(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を対象物に向けて走査するためのレーザ走査装置であって、
レーザ光を発光する光源と、
所定の軸線を中心に揺動することにより前記光源からのレーザ光を前記対象物に向けて走査する走査ミラーと、
前記対象物で反射したレーザ光を受光することにより受光信号を生成する受光部と、
前記光源によるレーザ光の発光を制御し、且つ、前記受光信号をサンプリングする制御部と、
前記走査ミラーにより前記対象物に向けて走査されたレーザ光を受光する検出部であって、レーザ光が当該検出部を往復通過することにより当該検出部にレーザ光が２回連続して受光された期間を前記走査ミラーの変位量として検出し、且つ、検出した前記期間の周期に基づいて前記走査ミラーの揺動周波数を算出する検出部と、
前記検出部からの前記揺動周波数を示す周期的な信号が入力され、入力された前記周期的な信号と同期したタイミングクロック信号を出力するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路部と、を備え、
前記制御部は、前記走査ミラーの共振周波数が変化した場合に、前記対象物の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を所定のタイミングで受光することにより、前記対象物上のレーザ光の反射位置である前記測定ポイントの時間的な変化を測定するために、前記ＰＬＬ回路部からの前記タイミングクロック信号と同期するように、前記光源からレーザ光が発光されるタイミング及び前記受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定し、
前記検出部は、さらに、検出した前記変位量に基づいて、前記走査ミラーの揺動振幅を算出し、
前記制御部は、さらに、算出された前記揺動周波数及び前記揺動振幅に基づいて、前記走査ミラーの振れ角が特定の振れ角になるタイミングを算出し、且つ、算出した当該タイミング及び前記揺動周波数に基づいて、前記特定の振れ角の前記走査ミラーに向けて前記光源からレーザ光が発光されるタイミング及び前記特定の振れ角の前記走査ミラーで反射したレーザ光に対応する前記受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定する
レーザ走査装置。
【請求項２】
前記制御部は、算出された前記揺動周波数に基づいて、前記レーザ走査装置の状態が異常であるか否かを判定する
請求項１に記載のレーザ走査装置。
【請求項３】
前記検出部は、さらに、検出した前記変位量に基づいて、前記走査ミラーの揺動振幅を算出し、
前記制御部は、算出された前記揺動振幅に基づいて、前記レーザ走査装置の状態が異常であるか否かを判定する
請求項２に記載のレーザ走査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記光源から発光されたレーザ光の位相と前記受光部で受光されたレーザ光の位相との差に基づいて、前記レーザ走査装置から前記対象物までの距離を算出する
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を対象物に向けて走査（スキャン）するためのレーザ走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を対象物に向けて走査するためのレーザ走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来のレーザ走査装置では、光源から発光されたレーザ光の光路上に走査ミラーが配置されている。走査ミラーは、所定の軸線を中心に共振周波数で揺動することにより、光源から発光されたレーザ光を対象物に向けて走査する。なお、共振周波数とは、走査ミラー固有の周波数であって、図６に示すように走査ミラーのゲイン特性が最大となる周波数である。したがって、走査ミラーが共振周波数で揺動している際には、走査ミラーの揺動振幅は最大となる。対象物で反射したレーザ光は、走査ミラーで再度反射した後に受光部で受光される。このように受光部で受光されたレーザ光に基づいて、レーザ走査装置から対象物までの距離を測定することができる。
【０００３】
さらに、上述したレーザ走査装置では、受光部で受光されたレーザ光に基づいて、対象物の形状を測定することもできる。走査ミラーを一定の揺動振幅で揺動させた状態で、対象物上のレーザ光の反射位置（測定ポイント）が時間的にどの程度変化したかを測定することにより、対象物の形状を演算処理によって測定することができる。したがって、上述したレーザ走査装置では、対象物上の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を正確なタイミングで受光することが重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５３２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のレーザ走査装置では、使用環境（例えば、気温及び気圧等）の変化の影響により、走査ミラーの共振周波数が変化する場合がある。このように走査ミラーの共振周波数が変化した場合には、対象物上の同一の測定ポイントに向けてレーザ光を反射する際の走査ミラーの振れ角が変化してしまう。そのため、対象物上の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を正確なタイミングで受光することができないという課題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、走査ミラーの共振周波数が変化した場合であっても、対象物上の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を正確なタイミングで受光することができるレーザ走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ走査装置は、レーザ光を対象物に向けて走査するためのレーザ走査装置であって、レーザ光を発光する光源と、所定の軸線を中心に揺動することにより前記光源からのレーザ光を前記対象物に向けて走査する走査ミラーと、前記対象物で反射したレーザ光を受光することにより受光信号を生成する受光部と、前記光源によるレーザ光の発光を制御し、且つ、前記受光信号をサンプリングする制御部と、前記走査ミラーの変位量を検出し、且つ、検出した前記変位量に基づいて前記走査ミラーの共振周波数を算出する検出部と、を備え、前記制御部は、算出された前記共振周波数に基づいて、前記光源からレーザ光が発光されるタイミング及び前記受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定する。
【０００８】
本態様によれば、制御部は、例えば走査ミラーの共振周波数が変化した場合には、変化後の共振周波数に基づいて、光源からレーザ光が発光されるタイミング及び受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定する。これにより、制御部は、走査ミラーの動作と同期したタイミングで受光信号をサンプリングし、且つ、光源は、走査ミラーの動作と同期したタイミングでレーザ光を発光するようになる。その結果、走査ミラーの共振周波数が変化した場合であっても、対象物上の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を正確なタイミングで受光することができる。
【０００９】
例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記検出部は、さらに、検出した前記変位量に基づいて、前記走査ミラーの揺動振幅を算出し、前記制御部は、算出された前記共振周波数及び前記揺動振幅に基づいて、前記走査ミラーの振れ角が特定の振れ角になるタイミングを算出し、且つ、算出した当該タイミング及び前記共振周波数に基づいて、前記特定の振れ角の前記走査ミラーに向けて前記光源からレーザ光が発光されるタイミング及び前記特定の振れ角の前記走査ミラーで反射したレーザ光に対応する前記受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定するように構成してもよい。
【００１０】
本態様によれば、制御部は、算出したタイミング及び共振周波数に基づいて、特定の振れ角の走査ミラーに向けて光源からレーザ光が発光されるタイミング及び特定の振れ角の走査ミラーで反射したレーザ光に対応する受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定する。これにより、受光信号をサンプリングするタイミング及びレーザ光を発光するタイミングをそれぞれ、走査ミラーの動作と同期させることができる。
【００１１】
例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記制御部は、算出された前記共振周波数に基づいて、前記レーザ走査装置の状態が異常であるか否かを判定するように構成してもよい。
【００１２】
本態様によれば、制御部は、算出された共振周波数に基づいて、レーザ走査装置の状態が異常であるか否かを判定する。これにより、レーザ走査装置の状態の異常を早期に且つ確実に検出することができる。
【００１３】
例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記検出部は、さらに、検出した前記変位量に基づいて、前記走査ミラーの揺動振幅を算出し、前記制御部は、算出された前記揺動振幅に基づいて、前記レーザ走査装置の状態が異常であるか否かを判定するように構成してもよい。
【００１４】
本態様によれば、制御部は、算出された揺動振幅に基づいて、レーザ走査装置の状態が異常であるか否かを判定する。これにより、レーザ走査装置の状態の異常を早期に且つ確実に検出することができる。
【００１５】
例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記検出部は、前記走査ミラーにより前記対象物に向けて走査されたレーザ光を受光し、且つ、レーザ光が前記検出部を往復通過することにより前記検出部にレーザ光が２回連続して受光された期間を前記変位量として検出するように構成してもよい。
【００１６】
本態様によれば、検出部は、レーザ光が検出部を往復通過することにより検出部にレーザ光が２回連続して受光された期間を変位量として検出するので、この検出した期間に基づいて走査ミラーの共振周波数を容易に算出することができる。
【００１７】
例えば、本発明の一態様に係るレーザ走査装置において、前記制御部は、前記光源から発光されたレーザ光の位相と前記受光部で受光されたレーザ光の位相との差に基づいて、前記レーザ走査装置から前記対象物までの距離を算出するように構成してもよい。
【００１８】
本態様によれば、レーザ走査装置を例えばレーザレンジファインダとして適用することができる。
【００１９】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備えるレーザ走査装置として実現することができるだけでなく、レーザ走査装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする制御方法として実現することができる。また、レーザ走査装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラム又は制御方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様に係るレーザ走査装置によれば、走査ミラーの共振周波数が変化した場合であっても、対象物上の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を正確なタイミングで受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係るレーザ走査装置の構成を示す概略図である。
【図２】検出部で生成される検出信号の波形の一例を示すグラフである。
【図３】起動時におけるレーザ走査装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】自励発振モードにおけるレーザ走査装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態に係るレーザ走査装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】走査ミラーの揺動周波数とゲイン特性との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００２３】
（実施の形態）
［１．レーザ走査装置の全体構成］
まず、図１を参照しながら、実施の形態に係るレーザ走査装置２の全体構成について説明する。図１は、実施の形態に係るレーザ走査装置の構成を示す概略図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態のレーザ走査装置２は、略円形状の開口部４を有する筐体６を備えている。筐体６の開口部４には、光学素子８が配置されている。なお、光学素子８は、例えば、レンズ又は受光目的以外の光を遮蔽する処理が施された光学プレート等である。筐体６の内部には、光源１０、有孔ミラー１２、走査ミラー１４、受光部１６及び検出部１８が配置されている。なお、レーザ走査装置２は、レーザ光を対象物２０に向けて走査するためのものであり、例えば、レーザ走査装置２から対象物２０までの距離を測定するためのレーザレンジファインダ等として用いられる。
【００２５】
光源１０は、例えばレーザダイオードで構成されている。光源１０は、光源駆動部２２（後述する）から出力された変調信号に基づいて、走査ミラー１４に向けてレーザ光を発光する。
【００２６】
有孔ミラー１２は、光源１０から発光されたレーザ光の光路上に配置されている。有孔ミラー１２は、光源１０から発光されたレーザ光を通過させるための孔（図示せず）を有している。有孔ミラー１２は、さらに、走査ミラー１４で反射したレーザ光（すなわち、対象物２０で反射したレーザ光）を受光部１６に向けて反射する反射面（図示せず）を有している。
【００２７】
走査ミラー１４は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーであり、電子回路を形成するシリコン基板上に微小な機械部品であるミラーを形成することにより構成される。走査ミラー１４は、揺動器（図示せず）によって所定の軸線Ｃを中心に揺動する。なお、軸線Ｃは、図１においてＺ軸方向に延びている。走査ミラー１４は、軸線Ｃを中心に揺動することにより、光源１０からのレーザ光を対象物２０に向けて１軸方向（例えばＹ軸方向）に走査する。また、走査ミラー１４は、対象物２０で反射したレーザ光の一部を有孔ミラー１２の反射面に向けて反射する。
【００２８】
受光部１６は、例えばアバランシェフォトダイオードで構成されている。受光部１６は、対象物２０で反射したレーザ光の一部を、走査ミラー１４及び有孔ミラー１２を介して受光する。受光部１６は、受光したレーザ光に基づいて、レーザ光の受光量を示す受光信号（電気信号）を生成する。
【００２９】
検出部１８は、例えばフォトディテクタで構成されており、走査ミラー１４により走査されたレーザ光を受光する。検出部１８は、筐体６の開口部４の周縁部の近傍に配置されている。検出部１８は、受光したレーザ光の強度が大きいほど電圧値が大きい検出信号（電気信号）を生成する。
【００３０】
図２は、検出部で生成される検出信号の波形の一例を示すグラフである。図２の（ａ）は、図１における走査範囲Ｒ１でレーザ光が走査した場合の、検出部１８で生成される検出信号の波形を示している。一方、図２の（ｂ）は、図１における走査範囲Ｒ１よりも狭い走査範囲Ｒ２でレーザ光が走査した場合の、検出部１８で生成される検出信号の波形を示している。
【００３１】
図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、レーザ光が検出部１８を通過する際に、検出部１８で生成される検出信号に極大値が現れる。レーザ光は、検出部１８上を走査範囲の一端に向けて通過した後に、走査範囲の一端で折り返して走査範囲の他端に向けて移動することにより検出部１８上を再度通過する。このようにレーザ光が検出部１８上を往復通過することにより、２つの極大値の組が、一定の時間間隔を置いて繰り返し現れるようになる。
【００３２】
検出部１８は、検出信号の波形に基づいて、２つの極大値の間の期間（すなわち、検出部１８にレーザ光が２回連続して受光された期間）を走査ミラー１４の変位量として検出する。例えば、図２の（ａ）に示すように、走査範囲Ｒ１でレーザ光が走査した場合には、検出部１８は、走査ミラー１４の変位量として期間Δｔ１を検出する。一方、図２の（ｂ）に示すように、上記走査範囲Ｒ１よりも狭い走査範囲Ｒ２でレーザ光が走査した場合には、検出部１８は、走査ミラー１４の変位量として上記期間Δｔ１よりも短い期間Δｔ２を検出する。したがって、２つの極大値の間の期間が大きいほど、走査ミラー１４の揺動振幅が大きくなることが理解される。検出部１８は、上述のように検出した期間に基づいて、走査ミラー１４の揺動周波数（共振周波数）及び揺動振幅（振幅電圧）をそれぞれ算出し、算出した揺動周波数及び揺動振幅をそれぞれＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路部３０（後述する）及び振幅制御部３２（後述する）に出力する。
【００３３】
ここで、上述したレーザ走査装置２におけるレーザ光の経路について説明する。図１に示すように、光源１０で発光されたレーザ光は、有孔ミラー１２の孔を通過した後に走査ミラー１４で反射する。このとき、走査ミラー１４が軸線Ｃを中心に揺動することにより、走査ミラー１４で反射したレーザ光は、対象物２０に向けて例えば走査範囲Ｒ１で走査されるようになる。走査ミラー１４により走査されたレーザ光は、光学素子８を通過した後に対象物２０に照射される。なお、走査ミラー１４により走査されたレーザ光は、走査範囲Ｒ１の一端近傍において検出部１８上を往復通過する。対象物２０で反射したレーザ光の一部は、走査ミラー１４で再度反射した後に、有孔ミラー１２の反射面でさらに反射して受光部１６に受光される。
【００３４】
［２．レーザ走査装置の機能的構成］
次に、図３及び図４を参照しながら、上述したレーザ走査装置２の機能的構成について説明する。図３は、起動時におけるレーザ走査装置の機能的構成を示すブロック図である。図４は、自励発振モードにおけるレーザ走査装置の機能的構成を示すブロック図である。なお、図３及び図４において、細い実線の矢印及び破線の矢印はそれぞれ信号の流れを表し、太い実線の矢印はレーザ光の流れを表している。
【００３５】
図３に示すように、レーザ走査装置２は、さらに、光源駆動部２２、ミラー駆動部２４、バンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）２６、受光信号処理部２８、ＰＬＬ回路部３０、振幅制御部３２、位相器３４、切替器３６、メモリ３８及び制御部４０を備えている。
【００３６】
光源駆動部２２は、制御部４０から出力された光源駆動信号に基いて、光源１０にレーザ光を発光させるための変調信号を生成する。光源駆動部２２は、生成した変調信号を光源１０に出力する。これにより、光源１０がレーザ光を発光する。
【００３７】
ミラー駆動部２４は、位相器３４から出力されたミラー駆動信号（又は制御部４０から出力された外部クロック信号）に基づいて、走査ミラー１４を駆動するための駆動電流を生成する。ミラー駆動部２４は、生成した駆動電流を上述した揺動器に出力する。これにより、走査ミラー１４が揺動器によって軸線Ｃを中心に例えば走査範囲Ｒ１で揺動する。
【００３８】
バンドパスフィルタ２６には、受光部１６で生成された受光信号が入力される。バンドパスフィルタ２６は、受光信号に対して所定のフィルタリング処理を施し、フィルタリング処理を施した受光信号を受光信号処理部２８に出力する。
【００３９】
受光信号処理部２８は、ミキサー４２、バンドパスフィルタ４４及びＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇａｉｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４６を有している。ミキサー４２は、制御部４０から出力されたタイミングクロック信号に基づくタイミングでバンドパスフィルタ２６から出力された受光信号を取得する。バンドパスフィルタ４４は、ミキサー４２により取得された受光信号に対して所定のフィルタリング処理を施し、フィルタリング処理を施した受光信号をＶＧＡ４６に出力する。ＶＧＡ４６は、バンドパスフィルタ４４から出力された受光信号のレベルを増幅し、増幅した受光信号を制御部４０に出力する。なお、受光信号処理部２８は、上述したバンドパスフィルタ４４に代えて、バンドエリミネーションフィルタ（Ｂａｎｄ  Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＥＦ）を有するようにしてもよい。
【００４０】
ＰＬＬ回路部３０は、検出部１８から出力された揺動周波数に基づいて、この揺動周波数と位相同期したタイミングクロック信号を生成する。ＰＬＬ回路部３０は、レーザ走査装置２の起動時（すなわち、後述する自励発振モードに移行する前）においては、生成したタイミングクロック信号を制御部４０に出力する。一方、ＰＬＬ回路部３０は、自励発振モードに移行した後においては、生成したタイミングクロック信号を制御部４０及び振幅制御部３２にそれぞれ出力する。
【００４１】
振幅制御部３２は、レーザ走査装置２の起動時においては、検出部１８から出力された揺動振幅に基づいて、振幅電圧を制御部４０に出力する。一方、振幅制御部３２は、自励発振モードに移行した後においては、検出部１８から出力された揺動振幅及びＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号に基づいて、走査ミラー１４の揺動振幅を最大に保つためのミラー駆動信号を生成し、生成したミラー駆動信号を位相器３４及び切替器３６を介してミラー駆動部２４に出力する。なお、振幅制御部３２は、自励発振モードに移行した後においては、レーザ走査装置２の起動時と同様に、検出部１８から出力された揺動振幅に基づいて、振幅電圧を制御部４０に出力する。
【００４２】
位相器３４は、自励発振モードにおいて、検出部１８→ＰＬＬ回路部３０→振幅制御部３２→位相器３４→ミラー駆動部２４のループによるミラー駆動信号の位相ずれを補償する。
【００４３】
切替器３６は、制御部４０からの切替信号に基づいて、ミラー駆動部２４の接続先を制御部４０と位相器３４との間で切り替える。具体的には、切替器３６は、図３に示すように、レーザ走査装置２の起動時には、制御部４０からの切替信号に基づいて、ミラー駆動部２４の接続先を制御部４０に切り替える。一方、切替器３６は、図４に示すように、自励発振モードに移行した際には、制御部４０からの切替信号に基づいて、ミラー駆動部２４の接続先を位相器３４に切り替える。
【００４４】
メモリ３８は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されている。メモリ３８には、制御部４０による異常判定（後述する）に用いられる複数種類の閾値範囲が記憶されている。
【００４５】
制御部４０は、例えばシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はマイクロコントローラ等を含む電子回路で構成されている。
【００４６】
制御部４０は、レーザ走査装置２の起動時には、所定の周波数の外部クロック信号を切替器３６を介してミラー駆動部２４に出力する。これにより、ミラー駆動部２４は、外部クロック信号に基づく周波数で走査ミラー１４を揺動させる。
【００４７】
さらに、制御部４０は、自励発振モードに移行した後においては、ＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号に基づいて、光源１０からレーザ光が発光されるタイミング及び受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定する。すなわち、制御部４０は、タイミングクロック信号と同期した光源駆動信号を光源駆動部２２に出力するとともに、タイミングクロック信号と同期したタイミングで、受光信号処理部２８から出力された受光信号をサンプリングする。これにより、光源１０は、タイミングクロック信号と同期したタイミングで発光するようになる。
【００４８】
さらに、制御部４０は、光源１０から発光されたレーザ光の位相と受光部１６で受光されたレーザ光の位相との差に基づいて、レーザ走査装置２から対象物２０までの距離を算出（測定）する。具体的には、制御部４０は、上記位相差を用いてレーザ光が光源１０で発光されてから受光部１６で受光されるまでの時間を算出した後に、算出した時間の１／２に光速を乗算することにより、上記距離を算出する。
【００４９】
さらに、制御部４０は、レーザ走査装置２の起動時及び自励発振モードに移行した際にそれぞれ、切替信号を切替器３６に出力する。
【００５０】
さらに、制御部４０は、検出部１８により算出された揺動周波数及び揺動振幅に基づいて、レーザ走査装置２の状態が異常であるか否かを判定する。具体的には、制御部４０は、レーザ走査装置２の起動時において、検出部１８により算出された揺動周波数（又は揺動振幅）を検出できなかった場合には、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、エラー信号を出力する。なお、このエラー信号に基づいて、例えば筐体６に設けられた表示部（図示せず）にエラーの内容が表示される。さらに、制御部４０は、レーザ走査装置２の起動時において、揺動振幅が最大となる外部クロック信号の周波数が閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウント（例えば１０回）に到達した場合には、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、エラー信号を出力する。
【００５１】
一方、制御部４０は、自励発振モードに移行した後において、ＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号の周波数がメモリ３８に記憶された閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウント（例えば１０回）に到達した場合には、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、エラー信号を出力する。さらに、制御部４０は、自励発振モードに移行した後において、振幅制御部３２から出力された振幅電圧がメモリ３８に記憶された閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウント（例えば１０回）に到達した場合には、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、エラー信号を出力する。
【００５２】
［３．レーザ走査装置の動作］
次に、図３〜図５を参照しながら、上述したレーザ走査装置２の動作について説明する。図５は、実施の形態に係るレーザ走査装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【００５３】
［３−１．レーザ走査装置の起動時の動作］
図５に示すように、レーザ走査装置２の電源がオンされることにより（Ｓ１１）、レーザ走査装置２が起動する。レーザ走査装置２の起動時には、図３に示すように、切替器３６は、制御部４０からの切替信号に基づいて、ミラー駆動部２４の接続先を制御部４０に切り替える。なお、レーザ走査装置２の起動時には、制御部４０は、振幅制御部３２による振幅制御（ミラー駆動信号の生成）をオフしている。
【００５４】
制御部４０は、外部クロック信号を、切替器３６を介してミラー駆動部２４に出力する（Ｓ１２）。これにより、ミラー駆動部２４は、外部クロック信号の周波数で走査ミラー１４を揺動させる。また、レーザ走査装置２が起動してから所定時間（例えば数秒）経過後に、制御部４０は、光源駆動部２２を駆動することにより光源１０からレーザ光を発光させる（Ｓ１３）。
【００５５】
このとき、走査ミラー１４が正常に揺動していない場合には、制御部４０は、ＰＬＬ回路部３０からのタイミングクロック信号及び振幅制御部３２からの振幅電圧のいずれかを検出しない（Ｓ１４でＮＯ）。この場合、制御部４０は、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、レーザ光の発光を停止させ（Ｓ１５）、エラー信号を出力する（Ｓ１６）。これにより、例えばレーザ光が対象物２０上の同一の部位に照射され続けるのを抑制することができる。
【００５６】
一方、走査ミラー１４が正常に揺動している場合には、制御部４０は、ＰＬＬ回路部３０からのタイミングクロック信号及び振幅制御部３２からの振幅電圧をそれぞれ検出する（Ｓ１４でＹＥＳ）。この場合、制御部４０は、外部クロック信号の周波数をスイープさせながら（Ｓ１７）、振幅電圧が最大となる（すなわち、走査ミラー１４の揺動振幅が最大となる）外部クロック信号の周波数（共振周波数）をサーチする（Ｓ１８）。
【００５７】
制御部４０は、振幅電圧が最大となる外部クロック信号の周波数が見付かった際に、その周波数がメモリ３８に記憶されている閾値範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ１９）。周波数が閾値範囲に含まれない場合には（Ｓ１９でＮＯ）、周波数が閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウントに到達するまで（Ｓ２０でＮＯ）、上述したステップＳ１７〜Ｓ１９が繰り返し実行される。周波数が閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウントに到達した場合には（Ｓ２０でＹＥＳ）、制御部４０は、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、レーザ光の発光を停止させ（Ｓ２１）、エラー信号を出力する（Ｓ２２）。
【００５８】
一方、外部クロック信号の周波数が閾値範囲に含まれる場合には（Ｓ１９でＹＥＳ）、制御部４０は、この周波数を走査ミラー１４を揺動させる周波数（共振周波数）として決定し、自励発振モードに移行させる（Ｓ２３）。
【００５９】
［３−２．自励発振モードの動作］
図４に示すように、自励発振モードに移行した際には、切替器３６は、制御部４０からの切替信号に基づいて、ミラー駆動部２４の接続先を位相器３４に切り替える。制御部４０は、振幅制御部３２による振幅制御をオンする（Ｓ２４）。これにより、振幅制御部３２は、検出部１８から出力された揺動振幅及びＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号に基づいて、走査ミラー１４の揺動振幅を最大に保つためのミラー駆動信号を生成し、生成したミラー駆動信号を位相器３４及び切替器３６を介してミラー駆動部２４に出力する。その結果、走査ミラー１４は、最大揺動振幅で揺動するようになる。このように、自励発振モードでは、振幅制御部３２は、検出部１８からフィードバックされた揺動周波数及び揺動振幅に基づいて、走査ミラー１４の揺動振幅が最大となるように制御する。
【００６０】
検出部１８は、上述したようにして走査ミラー１４の変位量を検出する（Ｓ２５）。制御部４０は、振幅制御部３２から出力された振幅電圧がメモリ３８に記憶された閾値範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ２６）。振幅電圧が閾値範囲に含まれない場合には（Ｓ２６でＮＯ）、振幅電圧が閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウントに到達するまで（Ｓ２７でＮＯ）、ステップＳ２５及びＳ２６が繰り返し実行される。振幅電圧が閾値範囲に含まれなかった回数が所定のエラーカウントに到達した場合には（Ｓ２７でＹＥＳ）、制御部４０は、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、レーザ光の発光を停止させる（Ｓ２８）。また、制御部４０は、振幅制御部３２による振幅制御をオフするとともに（Ｓ２９）、自励発振モードをオフし（Ｓ３０）、さらにエラー信号を出力する（Ｓ３１）。
【００６１】
一方、振幅電圧が閾値範囲に含まれる場合には（Ｓ２６でＹＥＳ）、制御部４０は、ＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号の周波数がメモリ３８に記憶された閾値範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ３２）。周波数が閾値範囲に含まれない場合には（Ｓ３２でＮＯ）、周波数が閾値範囲に含まれなかった回数が所定の検出エラーカウントに到達するまで（Ｓ２７でＮＯ）、ステップＳ２５、Ｓ２６及びＳ３１が繰り返し実行される。周波数が閾値範囲に含まれなかった回数が所定のエラーカウントに到達した場合には（Ｓ２７でＹＥＳ）、制御部４０は、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定し、レーザ光の発光を停止させる（Ｓ２８）。また、制御部４０は、振幅制御部３２による振幅制御をオフするとともに（Ｓ２９）、自励発振モードをオフし（Ｓ３０）、さらにエラー信号を出力する（Ｓ３１）。
【００６２】
周波数が閾値範囲に含まれる場合には（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御部４０は、タイミングクロック信号と同期した光源駆動信号を光源駆動部２２に出力するとともに、タイミングクロック信号と同期したタイミングで、受光信号処理部２８から出力された受光信号をサンプリングする（Ｓ３３、Ｓ３４）。これにより、光源１０は、タイミングクロック信号と同期したタイミングで発光するようになる。制御部４０は、受光信号処理部２８から出力された受光信号をサンプリングすることによって、例えば上述したようにしてレーザ走査装置２から対象物２０までの距離を測定する。
【００６３】
レーザ走査装置２の電源がオフされていない場合には（Ｓ３５でＮＯ）、上述したステップＳ２５〜Ｓ３４が再度実行される。一方、レーザ走査装置２の電源が外部からの人的操作によって（又はレーザ走査装置２の制御部４０が回路異常と判断することによって）オフされた場合には（Ｓ３５でＹＥＳ）、レーザ走査装置２の動作が終了する。
【００６４】
［４．効果］
次に、本実施の形態のレーザ走査装置２により得られる効果について説明する。上述したように、自励発振モードでは、制御部４０がタイミングクロック信号と同期したタイミングで受光信号処理部２８から出力された受光信号をサンプリングするとともに、光源１０がタイミングクロック信号と同期したタイミングで発光する。走査ミラー１４の共振周波数が変化した場合には、ＰＬＬ回路部３０は、変化後の共振周波数と位相同期したタイミングクロック信号を生成する。また、制御部４０は、検出部１８により算出された揺動周波数（共振周波数）及び揺動振幅に基づいて、走査ミラー１４の振れ角が特定の振れ角θ（図１参照）になるタイミングを算出する。なお、走査ミラー１４の特定の振れ角θとは、図１に示すように、走査ミラー１４で反射したレーザ光の光軸と走査範囲の中心軸Ａとのなす角度である。
【００６５】
これにより、走査ミラー１４の共振周波数が変化した場合には、制御部４０は、算出したタイミング及びタイミングクロック信号に基づいて、特定の振れ角θの走査ミラー１４に向けて光源１０からレーザ光が発光されるタイミングと、特定の振れ角θの走査ミラー１４で反射したレーザ光に対応する受光信号をサンプリングするタイミングをそれぞれ決定する。すなわち、制御部４０は、走査ミラー１４の動作と同期したタイミングで受光信号処理部２８から出力された受光信号をサンプリングし、且つ、光源１０は、走査ミラー１４の動作と同期したタイミングでレーザ光を発光するようになる。その結果、走査ミラー１４の共振周波数が変化した場合であっても、対象物２０上の同一の測定ポイントで反射したレーザ光を正確なタイミングで受光することができる。
【００６６】
なお、走査ミラー１４の共振周波数が変化した場合であっても、振幅制御部３２は、走査ミラー１４の揺動振幅を最大に保つように制御する。
【００６７】
（変形例）
以上、本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置２について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６８】
上記実施の形態では、走査ミラー１４を１軸方向に揺動するように構成したが、これに限定されず、走査ミラー１４を２軸方向（例えば、水平方向及び垂直方向）に揺動するように構成してもよい。
【００６９】
上記実施の形態では、制御部４０は、レーザ走査装置２の状態が異常であると判定した際に、レーザ光の発光を停止させたが、これに限定されず、例えばレーザ光の発光を停止させるとともに走査ミラー１４の揺動を停止させてもよい。あるいは、制御部４０は、レーザ走査装置２の電源をオフさせてもよいし、レーザ走査装置２を再起動させてもよい。
【００７０】
上記実施の形態では、制御部４０は、受光部１６で受光されたレーザ光に基づいて、レーザ走査装置２から対象物２０までの距離を測定したが、対象物２０の形状を測定することもできる。この場合、走査ミラー１４を一定の揺動振幅で揺動させた状態で、対象物２０上の測定ポイントが時間的にどの程度変化したかを測定することにより、対象物２０の形状を演算処理によって測定することができる。
【００７１】
上記実施の形態では、自励発振モードにおいて、振幅制御部３２は、ＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号及び検出部１８から出力された揺動振幅に基づいてミラー駆動信号を生成したが、制御部４０がＰＬＬ回路部３０から出力されたタイミングクロック信号及び検出部１８から出力された揺動振幅に基づいてミラー駆動信号を生成し、生成したミラー駆動信号を振幅制御部３２に出力してもよい。
【００７２】
また、例えば、上述したステップＳ１８において、振幅制御部３２から出力された振幅電圧の最大値をメモリ３８に一時的に保存しておき、制御部４０が比較演算等を実行することによって、走査ミラー１４の共振周波数を設定するようにしてもよい。
【００７３】
上記実施の形態では、レーザ走査装置２を、当該レーザ走査装置２から対象物２０までの距離を測定するためのレーザレンジファインダとして用いたが、これに限定されない。例えば、レーザ走査装置２を、コンベア上を搬送されてくる対象物の形状を識別するためのセンサとして用いることもできる。
【００７４】
（その他の変形例）
また、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード及びマウス等から構成されるコンピュータシステムとして構成されてもよい。ＲＡＭ又はハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【００７５】
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【００７６】
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等から構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
【００７７】
また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
【００７８】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）、半導体メモリ等に記録したものとしてもよい。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。
【００７９】
また、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
【００８０】
また、本発明は、マイクロプロセッサ及びメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。
【００８１】
また、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、又は、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明のレーザ走査装置は、例えば、レーザ走査装置から対象物までの距離を測定するためのレーザレンジファインダ等として適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
２  レーザ走査装置
４  開口部
６  筐体
８  光学素子
１０  光源
１２  有孔ミラー
１４  走査ミラー
１６  受光部
１８  検出部
２０  対象物
２２  光源駆動部
２４  ミラー駆動部
２６，４４  バンドパスフィルタ
２８  受光信号処理部
３０  ＰＬＬ回路部
３２  振幅制御部
３４  位相器
３６  切替器
３８  メモリ
４０  制御部
４２  ミキサー
４６  ＶＧＡ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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