JP2003295102A - Oscillating two-dimensional scanner - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに異なる第1
の方向および第2の方向に揺動する可動子を備えた揺動
型2次元走査装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a first
The present invention relates to an oscillating two-dimensional scanning device including a movable element that oscillates in the direction of and the second direction.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、レーザ式などの測定装置における
走査機構として、磁界中のコイルへの通電によって生ず
る電磁力を利用して2次元方向に動作する揺動型2次元
走査装置が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a scanning mechanism in a laser type measuring apparatus, an oscillating two-dimensional scanning apparatus has been proposed which operates in a two-dimensional direction by utilizing an electromagnetic force generated by energizing a coil in a magnetic field. There is.
【0003】この揺動型2次元走査装置は、図9に示さ
れる機構部110と、図示しない制御部とから構成され
ている。機構部110は、外周コイルが形成された枠体
101の内側に、内周コイルが形成されたミラーパネル
102を配置し、これらミラーパネル102と枠体10
1とを、互いに直交する方向に延設されたトーションバ
ー103,104によりそれぞれ揺動自在に保持してな
る可動子105を、永久磁石106による磁界中に配置
したものである。This oscillating two-dimensional scanning device comprises a mechanism section 110 shown in FIG. 9 and a control section (not shown). The mechanical section 110 arranges a mirror panel 102 formed with an inner peripheral coil inside a frame body 101 formed with an outer peripheral coil, and these mirror panel 102 and the frame body 10 are arranged.
1 and 1 are arranged in a magnetic field by a permanent magnet 106, and a movable element 105, which is swingably held by torsion bars 103 and 104 extending in directions orthogonal to each other.
【0004】ミラーパネル102の内周コイルに電流I
Aを流すと、磁界の成分BAとの相互作用によって電流
値に応じた力FAが生じ、ミラーパネル102をトーシ
ョンバー103の復元力に釣り合う位置まで旋回させ
る。また枠体101の外周コイルに電流IBを流すと、
磁界の成分BBとの相互作用によって電流値に応じた力
FBが生じ、枠体101をトーションバー104の復元
力に釣り合う位置まで旋回させる。このようにしてミラ
ーパネル102が、X・Yの2方向にそれぞれ揺動す
る。A current I flows through the inner coil of the mirror panel 102.
When A is flown, a force FA corresponding to the current value is generated by the interaction with the magnetic field component BA, and the mirror panel 102 is swung to a position balanced with the restoring force of the torsion bar 103. When a current IB is passed through the outer peripheral coil of the frame body 101,
A force FB corresponding to the current value is generated by the interaction with the magnetic field component BB, and the frame body 101 is swung to a position balanced with the restoring force of the torsion bar 104. In this way, the mirror panel 102 swings in two directions of X and Y.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この揺動の
周波数を、ミラーパネル102や可動子105の質量・
形状とトーションバー103,104の弾性率などによ
って定まるミラーパネル102や可動子105の固有振
動周波数に等しく設定する場合には、ミラーパネル10
2や可動子105の共振により、小電力で大きい運動が
得られるため特に好適である。By the way, the frequency of this oscillation is determined by the mass of the mirror panel 102 and the movable element 105.
When setting the same as the natural vibration frequency of the mirror panel 102 or the mover 105, which is determined by the shape and the elastic modulus of the torsion bars 103 and 104, etc., the mirror panel 10
2 and the resonance of the mover 105, a large movement can be obtained with a small electric power, which is particularly preferable.
【0006】しかし、このような共振型の揺動型2次元
走査装置によって、図10に示すようなラスタスキャン
(すなわち、主走査α方向に速く副走査β方向に遅い2
次元走査動作)を行うことを考えた場合、主走査αと副
走査βとの速度比を大きくするために、主走査方向(例
えばX方向)と副走査方向(例えばY方向)との揺動の
周波数比を大きく設定する必要がある。しかし、揺動の
周波数比を大きく設定するには、ミラーパネル102の
寸法の縦横比を大きくする必要があって寸法上の制約に
必ずしも合致せず、またトーションバー103,104
の弾性率比を大きくするにも、両者の材質を互いに異な
らせるのは部品増や工程増を招くし、両者の寸法を互い
に異ならせるのは寸法上の制約があって容易でない。However, such a resonance-type oscillating two-dimensional scanning device allows a raster scan as shown in FIG. 10 (that is, a fast scan in the main scan α direction and a slow scan in the sub scan β direction.
In consideration of performing the dimensional scanning operation), in order to increase the speed ratio between the main scanning α and the sub-scanning β, oscillation in the main scanning direction (for example, the X direction) and the sub scanning direction (for example, the Y direction) is performed. It is necessary to set a large frequency ratio. However, in order to set the oscillation frequency ratio to a large value, it is necessary to increase the aspect ratio of the dimensions of the mirror panel 102, which does not always meet the dimensional constraint, and the torsion bars 103 and 104 are not required.
Even if the elastic modulus ratio is increased, it is not easy to make the materials of the two different from each other because the number of parts and the number of processes are increased.
【0007】このため、このような共振型の揺動型2次
元走査装置では、例えばX方向・Y方向の周波数比を
5:6に(ならびに位相差を90°に)とることで、図
3において符号54で示すような経路の走査を行わざる
を得ず、測定領域の中央付近の領域の解像度(走査密
度)が粗いなど、測定の自由度が低いという欠点があっ
た。For this reason, in such a resonance type oscillating two-dimensional scanning device, the frequency ratio in the X and Y directions is set to 5: 6 (and the phase difference is set to 90 °). However, there is a drawback in that the degree of freedom in measurement is low, such as the fact that the path shown by reference numeral 54 must be scanned and the resolution (scanning density) of the area near the center of the measurement area is rough.
【0008】そこで本発明の目的は、互いに異なる二方
向の走査を揺動によって行う揺動型2次元走査装置にお
いて、主走査と副走査との速度比を高く設定できるよう
にすることにある。Therefore, an object of the present invention is to make it possible to set a high speed ratio between main scanning and sub-scanning in an oscillating two-dimensional scanning device which performs oscillating scanning in two different directions.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、請求項
1に記載のとおり、互いに異なる第1の方向および第2
の方向に揺動する少なくとも1つの可動子を備えた機構
部と、前記機構部を制御する制御部と、を備えた揺動型
2次元走査装置であって、前記制御部は、前記第1の方
向と前記第2の方向の少なくとも一方の揺動の振幅を可
変することで前記機構部に副走査動作を行わせることを
特徴とする揺動型2次元走査装置である。According to a first aspect of the present invention, as described in claim 1, a first direction and a second direction which are different from each other are provided.
An oscillating two-dimensional scanning device comprising: a mechanism unit having at least one movable element that oscillates in the direction of, and a control unit that controls the mechanism unit. The swing type two-dimensional scanning device is characterized in that the mechanical portion is caused to perform a sub-scanning operation by varying an amplitude of swinging in at least one of the above direction and the second direction.
【0010】理解の容易のために、仮に第1の方向と第
2の方向を互いに直交するXYの2方向とし、揺動をい
ずれも単振動とすると、互いに異なる二方向の走査を揺
動によって行う場合の走査経路は、周知のリサジュー図
形(Lissajous figures)を描く。例えばXY方向の周
波数比を1:2、位相差を60°とした場合の走査経路
は、図3において符号24で示すとおりとなる。For easy understanding, if the first direction and the second direction are two directions of XY orthogonal to each other and the oscillation is a single oscillation, scanning in two different directions is performed by the oscillation. The scanning path for the drawing is a well-known Lissajous figures. For example, when the frequency ratio in the XY directions is 1: 2 and the phase difference is 60 °, the scanning path is as shown by reference numeral 24 in FIG.
【0011】ここで第1の本発明では、制御部が、機構
部の第1の方向と第2の方向の少なくとも一方の揺動の
振幅を可変することで機構部に副走査動作を行わせるの
で、例えば振幅を漸減させることによって、図4におい
て符号24a,24b,24cで示すように、視野の外
側から内側へと副走査βを行うことができる。この副走
査βの速度は、主走査αの速度とは無関係に可変でき
る。このように第1の本発明では、振幅の変化によって
副走査動作を行うことにより、機構上の制約とは無関係
に、主走査α(この例では、符号24で示される経路)
と副走査βの任意の速度比を得ることができ、自由度の
高い走査を実現できる。In the first aspect of the present invention, the control section causes the mechanical section to perform the sub-scanning operation by changing the amplitude of the swing of the mechanical section in at least one of the first direction and the second direction. Therefore, for example, by gradually reducing the amplitude, the sub-scanning β can be performed from the outside to the inside of the visual field, as indicated by reference numerals 24a, 24b, and 24c in FIG. The speed of the sub-scan β can be changed regardless of the speed of the main scan α. As described above, in the first aspect of the present invention, by performing the sub-scanning operation by changing the amplitude, the main scanning α (in this example, the path indicated by reference numeral 24) is irrelevant to the mechanical constraint.
And an arbitrary speed ratio of the sub-scanning β can be obtained, and scanning with a high degree of freedom can be realized.
【0012】第2の本発明は、請求項2に記載のとお
り、互いに異なる第1の方向および第2の方向に揺動す
る少なくとも1つの可動子を備えた機構部と、前記機構
部を制御する制御部と、を備えた揺動型2次元走査装置
であって、前記制御部は、前記第1の方向と前記第2の
方向の揺動の位相差を可変することで前記機構部に副走
査動作を行わせることを特徴とする揺動型2次元走査装
置である。According to a second aspect of the present invention, as described in claim 2, a mechanism portion having at least one mover swinging in a first direction and a second direction different from each other, and the mechanism portion are controlled. And a control unit that controls the mechanical unit by changing the phase difference between the rocking in the first direction and the rocking in the second direction. The swing type two-dimensional scanning device is characterized by performing a sub-scanning operation.
【0013】第2の本発明では、制御部が、機構部の第
1の方向と第2の方向の揺動の位相差を可変することで
前記機構部に副走査動作を行わせるので、例えば位相差
を漸減させることによって、図3において符号24で示
される経路から、符号23,22,21で示す経路へ
と、視野の外側から内側に向かう副走査を行うことがで
きる。この副走査の速度は、主走査の速度とは無関係に
可変できる。このように第2の本発明では、位相差の変
化によって副走査動作を行うことにより、機構上の制約
とは無関係に、主走査(この例では、符号24で示され
る経路)と副走査の任意の速度比を得ることができ、自
由度の高い走査を実現できる。In the second aspect of the present invention, since the control section causes the mechanical section to perform the sub-scanning operation by varying the phase difference between the swing of the mechanical section in the first direction and the swing in the second direction, for example, By gradually reducing the phase difference, it is possible to perform sub-scanning from the outside to the inside of the visual field from the path indicated by reference numeral 24 in FIG. 3 to the paths indicated by reference numerals 23, 22, and 21. The speed of the sub-scan can be changed regardless of the speed of the main scan. As described above, in the second aspect of the present invention, by performing the sub-scanning operation by changing the phase difference, the main scanning (in this example, the path indicated by reference numeral 24) and the sub-scanning are performed irrespective of the mechanical restrictions. An arbitrary speed ratio can be obtained, and scanning with a high degree of freedom can be realized.
【0014】第3の本発明は、請求項3に記載のとお
り、請求項1または2に記載の揺動型2次元走査装置で
あって、前記第1の方向と前記第2の方向の揺動の周波
数を1:1としたことを特徴とする揺動型2次元走査装
置である。According to a third aspect of the present invention, as described in claim 3, there is provided the swing type two-dimensional scanning device according to claim 1 or 2, wherein the swing in the first direction and the second direction. The oscillation type two-dimensional scanning device is characterized in that the movement frequency is set to 1: 1.
【0015】第3の本発明では、第1の方向と第2の方
向の揺動の周波数を1:1としたことにより、走査経路
が図3において符号14で示されるように、円(あるい
は、振幅比が1:1でない場合や、位相差が90°でな
い場合には、楕円)になる。このように走査経路が円ま
たは楕円になることの利点は、走査の1周期において走
査経路の交差が生じないことにある。すなわち第3の本
発明では、走査経路の交差が生じないことにより、視野
内における走査密度の不均衡を抑制できる。In the third aspect of the present invention, the oscillation frequency in the first direction and the oscillation direction in the second direction is set to 1: 1 so that the scanning path is circled (or 14) as shown by reference numeral 14 in FIG. , When the amplitude ratio is not 1: 1 or when the phase difference is not 90 °, an ellipse) is obtained. The advantage of the scan path being a circle or an ellipse in this manner is that the scan path does not intersect in one scanning cycle. That is, in the third aspect of the present invention, since the scanning paths do not intersect with each other, the imbalance of the scanning density in the visual field can be suppressed.
【0016】第4の本発明は、請求項4に記載のとお
り、請求項1ないし3のいずれか1に記載の揺動型2次
元走査装置であって、前記可動子を利用した送信または
受信の頻度を、前記揺動の振幅が大から小に向かうに従
って漸減させることを特徴とする揺動型2次元走査装置
である。According to a fourth aspect of the present invention, as described in claim 4, there is provided the oscillating two-dimensional scanning device according to any one of claims 1 to 3, wherein transmission or reception using the movable element. In the swing type two-dimensional scanning device, the frequency of is gradually reduced as the swing amplitude goes from large to small.
【0017】例えば、仮にXY2方向の周波数比を1:
1、位相差を90°、振幅比を1:1とした場合の走査
経路は符号14のとおり円形となるが、ここで例えば振
幅比を1:1に保ったままXY両方向の振幅を共に漸減
させた場合の走査経路は、図5に示されるとおりの渦巻
状(ないしは、振幅指示信号の指示値をステップ的に変
化させ、かつ機構部の動作に十分高い応答性ないし追従
性がある場合には、図6に示されるような同心円状)と
なる。ここで、走査中に一定時間ごとのサンプリングを
行う場合には、走査経路におけるサンプリング点pの間
隔が、走査経路の収縮に伴って小さくなるため、視野の
外側の領域と内側の領域との間で、サンプリング点pの
空間的密度に不均衡を生じることが考えられる。この
点、第4の本発明では、前記可動子を利用した送信また
は受信の頻度を、揺動の振幅が大から小に向かうに従っ
て漸減(図7参照)させたので、視野内におけるサンプ
リング点pの空間的密度の不均衡を抑制できる。For example, if the frequency ratio in the XY2 directions is 1:
When the phase difference is 1, the phase difference is 90 °, and the amplitude ratio is 1: 1, the scanning path has a circular shape as indicated by reference numeral 14. Here, for example, the amplitude ratio in both the XY directions is gradually reduced while the amplitude ratio is maintained at 1: 1. The scanning path in the case of being changed is a spiral shape (or the value indicated by the amplitude instruction signal is changed stepwise as shown in FIG. Has a concentric shape as shown in FIG. Here, when sampling is performed at regular intervals during scanning, the interval between the sampling points p in the scanning path becomes smaller as the scanning path contracts, so that the area between the outside area and the inside area of the visual field is reduced. Therefore, it is considered that an imbalance occurs in the spatial density of the sampling points p. On the other hand, in the fourth aspect of the present invention, the frequency of transmission or reception using the mover is gradually reduced (see FIG. 7) as the amplitude of oscillation fluctuates from large to small. The imbalance in the spatial density of can be suppressed.
【0018】第5の本発明は、請求項5に記載のとお
り、請求項1ないし4のいずれか1に記載の揺動型2次
元走査装置であって、前記可動子が単一の可動子であ
り、当該可動子に一体的にミラーが固定され、前記第1
の方向および第2の方向が互いに直交することを特徴と
する揺動型2次元走査装置である。According to a fifth aspect of the present invention, as described in claim 5, there is provided the oscillating two-dimensional scanning device according to any one of claims 1 to 4, wherein the movable element is a single movable element. And the mirror is integrally fixed to the mover,
And a second direction are orthogonal to each other, the swing-type two-dimensional scanning device.
【0019】第5の本発明では、可動子が単一の可動子
であるため第1の方向と第2の方向との走査の基準点を
一致させることができ、可動子に一体的にミラーが固定
された反射型の構造としたので他の素子を可動子に固定
する場合に比して可動子を小型軽量化でき、また第1の
方向および第2の方向が互いに直交することとしたの
で、直交座標系を用いた使用に好適に適用できる。In the fifth aspect of the present invention, since the mover is a single mover, the reference points for scanning in the first direction and the second direction can be made to coincide with each other, and the mirror can be integrated with the mover. Since the reflection type structure is fixed, the mover can be made smaller and lighter than the case where other elements are fixed to the mover, and the first direction and the second direction are orthogonal to each other. Therefore, it can be suitably applied to use with a rectangular coordinate system.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態につい
て、以下に図面に従って説明する。本発明の実施形態に
係る揺動型2次元走査装置は、図1に示される機構部1
0と、図2に示される制御部60とを含んで構成されて
いる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. An oscillating two-dimensional scanning device according to an embodiment of the present invention includes a mechanism unit 1 shown in FIG.
0 and the control unit 60 shown in FIG.
【0021】図1において、機構部10は、外周コイル
が形成された枠体1の内側に、内周コイルが形成された
ミラーパネル2を配置し、これらミラーパネル2と枠体
1とを、互いに直交する方向に延設されたトーションバ
ー3,4によりそれぞれ揺動自在に保持してなる可動子
5を、永久磁石6による磁界中に配置したものである。
ミラーパネル2の表面にはミラー部7が形成されてい
る。トーションバー3を軸とした旋回方向をX方向、ト
ーションバー4を軸とした旋回方向をY方向とすると、
X方向の旋回面とY方向の旋回面とは互いに直交してい
る。In FIG. 1, the mechanism portion 10 has a mirror panel 2 having an inner peripheral coil formed inside a frame body 1 having an outer peripheral coil formed thereon. A movable element 5, which is swingably held by torsion bars 3 and 4 extending in directions orthogonal to each other, is arranged in a magnetic field of a permanent magnet 6.
A mirror portion 7 is formed on the surface of the mirror panel 2. If the turning direction about the torsion bar 3 is the X direction and the turning direction about the torsion bar 4 is the Y direction,
The X-direction swivel surface and the Y-direction swivel surface are orthogonal to each other.
【0022】したがって、ミラーパネル2の内周コイル
に電流IAを流すと、磁界の成分BAとの相互作用によ
って電流値に応じた力FAが生じ、ミラーパネル2をト
ーションバー3の復元力に釣り合う位置まで、図中X方
向に旋回させる。また枠体1の外周コイルに電流IBを
流すと、磁界の成分BBとの相互作用によって電流値に
応じた力FBが生じ、枠体1をトーションバー4の復元
力に釣り合う位置まで、図中Y方向に旋回させる。この
ようにしてミラーパネル2が、X・Yの互いに直交する
2方向にそれぞれ揺動する。Therefore, when the current IA is passed through the inner coil of the mirror panel 2, a force FA corresponding to the current value is generated by the interaction with the magnetic field component BA, and the mirror panel 2 is balanced with the restoring force of the torsion bar 3. Turn to the position in the X direction in the figure. Further, when a current IB is passed through the outer peripheral coil of the frame body 1, a force FB corresponding to the current value is generated due to the interaction with the magnetic field component BB, and the frame body 1 is moved to a position balanced with the restoring force of the torsion bar 4 in the figure. Turn in the Y direction. In this way, the mirror panel 2 swings in two directions of X and Y which are orthogonal to each other.
【0023】図2において、制御部60は、ミラー駆動
回路61、X方向およびY方向の角度検出回路62a,
62b、レーザ駆動回路63、および演算処理部64を
含んで構成されている。In FIG. 2, the control unit 60 includes a mirror drive circuit 61, an X-direction and Y-direction angle detection circuit 62a,
62b, the laser drive circuit 63, and the arithmetic processing part 64 are comprised.
【0024】ミラー駆動回路61は、機構部10に電流
IA,IBを供給することで機構部10を制御する。角
度検出回路62a,62bは、機構部10への給電がオ
フされた際の各コイルの姿勢の復帰に伴う各コイルから
の誘起起電力を検出することで、給電がオフされる直前
の機構部10の旋回角度を2次元方向についてそれぞれ
算出し、これをフィードバック信号として演算処理部6
4に出力する。The mirror drive circuit 61 controls the mechanical section 10 by supplying currents IA and IB to the mechanical section 10. The angle detection circuits 62a and 62b detect the induced electromotive force from each coil accompanying the return of the posture of each coil when the power supply to the mechanism unit 10 is turned off, and thus the mechanism unit immediately before the power supply is turned off. The turning angle of 10 is calculated for each of the two-dimensional directions, and this is used as a feedback signal for the arithmetic processing unit 6
Output to 4.
【0025】レーザ駆動回路63は、適宜箇所に固定さ
れたレーザダイオード70へのパルス信号の給電により
これを駆動する。レーザダイオード70の光軸は、機構
部10のミラー部7の中心に向けられている。なお、レ
ーザダイオード70とミラー部7との間の光路中には、
測定対象からの反射波を抽出するためのビームスプリッ
タ光学系(図示せず)が介装されている。The laser drive circuit 63 drives a laser diode 70 fixed at an appropriate position by supplying a pulse signal to the laser diode 70. The optical axis of the laser diode 70 is directed to the center of the mirror section 7 of the mechanism section 10. In addition, in the optical path between the laser diode 70 and the mirror unit 7,
A beam splitter optical system (not shown) for extracting a reflected wave from the measurement target is interposed.
【0026】演算処理部64は、その詳細は図示しない
が、CPU(中央処理装置)を中心としたワンチップマ
イクロプロセッサとして構成されており、処理プログラ
ムを記憶させたROMと、データやプログラムを一時的
に保持するRAMと、入出力インターフェイスとを備え
ている。演算処理部64は、制御部60の各部の制御を
行うほか、外部からの操作信号を取得し、また距離演算
部(図示せず)に対して、ミラー部7のX・Y各方向の
現在の角度とレーザ光のパルス信号の位相とを出力す
る。なお距離演算部では、反射波の位相との位相差に所
定の係数を乗じて、測定対象までの距離を角度別(方向
別)に演算することで、方向別の距離情報を算出する。Although not shown in detail, the arithmetic processing unit 64 is configured as a one-chip microprocessor centered on a CPU (central processing unit), and temporarily stores a ROM storing a processing program and data or a program. A RAM that retains the data and an input / output interface. The arithmetic processing unit 64 controls each unit of the control unit 60, acquires an operation signal from the outside, and sends a current to the distance calculation unit (not shown) in the X and Y directions of the mirror unit 7. And the phase of the pulse signal of the laser light. The distance calculator calculates the distance information for each direction by multiplying the phase difference from the phase of the reflected wave by a predetermined coefficient and calculating the distance to the measurement target for each angle (for each direction).
【0027】以上のとおり構成された実施形態の動作に
ついて説明する。本実施形態では、X方向に対する電流
出力としてIA=Acos(nt)、Y方向に対する電
流出力としてIB=Bcos(mt+δ)の正弦波信号
を、駆動信号としてそれぞれ出力する。ここでA,Bは
振幅、n,mは周波数、tは時刻、δは位相差である。
周波数n,mは、それぞれミラーパネル2および可動子
5の固有振動周波数に等しくする。この場合には、X方
向・Y方向の揺動がいずれも単振動であるから、揺動に
よって形成される走査経路は、周知のリサジュー図形
(Lissajous figures)を描く。The operation of the embodiment configured as above will be described. In the present embodiment, a sine wave signal of IA = Acos (nt) as a current output in the X direction and IB = Bcos (mt + δ) as a current output in the Y direction is output as a drive signal. Here, A and B are amplitudes, n and m are frequencies, t is time, and δ is a phase difference.
The frequencies n and m are made equal to the natural vibration frequencies of the mirror panel 2 and the mover 5, respectively. In this case, since the swing in the X direction and the swing in the Y direction are both simple vibrations, the scanning path formed by the swing draws a well-known Lissajous figure.
【0028】第1の制御例は、振幅を可変することで機
構部10に副走査動作を行わせるものである。いま、例
えばXY方向の周波数比(n/m)を1:2、位相差δ
を60°とした場合の走査経路は、図3において符号2
4で示すとおりとなる。ここで、制御部60の出力によ
り、機構部10のXY方向の振幅比(A/B)を維持し
たまま、XY方向の振幅A,Bを共に漸減させると、走
査経路は図4において符号24a,24b,24cで示
すように移行し、これにより、視野の外側から内側へと
副走査βが行われる。この第1の制御例では、副走査β
の速度を、主走査αの速度とは無関係に可変できるか
ら、振幅の変化によって副走査動作を行うことにより、
機構上の制約とは無関係に、主走査αと副走査βの任意
の速度比を得ることができ、自由度の高い走査を実現で
きる。In the first control example, the mechanical section 10 is made to perform the sub-scanning operation by changing the amplitude. Now, for example, the frequency ratio (n / m) in the XY directions is 1: 2, and the phase difference δ
Is 60 °, the scanning path is 2 in FIG.
It is as shown in 4. Here, when the amplitudes A and B in the XY directions are gradually reduced while maintaining the amplitude ratio (A / B) in the XY directions of the mechanism unit 10 by the output of the control unit 60, the scanning path is denoted by reference numeral 24a in FIG. , 24b, 24c, whereby sub-scanning β is performed from the outside to the inside of the visual field. In this first control example, the sub-scanning β
Since the speed of can be changed independently of the speed of the main scanning α, by performing the sub-scanning operation by changing the amplitude,
Irrespective of mechanical restrictions, an arbitrary speed ratio between the main scanning α and the sub-scanning β can be obtained, and scanning with a high degree of freedom can be realized.
【0029】第2の制御例は、位相差δを可変すること
で機構部10に副走査動作を行わせるものである。い
ま、制御部60の出力により、機構部10のXY方向の
振幅比(A/B)および周波数比(n/m)を維持した
まま、XY方向の位相差δを漸減させると、走査経路は
図4において符号24の状態から符号23,22,21
で示すように移行し、これにより、視野の外側から内側
へと副走査が行われる。この第2の制御例では、副走査
の速度を、主走査の速度とは無関係に可変できるから、
位相差δの変化によって副走査動作を行うことにより、
機構上の制約とは無関係に、主走査と副走査の任意の速
度比を得ることができ、自由度の高い走査を実現でき
る。In the second control example, the mechanism section 10 is made to perform the sub-scanning operation by varying the phase difference δ. Now, when the output of the control unit 60 gradually reduces the phase difference δ in the XY direction while maintaining the amplitude ratio (A / B) and the frequency ratio (n / m) in the XY direction of the mechanical unit 10, the scanning path becomes In FIG. 4, reference numerals 23, 22, 21 are changed from the state of reference numeral 24.
The transition is made as indicated by, and by this, the sub-scanning is performed from the outside to the inside of the visual field. In this second control example, the sub-scanning speed can be changed independently of the main-scanning speed.
By performing the sub-scanning operation by changing the phase difference δ,
Irrespective of mechanical restrictions, an arbitrary speed ratio between main scanning and sub-scanning can be obtained, and scanning with a high degree of freedom can be realized.
【0030】第3の制御例は、X方向とY方向の揺動の
周波数を1:1として行われる。この場合の走査経路
は、図3に符号14で示されるように、円(位相差δが
90°でない場合には、楕円)になる。この第3の制御
例では、走査経路が円または楕円になるため、走査の1
周期において走査経路の交差が生じないことにより、視
野内における走査密度の不均衡を抑制することができ
る。In the third control example, the oscillation frequency in the X and Y directions is set to 1: 1. The scanning path in this case is a circle (ellipse when the phase difference δ is not 90 °), as indicated by reference numeral 14 in FIG. In this third control example, since the scanning path is a circle or an ellipse, the scanning 1
Since the scanning paths do not intersect in the cycle, the imbalance of the scanning density in the field of view can be suppressed.
【0031】次に、振幅比を1:1に保ったまま、XY
両方向の振幅を共に漸減させる。この場合の走査経路
は、図5に示されるような渦巻状(ないしは、振幅指示
信号の指示値をステップ的に変化させ、かつ機構部10
の動作に十分高い応答性ないし追従性がある場合には、
図6に示されるような同心円状)となる。ここで、走査
中に一定時間ごとのサンプリングを行う場合には、走査
経路におけるサンプリング点pの間隔が、走査経路の収
縮に伴って小さくなるため、視野の外側の領域と内側の
領域との間で、サンプリング点pの空間的密度に不均衡
を生じることが考えられる。そこで第3の制御例では、
レーザパルスの送信の頻度を、揺動の振幅が大から小に
向かうに従って漸減(図7参照)させる。したがって第
3の制御例では、視野内におけるサンプリング点pの空
間的密度の不均衡を抑制することができる。Next, while keeping the amplitude ratio at 1: 1, XY
Both amplitudes are gradually reduced. The scanning path in this case has a spiral shape (or the instruction value of the amplitude instruction signal is changed stepwise as shown in FIG.
If there is a sufficiently high responsiveness or followability in the operation of,
Concentric circles as shown in FIG. 6). Here, when sampling is performed at regular intervals during scanning, the interval between the sampling points p in the scanning path becomes smaller as the scanning path contracts, so that the interval between the outside area and the inside area of the visual field is reduced. Therefore, it is considered that an imbalance occurs in the spatial density of the sampling points p. Therefore, in the third control example,
The frequency of laser pulse transmission is gradually reduced (see FIG. 7) as the amplitude of oscillation fluctuates from large to small. Therefore, in the third control example, the imbalance in the spatial density of the sampling points p in the visual field can be suppressed.
【0032】なお、第3の制御例における振幅比を常時
1:1とする代わりに、振幅比を他の比率にすることに
より、視野(走査領域)を縦長や横長の楕円形とするこ
とができる。すなわち、本発明の構成を利用して、振幅
比を変更することにより、用途や目的に応じて、縦長領
域や横長領域など任意の注目領域を容易に選択すること
ができる。In addition, instead of always setting the amplitude ratio to 1: 1 in the third control example, by setting the amplitude ratio to another ratio, the visual field (scanning region) can be made to have a vertically long or horizontally long elliptical shape. it can. That is, by using the configuration of the present invention, by changing the amplitude ratio, it is possible to easily select an arbitrary region of interest such as a vertically long region or a horizontally long region according to the application or purpose.
【0033】また、上記実施形態の各制御例における振
幅の変更方法はどのような順序であってもよいが、振幅
を例えば正弦波のように、漸増と漸減を繰り返すように
周期的に設定すれば、機構部10の応答性ないし追従性
に拘わらず良好な動作を行うことができ好適である。ま
た位相についても、同様に漸増と漸減を繰り返すなど、
連続的に可変させるのが好適である。Further, the method of changing the amplitude in each control example of the above-mentioned embodiment may be in any order, but the amplitude may be set periodically such as a sine wave so as to repeat the gradual increase and the gradual decrease. This is preferable because good operation can be performed regardless of the responsiveness or followability of the mechanism unit 10. In addition, regarding the phase as well, it will be increased and decreased in the same way.
It is preferable to change continuously.
【0034】以上のとおり説明した実施形態では、可動
子5が単一の可動子であるため、X方向とY方向との走
査の基準点を、ミラー部7の中心点で一致させることが
できる。また上記実施形態では、可動子5に一体的にミ
ラー部7が形成された反射型の構造としたので、発光素
子や受光素子などの他の素子を可動子5に固定する場合
に比して可動子5を小型軽量化でき、共振周波数を上げ
ることができる。また上記実施形態では、揺動の方向を
互いに直交するX方向およびY方向としたので、直交座
標系を用いた使用に好適に適用できる。In the embodiment described above, since the movable element 5 is a single movable element, the reference points for scanning in the X direction and the Y direction can be made to coincide with each other at the center point of the mirror section 7. . Further, in the above-described embodiment, since the reflection type structure in which the mirror portion 7 is integrally formed on the mover 5 is adopted, compared to the case where other elements such as a light emitting element and a light receiving element are fixed to the mover 5. The mover 5 can be made smaller and lighter, and the resonance frequency can be increased. Further, in the above-described embodiment, the swing directions are the X direction and the Y direction, which are orthogonal to each other, and therefore, the present invention can be suitably applied to use using an orthogonal coordinate system.
【0035】なお、上記実施形態では、単一の可動子5
を二方向に揺動させる構成としたが、本発明における可
動子は単一でなくてもよい。すなわち、図8に示す変形
例のとおり、上記第1実施形態におけるミラーパネル2
とトーションバー4とに相当する単動型(1軸型)の機
構部110a,110bを、両者の揺動方向が直交する
ように略対向させて設置し、それぞれを電流IA,IB
の出力側に接続すると共に、第1実施形態におけるもの
と同様の制御部60・レーザダイオード70を利用して
同様に制御することにより、第1実施形態と同様の効果
を得ることができる。In the above embodiment, the single movable element 5 is used.
However, the mover in the present invention does not have to be a single mover. That is, as in the modified example shown in FIG. 8, the mirror panel 2 in the first embodiment described above.
And single-acting type (uniaxial type) mechanism portions 110a and 110b corresponding to the torsion bar 4 are installed so as to face each other so that the swinging directions of the both are orthogonal to each other.
The same effect as in the first embodiment can be obtained by connecting to the output side of the above and performing similar control using the control unit 60 and the laser diode 70 similar to those in the first embodiment.
【0036】また、上記実施形態では可動子5またはミ
ラーパネル2の揺動をいずれも単振動としたが、本発明
における可動子の運動は、揺動であれば正弦波振動であ
る必要はない。また、上記実施形態では本発明における
第1の方向と第2の方向を互いに直交するXYの2方向
としたが、他の角度でもよい。また、第1の方向と第2
の方向の周波数比は、上記に例示したもの以外にも各種
のものを選択でき、例えば1:3、2:3、5:6を選
択してもよい。また、本発明および上記各制御例にいう
1:1、1:2、1:3、2:3、5:6などの周波数
比は、その値を中心とした所定の誤差範囲内にあるもの
を含む。Further, in the above-described embodiment, the swing of the mover 5 or the mirror panel 2 is a single vibration, but the mover in the present invention need not be a sinusoidal vibration as long as it is a swing. . Further, in the above embodiment, the first direction and the second direction in the present invention are two directions of XY orthogonal to each other, but other angles may be used. Also, the first direction and the second
As for the frequency ratio in the direction of, various types other than those exemplified above can be selected, and for example, 1: 3, 2: 3, 5: 6 may be selected. Further, the frequency ratio of 1: 1, 1: 2, 1: 3, 2: 3, 5: 6, etc. referred to in the present invention and the above control examples is within a predetermined error range centered on the value. including.
【0037】また、上記実施形態およびその変形例で
は、揺動の周波数と可動子またはミラーパネルの固有振
動周波数とが略等しい共振型の機構部10を利用した
が、本発明は動作周波数と可動子の固有振動周波数が無
関係に定められた非共振型の機構部(ガルバノミラー機
構)についても適用が可能である。Further, in the above-described embodiment and its modification, the resonance type mechanical section 10 in which the oscillation frequency and the natural oscillation frequency of the mover or the mirror panel are substantially equal to each other is used. The invention can also be applied to a non-resonance type mechanical unit (galvano mirror mechanism) in which the natural vibration frequency of the child is determined irrespectively.
【0038】また、上記実施形態では、可動子5に一体
的にミラー部7を設けた構成としたが、可動子5に固定
される部材は走査動作に関与する部材であれば他の部材
でもよく、例えば発光素子、受光素子または透光性の光
学部材を可動子に固定してもよい。Further, in the above embodiment, the movable part 5 is integrally provided with the mirror portion 7, but the member fixed to the movable part 5 may be any other member as long as it is a member involved in the scanning operation. Alternatively, for example, a light emitting element, a light receiving element, or a translucent optical member may be fixed to the mover.
【0039】また上記実施形態では、光パルス式の測距
装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明
は他の方式の測距装置や、画像入力装置、画像再生装
置、複写機、レーザ加工装置など、走査動作を必要とす
るどのような装置にも適用でき、かかる構成も本発明の
範疇に属するものである。In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to an optical pulse type distance measuring device has been described. However, the present invention is applicable to other types of distance measuring device, image input device, image reproducing device, copying machine. The present invention can be applied to any device that requires a scanning operation, such as a laser processing device, and such a configuration belongs to the scope of the present invention.
【図1】 本発明の実施形態に係る機構部の概略構成を
示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a mechanism section according to an embodiment of the present invention.
【図2】 機構部および制御部を示すブロック図であ
る。FIG. 2 is a block diagram showing a mechanism unit and a control unit.
【図3】 周波数比、位相差を変化させた場合の走査経
路を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a scanning path when a frequency ratio and a phase difference are changed.
【図4】 第1の制御例に係る走査経路を示す説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a scanning path according to a first control example.
【図5】 第3の制御例に係る走査経路の一例を示す説
明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a scanning path according to a third control example.
【図6】 第3の制御例に係る走査経路の他の一例を示
す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example of the scanning path according to the third control example.
【図7】 第3の制御例における振幅と時間あたりパル
ス数(送信頻度)との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amplitude and the number of pulses per hour (transmission frequency) in the third control example.
【図8】 変形例に係る機構部および制御部を示すブロ
ック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a mechanism unit and a control unit according to a modification.
【図9】 本発明による改良前の機構部の概略構成を示
す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of a mechanical portion before improvement according to the present invention.
【図10】 ラスタスキャンにおける走査経路を示す説
明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a scanning path in raster scanning.
1,101 枠体、2,102 ミラーパネル、3,
4,103,104 トーションバー、5,105 可
動子、6,106 永久磁石、7,107 ミラー部、
10,110 機構部、60 制御部、64 演算処理
部、70 レーザダイオード、p サンプリング点。1,101 Frame body, 2,102 Mirror panel, 3,
4,103,104 torsion bar, 5,105 mover, 6,106 permanent magnet, 7,107 mirror part,
10, 110 mechanism part, 60 control part, 64 arithmetic processing part, 70 laser diode, p sampling point.
Claims (5)
向に揺動する少なくとも1つの可動子を備えた機構部
と、前記機構部を制御する制御部と、を備えた揺動型2
次元走査装置であって、 前記制御部は、前記第1の方向と前記第2の方向の少な
くとも一方の揺動の振幅を可変することで前記機構部に
副走査動作を行わせることを特徴とする揺動型2次元走
査装置。1. A swinging type 2 comprising a mechanism section having at least one mover that swings in a first direction and a second direction different from each other, and a control section for controlling the mechanism section.
A dimensional scanning device, wherein the control unit causes the mechanical unit to perform a sub-scanning operation by varying an amplitude of swing in at least one of the first direction and the second direction. Swing type two-dimensional scanning device.
向に揺動する少なくとも1つの可動子を備えた機構部
と、前記機構部を制御する制御部と、を備えた揺動型2
次元走査装置であって、 前記制御部は、前記第1の方向と前記第2の方向の揺動
の位相差を可変することで前記機構部に副走査動作を行
わせることを特徴とする揺動型2次元走査装置。2. A swinging type 2 comprising a mechanism section having at least one mover that swings in different first and second directions, and a control section for controlling the mechanism section.
A dimensional scanning device, wherein the control unit causes the mechanical unit to perform a sub-scanning operation by varying a phase difference between the oscillating motions in the first direction and the second direction. Dynamic two-dimensional scanning device.
走査装置であって、 前記第1の方向と前記第2の方向の揺動の周波数を1:
1としたことを特徴とする揺動型2次元走査装置。3. The oscillating two-dimensional scanning device according to claim 1, wherein the oscillating frequency in the first direction and the second direction is 1:
An oscillating two-dimensional scanning device characterized in that
揺動型2次元走査装置であって、 前記可動子を利用した送信または受信の頻度を、前記揺
動の振幅が大から小に向かうに従って漸減させることを
特徴とする揺動型2次元走査装置。4. The oscillating two-dimensional scanning device according to claim 1, wherein the frequency of transmission or reception using the mover is set such that the oscillation amplitude is large or small. An oscillating two-dimensional scanning device characterized in that the oscillating type two-dimensional scanning device gradually decreases as it goes to.
揺動型2次元走査装置であって、 前記可動子が単一の可動子であり、当該可動子に一体的
にミラーが固定され、前記第1の方向および第2の方向
が互いに直交することを特徴とする揺動型2次元走査装
置。5. The oscillating two-dimensional scanning device according to claim 1, wherein the movable element is a single movable element, and a mirror is integrally fixed to the movable element. The swing type two-dimensional scanning device is characterized in that the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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