▶ パイオニア株式会社の特許一覧 ▶ パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023076890
(43)【公開日】2023-06-05
(54)【発明の名称】光出射装置および測定装置
(51)【国際特許分類】
H05B 47/11 20200101AFI20230529BHJP
H05B 47/16 20200101ALI20230529BHJP
H05B 47/18 20200101ALI20230529BHJP
H05B 47/19 20200101ALI20230529BHJP
G01S 7/484 20060101ALN20230529BHJP
【ＦＩ】
H05B47/11
H05B47/16
H05B47/18
H05B47/19
G01S7/484
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021189911
(22)【出願日】2021-11-24
(71)【出願人】
【識別番号】000005016
【氏名又は名称】パイオニア株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520001073
【氏名又は名称】パイオニアスマートセンシングイノベーションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(74)【代理人】
【識別番号】100127236
【弁理士】
【氏名又は名称】天城 聡
(72)【発明者】
【氏名】中村 満昭
【テーマコード（参考）】
3K273
5J084
【Ｆターム（参考）】
3K273PA09
3K273QA23
3K273SA03
3K273SA23
3K273SA35
3K273SA45
3K273SA58
3K273TA08
3K273TA09
3K273TA28
3K273TA52
3K273TA54
3K273UA21
3K273VA04
3K273VA08
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA12
5J084BA14
5J084BA36
5J084BA50
5J084BB20
5J084BB25
5J084BB28
5J084CA03
5J084CA10
5J084CA11
5J084CA15
5J084EA31
(57)【要約】
【課題】簡単な構成で、光の出射強度をモニタ可能な光出射装置を提供することが一例として挙げられる。
【解決手段】光出射装置１０は、発光素子１４、ミラー２２、および受光素子１９を備える。ミラー２２は、反射面に貫通孔２２１を有する。受光素子１９は、発光素子１４から出力され、貫通孔２２１を通った光を受光する。光出射装置１０は、ミラー２２で反射した光を出射する。光出射装置１０は、受光素子１９の検出結果に基づいて、発光素子１４への印加電圧を制御する制御部１２０をさらに備える。
【選択図】図１
【解決手段】光出射装置１０は、発光素子１４、ミラー２２、および受光素子１９を備える。ミラー２２は、反射面に貫通孔２２１を有する。受光素子１９は、発光素子１４から出力され、貫通孔２２１を通った光を受光する。光出射装置１０は、ミラー２２で反射した光を出射する。光出射装置１０は、受光素子１９の検出結果に基づいて、発光素子１４への印加電圧を制御する制御部１２０をさらに備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光素子と、
反射面に貫通孔を有するミラーと、
前記発光素子から出力され、前記貫通孔を通った光を受光する受光素子とを備え、
前記ミラーで反射した光を出射する
光出射装置。
反射面に貫通孔を有するミラーと、
前記発光素子から出力され、前記貫通孔を通った光を受光する受光素子とを備え、
前記ミラーで反射した光を出射する
光出射装置。
【請求項2】
請求項１に記載の光出射装置において、
前記受光素子の検出結果に基づいて、前記発光素子への印加電圧を制御する制御部をさらに備える
光出射装置。
前記受光素子の検出結果に基づいて、前記発光素子への印加電圧を制御する制御部をさらに備える
光出射装置。
【請求項3】
請求項２に記載の光出射装置において、
前記反射面の角度は可変である
光出射装置。
前記反射面の角度は可変である
光出射装置。
【請求項4】
請求項３に記載の光出射装置において、
前記制御部は、前記反射面の角度が所定値であるときの前記受光素子の受光結果に基づいて、前記発光素子への印加電圧を制御する
光出射装置。
前記制御部は、前記反射面の角度が所定値であるときの前記受光素子の受光結果に基づいて、前記発光素子への印加電圧を制御する
光出射装置。
【請求項5】
請求項３に記載の光出射装置において、
前記制御部は、前記反射面の角度に基づいて前記受光素子の受光結果を補正する
光出射装置。
前記制御部は、前記反射面の角度に基づいて前記受光素子の受光結果を補正する
光出射装置。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか一項に記載の光出射装置において、
前記ミラーの前記反射面とは反対側の面は、前記ミラーを駆動するための磁石に対向しており、
前記受光素子は、前記磁石に設けられた開口に入射した光を受光する
光出射装置。
前記ミラーの前記反射面とは反対側の面は、前記ミラーを駆動するための磁石に対向しており、
前記受光素子は、前記磁石に設けられた開口に入射した光を受光する
光出射装置。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか一項に記載の光出射装置において、
前記ミラーは、MEMSアクチュエータの一部である
光出射装置。
前記ミラーは、MEMSアクチュエータの一部である
光出射装置。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか一項に記載の光出射装置において、
前記反射面において、前記発光素子から出力された光のスポットの面積は、前記貫通孔の面積の５×１０７倍以上２×１０８倍以下である
光出射装置。
前記反射面において、前記発光素子から出力された光のスポットの面積は、前記貫通孔の面積の５×１０７倍以上２×１０８倍以下である
光出射装置。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか一項に記載の光出射装置と、
当該光出射装置から出射され、対象物で反射された反射光を受光する受光部とを備える
測定装置。
当該光出射装置から出射され、対象物で反射された反射光を受光する受光部とを備える
測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光出射装置および測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光出射装置は、たとえば対象物との距離を測定するような測定装置に用いられる。測定装置では、対象物に対して光を出射し、反射された光を受光する。そして、光の出射から受光までの時間を用いて対象物までの距離を算出する。
【0003】
そこで、たとえば測定性能を一定に保ったり、対象物の反射率をさらに測定したりするためには、光の出射強度を一定に保つ必要がある。一方、レーザーダイオード等の発光素子は、印加電圧が同じであっても温度等に依存して、流れる電流が変わり、発光強度が変動することがある。
【0004】
特許文献１には、出力レーザ光をビームスプリッタにより分岐し、分岐されたレーザ光の強度を測定することが記載されている。そして、測定された強度を設定値と比較してターゲットに照射される出力レーザ光の出力強度をコントロールすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平１－１９７７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、光出射装置の小型化等が求められる中、装置内の限られたスペースに、出力強度モニタするために所望の分岐をさせるようなビームスプリッタを配置するのは容易では無いことがある。その結果、ビームスプリッタの構造が複雑化し、光出射装置の製造コストを高めることとなる。
【0007】
本発明が解決しようとする課題としては、簡単な構成で、光の出射強度をモニタ可能な光出射装置を提供することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項１に記載の発明は、
発光素子と、
反射面に貫通孔を有するミラーと、
前記発光素子から出力され、前記貫通孔を通った光を受光する受光素子とを備え、
前記ミラーで反射した光を出射する
光出射装置である。
発光素子と、
反射面に貫通孔を有するミラーと、
前記発光素子から出力され、前記貫通孔を通った光を受光する受光素子とを備え、
前記ミラーで反射した光を出射する
光出射装置である。
【0009】
請求項９に記載の発明は、
請求項１～８のいずれか一項に記載の光出射装置と、
当該光出射装置から出射され、対象物で反射された反射光を受光する受光部とを備える
測定装置である。
請求項１～８のいずれか一項に記載の光出射装置と、
当該光出射装置から出射され、対象物で反射された反射光を受光する受光部とを備える
測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１の実施形態に係る光出射装置の構成を例示する図である。
【図2】第１の実施形態に係る制御部のハードウエア構成を例示する図である。
【図3】第２の実施形態に係る光出射装置の構成を例示する図である。
【図4】第２の実施形態に係る光出射装置のミラーを駆動するための構造を例示する斜視図である。
【図5】第２の実施形態に係る光出射装置のミラーを駆動するための構造を例示する平面図である。
【図6】第１コイルの位置を示す図である。
【図7】第２コイルの位置を示す図である。
【図8】可動部に発生する第２軸を軸とした駆動力を説明するための図である。
【図9】可動部が第２軸を軸に揺動している状態を例示する図である。
【図10】可動部に発生する第１軸を軸とした駆動力を説明するための図である。
【図11】ミラーが第１軸を軸に揺動している状態を例示する図である。
【図13】第２の実施形態に係る光出射装置の変形例１について説明するための図である。
【図14】第２の実施形態に係る光出射装置の変形例２について説明するための図である。
【図15】第３の実施形態に係る測定装置の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0012】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光出射装置１０の構成を例示する図である。本実施形態に係る光出射装置１０は、発光素子１４、ミラー２２、および受光素子１９を備える。ミラー２２は、反射面に貫通孔２２１を有する。受光素子１９は、発光素子１４から出力され、貫通孔２２１を通った光を受光する。光出射装置１０は、ミラー２２で反射した光を出射する。以下に詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る光出射装置１０の構成を例示する図である。本実施形態に係る光出射装置１０は、発光素子１４、ミラー２２、および受光素子１９を備える。ミラー２２は、反射面に貫通孔２２１を有する。受光素子１９は、発光素子１４から出力され、貫通孔２２１を通った光を受光する。光出射装置１０は、ミラー２２で反射した光を出射する。以下に詳しく説明する。
【0013】
ミラー２２では、発光素子１４からの光のうち所定の既知の割合の光のみが貫通孔２２１を通って受光素子１９に導かれ、残りの光が反射されて光出射装置１０から出射される。したがって、受光素子１９での受光強度をモニタすることで、光出射装置１０からの出力強度を把握することができる。
【0014】
本実施形態に係る光出射装置１０は、受光素子１９の検出結果に基づいて、発光素子１４への印加電圧を制御する制御部１２０をさらに備える。具体的には制御部１２０は、受光素子１９で検出された光の強度と、予め定められた目標値とを比較する。そして、受光素子１９で検出される光の強度が目標値に近づくように発光素子１４への印加電圧、すなわち入力電力を調整する。発光素子１４がパルス光を出射する場合、具体的には制御部１２０は、発光素子１４へ印加する電圧パルスのピーク値を制御する。たとえば、受光素子１９で検出される光の強度が目標値より小さい場合には、発光素子１４への印加電圧を高くする。一方、受光素子１９で検出される光の強度が目標値より大きい場合には、発光素子１４への印加電圧を低くする。制御部１２０が行うこの制御は、電圧印加によって発光素子１４に流れる電流を所望の電流値とし、その結果、発光素子１４の発光強度を所望の強度とする様な制御である。たとえば、制御部１２０が行うこの制御により、電圧印加によって発光素子１４に流れる電流を温度等によらず略一定とし、その結果、発光素子１４の発光強度を略一定とすることができる。このように受光素子１９の検出結果に基づいて発光素子１４への印加電圧を制御することにより、受光素子１９での受光強度を目標値に保つことができ、ひいては、光出射装置１０からの光の出射強度を所望の強度に保つことができる。本実施形態に係る光出射装置１０は、光の出射強度をモニタするための、光の分岐に用いるビームスプリッタを備えていない。
【0015】
ミラー２２の形状は特に限定されないが、ミラー２２の反射面に垂直な方向から見て、たとえば楕円や真円等の円形、または矩形やその他の多角形等である。貫通孔２２１の形状は特に限定されないが、貫通孔２２１の反射面に垂直な方向から見て、たとえば楕円や真円等の円形、または矩形やその他の多角形等である。貫通孔２２１の径はミラー２２の厚さ方向に一定であっても良いし、貫通孔２２１はテーパー構造を有していても良い。
【0016】
ミラー２２の反射面において、発光素子１４からの光のスポットは、貫通孔２２１に少なくとも一部が重なる。ミラー２２の反射面において、貫通孔２２１は、全体が発光素子１４からの光のスポットと重なることが好ましい。また、ミラー２２の反射面において、貫通孔２２１は、発光素子１４からの光のスポットの略中心に位置することが好ましい。
【0017】
ミラー２２の大きさは特に限定されないが、発光素子１４からの光のスポットは、ミラー２２の反射面内に収まることが好ましい。ミラー２２の反射面における貫通孔２２１の面積ＳＨは特に限定されないが、発光素子１４から出力された光のミラー２２の反射面におけるスポットの面積ＳＬは、ミラー２２の反射面における貫通孔２２１の面積ＳＨの１×１０７倍以上１×１０９倍以下であることが好ましく、５×１０７倍以上２×１０８倍以下であることがより好ましい。そうすれば、光出射装置１０からの出力光を大きく低減することがなく、かつ、安定して光強度のモニタを行える。なお、貫通孔２２１には、光の透過率を低減する減光フィルターがさらに設けられていても良い。
【0018】
本図の例において、光出射装置１０は駆動回路１４１をさらに備える。発光素子１４は、たとえばレーザーダイオードであり、駆動回路１４１は発光素子１４を駆動するための回路である。発光素子１４が出力する光は連続光であっても良いし、パルス光であっても良い。発光素子１４が出力する光は可視光であっても良いし、赤外光であっても良い。駆動回路１４１は、制御部１２０からの制御信号に基づき発光素子１４を発光させるための回路であり、たとえばスイッチング回路や容量素子を含んで構成される。制御部１２０は、発光素子１４の発光タイミングおよび、発光素子１４へ供給する電力の大きさを制御する。
【0019】
本図の例において光出射装置１０は検出回路１９１をさらに備える。受光素子１９は、たとえばフォトダイオード（ＰＤ）である。検出回路１９１は、Ｉ－Ｖコンバータや増幅器を含み、受光素子１９による光の受光強度を示す信号を出力する。制御部１２０は、検出回路１９１から受光素子１９の受光強度を示す信号を取得することができる。
【0020】
図２は、本実施形態に係る制御部１２０のハードウエア構成を例示する図である。制御部１２０は、集積回路８０を用いて実装されている。集積回路８０は、例えば SoC（System On Chip）である。
【0021】
集積回路８０は、バス８０２、プロセッサ８０４、メモリ８０６、ストレージデバイス８０８、入出力インタフェース８１０、及びネットワークインタフェース８１２を有する。バス８０２は、プロセッサ８０４、メモリ８０６、ストレージデバイス８０８、入出力インタフェース８１０、及びネットワークインタフェース８１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ８０４などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ８０４は、マイクロプロセッサなどを用いて実現される演算処理装置である。メモリ８０６は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現されるメモリである。ストレージデバイス８０８は、ROM（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどを用いて実現されるストレージデバイスである。
【0022】
入出力インタフェース８１０は、集積回路８０を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。本実施形態において、入出力インタフェース８１０には、検出回路１９１および駆動回路１４１が接続されている。
【0023】
ネットワークインタフェース８１２は、集積回路８０を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば CAN（Controller Area Network）、Ethernet、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)等の通信網である。なお、ネットワークインタフェース８１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
【0024】
ストレージデバイス８０８は、制御部１２０の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ８０４は、このプログラムモジュールをメモリ８０６に読み出して実行することで、制御部１２０の機能を実現する。また、ストレージデバイス８０８は、上述した目標値を示す情報を記憶する。
【0025】
集積回路８０のハードウエア構成は本図に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ８０６に格納されてもよい。この場合、集積回路８０は、ストレージデバイス８０８を備えていなくてもよい。
【0026】
以上、本実施形態によれば、受光素子１９は、発光素子１４から出力され、貫通孔２２１を通った光を受光する。したがって、簡単な構成で光の出射強度をモニタすることができる。
【0027】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る光出射装置１０の構成を例示する図である。本実施形態に係る光出射装置１０は、ミラー２２の反射面の角度が可変である点を除いて第１の実施形態に係る光出射装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。
図３は、第２の実施形態に係る光出射装置１０の構成を例示する図である。本実施形態に係る光出射装置１０は、ミラー２２の反射面の角度が可変である点を除いて第１の実施形態に係る光出射装置１０と同じである。以下に詳しく説明する。
【0028】
図４は、本実施形態に係る光出射装置１０のミラーを駆動するための構造を例示する斜視図であり、図５は、本実施形態に係る光出射装置１０のミラーを駆動するための構造を例示する平面図である。本実施形態において、ミラー２２は、MEMSアクチュエータの一部である。ミラー２２および貫通孔２２１は、半導体微細加工技術により高精度に形成可能である。本実施形態において、ミラー２２は、２軸駆動可能である。具体的には、ミラー２２は、第２軸２１１を揺動軸として揺動可能であり、かつ、第１軸２２２を揺動軸として揺動可能である。第２軸２１１と第１軸２２２は互いに非平行である。図３から図５の例において、第２軸２１１と第１軸２２２とは互いに直交している。
【0029】
図３の例において、光出射装置１０はミラー２２の駆動回路１６３をさらに備える。制御部１２０は、駆動回路１６３に対して制御信号を出力する。駆動回路１６３は、制御部１２０からの制御信号に基づきミラー２２の駆動電流を出力する。本実施形態において、集積回路８０の入出力インタフェース８１０には、駆動回路１６３がさらに接続されている。ミラー２２の駆動について、図４および図５を参照し、以下に詳しく説明する。
【0030】
本実施形態に係る光出射装置１０は、基材１２、プレート２０、第１磁石４１１、第２磁石４１２、第３磁石４２１、および第４磁石４２２を備える。プレート２０は、ミラー２２、可動部２１、フレーム２３、接続部２０１および接続部２０２を含む。フレーム２３はｘｙ平面に平行な主面を有する。ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向は、互いに直交する三方向である。フレーム２３は基材１２に対して固定されている。第２磁石４１２および第４磁石４２２および支持部１２１は可動部２１を貫通している。第１磁石４１１は、ｚ軸方向から見てミラー２２と重なっている。第１磁石４１１のミラー２２に対向する面には、Ｓ極とＮ極がｘ軸方向に並んでいる。第３磁石４２１はｚ軸方向から見て、可動部２１の外側に位置する。可動部２１が揺動されることにより、ミラー２２が揺動される。
【0031】
図６は、第１コイル３１の位置を示す図であり、図７は、第２コイル３２の位置を示す図である。本実施形態に係る光出射装置１０は、第１コイル３１および第２コイル３２をさらに備える。図６および図７に示す例において、ｚ軸方向は、第１コイル３１および第２コイル３２に電流が流れていない状態での第１コイル３１および第２コイル３２の中心軸方向である。
【0032】
第１コイル３１および第２コイル３２は互いに異なるループを形成している。第１コイル３１および第２コイル３２のそれぞれにおいて、コイルの巻数は特に限定されない。また、一本の導線により第１コイル３１および第２コイル３２の両方が構成されていても良いし、第１コイル３１および第２コイル３２は互いに異なる導線で構成されていても良い。第１コイル３１と第２コイル３２とは同一平面内に位置する。
【0033】
第１コイル３１および第２コイル３２はそれぞれ可動部２１に対して固定されている。第１コイル３１を構成する導線の一部はｚ軸方向から見て第１磁石４１１と第２磁石４１２との間に位置する。第１コイル３１の動線を介して互いに対向している第１磁石４１１の面と第２磁石４１２の面とは、互いに極性が異なる。第１コイル３１には第１磁石４１１および第２磁石４１２からの磁束が作用する。駆動回路１６３から第１コイル３１に駆動電流を流すことにより、詳しく後述するように、可動部２１が第１軸２２２に対して揺動され、ひいてはミラー２２が第１軸２２２に対して揺動される。そして、第２コイル３２を構成する導線の一部はｚ軸方向から見て第３磁石４２１と第４磁石４２２との間に位置する。ｚ軸方向から見て第２コイル３２の動線を介して互いに対向している第３磁石４２１の面と第４磁石４２２の面とは、互いに極性が異なる。第２コイル３２には第３磁石４２１および第４磁石４２２からの磁束が作用する。駆動回路１６３から第２コイル３２に駆動電流を流すことにより、詳しく後述するように、可動部２１が第２軸２１１に対して揺動され、ひいてはミラー２２が第２軸２１１に対して揺動される。
【0034】
基材１２および支持部１２１は磁性材料を含む部材である。磁性材料としては、鉄、ニッケル、コバルト、およびこれらのうち少なくともいずれかを含む合金等が挙げられる。第１磁石４１１、および第３磁石４２１は、基材１２に対して固定されている。第２磁石４１２および第４磁石４２２は支持部１２１に対して固定されている。そして、支持部１２１は基材１２と一体に構成されている。
【0035】
可動部２１には、ミラー２２が揺動可能に取り付けられている。そして、ミラー２２は、反射面の角度が可動部２１に対して可変となるよう、第１軸２２２を軸として揺動可能である。すなわち、ミラー２２は、第１軸２２２を軸として所定の角度範囲で回動可能である。具体的にはミラー２２は可動部２１に対して接続部２０２で接続されている。接続部２０２はミラー２２の両端に設けられている。そして、第１軸２２２は接続部２０２を通り、可動部２１の長辺に垂直な中心線に一致する。また、第１軸２２２はｙ軸方向に平行である。
【0036】
一方、可動部２１は、フレーム２３に対し第２軸２１１を軸として揺動可能である。すなわち、可動部２１は、第２軸２１１を軸として所定の角度範囲で回動可能である。具体的には、可動部２１はフレーム２３に対して接続部２０１で接続されている。接続部２０１は可動部２１の両端に設けられている。そして、第２軸２１１は接続部２０１を通り、可動部２１の短辺に垂直な中心線に一致する。また、第２軸２１１はｘ軸方向に平行である。
【0037】
プレート２０はたとえばＭＥＭＳであり、Ｓｉ等の材料を微細加工することにより得られる。Ｓｉ等の材料はたとえばシリコンウエハである。また、プレート２０はたとえば一部がくり抜かれた板状であり、厚さ方向がｚ軸方向に一致する。プレート２０の厚さはたとえば０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
【0038】
プレート２０において、可動部２１、ミラー２２、およびフレーム２３は一体に形成されている。具体的には、フレーム２３の内側に接続部２０１を介して可動部２１が接続されている。接続部２０２にはコイルの導線等が設けられていない。したがって、スムーズなミラー２２の揺動が可能である。
【0039】
第１磁石４１１から第４磁石４２２は互いに異なる種類の磁石であっても良いし、同じ種類の磁石であっても良い。第１磁石４１１から第４磁石４２２はそれぞれ永久磁石であっても良いし、電磁石であってもよい。永久磁石としてはフェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石が挙げられる。なお、磁石はゴムや樹脂を含むボンド磁石であってもよい。中でも磁束密度の高さから、第１磁石４１１から第４磁石４２２はネオジム磁石であることが好ましい。
【0040】
【0041】
図８は、可動部２１に発生する第２軸２１１を軸とした駆動力を説明するための図である。本図では、第２コイル３２に流れる電流が黒矢印で、第２コイル３２に印加される磁場が破線矢印で、第２コイル３２に発生する力が白矢印で例示されている。なお、電流および磁場の方向は本例と逆であってもよいし、必要に応じて切り替わっても良い。
【0042】
第２コイル３２のうち、第３磁石４２１と第４磁石４２２との間を通る部分において、第２コイル３２にはｘ軸方向に平行な方向に電流が流れ、第３磁石４２１と第４磁石４２２とにより生じる磁場が作用する。ここで、第３磁石４２１と第４磁石４２２との間を通る部分において、第３磁石４２１と第４磁石４２２との間の磁場は少なくともｙ軸方向に平行な方向の成分を含む。その結果、第２コイル３２には、ｚ軸方向に平行な方向の力が生じる。ここで、発生する力の方向は、第２軸２１１に対して軸対象となる。
【0043】
図９は、可動部２１が第２軸２１１を軸に揺動している状態を例示する図である。第２コイル３２は可動部２１に固定されているため、第２コイル３２に対して発生した力によって、可動部２１が第２軸２１１を軸として駆動される。また同時に、ミラー２２が第２軸２１１を軸として駆動される。ここで、第２軸２１１を軸とした可動部２１の動きとミラー２２の動きはほぼ等しく生じる。可動部２１の駆動方向は第２コイル３２に流れる電流の方向に応じて切り替え可能であり、可動部２１の駆動量は第２コイル３２に流れる電流の大きさを調整することで制御できる。第２コイル３２に流される電流のパターンは特に限定されないが、第２コイル３２には、たとえば三角波の電流が流される。なお、第２コイル３２には、第２軸２１１に対する可動部２１の振動（回動）の非共振周波数の電流が流されてもよい。また、第２コイル３２に流される電流は、三角波に限定されず、矩形波、正弦波、のこぎり波等であってもよいし、切り替え可能な直流電流であっても良い。
【0044】
図１０は、可動部２１に発生する第１軸２２２を軸とした駆動力を説明するための図である。本図は図５のＡ－Ａ断面に相当する。本図では、第１コイル３１に印加される磁場が破線矢印で、第１コイル３１に発生する力が白矢印で例示されている。第１コイル３１の電流は、本図の奥から手前に向かって流れているとする。なお、電流および磁場の方向は本例と逆であってもよいし、必要に応じて切り替わっても良い。
【0045】
本図の例において第１コイル３１は、第１磁石４１１に対してｚ軸方向にずれた位置にある。しかし、第１磁石４１１から第２磁石４１２に向かう磁束は第１磁石４１１の第１コイル３１側にも広がる。したがって、第１コイル３１には第１磁石４１１と第２磁石４１２による磁束が作用する。
【0046】
第１コイル３１のうち、ｚ軸方向から見て第１磁石４１１と第２磁石４１２との間を通る部分において、第１コイル３１にはｙ軸方向に平行な方向に電流が流れ、第１磁石４１１と第２磁石４１２とにより生じる磁場が作用する。ここで、第１コイル３１が第１磁石４１１と第２磁石４１２との間を通る部分において、第１磁石４１１と第２磁石４１２との間の磁場は少なくともｘ軸方向に平行な方向の成分を含む。その結果、第１コイル３１には、少なくともｚ軸方向に平行な方向の力が生じる。本図の例では、第１磁石４１１と第２磁石４１２との間で第１コイル３１に作用する磁場にはｚ軸方向に平行な成分がさらに含まれる。したがって、第１コイル３１には、ｘ軸方向に平行な方向の力が合わせて生じ、全体としてｚ軸方向に対して傾いた方向の力が生じる。
【0047】
図１１は、ミラー２２が第１軸２２２を軸に揺動している状態を例示する図である。第１コイル３１は可動部２１に固定されているため、第１コイル３１に対して発生した力によって、可動部２１が第１軸２２２を軸として駆動される。そして、ミラー２２は可動部２１の駆動に応じて揺動する。ミラー２２の揺動振幅は、可動部２１の揺動振幅よりも大きくなり得る。可動部２１の駆動方向、すなわちミラー２２の駆動方向は第１コイル３１に流れる電流の方向に応じて切り替え可能であり、可動部２１の駆動の大きさ、すなわちミラー２２の揺動振幅は第１コイル３１に流れる電流の大きさを調整することで制御できる。第１コイル３１に流される電流のパターンは特に限定されないが、第１コイル３１には、第１軸２２２に対するミラー２２の揺動の共振周波数に近い周波数の交流電流が流されることが好ましい。そうすれば、ミラー２２を高効率で駆動することができる。交流電流としては、特に限定されないが、矩形波、正弦波、三角波等が挙げられる。また、共振周波数に近い周波数とは、たとえば、共振周波数をｆｒ２としたとき、０．８×ｆｒ２以上１．２×ｆｒ２以下の周波数である。
【0048】
本実施形態の光出射装置１０において、第１コイル３１は第３磁石４２１と第４磁石４２２との間を通らないことから、第１コイル３１に流れる電流はほとんど、可動部２１の第１軸２２２を軸とする駆動のみに作用する。すなわち、可動部２１の第２軸２１１を軸とする駆動に対する、第１コイル３１に流れる電流によるクロストークが非常に小さい。
【0049】
一方、本実施形態の光出射装置１０において、第２コイル３２は第１磁石４１１と第２磁石４１２との間を通らないことから、第２コイル３２に流れる電流はほとんど可動部２１の第２軸２１１を軸とする駆動のみに作用する。すなわち、可動部２１の第１軸２２２を軸とする駆動に対する、第２コイル３２に流れる電流によるクロストークが非常に小さい。特に、二軸方向の揺動の共振周波数が互いに近い場合であっても、クロストークによる問題を避けることができる。
【0050】
なお、本実施形態に係る光出射装置１０のミラー２２を駆動するための構成は、上述した例に限定されない。
【0051】
図１２は図５のＢ－Ｂ断面におけるミラー２２、受光素子１９、および第１磁石４１１の関係を例示する図である。本図のように、受光素子１９は、ミラー２２と第１磁石４１１との間に位置する。そうすることで、第２軸２１１を透過した光を受光する事ができる。ミラー２２は、第１磁石４１１側とは反対側の面が反射面２２０となっている。たとえば反射面２２０には反射層が形成されている。発光素子１４からの光はミラー２２の反射面２２０へ入射する。
【0052】
反射面２２０の角度が可変である場合、発光素子１４からの光の入射角度が可変となる。そして、ミラー２２へ入射する光のうち、貫通孔２２１を通過する光の割合は、入射角度に依存して変化しうる。
【0053】
本実施形態に係る制御部１２０の第１の処理例について以下に説明する。本例において制御部１２０は、反射面２２０の角度が所定値であるときの受光素子１９の受光結果に基づいて、発光素子１４への印加電圧を制御する。すなわち、入射角が周期的に変化する場合、基準とする入射角を決めておき、その入射角での目標値を定めておく。そして、制御部１２０は各周期において、発光素子１４からの光の入射角がその基準とする入射角となるタイミングの受光素子１９の受光結果を取得する。そして、第１の実施形態と同様に、発光素子１４への電力供給を制御する。なお、制御部１２０は、駆動回路１６３への制御信号に基づいて各時点での入射角を特定することができる。
【0054】
本実施形態に係る制御部１２０の第２の処理例について以下に説明する。本例において制御部１２０は、反射面２２０の角度に基づいて受光素子１９の受光結果を補正する。本例の場合、制御部１２０からアクセス可能な記憶部（たとえばストレージデバイス８０８）には予め、反射面２２０の角度と、補正パラメータとの関係が複数示された補正テーブルが保持されている。補正テーブルは、事前に実験的な測定を行うことにより、反射面２２０の角度と受光素子１９での受光量の変化との関係を確認して準備することができる。そして、制御部１２０は、受光素子１９の受光結果を取得すると、その受光結果を取得したタイミングにおける反射面２２０の角度をその受光結果に関連付ける。そして、制御部１２０は、記憶部から補正テーブルを読み出して取得し、受光結果に関連付けられた角度に対応する補正パラメータを特定する。そして、制御部１２０は特定した補正パラメータを用いて受光結果を補正する。制御部１２０はたとえば所定の数式に補正パラメータと受光結果を代入することにより、補正した受光結果を得る事ができる。補正した受光結果では、反射面２２０の角度変化の影響が低減される。そして、制御部１２０は、補正した受光結果を用いて、第１の実施形態と同様に、発光素子１４への電力供給を制御する。本例によれば、反射面２２０の角度によらず、任意のタイミングで受光素子１９の受光結果をモニタして用いることができる。
【0055】
以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用及び効果が得られる。くわえて、ミラー２２の反射面の角度が可変であることにより、光出射装置１０からの出射角度を可変とすることができる。
【0056】
（変形例１）
図１３は、第２の実施形態に係る光出射装置１０の変形例１について説明するための図である。本図は図１２に対応する。本変形例に係る光出射装置１０は、以下に説明する点を除いて第２の実施形態に係る光出射装置１０と同じである。
図１３は、第２の実施形態に係る光出射装置１０の変形例１について説明するための図である。本図は図１２に対応する。本変形例に係る光出射装置１０は、以下に説明する点を除いて第２の実施形態に係る光出射装置１０と同じである。
【0057】
本変形例に係る光出射装置１０において、ミラー２２の反射面２２０とは反対側の面は、ミラー２２を駆動するための磁石（第１磁石４１１）に対向しており、受光素子１９は、この磁石（第１磁石４１１）に設けられた開口に入射した光を受光する。本変形例において、第１磁石４１１には開口が設けられており、その開口内に受光素子１９が配置されている。この様な構成でも同様にミラー２２の貫通孔２２１を透過した光を受光素子１９で受光できる。また、図１０等の例によれば、第１磁石４１１のエッジからの磁束がミラー２２の駆動に主に作用することから、図１３のように第１磁石４１１の中心部に開口を設けても駆動への影響は少ない。なお、受光素子１９の受光面と第１磁石４１１のミラー２２側の面との位置関係は特に限定されない。受光素子１９の受光面と第１磁石４１１のミラー２２側の面は同一平面上にあっても良いし、受光素子１９の受光面が第１磁石４１１のミラー２２側の面よりもミラー２２に近くても良いし、ミラー２２から遠くても良い。
【0058】
（変形例２）
図１４は、第２の実施形態に係る光出射装置１０の変形例２について説明するための図である。本図は図１２に対応する。本変形例に係る光出射装置１０は、以下に説明する点を除いて第２の実施形態に係る光出射装置１０と同じである。
図１４は、第２の実施形態に係る光出射装置１０の変形例２について説明するための図である。本図は図１２に対応する。本変形例に係る光出射装置１０は、以下に説明する点を除いて第２の実施形態に係る光出射装置１０と同じである。
【0059】
本変形例に係る光出射装置１０においても、変形例１と同様、ミラー２２の反射面２２０とは反対側の面は、ミラー２２を駆動するための磁石（第１磁石４１１）に対向しており、受光素子１９は、この磁石（第１磁石４１１）に設けられた開口に入射した光を受光する。ただし、本変形例において開口は貫通孔４１０である。本変形例においては、第１磁石４１１には貫通孔４１０が設けられており受光素子１９とミラー２２との間に第１磁石４１１が位置する。そして、発光素子１４からの光の一部はミラー２２の貫通孔２２１および第１磁石４１１の貫通孔４１０を介して受光素子１９に入射する。本変形例においても、第１磁石４１１の中心部に開口を設けても駆動への影響は少ない。
【0060】
（第３の実施形態）
図１５は、第３の実施形態に係る測定装置５０の構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置５０は、第１または第２の実施形態に係る光出射装置１０、およびこの光出射装置１０から出射され、対象物で反射された反射光を受光する受光部を備える。光出射装置１０は測定装置５０の一部である。以下に詳しく説明する。
図１５は、第３の実施形態に係る測定装置５０の構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置５０は、第１または第２の実施形態に係る光出射装置１０、およびこの光出射装置１０から出射され、対象物で反射された反射光を受光する受光部を備える。光出射装置１０は測定装置５０の一部である。以下に詳しく説明する。
【0061】
測定装置５０は、たとえばパルス光の出射タイミングと反射光（反射したパルス光）の受光タイミングとの差に基づいて、測定装置５０から走査範囲１６０内にある物体（対象）までの距離を測定する装置である。測定装置５０は、発光素子１４、ミラー２２、および受光素子１９を備える。パルス光はたとえば赤外光等の光である。また、パルス光はたとえばレーザパルスである。測定装置５０に備えられた発光素子１４から出力され、測定装置５０の外部へ出射されたパルス光は、物体で反射されて少なくとも一部が測定装置５０に向かって戻る。そして、反射光が測定装置５０内に入射する。受光部は受光素子１８および検出回路１８１を含む。本実施形態において、集積回路８０の入出力インタフェース８１０には、検出回路１８１がさらに接続されている。測定装置５０に入射した反射光は受光素子１８で受光される。ここで、測定装置５０では発光素子１４からパルス光が出射されてから反射光が受光素子１８で検出されるまでの時間が測定される。そして、測定装置５０に備えられた制御部１２０は、測定された時間とパルス光の伝搬速さを用いて測定装置５０と物体との距離を算出する。測定装置５０はたとえばライダー（ＬＩＤＡＲ：Laser Imaging Detection and Ranging， Laser Illuminated Detection and Ranging またはＬｉＤＡＲ：Light Detection and Ranging）装置である。
【0062】
測定装置５０は、たとえば可動であるミラー２２を備える。ミラー２２は、たとえば一軸可動または二軸可動のＭＥＭＳミラーである。ミラー２２の反射面の向きを変えることにより、測定装置５０から出射されるパルス光の出射方向を変化させることができる。ミラー２２が二軸可動のＭＥＭＳミラーである場合、ミラー２２を二軸駆動する事により、所定の範囲内をパルス光でラスタスキャンすることができる。ただし、測定装置５０に含まれるミラー２２は可動でなくてもよい。
【0063】
制御部１２０は、複数のパルス光による測定結果を含む点群データを生成する。たとえば、走査範囲１６０内をラスタスキャンする場合、第１の方向１６１に光の出射方向を変化させる事によりライン状の走査を行う。そして、第２の方向１６２に光の出射方向を変化させながら複数のライン状走査を行う事により、走査範囲１６０内の複数の測定結果を含む点群データを生成する事ができる。本図の例において、第１の方向１６１と第２の方向１６２とは直交している。
【0064】
一度のラスタスキャンで生成される点群データの単位をフレームと呼ぶ。ひとつのフレームについて測定が終わると、光の出射方向は初期位置に戻り、次のフレームの測定が行われる。こうして、繰り返しフレームが生成される。点群データにおいては、パルス光で測定された距離と、そのパルス光の出射方向を示す情報とが関連付けられている。または、点群データは、パルス光の反射点を示す三次元座標を含んでもよい。制御部１２０は、算出された距離と、各パルス光を出射する時のミラー２２の角度を示す情報とを用いて点群データを生成する。生成された点群データは測定装置５０の外部に出力されても良いし、制御部１２０からアクセス可能な記憶装置に保持されても良い。
【0065】
本図の例において、測定装置５０は孔付きミラー１５、および集光レンズ１３をさらに備える。発光素子１４から出力されたパルス光は孔付きミラー１５の孔を通過し、一部がミラー２２で反射された後に測定装置５０から出射される。また、測定装置５０に入射した反射光はミラー２２および孔付きミラー１５で反射された後、集光レンズ１３を介して受光素子１８に入射する。なお、測定装置５０は、コリメートレンズやミラー等をさらに含んでもよい。
【0066】
制御部１２０は、発光素子１４、およびミラー２２を制御することができる。また、制御部１２０は、受光素子１８から受光信号を受信し、上述したように測定装置５０から走査範囲１６０内の物体までの距離を算出する。また、制御部１２０は受光素子１９からの受光信号に基づいて発光素子１４へ供給する電力を制御する。
【0067】
本実施形態に係る測定装置５０は、第１または第２の実施形態に係る光出射装置１０を備える事により、安定した強度の光出射が可能であり、ひいては、安定した測定が行われる。
【0068】
以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【0069】
１０ 光出射装置
１４ 発光素子
１９ 受光素子
２０ プレート
２１ 可動部
２２ ミラー
２３ フレーム
３１ 第１コイル
３２ 第２コイル
５０ 測定装置
８０ 集積回路
１２０ 制御部
２１１ 第２軸
２２０ 反射面
２２１ 貫通孔
２２２ 第１軸
４１１ 第１磁石
４１２ 第２磁石
４２１ 第３磁石
４２２ 第４磁石
１４ 発光素子
１９ 受光素子
２０ プレート
２１ 可動部
２２ ミラー
２３ フレーム
３１ 第１コイル
３２ 第２コイル
５０ 測定装置
８０ 集積回路
１２０ 制御部
２１１ 第２軸
２２０ 反射面
２２１ 貫通孔
２２２ 第１軸
４１１ 第１磁石
４１２ 第２磁石
４２１ 第３磁石
４２２ 第４磁石
【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】