(57)【要約】  本発明は、光ビーム（５０）を偏向するための装置及び方法を提供する。この装置（１０；１１０；２１０）は、制御可能な偏向装置（１２；１１２）と、偏向装置（１２；１１２）によって偏向された光ビーム（５０）を用いて周期的な動作で立体角領域（１１５）を走査するように偏向装置（１２；１１２）を制御する制御信号（６０）を生成するように設計された制御装置（１６；１１６；２１６）と、検出器装置（１８；１１８）への走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出し、それに基づいて測定信号（６１）を生成するように設計された検出器装置（１８；１１８）とを備えるように構成されており、制御装置はさらに、制御信号（６０）を、少なくとも測定信号（６１）に基づいて調整するように設計されている。
2018536195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーム（５０）を偏向するための装置（１０；１１０；２１０）であって、
制御可能な偏向装置（１２；１１２）と、
前記偏向装置（１２；１１２）によって偏向された光ビーム（５０）を用いて周期的な動作で立体角領域（１１５）を走査するように前記偏向装置（１２；１１２）を制御する制御信号（６０）を生成するように設計された制御装置（１６；１１６；２１６）と、
検出器装置（１８；１１８）への走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出し、それに基づいて測定信号（６１）を生成するように設計された検出器装置（１８；１１８）と、
を備え、
前記制御装置（１６；１１６；２１６）はさらに、前記制御信号（６０）を、少なくとも前記測定信号（６１）に基づいて調整するように設計されている、装置（１０；１１０；２１０）。
【請求項２】
前記検出器装置（１１８）は、前記立体角領域（１１５）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、少なくとも一回、前記検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されている、請求項１に記載の装置（１１０；２１０）。
【請求項３】
前記検出器装置（１１８）は、第１の光検出器（１１５）及び第２の光検出器（１１７）を有し、前記第１の光検出器（１１５）及び前記第２の光検出器（１１７）は、前記立体角領域（１１５）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、それぞれ一回、前記第１の光検出器（１１５）及び前記第２の光検出器（１１７）への前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されている、請求項２に記載の装置（１１０；２１０）
【請求項４】
前記偏向装置（１１２）は、共振動作用に設計されており、前記測定信号（６１）に基づいて調整される前記制御信号（６０）は、周期的な動作の振幅が前記測定信号（６１）に基づいて増加又は低減させられるように供給される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御装置（１１６）は、前記調整される制御信号（６０）を用いて、順次連続する複数の測定時点における周期的な動作の振幅がそれぞれ増加又は低減させられるように設計されており、
前記検出器装置（１１８）により、当該検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射欠落が検出される場合には、前記振幅がそれぞれ増加させられ、
前記検出器装置（１１８）により、当該検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射が検出される場合には、前記振幅がそれぞれ低減させられる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記偏向装置（１１２）は、準静動作モード用に設計されており、前記検出器装置（１１８）は、第１の光検出器（１１５）及び第２の光検出器（１１７）を有し、前記第１の光検出器（１１５）は、前記立体角領域（１１５）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、前記偏向装置（１１２）の正の最大変位に対応する箇所において、前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されており、前記第２の光検出器（１１７）は、前記立体角領域（１１５）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、前記偏向装置（１１２）の負の最大変位に対応する箇所における前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置（２１０）。
【請求項７】
前記制御信号（６０）を生成するための前記制御装置（２１６）は、外部の基準変数（６２）によって制御可能であり、前記装置（２１０）は、補間装置（２３８）を有しており、前記補間装置（２３８）は、前記第１の光検出器（１１５）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点において前記基準変数（６２）の第１の値を検出し、かつ、前記第２の光検出器（１１７）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点において前記基準変数（６２）の第２の値を検出するように設計されており、前記補間装置（２３８）はさらに、検出された前記基準変数（６２）の前記第１の値と前記第２の値との間で前記基準変数（６２）のさらに別の値を補間するように設計されており、前記基準変数（６２）は、前記制御装置（２１６）の制御のために、補間された前記基準変数（６２）の前記さらに別の値に基づいて調整される、請求項６に記載の装置（２１０）。
【請求項８】
光ビーム（５０）を偏向するための方法であって、
偏向装置（１２；１１２）によって偏向された光ビーム（５０）を用いて周期的な動作で立体角領域（１１５）を走査するための制御信号（６０）を用いて前記偏向装置（１２；１１２）を制御するステップ（Ｓ０２）と、
検出器装置（１８；１１８）への走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するステップ（Ｓ０３）と、
前記検出ステップ（Ｓ０３）の結果に基づいて測定信号（６１）を生成するステップ（Ｓ０４）と、
前記測定信号（６１）に基づいて前記制御信号（６０）を調整するステップ（Ｓ０５）と、
を含む、方法。
【請求項９】
前記検出器装置（１１８）により、順次連続する複数の測定時点において、前記検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射欠落が検出される場合には常に、前記偏向装置（１１２）の周期的な動作の振幅が増加させられ、前記検出器装置（１１８）により、順次連続する複数の測定時点において、前記検出器装置（１１８）への走査光ビーム（５０）の入射が検出される場合には常に、前記偏向装置（１１２）の周期的な動作の振幅が低減させられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記偏向装置（１１２）を制御するステップ（Ｓ０２）は、外部の基準変数（６２）に依存して行われ、前記基準変数（６２）の第１の値は、前記第１の光検出器（１１５）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点で検出され、前記基準変数（６２）の第２の値は、前記第２の光検出器（１１７）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点で検出され、前記基準変数（６２）のさらに別の値は、前記検出された基準変数（６２）の前記第１の値と前記第２の値との間で補間され、当該補間された前記基準変数（６２）のさらに別の値に基づいて前記基準変数（６２）が調整される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを偏向するための装置及び方法に関し、特にマイクロミラーを用いたレーザビームの制御された偏向のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
レーザスキャナは、例えば、画像投影、投光器又は車両周辺環境の走査など、様々な用途に用いられる。レーザスキャナとは、この場合、特にレーザビームが、偏向装置に向けられ、該偏向装置により制御信号に従って、反射されたレーザビームが関心のある立体角領域、例えばスクリーンを走査するように制御される装置を意味するものと理解されたい。走査とは、立体角領域又はスクリーンを、例えばジグザグパターンで横断するような移動を意味するものと理解されたい。この場合、所望の走査密度は、その都度の用途に依存し得る。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１０／０７９８３６号明細書（ＵＳ２０１０／０７９８３６Ａ１）には、以下において図７に基づいてより詳細に説明するようなレーザスキャナが例示的に記載されている。図７は、通常のレーザスキャナ１を示している。このレーザスキャナは、レーザビーム３を生成してそれを偏向装置４に向けるように設計された光源２を有している。偏向装置４に入射したレーザビーム３は、偏向されたレーザビーム５としてスクリーン６の方向に偏向され、この場合、偏向装置４は、スクリーン６を走査する制御装置７によって制御される。
【０００４】
この目的のために、偏向装置４は、第１の回転軸（これは高速回転軸とも称され得る）周りで回転し、それによって、スクリーン６は、水平方向で左方から右方へ、そして再び戻されるように周期的に通過される。さらに偏向装置４は、第２の回転軸（これは低速回転軸とも称され得る）周りで回転し、それによって、レーザビーム５は周期的にスクリーン６を上方から下方へ、そして再び戻されるように通過する。第１及び第２の回転軸周りの動作、即ち、低速及び高速回転軸周りの動作を重畳させると、図７中のスクリーン６に示されているジグザグパターンが生じる。制御装置７は、偏向装置４の各位置を示す位置信号８を受信し、それに基づいて偏向装置４を制御するための制御信号９を調整する。偏向装置４の実際の位置を検出するための通常の方法は、例えば、静電的、圧電抵抗的又は電磁的原理に従って機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０７９８３６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の開示
本発明は、請求項１の特徴を有する装置、及び、請求項８の特徴を有する方法を開示する。
【０００７】
それによって、光ビームを偏向するための装置が提供され、この装置は、制御可能な偏向装置と、当該偏向装置によって偏向された光ビームを用いて周期的な動作で立体角領域又は対象を走査するように偏向装置を制御する制御信号を生成するように設計された制御装置と、検出器装置への走査光ビームの入射又は入射欠落を、特に周期的に検出し、それに基づいて測定信号を生成するように設計された検出器装置とを備え、制御装置はさらに、制御信号を少なくとも測定信号に基づいて調整するように設計されている、装置が提供される。
【０００８】
偏向装置に入射する光ビームは、例えば当該装置の供給装置、例えば光源によって、あるいは外部で生成された光ビームを当該装置内へ分離させるための装置によって供給することができる。この光ビームは、特にレーザビームであってもよい。
【０００９】
偏向装置とは、特にマイクロミラーを意味するものと理解されたい。即ち、制御のために、つまり、光ビームの所期の偏向のために、ミラー表面を制御して変位させる相応のアクチュエータと協働する、マイクロメカニカルに制御可能なミラー表面を意味するものと理解されたい。立体角領域の走査は、例えばスクリーンの走査のために用いることができ、上述の従来技術及び図７に関連して説明したように行うことができる。特にこの走査は、例えばマイクロミラーの高速回転軸に係る水平方向の高速な動作と、例えばマイクロミラーの低速回転軸に係る水平方向の運動である低速な動作とを含み得る。これらの動作は、相互に重畳されており、高速な動作は、低速な動作よりも速い。周期的な動作とは、例えば、回転するマイクロミラーの場合のように常に同じ回転方向の連続的な動作も、例えば、共振動作するマイクロミラーの場合のように周期的な往復運動も、意味するものと理解されたい。偏向装置による光の偏向は、ミラー表面の変形によって全体的又は部分的に行うこともできる。
【００１０】
さらに、光ビームを偏向するための方法が提供され、この方法は、偏向装置によって偏向された光ビームを用いて周期的な動作で立体角領域又は対象を走査するための制御信号を用いて偏向装置を制御するステップと、検出器装置への走査光ビームの入射又は入射欠落を検出する、特に周期的に検出するステップと、検出ステップの結果に基づいて測定信号を生成するステップと、測定信号に基づいて制御信号を調整するステップと、を含んでいる。
【００１１】
本発明の利点
本発明は、光ビームを偏向するための装置及び方法を提供するものであり、ここでは、偏向装置の実際の位置即ち配向を決定するための従来の位置センサシステムの使用を省くことができる。
【００１２】
特に、走査光ビームの入射又は入射欠落を示す測定信号は１ビットで形成され、ここでは、例えば、１の論理値は光ビームの入射を示し、０の論理値は光ビームの入射欠落を示す。これにより、光の偏向を制御するための必要なデータ量を、特に、例えば１０ビット以上の位置情報を有する従来の位置センサシステムと比較して低減することができる。それにもかかわらず、検出器装置、特に当該検出器装置の複数の光検出器の既知の構成及び固定位置に基づき、１ビット信号によって偏向装置の正確な位置に結び付けることができる。
【００１３】
それにより、本発明は、例えばレーザスキャナにおいて、検出及び評価のために必要とされる回路コストを低減する。その他にも、従来の位置センサシステムのコストのかかる熱較正を回避することができる。さらに、例えば偏向装置は、自身の経年劣化作用を、従来の位置センサシステムの経年劣化作用によってさらに悪化させることなく、より正確に検出して補償することができる。例示的な経年劣化作用には、オフセットにおけるドリフトや感度の低下が含まれる。さらに、光ビームの入射によって連続的に加熱される偏向装置から検出器装置を空間的に分離させることによって、熱に起因するオフセットや熱に起因する感度誤差が低減させられる。
【００１４】
本発明は、光を偏向するための装置及び方法の可用性及び信頼性を高める。検出器装置を用いた新規で暗黙的な位置検出により、従来の位置センサシステムと比較して高い独立性が得られる。これは、例えば、従来の位置センサシステムと組み合わせることが可能であり、このことは、高い冗長性及び／又は妥当性を可能にする。
【００１５】
好ましい実施形態及び発展形態は、従属請求項、及び、図面を参照した説明から明らかになる。
【００１６】
好ましい発展形態によれば、検出器装置、立体角領域の走査の高速回転軸周りの周期的な動作の各周期において、少なくとも一回、好ましくは少なくとも二回、特に正確に二回、検出器装置への走査光ビームの入射又は入射欠落を検出するように、設計されている。それによって、必要なデータ量をわずかに抑制することができ、同時に偏向装置の周期的な動作の正確な検出を行うことができる。なぜならば、走査の高速回転軸周りの動作が、走査の低速回転軸周りの周期的な動作よりも速く行われるので、低速回転軸周りの周期的な動作の１つの周期は、高速回転軸周りの周期的な動作の複数の周期を含むからである。それによって、特に高速回転軸に関連して光ビームを偏向するための偏向装置が、低速回転軸に関連して光ビームを偏向するための偏向装置と同一であるか又は固定の運動関係で結合されている場合には、低速回転軸周りの周期的な動作の周期も正確に検出することができる。
【００１７】
さらに別の好ましい発展形態によれば、検出器装置は、第１の光検出器及び第２の光検出器を有し、これらの光検出器は、立体角領域の走査の高速回転軸周りの周期的な動作の各周期において、それぞれ一回、第１及び第２の光検出器への走査光ビームの入射又は入射欠落を検出するように設計されている。上述したように、この検出は、単一のビットを有する測定信号の生成に帰着し得る。光検出器とは、当該光検出器に入射する光を検出することができる状態にある装置を意味するものと解されてもよい。光検出器は、例えば光学的検出器、例えばフォトダイオードであってもよい。代替的に、光検出器は、光ビームが光検出器に入射する際の他の物理的作用、例えば加熱に基づくこともできる。また、２つ以上の光検出器を使用することも可能であり、それらは、例えば１つ以上の列に配置されていてもよい。それにより、複数の測定点と、これによってより改善された制御のロバスト性とを達成することができる。
【００１８】
さらに、別の好ましい発展形態によれば、偏向装置は、共振動作用に設計されており、従って、共振動作する。測定信号に基づいて調整される制御信号は、周期的な動作の振幅、特に走査の高速回転軸周りの周期的な動作の振幅が、偏向装置による、特に偏向装置のアクチュエータによる測定信号に基づいて、増加させられ又は低減させられるように、供給される。
【００１９】
さらに、別の好ましい発展形態によれば、制御装置は、調整される制御信号を用いて、特に規則的に順次連続する複数の測定時点における周期的な動作、特に高速回転軸周りの周期的な動作の振幅がそれぞれ増加させられ又は低減させられるように設計されており、検出器装置によって、当該検出器装置への走査光ビームの入射欠落が検出される場合には、振幅がそれぞれ増加させられ、検出器装置によって、当該検出器装置への光ビームの入射欠落が検出される場合には、振幅がそれぞれ低減させられる。これにより、偏向装置の振幅が特に正確に制御可能である。
【００２０】
さらに、好ましい発展形態によれば、偏向装置は、準静動作用に設計されており、従って、準静動作する。検出器装置は、例えば上述したように、第１の光検出器及び第２の光検出器を有することができる。第１の光検出器は、立体角領域の走査の高速回転軸周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、偏向装置の正の最大変位に対応する箇所における走査光ビームの入射又は入射欠落を検出するように設計されている。第２の光検出器は、立体角領域の走査の高速回転軸周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、偏向装置の負の最大変位に対応する箇所における走査光ビームの入射又は入射欠落を検出するように設計されている。第１及び第２の光検出器は、この目的のために、好ましくは、それぞれ走査の高速回転軸周りの周期的な動作の反転点に配置されてもよいし、あるいは、それぞれの反転点の近傍に配置されてもよい。
【００２１】
さらに、好ましい発展形態によれば、制御装置は、外部の基準変数によって制御信号を生成するように、制御可能である。装置は、補間装置を有することができ、この補間装置は、第１の光検出器への走査光ビームの入射時点において基準変数の第１の値を検出し、かつ、第２の光検出器への走査光ビームの入射時点において基準変数の第２の値を検出するように、設計されている。この補間装置は、さらに、基準変数の検出された第１の値と第２の値との間で、基準変数のさらに別の値を補間するように、設計されている。基準変数は、制御装置の制御のために、基準変数の補間されたさらに別の値に基づいて調整される。
【００２２】
本発明に係る方法の好ましい発展形態によれば、検出器装置によって、特に規則的に順次連続する複数の測定時点において、検出器装置への走査光ビームの入射欠落が検出される場合には常に、偏向装置の周期的な動作、特に高速回転軸周りの周期的な動作の振幅が増加させられる。さらに、検出器装置によって、特に規則的に順次連続する複数の測定時点において、検出器装置への走査光ビームの入射が検出される場合には常に、偏向装置の周期的な動作の振幅が低減させられる。これにより、偏向装置の、特に偏向装置のマイクロミラーの、制御信号及び振幅の好ましいトグリングが、特に小さな時定数によって生成可能となる。このトグリングは、「ディザリング」又は「ジッタリング」とも称され、信号値の上下の飛び越し又は切り替えを表し得る。振幅の正確な情報は、例えば、正確な零交差の計算を可能にする。零交差は、例えば、画像投影、レーザドライバ、位相同期ループ用の上位又は下位システムの装置との同期やエネルギー供給時点のためにしばしば使用される。
【００２３】
前述の説明及び以下の説明において、高速回転軸周りの周期的な動作が言及される箇所では、常に次のことを理解されたい。即ち、それぞれ想定される変更又は発展形態において、付加的又は代替的に、低速回転軸周りの周期的な動作も適用され得ることを理解されたい。
【００２４】
さらに、別の好ましい発展形態によれば、本発明に係る方法においては、偏向装置を制御するステップは、外部の基準変数に依存して行われ、この場合、基準変数の第１の値は、第１の光検出器への走査光ビームの入射時点で検出され、基準変数の第２の値は、第２の光検出器への走査光ビームの入射時点で検出される。基準変数のさらに別の値は、検出された基準変数の第１の値と第２の値との間で補間され、この補間された基準変数のさらに別の値に基づいて基準変数は調整される。
【００２５】
以下では、本発明を、概略的な図面描写において示される実施例に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による光ビームを偏向するための装置を説明するための概略図。
【図２】本発明の別の実施形態による光ビームを偏向するための装置を説明するための概略図。
【図３】図２による装置の概略的ブロック回路図。
【図４】図２及び図３による装置の機能性を説明するための概略的グラフ。
【図５】本発明のまたさらに別の実施形態による光ビームを偏向するための装置の概略的ブロック回路図。
【図６】本発明のまたさらに別の実施形態による光ビームを偏向するための方法を説明するための概略的フローチャート。
【図７】従来のレーザスキャナの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
すべての図面において、同一、又は、機能的に同等の要素及び装置には、別途記載がない限り、同一の参照符号が付されている。方法ステップに振られた番号は、明瞭化のために用いられ、特に、別途記載がない限り、特定の時間順序を示唆するものではない。特に、複数の方法ステップは、同時に実施することも可能である。
【００２８】
実施例の説明
図１は、本発明の実施形態による光ビーム５０を偏向するための装置１０を説明するための概略図である。
【００２９】
この装置１０は、制御可能な偏向装置１２を備えており、この偏向装置１２は、供給された光ビーム５０、特にレーザビームを、所望の空間方向又は所望の立体角に偏向するために、制御信号６０によって、特に共振動作又は準静動作する。この目的のために、この装置１０は、供給装置１４を備えており、この供給装置１４は、光ビーム５０を供給し、かつ、制御可能な偏向装置１２に向けるように設計されている。この供給装置１４は、例えば、光源又は外部で生成された光ビーム５０、特にレーザビームを、装置１０内へ分離させるための装置である。この目的のために、供給装置１４は、例えば複数の光学素子、例えば、レンズ、絞り、グラスファイバーケーブルなどを含むことができる。代替的に、本発明に係る装置１０の外部光源に対する配置構成によって、外部で生成された光ビームを光ビーム５０として偏向装置１２に向けることも可能である。
【００３０】
供給された光ビーム５０は、偏向装置１２に入射し、この偏向装置１２から実際の位置に従って、即ち、偏向装置１２の配向に従って偏向される。装置１０は、検出器装置１８への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落を、特に周期的に検出し、それに基づいて測定信号６１を生成するように設計された検出器装置１８をさらに含んでいる。この装置の制御装置１６は、少なくとも測定信号６１に基づいて制御信号６０を調整させるように設計されている。特にこの調整は、偏向装置１２又は偏向された光ビーム５０の過度に大きな振幅又は過度に小さな振幅を補償するために行われる。
【００３１】
図２は、本発明のさらに別の実施形態による光ビーム５０を偏向させるための装置１１０を説明するための概略図である。この装置１１０のさらなる説明については、当該装置１１０の概略的ブロック回路図を示す図３も参照される。
【００３２】
装置１１０は、回転軸１１１周りで回転可能なマイクロミラー１２２を含む制御可能な偏向装置１１２を備える。マイクロミラー１２２を回転させるためのアクチュエータ装置は、詳細には図２に示されていない。マイクロミラー１２２は、例えばトーションスプリングに固定されていてもよい。図２においては、偏向装置１１２が例示的に角度αだけ変位されて示されている。装置１１０は、図１に関連して説明したように供給装置１４を備えることができ、又は、外部で生成された光ビーム５０、特にレーザビームを受光するように構成されていてもよい。供給された光ビーム５０は、偏向装置１１２に入射し、この偏向装置１１２によって、実際の変位角αに応じて偏向される。図２においては、さらに開口部１１９を有する任意の絞り１１３が示されており、偏向装置１１２によって偏向された光ビーム５０は、走査すべき立体角領域１１５又は物体に到達するためには、この開口部１１９を通過しなければならない。
【００３３】
偏向装置１１２の回転軸１１１は、図２及び本明細書で例示的に説明する実施例においては、マイクロミラー１２２の単一回転軸又は高速回転軸である。この高速回転軸により、例えば光ビーム５０の水平方向の偏向を達成することができる。垂直方向の偏向、一般には、高速回転軸に従った偏向方向に対して垂直方向の偏向は、例えば、さらに別の（図示しない）制御可能な偏向装置によって達成することができる。装置１１０は、マイクロミラー１２２の位置を検出するために、従来技術による付加的な位置センサ１２３を任意に有することができる。この位置センサ１２３は、例えば、測定信号６１の妥当性検査のために使用することができ又は使用される位置信号を生成する。
【００３４】
図２においては、絞り１１３の開口部１１９の左端に第１の光検出器１１５、例えばフォトダイオードが形成されて配置され、当該開口部１１９の右端に第２の光検出器１１７が例えばフォトダイオードとして形成されて配置されている。一般に、第１及び第２の光検出器１１５，１１７は、互いに平行に、特に、高速回転軸１１１周りの周期的な動作に従って偏向された光ビーム５０の２つの反転点又は反転領域のうちの各々に隣接して配置されていてもよい。第１及び第２の光検出器１１５，１１７は、例えば矩形状又は好ましくはストライプ状に形成されてもよく、この場合は各ストライプの長手方向軸が、高速回転軸１１１に対して平行に、従って、高速回転軸１１１周りの動作方向に対して垂直に配置される。それにより、これらの光検出器１１５，１１７は、光ビームが、高速回転軸１１１に対して垂直な低速回転軸周りで付加的に回転又は傾動される場合にも光ビーム５０を検出するように設計される。第１及び第２の光検出器１１５，１１７は、共に１つの検出器装置１１８を形成し、それによって、この検出器装置１１８は、図３に概略的に示されているように、当該検出器装置１１８への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落を周期的に検出し、それに基づいて測定信号６１を生成するように設計されている。
【００３５】
図３は、装置１１０の概略的ブロック回路図を示している。図３においては、この装置１１０が制御装置１１６を備えることが示されており、この制御装置１１６は、偏向装置１１２によって偏向された光ビーム５０を用いて周期的な動作で立体角領域１１５又は物体を走査するように偏向装置１１２を制御する制御信号６０を生成するように設計されている。この目的のために、制御信号６０、例えば電圧は、マイクロミラー１２２を回転軸１１１周りで回転させるように設計された、偏向装置１１２のアクチュエータ装置に伝送することができる。制御装置１１６は、外部の基準変数６２を受信するように設計されており、この外部の基準変数６２は、生成された測定信号６１に基づいて修正、例えば低減させられ、それによって修正された基準変数６３が生成される。好ましくはこの測定信号は、装置１１０の前処理装置１３８を用いて編集即ち処理され、それによって、測定信号６１に基づいて処理された測定信号６６が生成され、この処理された測定信号６６に基づいて外部の基準変数６３が修正される。処理された測定信号６６のそれぞれの実際の値は、例えば、修正された基準変数６３の実際の値をそれぞれ生成するために、基準変数６２のそれぞれの実際の値から間接的又は直接的に減算することが可能である。
【００３６】
制御装置１１６は、修正された基準変数６３を受信し、それに基づいて制御信号６４を制御装置１１６の駆動装置１３６に伝送する制御装置１２６を含むことができる。これにより、制御信号６４に基づく制御信号６０の出力を駆動装置１３６に引き起こさせる。図３に概略的に示されているように、例えば、制御装置１１６、制御装置１２６及び駆動装置１３６は、装置１１０の特定用途向け集積回路１４０（英語：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ，ＡＳＩＣ）において実現されていてもよい。偏向装置１１２及び検出器装置１１８は、装置１１０の微小電気機械システム１４０（ＭＥＭＳ）の一部として構成されていてもよい。
【００３７】
第１及び第２の光検出器１１５，１１７は、１ビットを含んだそれぞれ１つの測定信号６１又は共通の測定信号６１を出力する。論理０は、各光検出器１１５，１１７への光ビームの入射が検出されなかったことを意味する。論理１は、対応する光検出器１１５，１１７への光ビーム５０の入射が検出されたことを意味する。入射及び非入射の検出は、例えば、図４に概略的に示され以下で説明するような、複数の、特に規則的に順次連続する測定時点のうちのそれぞれ１つにおいて行われる。
【００３８】
装置１１０の偏向装置１１２は、共振動作する。図２に基づいて具体的に示したように、高速回転軸１１１周りの周期的な動作の各周期において、それぞれ一回、光ビーム５０の検出又は非検出が光検出器１１５，１１７の各々によって検査される。順次連続する測定時点の各々において、制御装置１１６により、高速回転軸１１１周りの周期的な動作の振幅を増加させるべきか又は低減させるべきかが決定される。複数の測定時点のうちの１つにおいて、検出器装置１１８への、即ち、第１及び第２の光検出器１１５，１１７への光ビーム５０の入射欠落が検出される場合には常に、振幅がそれぞれ増加させられる。複数の測定時点のうちの１つにおいて、検出器装置１１８への、特に第１及び第２の光検出器１１５，１１７への走査光ビーム５０の入射が検出される場合には常に、振幅が低減させられる。この周期的な動作の振幅の増加又は低減は、特に制御信号６０の振幅の増加又は低減によって行うことができる。
【００３９】
図４は、装置１１０の機能性を説明するための概略的なグラフを示す。横軸９３は時間を示し、縦軸９４は振幅を示している。例えば正弦波状に形成されている制御信号６０の振幅は、第１の値９１と、該第１の値９１よりも小さい第２の値９２との間で、上下に切り替わっている。１つの測定時点において、検出器装置１１８への光ビーム５０の入射が検出される場合には常に、制御信号６０の振幅は、第２の値９２に設定される。１つの測定時点において、検出器装置１１８への光ビーム５０の入射欠落が検出される場合には常に、制御信号６０の振幅は、第１の値９１に設定される。それに応じて、偏向装置１１２の、即ち、マイクロミラー１２２の変位の振幅９６が増加させられ又は低減させられる。代替的に、制御信号６０の振幅は、複数の段階を有していてもよいし、連続的に増加可能でありかつ低減可能であるものとしてもよい。振幅９６の増加及び低減は、図４には例示的にのみ示されている。制御信号６０の振幅がそれぞれ第１の値９１にどのくらい長く留まるかについての第１の持続時間は、制御信号６０の振幅がそれぞれ第２の値９２にどのくらい長く留まるかについての第２の持続時間と異なったものとすることができる。例えば、第２の持続時間は、第１の持続時間より６倍以上長くてもよく、例えば９倍長くてもよい。
【００４０】
順次連続する複数の測定時点は、例えば、検出器装置１１８への光ビームの入射又は非入射の検出が、装置１１０の実際の動作中又は理想的な動作中に光ビーム５０が高速回転軸１１１周りの周期的な動作に従って、正確に第１又は第２の光検出器１１５，１１７へ入射する場合には、それぞれ規則的に行われるように選択される。代替的に、又は、それに伴い等価的に、複数の測定時点は、装置１１０の実際の動作中又は理想的な動作中に、高速回転軸１１１に従った動作のもとで光ビーム５０の反転と常に一致するように選択されていてもよい。
【００４１】
好ましくは、装置１１０において、制御信号６０のトグリングは、検出器装置１１８による走査レーザビーム５０の検出及び非検出の切り替えに基づく振幅の増加及び低減の恒久的な切り替えによって引き起こされる。このトグリングは、好ましくは偏向装置１１２の時定数よりも著しく小さな時定数を有する。それにより、特に正確に調整可能な振幅が達成され、この振幅は、検出と非検出との間のトグリングを速く行えば行うほど正確になる。それに関しては、測定信号６１を制御装置１１６にフィードバックする際の特に少ない無駄時間、及び、制御装置１１６の高い帯域幅が有利である。
【００４２】
共振動作する通常のマイクロミラーシステムは、約０．１秒の振幅変化の時定数を有する高品質なシステムである。同様にこれらは、ｋＨｚ領域の明らかにより高い共振周波数、例えば２０ｋＨｚの共振周波数を有する。それによってさらに、既に上述したように、有利なトグリングが生じ、これは検出及び非検出の恒久的な切り替えによって引き起こされる。
【００４３】
図５は、本発明のまたさらに別の実施形態による光ビーム５０を偏向させるための装置２１０の概略的ブロック回路図を示す。この装置２１０は、装置１１０の変形例であり、この装置２１０は、特に、装置１１０のＡＳＩＣ１３０に代わる、装置２１０のＡＳＩＣ２３０の設計が装置１１０と異なっており、より正確にいえば、装置２１０の制御装置２１６の設計とともにＭＥＭＳ１４０の信号の評価が異なっており、それ以外は、装置１１０と同様であり得る。さらに、装置２１０の偏向装置１１２は、準静動作される。
【００４４】
装置２１０の第１の光検出器１１５は、立体角領域又は物体１１５の走査の高速回転軸１１１周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、偏向装置１１２の正の最大変位に対応する箇所への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落を検出するように設計されている。装置２１０の第２の光検出器１１７は、立体角領域の走査の高速回転軸周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、偏向装置１１２の負の最大変位に対応する箇所への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落を検出するように設計されている。第１及び第２の光検出器１１５，１１７は、それぞれ、走査の高速回転軸１１１周りの周期的な動作の反転点又は反転領域に配置されるか、あるいは、各反転点又は反転領域の近傍に配置される。
【００４５】
装置２１０の制御装置２１６は、補間装置２３８を有しており、この補間装置２３８は、第１の光検出器１１５への走査光ビーム５０の入射時点において基準変数６２の第１の値を検出し、かつ、第２の光検出器１１７への走査光ビーム５０の入射時点において基準変数６２の第２の値を検出するように設計されている。この補間装置２３８はさらに、検出された基準変数６２の第１の値と第２の値との間で基準変数６２のさらに別の値を、特に、第１又は第２の光検出器１１５，１１７への入射時点に関連して補間し、かつ、補間信号６５に供給するように設計されている。基準変数６２は、制御装置２１６により、補間信号６５に基づいて調整され、特に再較正される。
【００４６】
図６は、本発明のまたさらに別の実施形態による光ビームを偏向するための方法を説明するための概略的なフローチャートである。図６による方法は、本発明に係る装置、特に装置１０；１１０；２１０のうちの１つを用いて実施可能であり、さらに、本発明に係る装置に関連して説明したすべての発展形態及び変化形態に応じて適合化可能であり、その逆も可能である。
【００４７】
ステップＳ０２においては、偏向装置１２；２１２が、当該偏向装置１２；２１２によって偏向された光ビーム５０を用いて周期的な動作で立体角領域１１５を走査するための制御信号６０を用いて制御される。任意のステップＳ０１においては、この目的のために使用される光ビーム５０が、供給装置１４によって供給され、特に生成され得る。ステップＳ０３においては、特に周期的に、検出器装置１８；１１８への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落が検出される。ステップＳ０４においては、検出ステップＳ０３の結果に基づいて測定信号６１が生成される。
【００４８】
ステップＳ０５においては、制御信号６０が、測定信号６１に基づいて調整される。例えば、装置１１０に関連して説明したように、測定信号６１は、１ビットを有し、特に、検出器装置１８；１１８への光ビーム５０の入射又は非入射をそれぞれ示す１ビットから成り、そこでは、次のことが可能である。即ち、測定信号６１が論理０を表すときは常に偏向装置１２；２１２の振幅が増加させられ、測定信号６１が論理１を表すときは常に偏向装置１２；２１２の振幅が低減させられることである。代替的に、装置２１０に関連して説明したように、基準変数６２の値を、例えば、装置２１０の補間装置２３８を用いて補間して、基準変数６２の補償された調整のために使用することも可能である。
【００４９】
上記においては、有利な実施例に基づいて本発明についての説明をしたが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、多様な形態に修正することが可能である。特に、本発明の基本から逸脱することなく、本発明は、多くの態様で変更又は修正することができる。
【図１】
2018536195.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月19日(2018.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーム（５０）を偏向するための装置（１０；１１０；２１０）であって、
制御可能な偏向装置（１２；１１２）と、
前記偏向装置（１２；１１２）によって偏向された光ビーム（５０）を用いて周期的な動作で立体角領域（１１４）を走査するように前記偏向装置（１２；１１２）を制御する制御信号（６０）を生成するように設計された制御装置（１６；１１６；２１６）と、
検出器装置（１８；１１８）への走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出し、それに基づいて測定信号（６１）を生成するように設計された検出器装置（１８；１１８）と、
を備え、
前記制御装置（１６；１１６；２１６）はさらに、前記制御信号（６０）を、少なくとも前記測定信号（６１）に基づいて調整するように設計されている、装置（１０；１１０；２１０）。
【請求項２】
前記検出器装置（１１８）は、前記立体角領域（１１４）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、少なくとも一回、前記検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されている、請求項１に記載の装置（１１０；２１０）。
【請求項３】
前記検出器装置（１１８）は、第１の光検出器（１１５）及び第２の光検出器（１１７）を有し、前記第１の光検出器（１１５）及び前記第２の光検出器（１１７）は、前記立体角領域（１１４）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、それぞれ一回、前記第１の光検出器（１１５）及び前記第２の光検出器（１１７）への前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されている、請求項２に記載の装置（１１０；２１０）
【請求項４】
前記偏向装置（１１２）は、共振動作用に設計されており、前記測定信号（６１）に基づいて調整される前記制御信号（６０）は、周期的な動作の振幅が前記測定信号（６１）に基づいて増加又は低減させられるように供給される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御装置（１１６）は、前記調整される制御信号（６０）を用いて、順次連続する複数の測定時点における周期的な動作の振幅がそれぞれ増加又は低減させられるように設計されており、
前記検出器装置（１１８）により、当該検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射欠落が検出される場合には、前記振幅がそれぞれ増加させられ、
前記検出器装置（１１８）により、当該検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射が検出される場合には、前記振幅がそれぞれ低減させられる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記偏向装置（１１２）は、共振動作モード用に設計されており、前記検出器装置（１１８）は、第１の光検出器（１１５）及び第２の光検出器（１１７）を有し、前記第１の光検出器（１１５）は、前記立体角領域（１１４）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、前記偏向装置（１１２）の正の最大変位に対応する箇所において、前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されており、前記第２の光検出器（１１７）は、前記立体角領域（１１４）の前記走査の高速回転軸（１１１）周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、前記偏向装置（１１２）の負の最大変位に対応する箇所における前記走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するように設計されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置（２１０）。
【請求項７】
前記制御信号（６０）を生成するための前記制御装置（２１６）は、外部の基準変数（６２）によって制御可能であり、前記装置（２１０）は、補間装置（２３８）を有しており、前記補間装置（２３８）は、前記第１の光検出器（１１５）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点において前記基準変数（６２）の第１の値を検出し、かつ、前記第２の光検出器（１１７）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点において前記基準変数（６２）の第２の値を検出するように設計されており、前記補間装置（２３８）はさらに、検出された前記基準変数（６２）の前記第１の値と前記第２の値との間で前記基準変数（６２）のさらに別の値を補間するように設計されており、前記基準変数（６２）は、前記制御装置（２１６）の制御のために、補間された前記基準変数（６２）の前記さらに別の値に基づいて調整される、請求項６に記載の装置（２１０）。
【請求項８】
光ビーム（５０）を偏向するための方法であって、
偏向装置（１２；１１２）によって偏向された光ビーム（５０）を用いて周期的な動作で立体角領域（１１４）を走査するための制御信号（６０）を用いて前記偏向装置（１２；１１２）を制御するステップ（Ｓ０２）と、
検出器装置（１８；１１８）への走査光ビーム（５０）の入射又は入射欠落を検出するステップ（Ｓ０３）と、
前記検出ステップ（Ｓ０３）の結果に基づいて測定信号（６１）を生成するステップ（Ｓ０４）と、
前記測定信号（６１）に基づいて前記制御信号（６０）を調整するステップ（Ｓ０５）と、
を含む、方法。
【請求項９】
前記検出器装置（１１８）により、順次連続する複数の測定時点において、前記検出器装置（１１８）への前記走査光ビーム（５０）の入射欠落が検出される場合には常に、前記偏向装置（１１２）の周期的な動作の振幅が増加させられ、前記検出器装置（１１８）により、順次連続する複数の測定時点において、前記検出器装置（１１８）への走査光ビーム（５０）の入射が検出される場合には常に、前記偏向装置（１１２）の周期的な動作の振幅が低減させられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記偏向装置（１１２）を制御するステップ（Ｓ０２）は、外部の基準変数（６２）に依存して行われ、前記基準変数（６２）の第１の値は、前記第１の光検出器（１１５）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点で検出され、前記基準変数（６２）の第２の値は、前記第２の光検出器（１１７）への前記走査光ビーム（５０）の入射時点で検出され、前記基準変数（６２）のさらに別の値は、前記検出された基準変数（６２）の前記第１の値と前記第２の値との間で補間され、当該補間された前記基準変数（６２）のさらに別の値に基づいて前記基準変数（６２）が調整される、請求項８に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
さらに、別の好ましい発展形態によれば、制御装置は、調整される制御信号を用いて、特に規則的に順次連続する複数の測定時点における周期的な動作、特に高速回転軸周りの周期的な動作の振幅がそれぞれ増加させられ又は低減させられるように設計されており、検出器装置によって、当該検出器装置への走査光ビームの入射欠落が検出される場合には、振幅がそれぞれ増加させられ、検出器装置によって、当該検出器装置への光ビームの入射が検出される場合には、振幅がそれぞれ低減させられる。これにより、偏向装置の振幅が特に正確に制御可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
装置１１０は、回転軸１１１周りで回転可能なマイクロミラー１２２を含む制御可能な偏向装置１１２を備える。マイクロミラー１２２を回転させるためのアクチュエータ装置は、詳細には図２に示されていない。マイクロミラー１２２は、例えばトーションスプリングに固定されていてもよい。図２においては、偏向装置１１２が例示的に角度αだけ変位されて示されている。装置１１０は、図１に関連して説明したように供給装置１４を備えることができ、又は、外部で生成された光ビーム５０、特にレーザビームを受光するように構成されていてもよい。供給された光ビーム５０は、偏向装置１１２に入射し、この偏向装置１１２によって、実際の変位角αに応じて偏向される。図２においては、さらに開口部１１９を有する任意の絞り１１３が示されており、偏向装置１１２によって偏向された光ビーム５０は、走査すべき立体角領域１１４又は物体に到達するためには、この開口部１１９を通過しなければならない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図３は、装置１１０の概略的ブロック回路図を示している。図３においては、この装置１１０が制御装置１１６を備えることが示されており、この制御装置１１６は、偏向装置１１２によって偏向された光ビーム５０を用いて周期的な動作で立体角領域１１４又は物体を走査するように偏向装置１１２を制御する制御信号６０を生成するように設計されている。この目的のために、制御信号６０、例えば電圧は、マイクロミラー１２２を回転軸１１１周りで回転させるように設計された、偏向装置１１２のアクチュエータ装置に伝送することができる。制御装置１１６は、外部の基準変数６２を受信するように設計されており、この外部の基準変数６２は、生成された測定信号６１に基づいて修正、例えば低減させられ、それによって修正された基準変数６３が生成される。好ましくはこの測定信号は、装置１１０の前処理装置１３８を用いて編集即ち処理され、それによって、測定信号６１に基づいて処理された測定信号６６が生成され、この処理された測定信号６６に基づいて外部の基準変数６３が修正される。処理された測定信号６６のそれぞれの実際の値は、例えば、修正された基準変数６３の実際の値をそれぞれ生成するために、基準変数６２のそれぞれの実際の値から間接的又は直接的に減算することが可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
制御装置１１６は、修正された基準変数６３を受信し、それに基づいて制御信号６４を制御装置１１６の駆動装置１３６に伝送する制御装置１２６を含むことができる。これにより、制御信号６４に基づく制御信号６０の出力を駆動装置１３６に引き起こさせる。図３に概略的に示されているように、例えば、制御装置１１６、制御装置１２６及び駆動装置１３６は、装置１１０の特定用途向け集積回路１３０（英語：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ，ＡＳＩＣ）において実現されていてもよい。偏向装置１１２及び検出器装置１１８は、装置１１０の微小電気機械システム１４０（ＭＥＭＳ）の一部として構成されていてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
装置２１０の第１の光検出器１１５は、立体角領域１１４又は物体の走査の高速回転軸１１１周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、偏向装置１１２の正の最大変位に対応する箇所への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落を検出するように設計されている。装置２１０の第２の光検出器１１７は、立体角領域の走査の高速回転軸周りの周期的な動作の各周期において、正確に一回、偏向装置１１２の負の最大変位に対応する箇所への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落を検出するように設計されている。第１及び第２の光検出器１１５，１１７は、それぞれ、走査の高速回転軸１１１周りの周期的な動作の反転点又は反転領域に配置されるか、あるいは、各反転点又は反転領域の近傍に配置される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ステップＳ０２においては、偏向装置１２；２１２が、当該偏向装置１２；２１２によって偏向された光ビーム５０を用いて周期的な動作で立体角領域１１４を走査するための制御信号６０を用いて制御される。任意のステップＳ０１においては、この目的のために使用される光ビーム５０が、供給装置１４によって供給され、特に生成され得る。ステップＳ０３においては、特に周期的に、検出器装置１８；１１８への走査光ビーム５０の入射又は入射欠落が検出される。ステップＳ０４においては、検出ステップＳ０３の結果に基づいて測定信号６１が生成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2018536195.tif 000010
【国際調査報告】
2018536195.tif 000011
2018536195.tif 000012
2018536195.tif 000013
2018536195.tif 000014