【００２３】
図２（Ａ）及び図２（Ｅ）より分かるように、レンズ３を底面側から上面側に見たときに、上面の内周における周方向の中央部の位置は、底面における内周側の周方向の中央部の位置と一致している。レンズ３の周方向の断面は、両端で三角形であり、中央部に近付くに従って順次底面側が拡大していき、図２（Ｄ）に示すように中央部で長方形となる。
【００２４】
レンズ３の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の中央部を除き、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この内周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていき、周方向の中央部で基準面Ｐbsと直交する方向と平行となる。
【００２５】
レンズ３の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、全て基準面Ｐbsと直交する方向と平行となっている。
【００２６】
第１実施形態のレンズ３は、図１及び図２に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００２７】
図３は、レンズ３の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図３に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ３の入射面３１への入射角が０°であり、レンズ３の射出面３２からの射出角も０°である。図４は、レンズ３の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図４のレンズ３の周方向中央部以外における入射面３３は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ１傾いている。レンズ３の周方向中央部以外における射出面３４からの射出角は０°である。基準面Ｐbsと入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。レンズ３の屈折率をｎとすると、θｔ１は次の（３）式となる。
【００２８】
θｔ１=tan−１(sinθｄ/(n-cosθｄ))) …（３）
【００２９】
第１実施形態のレンズ３の形状を図３，図４を用いてさらに説明する。レンズ３の入射面（図３では３１、図４では３３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θｔ１である。図３ではθｔ１は０°であるので、入射面３１と基準面Ｐbsとのなす角は９０°である。レンズ３の入射面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面（図３では３２、図４では３４）から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。射出面と基準面Ｐbsとのなす角は周方向に一定であり、９０°である。
【００３０】
これにより、第１実施形態においては、レンズ３から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第１実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
図５，図７，図８において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図５〜図８に示す第２実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ４を用いている。
【００３２】
図５，図６を用いてレンズ４の具体的構成について説明する。図６において、（Ａ）はレンズ４の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ４を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ４の底面図である。図５及び図６（Ｅ）より分かるように、レンズ４の底面は、レンズ４の周方向の両端で所定の幅を有しており、両端から中央部に近付くに従って順次幅広となる形状となっている。なお、図６（Ｅ）においては、レンズ４の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図６（Ａ）も同様に、レンズ４の上面から底面側を見たときに見える形状を含めて図示している。
【００３３】
図５及び図６（Ａ）より分かるように、レンズ４の上面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。レンズ４の上面よりも底面の方が径が大きいため、レンズ４の上面から底面側を見たとき、底面の外周端部が見えている。
【００３４】
レンズ４の周方向の断面は、両端で台形であり、中央部に近付くに従って順次底面側が拡大していき、図６（Ｄ）に示すように中央部で平行四辺形となる。レンズ４の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の中央部を除き、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この内周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていく。
【００３５】
レンズ４の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、周方向の両端から中央部にかけて全て同じ角度で基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。
【００３６】
第２実施形態のレンズ４は、図５及び図６に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００３７】
図７は、レンズ４の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図７に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ４の入射面４１への入射角及び射出面４２からの射出角が角度θＬである。図８は、レンズ４の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。レンズ４の周方向中央部以外における入射面４３は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ２傾いている。レンズ４の周方向中央部以外における射出面４４は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θＬ傾いている。基準面Ｐbsとレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。
【００３８】
第２実施形態のレンズ４の形状を図７，図８を用いてさらに説明する。レンズ４の入射面（図７では４１、図８では４３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θｔ２である。レンズ４の入射面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面（図７では４２、図４では４４）から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。射出面と基準面Ｐbsとのなす角は周方向に一定であり、９０°−θＬである。
【００３９】
これにより、第２実施形態においても、レンズ４から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第２実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。第２実施形態においては、図７，図８より分かるように、レンズ４に対するレーザ光Ｌｚの入射角が０°とならないため、レンズ４の表面での破線で示す反射光Ｌｚrfがレーザ光源２に戻ることがない。よって、レーザ光源２によるレーザ光Ｌｚの出力を不安定にすることがなく、反射光Ｌｚrfが図示していない受光素子に入射して不要な信号が検出されることがない。
【００４０】
＜第３実施形態＞
図９，図１１，図１２において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図９〜図１２に示す第３実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ５を用いている。
【００４１】
図９，図１０を用いてレンズ５の具体的構成について説明する。図１０において、（Ａ）はレンズ５の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ５を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ５の底面図である。図９及び図１０（Ｅ）より分かるように、レンズ５の底面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。なお、図１０（Ｅ）においては、レンズ５の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図９及び図１０（Ａ）より分かるように、レンズ５の上面は、レンズ５の周方向の両端で所定の幅を有しており、両端から中央部に近付くに従って順次幅狭となる形状となっている。
【００４２】
図１０（Ａ）及び図１０（Ａ）より分かるように、レンズ５の内周面は、円筒を直径方向に切断した状態の曲面となっている。レンズ５を底面側から上面側に見たときに、上面の外周における周方向の中央部の位置は、底面の外周における周方向の中央部の位置と一致している。底面の外周は直径が一定であるのに対して上面の外周の直径は中央部から離れるに従って拡大していくので、底面の外周と上面の外周とは中央部から離れるに従って順次離れていく。
【００４３】
レンズ５の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の両端から中央部にかけて全て基準面Ｐbsと直交する方向と平行となっている。
【００４４】
レンズ５の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、周方向の中央部を除き、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この外周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていき、周方向の中央部で基準面Ｐbsと直交する方向と平行となる。
【００４５】
第３実施形態のレンズ５は、図９及び図１０に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００４６】
図１１は、レンズ５の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図１１に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ５の周方向中央部における入射面５１への入射角が０°であり、射出面５２からの射出角も０°である。図１２は、レンズ５の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。レンズ５の周方向中央部以外における入射面５３は、基準面Ｐbsと垂直な曲面となっている。レンズ５の周方向中央部以外における射出面５４は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ３傾いている。基準面Ｐbsとレンズ５に入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。レンズ５の屈折率をｎとすると、θｔ３は次の（４）式となる。
【００４７】
θｔ３=tan−１(sin(sin−１(sinθｄ/n))/(cos(sin−１(sinθｄ/n))-1/n)) …（４）
【００４８】
第３実施形態のレンズ５の形状を図１１，図１２を用いてさらに説明する。レンズ５の入射面（図１１では５１、図１２では５３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°であり、周方向に一定である。射出面（図１１では５２、図１２では５４）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θｔ３である。図１１ではθｔ３は０°であるので、射出面５２と基準面Ｐbsとのなす角は９０°である。レンズ５の射出面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。
【００４９】
これにより、第３実施形態においても、レンズ５から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第５実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。
【００５０】
＜第４実施形態＞
図１３，図１５，図１６において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図１３〜図１６に示す第４実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ６を用いている。
【００５１】
図１３，図１４を用いてレンズ６の具体的構成について説明する。図１４において、（Ａ）はレンズ６の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ６を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ６の底面図である。図１３及び図１４（Ｅ）より分かるように、レンズ６の底面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。なお、図１４（Ｅ）においては、レンズ６の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図１４（Ａ）も同様に、レンズ６の上面から底面側を見たときに見える形状を含めて図示している。図１３及び図１４（Ａ）より分かるように、レンズ６の上面は、レンズ６の周方向の両端で所定の幅を有しており、両端から中央部に近付くに従って順次幅狭となる形状となっている。
【００５２】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｅ）より分かるように、レンズ６の内周面は、底面から上面に向かうに従って径が拡大している。また、レンズ６の外周面も、底面から上面に向かうに従って径が拡大している。レンズ６の周方向の断面は、両端で台形であり、中央部に近付くに従って上底と下底との差が少なくなり、図１４（Ｄ）に示すように中央部で平行四辺形となる。
【００５３】
レンズ６の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の両端から中央部にかけて全て同じ角度で基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。
【００５４】
レンズ６の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この外周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていく。
【００５５】
第４実施形態のレンズ６は、図１３及び図１４に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００５６】
図１５は、レンズ６の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図１５に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ６の入射面６１への入射角及び射出面６２からの射出角が角度θＬである。図１６は、レンズ６の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。レンズ６の周方向中央部以外における入射面６３は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θＬ傾いている。レンズ６の周方向中央部以外における射出面６４は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ４傾いている。基準面Ｐbsとレンズ６に入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。
【００５７】
第４実施形態のレンズ６の形状を図１５，図１６を用いてさらに説明する。レンズ６の入射面（図１５では６１、図１６では６３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θＬであり、周方向に一定である。射出面（図１５では６２、図１６では６４）と基準面Ｐbsとのなす角は、９０°−θｔ４となる。レンズ６の射出面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。
【００５８】
これにより、第４実施形態においても、レンズ６から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第４実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。第６実施形態においては、角度θＬを角度θｄの最大値より大きくすることにより、レンズ６に対するレーザ光Ｌｚの入射角が０°とならないため、レンズ６の表面での破線で示す反射光Ｌｚrfがレーザ光源２に戻ることがない。よって、レーザ光源２によるレーザ光Ｌｚの出力を不安定にすることがなく、反射光Ｌｚrfが図示していない受光素子に入射して不要な信号が検出されることがない。
【００５９】
＜第５実施形態＞
図１７，図２０，図２１において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図１７〜図２１に示す第５実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ７を用いている。図１７に示すレンズ７は、図１８に示すように、偏向ミラー１上でレーザ光Ｌｚを反射する点（反射点）を焦点位置Ｆｐとするレンズ断面を、焦点位置Ｆｐを通って基準面Ｐbsと垂直な軸Ａｘを中心に回転してできるリング形状を直径方向で切断した形状となっている。図１８より分かるように、レンズ７より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。
【００６０】
図１９において、（Ａ）はレンズ７の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ７を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ７の底面図である。図２０は、レンズ７の高さ方向の中央部に入射するレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図２１は、レンズ７の高さ方向の中央部以外に入射するレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。基準面Ｐbsと直交する面に対するレンズ７に入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。角度θｄが何度であってもレンズ７より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。即ち、焦点位置Ｆｐを通るレーザ光であれば、基準面Ｐbsと平行にすることができる。第５実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。
【００６１】
＜第６実施形態＞
図２２，図２５，図２６において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図２２〜図２６に示す第６実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ８を用いている。図２２に示すレンズ８は、図２３に示すように、偏向ミラー１上でレーザ光Ｌｚを反射する点を焦点位置Ｆｐとするレンズ断面であり、レンズ断面の直線部分を軸Ａｘに対して傾けたレンズ断面を、軸Ａｘを中心に回転してできるリング形状を直径方向で切断した形状となっている。即ち、レンズ８の内周面は軸Ａｘに対して傾いている。図２３より分かるように、レンズ８より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。
【００６２】
図２４において、（Ａ）はレンズ８の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ８を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ８の底面図である。図２５は、レンズ８の基準面Ｐbsの方向におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図２６は、レンズ８の基準面Ｐbsから外れた方向におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。基準面Ｐbsとレンズ８に入射するレーザ光Ｌｚとのなす角θｄが何度であってもレンズ８より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。即ち、焦点位置Ｆｐを通るレーザ光であれば、基準面Ｐbsと平行にすることができる。
【００６３】
第６実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。図２５，図２６より分かるように、レンズ８の内周面を基準面Ｐbsと垂直な軸Ａｘに対して傾けているため、レンズ８の入射面での破線で示す反射光Ｌｚrfｊはレーザ光源２に戻ることがない。よって、レーザ光源２によるレーザ光Ｌｚの出力を不安定にすることがなく、反射光Ｌｚrfが図示していない受光素子に入射して不要な信号が検出されることがない。
【００６４】
本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 偏向ミラー
２ レーザ光源
３〜８ レンズ
Ｌｚ レーザ光
Ｐbs 基準面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を走査することにより映像を投影したり、対象物の存在、対象物の位置、対象物までの距離を検出したりするレーザ走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏向ミラーと偏向ミラーを駆動する駆動部とを有する偏向器によってレーザ光を１次元または２次元に走査して、スクリーン上に映像を投影したり、走査範囲内にある対象物の存在、対象物の位置も、対象物までの距離を検出したりするレーザ走査装置が知られている。この種のレーザ走査装置においては、偏向器により走査されたレーザ光がレーザ光源に入射しないように、レーザ光源を走査範囲外に配置する。そのため、レーザ光の光軸は、偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾いている。
【０００３】
ここで、図２７〜図３３を用いて、レーザ走査装置の偏向ミラーに対するレーザ光の入射方向及び射出方向について説明する。図２７は、ｘｙ平面上にある偏向ミラー１に、ｙｚ平面上でｚ軸から+θＶの角度でレーザ光Ｌｚを入射した状態を示している。図２８（Ａ）〜（Ｃ）は、図２７のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。ここではレーザ光源の図示を省略している。図２７及び図２８（Ｂ）に示すように、レーザ光Ｌｚはｙｚ平面上でｚ軸から−θＶの角度に射出する。
【０００４】
図２９は、図２７の状態から偏向ミラー１を、ｙ軸を回転中心として+θＨの角度回転させた状態を示している。図３０（Ａ）〜（Ｃ）は、図２９のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。図２９に破線で示す射出光をｘｙ平面、ｙｚ平面、ｚｘ平面に投影すると、射出光はｘｙ平面ではｘ軸から−θｘｙ、ｙｚ平面ではｚ軸からθｙｚ、ｚｘ平面ではｚ軸から２θＨの角度で射出する。θｘｙ，θｙｚは次の（１）式，（２）式で導出される。
【０００５】
θｘｙ=tan−１(tanθＶ/sin２θＨ) …（１）
θｙｚ=tan−１(tanθＶ/cos２θＨ) …（２）
【０００６】
図３１は、回転角度θＨ＝０°のときの射出光に垂直な平面Ｐ０を示している。図３２（Ａ）〜（Ｃ）は、図３１のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。図３３は、偏向ミラー１を、ｙ軸を回転中心として−θＨ〜+θＨ回転させたときの平面Ｐ０上でのレーザ光Ｌｚの軌跡を示している。図３３に示すように、ｙｚ平面上でｚ軸から+θＶの角度から入射したレーザ光Ｌｚを、ｙ軸を回転中心とする偏向ミラー１で走査した射出光の軌跡は、平面Ｐ０上で直線とはならず、曲線となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−０４５６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように、レーザ光Ｌｚの光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けているレーザ走査装置においては、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡は直線ではなく曲線となってしまう。レーザ走査装置が映像を投影する装置として用いられる場合には、レーザ光Ｌｚの軌跡が曲線であれば投影される映像は歪むことになる。また、レーザ走査装置が対象物を検出する装置として用いられる場合には、レーザ光Ｌｚの軌跡が曲線であれば、特に広角方向で対象物を検出できない場合が発生する。
【０００９】
このように、レーザ走査装置においてレーザ光Ｌｚの軌跡が曲線であると、種々の不具合を招くことになるため、レーザ光Ｌｚの軌跡を直線とすることができるレーザ走査装置が望まれていた。
【００１０】
本発明はこのような要望に対応するため、レーザ光の光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けていても、走査されるレーザ光の軌跡を直線状にすることができるレーザ走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、レーザ光（Ｌｚ）を発するレーザ光源と（２）、前記レーザ光源より発せられたレーザ光を反射する回動自在の偏向ミラー（１）を有し、前記偏向ミラーを前記レーザ光の入射光の光軸が前記偏向ミラーの駆動軸と直交する軸に対して傾くように設けた偏向器と、内周面及び外周面が曲面で形成され、前記偏向ミラーで反射したレーザ光が前記内周面に入射して前記外周面から射出され、前記外周面から射出するレーザ光は前記偏向ミラーが回動されても常に所定の基準面に対して平行とされ、前記偏向ミラーが回動することによって走査されるレーザ光の軌跡を直線状に変換するレンズ（３〜８）とを備えることを特徴とするレーザ走査装置を提供する。
【００１２】
前記レンズの第１の好適な態様は、前記レンズは、前記内周面上の周方向の各位置における前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、前記内周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることである。
【００１３】
第１の好適な態様において、前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることが好ましい。
また、第１の好適な態様において、前記レンズは、前記外周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記外周面の周方向の各位置における前記外周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることが好ましい。
【００１４】
前記レンズの第２の好適な態様は、前記レンズは、前記外周面上の周方向の各位置における前記外周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、前記外周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることである。
【００１５】
第２の好適な態様において、前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることが好ましい。
また、第２の好適な態様において、前記レンズは、前記内周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記内周面の周方向の各位置における前記内周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることが好ましい。
【００１６】
前記レンズの第３の好適な態様は、前記レンズは、前記レンズを、前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記偏向ミラー上でレーザ光を反射する反射点とを通る面で切断した断面が、前記反射点を焦点位置とする形状であり、前記レンズは、前記断面を、前記焦点位置を通って前記基準面と垂直な軸を中心に所定角度回転させた形状であることである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のレーザ走査装置によれば、レーザ光の光軸を偏向器の駆動軸と直交する軸に対して傾けていても、走査されるレーザ光の軌跡を直線状にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のレーザ走査装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図３】第１実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図４】第１実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図５】本発明のレーザ走査装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図７】第２実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図８】第２実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図９】本発明のレーザ走査装置の第３実施形態を示す斜視図である。
【図１０】第３実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図１１】第３実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１２】第３実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１３】本発明のレーザ走査装置の第４実施形態を示す斜視図である。
【図１４】第４実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図１５】第４実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１６】第４実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図１７】本発明のレーザ走査装置の第５実施形態を示す斜視図である。
【図１８】第５実施形態で用いるレンズを説明するための図である。
【図１９】第５実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図２０】第５実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２１】第５実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２２】本発明のレーザ走査装置の第６実施形態を示す斜視図である。
【図２３】第６実施形態で用いるレンズを説明するための図である。
【図２４】第６実施形態で用いるレンズの構成図である。
【図２５】第６実施形態におけるレンズの周方向中央部におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２６】第６実施形態におけるレンズの周方向中央部以外におけるレーザ光の入射及び射出の状態を示す図である。
【図２７】ｘｙ平面上にある偏向ミラーにレーザ光を入射した状態を示す斜視図である。
【図２８】図２７のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。
【図２９】図２７の状態から偏向ミラーを回転させた状態を示す斜視図である。
【図３０】図２９のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。
【図３１】回転角度が０°のときの射出光に垂直な平面を示す斜視図である。
【図３２】図３１のｘｙ平面図、ｙｚ平面図、ｘｚ平面図である。
【図３３】偏向ミラーを回転させたときのレーザ光の軌跡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のレーザ走査装置の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１において、偏向ミラー１には、レーザ光源２から発せられたレーザ光Ｌｚが入射される。偏向ミラー１を駆動する駆動部の図示を省略している。レーザ光Ｌｚは偏向ミラー１で反射して射出する。偏向ミラー１を有する偏向器は、レーザ光Ｌｚの光軸が偏向器（偏向ミラー１）の駆動軸と直交する軸に対して傾くように設けられている。偏向ミラー１に対してレーザ光Ｌｚの射出側にはレンズ３が配置されている。偏向ミラー１で反射されたレーザ光Ｌｚはレンズ３を通って射出される。一点鎖線で示す平面は、ｘｚ平面を、ｘ軸を中心に−θＶの角度傾けた基準面Ｐbsを示している。−θＶは、図２７〜図３２で説明した角度である。
【００２１】
なお、偏向ミラー１とレーザ光源２とレンズ３は、所定の筐体内に図１に示す位置関係で位置決めされており、偏向ミラー１が図示していない駆動部によって駆動されて所定の角度範囲で回動される。
【００２２】
図１，図２を用いてレンズ３の具体的構成について説明する。図２において、（Ａ）はレンズ３の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ３を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ３の底面図である。図１及び図２（Ｅ）より分かるように、レンズ３の底面は、レンズ３の周方向の両端から中央部に近付くに従って順次幅広となる略三日月状となっている。なお、図２（Ｅ）においては、レンズ３の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図１及び図２（Ａ）より分かるように、レンズ３の上面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。
【００２３】
図２（Ａ）及び図２（Ｅ）より分かるように、レンズ３を底面側から上面側に見たときに、上面の内周における周方向の中央部の位置は、底面における内周側の周方向の中央部の位置と一致している。レンズ３の周方向の断面は、両端で三角形であり、中央部に近付くに従って順次底面側が拡大していき、図２（Ｄ）に示すように中央部で長方形となる。
【００２４】
レンズ３の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の中央部を除き、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この内周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていき、周方向の中央部で基準面Ｐbsと直交する方向と平行となる。
【００２５】
レンズ３の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、全て基準面Ｐbsと直交する方向と平行となっている。
【００２６】
第１実施形態のレンズ３は、図１及び図２に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００２７】
図３は、レンズ３の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図３に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ３の入射面３１への入射角が０°であり、レンズ３の射出面３２からの射出角も０°である。図４は、レンズ３の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図４のレンズ３の周方向中央部以外における入射面３３は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ１傾いている。レンズ３の周方向中央部以外における射出面３４からの射出角は０°である。基準面Ｐbsと入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。レンズ３の屈折率をｎとすると、θｔ１は次の（３）式となる。
【００２８】
θｔ１=tan−１(sinθｄ/(n-cosθｄ))) …（３）
【００２９】
第１実施形態のレンズ３の形状を図３，図４を用いてさらに説明する。レンズ３の入射面（図３では３１、図４では３３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θｔ１である。図３ではθｔ１は０°であるので、入射面３１と基準面Ｐbsとのなす角は９０°である。レンズ３の入射面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面（図３では３２、図４では３４）から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。射出面と基準面Ｐbsとのなす角は周方向に一定であり、９０°である。
【００３０】
これにより、第１実施形態においては、レンズ３から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第１実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
図５，図７，図８において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図５〜図８に示す第２実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ４を用いている。
【００３２】
図５，図６を用いてレンズ４の具体的構成について説明する。図６において、（Ａ）はレンズ４の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ４を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ４の底面図である。図５及び図６（Ｅ）より分かるように、レンズ４の底面は、レンズ４の周方向の両端で所定の幅を有しており、両端から中央部に近付くに従って順次幅広となる形状となっている。なお、図６（Ｅ）においては、レンズ４の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図６（Ａ）も同様に、レンズ４の上面から底面側を見たときに見える形状を含めて図示している。
【００３３】
図５及び図６（Ａ）より分かるように、レンズ４の上面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。レンズ４の上面よりも底面の方が径が大きいため、レンズ４の上面から底面側を見たとき、底面の外周端部が見えている。
【００３４】
レンズ４の周方向の断面は、両端で台形であり、中央部に近付くに従って順次底面側が拡大していき、図６（Ｄ）に示すように中央部で平行四辺形となる。レンズ４の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の中央部を除き、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この内周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていく。
【００３５】
レンズ４の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、周方向の両端から中央部にかけて全て同じ角度で基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。
【００３６】
第２実施形態のレンズ４は、図５及び図６に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００３７】
図７は、レンズ４の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図７に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ４の入射面４１への入射角及び射出面４２からの射出角が角度θＬである。図８は、レンズ４の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。レンズ４の周方向中央部以外における入射面４３は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ２傾いている。レンズ４の周方向中央部以外における射出面４４は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θＬ傾いている。基準面Ｐbsとレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。
【００３８】
第２実施形態のレンズ４の形状を図７，図８を用いてさらに説明する。レンズ４の入射面（図７では４１、図８では４３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θｔ２である。レンズ４の入射面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面（図７では４２、図４では４４）から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。射出面と基準面Ｐbsとのなす角は周方向に一定であり、９０°−θＬである。
【００３９】
これにより、第２実施形態においても、レンズ４から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第２実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。第２実施形態においては、図７，図８より分かるように、レンズ４に対するレーザ光Ｌｚの入射角が０°とならないため、レンズ４の表面での破線で示す反射光Ｌｚrfがレーザ光源２に戻ることがない。よって、レーザ光源２によるレーザ光Ｌｚの出力を不安定にすることがなく、反射光Ｌｚrfが図示していない受光素子に入射して不要な信号が検出されることがない。
【００４０】
＜第３実施形態＞
図９，図１１，図１２において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図９〜図１２に示す第３実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ５を用いている。
【００４１】
図９，図１０を用いてレンズ５の具体的構成について説明する。図１０において、（Ａ）はレンズ５の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ５を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ５の底面図である。図９及び図１０（Ｅ）より分かるように、レンズ５の底面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。なお、図１０（Ｅ）においては、レンズ５の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図９及び図１０（Ａ）より分かるように、レンズ５の上面は、レンズ５の周方向の両端で所定の幅を有しており、両端から中央部に近付くに従って順次幅狭となる形状となっている。
【００４２】
図１０（Ａ）及び図１０（Ａ）より分かるように、レンズ５の内周面は、円筒を直径方向に切断した状態の曲面となっている。レンズ５を底面側から上面側に見たときに、上面の外周における周方向の中央部の位置は、底面の外周における周方向の中央部の位置と一致している。底面の外周は直径が一定であるのに対して上面の外周の直径は中央部から離れるに従って拡大していくので、底面の外周と上面の外周とは中央部から離れるに従って順次離れていく。
【００４３】
レンズ５の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の両端から中央部にかけて全て基準面Ｐbsと直交する方向と平行となっている。
【００４４】
レンズ５の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、周方向の中央部を除き、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この外周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていき、周方向の中央部で基準面Ｐbsと直交する方向と平行となる。
【００４５】
第３実施形態のレンズ５は、図９及び図１０に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００４６】
図１１は、レンズ５の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図１１に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ５の周方向中央部における入射面５１への入射角が０°であり、射出面５２からの射出角も０°である。図１２は、レンズ５の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。レンズ５の周方向中央部以外における入射面５３は、基準面Ｐbsと垂直な曲面となっている。レンズ５の周方向中央部以外における射出面５４は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ３傾いている。基準面Ｐbsとレンズ５に入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。レンズ５の屈折率をｎとすると、θｔ３は次の（４）式となる。
【００４７】
θｔ３=tan−１(sin(sin−１(sinθｄ/n))/(cos(sin−１(sinθｄ/n))-1/n)) …（４）
【００４８】
第３実施形態のレンズ５の形状を図１１，図１２を用いてさらに説明する。レンズ５の入射面（図１１では５１、図１２では５３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°であり、周方向に一定である。射出面（図１１では５２、図１２では５４）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θｔ３である。図１１ではθｔ３は０°であるので、射出面５２と基準面Ｐbsとのなす角は９０°である。レンズ５の射出面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。
【００４９】
これにより、第３実施形態においても、レンズ５から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第５実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。
【００５０】
＜第４実施形態＞
図１３，図１５，図１６において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図１３〜図１６に示す第４実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ６を用いている。
【００５１】
図１３，図１４を用いてレンズ６の具体的構成について説明する。図１４において、（Ａ）はレンズ６の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ６を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ６の底面図である。図１３及び図１４（Ｅ）より分かるように、レンズ６の底面は、リングを直径方向で切断したような形状となっている。なお、図１４（Ｅ）においては、レンズ６の底面から上方を見たときに見える上面側の形状を含めて図示している。図１４（Ａ）も同様に、レンズ６の上面から底面側を見たときに見える形状を含めて図示している。図１３及び図１４（Ａ）より分かるように、レンズ６の上面は、レンズ６の周方向の両端で所定の幅を有しており、両端から中央部に近付くに従って順次幅狭となる形状となっている。
【００５２】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｅ）より分かるように、レンズ６の内周面は、底面から上面に向かうに従って径が拡大している。また、レンズ６の外周面も、底面から上面に向かうに従って径が拡大している。レンズ６の周方向の断面は、両端で台形であり、中央部に近付くに従って上底と下底との差が少なくなり、図１４（Ｄ）に示すように中央部で平行四辺形となる。
【００５３】
レンズ６の内周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう内周面に沿った直線は、周方向の両端から中央部にかけて全て同じ角度で基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。
【００５４】
レンズ６の外周面の周方向の所定の位置で底面側から上面側に向かう外周面に沿った直線は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して傾いている。この外周面に沿った直線の傾きは、周方向の中央部に向かうに従って傾斜が順次緩やかになっていく。
【００５５】
第４実施形態のレンズ６は、図１３及び図１４に示すような形状を有することにより、周方向でレーザ光Ｌｚの屈折角が変化している。
【００５６】
図１５は、レンズ６の周方向中央部におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図１５に示すように、基準面Ｐbs上の走査中心に射出するレーザ光Ｌｚは、レンズ６の入射面６１への入射角及び射出面６２からの射出角が角度θＬである。図１６は、レンズ６の周方向中央部以外におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。レンズ６の周方向中央部以外における入射面６３は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θＬ傾いている。レンズ６の周方向中央部以外における射出面６４は、基準面Ｐbsと直交する方向に対して角度θｔ４傾いている。基準面Ｐbsとレンズ６に入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。
【００５７】
第４実施形態のレンズ６の形状を図１５，図１６を用いてさらに説明する。レンズ６の入射面（図１５では６１、図１６では６３）と基準面Ｐbsとのなす角は９０°−θＬであり、周方向に一定である。射出面（図１５では６２、図１６では６４）と基準面Ｐbsとのなす角は、９０°−θｔ４となる。レンズ６の射出面と基準面Ｐbsとのなす角は、射出面から射出するレーザ光Ｌｚが基準面Ｐbsと平行になるように周方向に変化している。
【００５８】
これにより、第４実施形態においても、レンズ６から射出する周方向全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。従って、第４実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。第６実施形態においては、角度θＬを角度θｄの最大値より大きくすることにより、レンズ６に対するレーザ光Ｌｚの入射角が０°とならないため、レンズ６の表面での破線で示す反射光Ｌｚrfがレーザ光源２に戻ることがない。よって、レーザ光源２によるレーザ光Ｌｚの出力を不安定にすることがなく、反射光Ｌｚrfが図示していない受光素子に入射して不要な信号が検出されることがない。
【００５９】
＜第５実施形態＞
図１７，図２０，図２１において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図１７〜図２１に示す第５実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ７を用いている。図１７に示すレンズ７は、図１８に示すように、偏向ミラー１上でレーザ光Ｌｚを反射する点（反射点）を焦点位置Ｆｐとするレンズ断面を、焦点位置Ｆｐを通って基準面Ｐbsと垂直な軸Ａｘを中心に回転してできるリング形状を直径方向で切断した形状となっている。図１８より分かるように、レンズ７より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。
【００６０】
図１９において、（Ａ）はレンズ７の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ７を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ７の底面図である。図２０は、レンズ７の高さ方向の中央部に入射するレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図２１は、レンズ７の高さ方向の中央部以外に入射するレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。基準面Ｐbsと直交する面に対するレンズ７に入射するレーザ光Ｌｚのなす角はθｄである。角度θｄが何度であってもレンズ７より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。即ち、焦点位置Ｆｐを通るレーザ光であれば、基準面Ｐbsと平行にすることができる。第５実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。
【００６１】
＜第６実施形態＞
図２２，図２５，図２６において、図１，図３，図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図２２〜図２６に示す第６実施形態は、第１実施形態におけるレンズ３の代わりにレンズ８を用いている。図２２に示すレンズ８は、図２３に示すように、偏向ミラー１上でレーザ光Ｌｚを反射する点を焦点位置Ｆｐとするレンズ断面であり、レンズ断面の直線部分を軸Ａｘに対して傾けたレンズ断面を、軸Ａｘを中心に回転してできるリング形状を直径方向で切断した形状となっている。即ち、レンズ８の内周面は軸Ａｘに対して傾いている。図２３より分かるように、レンズ８より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。
【００６２】
図２４において、（Ａ）はレンズ８の上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は偏向ミラー１側からレンズ８を見た平面図、（Ｄ）は偏向ミラー１の周方向の中央部である（Ｃ）におけるＡ−Ａ断面図、（Ｅ）はレンズ８の底面図である。図２５は、レンズ８の基準面Ｐbsの方向におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。図２６は、レンズ８の基準面Ｐbsから外れた方向におけるレーザ光Ｌｚの入射及び射出状態を示している。基準面Ｐbsとレンズ８に入射するレーザ光Ｌｚとのなす角θｄが何度であってもレンズ８より射出する全てのレーザ光Ｌｚは基準面Ｐbsと平行となる。即ち、焦点位置Ｆｐを通るレーザ光であれば、基準面Ｐbsと平行にすることができる。
【００６３】
第６実施形態によれば、走査されるレーザ光Ｌｚの軌跡を直線状にすることができる。図２５，図２６より分かるように、レンズ８の内周面を基準面Ｐbsと垂直な軸Ａｘに対して傾けているため、レンズ８の入射面での破線で示す反射光Ｌｚrfｊはレーザ光源２に戻ることがない。よって、レーザ光源２によるレーザ光Ｌｚの出力を不安定にすることがなく、反射光Ｌｚrfが図示していない受光素子に入射して不要な信号が検出されることがない。
【００６４】
本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 偏向ミラー
２ レーザ光源
３〜８ レンズ
Ｌｚ レーザ光
Ｐbs 基準面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源より発せられたレーザ光を反射する回動自在の偏向ミラーを有し、前記偏向ミラーを前記レーザ光の入射光の光軸が前記偏向ミラーの駆動軸と直交する軸に対して傾くように設けた偏向器と、
内周面及び外周面が曲面で形成され、前記偏向ミラーで反射したレーザ光が前記内周面に入射して前記外周面から射出され、前記外周面から射出するレーザ光は前記偏向ミラーが回動されても常に所定の基準面に対して平行とされ、前記偏向ミラーが回動することによって走査されるレーザ光の軌跡を直線状に変換するレンズと、
を備えることを特徴とするレーザ走査装置。
【請求項２】
前記レンズは、前記内周面上の周方向の各位置における前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、
前記内周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【請求項３】
前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることを特徴とする請求項２記載のレーザ走査装置。
【請求項４】
前記レンズは、前記外周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記外周面の周方向の各位置における前記外周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ走査装置。
【請求項５】
前記レンズは、前記外周面上の周方向の各位置における前記外周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、
前記外周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【請求項６】
前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることを特徴とする請求項５記載のレーザ走査装置。
【請求項７】
前記レンズは、前記内周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記内周面の周方向の各位置における前記内周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ走査装置。
【請求項８】
前記レンズは、前記レンズを、前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記偏向ミラー上でレーザ光を反射する反射点とを通る面で切断した断面が、前記反射点を焦点位置とする形状であり、
前記レンズは、前記断面を、前記焦点位置を通って前記基準面と垂直な軸を中心に所定角度回転させた形状であることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【請求項１】
レーザ光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源より発せられたレーザ光を反射する回動自在の偏向ミラーを有し、前記偏向ミラーを前記レーザ光の入射光の光軸が前記偏向ミラーの駆動軸と直交する軸に対して傾くように設けた偏向器と、
内周面及び外周面が曲面で形成され、前記偏向ミラーで反射したレーザ光が前記内周面に入射して前記外周面から射出され、前記外周面から射出するレーザ光は前記偏向ミラーが回動されても常に所定の基準面に対して平行とされ、前記偏向ミラーが回動することによって走査されるレーザ光の軌跡を直線状に変換するレンズと、
を備えることを特徴とするレーザ走査装置。
【請求項２】
前記レンズは、前記内周面上の周方向の各位置における前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、
前記内周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【請求項３】
前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることを特徴とする請求項２記載のレーザ走査装置。
【請求項４】
前記レンズは、前記外周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記外周面の周方向の各位置における前記外周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ走査装置。
【請求項５】
前記レンズは、前記外周面上の周方向の各位置における前記外周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記基準面とが傾きを有し、
前記外周面は、前記傾きが前記レンズの周方向において順次変化している曲面で構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【請求項６】
前記傾きは周方向の両端から前記レンズの中央に向かうにつれて、順次変化していることを特徴とする請求項５記載のレーザ走査装置。
【請求項７】
前記レンズは、前記内周面が、前記レンズの底面側から上面側に向かう前記内周面の周方向の各位置における前記内周面に沿った直線が前記基準面に対して周方向の全てで同じ角度に傾いている曲面で構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ走査装置。
【請求項８】
前記レンズは、前記レンズを、前記内周面に沿った前記レンズの底面側から上面側に向かう直線と前記偏向ミラー上でレーザ光を反射する反射点とを通る面で切断した断面が、前記反射点を焦点位置とする形状であり、
前記レンズは、前記断面を、前記焦点位置を通って前記基準面と垂直な軸を中心に所定角度回転させた形状であることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１３−７８１１（Ｐ２０１３−７８１１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９１７５（Ｐ２０１１−１３９１７５）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
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