(57)【要約】【課題】１次元光走査手段を１つだけ用いて２次元走査を可能として、２次元光走査装置の構成を簡素化することを目的とする。【解決手段】パルス光源５と、パルス光源５からの光ビームを反射プレート６Ａを揺動して１次元走査するガルバノミラーとを一体的に備える光走査部３を、モータ１１により回転駆動させる。このように、ガルバノミラーによる１次元走査とモータの回転動作を組み合わせることにより、ドットの集合である１次元の走査線２１がスクリーン２０上を回転し、スクリーン２０上を円形に２次元走査する。【選択図】　図２
2004004276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを１次元走査する１次元光走査手段と、
該１次元光走査手段を、当該１次元光走査手段による光ビームの走査方向及び投光方向と異なる方向に駆動制御する駆動制御手段とを備え、
前記１次元光走査手段による光ビームの走査と前記駆動制御手段の駆動動作を組み合わせて光ビームを２次元走査する構成としたことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、前記１次元光走査手段の光ビーム投光方向に平行な中心軸線回りに前記１次元光走査手段を回転駆動する構成である請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、前記１次元光走査手段による光ビーム走査方向と直角且つ光ビーム投光方向と直角な方向に、前記１次元光走査手段を直線駆動する構成である請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項４】
前記駆動制御手段は、前記１次元光走査手段による光ビーム走査方向と直角且つ光ビーム投光方向と直角な方向に、前記１次元光走査手段を揺動駆動する構成である請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項５】
光ビーム走査時の各照射方向を検出する照射方向検出部と、１次元光走査手段駆動時の駆動位置を検出する駆動位置検出部とを設け、前記両検出部からの照射方向情報と駆動位置情報とに基づいて、２次元走査領域における光ビームの照射位置を検出可能な構成とした請求項１〜４のいずれか１つに記載の２次元光走査装置。
【請求項６】
前記照射方向検出部からの照射方向情報と前記駆動位置検出部からの駆動位置情報とに基づいて、２次元走査領域の予め設定した照射位置で光ビームを発生させる光ビーム制御手段を設ける構成とした請求項５に記載の２次元光走査装置。
【請求項７】
前記照射方向検出部からの照射方向情報と前記駆動位置検出部からの駆動位置情報とに基づいて、２次元走査領域の予め設定した照射位置となるよう前記１次元光走査手段の光ビーム照射方向と駆動制御手段の駆動位置を制御し前記設定照射位置になった時に光ビームを発生させる照射位置制御手段を設ける構成とした請求項５に記載の２次元光走査装置。
【請求項８】
照射した光ビームの反射光を受光する受光部、光ビームを照射してから前記受光部で受光されるまでの時間を計測する時間計測部及び該時間計測部の計測値に基づいて２次元走査領域における光ビーム反射位置までの距離を演算する距離演算部を備えた測距手段を設け、前記照射方向検出部の照射方向情報及び前記駆動位置検出部の駆動位置情報と前記測距手段の距離情報とに基づいて２次元走査領域における前記光ビーム反射位置を特定し当該特定反射位置までの距離を計測可能な構成とした請求項５に記載の２次元光走査装置。
【請求項９】
前記１次元光走査手段は、前記光ビームを発生する光源と、該光源からの光ビームを反射走査するガルバノミラーとを一体的に備えた光走査部を備える構成であり、前記駆動制御手段は、前記光走査部を駆動する構成である請求項１〜８のいずれか１つに記載の２次元光走査装置。
【請求項１０】
前記ガルバノミラーは、平板状の可動板と、該可動板を固定部に揺動可能に軸支するトーションバーとを半導体基板で一体形成し、前記可動板の表面に反射ミラーを設けると共に、前記可動板及び固定部のどちらか一方に通電により磁界を発生する駆動コイルを設け、他方に静磁界を発生する静磁界発生部を設け、前記駆動コイルの磁界と前記静磁界発生部の静磁界との相互作用により発生する電磁力により前記可動板を揺動駆動して光ビームを反射走査する構成である請求項９に記載の２次元光走査装置。
【請求項１１】
１次元光走査手段は、前記光源の光ビームの発生／停止を制御する光源制御部、前記ガルバノミラーの駆動を制御するガルバノミラー制御部及び該ガルバノミラー制御部から得られるガルバノミラーの振れ角情報を照射方向情報として発生する前記照射方向検出部を備える光走査制御部を備え、前記光走査部と前記光走査制御部とを相対移動可能で且つ電気的に接続可能な構成とした請求項９又は１０に記載の２次元光走査装置。
【請求項１２】
前記駆動制御手段は、１次元光走査手段の前記光走査部に連結するアクチュエータと、該アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御部と、アクチュエータの駆動位置を駆動位置情報として発生する前記駆動位置検出部とを備える構成である請求項５〜１１のいずれか１つに記載の２次元光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを２次元走査する２次元光走査装置に関し、特に、１つの１次元光走査手段を用いて光ビームの２次元走査を可能とした簡素な構成の２次元光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ビームを２次元走査する方法としては、光ビームを１次元走査する２つのポリゴンミラーを組み合わせる方法、或いは２つのガルバノミラーを組み合わせる方法等がある（例えば特開２０００−１０５３５０号公報等参照）。
２つのポリゴンミラーを組み合わせる方法は、それぞれモータにより独立して回転駆動される２つのポリゴンミラーの各回転軸が互いに直交するように、２つのポリゴンミラーを配置する。光源からの光ビームを一方のポリゴンミラーの回転動作で１次元走査し、この１次元走査光を他方のポリゴンミラーの回転動作で、前記１次元走査光の走査方向と直交する方向に走査することで、光ビームを２次元走査する。ガルバノミラーの場合も同様で、２つのガルバノミラーの各揺動軸が互いに直交するように、２つのガルバノミラーを配置する。光源からの光ビームを一方のガルバノミラーの揺動動作で１次元走査し、この１次元走査光を他方のポリゴンミラーの揺動動作で、前記１次元走査光の走査方向と直交する方向に走査することで、光ビームを２次元走査する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来のような２次元走査方法では、互いのポリゴンミラーやガルバノミラーの位置関係を高精度に調整する必要があり、設計が非常に難しいという問題がある。
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、１次元光走査手段を１つだけ用いる構成とすることにより、互いの１次元光走査手段の位置調整が不要な２次元光走査装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明の２次元光走査装置は、光ビームを１次元走査する１次元光走査手段と、該１次元光走査手段を、当該１次元光走査手段による光ビームの走査方向及び投光方向と異なる方向に駆動制御する駆動制御手段とを備え、前記１次元光走査手段による光ビームの走査と前記駆動制御手段の駆動動作を組み合わせて光ビームを２次元走査する構成とした。
【０００５】
かかる構成では、１次元光走査手段で光ビームを１次元走査し、この１次元走査時に駆動制御手段で１次元光走査手段を、光ビームの走査方向及び投光方向と異なる方向に駆動する。これにより、１つの１次元光走査手段だけで光ビームを２次元走査できるようになる。
請求項２のように、前記駆動制御手段が、前記１次元光走査手段の光ビーム投光方向に平行な中心軸線回りに前記１次元光走査手段を回転駆動する構成とすれば、光ビームの走査領域は円形状になる。
【０００６】
また、請求項３のように、前記駆動制御手段が、前記１次元光走査手段による光ビーム走査方向と直角且つ光ビーム投光方向と直角な方向に、前記１次元光走査手段を直線駆動する構成であるか、または、請求項４のように、前記駆動制御手段が、前記１次元光走査手段による光ビーム走査方向と直角且つ光ビーム投光方向と直角な方向に、前記１次元光走査手段を揺動駆動する構成であれば、光ビームの走査領域は方形状になる。
【０００７】
請求項５では、光ビーム走査時の各照射方向を検出する照射方向検出部と、１次元光走査手段駆動時の駆動位置を検出する駆動位置検出部とを設け、前記両検出部からの照射方向情報と駆動位置情報とに基づいて、２次元走査領域における光ビームの照射位置を検出可能な構成とした。
かかる構成では、１次元光走査手段による光ビームの走査方向が照射方向検出部で検出され、駆動制御手段による１次元光走査手段の駆動位置が駆動位置検出部で検出されることにより、前記両検出部からの照射方向情報と駆動位置情報とに基づいて２次元走査領域における光ビームの照射位置を特定できるようになる。
【０００８】
請求項６では、前記照射方向検出部からの照射方向情報と前記駆動位置検出部からの駆動位置情報とに基づいて、２次元走査領域の予め設定した照射位置で光ビームを発生させる光ビーム制御手段を設ける構成とした。また、請求項７のように、前記照射方向検出部からの照射方向情報と前記駆動位置検出部からの駆動位置情報とに基づいて、２次元走査領域の予め設定した照射位置となるよう前記１次元光走査手段の光ビーム照射方向と駆動制御手段の駆動位置を制御し前記設定照射位置になった時に光ビームを発生させる照射位置制御手段を設ける構成としてもよい。
【０００９】
かかる構成では、２次元走査領域内の予め設定した位置に光ビームを照射できるので、所望の図形を描くことが可能である。
請求項８では、照射した光ビームの反射光を受光する受光部、光ビームを照射してから前記受光部で受光されるまでの時間を計測する時間計測部及び該時間計測部の計測値に基づいて２次元走査領域における光ビーム反射位置までの距離を演算する距離演算部を備えた測距手段を設け、前記照射方向検出部の照射方向情報及び前記駆動位置検出部の駆動位置情報と前記測距手段の距離情報とに基づいて２次元走査領域における前記光ビーム反射位置を特定し当該特定反射位置までの距離を計測可能な構成とした。
【００１０】
かかる構成では、光ビームを反射する物体表面までの距離を検出することが可能であるので、物体までの距離検出或いは物体表面の形状検出等に適用できるようになる。
請求項９のように、前記１次元光走査手段は、前記光ビームを発生する光源と、該光源からの光ビームを反射走査するガルバノミラーとを一体的に備えた光走査部を備える構成であり、前記駆動制御手段は、前記光走査部を駆動する構成とするとよい。
【００１１】
請求項１０のように、前記ガルバノミラーは、平板状の可動板と、該可動板を固定部に揺動可能に軸支するトーションバーとを半導体基板で一体形成し、前記可動板の表面に反射ミラーを設けると共に、前記可動板及び固定部のどちらか一方に通電により磁界を発生する駆動コイルを設け、他方に静磁界を発生する静磁界発生部を設け、前記駆動コイルの磁界と前記静磁界発生部の静磁界との相互作用により発生する電磁力により前記可動板を揺動駆動して光ビームを反射走査する構成とすれば、１次元光走査手段を小型化できるようになる。
【００１２】
請求項１１のように、１次元光走査手段は、前記光源の光ビームの発生／停止を制御する光源制御部、前記ガルバノミラーの駆動を制御するガルバノミラー制御部及び該ガルバノミラー制御部から得られるガルバノミラーの振れ角情報を照射方向情報として発生する前記照射方向検出部を備える光走査制御部を備え、前記光走査部と前記光走査制御部とを相対移動可能で且つ電気的に接続可能な構成とするとよい。
【００１３】
請求項１２のように、前記駆動制御手段は、１次元光走査手段の前記光走査部に連結するアクチュエータと、該アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御部と、アクチュエータの駆動位置を駆動位置情報として発生する前記駆動位置検出部とを備える構成とするとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る２次元光走査装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の２次元光走査装置は、１次元光走査手段である１次元光走査装置１と、１次元光走査装置１による光ビームの走査方向及び投光方向と異なる方向に１次元光走査装置１を駆動制御する駆動制御手段である駆動制御装置２とを備え、１次元光走査装置１による光ビームの走査と駆動制御装置２の駆動動作を組み合わせて光ビームを２次元走査するものである。
【００１５】
前記１次元光走査装置１は、光ビームを走査する光走査部３と、この光走査部３の動作を制御する光走査制御部４とを備える。前記光走査部３は、光ビームとしてパルス光を発生する例えばレーザダイオード等のパルス光源５と、反射プレート６Ａ及び反射プレート駆動部６Ｂからなりパルス光源５からのパルス光を揺動動作により反射走査するガルバノミラー６とを一体的に備える。光走査制御部４は、前記反射プレート駆動部６Ｂの駆動力を制御して反射プレート６Ａの揺動動作を制御するガルバノミラー制御部としての反射プレート制御部７と、反射プレート制御部７の制御量情報に基づいて反射プレート６Ａの振れ角φ、即ち光ビームの照射方向を検出して照射方向情報として振れ角φを出力する照射方向検出部としての反射プレート位置検出部８と、パルス光源５を駆動制御してパルス光の発生／停止を制御する光源制御部９とを備える。そして、反射プレート駆動部６Ｂと反射プレート制御部７及びパルス光源５と光源制御部９の各結線は、前記光走査部３と光走査制御部４が相対移動可能で電気的に接続可能なように例えばブラシ１０を介して接続される。
【００１６】
尚、本実施形態では、ガルバノミラーとして例えば半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術で製造する特許公報第２７２２３１４号等で公知のプレーナ型ガルバノミラーを用いた場合について説明する。
この種のプレーナ型ガルバノミラーは、シリコン基板に可動板とトーションバーとを一体に形成し、可動板表面に反射ミラーを設け、シリコン基板の固定部に可動板をトーションバーで軸支する。更に、可動板の周縁部及びトーションバーに平行な可動板対辺部に近接する固定部のどちらか一方に駆動コイルを設け、他方に静磁界を発生する例えば永久磁石等の静磁界発生部を設けて構成する。
【００１７】
動作原理は、静磁界発生部による静磁界が作用している状態で駆動コイルに電流を流すと、可動板両端に、電流・磁束密度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に電磁力が作用して可動板が回動する。可動板が回動するとトーションバーが捩じられてばね反力が発生し、電磁力とばね反力が釣り合う位置まで可動板が回動する。駆動コイルに交流電流を流せば周波数に応じて可動板が揺動する。可動板の振れ角φは駆動コイルに流れる電流に比例し、電流を制御することで可動板の振れ角φを制御でき、反射ミラーによる光ビームの１次元走査を制御できる。また、可動板の振れ角φが駆動コイルに流れる電流に比例しているので、電流値及び電流方向から可動板の振れ角φを検出できる。
【００１８】
従って、本実施形態において、可動板上に反射ミラーを設けたものが反射プレート６Ａであり、永久磁石と駆動コイルが反射プレート駆動部６Ｂとなり、反射プレート制御部７は駆動コイルへの電流供給を制御するものであり、反射プレート位置検出部８は反射プレート制御部７からの電流供給状態情報（制御量情報）に基づいて振れ角φを検出する構成である。
【００１９】
前記駆動制御部２は、光走査部３に連結して回転駆動するアクチュエータとして例えばモータ１１と、モータ１１の回転動作を制御するモータ制御部１２と、モータ１１の回転角度θ、即ちモータ１１の駆動位置を検出して駆動位置情報として回転角度θを出力する駆動位置検出部としてモータ位置検出部１３とを備える。
【００２０】
そして、本実施形態では、図２に示すように１次元光走査装置１の光ビーム投光方向（図中矢印Ａ方向）に平行な中心軸線回りに１次元光走査装置１の光走査部３をモータ１１により回転駆動する構成である。具体的には、モータ１１の回転軸１１ａをガルバノミラー６の反射プレート６Ａの中心を通るように光走査部３に連結する。尚、図２において、６ａがトーションバー、６ｂが固定部、６ｃが永久磁石を示す。この場合、図示しないが駆動コイルは可動板側に設けられる。また、パルス光源５を、ガルバノミラー６を固定収納したケース１４に固定したロッドの先端部に固定してケース１４と一体に回転するようにしている。
【００２１】
次に動作を説明する。
反射プレート制御部７から反射プレート駆動部６Ｂに電流を供給して反射プレート６Ａを揺動動作させ、光源制御部９によりパルス光源５を駆動してパルス光を発生させる。パルス光は反射プレート６Ａで反射してスクリーン２０に照射し、反射プレート６Ａの揺動動作によりスクリーン２０上に走査線２１が描かれる。この動作と同時にモータ１１を回転駆動して光走査部３を回転させると、スクリーン２０上の走査線２１が回転し、スクリーン２０上には、図２のように見かけ上点Ｏを中心とした円が描かれる。従って、スクリーン２０上を実質的に２次元走査することになる。
【００２２】
スクリーン２０上に照射する光ビームはパルス光であり、走査線２１は、図３に示すようにドットの集合である。走査線２１を形成する各ドットの位置、即ち光ビームの照射位置は反射プレート６Ａの振れ角φに応じて変化するものである。また、図３の角度θは、モータ１１の回転による光走査部３の回転位置、即ちモータ１１の回転位置に応じて変化するものである。従って、スクリーン２０上における各ドット位置（光ビームの各照射位置）は、振れ角φと回転角度θにより定めることができる。言い換えれば、反射プレート位置検出部８からの振れ角φ情報とモータ位置検出部１３からの回転角度θ情報から、スクリーン２０上の２次元走査領域（円）の走査位置が検出できる。
【００２３】
以上のように本実施形態によれば、１つの１次元光走査装置１だけで２次元の光走査が可能であり、従来の２次元走査方法のような２つの１次元光走査装置を高精度に位置合わせする必要がない。従って、構成が簡素化でき装置の設計が容易である。
また、本実施形態装置の場合、パルス光源５と反射プレート６Ａの位置関係によって２次元走査領域を拡大することが可能である。これについて図４〜図６を参照して説明する。尚、反射プレート６Ａが一定の振れ角φで揺動するものとして説明する。
【００２４】
図４は、光走査部３の反射プレート６Ａの揺動方向におけるパルス光源５と反射プレート６Ａのなす角度ψがψ＝０となるようにパルス光源５を配置した場合である。
この場合、図示のようにパルス光源５に対して左右に反射プレート６Ａの振れ角φだけ光ビームが走査されるので、走査線２１を直径とする円内が２次元走査領域となる。
【００２５】
図５は、光走査部３の反射プレート６Ａの揺動方向におけるパルス光源５と反射プレート６Ａのなす角度ψを０＜ψ＜２φの範囲でパルス光源５を配置した場合である。
この場合、反射プレート６Ａが図中時計方向に振れ角φ振れた時、反射プレート６Ａの揺動方向における反射光の照射方向とパルス光源５の照射方向のなす角度２（ψ−φ）と角度ψの関係が２（ψ−φ）＜ψとなる。従って、図示のように走査線２１の一部を半径とする円内が２次元走査領域となる。
【００２６】
図６は、光走査部３の反射プレート６Ａの揺動方向におけるパルス光源５と反射プレート６Ａのなす角度ψをψ＝２φとなるようパルス光源５を配置した場合である。
この場合、図５における角度２（ψ−φ）と角度ψの関係が２（ψ−φ）＝ψとなる。従って、図示のように走査線２１を半径とする円内が２次元走査領域となる。
【００２７】
このように本実施形態の２次元光走査装置によれば、反射プレート６Ａに対するパルス光源５の位置を変化させることにより、２次元走査する領域を拡大でき、従来に比べて広範囲の走査が可能である。
次に、本発明の２次元光走査装置を描画目的の装置として使用する場合の実施形態を示す。
【００２８】
図７の２次元光走査装置は、光源制御部９′の構成が図１の実施形態と異なるだけである。本実施形態の光源制御部９′は、描画する図形に基づいて２次元走査領域内の予め定めた各照射位置情報（予め定めた振れ角φと回転角度θの組からなっている）を記憶し、反射プレート位置検出部８の振れ角φ情報とモータ位置検出部１３の回転角度θ情報を入力し、記憶した照射位置情報と一致したときにパルス光源５を駆動してパルス光を発生させる構成である。ここで、光源制御部９′が光ビーム制御手段に相当する。
【００２９】
次に、図８のフローチャートに従って本実施形態装置による描画動作を説明する。
ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする。）では、モータ制御部１２によりモータ１１を回転駆動する。これにより、１次元走査装置１の光走査部３が回転する。また、モータ位置検出部１３からモータ１１の回転角度θ情報が光源制御部９′に入力される。
【００３０】
ステップ２では、反射プレート制御部７から反射プレート駆動部６Ｂの駆動コイルに電流を供給して反射プレート６Ａを揺動駆動する。これにより、反射プレート位置検出部８から反射プレート６Ａの振れ角φ情報が光源制御部９′に入力される。
ステップ３では、記憶した照射位置情報に一致する入力情報（振れ角φと回転角度θの組）が入力されたか否かを判定し、入力すればステップ４に進み、パルス光源５を駆動してパルス光を発生する。このステップ３、４の動作を繰り返す。
【００３１】
このようにすれば、描画したい図形に応じて照射位置を予め記憶させておけば、所望の図形をスクリーン上に描画できる。
図９には、本発明の２次元光走査装置を描画目的の装置として使用する場合の別の実施形態を示す。
図９の実施形態は、図１の構成に照射制御部３０を付加したものである。照射制御部３０は、図７の光源制御部９′と同様に描画する図形に基づいて２次元走査領域内の予め定めた各照射位置情報（予め定めた振れ角φと回転角度θの組からなっている）を記憶する。そして、反射プレート位置検出部８からの振れ角φ情報とモータ位置検出部１３からの回転角度θ情報を入力し、これら情報に基づいて反射プレート６Ａの振れ角φとモータ１１の回転角度θが前記記憶した照射位置となるように反射プレート制御部７及びモータ制御部１２を制御し、記憶した照射位置になった時に光源制御部９にパルス光発生指令を出力してパルス光源５から光ビームを発生させる構成である。ここで、照射制御部３０と光源制御部９で照射位置制御手段を構成する。
【００３２】
次に、図１０のフローチャートに従って本実施形態装置による描画動作を説明する。
ステップ１１、ステップ１２は、図８と同様である。
ステップ１３では、照射制御部３０が入力する振れ角φと回転角度θに基づいて反射プレート制御部７及びモータ制御部１２を制御し、反射プレート６Ａの振れ角φとモータ１１の回転角度θが記憶照射位置と一致するように反射プレート６Ａとモータ１１の駆動を制御する。
【００３３】
ステップ１４では、照射制御部３０で入力する振れ角φと回転角度θが目標の照射位置と一致したか否かを判定し、一致したらステップ１５に進み、パルス光源５を駆動してパルス光を発生する。そして、ステップ１３に戻り、次の目標照射位置に反射プレート６Ａの振れ角φとモータ１１の回転角度θがなるよう反射プレート制御部７及びモータ制御部１２を制御する。このようにステップ１３〜１５の動作を繰り返し、記憶した全ての照射位置に対して光ビームを照射することにより、スクリーン上に所望の図形を描画する。
【００３４】
次に、本発明の２次元光走査装置を測距目的の装置として使用する場合の実施形態を示す。尚、図１の実施形態と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図１１において、本実施形態の２次元光走査装置は、図１の構成に、測距手段としての測距装置４０を備える。測距装置４０は、例えばＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ　ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、フォトダイオード等の受光素子で光ビームを受光する受光部４１と、時間計測部としての経過時間計測部４２と、距離演算部４３と、距離計測位置検出部４４とを備える。
【００３５】
前記受光部４１は、反射プレート６Ａの近傍に配置されてパルス光源５から照射した光ビームの反射光を受光する。前記経過時間計測部４２は、光源制御部９からの発光指令情報と受光部４１からの受光情報を入力し、パルス光源５で光ビームが照射されてから受光部４１でその反射光が受光されるまでの時間を計測する。前記距離演算部４３は、経過時間計測部４２の計測値から２次元走査領域における照射した光ビームの反射位置までの距離を演算する。前記距離計測位置検出部４４は、距離演算部４３からの距離演算情報、反射プレート位置検出部８からの振れ角φ情報及びモータ位置検出部１３からの回転角度θ情報を入力し、距離計測された２次元走査領域における光ビームの反射位置を検出する。
【００３６】
次に、図１２のフローチャートに従って本実施形態装置による測距動作を説明する。
ステップ２１、２２は図８と同様で、モータ１１を回転駆動して１次元走査装置１の光走査部３の回転を開始し、反射プレート駆動部６Ｂを駆動して反射プレート６Ａの揺動動作を開始する。これにより、回転角度θ情報及び振れ角φ情報が発生して距離計測位置検出部４４に入力する。
【００３７】
ステップ２３では、光源制御部９によりパルス光源５を駆動してパルス光を発生する。
ステップ２４では、パルス光の発生により時間のカウントを開始する。
ステップ２５では、予め設定したゲート時間内に受光部４１から受光情報があるか否かに基づいて反射光の有無を判定する。前記ゲート時間内に受光情報があれば照射した光ビームの反射光と判断して受光有りとしてステップ２６に進む。前記ゲート時間内に受光情報がなければ受光なしと判断してステップ２３に戻り、次のパルス光の発生を待つ。
【００３８】
ステップ２６では、照射開始から受光までの時間を計測する。
ステップ２７では、ステップ２６の計測時間に基づいて反射位置までの距離を演算する。
ステップ２８では、距離演算が実行されたことを示す距離演算情報が入力された時の振れ角φ情報と回転角度θ情報により距離計測された２次元走査領域における反射位置を検出する。反射位置が検出された後は、ステップ２３に戻り次のパルス光の発生によりステップ２４〜２８の動作を繰り返す。
【００３９】
かかる構成によれば、２次元走査領域内の物体までの距離を計測できると共に、その物体の位置を検出することができる。また、距離情報と反射位置情報から物体の表面形状を把握することも可能である。
上記の実施形態では、１次元の走査線を回転させて２次元走査する構成を示したが、以下では、１次元の走査線を上下方向に移動させて２次元走査する構成を示す。
【００４０】
図１３は、光走査部３を上下に移動する構成の実施形態を示す。
本実施形態は、１次元光走査装置１による光ビーム走査方向と直角且つ光ビーム投光方向と直角な方向に、１次元光走査装置１の光走査部３を直線駆動する構成のものである。
図１３において、図中の上下方向に移動可能に支持されたラック５１に、トーションバー６ａの軸方向が平行となるよう光走査部３を固定し、モータ１１の回転軸１１ａに固定した歯車５２をラック５１に噛み合わせる構成である。
【００４１】
かかる構成によれば、モータ１１の回転方向に応じてラック５１を介して光走査部３が図中の上下方向に移動する。従って、図１４に示すように、反射プレート６Ａの揺動動作によるスクリーン上２０の１次元の走査線２１がモータ１１の回転動作により図１４の上下方向に移動するので、図１４のような２次元走査が可能となる。
【００４２】
図１５は、光走査部３を上下に移動する別の実施形態を示し、１次元光走査装置１による光ビーム走査方向と直角且つ光ビーム投光方向と直角な方向に、１次元光走査装置１の光走査部３を揺動駆動する構成のものである。
図１５において、例えば円柱状の棒状部材５３を、トーションバー６ａの軸方向と直角となるよう光走査部３の背面側に固定し、棒状部材５３にカップリング５４を介してモータ１１の回転軸１１ａを固定する構成である。
【００４３】
かかる構成では、モータ１１の回転方向に応じて棒状部材５３を回動軸として光走査部３が図中の上下方向に回動する。従って、図１３の実施形態と同様に図１４に示すような２次元走査が可能となる。また、光走査部３の揺動角度を変化させれば２次元走査領域を拡大することが可能となる。
また、ガルバノミラーに半導体製造技術を利用したプレーナ型ガルバノミラーを用いる場合、１次元走査装置の駆動を、マイクロマシン技術を利用したアクチュエータで行なう構成としてもよい。
【００４４】
例えば、図１６に示すように、ガルバノミラーの反射プレート６Ａを支持する固定部６ｂに、アクチュエータとして回転型のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）静電モータ６１を形成することにより、図３に示すような走査線が回転する２次元走査が可能となる。また、図１７のように、回転型アクチュエータに代えて平面型アクチュエータ６２を形成して、トーションバー６ａの軸方向（図中の矢印方向）に反射プレート６Ａを移動するようにすれば、図１４に示すような走査線が上下方向に移動する２次元走査が可能となる。
【００４５】
尚、本発明において光源からの光ビームを１次元走査する方法は、プレーナ型ガルバノミラーに限らず、ポリゴンミラーや機械式ガルバノミラー等を用いてもよいことは言うまでもない。また、光走査部の駆動構造も本実施形態に限定するものでなく、光走査部を回転駆動や１方向に移動或いは揺動できる構造であればよい。また、反射プレートの振れ角の検出は本実施形態の構成に限らず、反射プレート裏面側に反射ミラーを設け、別の光源からの光ビームを反射ミラーの照射し、その反射光をラインセンサで受光することにより、反射プレートの振れに伴う受光位置変化から振れ角を検出等の構成を採用してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、１つの１次元光走査手段だけで２次元の走査ができるので、２つの１次元光走査手段の高精度な位置調整が不要となり、構成が簡素化でき設計が容易となる。また、１次元光走査手段の走査と駆動制御手段による１次元光走査手段の駆動が独立しているので、照射位置制御が容易である。また、従来の２次元走査構造に比べて、２次元走査領域の変更が容易であり、広範囲な２次元走査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック構成図
【図２】同上第１実施形態の要部構成図
【図３】２次元走査の図形例を示す図
【図４】パルス光源と反射プレートの位置関係と走査領域の関係の説明図
【図５】パルス光源と反射プレートの位置関係と走査領域の関係の説明図
【図６】パルス光源と反射プレートの位置関係と走査領域の関係の説明図
【図７】本発明の２次元光走査装置を描画目的に用いる場合の実施形態を示すブロック構成図
【図８】図７の実施形態の動作を示すフローチャート
【図９】描画目的に用いる場合の別の実施形態を示すブロック構成図
【図１０】図９の実施形態の動作を示すフローチャート
【図１１】本発明の２次元光走査装置を測距目的に用いる場合の実施形態を示すブロック構成図
【図１２】図１１の実施形態の動作を示すフローチャート
【図１３】走査線を上下方向に移動させる実施形態を示す要部構成図
【図１４】図１３の実施形態による２次元走査の図形例を示す図
【図１５】走査線を上下方向に移動させる別の実施形態を示す要部構成図
【図１６】マイクロマシン技術利用のアクチュエータを用いる場合の実施形態を示す概要図
【図１７】マイクロマシン技術利用のアクチュエータを用いる場合の別の実施形態を示す概要図
【符号の説明】
１　　１次元走査装置
２　　駆動制御装置
３　　光走査部
４　　光走査制御部
５　　パルス光源
６　　ガルバノミラー
６Ａ　　反射プレート
８　　反射プレート位置検出部
９、９′　　光源制御部
１１　　モータ
１３　　モータ位置検出部
３０　　照射制御部
４０　　測距装置
４１　　受光部
４２　　経過時間計測部
４３　　距離演算部
４４　　距離計測位置検出部
５１　　ラック
５２　　歯車
５３　　棒状部材
５４　　カップリング
６１　　ＭＥＭＳ静電モータ
６２　　平面型アクチュエータ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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