(57)【要約】      （修正有）【課題】光線の強度を制御しながら光線を走査し、光の強弱によるパターンを投影面に形成するときに、走査装置の走査角度範囲が変化しても正確なパターンを投影できる光投影装置を提供する。【解決手段】光投影装置１は、光線を発生する光源２と、光源２より照射される光線の方向を所定の角度範囲内で変化させる走査装置３と、時間ｔにおける光線の強度Ｌ（ｔ）を制御する光線強度制御装置４と、走査装置３の走査角がある角度であることを検知する走査角センサ５を有し、走査角センサ５により走査角がある角度になったときの時間ｔ1を測定し、この時間ｔ1とあらかじめ定められた基準時間ｔ０に基づいて、光線強度制御装置によって光線の強度Ｌ（ｔ）を以下のように制御する。2011059536.tif 000012【選択図】図１
2011059536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を発生する光源と、光源より照射される光線の方向を所定の角度範囲内で変化させる走査装置と、時間ｔにおける光線の強度Ｌ（ｔ）を制御する光線強度制御装置と、走査装置の走査角がある角度であることを検知する走査角センサを有する投影装置であって、
走査角センサにより走査角がある角度になったときの時間ｔ1を測定し、この時間ｔ1とあらかじめ定められた基準時間ｔ０に基づいて、光線強度制御装置によって光線の強度Ｌ（ｔ）を以下のように制御することを特徴とする光投影装置。
【数１】
2011059536.tif 000011
ｇは任意の関数、
ｆは走査装置の振動数。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線の強度を制御しながら光線を走査し、光の強弱によるパターンを投影面に形成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元形状を光学的に測定する技術として、三角法に基づく方法が行われている。これを適用した技術として、格子投影法と呼ばれる方法がある。測定対象面に格子状のパターンの光を投影して撮像し、全面を一度に解析して等高線情報を得るものである。ここで、格子状のパターンで光を投影するために、プロジェクターを用いる方法（特許文献１）や、格子パターンがかかれたガラス板等を通してハロゲンランプの光を照射する方法（特許文献２）などがある。また、液晶パネルに周期的な縞を表示し、これに光を通すことによって、周期的な光の縞を投影する技術も実施されている。
【０００３】
また、光の強弱によるパターンを形成する技術として、光線の強度を制御しながら光線を走査させる方法も可能である。たとえば、レーザプリンタに関する光走査技術として特許文献３には、光源から発せられた光を反射する鏡を回転させることによって、ローラ表面の紙上に光を走査させることが記載されている。この光の移動に合わせて光の強度を制御し、印刷すべき模様を表現する。また、この特許文献３の発明では、走査範囲の左右端部付近に光センサを設け、光がこの光センサを通過するタイミングに基づいて、光の強度のパターン作成を開始するように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５０７８６５号公報
【特許文献２】特許第３５５４８１６号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／００３３０２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２のような格子投影法によれば、全面を一度に解析することができるので、測定時間が短く、リアルタイムな測定も可能である。しかし、プロジェクターを用いる格子投影では、プロジェクターそのものが大型でしかも高価格であるので、測定装置全体も高価格になってしまう。また、格子パターンがかかれたガラス板等を使用する場合、格子パターンの変更を行うためには、複数のガラス板を用意し、それぞれを取り替えながら使用しなくてはならない。液晶パネルに周期的な縞を表示する方法であれば、比較的高速で投影パターンの変更もできるが、このような液晶パネル中を光が通過することによって、光量の低下が生じる。液晶の画素と画素の間に起因する光の不連続が生じるし、走査方向の分解能も画素数による限界がある。輝度の制御はデジタル的に行われるので、濃淡の程度の段階的にならざるをえない。さらに、レンズを介して光を投影するこれまでの方法では、焦点の合う範囲が限定され、高低差の大きな表面観察ができない。
【０００６】
一方、特許文献３のような光線の強度を制御しながら光線を走査させる方法であれば、任意のパターンを簡単に作り出すことができる。光線を走査させるためには、たとえばＭＥＭＳという素子を用いて光線を反射する鏡を所定の角度範囲で揺動させる技術が用いられる。しかし、この走査装置の揺動は温度や気圧の変化などの影響を受けて変化することがある。この場合、表現されるパターンは予定されたものと異なったものになる。特許文献３の発明においては、走査範囲の両端部付近に光センサを設けることによって、パターン形成の開始を制御するようにしている。これによって、パターン形成の開始点は正確に決まるであろうが、鏡の揺動の大きさ（振幅）の変化による影響を補正することはできない。
【０００７】
この発明は、光線の強度を制御しながら光線を走査し、光の強弱によるパターンを投影面に形成するときに、走査装置の走査角度範囲が変化しても正確なパターンを投影できる光投影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】
【０００８】
上記の目的を解決するために、この発明の光投影装置は、光線を発生する光源と、光源より照射される光線の方向を所定の角度範囲内で変化させる走査装置と、時間ｔにおける光線の強度Ｌ（ｔ）を制御する光線強度制御装置と、走査装置の走査角がある角度であることを検知する走査角センサを有し、
走査角センサにより走査角がある角度になったときの時間ｔ1を測定し、この時間ｔ1とあらかじめ定められた基準時間ｔ0に基づいて、光線強度制御装置によって光線の強度Ｌ（ｔ）を以下のように制御することを特徴とする。
【数１】
2011059536.tif 000003
ｇは任意の関数、
ｆは走査装置の振動数。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の光投影装置は、光線が光センサを通過するときの時間ｔ1を測定し、この時間ｔ1に基づいて補正を行いながら光線の強度の変化を制御できるので、走査装置の走査角度範囲が変化しても予定されたパターンを正確に投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光投影装置の概要を示すブロック図である。
【図２】走査角度と光センサの信号の関係を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明を実施するための形態について説明する。図１は光投影装置の概要を示すブロック図である。この光投影装置１は、光源２と、光源２より照射される光線の方向を所定の角度範囲内で変化させる走査装置３と、光線の強度を制御する光線強度制御装置４と、走査装置の走査角がある特定の角度θｓであることを検知する走査角センサ５を有する。
【００１２】
光源２としては、ここでは、帯状の光線を発生するものを使用している。すなわち、帯形状の幅方向では平行光であるが、長さ方向は光源からの距離にしたがって伸びる。このような光源として、ハロゲンランプや発光ダイオードの光を２種類のレンズによって帯状の光線を形成するような構成の装置を使用してもよい。この例においては、ラインレーザを光源２として使用する。
【００１３】
走査装置３は、光源２より発せられた光の方向を所定の角度範囲内で変化させて、投影面上に走査させるものである。光源３そのもの揺動させることも可能であるが、光線の方向を変える鏡やプリズム等の光学素子を揺動させるようなものでもよい。この実施形態においては、ＭＥＭＳと呼ばれる素子によって鏡６を揺動させている。鏡６は回転軸７を中心に所定の角度範囲で回転自在となっている。光源２から発射された光は、この鏡６で反射して向きをかえ、投影面に投影される。
【００１４】
光源２には光線強度制御装置４が接続されており、光線の強度を制御するようになっている。
【００１５】
走査装置３により鏡６はある角度範囲内で、回転軸７を中心に揺動する。揺動の中心を基準にして、鏡の角度θ（すなわち走査角）を示す。回転軸７の位置付近に光線を入射・反射させるとき、反射した光線の方向を示す角度はθの２倍となる。走査装置３の振動数をｆとし、振幅をＡとすると、時間ｔにおける鏡６の角度は、次のように表される。
θ＝Ａ・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）                            （式１）
【００１６】
一方、時間ｔにおける光線の強度Ｌ（ｔ）は、光線強度制御装置４によって任意の関数ｇ（ｔ）に設定できる。
Ｌ（ｔ）＝ｇ（ｔ）                            （式２）
光線の強度Ｌを走査角θの関数で表わすと、式１および式２より、
【数２】
2011059536.tif 000004
となる。
【００１７】
ここで、走査装置の揺動の振幅Ａは、変動することがありうる。予定された振幅をＡ０とし、これからの変動をΔＡとすると、この場合の走査角度θは次のようになる。
θ＝（Ａ０＋ΔＡ）・ｓｉｎ（２πｆ・ｔ）                    （式４）
このとき、式２のまま光線の強度Ｌを制御すると、振幅の変動ΔＡ分だけ所望のパターンより拡大または縮小されたパターンが投影される。
【００１８】
そこで、走査角度の振幅Ａが変化しても同じパターンを投影にするためには、任意の走査角度θにおけるレーザの光強度Ｌ（θ）が同じになればよい。そのためには、振幅の変化率をＲとするとレーザの光強度時間ｔにおける光線の強度Ｌ（ｔ）を以下のように制御すればよい。
【数３】
2011059536.tif 000005
【００１９】
式５によって制御をおこなうためには、振幅変動率Ｒを求める必要がある。そこで、この光投影装置１は走査角センサ５を備える。この例においては、スポットレーザ８と、光センサ９により走査角センサ５を構成している。鏡６は両面が鏡面となっており、光源２からの光線が当たる面とは逆の面にスポットレーザ８の光線をあてている。したがって、その反射光は鏡６の角度変化によって向きを変える。
【００２０】
このスポットレーザ８の反射光が移動する範囲内のいずれかの位置に光センサ９を配置する。そして、スポットレーザ８の反射光が光センサ９にあたるときの走査角をθｓとする。１回の往復において、スポットレーザ８の反射光は光センサ９を２度通過する。その内の一方、たとえば、図１において反射光が右向きに通過していく時間ｔを測定する（逆方向の通過を基準にしてもよい）。このｔは走査の振幅の変動によって変化する。これに対し、走査の振幅が基準となる値Ａ０であるときに反射光が光センサ９を通過する時間をｔ0とし、これを基準時間する。
【００２１】
ここで、式１を変形して、走査角θｓに対応する位置の光センサ９をスポットレーザ８の反射光が通過する時間ｔと走査の振幅Ａを次のように表わす。
【数４】
2011059536.tif 000006
【００２２】
振幅に変動ΔＡが生じてＡ＝Ａ０＋ΔＡとなったときの光センサ９の反応時をｔ1とすると、
【数５】
2011059536.tif 000007
となる。
【００２３】
一方、基準振幅Ａ０に対しては、
【数６】
2011059536.tif 000008
【００２４】
この式７、式８より式５のＲを求めることができる。
【数７】
2011059536.tif 000009
【００２５】
以上、式５に従って時間ｔにおける光線の強度Ｌ（ｔ）を光線強度制御装置で制御することにより、走査範囲の振幅Ａに変動があっても、基準振幅Ａ０で走査している場合と同じパターンを投影することができる。このようにして求められる式９、式５には光センサ９の位置に対応する走査角θｓは変数として表れていない。したがって、光センサ９の取り付け位置を正確に把握する必要はない。また、振幅が最も小さいときの走査範囲内であれば、走査角θ＝０に対応する点以外の任意の位置に光センサ９を設けることができる。
【００２６】
この例のように光センサ９を設けることにより、光源２の反射光を妨げることがない。したがって、光センサ９の位置を自由に選択できる。
【００２７】
また、光センサ９は光源２の反射光の走査範囲内に設けることもできる。走査範囲のすべてがパターンの投影に使用されるわけではなく、端部付近に光センサ９を設けてもパターン投影に影響を与えない。この場合、スポットレーザを設ける必要がなくなり、装置の構成を簡易にすることができる。
【００２８】
なお、式５において、光センサ９が反応する時間ｔ1は、鏡６の角度が揺動範囲の中心にある時点を基準として測定されなければならない。そこで、光センサ９の信号から簡単に時間ｔ1を求める方法について説明する。図２は、走査角度と光センサの信号の関係を示す概念図である。点１は走査角θ＝０、すなわち、鏡６の角度が揺動範囲の中心にある時点である。走査角θが増加し、光センサ９が反応する角度θｓになる時点が点２である。このとき、光センサ９が反応するが、この信号を検知した装置が測定した時間をｔ11とする。この時間ｔ11は任意の時点を基準にしてよい。さらに、走査が進行し、そのときの最大角度Ａに達して折り返し、逆方向に進行して再度走査角θ＝θｓとなるのが点３である。このときも、光センサ９が反応し、時間ｔ12が測定される。すると、点１を基準時とする点３の時間ｔ1は、ｔ11およびｔ12より次のように求められる。
【数８】
2011059536.tif 000010
時間ｔ11およびｔ12の基準をどの時点にとっても、時間ｔ1は変わらない。従って、光センサ９の反応を調べるための時間を走査装置の運動の基準時に同期させる必要はない。
【００２９】
さらに、光源２としてはラインレーザのほか、スポット状のレーザを使用することもできる。この場合、走査装置３により走査によって線状のパターンが投影される。二次元のパターン投影を行いたい場合には、走査装置３とは別の方向の走査装置を付加すればよい。この別方向の走査装置に対しても、振幅変動の影響を補正するこの発明を適用してよい。また、レーザプリンタに適用するときは、ローラにより紙送りで紙面に所望のパターンを形成できる。
【符号の説明】
【００３０】
１．光投影装置
２．光源
３．走査装置
４．光線強度制御装置
５．走査角センサ
【図１】
2011059536.tif 000013
【図２】
2011059536.tif 000014