JP2019144484A

JP2019144484A - 光偏向システム、及び光偏向機構

Info

Publication number: JP2019144484A
Application number: JP2018030416A
Authority: JP
Inventors: 坂口　嘉之; Yoshiyuki Sakaguchi; 嘉之坂口
Original assignee: Itplants Co Ltd
Current assignee: Itplants Co Ltd
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29

Abstract

【課題】光の走査範囲が広く、コンパクトで製造コストが嵩むことがない光偏向システム、及び光偏向機構を提供する。【解決手段】光偏向機構１０を、定置される第一フレーム２０と、水平方向の第一回転中心軸Ｃ１を有し、第一フレーム２０に回転可能に支持された第二フレーム２６と、第二フレーム２６を第一フレーム２０に対して回転させる第一駆動手段と、第一回転中心軸Ｃ１と垂直方向の第二回転中心軸Ｃ２を有し、第二フレーム２６に回転可能に支持された鏡面４２と、鏡面４２を第二フレーム２６に対して回転させる第二駆動手段と、を備えて構成した。【選択図】図２

Description

光線を鏡面で反射させ、反射した光線の方向を広範囲な指定方向に照射する光偏向システム、及び光偏向機構に関する。

従来から、鏡面により反射する光線（レーザー光）を指定方向に照射する光偏向システム、光偏向装置及び光偏向機構（ガルバノミラー）が、光スキャナー、光ディスク装置、レーザーマーキング装置又はレーザー加工装置等において使用されている（例えば、特許文献１には、光偏向機構等を利用した光ディスク装置が記載されている。また、特許文献２には、光偏向機構等を利用したレーザーマーキング装置が記載されている。）。従来の光偏向機構、特にガルバノミラーは、モータ等の駆動手段によって鏡を駆動する構成である。また、従来の光偏向機構等は、鏡を複数備え、光線を何度も反射させるものも存在する。このため、従来の光偏向機構等は光偏向範囲が狭く、また、全体として複雑な構成となり、製造コストが嵩む結果を招いていた。

特許第３５６０７０９号公報特許第４８９１５６７号公報

本願発明は、光の走査範囲が広く、シンプルな構造で、かつ、コンパクトで製造コストが嵩むことがない光偏向システム、及び光偏向機構を提供することを目的とする。

本願発明の光偏向システムは、光線を広範囲な指定方向に照射する光偏向システムであって、
定置される第一フレームと、水平方向の第一回転中心軸を有し、該第一回転中心軸が前記第一フレームに回転可能に支持された第二フレームと、前記第二フレームを前記第一フレームに対して回転させる第一駆動手段と、前記第一回転中心軸と垂直方向の第二回転中心軸を有し、該第二回転中心軸が前記第二フレームに回転可能に支持された鏡面と、前記鏡面を前記第二フレームに対して回転させる第二駆動手段と、から構成される光偏向機構と、
前記第二フレームの前記第一フレームに対する回転角度を検知する第一角度検出手段と、
前記鏡面の前記第二フレームに対する回転角度を検知する第二角度検出手段と、
前記第二フレームが前記第一フレームに対して回転するように、前記第一駆動手段に回転指令信号を送信し、該鏡面が該第二フレームに対して回転するように、前記第二駆動手段に回転指令信号を送信する駆動回路と、
前記第二フレームが前記第一フレームに対して第一指定回転角度で回転し、前記鏡面が該第二フレームに対して第二指定回転角度で回転するように制御する制御手段と、
前記制御手段との間で通信可能な撮像装置と、
前記鏡面の中心に光線を照射する光源と、
を備え、
前記制御手段は、前記撮像装置から受信した光線照射対象の画像と、該光線照射対象へ照射する前記光線の到達点との間で、関係付けを行うように構成されたことを特徴とする。

本願発明の光偏向機構は、光線を広範囲な指定方向に照射する光偏向機構であって、
定置される第一フレームと、
水平方向の第一回転中心軸を有し、該第一回転中心軸が前記第一フレームに回転可能に支持された第二フレームと、
前記第二フレームを前記第一フレームに対して回転させる第一駆動手段と、
前記第一回転中心軸と垂直方向の第二回転中心軸を有し、該第二回転中心軸が前記第二フレームに回転可能に支持された鏡面と、
前記鏡面を前記第二フレームに対して回転させる第二駆動手段と、
を備え、
前記第一駆動手段及び前記第二駆動手段の少なくともいずれか一方は、コイルと、該コイルにより回転する永久磁石とから構成されたことを特徴とする。

（用語の定義）
上述のように、本願発明の光偏向システムとは、光偏向機構と、第一角度検出手段と、第二角度検出手段と、駆動回路と、制御手段と、撮像装置と、光源と、を備えたものである。また、本願発明の光偏向機構とは、第一フレームと、第二フレームと、第一駆動手段と、鏡面と、第二駆動手段と、を備えたものである。本願明細書において、光偏向装置とは、光偏向機構と、制御手段と、駆動回路と、第一角度検出手段と、第二角度検出手段と、を備えたものである。

本願発明の光偏向システム、及び光偏向機構によれば、光偏向機構を第一フレームと、第二フレームと、１個の鏡面と、第一駆動手段と、第二駆動手段と、第一角度検出手段と、第二角度検出手段と、によってコンパクトに構成することができる。このため、光線を遮る余分な部品がなく、光偏向機構から照射する光線の照射範囲を広くすることができる。また、部品点数が少ないので、光偏向システム等の製造コストを低減できる。特に、第一駆動手段及び第二駆動手段のいずれか一方を中空コイルと中空コイルにより駆動する永久磁石とから構成することにより、第一駆動手段及び第二駆動手段をモータから構成するのと異なり、製造コストをより低減できる。特に、第一駆動手段及び第二駆動手段の両方をコイルとコイルにより駆動する永久磁石とから構成した場合、製造コストの更なる低減を図ることができる。

本願発明に係る光偏向システム、光偏向装置及び光偏向機構を示す図である。本願発明に係る光偏向機構を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は正面図である。同図（ａ）は図１に示す光偏向機構を示す右側面図であり、同図（ｂ）は図１に示す光偏向機構の一部拡大平面図である。同図（ａ）は、本願発明で使用する第一永久磁石の正面図であり、同図（ｂ）は、本願発明で使用する第二永久磁石の正面図である。本願発明が備える制御手段が行う関係付け１を説明するための図であり、同図（ａ）は撮像装置が採取した光線照射対象の第一撮影画像を示し、同図（ｂ）は光線照射対象及び光線の到達点を撮像装置が採取した第二撮影画像を示し、同図（ｃ）は第二撮影画像から第一撮影画像を差分した差分画像を示し、同図（ｄ）は光線照射対象の中のマスキング処理した部分をハッチングで示す。本願発明が備える制御手段が行う関係付け２を説明するための図であり、同図（ａ）は光線の到達点の軌跡を示す図であり、同図（ｂ）は関係付け２のフローチャートである。本願発明が備える制御手段が行う関係付け３を説明するための数式である。本願発明が備える制御手段が行う関係付け３を説明するための図であり、同図（ａ）は数式であり、同図（ｂ）は誤差を表す図である。本願発明が備える制御手段が行う関係付け３を説明するためのフローチャートである。本願発明の光偏向機構の作用を説明するための平面図である。本願発明の応用１を示す正面図である。本願発明の応用１を説明するためのフローチャートである。本願発明の応用２を説明するための正面図である。本願発明の応用２を説明するためのフローチャートである。本願発明の応用３を説明するための正面図である。本願発明の応用３を説明するためのフローチャートである。

以下に、本願発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１〜３において、符号１２は本願発明の光偏向システムであり、符号１１は本願発明に係る光偏向装置であり、符号１０は本願発明の光偏向機構である。光偏向システム１２は、光線を指定方向へ照射するシステムであり、光偏向装置１１は、光源装置及び画像処理装置と共に、光偏向システム１２を構成し、光偏向機構１０は、制御装置と共に光偏向装置１１を構成し、さらに光偏向システム１２を構成する。

（構成）
（光偏向システム）
光偏向システム１２は、図１に示すように、光偏向装置１１と、光線照射対象の画像を採取する撮像装置６６及び画像処理手段８４から構成される画像処理装置と、光偏向装置１１が備える鏡面４２の中心に光線を照射する光源８２、光源８２を駆動する光源駆動回路８８、及び光源制御手段８６から構成される光源装置と、を含んで構成される。光偏向装置１１は、光偏向機構１０と、鏡面４２が２方向（θ方向（図３（ａ）に示す）及びφ方向（図２（ａ）に示す））に回転するように回転指令信号を送信する駆動回路６２と、鏡面４２が２方向に指定回転角度で回転するように制御する制御手段６４と、を含んで構成される。光源装置（光源制御手段８６、光源駆動回路８８、及び光源８２）、画像処理装置（撮像装置６６及び画像処理手段８４）の詳細は、光偏向機構１０との関係で、後述する。

（光偏向機構）
光偏向機構１０は、光線を指定方向へ照射する機構である。光偏向機構１０は、半円筒形状の第一フレーム２０を備えている。半円筒形状の第一フレーム２０は、図２及び図３に示すように、略半円柱形の中空部１４、略半円形の前端開口部１６、及び円形の後端開口部１８を有する。後端開口部１８の円周方向に沿って、第一コイルボビン２２が設けられ、第一コイルボビン２２には、第一コイル２４が巻回されている。第一フレーム２０の中空部１４には、円筒状の第二フレーム２６が配置され、円筒状の第二フレーム２６は、円柱形の中空部２８、円形の前端開口部３０、及び円形の後端開口部３２を有する。本説明では、コイルボビンを使用しているが、コイルボビンがない中空コイルであっても構わない。

円筒状の第二フレーム２６には、図２及び図３に示すように、直径方向に第一回転軸３４が固定されている。第一回転軸３４は、第一フレーム２０によって支持されている。第二フレーム２６及び第一回転軸３４は、第一回転中心軸Ｃ１を有し、第二フレーム２６は上下方向（θ方向、図３（ａ）に示す）に回転可能ように、第一フレーム２０によって支持されている。後端開口部３２の円周方向に沿って、第二コイルボビン３６が固定され、第二コイルボビン３６には、第二コイル３８が巻回されている。図２（ａ）、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、第二フレーム２６に固定され、第一回転中心軸Ｃ１と垂直方向の一端側にＮ極を有し、第一回転軸３４と垂直方向の他端側にＳ極を有する第一永久磁石４０を備える。第一コイル２４及び第一永久磁石４０が、第一駆動手段を構成する。

第二フレーム２６の中空部２８には、図２及び図３に示すように、レーザー光を反射させる鏡面４２を有する鏡４４が配置されている。鏡４４はポリカーボネート樹脂で構成され、鏡面４２はポリカーボネート樹脂に蒸着メッキで鏡面加工して構成されている。鏡４４には、第一回転軸３４と垂直方向の第二回転軸４６が固定されている。鏡面４２及び第二回転軸４６は、第一回転中心軸Ｃ１に対して垂直な第二回転中心軸Ｃ２を有し、鏡面４２が第二フレーム２６に対してφ方向（図２（ａ）に示す）に回転可能なように、第二フレーム２６によって支持されている。鏡４４には、図２（ａ）、図３（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第二回転中心軸Ｃ２と垂直方向の一端側にＮ極を有し、第二回転軸４６と垂直方向の他端側にＳ極を有する第二永久磁石４８が固定されている。鏡面４２には、正面図（図２（ｂ））において前端開口部１６内に配置された前端開口部３０を介して、光線が照射され、光線は指定方向へ反射される。第二コイル３８及び第二永久磁石４８が、第二駆動手段を構成する。

第一永久磁石４０は、図４（ａ）に示すように、Ｎ極とＳ極とに分割されて構成され、Ｎ極とＳ極との間に空洞部４１を有するリング形状である。着磁方向は、リング形状の直径方向である。第二永久磁石４８は、図４（ｂ）に示すように、Ｎ極とＳ極とに分割されて構成され、Ｎ極とＳ極との間に空洞部４９を有するリング形状であることが好ましい。着磁方向は、リング形状の直径方向である。第一永久磁石４０及び第二永久磁石４８は、リング形状であるため、棒磁石と異なり、外形が円形であり、磁性を有する範囲が広くなる。また、第一永久磁石４０及び第二永久磁石４８は、外形が円形であり中心点が定まる。このため、円形の鏡面４２等の円形部品との間で中心点を目視により合わせれば、円形部品との位置決めが容易となる。また、磁力によるモーメントが少ない中心部を空洞化することで、磁力による回転モーメント（回転トルク）を維持しながらも軽量化を図ることができる。また、第一永久磁石４０及び第二永久磁石４８としては、磁束密度が高く、非常に強い磁力を有するネオジム磁石を使用することが好ましい。

図２（ｂ）に示すように、第二回転軸４６の下端には、回転抑制板５０（図３（ｂ）に拡大図を示す。）が固定され、第二フレーム２６の下端に、回転抑制板５０と干渉するピン５２（図３（ｂ）に拡大断面図を示す。）が固定されている。回転抑制板５０及びピン５２によって、第二回転軸４６及び鏡面４２のφ方向の回転は、１２０度以内に規制される。これにより、φ方向においては、光線を１２０度の範囲で回転可能である。

図２及び図３に示すように、第一回転軸３４の一端には、角度検出用第一磁石５４が固定されている。第一回転軸３４及び鏡面４２のθ方向の回転角度を検出する第一磁気エンコーダー（第一角度検出手段）５６が、角度検出用第一磁石５４に隣接して、第一フレーム２０の外側に固定されている。また、第二回転軸４６の一端に、角度検出用第二磁石５８が固定されている。第二回転軸４６及び鏡面４２のφ方向の回転角度を検出する第二磁気エンコーダー（第二角度検出手段）６０が、角度検出用第二磁石５８に隣接して、第二フレーム２６の外側に固定されている。

光偏向機構１０において、図２及び図３に示すように、磁気エンコーダーが外部磁界の影響を受けないように、磁性体から成り磁力を遮断する磁気シールド７６、７８及び８０を備えることが望ましい。光偏向機構１０全体を磁気シールドで覆ってもよい。

（駆動回路及び制御手段）
駆動回路６２は、図１に示すように、第一コイル２４に、第二フレーム２６の第一フレーム２０に対する回転指令信号を送信し、第二コイル３８に、鏡面４２の第二フレーム２６に対する回転指令信号を送信するように構成されている。制御手段６４は、第二フレーム２６が第一フレーム２０に対して第一指定回転角度で回転し、鏡面４２が第二フレーム２６に対して第二指定回転角度で回転するようにＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Control）するように構成されている。ＰＩＤ制御の代替として、Ｐ制御又はＰＩ制御であってもよいが、第二フレーム２６の第一フレーム２０に対する回転角度を迅速に目標値の第一指定回転角度に到達させ、鏡面４２の第二フレーム２６に対する回転角度を目標値の第二指定回転角度に、小さな誤差に到達させることのできるＰＩＤ制御が好ましい。

（撮像装置及び光源）
撮像装置６６は、光線照射対象の画像を採取し、図１に示すように、画像処理手段８４を介して、制御手段６４に送信するように構成されている。撮像装置６６には、可視光データを採取できるカメラ、赤外線データや遠赤外線データを採取できるカメラ、紫外線データを採取できるカメラを含む。画像処理手段８４は、撮像装置６６が撮影した画像データにデジタル処理を行い、制御手段６４に送信するように構成されている。光源８２は、制御手段６４から、光源用の光源制御手段８６及び光源用の光源駆動回路８８を介して光線を鏡面４２の中心に照射するように構成されている。光源制御手段８６及び光源駆動回路８８は、光源８２が光線の輝度を変えることができるように、ＰＷＭ制御(Pulse Width Modulation control)する。

（制御手段による関係付け）
以上のような構成の光偏向システム１２において、制御手段６４は、撮像装置６６が採取した画像データと、光偏向機構１０から照射する光線の方向とを、以下のように関係付けるように構成されている。

（関係付け１）
（光照射位置の検出方法）
撮像装置６６は、光線照射対象６８を撮影し、図５（ａ）に示すように、第一撮影画像７０を採取し、画像処理手段８４を介して、制御手段６４へ送信する。更に、光偏向機構１０が、鏡面４２で反射した光線を光線照射対象６８内に照射し、図５（ｂ）に示すように、第一撮影画像７０と到達点Ｐの画像とを含む第二撮影画像７２を採取し、画像処理手段８４を介して、制御手段６４へ送信する。制御手段６４は、第二撮影画像７２から第一撮影画像７０を減算し、図５（ｃ）に示すように、到達点Ｐの画像のみを含む差分画像７４を作成し記憶する。制御手段６４は、差分画像７４に基づいて、到達点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ）を検出する。例えば、制御手段６４は、到達点Ｐを暗部とし到達点Ｐ以外を明部とする（又は到達点Ｐを明部とし到達点Ｐ以外を暗部とする）二値化画像の画像重心に基づいて、到達点Ｐの位置を検出する。すなわち、制御手段６４は、光偏向機構１０及び撮像装置６６により、鏡面４２で反射した光線の到達点Ｐの位置を検出できる位置検出手段を有するように構成されている。本手法は、第一撮影画像と第二撮影画像の取得時間間隔が短い時に、特に有効である。取得時間間隔が短いほど、外乱による影響を受けにくくなる。一般に、取得時間間隔は１／３０秒以内が好ましい。なお、光線照射対象６８の中で、到達点Ｐの位置を検出する必要のない部分に、図５（ｄ）にハッチングで示すように、マスキングしてもよい。マスキングする部分の形状は、長方形状に限定されず、Ｌ字形状やロの字形状等、任意の形状であってもよい。

（関係付け２）
制御手段６４は、前記位置検出手段が検出した座標（Ｘ，Ｙ）と、第二フレーム２６の第一フレーム２０に対する第一指定回転角度Ｒ_θ、及び鏡面４２の第二フレーム２６に対する第二指定回転角度Ｒ_φと、の関係付けを行う。すなわち、制御手段６４は、対応関係記録手段を備える。光偏向機構１０は、図６（ａ）に示すように光線照射対象６５に照射した光線の到達点Ｐを移動させていき、制御手段６４は、以下のような処理を行う。すなわち、図６（ｂ）に示すように、制御手段６４は、指定回転角度Ｒ_θ及びＲ_φを設定し、第二フレーム２６及び鏡面４２を指定回転角度Ｒ_θ及びＲ_φになるまで回転させる。次に、位置検出手段は、光線の到達点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ）を検出し、対応関係記録手段は、検出した座標（Ｘ，Ｙ）、及び検出した座標（Ｘ，Ｙ）に対応する指定回転角度Ｒ_θ及びＲ_φを記録する。次に、指定回転角度Ｒ_θ及びＲ_φを更新し、上述と同様に、第二フレーム２６及び鏡面４２を指定回転角度Ｒ_θ及びＲ_φになるまで回転させ、位置検出手段は、光線の到達点Ｐの座標（Ｘ，Ｙ）を検出し、対応関係記録手段は、検出した座標（Ｘ，Ｙ）、及び検出した座標（Ｘ，Ｙ）に対応する指定回転角度Ｒ_θ及びＲ_φを記録する。このような処理を、光線の到達点Ｐを移動させながら、図６（ｂ）に示すように順次行っていく。図７は、座標（Ｘ，Ｙ）と、Ｒ_θ及びＲ_φとの対応関係を求めるための計算式を示し、同図数式５が座標（Ｘ，Ｙ）と、Ｒ_θ及びＲ_φとの対応関係を表す。対応関係記録手段を備えることにより、指定の座標（Ｘ，Ｙ）を制御手段６４に入力すれば、指定の座標（Ｘ，Ｙ）に対応するＲ_θ及びＲ_φで光線を照射できる。

（関係付け３）
制御手段６４は、図８（ａ）に示す数式に基づいて、前記対応関係記録手段によって互いに関係付けされた指定回転角度Ｒ及び座標Ｗ'（Ｘ，Ｙ）の中の座標Ｗ'（Ｘ，Ｙ）と、再度位置検出した座標Ｗ（Ｘ，Ｙ）との誤差ｅ（図８（ｂ）に示す）の修正を行う。すなわち、制御手段６４は、誤差修正手段を備える。誤差修正手段は、図９に示すように、指定の座標（Ｘ，Ｙ）について対応関係記録手段に基づく指定回転角度Ｒ（図７の数式５に基づく）で、鏡面４２から光線照射対象に光線を照射し、位置検出手段により再度座標（Ｘ，Ｙ）を検出する。図８（ｂ）に示す誤差ｅを含んだＷ´（Ｘ，Ｙ）を検出した場合、Ｗ´は、図８（ａ）及び図９に示す数式６で表される。次に、数式７に基づいて誤差ｅを求め、数式８に基づいて修正後の指定回転角度Ｒ１（Ｒθ，Ｒφ）を求める。これにより誤差ｅは修正される。次に、Ｒ１に基づいて鏡面４２から光線照射対象に光線を照射する。これにより、指定の座標（Ｘ，Ｙ）へ、光線が正確に照射される。光線照射対象が光偏向機構１０に対して遠方である程、光線照射対象上の誤差ｅは大きくなるので、誤差修正を行う関係付け３の技術的意義は大きくなる。本発明は、原理的に、光線照射対象に反射した光の位置が検出できる範囲であれば、距離に関係なく正確に光線を照射できる。

（作用）
本願発明によって、光線照射対象の指定の位置に光線を照射させるとき、光偏向システム１２に電源を入れ稼働させる。光源８２は、第二フレーム２６の前端開口部３０から鏡面４２へ光線を入射できる場所に定置される。最初、第二フレーム２６の方向は、原点の方向（例えば図３（ａ）の基準線Ｌ１の方向、θ＝０°）であり、鏡面４２の方向は、原点の方向（例えば図２（ａ）の基準線Ｌ２の方向、φ＝０°）に、制御手段６４によって制御される。光線照射対象上の指定の座標（Ｘ，Ｙ）に関して、位置検出手段による関係付け１、対応関係記録手段による関係付け２等を行い、照射対象上の指定の座標（Ｘ，Ｙ）に対応する指定回転角度Ｒ１（Ｒ_θ，Ｒ_φ）を求める。制御手段６４が求めた指定回転角度Ｒ１（Ｒ_θ，Ｒ_φ）に従って、第二フレーム２６及び鏡面４２の回転角度がＰＩＤ制御される。これにより、鏡面４２で反射した光線は、光線照射対象上の指定の位置に照射される。なお、鏡面４２に関しては、図１０に示すように、ＰＩＤ制御される。すなわち、例えば図１０に示す方向に電流を流した場合、右手の法則により、第二コイル３８の図１０における上側がＮ極となり、下側がＳ極となる。これにより、第二永久磁石４８のＮ極が第二コイル３８に吸引され、第二永久磁石４８のＳ極が第二コイル３８から反発された状態に、維持される。図１０に示す方向と逆方向に電流を流した場合、フレミングの左手の法則により、図１０における第二コイル３８の上側がＳ極となり、下側がＮ極となる。これにより、第二永久磁石４８のＮ極が第二コイル３８から反発され、第二永久磁石４８のＳ極が第二コイル３８に吸引された状態に、維持される。第二フレーム２６も、鏡面４２と同様にしてＰＩＤ制御される。

（効果）
本願発明の光偏向機構１０によれば、第一コイル２４及び第一永久磁石４０が、第一駆動手段を構成し、第二コイル３８及び第二永久磁石４８が、第二駆動手段を構成する。このため、第一駆動手段及び第二駆動手段をモータにより構成する光偏向装置と異なり、光偏向機構１０全体を部品点数が少ないシンプルにでき、また、コンパクトに構成できるので、製造コストの低減を図ることができる。また、鏡面４２の前方に光線を遮る部品が存在しないため、光線照射対象へ照射させる光線を最大限に広範囲な方向に偏向できる。偏向可能な範囲は、１２０度以上にもなる。これは、広角レンズを持つカメラの全撮影領域に相当する。

（本願発明の応用）
（応用実施例１）
本願発明は、光を広範囲に変更できる特徴を利用して、図１１に示すように、獣害対策装置９０として応用できる。獣害対策装置９０は、光偏向機構１０と、夜行性の猪や鹿等の害獣の体温を離れた位置から検出できるサーマルカメラ９２と、赤外線を害獣に照射する赤外線ライト９４と、害獣の瞳を輝点として検出する赤外線カメラ９６とを備える。図１２に示すように、サーマルカメラ９２が、屋外の害獣の体温を検出すると赤外線ライト９４をＯＮにして害獣に赤外線を当てる。次に、赤外線カメラ９６が、害獣を撮影し、赤外線画像の輝点として映る害獣の瞳を検出し、制御手段６４が害獣の瞳の位置を検出し認識する。害獣の瞳は、赤外線画像の非常に明るい輝点として映るので、適切な閾値による二値化で容易に検出できる。光偏向機構１０は、位置を検出した害獣の瞳に光線を照射する。害獣は光線を眩しく感じて逃避行動を取るので、害獣を追い払うことができる。

従来の獣害対策装置の大きな問題は、害獣が獣害対策装置の仕組みを学習して、慣れてしまって逃避行動を取らなくなることである。常時、音や光、臭い等を出していると、やがて、害獣は、そのようなものだと学習して逃げなくなってしまう。本発明は、害獣が出現した時だけ、害獣の瞳に光線を照射する仕組みであるために、害獣には、いつ光線が照射されるかを学習することができず、しかも、突然、明るい光を瞳に照射される恐怖心を与えることができ、害獣の慣れによる追い払い効果の消失もないことが特徴となる。

（応用実施例２）
光偏向機構１０の鏡面４２に照射して反射させる光線を強力なパワーが出せるレーザーにし、照射対象物表面にレーザー光線の焦点を合わせる集光機構を付加することで、本願発明をレーザー加工装置として応用できる。集光機構には、ｆ−θレンズやテレセントリックレンズを用いる。この応用実施例の場合、図１３に示すように、加工対象物９８に加工線１００を描いておき、次に、図１４に示すように、撮像装置６６が加工対象物９８を撮影し、画像処理手段８４が加工線１００を検出し、２値化処理し、加工線１００上の複数の位置の座標を記録する。制御手段６４（加工対象物９８について既に関係付け１及び関係付け２を行っている）は、画像処理手段８４から、加工線１００上の複数の位置の座標を受信し、検出した加工線１００に沿って光偏向機構１０がレーザーを照射するように制御する。すなわち、制御手段６４は、加工線１００上の座標に対応する指定回転角度に光偏向機構１０を制御しながら、レーザーを加工線１００に沿って移動させていく。レーザーを加工線１００に沿って照射していくことにより、レーザー加工（レーザーマーキングやレーザーカッティング、レーザー溶接等）を行うことができる。応用２の場合、加工対象物９８にレーザー加工を行う時に加工線１００に沿ってレーザーを移動すればよく、レーザー加工前に予めレーザー加工用のＣＡＤデータ等を作成しておく必要がない。もちろん、従来のレーザー加工機のように、予め設定したCADデータに基いて加工することもできる。この場合には、加工対象物を自動的に検出できるので、原点合わせの手間がなくなることが特徴となる。

（応用実施例３）
光偏向システム１２は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）として使用できる。ＬｉＤＡＲは、図１５に示すように、光偏向装置１１に右目カメラ１０２と左目カメラ１０４とを備える。図１６のフローチャートに示すように、右目カメラ１０２及び左目カメラ１０４によって検出対象物を撮影し、右目カメラ１０２及び左目カメラ１０４の画像データからステレオマッチング法によって、検出対象物表面の各点までの距離を検出する。しかし、ＬｉＤＡＲは、対象物の表面に影領域の部分があったり平坦面の部分があったりした場合、その部分についてステレオマッチングを行うことができず、その部分について距離を検出できない。この場合、ＬｉＤＡＲにより検出対象物表面の各点までの距離を検出できない部分について、光偏向機構１０からレーザー（光線）を照射する。光偏向機構１０から照射したレーザーの到達点について、ステレオマッチングできるような特徴点が現れた場合、右目カメラ１０２及び左目カメラ１０４により特徴点を撮影し、ステレオマッチング法によって特徴点までの距離を検出する。特徴点とは、レーザー照射中の輝点やレーザー照射による跡点（例えば焦げた点）等である。レーザー照射及び特徴点までの距離の検出は、情報欠落領域について繰り返し行う。これにより、検出対象物の画像の中における距離情報欠落領域を少なくしていくことができる。もし、レーザー照射位置に輝点が検出できなければ、その部分は、平坦な壁ではなく、何もない空であることが分かる。本発明は、ステレオマッチング法の欠点を補う有効な手段となることが特徴となる。

（他の実施形態）
以上、本願発明の実施形態について説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、本願発明の光偏向装置において、第一駆動手段及び第二駆動手段のいずれか一方をコイルと永久磁石とから構成し、他方をモータから構成してもよい。また、本願発明の光偏向システムにおいて、第一駆動手段及び第二駆動手段をモータから構成してもよい。光源もレーザー光源に限定されず、例えば、強力なLED光源等で、必要な箇所だけを照明するインテリジェンス照明にも応用可能である。

１０：光偏向機構
１１：光偏向装置
１２：光偏向システム
１４：中空部
２０：第一フレーム
２２：第一コイルボビン
２４：第一コイル
２６：第二フレーム
２８：中空部
３０：前端開口部
３２：後端開口部
３４：第一回転軸
３６：第二コイルボビン
３８：第二コイル
４０：第一永久磁石
４１：空洞部
４２：鏡面
４４：鏡
４６：第二回転軸
４８：第二永久磁石
４９：空洞部
５０：回転抑制板
５２：ピン
５４：角度検出用第一磁石
５６：第一磁気エンコーダー（第一角度検出手段）
５８：角度検出用第二磁石
６０：第二磁気エンコーダー（第二角度検出手段）
６２：駆動回路
６４：制御手段
６６：撮像装置
Ｃ１：第一回転中心軸
Ｃ２：第二回転中心軸

Claims

光線を指定方向に照射する光偏向システムであって、
定置される第一フレームと、水平方向の第一回転中心軸を有し、該第一回転中心軸が前記第一フレームに回転可能に支持された第二フレームと、前記第二フレームを前記第一フレームに対して回転させる第一駆動手段と、前記第一回転中心軸と垂直方向の第二回転中心軸を有し、該第二回転中心軸が前記第二フレームに回転可能に支持された鏡面と、前記鏡面を前記第二フレームに対して回転させる第二駆動手段と、から構成される光偏向機構と、
前記第二フレームの前記第一フレームに対する回転角度を検知する第一角度検出手段と、
前記鏡面の前記第二フレームに対する回転角度を検知する第二角度検出手段と、
前記第二フレームが前記第一フレームに対して回転するように、前記第一駆動手段に回転指令信号を送信し、該鏡面が該第二フレームに対して回転するように、前記第二駆動手段に回転指令信号を送信する駆動回路と、
前記第二フレームが前記第一フレームに対して第一指定回転角度で回転し、前記鏡面が該第二フレームに対して第二指定回転角度で回転するように制御する制御手段と、
前記制御手段との間で通信可能な撮像装置と、
前記鏡面の中心に光線を照射する光源と、
を備え、
前記制御手段は、前記撮像装置から受信した光線照射対象の画像と、該光線照射対象へ照射する前記光線の到達点との間で、関係付けを行うように構成されたことを特徴とする
光偏向システム。
前記制御手段は、前記関係付けとして、
前記撮像装置から、前記光線照射対象の第一撮影画像、及び、該第一撮影画像と該光線照射対象上の前記光線の到達点の画像とから成る第二撮影画像、を受信し、
前記第二撮像画像から前記第一撮影画像を減算し、差分画像を作成し記憶し、
前記差分画像の画像重心を計算することにより、前記光線の到達点の座標を検出する位置検出手段を有するように構成されたことを特徴とする
請求項１に記載する光偏向システム。
前記制御手段は、前記関係付けとして、
前記位置検出手段により検出する座標と、前記第一指定回転角度及び前記第二指定回転角度との関係を記録する対応関係記録手段を備えて構成されたことを特徴とする
請求項２に記載する光偏向システム。
前記制御手段は、前記関係付けとして、
前記対応関係記録手段により互いに対応するように関係付けが行われた指定回転角度及び座標の中の座標と、前記位置検出手段によって再度位置検出した座標と、の誤差修正を行う誤差修正手段を備えて構成されたことを特徴とする
請求項３に記載する光偏向システム。
光線を指定方向に照射する光偏向機構であって、
定置される第一フレームと、
水平方向の第一回転中心軸を有し、該第一回転中心軸が前記第一フレームに回転可能に支持された第二フレームと、
前記第二フレームを前記第一フレームに対して回転させる第一駆動手段と、
前記第一回転中心軸と垂直方向の第二回転中心軸を有し、該第二回転中心軸が前記第二フレームに回転可能に支持された鏡面と、
前記鏡面を前記第二フレームに対して回転させる第二駆動手段と、
を備え、
前記第一駆動手段及び前記第二駆動手段の少なくともいずれか一方は、コイルと、該コイルにより回転する永久磁石とから構成されたことを特徴とする光偏向機構。
前記第二駆動手段が、コイルと、該コイルにより前記鏡面と共に回転する永久磁石とから構成されたことを特徴とする請求項５に記載する光偏向機構。
前記永久磁石は、Ｎ極とＳ極との間に空洞部を有するリング形状であり、着磁方向が該リング形状の直径方向であることを特徴とする請求項５又は６に記載する光偏向機構。