(57)【要約】      （修正有）【課題】反射板を水平方向および垂直方向に回転させて高精細且つ短周期の走査を行う光走査装置を提供する。【解決手段】水平方向および垂直方向に一定比率の速度で回転する反射板１８を設ける。正の整数ＭおよびＮによりこの一定比率ＲをＲ＝Ｍ／Ｎとし、ＭとＮとは１以外の公約数を持たないようにする。更にＭとＮとは整数倍±１となるようにする。或いは、Ｍ／ＮまたはＮ／Ｍが奇数となるようにする。【選択図】図１
2016133624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線受発光部または光線反射部である光学部を有し、
該光学部の水平方向の回転速度と垂直方向の回転速度が一定比となるように設けられている光走査装置において、
該光学部の水平方向の回転速度に対する垂直方向の回転速度の比率をＲとし、
該Ｒが正の整数ＮおよびＭによってＲ＝Ｍ／Ｎとなる場合、
ＭとＮは１以外の公約数を持たないことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置であって、
前記Ｍと前記Ｎが正の整数ＩおよびＪによって
Ｎ＝Ｉ±１
Ｍ＝Ｉ＊Ｊ
または、
Ｎ＝Ｉ＊Ｊ
Ｍ＝Ｉ±１
または、
Ｎ＝Ｉ
Ｍ＝Ｉ＊Ｊ±１
または、
Ｎ＝Ｉ＊Ｊ
Ｍ＝Ｉ±１
と定められることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項１記載の光走査装置であって、
前記Ｍと前記Ｎが正の整数ＩおよびＪによって
Ｎ＝２＊Ｉ
Ｍ＝２＊Ｉ＊Ｊ±１
または、
Ｎ＝２＊Ｉ＊Ｊ
Ｍ＝２＊Ｉ±１
と定められることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
光線受発光部または光線反射部である光学部を有し、
該光学部の水平方向の回転速度と垂直方向の回転速度が一定比となるように設けられている光走査装置において、
該光学部の水平方向の回転速度に対する垂直方向の回転速度の比率をＲとし、
該Ｒが正の整数ＮおよびＭによってＲ＝Ｍ／Ｎとなる場合、
前記Ｍと前記Ｎについて
Ｍ／Ｎ
または
Ｎ／Ｍ
が奇数であることを特徴とする光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
防犯用のエリアセンサーや自動車等の衝突警戒装置や建築土木用の三次元測距・測位などを用途とした光走査装置が幾つか提案されている。
例えば、特願２０１４−１１２７７４（特許文献１）のような技術が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２０１４−１１２７７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（走査線重複問題）
特許文献１の技術の要旨は、動力源となる軸回転を水平方向と垂直方向とに一定の回転比率で配分して反射板を回転させ、この反射板に走査する光線を照射し、反射板で反射した光線が水平および垂直の周方向に等角度間隔に走査するというものである。
しかしながら、反射板の水平方向と垂直方向の回転比率を適切に設定しないと光線の走査に重なりが生じてしまい高精細な走査が困難となってしまうという課題がある。特に、反射板として板ミラーを使用した場合には表面、裏面でも重複走査を生じる。
【０００５】
（走査周期問題）
また、一定の回転比率で水平方向と垂直方向を走査するので、反射板の回転は一定のパターンを繰り返し、結果として走査は周期的になる。この周期が長すぎると1周期の走査時間が必然的に長くなり、センサーやスキャナーとしての時間解像度が低下してしまうという課題もある。
【０００６】
（速度比Ｒ設定問題）
理想的には，速度比Ｒ（反射板の水平方向の回転速度に対する垂直方向の回転速度の比率）は自由な値に設定できるが、現実には様々な制約条件がある。たとえば、歯車を使用した場合には、走査装置のサイズから設定できるモジュールや歯数がある範囲に限定される。実際にはこの限定条件の範囲内で、走査線の密度と走査周期のバランスを最適化して効率の良い走査を実現することが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、水平方向および垂直方向の回転比率を適切に設定した光走査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光走査装置は、
「光線受発光部または光線反射部である光学部を有し、光学部の水平方向の回転速度と垂直方向の回転速度が一定比となるように設けられている光走査装置であり、
水平方向の回転速度に対する垂直方向の回転速度の比率をＲとし、Ｒが正の整数ＮおよびＭによってＲ＝Ｍ／Ｎとなる場合、ＭとＮは１以外の公約数を持たない」
ことを特徴としている。
この特徴により、水平方向の回転と垂直方向の回転に適切な比が設定され、走査線の密度と走査周期のバランスを最適化して効率の良い走査を実現することが可能となる。
【０００９】
加えて本発明の光走査装置は、
「ＭとＮが正の整数ＩおよびＪによって、
Ｎ＝Ｉ±１  Ｍ＝Ｉ＊Ｊ
または、
Ｎ＝Ｉ＊Ｊ  Ｍ＝Ｉ±１
または、
Ｎ＝Ｉ      Ｍ＝Ｉ＊Ｊ±１
または、
Ｎ＝Ｉ＊Ｊ  Ｍ＝Ｉ±１
と定められる」
ことを特徴としている。
この特徴により、水平方向の回転速度と垂直方向の回転速度が整数倍に近い値となるため扱いやすく走査線の密度と走査周期のバランスを最適化して効率の良い走査を実現することが可能となる。
【００１０】
更に本発明の光走査装置は、
「ＭとＮが正の整数ＩおよびＪによって、
Ｎ＝２＊Ｉ      Ｍ＝２＊Ｉ＊Ｊ±１
または、
Ｎ＝２＊Ｉ＊Ｊ  Ｍ＝２＊Ｉ±１
と定められる」
ことを特徴としている。
この特徴により、重複走査を避けることが可能となる。
【００１１】
また本発明の光走査装置は、
「光線受発光部または光線反射部である光学部を有し、光学部の水平方向の回転速度と垂直方向の回転速度が一定比となるように設けられている光走査装置であり、
水平方向の回転速度に対する垂直方向の回転速度の比率をＲとし、Ｒが正の整数ＮおよびＭによってＲ＝Ｍ／Ｎとなる場合、ＭとＮについて、Ｍ／Ｎ  または  Ｎ／Ｍ  が奇数である」
ことを特徴としている。
この特徴により、重複走査を避けることが実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により高精細・高速度での三次元光走査が実現可能となり、走査線重複問題・走査周期問題・速度比Ｒ設定問題が解決できる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光走査装置の構造を示す概観図である。
【図２】本発明の光走査装置の構造を示す断面図である。
【図３】実施例における［Ｍ＝１７，Ｎ＝２０］の場合の走査を示す図である。
【図４】実施例における［Ｍ＝１５，Ｎ＝２０］の場合の走査を示す図である。
【図５】実施例における［Ｍ＝１９，Ｎ＝２０］の場合の走査を示す図である。
【図６】実施例における［Ｍ＝２０，Ｎ＝１９］の場合の走査を示す図である。
【図７】実施例におけるＲ＝Ｍ／Ｎ＝４の場合の走査を示す図である。
【図８】実施例におけるＲ＝Ｍ／Ｎ＝５の場合の走査を示す図である。
【図９】実施例におけるＲ＝Ｍ／Ｎ＝６の場合の走査を示す図である。
【図１０】実施例におけるＲ＝Ｍ／Ｎ＝７の場合の走査を示す図である。
【００１５】
図１および図２に基づいて本発明の概要を説明する。
まず、電動機１２にて回転駆動力が生成される。この回転駆動力は電動機１２の回転軸である中空軸１４を回転させる。図では中空軸と電動機が一体で示されているが、中空軸は図示していない回転子とともに回転自在な状態で固定子に固定されている。この中空軸１４は回転部１９と一体になっており、回転駆動力が中空軸１４から回転部１９へ伝達される。回転部１９は図中に明示していないが、基台部１９ａ・柱部１９ｂ・梁部１９ｃ・軸１９ｄなどより構成される総体であり、全体が水平方向に回転可能となるように設けてある。
【００１６】
固定歯車１５は、土台１１や電動機１２の固定子と一体となるよう設けられており、回転しない。
回転部１９の土台部分である基台部１９ａの上には柱部１９ｂが垂設される。本発明では柱部１９ｂは２つあり、これら柱部１９ｂの上部を連結するよう梁部１９ｃを設けている。
【００１７】
回転歯車１７は、柱部１９ｂに水平に設けられた軸１９ｄによって軸支される。また、同じ軸１９ｄの柱部１９ｂを挟んで逆側には反射板１８が設けられる。この軸１９ｄによって反射板１８と回転歯車１７は連結され、軸１９ｄを中心に回転可能となっている。
固定歯車１５と回転歯車１７は傘歯車（ベベルギア）として噛み合っている。よって前述の中空軸１４から回転部１９に伝達された回転駆動力は、回転部１９の一部である回転歯車１７と電動機１２の固定子と固定されている固定歯車１５との傘歯車としての噛み合いの結果、回転部１９が水平方向に回転することで回転歯車１７も回転し、軸１９ｄで連結されている反射板１８も回転歯車１７と同速で回転することになる。
【００１８】
反射板１８の垂直方向の回転は、固定歯車１５と回転歯車１７の歯数に応じて変速される。
反射板１８を軸１９ｄにより片持ちで軸支する構造とすることにより、反射板１８に両面鏡を採用することも可能となる。本発明では両面鏡を採用している。
図中で明示していないが、中空軸１４の下方の軸線上に上方へ光線を照射する装置を設けることにより、反射板１８で光線が反射して光走査装置の周囲へ光線を走査することができる。
【００１９】
本発明では、上述のような機構構成を採用した場合には反射板１８の水平方向と垂直方向の回転が固定歯車１５と回転歯車１７の歯数によって決定される。すなわち、反射板１８は垂直方向と水平方向に傘歯車で設定した速度比を持って回転運動する。
固定歯車１５と回転歯車１７の歯数の選択について、以下の実施例で説明していく。
【実施例１】
【００２０】
上述の機構構成を採用した光走査装置において、固定歯車１５と回転歯車１７の歯数の比率に応じて回転部１９上の反射板１８は水平回転と垂直回転を同時に行う。
この比率をＲ、固定歯車１５の歯数をＮ、回転歯車１７の歯数をＭ、とした場合に、
Ｒ＝Ｍ／Ｎ
となるが、ＭとＮは１以外の公約数を持たないような数にする。
すなわち、ＭとＮは最大公約数が１となる数を選択するということであり、ＭまたはＮを「１以外の正の整数」の除数で割り切ることができる場合にＭとＮとでは共通する除数は無いということである。例えば［Ｍ＝１７，Ｎ＝２０］のような数である。
【００２１】
ＭとＮが互いに共通する剰余の無い「１以外の正の整数」の除数を持つような場合、例えば［Ｍ＝１５，Ｎ＝２０］であると、Ｒ＝Ｍ／Ｎであるので、実質的には［Ｍ＝３，Ｎ＝４］と同じになってしまう。
反射板１８の水平方向・垂直方向の全体を統合した回転の１周期は前述の比率Ｒの分母に影響される。例えば［Ｍ＝１７，Ｎ＝２０］の場合は、水平方向に２０回転する間に垂直方向に１７回転することを意味する。すなわち回転体１９の水平方向２０回転が反射板１８の水平垂直回転の１周期となる。ところが［Ｍ＝１５，Ｎ＝２０］であると、水平方向に４回転する間に垂直方向に３回転することとなるので、回転体１９の水平方向４回転が反射板１８の水平垂直回転の１周期となってしまう。速度比をギヤで設定した場合には、歯数Ｎ＝２０のギヤを用意した場合、Ｍ＝１７では歯数を有効に利用して走査の1周期を水平方向１７回、転垂直方向２０回転として、歯数に対し最高に詳細な走査線を得ることができるが、Ｍ＝１５では1周期が水平方向３回転、垂直方向４回転となって走査周期が短くなった分走査線の密度が低下してしまう。
【００２２】
このように、固定歯車１５と回転歯車１７の歯数に比較して、反射板１８の水平垂直回転周期がアンバランスに短いものとなってしまう歯数の組み合わせがあるため、ＭとＮは１以外の公約数を持たないような数にすると好適である。
【００２３】
中空軸１４の下方の軸線上に上方へ光線を照射する装置を設け、光走査装置の周囲に仮想的な透明球体を配置し、その内面を光線が走査する場合を前提として、図３と図４を説明する。これら２つの図は球体を上方から見たものである。
図３は、［Ｍ＝１７，Ｎ＝２０］の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図４は、［Ｍ＝１５，Ｎ＝２０］の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図３と図４は光線の走査の疎密に明らかな差があり、図３で示すような本実施例を適用したＭとＮの組み合わせが優れていることがわかる。
【実施例２】
【００２４】
実施例２では、実施例１の内容を更に限定したものについて説明する。
前述のＭとＮの関係について更に詳しく考える。
ＩおよびＪが正の整数であるとして、
Ｎ＝Ｉ
Ｍ＝Ｉ＊Ｊ±１
となる関係のＮとＭを採用すると更に良い。例えば［Ｍ＝１９，Ｎ＝２０］のような数である。
この条件の要旨は、ＭをＮの倍数より１ずらした値となるようにすることで、実施例１での条件である「ＭとＮは１以外の公約数を持たない」を実現するとともに回転数比を整数倍に近づけることができる。
なお、Ｎ・Ｍ・Ｉ・Ｊは、計算の上では適宜入れ替えても良い。
【実施例３】
【００２５】
実施例３では、実施例１の内容を別に限定したものについて説明する。
前述のＭとＮの関係について更に詳しく考える。
ＩおよびＪが正の整数であるとして、
Ｎ＝２＊Ｉ
Ｍ＝２＊Ｉ＊Ｊ±１
となる関係のＮとＭを採用するのも良い。例えば［Ｍ＝３７，Ｎ＝１８］のような数である。
この条件の要旨は、ＭをＮの倍数より１ずらした値となるようにする点では実施例２と同じであるが、Ｎを偶数とすることで、実施例１での条件である「ＭとＮは１以外の公約数を持たない」を実現したうえで、反射板１８の走査の重複を避けることができるということである。
なお、
Ｎ＝２＊Ｉ＊Ｊ
Ｍ＝２＊Ｉ±１
としてもよい。
【００２６】
実施例１と同様に、仮想的な透明球体を配置した場合の光線の走査について、図５と図６を説明する。これら２つの図も球体を上方から見たものである。
図５は、［Ｍ＝１９，Ｎ＝２０］の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図６は、［Ｍ＝２０，Ｎ＝１９］の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図５と図６は、ＭとＮの数を入れ替えたものであるが光線の走査の疎密に明らかな差がある。Ｎを偶数とする図５で示すような数を適用したＭとＮの組み合わせが優れていることがわかる。
【実施例４】
【００２７】
実施例４では、実施例１〜３とは異なる内容を説明する。
上述の機構構成を採用した光走査装置において、固定歯車１５と回転歯車１７の歯数の比率に応じて回転部１９上の反射板１８は水平回転と垂直回転を同時に行うが、この比率をＲ、固定歯車１５の歯数をＮ、回転歯車１７の歯数をＭ、とした場合に、
Ｒ＝Ｍ／Ｎ
となるが、Ｍ／ＮまたはＮ／Ｍが奇数となるような数にする。例えば［Ｍ＝３，Ｎ＝７５］のような数である。
Ｍ／ＮまたはＮ／Ｍが偶数のとき、走査線に重複が生じて、走査線密度が減少する。
【００２８】
実施例１・３と同様に、仮想的な透明球体を配置した場合の光線の走査について、図７〜図１０を説明する。これら各図も球体を上方から見たものである。
図７は、Ｒ＝Ｍ／Ｎ＝４の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図８は、Ｒ＝Ｍ／Ｎ＝５の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図９は、Ｒ＝Ｍ／Ｎ＝６の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図１０は、Ｒ＝Ｍ／Ｎ＝７の場合の光線の走査の様子を示したものである。
図７と図９においてＲは偶数であり、図８と図１０においてＲは奇数である。
Ｒが偶数の場合と奇数の場合とでは光線の走査の疎密に明らかな差がある。Ｒが偶数であると走査が重複してしまい光走査装置としては効率が悪いことが明白であり、Ｒが奇数となるようにすることが優れていることがわかる。
【００２９】
なお、ここまででは、本発明の光走査装置は反射板１８を水平方向・垂直方向に回転させ、この反射板１８に光線を照射することで光走査を行うことを説明してきた。
しかしながら、これに限定されることはなく、反射板１８を設ける位置に反射板１８にかわり受発光装置を設けても良い（図示せず）。この際、受発光装置としては、小型軽量なもので電源を内蔵するもの・スリップリングを介して給電されるもの・無線によって給電されるものなどが好適である。
【００３０】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
量産可能な光走査装置で光線の走査を行うことで高精細・短周期な光走査が実現でき、高い経済性と広い応用可能性を得られるなどの効果を有している。
【符号の説明】
【００３２】
１０    光走査装置
１１    土台
１２    電動機
１４    中空軸
１５    固定歯車
１７    回転歯車
１８    反射板
１９ａ  基台部
１９ｂ  柱部
１９ｃ  梁部
１９ｄ  軸
２０    光走査装置（断面図）
【図１】
2016133624.tif 000003
【図２】
2016133624.tif 000004
【図３】
2016133624.tif 000005
【図４】
2016133624.tif 000006
【図５】
2016133624.tif 000007
【図６】
2016133624.tif 000008
【図７】
2016133624.tif 000009
【図８】
2016133624.tif 000010
【図９】
2016133624.tif 000011
【図１０】
2016133624.tif 000012