(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準軸と従属軸の周りに駆動可能かつ光を反射可能なＭＥＭＳミラーと、
ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動手段と、
ＭＥＭＳミラーの振幅および位相を検出する検出手段と、
検出手段で検出されたＭＥＭＳミラーの振幅および位相に基づいて、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数とフレームレートとを選択し、駆動手段に出力する、選択手段と、を備え、
選択手段は、
基準軸の駆動周波数として基準軸の共振周波数を選択し、
基準軸の共振周波数に基づき、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を提供可能なフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を計算し、
フレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補から、最も従属軸の共振周波数に近い周波数を含むフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を選択し、駆動手段に出力する、光偏向装置。
【請求項２】
基準軸と従属軸の周りに駆動可能なＭＥＭＳミラーと、
ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動手段と、
ＭＥＭＳミラーの振幅および位相を検出する検出手段と、
検出手段で検出されたＭＥＭＳミラーの振幅および位相に基づいて、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数とフレームレートとを選択し、駆動手段に出力する、選択手段と、を備え、
選択手段は、
基準軸の共振周波数に基づき、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を提供可能なフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を計算し、
フレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補から、最も従属軸の共振周波数に近い周波数を含むフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を選択し、
基準軸の共振周波数に基づいて、基準軸の駆動周波数を変化させた場合の基準軸の駆動電力を計算し、
選択された従属軸の駆動周波数に基づいて、従属軸の駆動周波数を変化させた場合の従属軸の駆動電力を計算し、
計算した基準軸の駆動電力と、従属軸の駆動電力との和が最小となる基準軸と従属軸との組合せを選択し、駆動手段に出力する、光偏向装置。
【請求項３】
選択手段は、基準軸の共振周波数に基づいて、
１フレーム内で重複が起こらないリサージュを描画可能なフレームレートと、
従属軸の駆動周波数の候補と、
基準軸の初期駆動位相と、
従属軸の初期駆動位相と、を計算する、請求項１または２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
選択手段は、基準軸の共振周波数に基づいて、
１フレーム内で１回重複し、かつ、前半の１／２フレームと後半の１／２フレームのスキャン軌跡が逆方向であるリサージュを描画可能なフレームレートと、
従属軸の駆動周波数の候補と、
基準軸の初期駆動位相と、
従属軸の初期駆動位相と、を計算する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項５】
基準軸の駆動周波数は、従属軸の駆動周波数よりも小さい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項６】
ＭＥＭＳミラーに照射する光のパルス間隔は、基準軸の駆動周波数と、従属軸の駆動周波数と、フレームレートに基づいて決定される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向装置と、
ＭＥＭＳミラーに光を照射する光源と、
光源を略均一に発光させるためのタイミングを計算する、レーザパルス間隔と照射開始タイミング計算部と、を備えた光照射装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載の光照射装置と、受光手段と、
受光手段からの出力信号に基づいて検出対象との距離を計測する計測部と、
光の照射方向と前記計測部の出力から距離画像を生成する画像データ生成部を備えた距離計測装置。
【請求項９】
前記距離画像生成部は、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、
画像出力レート調整手段は、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素がある場合には、未計測の画素を1フィールド前に取得した距離画像の画素で補完した距離画像を生成し、出力することで、画像出力のレートを調整することを特徴とする請求項８に記載の距離計測装置。
【請求項１０】
前記距離画像生成部は、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、
画像出力レート調整手段は、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素を検索し、未計測画素を取り囲む画素がすべて計測済みである場合には、取り囲む画素の値の平均値で未計測画素を補完し、未計測画素を取り囲む画素のすべてが計測できていない場合は、1フィールド前に取得した距離画像の画素の値で補完した距離画像を生成し、出力することで、画像出力のレートを調整することを特徴とする請求項８に記載の距離計測装置。
【請求項１１】
前記距離画像生成部は、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、
画像出力レート調整手段は、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素がある場合には、１フィールド前に取得した距離画像を出力することで、画像出力のレートを調整することを特徴とする請求項８に記載の距離計測装置。
【請求項１２】
前記距離画像生成部は、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、
画像出力レート調整手段は、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素がある場合には、過去数フィールドの距離画像から移動物を検出し、前記移動物の位置と速度から現在の移動物の位置を予想し、前記予想結果に基づいて未計測の画素を補完した距離画像を生成し、出力することで、画像出力のレートを調整することを特徴とする請求項８に記載の距離計測装置。
【請求項１３】
前記距離画像生成部は、取得した画像データの画素煤を特定の画素数に変更可能な画素数調整手段を備えており、
画素数調整手段は、変換後の画素の位置における、変換前の画素の距離データを確認し、変換後の画素が変換前の画素に完全に収まっている場合は、変換前の画素の距離データを変換後の画素に記述し、変換後の画素が変換前の複数の画素にまたがっている場合は、最も広い面積で重なっている変換前の画素の距離データを変換後の画素に記述することで、装置外部に一定の画素数の距離画像を出力することを特徴とする、請求項８〜１２に記載の距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、光偏向装置、光照射装置および距離計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザレーダや光スキャナ等に利用可能な光偏向装置は、レーザ光を斑なく照射でき、かつ、小さい駆動電力で駆動可能であることが望ましい。特許文献１には、互いに直交する２方向軸の周りに駆動可能なＭＥＭＳミラーを備えた光偏向装置が記載されている。この光偏向装置では、１フレーム内で重複しないリサージュ図形を提供可能な基準軸および従属軸の駆動周波数の組合せを予め記憶している。そして、ＭＥＭＳミラーの位置情報に基づいて共振周波数を予想し、基準軸および従属軸の駆動周波数の組合せから、予想した共振周波数に近い組合せを選択して、ＭＥＭＳミラーの制御を行う。１フレーム内で重複しないリサージュ図形を描画できるため、レーザ光を斑なく照射することができる。また、ＭＥＭＳミラーの共振周波数に近い駆動周波数を選択することで、ＭＥＭＳミラーの駆動電力を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７９０８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＭＳミラーの駆動周波数が、その共振周波数に近い周波数であるほど、ＭＥＭＳミラーの駆動電力を小さくすることができる。特許文献１の手法では、同文献の式（３）（４）に示すように、２軸の駆動周波数の候補は、ＭＥＭＳミラーのスキャンが１周するまでのレートである「フレームレート（ｎ）」と、１フレームの中で各軸が振動する回数である「周期数（ａまたはｂ）」との積で表される。特許文献１の手法では、ｎの値は一定であり、ａとｂの値は、同文献の条件１ないし５を満たさない自然数である。このため、「フレームレート（ｎ）」と「周期数（ａまたはｂ）」との積をフレームレートの値以下にすることができず、所定の駆動周波数範囲に含まれる駆動周波数の候補が少ない。本願は、同じ駆動周波数範囲に含まれる駆動周波数の候補がより多い光偏向装置、光照射装置および距離計測装置を提供することを目的とする。これにより、より多くの共振周波数においてより小さな駆動電力でＭＥＭＳミラーを駆動させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する第１の光偏向装置は、基準軸と従属軸の周りに駆動可能かつ光を反射可能なＭＥＭＳミラーと、ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動手段と、ＭＥＭＳミラーの振幅および位相を検出する検出手段と、検出手段で検出されたＭＥＭＳミラーの振幅および位相に基づいて、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数とフレームレートとを選択し、駆動手段に出力する、選択手段とを備える。選択手段は、基準軸の駆動周波数として基準軸の共振周波数を選択し、基準軸の共振周波数に基づき、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を提供可能なフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を計算し、フレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補から、最も従属軸の共振周波数に近い周波数を含むフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を選択し、駆動手段に出力する。
【０００６】
なお、本明細書では、「フレームレート」とは、リサージュが１周し、開始位置に戻るまでのレートを意味する。また、「フィールドレート」とは、レーザレーダ、プロジェクタ等の光照射装置において、画像を描画するレートを意味する。
【０００７】
上記の光偏向装置では、基準軸の駆動周波数として基準軸の共振周波数を選択し、基準軸の共振周波数に基づき、フレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を計算し、この候補の中から、最も従属軸の共振周波数に近い周波数を含むフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を選ぶ。基準軸を共振周波数で駆動できるため、基準軸の駆動電力を最小化できる。また、基準軸の駆動周波数に応じてフレームレートを変えることで、従属軸の駆動周波数の候補数を増やすことができ、従属軸の駆動周波数を、その共振周波数により近い値に設定できるため、従属軸の駆動電力を小さくすることができる。その結果、光偏向装置全体の駆動電力を小さくすることができる。
【０００８】
本明細書が開示する第２の光偏向装置は、基準軸と従属軸の周りに駆動可能なＭＥＭＳミラーと、ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動手段と、ＭＥＭＳミラーの振幅および位相を検出する検出手段と、検出手段で検出されたＭＥＭＳミラーの振幅および位相に基づいて、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数とフレームレートとを選択し、駆動手段に出力する、選択手段と、を備える。選択手段は、基準軸の共振周波数に基づき、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を提供可能なフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を計算し、フレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補から、最も従属軸の共振周波数に近い周波数を含むフレームレートおよび従属軸の駆動周波数の組合せの候補を選択し、基準軸の共振周波数の周りで基準軸の駆動周波数を変化させた場合の基準軸の駆動電力を計算し、選択された従属軸の駆動周波数の周りで従属軸の駆動周波数を変化させた場合の従属軸の駆動電力を計算し、計算した基準軸の駆動電力と、従属軸の駆動電力との和が最小となる基準軸と従属軸との組合せを選択し、駆動手段に出力する。
【０００９】
上記の第２の光偏向装置では、基準軸の共振周波数に応じてフレームレートを変えることで、従属軸の駆動周波数の候補数を増やすことができ、従属軸の駆動周波数を、その共振周波数により近い値に設定できる。また、基準軸、従属軸の駆動電力がともに小さくなる範囲内で、基準軸の駆動電力と従属軸の駆動電力との和が最小となるように、基準軸の駆動周波数と、従属軸の駆動周波数とを選択することができるため、光偏向装置全体の駆動電力を小さくすることができる。
【００１０】
上記の第１および第２の光偏向装置では、選択手段は、基準軸の共振周波数に基づいて、１フレーム内で重複が起こらないリサージュを描画可能なフレームレートと、従属軸の駆動周波数の候補と、基準軸の初期駆動位相と、従属軸の初期駆動位相と、を計算するものであってもよい。
【００１１】
上記の第１および第２の光偏向装置では、選択手段は、基準軸の共振周波数に基づいて、１フレーム内で１回重複し、かつ、前半の１／２フレームと後半の１／２フレームのスキャン軌跡が逆方向であるリサージュを描画可能なフレームレートと、従属軸の駆動周波数の候補と、基準軸の初期駆動位相と、従属軸の初期駆動位相と、を計算するものであってもよい。
【００１２】
上記の第１および第２の光偏向装置では、基準軸の駆動周波数は、従属軸の駆動周波数よりも小さいことが好ましい。
【００１３】
上記の第１および第２の光偏向装置では、ＭＥＭＳミラーに照射する光のパルス間隔は、基準軸の駆動周波数と、従属軸の駆動周波数と、フレームレートに基づいて決定されてもよい。
【００１４】
上記の第１および第２の光偏向装置は、光照射装置に好適に用いることができる。本明細書は、上記の第１または第２の光偏向装置と、ＭＥＭＳミラーに光を照射する光源と、光源を略均一に発光させるためのタイミングを計算する、レーザパルス間隔と照射開始タイミング計算部と、を備えた光照射装置を開示する。
【００１５】
本明細書は、上記の光照射装置と、受光手段と、受光手段からの出力信号に基づいて検出対象との距離を計測する計測部と、光の照射方向と前記計測部の出力から距離画像を生成する画像データ生成部を備えた距離計測装置を開示する。
【００１６】
上記の距離計測装置は、前記距離画像生成部が、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、画像出力レート調整手段が、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素がある場合には、未計測の画素を1フィールド前に取得した距離画像の画素で補完した距離画像を生成し、出力することで、画像出力のレートを調整するように構成することができる。
【００１７】
上記の距離計測装置は、前記距離画像生成部が、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、画像出力レート調整手段が、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素を検索し、未計測画素を取り囲む画素がすべて計測済みである場合には、取り囲む画素の値の平均値で未計測画素を補完し、未計測画素を取り囲む画素のすべてが計測できていない場合は、１フィールド前に取得した距離画像の画素の値で補完した距離画像を生成し、出力することで、画像出力のレートを調整するように構成することができる。
【００１８】
上記の距離計測装置は、前記距離画像生成部が、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、画像出力レート調整手段が、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素がある場合には、１フィールド前に取得した距離画像を出力する。未計測画素を１フィールド前の画素で補完することにより、未計測画素部分におけるフレーム遅延を１フィールドにのみ留めながら距離画像を画像出力レートで出力することができる。なお、本実施例では１フィールド前に取得した距離画像により未計測画素を補完したが、用途に応じて１フィールドより古い距離画像により未計測画素を補完しても構わない。
【００１９】
上記の距離計測装置は、前記距離画像生成部が、取得した距離画像を任意のレートで装置外部に出力可能な画像出力レート調整手段を備えており、画像出力レート調整手段が、距離画像の出力が要求された時点で未計測の画素がある場合には、過去数フィールドの距離画像から移動物を検出し、前記移動物の位置と速度から現在の移動物の位置を予想し、前記予想結果に基づいて未計測の画素を補完した距離画像を生成し、出力することで、画像出力のレートを調整するように構成することができる。このように補完することにより、動く移動物に対してもより正確な距離画像を画像出力レートで出力することができ、この距離画像を利用することにより移動物をより確実に検出したり測定したりすることができる。
【００２０】
上記の距離計測装置は、前記距離画像生成部が、取得した画像データの画素煤を特定の画素数に変更可能な画素数調整手段を備えており、画素数調整手段が、変換後の画素の位置における、変換前の画素の距離データを確認し、変換後の画素が変換前の画素に完全に収まっている場合は、変換前の画素の距離データを変換後の画素に記述し、変換後の画素が変換前の複数の画素にまたがっている場合は、最も広い面積で重なっている変換前の画素の距離データを変換後の画素に記述することで、装置外部に一定の画素数の距離画像を出力するように構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書が開示する技術によれば、駆動電力の小さい光偏向装置、光照射装置および距離計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例に係る光偏向装置を備える光照射装置の概略図である。
【図２】図１の光偏向装置が備えるＭＥＭＳミラーをミラー設置面側から見た図である。
【図３】実施例に係る光照射装置の構成を示すブロック図である。
【図４】基準軸の駆動信号と傾き角の時間変化と、従属軸の駆動信号と傾き角の時間変化を示す図である。
【図５】光照射装置のラスタースキャンについて説明する図である。
【図６】光照射装置のリサージュスキャンについて説明する図である。
【図７】実施例に係る光照射装置の画像レート調整手段で実施される処理を説明する図である。
【図８】実施例に係る光照射装置の画像レート調整手段で実施される別の処理を説明する図である。
【図９】実施例に係る光照射装置の画像レート調整手段で実施されるさらに別の処理を説明する図である。
【図１０】実施例に係る光照射装置の画像レート調整手段で実施されるさらに別の処理を説明する図である。
【図１１】実施例に係る光照射装置の画像レート調整手段で実施されるさらに別の処理を説明する図である。
【図１２】実施例に係る光偏向装置の画素数調整手段で実施される処理を説明する図である。
【図１３】実施例に係る光偏向装置によって描画されるリサージュ図形の一例を示す図である。
【図１４】実施例に係る光偏向装置によって描画されるリサージュ図形の一例を示す図である。
【図１５】実施例に係る光照射装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施例１）
以下では図１−３を参照しながら、実施例に係る光偏向装置３００およびこれを備えた光照射装置２００について説明する。光照射装置２００は、検出対象８との距離を検出するレーザレーダである。図１に示すように、光照射装置２００は、光偏向装置３００と、光源２０１と、コリメートレンズ２０３と、ハーフミラー２０５と、集光レンズ２０７と、受光手段２０９とを備えている。なお、図１には、光偏向装置３００については、ＭＥＭＳミラー１００のみが図示されており、その他の構成については図示を省略している。
【００２４】
図２に示すように、ＭＥＭＳミラー１００は、外枠１０１と、外枠１０１の内側に配置された内枠１０５と、内枠１０５の内側に配置されたミラー１０９と、外枠１０１と内枠１０５との間を接続する第１可撓部１０３ａ，１０３ｂと、内枠１０５とミラー１０９との間を接続する第２可撓部１０７ａ，１０７ｂと、ミラー１０９の裏面に固定された永久磁石１１０とを備えている。外枠１０１と内枠１０５とは、略正方形状であり、第１可撓部１０３ａ，１０３ｂは、ｙ方向に伸び、外枠１０１と内枠１０５のｘ方向の中央を互いに接続している。第２可撓部１０７ａ，１０７ｂは、ｘ方向に伸び、内枠１０５とミラー１０９のｙ方向の中央を互いに接続している。ミラー１０９の上面（ｚ軸の正方向の面）は、アルミニウム等を材料とする鏡面である。ＭＥＭＳミラー１００の下方（ｚ軸の負方向）には、電磁石（図示しない）が配置されている。この電磁石は、コアにコイルを捲回した電磁石であり、コイルに流れる交流電流を制御することで、永久磁石１１０に対して、ｘ方向の磁界と、ｙ方向の磁界を付与することができる。電磁石と永久磁石１１０との間に作用する電磁力によって、ミラー１０９を、第１可撓部１０３ａ，１０３ｂの周りまたは第２可撓部１０７ａ，１０７ｂの周りに傾動させることができる。本実施例では、基準軸として、第１可撓部１０３ａ，１０３ｂを通るｙ方向の軸を選び、従属軸として、第２可撓部１０７ａ，１０７ｂを通るｘ方向の軸を選ぶ。
【００２５】
図１に示すように、光源２０１と光偏向装置３００のＭＥＭＳミラー１００との間に、コリメートレンズ２０３と、ハーフミラー２０５とがこの順序で配置されている。ハーフミラー２０５と受光手段２０９との間に、集光レンズ２０７が配置されている。光源２０１はレーザダイオードである。光源２０１から照射された光１は、コリメートレンズ２０３およびハーフミラー２０５を通過し、ＭＥＭＳミラー１００のミラー１０９において反射され、検出対象８の方向に偏向される。偏向された光１は、検出対象８において反射され、ＭＥＭＳミラー１００に照射される。ＭＥＭＳミラー１００に照射された光３は、ハーフミラー２０５の方向に偏向され、ハーフミラー２０５のミラー面によって、偏向され、集光レンズ２０７を通過して、受光手段２０９で受光される。受光手段２０９は、フォトダイオードである。光照射装置２００によれば、ミラー１０９を基準軸、従属軸の周りに駆動させて検出対象８を含む監視範囲に光偏向装置３００からの光を走査することで、検出対象８の距離画像を得ることができる。
【００２６】
図３は、光偏向装置３００の構成を示すブロック図である。光照射装置２００の構成の一部も併せて図示している。光偏向装置３００は、ＭＥＭＳミラー１００と、駆動手段３０５と、ＭＥＭＳミラー１００の駆動周波数およびフレームレートを選択する選択手段３２０とを備える。
【００２７】
駆動手段３０５は、ＭＥＭＳミラー１００を基準軸、従属軸周りに駆動するための基準軸駆動信号、従属軸駆動信号をそれぞれ出力する。基準軸の駆動周波数は、従属軸の駆動周波数と比較して低く設定される。すなわち、ミラー１０９は、基準軸（第１可撓部１０３ａ，１０３ｂ）周りには、低周波数で低速駆動され、従属軸（第２可撓部１０７ａ，１０７ｂ）周りには、高周波数で高速駆動される。ＭＥＭＳミラー１００には、ミラー１０９の振幅および位相を検出する検出手段３０３が備えられている。検出手段３０３によって、基準軸、従属軸周りの振幅および位相が検出されて、基準軸周りの傾き角検出信号（基準軸傾き角検出信号）および従属軸周りの傾き角検出信号（従属軸傾き角検出信号）に変換される。検出手段３０３は、これらの傾き角検出信号を、選択手段３２０に出力する。
【００２８】
選択手段３２０は、共振周波数予想手段３２１と、駆動周波数計算手段３２２と、駆動位相差計算手段３２３と、基準軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段３２４と、従属軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段３２５と、光源２０１から照射される光のレーザパルス間隔と照射開始タイミングを計算する光源駆動信号計算手段３２７とを備える。ＭＥＭＳミラー１００の検出手段３０３から出力される基準軸傾き角検出信号、従属軸傾き角検出信号は、それぞれ、計測手段３２４，３２５に入力する。計測手段３２４，３２５において、下記式（１）（２）に従って、基準軸、従属軸について、それぞれ、駆動位相と動作位相との差Δφ１、Δφ２が計測され、共振周波数予想手段３２１および駆動位相差計算手段３２３に出力される。
【００２９】
【数１】
0006369365.tif 000002
【００３０】
共振周波数予想手段３２１では、基準軸、従属軸について、例えば、下記式（３）に従って、それぞれ、その駆動位相と動作位相との差から共振周波数が予想され、駆動周波数計算手段３２２に出力される。式（３）において、ｆは駆動周波数、ｆｒは共振周波数、ＱはＱ値を示している。Ｑ値は事前に計測しておき、その値を使用する。
【００３１】
【数２】
0006369365.tif 000003
【００３２】
駆動周波数計算手段３２２では、予想された基準軸および従属軸の共振周波数に基づいて、基準軸、従属軸について、それぞれ、駆動周波数が計算され、駆動位相差計算手段３２３および光源駆動信号計算手段３２７に出力される。駆動位相差計算手段３２３は、計測手段３２４，３２５から入力される基準軸、従属軸のそれぞれにおける駆動位相と動作位相の差に基づいて、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を描くために必要な、基準軸の駆動信号に対する従属軸の駆動信号の位相差Δφ（１−２）を計算する。計算手順の詳細は後述する。
【００３３】
光源駆動信号計算手段３２７は、駆動周波数計算手段３２２から入力される基準軸および従属軸の駆動周波数に基づいて、１フィールド内でレーザが略均等となるように、光源２０１から照射される光のレーザパルス間隔と照射開始タイミングを計算し、光源駆動信号として、これを光源２０１および距離計測部３３０に出力する。これにより、各軸の駆動周波数が変化しても、光を均等に照射することができる。その結果、均等な画像を得ることができる。
【００３４】
距離計測部３３０は、光源２０１がレーザを照射してから、受光手段２０９が検出対象８から反射されたレーザ光を検出するまでの時間と、光速とを用いて、光照射装置２００と検出対象８との距離を計算する。そして、距離計測部３３０は、計測した距離と、距離を計測した際のミラー１０９の傾き角とについての情報を画像データ生成部３５０に出力する。
【００３５】
画像データ生成部３５０は、距離画像生成手段３５１と、画像レート調整手段３５２と、画素数調整手段３５３を備えている。距離計測部３３０からの距離データは、距離画像生成手段３５１によって距離画像に変換されて画像レート調整手段３５２に出力され、画像の出力レートが調整される。距離画像は、さらに、画素数調整手段３５３に出力され、必要に応じて、画素数が調整される。画像レート調整手段３５２および画素数調整手段３５３で行われる処理については、後述する。
【００３６】
選択手段３２０の駆動周波数計算手段３２２で実行される、駆動周波数の計算方法について、より詳細に説明する。一例として、標準的な状態でのＭＥＭＳミラー１００の基準軸の共振周波数ｆｒ１が６３０Ｈｚであり、従属軸の共振周波数ｆｒ２が３４６０ＨｚのＭＥＭＳミラー１００を用いてリサージュ走査を行う場合について説明する。従来技術との比較を容易にするため、フレームレートとフィールドレートが等しくなるようなリサージュ図形（すなわち、１フレームで一度も重複しないリサージュ図形）を描画する場合について、説明する。
【００３７】
１フレームあたりの走査での水平方向における光偏向装置３００の走査位置（Ｘ，Ｙ）は、下記式（４）（５）によって示される。
Ｘ＝ｓｉｎ（２π・Ｎ１・ｎ・Ｔ＋Φｘ）      （４）
Ｙ＝ｓｉｎ（２π・Ｎ２・ｎ・Ｔ＋Φｙ）      （５）
ここで、Ｎ１は基準軸における周期数であり、Ｎ２は従属軸における周期数であり、ｎはフレームレートであり、Ｔは時間であり、Φｘは、基準軸における１フレームの描画開始時の位相であり、Φｙは、従属軸における１フレームの描画開始時の位相である。
【００３８】
駆動周波数計算手段３２２では、基準軸の駆動周波数ｆ１として、共振周波数予想手段３２１から入力された基準軸の共振周波数ｆｒ１＝６３０Ｈｚが選択される。次に、基準軸の共振周波数ｆｒ１に基づき、１フィールド（この場合、１フィールドは１フレームに一致する）内で描画されるリサージュ図形が重複しないように、フレームレートｎおよび従属軸の駆動周波数ｆ２の組合せの候補が計算される。例えば、基準軸の駆動周波数ｆ１の周期数Ｎ１と、従属軸の駆動周波数ｆ２の周期数Ｎ２が互いに素である場合には、１フィールド内で描画されるリサージュ図形が重複しないようなΦｘ、Φｙを選択することができる。具体的には、以下のようにΦｘ、Φｙを選択することによって、１フィールド内で描画されるリサージュ図形が重複しないようにできる。
（１）Ｎ１、Ｎ２の双方が奇数の場合
（Φｘ，Φｙ）＝（０°，±９０°），（±１８０°，±９０°），（±９０°，０°），（±９０°，±１８０°）
（２）Ｎ１，Ｎ２の少なくともいずれか一方が偶数の場合
（Φｘ，Φｙ）＝（０°，０°），（０°，±１８０°），（±１８０°，０°），（±１８０°，±１８０°）
フレームレートｎと従属軸の駆動周波数ｆ２の組合せの候補は、下記の式（６）（７）によって計算できる。
ｎ＝ｆｒ１／Ｎ１・・・（６）
ｆ２＝ｎ×Ｎ２・・・（７）
【００３９】
次いで、駆動位相差計算手段３２３における位相差Δφ（１−２）の計算手順を説明する。まず、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を描くために必要な、基準軸と従属軸の動作開始時の位相Φｘ、Φｙを求める。ΦｘとΦｙは、上述したようにＮ１、Ｎ２の組み合わせによって変化する。今回は、Φｘ＝Φｙの場合で説明する。
【００４０】
次に、駆動周波数計算手段３２２で計算した駆動周波数ｆ１で基準軸を駆動した場合の駆動信号に対するミラー１０９の動作（すなわち、ミラー１０９の傾き角）の位相差Δφ１を下記の式（８）を用いて計算する。そして、上記の位相差Δφ１と基準軸、従属軸の駆動周波数ｆ１，ｆ２から、動作と駆動信号との時間差Δｔ１、Δｔ２を計算する。図４は、基準軸と従属軸の駆動信号と傾き角の時間変化を示している。それぞれの軸において、駆動信号（実線）と傾き角（破線）が同位相となる時間の差が時間差Δｔ１、Δｔ２である。計算した時間差Δｔ１、Δｔ２と、基準軸の駆動信号から、基準軸の駆動信号と従属軸の駆動信号の時間差Δｔ（１−２）を計算する。最後に、Δｔ（１−２）と基準軸の駆動周波数ｆ１とを用いて、下記の式（９）を用いて位相差Δφ（１−２）を計算する。計算したΔφ（１−２）を駆動手段３０５に出力する。駆動手段３０５は、基準軸駆動信号と、従属軸駆動信号をＭＥＭＳミラー１００に出力する。以上によって、１フィールド内で重複しないリサージュ図形を描くことが可能となる。
【００４１】
【数３】
0006369365.tif 000004
【００４２】
表１は、ｆ１＝ｆｒ１の場合における、１フィールド内で描画されるリサージュ図形が重複しない条件で計算した、フレームレートｎおよび従属軸の駆動周波数ｆ２の組合せの候補の一例を示す。表２には、従来のように、フレームレートを６３Ｈｚに固定した場合のフレームレートｎおよび従属軸の駆動周波数ｆ２の組合せの候補を示す。表２に示すように、従来技術のようにフレームレートを一定とした場合は、基準軸の駆動周波数ｆ１の候補の選択肢数が、基準軸の周期数Ｎ１によって変化する。
【００４３】
【表１】
0006369365.tif 000005
【００４４】
【表２】
0006369365.tif 000006
【００４５】
まず、従来技術を用いた場合の駆動周波数の候補について説明する。表２に示すように、基準軸の駆動周波数ｆ１が６３０Ｈｚである場合には、従属軸の駆動周波数ｆ２の候補は、３２１３Ｈｚ、３３３９Ｈｚ、３５９１Ｈｚ、３７１７Ｈｚの４個である。基準軸の駆動周波数ｆ１が６９３Ｈｚである場合には、従属軸の駆動周波数ｆ２の候補は、３２１３Ｈｚ、３２７６Ｈｚ、３３３９Ｈｚ、３４０２Ｈｚ、３５２８Ｈｚ、３５９１Ｈｚ、３６５４Ｈｚ、３７１７Ｈｚの８個である。このように、ｆ１の選択によって、ｆ２の候補の数が変化する。基準軸の共振周波数は６３０Ｈｚであり、従属軸の共振周波数は３４６０Ｈｚである。ｆ１を基準軸の共振周波数に最も近くなるようにする場合、すなわちｆ１＝６３０Ｈｚとする場合は、従属軸の共振周波数に最も近いｆ２は３３３９Ｈｚである。この駆動周波数の組み合わせを用いた場合、基準軸の駆動周波数と共振周波数の差は０Ｈｚとなる。従属軸の駆動周波数と共振周波数の差は１２１Ｈｚとなる。つまり、従属軸は、共振周波数から１２１Ｈｚ離れた周波数で駆動することとなる。また、ｆ１を６９３Ｈｚにした場合、従属軸の共振周波数に最も近いｆ２は３４０２Ｈｚである。この駆動周波数の組み合わせを用いた場合、基準軸の駆動周波数と共振周波数の差は６３Ｈｚとなり、従属軸の駆動周波数と共振周波数の差は５８Ｈｚとなる。つまり、基準軸は、共振周波数から６３Ｈｚ離れた周波数で駆動することとなり、従属軸は、共振周波数から５８Ｈｚ離れた周波数で駆動することとなる。このように、従来技術では、ＭＥＭＳミラー１００の共振周波数が、ｆ１の候補およびｆ２の候補と完全に一致しない限り、ＭＥＭＳミラー１００を共振周波数で駆動することはできない。また、ｆ１の選択次第では、ｆ２の選択肢が少なくなる。結果として駆動電力が大きくなるか、あるいは駆動することが出来なくなる。
【００４６】
表１に示すとおり、本実施例によれば、Ｎ１とＮ２の組合せによらず、基準軸の駆動周波数ｆ１を基準軸の共振周波数ｆｒ１と一致させることができる。つまり、基準軸に関しては、ＭＥＭＳミラー１００の共振周波数の値によらず、その共振周波数ｆｒ１で駆動できる。これは、上記した通り、基準軸の駆動周波数ｆ１がその共振周波数ｆｒ１と一致するように、フレームレートｎを調整するためである。また従属軸の駆動周波数ｆ２の候補は、表１に示すように、Ｎ１とＮ２の組合せの数だけ用意することができる。従来技術では、基準軸の駆動周波数ｆ１が６３０Ｈｚの場合の従属軸の駆動周波数ｆ２の候補は、３２１３〜３７１７Ｈｚの間に４個であったのに対し、本実施例では、１２個に増やすことができる。同じ周波数の範囲内で従属軸の駆動周波数ｆ２の候補を多くできることで、従属軸の共振周波数ｆｒ２の値により近い従属軸の駆動周波数ｆ２を選ぶことが容易となる。また、従属軸の共振周波数ｆｒ２は３４６０Ｈｚであるため、本実施例では、従属軸の共振周波数ｆｒ２に最も近い駆動周波数ｆ２の候補として、３４６３．６Ｈｚを選択することができる。この場合、従属軸の共振周波数ｆｒ２と駆動周波数ｆ２との差は３．６Ｈｚとなり、従来技術と比較して、より従属軸の共振周波数ｆｒ２に近い駆動周波数ｆ２でＭＥＭＳミラー１００を駆動でき、ＭＥＭＳミラー１００の駆動電力を小さくすることができる。
【００４７】
また、経時変化などにより基準軸の共振周波数ｆｒ１が変化した際には、上記の式（６）を用いて、再度フレームレートｎを調整する。その後、式（７）を用いて、従属軸の駆動周波数ｆ２の候補を再計算する。そして、計算された候補から、従属軸の共振周波数ｆｒ２に最も近いものを従属軸の駆動周波数ｆ２として選択する。従来技術とは異なり、ｆ２の候補の選択肢数は、ｆ１に依存せずに、必ずＮ１とＮ２の組み合わせの数だけ用意できる。例えば、ｆ１の値が６３０Ｈｚから６９３Ｈｚに変化したとしても、ｆ２の候補の選択肢数は、１２個のままとなる。これは、式（６）、（７）に示すように、ｆ２の候補の選択肢数は、あくまでＮ１とＮ２の組み合わせで決まるためである。このように、本実施例では、基準軸の共振周波数ｆｒ１が変化した場合でも、基準軸の駆動周波数ｆ１をその共振周波数ｆｒ１とすることができる。また、従属軸の駆動周波数ｆ２は、従来技術を用いた場合よりも多くの候補の中から選択できる。このため、従属軸において、その共振周波数ｆｒ２により近い駆動周波数ｆ２を選択できる。
【００４８】
上記のとおり、本実施例では、基準軸を共振周波数ｆｒ１で駆動できるため、基準軸の駆動電力を最小化できる。また、基準軸の駆動周波数ｆ１に応じてフレームレートｎを変えることで、従属軸の駆動周波数ｆ２の候補数を増やすことができ、従属軸の駆動周波数ｆ２を、その共振周波数ｆｒ２により近い値に設定できるため、従属軸の駆動電力を小さくすることができる。その結果、光偏向装置３００全体の駆動電力を小さくすることができる。
【００４９】
本実施例の光照射装置２００は、侵入者監視や、自動車等の衝突防止を目的としたレーザレーダに使用することができる。この場合、光照射装置２００で取得した距離画像から移動物を抽出し、その位置や速度を追跡することが必要となる。侵入者監視や衝突防止を目的にする場合、レーザレーダには、以下の３つの項目が求められる。
１）移動物の最新の位置情報を得られること
２）距離画像の出力レートが一定であること
３）距離画像の画素数が一定であること
１）は、侵入防止や衝突回避のために必要となる。
この要求を満たすためには、レーザ光のスキャン方法はリサージュスキャンが望ましい。これについて以下で簡単に説明する。
主なレーザのスキャン方式として、ラスタースキャンとリサージュスキャンが考えられる。
ラスタースキャンは図５に示すように端からレーザを等間隔にスキャンしていく方法である。等間隔にレーザをスキャンするため、距離画像の分解能を、距離画像全体で完全に均一にすることができる。
しかし、端からレーザをスキャンしていくため、スキャン開始時近傍の画素（図５の（ｂ）付近）と、スキャン終了時近傍の画素（図５の（ｅ）付近）では、およそフレームレートと同じ程度の時間差が生じる。距離画像を１フレーム取得した時には、スキャン開始点位置付近の移動物は移動している可能性がある。このため、距離画像上の移動物の位置と、実際の移動物の位置との間に誤差が生じやすい。
一方でリサージュスキャンは、図６に示すように、２軸同時に正弦波スキャンする。
スキャンの端付近では、スキャン速度が遅くなるため軌跡が密になる。これによって、距離画像の画素に粗密が生じる。
しかし、移動物の最新の位置を検出するのに適している。図６の（ｂ）〜（ｄ）に、リサージュスキャンを１／４フレームずつ区切って示す。リサージュスキャンは、１フレームの間、常に監視範囲のほぼ全域をスキャンし続けている。常に全体を監視できるため、移動物の最新の位置を検出しやすい。このため、リサージュスキャンの方が移動物の検出に適している。
２）と３）は、移動物の抽出、その位置や速度の追跡のために必要である。移動物の抽出や、その位置の追跡、速度の追跡については、レーザレーダ外に用意したＣＰＵなどで実施することが考えられる。距離画像のレートと距離画像の画素数は、常に一定である方がＣＰＵなどでのデータ処理を容易にできる。このため、移動物の位置と速度の抽出が必要な、侵入者監視用のレーザレーダや、衝突防止用のレーザレーダは、一定のレートで一定の画素の距離画像を出力できることが望ましい。
本発明の距離計測装置は、画像レート調整手段３５２および画素数調整手段３５３を備えている。画像レート調整手段３５２を備えているため、基準軸と従属軸の駆動周波数ｆ１、ｆ２の変化に応じて距離画像を取得するためのフィールドレートが変化した場合も、距離画像の出力レートを一定に保つことができる。
また、画素数調整手段３５３を備えているため、基準軸と従属軸の駆動周波数ｆ１、ｆ２の変化に応じてリサージュの軌跡が変化した場合でも、距離画像の画素数を一定に保つことができる。
以上より、本発明では、基準軸をＭＥＭＳミラーの共振周波数で駆動し、かつ、従属軸をその共振周波数近傍の周波数で駆動しながらも、距離画像の提供レートおよび距離画像の画素数を一定に保つことが可能となる。
以下で、画像レート調整手段３５２および画素数調整手段３５３で行われる具体的な処理について説明する。
【００５０】
まず、画像レート調整手段３５２で行う処理を説明する。図７、図８は、外部機器から距離画像の出力を要求されたタイミングで計測できていない画素を、直前のフィールドで計測した距離画像で補完する方法を示している。図７は、レーザをリサージュスキャンした場合を示し、図８はレーザをラスタースキャンした場合を示す。上段に、距離画像を取得している環境の可視画像を示す。図７、図８には、レーザのスキャン軌跡と距離計測を行った画素の位置もあわせて示した。下段に取得した距離画像を示す。どちらも２フィールド目の３／４をスキャンした時点で画像出力の要求を受けたと仮定している。本手法によれば画像出力の要求タイミングに最も近い計測データをできる限り多く利用することのできるため、上述の処理方法で生成した距離画像は、移動物の最新の位置を取得することが可能である。特に図７に示すリサージュスキャンの場合は、常に全体を監視しているため、本手法により移動体の接近を捕捉できている。一方、図８に示すラスタースキャンのレーザレーダで同様の処理を行った場合、監視範囲の右端が計測できていないため、移動物の接近を検出できていない。このように、リサージュスキャンを用いたレーザレーダでは、本手法の様な比較的容易な処理によって、移動体の最新の位置を検出でき、かつ、一定のレートで距離画像を出力することができる。このため、移動物の位置と速度の検出が必要な、侵入者監視や、衝突防止に適したレーザレーダを実現できる。
また、上述の処理に加え、未計測画素周辺の計測結果から、未計測画素の情報を予想する構成にしても良い。具体例を図９に示す。未計測画素を取り囲む４画素の距離計測値の平均値を計算して補填を行う。角の画素が未計測の場合は、周辺２画素の平均値を、角以外の端の画素が未計測の場合は、周辺３画素の平均値を補填する。周辺の画素も同様に未計測である場合は、直前のフィールドで計測した結果を補填する。
リサージュスキャンではスキャン方向が概ね斜めであり、未計測の画素の周辺画素は計測できている可能性が高い。このため、計測済の画素を用いることで、高い精度で未計測画素を予測することが可能である。図９に示すように、移動体の現状に実際の形状に近い状態を検出できる。上記処理により、移動物の最新位置により近い情報を提供しつつ、距離画像の出力レートを一定に保つことが可能である。
図１０は、外部機器から距離画像の出力を要求されたタイミングで、計測できていない画素が存在した場合、直前のフィールドで計測した距離画像を出力する方法を示している。図１０の手法では、図７〜図９の方法よりも容易な処理で距離画像の出力レートを一定に保つことが可能となる。
図１１は、外部機器から距離画像の出力を要求されたタイミングで計測できていない画素を、それ以前に取得した複数枚の距離画像から予測して補完する例を示している。取得した距離画像から、移動物を抽出し、その位置と速度を計測しておく。過去の移動物の位置とその速度から、計測できていない画素に移動物があるか否かを予想し、未計測画素を補完する。
図１１の例では、過去２枚の距離画像から、３×３画素程度の大きさの移動物が近づいてきていることがわかる。計測できていない画素には、前記移動物が存在すると考えられる。このため、１フィールド前の前記移動物とその移動速度から予想される距離値を、計測できていなかった画素に補填する。
本手法によれば、移動物のより最新の位置を予想した距離画像を得つつ、かつ、画像出力のレートを一定に保つことが可能となる。
【００５１】
続いて、画素数調整手段３５３で行われる処理を説明する。
図１２は、取得した距離画像データを、１５×１５の距離画像に変換し出力する例を示している。
図１２の左図は、変換前の１０×８画素の距離画像である。図１２の中央図は、変換前の１０×８画素の画像に、１５×１５のマスを重ねたものである。画素数調整手段３５３は、変換後の画素の位置における、変換前の画素の距離データを確認する。
変換後の画素が変換前の画素に完全に収まっている場合は、変換前の画素の距離データを変換後の画素に記述する。
変換後の画素が変換前の複数の画素にまたがっている場合は、最も広い面積で重なっている変換前の画素の距離データを変換後の画素に記述する。
たとえ取得した距離画像が１０×６画素などに変化した場合でも、上述と同様の処理により、出力する距離画像の画素数を１５×１５画素に変換することができる。
このため、基準軸と従属軸の駆動周波数ｆ１、ｆ２の変化に応じてリサージュの軌跡が変化し、取得できる距離画像の画素数が変化した場合でも、一定の画素数の距離画像を出力することが可能となる。
【００５２】
なお、実施例１では、フレームレートとフィールドレートが等しくなる場合を例示して説明したが、これに限られない。１フレームで丁度１回重複するリサージュ図形を描くように、Ｎ１，Ｎ２、Φｘ、Φｙを併せて利用することで、さらに従属軸の駆動周波数ｆ２の候補を増加させることができる。１フレームで丁度１回重複するリサージュ図形を描画可能なＮ１，Ｎ２、Φｘ、Φｙの組合せの条件は、下記のとおりである。
（３）Ｎ１、Ｎ２が互いに素の自然数であり、かつ、Ｎ１が偶数であり、かつ、Ｎ２が奇数であり、かつ、Φｘ＝±９０°，Φｙ＝０°，±９０°，±１８０°
（４）Ｎ１、Ｎ２が互いに素の自然数であり、かつ、Ｎ１が奇数であり、かつ、Ｎ２が偶数であり、かつ、Φｘ＝０°，±９０°，±１８０°，Φｙ＝±９０°
（５）Ｎ１、Ｎ２が互いに素の自然数であり、かつ、Ｎ１とＮ２の双方が奇数であり、かつ、Φｘ，Φｙ＝０°，±９０°，±１８０°
【００５３】
上記の（３）〜（５）の条件をみたすＮ１，Ｎ２、Φｘ、Φｙの組合せを選択することで、１フレームで重複しないリサージュ図形を描く場合と同等の均等差でリサージュ図形を描画することができる。図１３，図１４を用いて具体的に説明する。図１３は、Ｎ１＝５，Ｎ２＝４、Φｘ＝Φｙ＝０の場合に得られる１フレーム内で重複しないリサージュ図形を示している。基準軸の共振周波数ｆｒ１が６３０Ｈｚである場合、上記式（６）より、フレームレートは１２６Ｈｚである。１回のスキャンで距離画像を１回取得するため、フィールドレートはフレームレートと同じ１２６Ｈｚである。図１４は、Ｎ１＝１０，Ｎ２＝７、Φｘ＝Φｙ＝９０の場合に得られる１フレーム内で丁度１回重複するリサージュ図形を示している。図１４に矢印で示すように、図１４の右上からスキャンを開始し、１／２フレーム後に左上に至る。その後、全く逆の軌跡に沿って、１フレーム後には右上に戻る。このように、スキャンの向きは１／２フレーム毎に逆向きになるが、１／２フレームでリサージュが重複しない場合と同様に斑なくスキャンを行うことができる。基準軸の共振周波数ｆｒ１が６３０Ｈｚである場合、式（６）より、フレームレートは６３Ｈｚであり、図１３に示す１フレーム内で重複しないリサージュ図形を描画する場合の１／２となる。この場合、１／２フレームで距離画像を１枚取得すれば、フィールドレートを１２６Ｈｚにすることができる。このように、リサージュ図形が１フレームで丁度１回重複する場合でも、リサージュ図形が重複しない場合と同等の粗密のスキャンを同等のフィールドレートで実現することが可能となる。このようなＮ１，Ｎ２を用いた場合の従属軸の駆動周波数ｆ２の計算例を表３に示す。
【００５４】
【表３】
0006369365.tif 000007
【００５５】
従来技術では、表２に示すように、３２１３〜３７１７Ｈｚの周波数範囲内で従属軸の駆動周波数ｆ２の候補は４個であった。これに対して、上記の手法を用いることで、表３に示すように、３２１３〜３７１７Ｈｚの周波数の範囲内で従属軸の駆動周波数ｆ２の候補を３６個にすることができる。従属軸の駆動周波数ｆ２の候補をより多くすることができ、従属軸の共振周波数ｆｒ２により近い従属軸の駆動周波数ｆ２を選択することができる。その結果、ＭＥＭＳミラー１００の駆動電力を小さくすることができる。
【００５６】
また、本実施例では、基準軸と従属軸の駆動周波数の比ｆ１：ｆ２が完全にＮ１：Ｎ２となっている（ｆ１：ｆ２＝Ｎ１：Ｎ２）ことが必要である。これにより、１フレーム内での基準軸の周期数がＮ１，従属軸の周期数がＮ２となり、リサージュ図形の描画開始点はフレーム毎に同じ位置になる。フレーム毎に同じ位置からリサージュ図形の描画が開始するため、フレーム毎に全く同じリサージュ図形を描画することができる。
【００５７】
ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いて駆動信号を生成する場合、上記の実施例で説明した駆動周波数ｆ１，ｆ２を生成できない場合がある。これは、生成可能な駆動周波数がＦＰＧＡに搭載されているクロック周波数の整数分の１となるためである。例えば、基準軸の共振周波数ｆｒ１が６３０Ｈｚであり、従属軸の駆動周波数ｆ２の候補が３３００Ｈｚであり、周期数がＮ１＝２１，Ｎ２＝１１５であり、クロック周波数が１０ＭＨｚである場合を例示して説明する。
【００５８】
駆動周波数は１０ＭＨｚの整数分の１であるため、基準軸の共振周波数ｆｒ１に最も近い駆動周波数ｆ１の候補は、１０ＭＨｚの１５８７３分の１の６３０．０００６Ｈｚである。従属軸の駆動周波数ｆ２の候補は、１ＭＨｚの３０３０分の１の３３００．３３Ｈｚである。基準軸と従属軸の駆動周波数の比は、１／１５８７３：１／３０３０＝１０１０：５２９１であり、設計した周期数の値（Ｎ１＝２１，Ｎ２＝１１５）と相違する。このような場合、駆動周波数の比を完全にＮ１：Ｎ２にすることができず（ｆ１：ｆ２≠Ｎ１：Ｎ２）、リサージュ図形がフレーム毎にずれる。その結果、光源２０１のレーザの照射位置がフレーム毎にずれて、レーザレーダ等においては、計測位置がフレーム毎にずれる。
【００５９】
この問題を解決するため、クロックを分周して駆動周波数ｆ１、ｆ２を生成する場合には、基準軸の駆動周波数ｆ１は下記式（１０）を用いて計算するように構成してもよい。
【００６０】
【数４】
0006369365.tif 000008
【００６１】
ここで、ｆｃｌｋはクロックの周波数であり、αは自然数であり、Ｎ２は従属軸の周期数である。αは、基準軸の駆動周波数ｆ１の候補が基準軸の共振周波数ｆｒ１に最も近くなるような値である。このように基準軸の駆動周波数ｆ１を決定することで、基準軸と従属軸の駆動周波数の比を完全にＮ１：Ｎ２にすることができる（ｆ１：ｆ２＝Ｎ１：Ｎ２）。その結果、フレーム毎に完全に同じリサージュ図形を描くようにＭＥＭＳミラー１００を駆動することができる。また、基準軸の駆動周波数ｆ１は、ほぼ基準軸の共振周波数ｆｒ１に一致するため、ＭＥＭＳミラー１００の駆動電力を小さくすることができる。
【００６２】
（実施例２）
実施例２に係る第２の光偏向装置およびこれを備えた光照射装置は、図３に示す駆動周波数計算手段３２２で行われる処理において実施例１と相違している。その他の光照射装置の各構成は、実施例１で説明したものと同様であるため、説明を省略する。
【００６３】
一例として、標準的な状態でのＭＥＭＳミラー１００の基準軸の共振周波数ｆｒ１が５７０Ｈｚであり、従属軸の共振周波数ｆｒ２が３０１５ＨｚのＭＥＭＳミラー１００を用いてリサージュ走査を行う場合について説明する。本実施例においては、まず、駆動周波数計算手段３２２では、基準軸の共振周波数ｆｒ１＝５７０Ｈｚに基づき、フレームレートｎおよび従属軸の駆動周波数ｆ２の組合せの候補が計算される。本実施例では、基準軸の周期数Ｎ１＝１９、従属軸の周期数Ｎ２＝９６〜１０３として、フレームレートｎおよび従属軸の駆動周波数ｆ２の組合せの候補を計算した。計算結果を表４に示す。
【００６４】
【表４】
0006369365.tif 000009
【００６５】
表４から、従属軸の駆動周波数ｆ２として、共振周波数ｆｒ２＝３０１５Ｈｚに最も近い、ｆｏ２＝３０３０Ｈｚを選択する。得られた各駆動周波数を用いて、下記式（１１）（１２）に基づいて、基準軸の駆動電力Ｅ１と、従属軸の駆動電力Ｅ２との和Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２が最小となる、ｆ１，ｆ２を求める。基準軸の駆動電力の設計値はＥｏ１＝１Ｗであり、従属軸の駆動電力の設計値はＥｏ２＝１Ｗであり、基準軸のＱ値：Ｑ１は、設計値：Ｑｏ１に等しく、Ｑ１＝Ｑｏ１＝５００であり、従属軸のＱ値：Ｑ２は、設計値：Ｑｏ２に等しく、Ｑ２＝Ｑｏ２＝５００である。
【００６６】
【数５】
0006369365.tif 000010
【００６７】
上記式（１１）（１２）から、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２が最小となるｆ１，ｆ２として、ｆ１＝５６８．５Ｈｚ、ｆ２＝３０２２．５Ｈｚが得られる。フレームレートｎは、式（６）から、ｎ＝５９．８Ｈｚとなる。得られたｆ１＝５６８．５Ｈｚ、ｆ２＝３０２２．５Ｈｚ、ｎ＝５９．８Ｈｚを用いて、駆動周波数計算手段３２２の駆動位相差計算手段３２３は、１フィールド内で描画されるリサージュ図形が重複しないように、基準軸と従属軸の駆動位相を調整する。
【００６８】
上記のとおり、実施例２に係る第２の光偏向装置では、基準軸の共振周波数に応じてフレームレートを変えることで、従属軸の駆動周波数の候補数を増やすことができ、従属軸の駆動周波数を、その共振周波数により近い値に設定できる。また、基準軸、従属軸の駆動電力がともに小さくなる範囲内で、基準軸の駆動電力と従属軸の駆動電力との和が最小となるように、基準軸の駆動周波数と、従属軸の駆動周波数とを選択することができるため、光偏向装置全体の駆動電力を小さくすることができる。
【００６９】
また、実施例２では、駆動周波数が低い軸を基準軸とし、駆動周波数が高い軸を従属軸としている。このように基準軸と従属軸を設定する場合、逆の場合（駆動周波数が高い軸を基準軸とし、駆動周波数が低い軸を従属軸とする場合）よりも駆動電力を小さくすることができる。その理由を下記に説明する。
【００７０】
ＭＥＭＳミラー１００の駆動に必要な駆動力Ｆは下記式（１３）によって示される。式（１３）に示すとおり、駆動周波数ｆと共振周波数ｆｒの比：ｆ／ｆｒが１に近いほど駆動力Ｆは小さくなり、ＭＥＭＳミラー１００の駆動電力を小さくすることができる。ここで、ｆは駆動周波数、ｆｒは共振周波数、ＱはＱ値である。
【００７１】
【数６】
0006369365.tif 000011
【００７２】
ＭＥＭＳミラー１００の駆動電力を小さくするためには、従属軸の駆動周波数ｆ２の候補間の周波数差Δｆ２（候補）を共振周波数ｆｒ２で除した値：Δｆ２（候補）／ｆｒ２が小さいことが好ましい。表３に示すように、駆動周波数の候補間の周波数差Δｆ２（候補）は、概ねフレームレートの半分（すなわち、ｎ／２）である。この周波数差Δｆ２（候補）は、基準軸の駆動周波数ｆ１が低速であっても高速であっても変わらない。このため、従属軸の共振周波数ｆｒ２が高い方がΔｆ２（候補）／ｆｒ２を小さくすることができる。その結果、ＭＥＭＳミラー１００の駆動力Ｆを小さくし、駆動電力を小さくすることができる。
【００７３】
（他の実施例）
上記の実施例では、駆動信号と傾き角の位相差から共振周波数を予想する構成を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、駆動周波数を変化させて傾き角の振幅を計測し、傾き角が最大となる周波数を共振周波数とする構成にしてもよい。また、上記の実施例では、距離画像を計測可能な光照射装置を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、図１５に示すような光偏向装置５００を備えた光照射装置（例えば、プロジェクタ）であってもよい。
【００７４】
図１５は、光偏向装置５００の構成を示すブロック図である。光偏向装置５００が設置されるプロジェクタの構成の一部も併せて図示している。光偏向装置５００は、光源５０１と、ＭＥＭＳスキャナ５０３と、駆動手段５０５と、ＭＥＭＳスキャナ５０３の駆動周波数およびフレームレートを選択する選択手段５２０と、画像調整部５５０とを備える。
【００７５】
画像調整部５５０は、画素数調整手段５５１と、画像出力レート調整手段５５２とを備える。光偏向装置５００は、画像調整部５５０において画像データを取得し、画素数調整手段５５１において画像データの画素数を光偏向装置５００が描画可能な画素数に調整する。次に、画像出力レート調整手段５５２において画像データの送信レートを光偏向装置５００のフィールドレートに調整する。画像調整部５５０において画素数および画像レートが調整された画像データは、選択手段５２０に送信される。
【００７６】
選択手段５２０は、共振周波数予想手段５２１と、駆動周波数計算手段５２２と、駆動位相差計算手段５２３と、基準軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段５２４と、従属軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段５２５と、光源５０１から照射される光のレーザパルス間隔と照射開始タイミングを計算するレーザパルス間隔と照射開始タイミング計算手段５２７とを備える。画像調整部５５０から送信される画像データは、レーザパルス間隔と照射開始タイミング計算手段５２７に送信される。
【００７７】
レーザパルス間隔と照射開始タイミング計算手段５２７は、駆動周波数計算手段５２２から入力される基準軸および従属軸の駆動周波数と画像調整部５５０から送信される画像データに基づいて、ＭＥＭＳスキャナ５０３のスキャン軌跡に合わせて光源５０１が発光するように、光源５０１から照射される光のレーザパルス間隔と照射開始タイミングを計算し、光源駆動信号として、これを光源５０１に出力する。
【００７８】
駆動手段５０５は、ＭＥＭＳスキャナ５０３を基準軸、従属軸周りに駆動するための基準軸駆動信号、従属軸駆動信号をそれぞれ出力する。ＭＥＭＳスキャナ５０３の基準軸周りの傾き角検出信号（基準軸傾き角検出信号）および従属軸周りの傾き角検出信号（従属軸傾き角検出信号）を、選択手段５２０に出力する。
【００７９】
選択手段５２０の共振周波数予想手段５２１、駆動周波数計算手段５２２、駆動位相差計算手段５２３、基準軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段５２４、従属軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段５２５で実行される処理は、図３の光偏向装置３００における共振周波数予想手段３２１、駆動周波数計算手段３２２、駆動位相差計算手段３２３、基準軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段３２４、従属軸の駆動位相と動作位相の差を計測する計測手段３２５で実行される処理と同様であるため、説明を省略する。
【００８０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００８１】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００８２】
１        ：光
３        ：光
８        ：検出対象
１１      ：画素
１２      ：画素
１３      ：画素
１４      ：画素
２１      ：画素
２２      ：画素
２３      ：画素
２４      ：画素
１００    ：ＭＥＭＳミラー
１０１    ：外枠
１０３ａ  ：第１可撓部
１０３ｂ  ：第１可撓部
１０５    ：内枠
１０７ａ  ：第２可撓部
１０７ｂ  ：第２可撓部
１０９    ：ミラー
１１０    ：永久磁石
２００    ：光照射装置
２０１    ：光源
２０３    ：コリメートレンズ
２０５    ：ハーフミラー
２０７    ：集光レンズ
２０９    ：受光手段
３００    ：光偏向装置
３０３    ：検出手段
３０５    ：駆動手段
３２０    ：選択手段
３２１    ：共振周波数予想手段
３２２    ：駆動周波数計算手段
３２３    ：駆動位相差計算手段
３２４    ：計測手段
３２５    ：計測手段
３２７    ：光源駆動信号計算手段
３３０    ：距離計測部
３５０    ：画像データ生成部
３５１    ：距離画像生成手段
３５２    ：画像レート調整手段
３５３    ：画素数調整手段
５００    ：光偏向装置
５０１    ：光源
５０３    ：ＭＥＭＳスキャナ
５０５    ：駆動手段
５２０    ：選択手段
５２１    ：共振周波数予想手段
５２２    ：駆動周波数計算手段
５２３    ：駆動位相差計算手段
５２４    ：計測手段
５２５    ：計測手段
５２７    ：照射開始タイミング計算手段
５５０    ：画像調整部
５５１    ：画素数調整手段
５５２    ：画像出力レート調整手段
【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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