特許 6365075 レーザ走査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6365075

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】レーザ走査装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-156251(P2014-156251)

(22)【出願日】2014年7月31日

(65)【公開番号】特開2016-33586(P2016-33586A)

(43)【公開日】2016年3月10日

【審査請求日】2017年7月7日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人科学技術振興機構 研究成果展開事業 センター・オブ・イノベーションプログラム『活力ある生涯のためのＬａｓｔ ５Ｘ イノベーション』委託研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000201113

【氏名又は名称】船井電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100148460

【弁理士】

【氏名又は名称】小俣 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100168125

【弁理士】

【氏名又は名称】三藤 誠司

(72)【発明者】

【氏名】堀邊 隆介

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸野 真吾

(72)【発明者】

【氏名】村山 学

(72)【発明者】

【氏名】増田 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】平井 智久

(72)【発明者】

【氏名】虫本 篤史

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０５３９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３１３８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２９２０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２８４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７１４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００２４７０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１２７４０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｇ０１Ｓ ７／４８ − ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ − １７／９５

Ｇ０９Ｇ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーに駆動信号を印加することで、前記走査ミラーを駆動する駆動部と、
前記走査ミラーにより走査されたレーザ光が走査する領域に配置され、前記レーザ光を検出した際に検知信号を生成するフォトセンサと、
前記走査ミラーの前記走査の繰り返し周波数に位相同期し、かつ、前記繰り返し周波数より周波数が高いクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記クロック信号を用いて、前記検知信号の生成間隔を計数する計数部と、
前記計数部で計数された計数値が予め定められた目標値に近づくように前記駆動部を制御する制御部とを備える
レーザ走査装置。

【請求項2】

前記レーザ走査装置は、さらに、
前記検知信号が生成されるごとに論理値が反転する検出パルス信号を生成する信号生成部を備え、
前記クロック生成部は、前記検出パルス信号に位相同期し、かつ、前記検出パルス信号より高周波な前記クロック信号を生成し、
前記計数部は、前記クロック信号を用いて、前記検出パルス信号のパルス幅を計数することで前記生成間隔を計数する
請求項１記載のレーザ走査装置。

【請求項3】

前記信号生成部は、前記走査の１周期の一部の期間である有効期間のみにおいて前記検知信号が生成されるごとに前記論理値が反転する、前記検出パルス信号を生成する
請求項２記載のレーザ走査装置。

【請求項4】

前記クロック信号は、前記検出パルス信号のｎ（ｎは２以上の整数）倍の周波数を有する
請求項２記載のレーザ走査装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記計数値が前記目標値に近づくように前記駆動信号の振幅を制御する
請求項１〜４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、走査ミラーを用いるレーザ走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）走査ミラーなどの共振走査ミラーにレーザ光を照射して光走査するレーザ走査装置が知られている。このようなレーザ走査装置は、ＭＥＭＳ走査ミラーの光走査の振幅である走査振幅を検出し、検出結果を用いて当該走査振幅が所望の値になるように制御する。この走査振幅を検出する方法として、レーザ光の走査領域の端部近傍に配置されたフォトセンサから得られるパルス信号の間隔を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−１１００３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

共振走査ミラーは、走査振幅を稼ぐために共振を利用する。この共振走査ミラーは、高いＱ値を持つ。また、共振走査ミラーは、駆動信号の周波数が、ＭＥＭＳ構造体が有する共振周波数（固有振動数）の近傍になると急激に走査振幅が増大し、駆動信号の周波数が、共振周波数からずれると急激に走査振幅が減少するという特徴を持つ。これにより、共振走査ミラーでは、厳密な駆動信号の周波数調整が必要になる。また、この共振周波数は、製造バラツキ、温度及び気圧などによって変化するため、起動時及び動作中における駆動信号の調整が必要になる。

【0005】

しかしながら、ＭＥＭＳ走査ミラーの共振周波数が変化すると、走査振幅が同じであっても、フォトセンサから得られるパルス信号の間隔が変化してしまう。これにより、従来の方法では、走査振幅の制御の精度が低いという課題があった。

【0006】

そこで、本発明は、走査振幅の制御の精度を向上できるレーザ走査装置を提供することを目的とする。

【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、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーに駆動信号を印加することで、前記走査ミラーを駆動する駆動部と、前記走査ミラーにより走査されたレーザ光が走査する領域に配置され、前記レーザ光を検出した際に検知信号を生成するフォトセンサと、前記走査ミラーの前記走査の繰り返し周波数に位相同期し、かつ、前記繰り返し周波数より周波数が高いクロック信号を生成するクロック生成部と、前記クロック信号を用いて、前記検知信号の生成間隔を計数する計数部と、前記計数部で計数された計数値が予め定められた目標値に近づくように前記駆動部を制御する制御部とを備える。

【0008】

この構成によれば、クロック信号の周期が走査の周期の変化に追従して変化する。よって、当該レーザ走査装置は、走査ミラーの共振周波数のバラツキ等により、走査の周期が変化した場合であっても、計数部で計数される計数値を一定にできる。これにより、当該レーザ走査装置は、計数値に基づく走査振幅の制御の精度を向上できる。

【0009】

例えば、前記レーザ走査装置は、さらに、前記検知信号が生成されるごとに論理値が反転する検出パルス信号を生成する信号生成部を備え、前記クロック生成部は、前記検出パルス信号に位相同期し、かつ、前記検出パルス信号より高周波な前記クロック信号を生成し、前記計数部は、前記クロック信号を用いて、前記検出パルス信号のパルス幅を計数することで前記生成間隔を計数してもよい。

【0010】

この構成によれば、当該レーザ走査装置は、走査の周期に位相同期したクロック信号を容易に生成できる。

【0011】

例えば、前記信号生成部は、前記走査の１周期の一部の期間である有効期間のみにおいて前記検知信号が生成されるごとに前記論理値が反転する、前記検出パルス信号を生成してもよい。

【0012】

この構成によれば、当該レーザ走査装置は、ノイズ等に起因して誤った検出パルス信号が生成されることを抑制できる。

【0013】

例えば、前記クロック信号は、前記検出パルス信号のｎ（ｎは２以上の整数）倍の周波数を有してもよい。

【0014】

この構成によれば、当該レーザ走査装置は、走査の周期に位相同期し、かつ、当該周期より高周波なクロック信号を容易に生成できる。

【0015】

例えば、前記制御部は、前記計数値が前記目標値に近づくように前記駆動信号の振幅を制御してもよい。

【0016】

この構成によれば、当該レーザ走査装置は、計数値に基づき走査振幅を制御できる。

【0017】

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レーザ走査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またはレーザ走査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取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】

【0018】

本発明は、走査振幅の制御の精度を向上できるレーザ走査装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施の形態１に係るレーザ走査装置の概略構成を示す図である。

【図2】実施の形態１に係るフォトセンサを通過するレーザ光の様子を示す図である。

【図3】実施の形態１に係るレーザ走査装置のブロック図である。

【図4】実施の形態１に係るクロック生成部のブロック図である。

【図5】実施の形態１に係る駆動信号の周波数と走査振幅との関係を示す図である。

【図6】実施の形態１に係るレーザ走査装置による動作を示すフローチャートである。

【図7】実施の形態１に係るレーザ走査装置における各種信号のタイミングチャートである。

【図8】実施の形態１に係る走査振幅と計数値との関係を示す図である。

【図9】実施の形態１に係るレーザ走査装置による駆動信号の振幅制御を示す図である。

【図10】実施の形態１に係る、固定クロックを使用した場合の課題を説明するための図である。

【図11】実施の形態１に係る周波数が変化した際の各種信号を示す図である。

【図12】実施の形態２に係るフォトセンサを示す図である。

【図13】実施の形態２に係るフォトセンサから得られる信号を示す図である。

【図14】実施の形態２に係る検出パルスの生成方法を示す図である。

【図15】実施の形態３に係るレーザ走査装置のブロック図である。

【図16】実施の形態３に係るクロック生成部のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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、いずれも包括的または具体的な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、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、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、任意の構成要素として説明される。

【0021】

（実施の形態１）
［レーザ走査装置の構成］
図１は、本実施の形態に係るレーザ走査装置の概略構成を示す図である。

【0022】

図１に示すレーザ走査装置１００は、レーザ光源１０１と、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２と、フォトセンサ１０３とを備える。

【0023】

レーザ光源１０１は、レーザ光１２１を照射する。

【0024】

ＭＥＭＳ走査ミラー１０２は、共振走査ミラーであり、レーザ光１２１を反射する。また、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２は、レーザ光１２１を走査する。また、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２で反射されたレーザ光１２２は、走査領域１２３を走査する。

【0025】

フォトセンサ１０３は、走査領域１２３に配置され、レーザ光１２２を検知する。

【0026】

また、図２に示すように、レーザ光１２２が走査領域１２３を一往復する１回（１周期）の走査において、レーザ光１２２は、フォトセンサ１０３上を２回通過する。

【0027】

図３は、本実施の形態に係るレーザ走査装置１００のブロック図である。図３に示すレーザ走査装置１００は、レーザ光源１０１と、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２と、フォトセンサ１０３と、発振器１０４と、駆動部１０５と、信号生成部１０６と、クロック生成部１０７と、計数部１０８と、制御部１０９とを備える。

【0028】

フォトセンサ１０３は、レーザ光１２２を検出した際に検知信号１２４を生成する。

【0029】

発振器１０４は、所定の周波数の基準信号１２５を生成し、当該基準信号１２５を駆動部１０５に供給する。また、発振器１０４は、固定周波数の固定クロック１２６を生成し、当該固定クロック１２６を計数部１０８に供給する。

【0030】

駆動部１０５は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２に駆動信号１２７を印加することで、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２を駆動する。具体的には、駆動部１０５は、発振器１０４から供給される基準信号１２５を用いて、当該基準信号１２５と同じ周波数の駆動信号１２７を生成する。駆動部１０５は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２に駆動信号１２７を印加することで、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２にレーザ光１２２を走査偏向させる。

【0031】

また、駆動部１０５は、駆動信号１２７を二値化した二値化駆動信号１２８を生成し、当該二値化駆動信号１２８を信号生成部１０６に供給する。なお、駆動部１０５は、駆動信号１２７を信号生成部１０６に供給し、信号生成部１０６が二値化駆動信号１２８を生成してもよい。

【0032】

信号生成部１０６は、検知信号１２４を用いて、検知信号１２４が生成される間隔を示す検出パルス１２９（検出パルス信号）を生成する。具体的には、検出パルス１２９は、検知信号１２４が生成されるごとに論理値が反転する信号である。例えば、検出パルス１２９は、各周期において、１つ目の検知信号１２４が生成されてから、２つ目の検知信号１２４が生成されるまでの区間においてハイレベルとなる信号である。

【0033】

クロック生成部１０７は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２による走査の繰り返し周波数に位相同期し、かつ、当該繰り返し周波数より周波数が高い計数クロック１３０（クロック信号）を生成する。つまり、計数クロック１３０は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の走査の周期の変化に追従して、周期（周波数）が変化する信号である。具体的には、クロック生成部１０７は、検出パルス１２９に位相同期し、かつ、検出パルス１２９より高周波な計数クロック１３０を生成する。例えば、計数クロック１３０は、検出パルス１２９のｎ（ｎは２以上の整数）倍の周波数を有する。

【0034】

計数部１０８は、計数クロック１３０を用いて、検知信号１２４の生成間隔を計数し、得られた計数値１３１を制御部１０９に通知する。具体的には、計数部１０８は、計数クロック１３０を用いて、検出パルス１２９のパルス幅を計数することで、検知信号１２４の生成間隔を計数する。

【0035】

制御部１０９は、計数値１３１が予め定められた目標値に近づくように駆動部１０５を制御する。具体的には、制御部１０９は、計数値１３１が目標値に近づくように駆動信号１２７の振幅を制御する。

【0036】

図４は、クロック生成部１０７のブロック図である。図４に示すようにクロック生成部１０７は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路１１１と、分周器１１２とを備える。ＰＬＬ回路１１１は、位相比較器１１３と、チャージポンプ１１４と、ループフィルタ１１５と、電圧制御発振器１１６とを備える。

【0037】

ＰＬＬ回路１１１は、ＰＬＬ動作を行う。分周器１１２は、１／ｎ分周器である。ここで、ｎは、例えば、１００程度である。なお、ＰＬＬ動作は一般的な技術であるため各処理部の詳細な説明は省略するが、図４に示す回路構成により、検出パルス１２９に位相同期し、かつ、検出パルス１２９の周期の１／ｎの周期を有する計数クロック１３０が生成される。言い換えると、計数クロック１３０の周波数は、検出パルス１２９の周波数のｎ倍である。

【0038】

［ＭＥＭＳ走査ミラーの特性］
ＭＥＭＳ走査ミラー１０２は、走査振幅を稼ぐため共振を利用する共振走査ミラーである。このような共振走査ミラーは、高いＱ値を持つ。図５は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の駆動信号１２７の周波数に対する走査振幅の特性を示す図である。図５に示すように、駆動信号１２７の周波数が、ＭＥＭＳ構造体が有する共振周波数（固有振動数）付近の場合に、急激に振幅が増大する。一方で、駆動信号１２７の周波数が共振周波数からずれると急激に走査振幅が減少する。このような特性により、駆動信号１２７の周波数を高い精度で調整する必要がある。

【0039】

この共振周波数は、製造バラツキと、温度変化及び気圧変化などの環境変化とにより、図５に示すＭ１〜Ｍ３のように変化する。特に製造バラツキによる共振周波数のバラツキは大きい。製造プロセスにも依るが１５％程度共振周波数がばらつく場合がある。

【0040】

［レーザ走査装置の動作］
図６は、本実施の形態に係るレーザ走査装置１００による走査振幅の調整動作のフローチャートである。

【0041】

まず、レーザ走査装置１００は、起動時の初期調整として、駆動信号１２７の周波数を調整する（Ｓ１０１）。具体的には、発振器１０４は、固定クロック１２６を生成し、計数部１０８に供給する。制御部１０９の制御に従い、駆動部１０５は、駆動信号１２７の周波数をスイープさせる。計数部１０８は、固定クロック１２６を用いて、駆動信号１２７の各周波数における検出パルス１２９のパルス幅を計数する（Ｓ１１１）。ここで、計数されたパルス幅は、検知信号１２４の生成間隔に対応する。

【0042】

次に、制御部１０９は、計数結果に基づき、パルス幅が最大になるように駆動信号１２７の周波数を設定する（Ｓ１１２）。

【0043】

以上の処理により、製造バラツキ等に基づく共振周波数のバラツキを加味した、駆動信号１２７の適切な周波数が設定される。

【0044】

一方で、動作中においても温度変化等に起因してＭＥＭＳ走査ミラー１０２の共振周波数が変動する。この変動を補償するために、レーザ走査装置１００は、動作中において、駆動信号１２７の振幅を制御する（Ｓ１０２）。これにより、動作中に共振周波数が変動した場合でも、走査振幅を一定にできる。

【0045】

具体的には、まず、クロック生成部１０７がオンされることで、計数クロック１３０が生成される（Ｓ１２１）。

【0046】

計数部１０８は、計数クロック１３０を用いて、検出パルス１２９のパルス幅を計数する（Ｓ１２２）。制御部１０９は、得られた計数値に基づき、計数値が目標値に近づくように駆動信号１２７の振幅を調整する（Ｓ１２３）。

【0047】

また、このステップＳ１２２及びＳ１２３の処理が、動作中において所定の時間毎に繰り返し行われる。

【0048】

図７は、本実施の形態に係る各種信号のタイミングチャートである。なお、図７では、駆動信号１２７の周期Ｔ０（偏向走査の周期）及び、駆動信号１２７の振幅Ａ０は一定である。また、環境変化により走査振幅がＢ１〜Ｂ３に変化している。

【0049】

信号生成部１０６は、フォトセンサ１０３からの検知信号１２４を二値化して二値化検知信号を生成する。ここで、図２に示すように、ＭＥＭＳ走査ミラーの一周期で往路と復路の２回、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３を横切るため、検知信号１２４は２個発生する。

【0050】

また、図７に示すように、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の走査振幅が小さい時には２個の検知信号１２４の間隔は短く、走査振幅が大きい時には２個の検知信号１２４の間隔は長くなる。つまり、この間隔により走査振幅の情報を得ることができる。

【0051】

また、信号生成部１０６は、二値化検知信号の１回目のパルスの立ち上がりエッジでセットされ、２回目のパルスの立ち上がりでリセットされる検出パルス１２９を生成する。言い換えると、検出パルス１２９は、検知信号１２４が生成されるごとに論理値が反転する信号である。

【0052】

また、信号生成部１０６は、二値化駆動信号１２８がハイレベルである有効期間にのみ、二値化検知信号に応じて検出パルス１２９の論理値を反転させ、二値化駆動信号１２８がローレベルである無効期間では、ローレベルの検出パルス１２９を生成する。これにより、ノイズ等に起因して誤った検出パルス１２９が生成されることを抑制できる。なお、ここでは、有効期間は二値化駆動信号１２８がハイレベルの期間であるが、これは、二値化駆動信号１２８がハイレベルの期間において、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３を通過するからである。つまり、有効期間は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の走査の１周期の一部の期間であり、かつ、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３を通過する期間であればよい。言い換えると、有効期間は、フォトセンサ１０３の位置に応じて設定される。

【0053】

計数部１０８は、検出パルス１２９のパルス幅、つまり、検知信号１２４の生成間隔を計数クロック１３０で計数する。具体的には、計数部１０８は、検出パルス１２９がハイレベルになってからローレベルになるまでの間の計数クロック１３０のクロック数をカウントすることで計数値を得る。

【0054】

また、図７に示すように、走査振幅がＢ１、Ｂ２、Ｂ３と大きくなるに伴い、検出パルス１２９のパルス幅は、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３と大きくなる。また、パルス幅の増加に伴い計数値１３１も増加する。

【0055】

制御部１０９は、得られた計数値１３１が目標値と等しくなるように駆動信号１２７の振幅を制御する。

【0056】

図８は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の走査振幅と計数値１３１との関係を示す図である。図１に示すようにフォトセンサ１０３を走査領域１２３の端部に配置した場合、走査振幅が小さくレーザ光１２２がフォトセンサ１０３を横切らない時は計数値１３１が得られないが、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３を横切るようになると、正常に計数値１３１が得られるようになる。

【0057】

図９は、動作時における駆動信号１２７の振幅調整処理の一例を示す図である。図９に示すように、駆動信号１２７の振幅がＡ１であり、走査振幅がＢ１である場合、検出パルス１２９のパルス幅Ｗ１は、目標値より狭い。この場合、制御部１０９は、駆動信号１２７の振幅をＡ１からＡ２に増加させる。これにより、走査振幅がＢ１からＢ２が増加し、検知信号１２４の生成間隔が拡がる。これにより、検出パルス１２９のパルス幅Ｗ２が増加し、当該パルス幅が目標値に近づく。つまり、得られる計数値１３１が目標値に近づく。

【0058】

以上のように、レーザ走査装置１００は、動作環境の変化等に応じて、駆動信号１２７の振幅を調整することで、走査振幅を一定に制御できる。

【0059】

［効果］
本実施の形態では、上述したように、検出パルス１２９のパルス幅Ｗ２の計測に、検出パルス１２９に位相同期する計数クロック１３０が用いられる。これにより、走査振幅の制御の精度を向上できる。以下、この効果について説明する。

【0060】

図１０は、比較のための図であり、計数クロック１３０の代わりに、周波数が一定である固定クロックが用いられる場合の動作を示す図である。

【0061】

上述したように、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の共振周波数のバラツキ等を補正するために、駆動信号１２７の周波数が調整される。図１０に示すように、駆動信号１２７の周波数が異なる場合、走査振幅Ｂ０が同じであっても、検出パルス１２９のパルス幅が変化する。

【0062】

例えば、図１０に示すように、共振周波数が高い（周期がＴ１）場合は、２個の検知信号１２４の間隔に対応するパルス幅Ｗ１は狭くなるため、計数値１３１は小さくなる。一方、共振周波数が低い（周期がＴ２（＞Ｔ１））場合は、パルス幅Ｗ２は広くなるため、計数値１３１は大きくなる。つまり、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の共振周波数のバラツキにより、走査振幅が同じであるにもかかわらず計数値１３１が変化してしまう。これにより、精度のよい振幅制御ができない。

【0063】

図１１は、本実施の形態に係る図であり、検出パルス１２９に位相同期する計数クロック１３０が用いられる場合の動作を示す図である。

【0064】

図１１に示すように、本実施の形態では、計数クロック１３０は、検出パルス１２９に位相同期する。ここで、検出パルス１２９の周波数は、駆動信号１２７の周波数と等しい。つまり、検出パルス１２９の周波数はＭＥＭＳ走査ミラー１０２の共振周波数と略等しい。よって、計数クロック１３０は、共振周波数に比例した周波数を有する。言い換えると、計数クロック１３０の周波数は、共振周波数が増加すると増加し、共振周波数が減少すると減少する。つまり、計数クロック１３０の周波数は、共振周波数に追従して変化する。

【0065】

これにより、図１１に示すように、共振周波数が変化した場合でも、走査振幅が同じであれば、同じ計数値１３１が得られる。

【0066】

このように、本実施の形態に係るレーザ走査装置１００は、環境変化などにより駆動信号１２７の周波数が変化しても、計数値１３１が変化しないので、安定した走査振幅の検出を実現できる。これにより、レーザ走査装置１００は、精度の高い走査振幅の制御を実現できる。

【0067】

［変形例］
上記説明では、検出パルス１２９から計数クロック１３０が生成される例を述べたが、計数クロック１３０は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の走査の周期（周波数）に位相同期する、又は、駆動信号１２７の周期（周波数）に位相同期する信号であればよい。言い換えると、計数クロック１３０は、ＭＥＭＳ走査ミラー１０２の走査の周期（周波数）、又は、駆動信号１２７の周期（周波数）の変化に追従して、周期（周波数）が変化する信号であればよい。

【0068】

例えば、クロック生成部１０７は、検出パルス１２９の代わりに二値化駆動信号１２８を用い、二値化駆動信号１２８をｎ分周することで計数クロック１３０を生成してもよい。この場合でも上記と同様の効果を実現できる。

【0069】

また、上記説明では、初期調整時に駆動信号１２７の周波数のみが調整され、動作中に駆動信号１２７の振幅のみが調整されているが、初期調整時に周波数及び振幅が調整されてもよい。同様に、動作中に周波数及び振幅が調整されてもよい。

【0070】

（実施の形態２）
本実施の形態では、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３を通過するタイミングの検知精度を向上する手法について説明する。

【0071】

図１２は、本実施の形態に係るフォトセンサ１０３の構成を示す図である。図１２に示すように、本実施の形態ではフォトセンサ１０３は、２つのフォトセンサ１０３Ａ及び１０３Ｂを含む。

【0072】

図１３は、２つのフォトセンサ１０３Ａ及び１０３Ｂにより得られる信号を示す図である。２つのフォトセンサ１０３Ａ及び１０３Ｂから得られる信号ＳＡ及びＳＢと、信号ＳＡと信号ＳＢとの差分値ＳＢ−ＳＡと、信号ＳＡと信号ＳＢとの加算値ＳＡ＋ＳＢと、差分値ＳＢ−ＳＡをゼロクロス二値化した信号Ｓ３と、加算値ＳＡ＋ＳＢを二値化した信号Ｓ４と、信号Ｓ３と信号Ｓ４との論理積Ｓ５とは、図１３に示すように得られる。

【0073】

図１４は、本実施の形態に係る信号生成部１０６による検出パルス１２９の生成方法を説明するための図である。図１４に示すように、信号生成部１０６は、信号ＳＡと信号ＳＢとの差分値ＳＢ−ＳＡと、信号ＳＡと信号ＳＢとの加算値ＳＡ＋ＳＢとを算出する。次に、信号生成部１０６は、差分値ＳＢ−ＳＡをゼロクロス二値化した信号Ｓ３と、ＳＡ＋ＳＢを二値化した信号Ｓ４とを算出する。次に、信号生成部１０６は、信号Ｓ３と信号Ｓ４との論理積Ｓ５と、信号Ｓ３の反転値と信号Ｓ４との論理積Ｓ６とを算出する。そして、信号生成部１０６は、論理積Ｓ５の立ち上がりでセットされ、論理積Ｓ６の立ち上がりでリセットされる検出パルス１２９を生成する。

【0074】

これにより、図１４に示すように、検出パルス１２９の立ち上がり及び立下りのタイミングは、加算値ＳＡ＋ＳＢの２つの信号ＳＡ及び信号ＳＢの中心と一致する。つまり、検出パルス１２９の立ち上がり及び立下りのタイミングは、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３の中心を通過したタイミングと一致する。これにより、本実施の形態に係るレーザ走査装置１００は、レーザ光１２２がフォトセンサ１０３を通過したタイミングの検知精度を向上できるので、走査振幅の調整精度を向上できる。

【0075】

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態１の変形例について説明する。上記実施の形態１では、駆動部１０５が、初期設定において設定された周波数の駆動信号１２７を動作時にＭＥＭＳ走査ミラー１０２へ供給する例を述べた。本実施の形態では、レーザ走査装置は、自励発振を用いて動作時おいて駆動信号１２７の周波数を調整する。

【0076】

図１５は、本実施の形態に係るレーザ走査装置１００Ａのブロック図である。図１５に示すレーザ走査装置１００Ａは、実施の形態１に係るレーザ走査装置１００の構成に加え、さらに、スイッチ１１０を備える。また、クロック生成部１０７Ａの構成が異なる。

【0077】

図１６は、本実施の形態に係るクロック生成部１０７Ａの構成を示す図である。クロック生成部１０７Ａは、同期信号１３２をスイッチ１１０へ出力する点が、クロック生成部１０７と異なる。

【0078】

ここで、同期信号１３２は、検出パルス１２９に位相同期した信号であり、検出パルス１２９と同じ周波数を有する。

【0079】

スイッチ１１０は、初期設定時において、発振器１０４により生成された基準信号１２５を駆動部１０５へ供給する。なお、初期設定時の動作は、実施の形態１と同様である。

【0080】

また、スイッチ１１０は、初期設定後の動作時において、同期信号１３２を駆動部１０５へ供給する。これにより、駆動部１０５は、同期信号１３２と同じ周波数の駆動信号１２７を生成する。

【0081】

以上の構成により、上述した駆動信号１２７の振幅の調整に加え、自励発振動作により、動作中の共振周波数の変動に伴う走査振幅の変動が抑制されるように、駆動信号１２７の周波数が調整される。これにより、レーザ走査装置１００Ａは、より高精度に、走査振幅を調整できる。

【0082】

以上、本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

【0083】

例えば、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。

【0084】

また、ハイ／ローにより表される論理レベル又はオン／オフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。

【0085】

また、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、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、マウスなど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良い。ＲＡＭまた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。

【0086】

さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、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良い。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、例えば、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムを含む。この場合、ＲＯＭ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。

【0087】

さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。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カードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。

【0088】

また、本発明は、上記に示す方法であるとしても良い。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良いし、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良い。

【0089】

さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまた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）、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。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良い。

【0090】

また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、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良い。

【0091】

また、本発明は、マイクロプロセッサと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良い。

【0092】

また、上記プログラムまた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、または上記プログラムまた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良い。

【0093】

さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしても良い。

【産業上の利用可能性】

【0094】

本発明は、レーザ走査装置に適用でき、例えば、当該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に適用できる。

【符号の説明】

【0095】

１００、１００Ａ レーザ走査装置
１０１ レーザ光源
１０２ ＭＥＭＳ走査ミラー
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ フォトセンサ
１０４ 発振器
１０５ 駆動部
１０６ 信号生成部
１０７、１０７Ａ クロック生成部
１０８ 計数部
１０９ 制御部
１１０ スイッチ
１１１ ＰＬＬ回路
１１２ 分周器
１１３ 位相比較器
１１４ チャージポンプ
１１５ ループフィルタ
１１６ 電圧制御発振器
１２１、１２２ レーザ光
１２３ 走査領域
１２４ 検知信号
１２５ 基準信号
１２６ 固定クロック
１２７ 駆動信号
１２８ 二値化駆動信号
１２９ 検出パルス
１３０ 計数クロック
１３１ 計数値
１３２ 同期信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】