JP4316273B2 - 光走査装置及びその光ビーム発射タイミング調整方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関し、特に、光走査部の動作に同期して発射する光ビームの発射タイミングの精度を向上させた光走査装置及びその光ビーム発射タイミング調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光走査装置には、固定部にトーションバーで揺動可能に軸支された可動部に反射ミラーを形成し、該可動部に敷設した駆動コイルに静磁界を作用してトーションバーの軸方向に平行な可動部の対辺部に発生するローレンツ力により可動部を揺動するようにしたものがある。この場合、上記反射ミラーに対して光ビームを照射すると、光ビームは、反射ミラーで反射され、可動部の揺動に伴って一次元方向に走査する。
【０００３】
一般に、駆動信号の周波数と可動部の固有共振周波数とが異なる場合には、駆動信号の波形と可動部の揺動動作とに位相差が生じる。したがって、駆動信号に基づいて光ビームの発射タイミングを設定した場合には、光ビームの可動部における反射方向が目標方向と僅かにずれることになる。
【０００４】
このような、不具合を解消するため、駆動コイルに駆動電流として駆動周波数の１／２の周期でパルス駆動電流を供給して駆動すると共に、駆動電流がオフ状態の半周期に可動部が慣性によって自由揺動する際に駆動コイルに発生する誘導起電圧を検出して、そのゼロクロス点から可動部の最大振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図１０に示すように、可動部１により一次元方向に往復走査する光ビームの走査線上に受光素子２を配置して、可動部１の振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。この場合、発光素子３が連続して発光照射するものであれば、例えば図１１に示すように受光素子３は、可動部１の最大振れ角の前後において、往復の光走査によりそれぞれ一つのパルス信号を出力する。この場合、可動部１が最大に振れた時刻は、上記往復の二つのパルス信号に挟まれた中心時刻に一致する。したがって、可動部１が反対方向に最大に振れる時刻は、上記中心時刻から駆動信号の繰返し周期ＴのＴ／２だけ遅れた時刻となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０５４７１号公報
【特許文献２】
特開平０９−２３０２７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光走査装置においては、例えば前者のような振れ角検出方法によっても、逆起電圧の検出増幅回路等による信号の遅延により駆動信号の波形と可動部の揺動動作には僅かな位相差が発生してしまう場合がある。
【０００８】
また、可動部が二軸の回りに揺動する二次元走査の光走査装置において、上述のような逆起電圧により可動部の振れ角を検出しようとした場合には、例えば、一方の軸回りの揺動に基づく逆起電圧の検出信号に他方の軸回りの揺動により発生する逆起電圧が重畳されて出力するため、検出信号のゼロクロス点が必ずしも可動部の最大振れ角に一致しない場合がある。
【０００９】
したがって、上記振れ角検出方法により検出した、例えば可動部の最大振れ角の時刻に光ビームを発射しても、光ビームの発射方向は目標方向と異なったものとなる虞がある。
【００１０】
また、後者の場合は、発光素子３が連続して発光照射するものであるときに有効であるが、間歇発射する光ビームを用いた例えば測距用の光走査装置においては、光ビームの受光素子２を通過する時刻が発光素子３の発光ＯＦＦの時間に一致したときは、受光素子２は光ビームを受光することができない。したがって、この場合、可動部１の振れ角を検出することができず、可動部１の揺動に同期して光ビームを発射させることが困難である。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、光走査部の動作に同期して発射する光ビームの発射タイミングの精度を向上させた光走査装置及びその光ビーム発射タイミング調整方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の光走査装置の発明は、光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを反射走査する光走査部と、該光走査部の駆動部に所定の駆動周期の駆動信号を供給する駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記駆動信号に基づいて制御する発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置において、前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させるよう調整可能に構成した。
【００１３】
このような構成により、駆動信号発生部で所定の駆動周期の駆動信号を発生し、これを駆動部に供給して光走査部を駆動し、一方、駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備えた発射タイミング制御部で遅延回路の出力の上記駆動信号に対する遅延時間を駆動信号と光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって発光部の光ビームの発射タイミングを調整する。これにより、光走査部の動作に同期して発射するように光ビームの発射タイミング精度を向上させる。
【００１４】
この場合、前記発射タイミング信号生成部が、請求項２のように前記駆動周期の１／２周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を、前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期だけ遅れて生成するように構成するとよい。または、請求項３のように前記駆動周期の１／４周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を、前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期だけ遅れて生成するように構成してもよい。
【００１５】
請求項４の構成の場合においては、前記光走査部は、二つの動作軸を有し、個別に備えた前記駆動信号発生部及び駆動部により各動作軸回りにそれぞれ異なる駆動周期で駆動され、個別に備えた前記発射タイミング制御部で制御されて出力する発射タイミング信号に基づいて発光部より発射される光ビームを二次元方向に走査するように構成した。
【００１６】
この場合、請求項５のように前記発射タイミング信号は、前記各発射タイミング制御部の出力の論理和により得られるように構成するとよい。
【００１７】
請求項６の光ビーム発射タイミング調整方法に係る第１の発明は、光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを反射走査する光走査部と、該光走査部の駆動部に所定の駆動周期の駆動信号を供給する駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記駆動信号に基づいて制御する発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置の光ビーム発射タイミング調整方法において、前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、前記発射タイミング制御部から前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期遅れて出力するパルス状の発射タイミング信号に基づいて前記発光部から光ビームを前記光走査部に向けて発射し、前記光走査部で反射走査された前記光ビームの照射点が１点となるように、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって光ビームの発射タイミングを調整するものである。
【００１８】
また、請求項７の光ビーム発射タイミング調整方法に係る第２の発明は、光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを二次元方向に反射走査する二つの動作軸を有する光走査部と、該光走査部の二つの動作軸に対応して個別に設けた駆動部にそれぞれ異なる駆動周期の駆動信号を供給する個別の駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記各駆動信号に基づいて制御する個別の発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置の光ビーム発射タイミング調整方法において、前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、
前記各発射タイミング制御部から前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して駆動周期の１／４周期遅れて出力するパルス状の発射タイミング信号に基づいて前記発光部から光ビームを前記光走査部に向けて発射し、前記光走査部で反射された前記光ビームの照射点が十字状に並ぶように、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記各駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって光ビームの発射タイミングを調整するものである。
【００１９】
この場合、前記各発射タイミング信号生成部は、請求項８のように前記各駆動周期の１／２周期間隔で発生する前記パルス状の発射タイミング信号を出力するものであるとよい。または、請求項９のように前記各発射タイミング信号生成部は、前記各駆動周期の１／４周期間隔で発生する前記パルス状の発射タイミング信号を出力するものであってもよい。また、請求項１０のように前記発射タイミング信号は、前記各発射タイミング制御部の出力の論理和により得られるようにするとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係る光走査装置の第１実施形態のブロック図を示す。
図１において、本第１実施形態の光走査装置は、光走査部としてのスキャナ４と、駆動部５と、駆動信号発生部６と、発射タイミング制御部７と、発光部８と、を備えて構成する。
【００２１】
上記スキャナ４は、光ビームを一次元方向に往復走査するものであり、図２に示すように、絶縁基板９の中央部にスキャナ本体が配置されている。また、絶縁基板９の上面縁部には、例えば磁性体である純鉄からなる枠状のヨーク１０が設けられている。このヨーク１０の互いに対向する２辺の内側には永久磁石１１ａ，１１ｂが設けられている。永久磁石１１ａ，１１ｂはＳ極とＮ極とが対面するよう設けられており、一方の永久磁石１１ａ（または１１ｂ）から他方の永久磁石１１ｂ（または１１ａ）に向かってスキャナ本体を横切る静磁界が生成するようになっている。具体的には、静磁界はスキャナ本体の動作軸の軸方向に直交する向きに生成される。
【００２２】
スキャナ本体は、シリコン基板１２に、可動部１とトーションバー１３ａ，１３ｂとを異方性エッチングにより一体形成したものである。可動部１は平板状であり、トーションバー１３ａ，１３ｂを動作軸として可動部１が揺動可能となっている。トーションバー１３ａ，１３ｂはシリコンにより形成されているので、振れ角（揺動角）に応じた復元力が働くようになっており、図示された状態（振幅ゼロ）を基準状態として回動動作する。尚、シリコン基板１２の厚さに比べ、可動部１の厚さは、該可動部１がトーションバー１３ａ，１３ｂ回りに揺動できるよう、薄く形成されている。
【００２３】
可動部１の上面中央部には、例えばアルミニウム蒸着により全反射ミラー１４が形成されている。また、可動部１の上面には、全反射ミラー１４の回りに（平面）コイル１５が形成されている。コイル１５の両端子はシリコン基板１２上に設けられた電極１６ａ，１６ｂにそれぞれ電気的に接続されている。コイル１５及び電極１６ａ，１６ｂは、例えば銅薄膜であり、電鋳コイル法等を用いて同時形成されている。こうして、電極１６ａ，１６ｂから駆動電流を供給することにより、コイル１５から磁界を発生させることができる。そして、この磁界と永久磁石１１ａ，１１ｂにより生成される静磁界との相互作用により駆動力を得て可動部１が揺動し、全反射ミラー１４がレーザ光等を偏向走査するようになっている。
【００２４】
また、図１に示す上記駆動部５は、スキャナ４のコイル１５に駆動電流を供給するものであり、後述の駆動信号発生部６の駆動信号を入力して、該駆動信号と同じ駆動周波数（繰り返し周期）の駆動電流を生成する。なお、駆動電流の大きさを調整してスキャナ４の可動部１の最大振れ角が調整される。
【００２５】
さらに、上記駆動信号発生部６は、一定の繰り返し周期Ｔの矩形波からなる駆動信号を発生する信号発生器であり、上述のように駆動信号を駆動部５に供給すると共に、光ビームの発射タイミング信号を生成するクロック信号（駆動信号と同一）を後述の発射タイミング制御部７に供給する。なお、上記駆動信号の駆動周波数は、一般に、スキャナ４を高効率駆動するためにスキャナ４の固有共振周波数を含んでその近傍に設定される。
【００２６】
さらにまた、上記発射タイミング制御部７は、上記駆動信号を遅延する遅延回路１８と、該遅延回路１８の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部１７と、を備え、遅延回路１８の出力の上記駆動信号に対する遅延時間（以下、「遅延出力の遅延時間」という）を駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差に一致させるよう調整可能に構成している。このような構成において、遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差に一致させて光ビームの発射タイミングを調整するときには、上記発射タイミング信号生成部１７で、遅延回路１８の遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻に対して上記駆動周期の１／４周期遅れて、且つ駆動周期の１／２周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成させる。
【００２７】
そして、上記発光部８は、光ビームを間歇的に発射するものであり、例えば大出力のレーザ発光素子である。この発光部８は、上記発射タイミング信号生成部１７の発射タイミング信号を受けて所定のタイミングで光ビームを発射するように構成されている。なお、発光部８は、上記大出力のレーザ発光素子に限定されず、間歇的に光ビームを発射できるように構成されるならば連続発光するレーザ発光素子であっても、ＬＥＤ等他のいかなる発光素子であってもよい。
【００２８】
次に、本第１実施形態の光ビーム発射タイミング調整方法を、図１〜図６を参照して説明する。
光走査装置が起動されると、図１に示す駆動信号発生部６で生成される繰り返し周期Ｔの矩形波状の駆動信号を駆動部５に送る。そして、駆動部５においては、上記周期Ｔと同じ繰り返し周期の駆動電流を生成し、図２に示す電極１６ａ，１６ｂを介してコイル１５に供給する。
【００２９】
コイル１５に電流が流れると、トーションバー１３ａ，１３ｂの軸方向に平行な可動部１の対辺近傍部のコイル１５部分には、永久磁石１１ａ，１１ｂの静磁界と上記駆動電流との相互作用によりローレンツ力が発生し、可動部１は、図３に示すように駆動信号と同じ周期Ｔで揺動する。
【００３０】
このとき、一般にスキャナ４の製造ばらつき等による個体差で可動部１の固有共振周波数と、駆動信号発生部６で生成される駆動信号の駆動周波数と、は一致しない場合が多い。したがって、この場合、図３に示すように駆動信号の立ち上がり時刻と、可動部１の負方向の最大振幅となる時刻と、の間には位相差ｔが発生する。
【００３１】
一方、図１に示すように駆動信号発生部６で生成されたクロック信号（駆動信号）は、光ビームの発射タイミング制御部７に送られる。発射タイミング制御部７においては、クロック信号は、遅延回路１８により遅延されて発射タイミング信号生成部１７に入力する。
【００３２】
ここで、遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差ｔに一致させることによって光ビームの発射タイミング信号を調整する場合には、発射タイミング信号生成部１７で、上記遅延回路１８の遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻を基準にして、該時刻からＴ／４遅れて、且つＴ／２間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成する（図３参照）。
【００３３】
このようにして生成した上記発射タイミング信号は、発光部８に送られる。そして、発光部８からは、上記発射タイミング信号に基づいて同タイミングで光ビームが間歇的に発射される。
【００３４】
ところで、光ビームの発射タイミングが未調整のためクロック信号（駆動信号）と遅延回路１８の出力（遅延したクロック信号）との間の遅延時間が、図３（ｂ）中に太い破線で示すようにｔ’であり、駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差ｔに一致していない場合には、遅延回路１８の出力を基準に生成される発射タイミング信号は、同図（ｃ）中に太い破線で示すように可動部１の振幅ゼロの位置からずれたタイミングとなる。したがって、上記タイミングで光ビームが発射された場合には、可動部１で反射される光ビームの放射方向は、往復走査で一致せず照射対象物上に図４（ａ）に示すように二つのビームスポット（照射点）が発生することになる。なお、ここで確認されるビームスポットは残像である。以後、照射対象物上に現れるビームスポットは残像を示す。
【００３５】
この場合、照射対象物上の上記二つのビームスポットが１点に重なるように遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を例えば手動操作により調整する。上記ビームスポットが１点に重なった状態では、遅延回路の出力は、図３（ｂ）中実線で示すようにクロック信号（駆動信号）に対してｔだけ遅れており、これは駆動信号と可動部１の揺動周期との位相差ｔに一致している。このとき、発光部８から発射される光ビームの発射タイミングは、可動部１の振幅がゼロとなった時刻に一致することになる（同図３（ｃ），（ｄ）参照）。これにより調整は終了する。そして、以後上記調整状態で光ビームを発射するならば、光ビームを可動部１の揺動に同期して所定の方向に発射させることができる。
【００３６】
図５は、光走査装置の最大走査幅を調整する方法を示す説明図である。
光走査装置の最大走査幅を調整しようとする場合は、図５に示すように、発射タイミング信号生成部１７で、上記遅延回路１８の遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻を基準にして、該時刻からＴ／４遅れて、且つＴ／４間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成する。そして、この発射タイミング信号に応じて発光部８から光ビームを発射する。このような状況で発射タイミング制御部７が未調整のときは、発光部８から発射される光ビームの発射タイミングは、図５（ｃ）中太い破線で示すように可動部１の振幅ゼロの位置及び最大振幅の位置からずれたタイミングとなる。したがって、このとき照射対象物上には、図６（ａ）に示すように可動部１で反射された光ビームの四つのビームスポット（照射点）が発生することになる。この場合、中央部の二つのビームスポットは、可動部１の振幅がゼロ近傍で発射された光ビームによるもので、左右の二つのビームスポットは、正負方向の最大振幅近傍部で発射された光ビームによるものである。そして、この最大振幅近傍部で発射された光ビームのビームスポットの位置は、図６（ａ）中破線の円で示す目標位置よりも内側になる。
【００３７】
ここで、図６（ａ）の中央部の二つのビームスポットが１点に重なるように図１に示す発射タイミング制御部７の遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を調整する。そして、図６（ｂ）に示すように中央部の二つのビームスポットが１点に重なり合ったとき、調整は終了する。このとき、照射対象物上には三つのビームスポットが現れる。この三つのビームスポットのうち、中央部のビームスポットは、可動部１の振幅ゼロのタイミングで発射された光ビームによるものであり、左右の二つのビームスポットは、可動部１が目標の最大振幅位置に達したタイミングで発射された光ビームによるものである。
【００３８】
次に、左右のビームスポットの位置を観察しながら駆動部５における駆動電流を調整して可動部１の最大振幅を調整する。これにより、光走査装置の走査範囲が決定される。
【００３９】
このように本第１実施形態によれば、照射対象物上のビームスポットが１点に重なるように遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を調整するだけで光ビームの発射タイミングを可動部１の揺動に同期させることができ、光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００４０】
また、駆動周期のＴ／４周期間隔で光ビームを発射すれば、可動部１の最大振幅を知ることができる。したがって、該光ビームによるビームスポット位置を観察しながら駆動部５の駆動電流を調整して可動部１の振幅を調整すれば、光走査装置の走査範囲を容易に決定することができる。
【００４１】
そして、製造ばらつき等によりスキャナ４の固有共振周波数が異なる場合にも、スキャナ４の可動部１の揺動に光ビームの発射タイミングを容易に同期させることができる。
【００４２】
次に、本発明に係る光走査装置の第２実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、異なる部分について説明する。
【００４３】
本第２実施形態の光走査装置は、図７に示すスキャナ２５が、二つの動作軸を有して光ビームを二次元方向に反射走査するようにしたものであり、具体的一例は、図８に示すように可動部１を、外側トーションバー１９ａ，１９ｂで揺動可能に軸支された枠状の外側可動部２０と、該外側可動部２０に上記外側トーションバー１９ａ，１９ｂの軸線に直交する内側トーションバー２１ａ，２１ｂで揺動可能に軸支された内側可動部２２と、を備えて構成し、外側トーションバー１９ａ，１９ｂ及び内側トーションバー２１ａ，２１ｂの軸方向にはそれぞれ可動部１を間にして互いに反対磁極を対面させて永久磁石２３ａ，２３ｂ及び２４ａ，２４ｂを配置し、外側及び内側可動部２０，２２にはそれぞれ図示省略のコイルを敷設して構成している。
【００４４】
また、外側及び内側可動部２０，２２が、図７に示すようにそれぞれ個別の駆動部５ａ，５ｂと、駆動信号発生部６ａ，６ｂと、発射タイミング制御部７ａ，７ｂと、を備え、各発射タイミング制御部７ａ，７ｂの出力をＯＲ回路２６で論理和して得た発射タイミング信号に基づいて発光部８を駆動して光ビームを発射するように構成している。
【００４５】
次に、本第２実施形態の光ビーム発射タイミング調整方法を、図７〜図９を参照して説明する。
光走査装置が起動されると、可動部１が揺動を開始する。この場合、内側可動部２２は、駆動信号発生部６ａの駆動信号に基づいて所定の揺動周期Ｔ１で図８中Ｘ軸回りに揺動する。一方、外側可動部２０は、別の駆動信号発生部６ｂの駆動信号に基づいて所定の揺動周期Ｔ２で同図中Ｙ軸回りに揺動する。この場合、内側可動部２２に設けた反射ミラー１４で反射される光ビームの走査軌跡は、リサージュ波形となる。
【００４６】
一方、図７に示すように上記各駆動信号発生部６ａ，６ｂで生成されたクロック信号（駆動信号）は、内側可動部２２用及び外側可動部２０用の各発射タイミング制御部７ａ，７ｂに送られる。
【００４７】
ここで、遅延回路１８の遅延出力の遅延時間をクロック信号（駆動信号）とスキャナ４の動作との間の位相差ｔに一致させることによって発射タイミング信号を調整する場合には、各発射タイミング制御部７ａ，７ｂにおいて、遅延回路１８ａ，１８ｂの各遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻を基準にして、それぞれ該時刻からＴ１／４及びＴ２／４遅れて、且つそれぞれＴ１／２及びＴ２／２間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成する。
【００４８】
これらの発射タイミング信号は、ＯＲ回路２６で論理和がとられ、合成された発射タイミング信号を出力する。こうして合成された発射タイミング信号は、発光部８に送られる。そして、発光部８において、上記発射タイミング信号をトリガとして光ビームを間歇的に発射する。
【００４９】
ここで、光ビームの走査軌跡がリサージュ波形である場合、光ビームは可動部１の往復動作に対して一般的には同じ軌跡を描かないため、内側可動部２２及び外側可動部２０の揺動振幅ゼロにおけるビームスポットの位置は、それぞれ２点となる。しかも、走査軌跡は、二次元の平面内をくまなく移動するため、内側可動部２２の揺動振幅ゼロに相当する時刻に反射された光ビームのビームスポットは、図９に示すように縦方向に複数の点が整列した状態に表れる。一方、外側可動部２０の揺動振幅ゼロに相当する時刻に反射された光ビームのビームスポットは、横方向に整列した状態に表れる。
【００５０】
図９（ａ）は、内側可動部２２及び外側可動部２０の各揺動振幅ゼロのタイミングで光ビームが発射されるように各発射タイミング制御部７ａ，７ｂが調整された状態を示しており、この場合は、光ビームのビームスポットは同図のように十字状に並ぶ。なお、同図中破線は、リサージュ波形の一部を示している。また、同図（ｂ）は、内側可動部２２に対してのみ光ビームの発射タイミングが調整されている状態を示しており、この場合、外側可動部２０の揺動振幅ゼロ近傍で発射される光ビームのビームスポットは、同図（ｂ）に示すように横方向にずれて２列の直線状となる。さらに、同図（ｃ）は、外側可動部２０に対してのみ光ビームの発射タイミングが調整されている状態を示しており、この場合、内側可動部２２の揺動振幅ゼロ近傍で発射される光ビームのビームスポットは、同図（ｃ）に示すように縦方向にずれて２列の直線状となる。そして、同図（ｄ）は、外側及び可動部２０，２２に対する光ビームの発射タイミングが未調整の場合を示しており、この場合、外側及び内側可動部２０，２２のそれぞれ揺動振幅ゼロ近傍で発射される光ビームのビームスポットは、同図（ｄ）に示すように縦横方向にずれてそれぞれ２列の直線状となる。
【００５１】
上述のように、照射対象物上において、図９（ｂ）〜（ｄ）に示すようなビームスポットの残像が確認されたときは、未調整側の発射タイミング制御部７ａまたは７ｂの遅延回路１８ａまたは１８ｂの遅延時間を調整して、同図（ａ）に示すように縦横のビームスポットが十字状に並ぶようにする。これにより、各可動部に対する光ビームの発射タイミングの調整が完了する。
【００５２】
なお、発射タイミング信号は、各駆動周期Ｔ１，Ｔ２の１／４周期間隔でパルス状に発生するものであってもよい。
【００５３】
このように本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、照射対象物上のビームスポットを観察しながらビームスポットが縦横方向に連なってそれぞれ一列の直線状に並ぶように遅延回路１８ａ，１８ｂの遅延信号の遅延時間を調整するだけで光ビームの発射タイミングを各可動部の揺動に同期させることができ、光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００５４】
また、上述のいずれの実施形態においても、照射対象物上の光ビームの中心スポットまたはビームスポット列よりなる十字状のクロス点を照射対象物の中心位置に設定することにより光走査装置の向きを容易に合わせることができる。
【００５５】
なお、光走査装置は、一旦、光ビームの発射タイミングが調整された後は、上記各遅延回路の出力を基準として、光ビームを所定の周期で間歇的にまたは連続的に照射させて、例えば測距用等の利用に供される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光走査装置及び光ビーム発射タイミング調整方法によれば、一次元光走査装置の場合、照射対象物上のビームスポットが１点に重なるように発射タイミングを調整するだけで駆動信号を実質的に光走査部の動作に同期させることができる。したがって、光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００５７】
また、二次元光走査装置の場合、照射対象物上のビームスポットを観察しながらビームスポットが十字状となるように発射タイミングを調整するだけで駆動信号を実質的に光走査部の動作に同期させることができる。したがって、この場合も光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００５８】
さらに、製造ばらつき等によりスキャナの固有共振周波数と駆動周波数とが一致しない場合にも、スキャナの可動部の揺動に光ビームの発射タイミングを容易に同期させることができる。
【００５９】
さらにまた、照射対象物上の光ビームの中心スポットまたはビームスポット列よりなる十字状のクロス点を照射対象物の中心位置に設定することによって光走査装置の向きを容易に合わせることができる。
【００６０】
そして、遅延回路の遅延出力の遅延時間の調整をするだけでよいので、光ビームの発射タイミング調整作業が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光走査装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】 上記第１実施形態のスキャナの概略構成を示す斜視図である。
【図３】 光ビームの発射タイミング調整方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】 図３における未調整及び調整完了時の照射対称物上に現れるビームスポットの状態を示す説明図である。
【図５】 上記第１実施形態におけるスキャナの最大振幅を調整する方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】 図５における未調整及び調整完了時の照射対称物上に現れるビームスポットの状態を示す説明図である。
【図７】 本発明による光走査装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図８】 上記第２実施形態のスキャナの概略構成を示す平面図である。
【図９】 第２実施形態において、光ビームの発射タイミングの未調整及び調整完了時の照射対象物上に現れるビームスポットの状態を示す説明図である。
【図１０】 従来の光走査装置を示す説明図である。
【図１１】 従来の光走査装置で最大振幅を検出する方法を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…可動部
４…スキャナ（光走査部）
５，５ａ，５ｂ…駆動部
６，６ａ，６ｂ…駆動信号発生部
７，７ａ，７ｂ…発射タイミング制御部
８…発光部
１３ａ，１３ｂ…トーションバー
１７，１７ａ，１７ｂ…発射タイミング生成手段
１８，１８ａ，１８ｂ…遅延回路
１９ａ，１９ｂ…外側トーションバー
２０…外側可動部
２１ａ，２１ｂ…内側トーションバー
２２…内側可動部
２６…ＯＲ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置に関し、特に、光走査部の動作に同期して発射する光ビームの発射タイミングの精度を向上させた光走査装置及びその光ビーム発射タイミング調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光走査装置には、固定部にトーションバーで揺動可能に軸支された可動部に反射ミラーを形成し、該可動部に敷設した駆動コイルに静磁界を作用してトーションバーの軸方向に平行な可動部の対辺部に発生するローレンツ力により可動部を揺動するようにしたものがある。この場合、上記反射ミラーに対して光ビームを照射すると、光ビームは、反射ミラーで反射され、可動部の揺動に伴って一次元方向に走査する。
【０００３】
一般に、駆動信号の周波数と可動部の固有共振周波数とが異なる場合には、駆動信号の波形と可動部の揺動動作とに位相差が生じる。したがって、駆動信号に基づいて光ビームの発射タイミングを設定した場合には、光ビームの可動部における反射方向が目標方向と僅かにずれることになる。
【０００４】
このような、不具合を解消するため、駆動コイルに駆動電流として駆動周波数の１／２の周期でパルス駆動電流を供給して駆動すると共に、駆動電流がオフ状態の半周期に可動部が慣性によって自由揺動する際に駆動コイルに発生する誘導起電圧を検出して、そのゼロクロス点から可動部の最大振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図１０に示すように、可動部１により一次元方向に往復走査する光ビームの走査線上に受光素子２を配置して、可動部１の振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。この場合、発光素子３が連続して発光照射するものであれば、例えば図１１に示すように受光素子３は、可動部１の最大振れ角の前後において、往復の光走査によりそれぞれ一つのパルス信号を出力する。この場合、可動部１が最大に振れた時刻は、上記往復の二つのパルス信号に挟まれた中心時刻に一致する。したがって、可動部１が反対方向に最大に振れる時刻は、上記中心時刻から駆動信号の繰返し周期ＴのＴ／２だけ遅れた時刻となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０５４７１号公報
【特許文献２】
特開平０９−２３０２７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の光走査装置においては、例えば前者のような振れ角検出方法によっても、逆起電圧の検出増幅回路等による信号の遅延により駆動信号の波形と可動部の揺動動作には僅かな位相差が発生してしまう場合がある。
【０００８】
また、可動部が二軸の回りに揺動する二次元走査の光走査装置において、上述のような逆起電圧により可動部の振れ角を検出しようとした場合には、例えば、一方の軸回りの揺動に基づく逆起電圧の検出信号に他方の軸回りの揺動により発生する逆起電圧が重畳されて出力するため、検出信号のゼロクロス点が必ずしも可動部の最大振れ角に一致しない場合がある。
【０００９】
したがって、上記振れ角検出方法により検出した、例えば可動部の最大振れ角の時刻に光ビームを発射しても、光ビームの発射方向は目標方向と異なったものとなる虞がある。
【００１０】
また、後者の場合は、発光素子３が連続して発光照射するものであるときに有効であるが、間歇発射する光ビームを用いた例えば測距用の光走査装置においては、光ビームの受光素子２を通過する時刻が発光素子３の発光ＯＦＦの時間に一致したときは、受光素子２は光ビームを受光することができない。したがって、この場合、可動部１の振れ角を検出することができず、可動部１の揺動に同期して光ビームを発射させることが困難である。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、光走査部の動作に同期して発射する光ビームの発射タイミングの精度を向上させた光走査装置及びその光ビーム発射タイミング調整方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の光走査装置の発明は、光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを反射走査する光走査部と、該光走査部の駆動部に所定の駆動周期の駆動信号を供給する駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記駆動信号に基づいて制御する発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置において、前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させるよう調整可能に構成した。
【００１３】
このような構成により、駆動信号発生部で所定の駆動周期の駆動信号を発生し、これを駆動部に供給して光走査部を駆動し、一方、駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備えた発射タイミング制御部で遅延回路の出力の上記駆動信号に対する遅延時間を駆動信号と光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって発光部の光ビームの発射タイミングを調整する。これにより、光走査部の動作に同期して発射するように光ビームの発射タイミング精度を向上させる。
【００１４】
この場合、前記発射タイミング信号生成部が、請求項２のように前記駆動周期の１／２周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を、前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期だけ遅れて生成するように構成するとよい。または、請求項３のように前記駆動周期の１／４周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を、前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期だけ遅れて生成するように構成してもよい。
【００１５】
請求項４の構成の場合においては、前記光走査部は、二つの動作軸を有し、個別に備えた前記駆動信号発生部及び駆動部により各動作軸回りにそれぞれ異なる駆動周期で駆動され、個別に備えた前記発射タイミング制御部で制御されて出力する発射タイミング信号に基づいて発光部より発射される光ビームを二次元方向に走査するように構成した。
【００１６】
この場合、請求項５のように前記発射タイミング信号は、前記各発射タイミング制御部の出力の論理和により得られるように構成するとよい。
【００１７】
請求項６の光ビーム発射タイミング調整方法に係る第１の発明は、光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを反射走査する光走査部と、該光走査部の駆動部に所定の駆動周期の駆動信号を供給する駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記駆動信号に基づいて制御する発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置の光ビーム発射タイミング調整方法において、前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、前記発射タイミング制御部から前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期遅れて出力するパルス状の発射タイミング信号に基づいて前記発光部から光ビームを前記光走査部に向けて発射し、前記光走査部で反射走査された前記光ビームの照射点が１点となるように、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって光ビームの発射タイミングを調整するものである。
【００１８】
また、請求項７の光ビーム発射タイミング調整方法に係る第２の発明は、光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを二次元方向に反射走査する二つの動作軸を有する光走査部と、該光走査部の二つの動作軸に対応して個別に設けた駆動部にそれぞれ異なる駆動周期の駆動信号を供給する個別の駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記各駆動信号に基づいて制御する個別の発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置の光ビーム発射タイミング調整方法において、前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、
前記各発射タイミング制御部から前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して駆動周期の１／４周期遅れて出力するパルス状の発射タイミング信号に基づいて前記発光部から光ビームを前記光走査部に向けて発射し、前記光走査部で反射された前記光ビームの照射点が十字状に並ぶように、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記各駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって光ビームの発射タイミングを調整するものである。
【００１９】
この場合、前記各発射タイミング信号生成部は、請求項８のように前記各駆動周期の１／２周期間隔で発生する前記パルス状の発射タイミング信号を出力するものであるとよい。または、請求項９のように前記各発射タイミング信号生成部は、前記各駆動周期の１／４周期間隔で発生する前記パルス状の発射タイミング信号を出力するものであってもよい。また、請求項１０のように前記発射タイミング信号は、前記各発射タイミング制御部の出力の論理和により得られるようにするとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係る光走査装置の第１実施形態のブロック図を示す。
図１において、本第１実施形態の光走査装置は、光走査部としてのスキャナ４と、駆動部５と、駆動信号発生部６と、発射タイミング制御部７と、発光部８と、を備えて構成する。
【００２１】
上記スキャナ４は、光ビームを一次元方向に往復走査するものであり、図２に示すように、絶縁基板９の中央部にスキャナ本体が配置されている。また、絶縁基板９の上面縁部には、例えば磁性体である純鉄からなる枠状のヨーク１０が設けられている。このヨーク１０の互いに対向する２辺の内側には永久磁石１１ａ，１１ｂが設けられている。永久磁石１１ａ，１１ｂはＳ極とＮ極とが対面するよう設けられており、一方の永久磁石１１ａ（または１１ｂ）から他方の永久磁石１１ｂ（または１１ａ）に向かってスキャナ本体を横切る静磁界が生成するようになっている。具体的には、静磁界はスキャナ本体の動作軸の軸方向に直交する向きに生成される。
【００２２】
スキャナ本体は、シリコン基板１２に、可動部１とトーションバー１３ａ，１３ｂとを異方性エッチングにより一体形成したものである。可動部１は平板状であり、トーションバー１３ａ，１３ｂを動作軸として可動部１が揺動可能となっている。トーションバー１３ａ，１３ｂはシリコンにより形成されているので、振れ角（揺動角）に応じた復元力が働くようになっており、図示された状態（振幅ゼロ）を基準状態として回動動作する。尚、シリコン基板１２の厚さに比べ、可動部１の厚さは、該可動部１がトーションバー１３ａ，１３ｂ回りに揺動できるよう、薄く形成されている。
【００２３】
可動部１の上面中央部には、例えばアルミニウム蒸着により全反射ミラー１４が形成されている。また、可動部１の上面には、全反射ミラー１４の回りに（平面）コイル１５が形成されている。コイル１５の両端子はシリコン基板１２上に設けられた電極１６ａ，１６ｂにそれぞれ電気的に接続されている。コイル１５及び電極１６ａ，１６ｂは、例えば銅薄膜であり、電鋳コイル法等を用いて同時形成されている。こうして、電極１６ａ，１６ｂから駆動電流を供給することにより、コイル１５から磁界を発生させることができる。そして、この磁界と永久磁石１１ａ，１１ｂにより生成される静磁界との相互作用により駆動力を得て可動部１が揺動し、全反射ミラー１４がレーザ光等を偏向走査するようになっている。
【００２４】
また、図１に示す上記駆動部５は、スキャナ４のコイル１５に駆動電流を供給するものであり、後述の駆動信号発生部６の駆動信号を入力して、該駆動信号と同じ駆動周波数（繰り返し周期）の駆動電流を生成する。なお、駆動電流の大きさを調整してスキャナ４の可動部１の最大振れ角が調整される。
【００２５】
さらに、上記駆動信号発生部６は、一定の繰り返し周期Ｔの矩形波からなる駆動信号を発生する信号発生器であり、上述のように駆動信号を駆動部５に供給すると共に、光ビームの発射タイミング信号を生成するクロック信号（駆動信号と同一）を後述の発射タイミング制御部７に供給する。なお、上記駆動信号の駆動周波数は、一般に、スキャナ４を高効率駆動するためにスキャナ４の固有共振周波数を含んでその近傍に設定される。
【００２６】
さらにまた、上記発射タイミング制御部７は、上記駆動信号を遅延する遅延回路１８と、該遅延回路１８の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部１７と、を備え、遅延回路１８の出力の上記駆動信号に対する遅延時間（以下、「遅延出力の遅延時間」という）を駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差に一致させるよう調整可能に構成している。このような構成において、遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差に一致させて光ビームの発射タイミングを調整するときには、上記発射タイミング信号生成部１７で、遅延回路１８の遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻に対して上記駆動周期の１／４周期遅れて、且つ駆動周期の１／２周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成させる。
【００２７】
そして、上記発光部８は、光ビームを間歇的に発射するものであり、例えば大出力のレーザ発光素子である。この発光部８は、上記発射タイミング信号生成部１７の発射タイミング信号を受けて所定のタイミングで光ビームを発射するように構成されている。なお、発光部８は、上記大出力のレーザ発光素子に限定されず、間歇的に光ビームを発射できるように構成されるならば連続発光するレーザ発光素子であっても、ＬＥＤ等他のいかなる発光素子であってもよい。
【００２８】
次に、本第１実施形態の光ビーム発射タイミング調整方法を、図１〜図６を参照して説明する。
光走査装置が起動されると、図１に示す駆動信号発生部６で生成される繰り返し周期Ｔの矩形波状の駆動信号を駆動部５に送る。そして、駆動部５においては、上記周期Ｔと同じ繰り返し周期の駆動電流を生成し、図２に示す電極１６ａ，１６ｂを介してコイル１５に供給する。
【００２９】
コイル１５に電流が流れると、トーションバー１３ａ，１３ｂの軸方向に平行な可動部１の対辺近傍部のコイル１５部分には、永久磁石１１ａ，１１ｂの静磁界と上記駆動電流との相互作用によりローレンツ力が発生し、可動部１は、図３に示すように駆動信号と同じ周期Ｔで揺動する。
【００３０】
このとき、一般にスキャナ４の製造ばらつき等による個体差で可動部１の固有共振周波数と、駆動信号発生部６で生成される駆動信号の駆動周波数と、は一致しない場合が多い。したがって、この場合、図３に示すように駆動信号の立ち上がり時刻と、可動部１の負方向の最大振幅となる時刻と、の間には位相差ｔが発生する。
【００３１】
一方、図１に示すように駆動信号発生部６で生成されたクロック信号（駆動信号）は、光ビームの発射タイミング制御部７に送られる。発射タイミング制御部７においては、クロック信号は、遅延回路１８により遅延されて発射タイミング信号生成部１７に入力する。
【００３２】
ここで、遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差ｔに一致させることによって光ビームの発射タイミング信号を調整する場合には、発射タイミング信号生成部１７で、上記遅延回路１８の遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻を基準にして、該時刻からＴ／４遅れて、且つＴ／２間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成する（図３参照）。
【００３３】
このようにして生成した上記発射タイミング信号は、発光部８に送られる。そして、発光部８からは、上記発射タイミング信号に基づいて同タイミングで光ビームが間歇的に発射される。
【００３４】
ところで、光ビームの発射タイミングが未調整のためクロック信号（駆動信号）と遅延回路１８の出力（遅延したクロック信号）との間の遅延時間が、図３（ｂ）中に太い破線で示すようにｔ’であり、駆動信号とスキャナ４の動作との間の位相差ｔに一致していない場合には、遅延回路１８の出力を基準に生成される発射タイミング信号は、同図（ｃ）中に太い破線で示すように可動部１の振幅ゼロの位置からずれたタイミングとなる。したがって、上記タイミングで光ビームが発射された場合には、可動部１で反射される光ビームの放射方向は、往復走査で一致せず照射対象物上に図４（ａ）に示すように二つのビームスポット（照射点）が発生することになる。なお、ここで確認されるビームスポットは残像である。以後、照射対象物上に現れるビームスポットは残像を示す。
【００３５】
この場合、照射対象物上の上記二つのビームスポットが１点に重なるように遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を例えば手動操作により調整する。上記ビームスポットが１点に重なった状態では、遅延回路の出力は、図３（ｂ）中実線で示すようにクロック信号（駆動信号）に対してｔだけ遅れており、これは駆動信号と可動部１の揺動周期との位相差ｔに一致している。このとき、発光部８から発射される光ビームの発射タイミングは、可動部１の振幅がゼロとなった時刻に一致することになる（同図３（ｃ），（ｄ）参照）。これにより調整は終了する。そして、以後上記調整状態で光ビームを発射するならば、光ビームを可動部１の揺動に同期して所定の方向に発射させることができる。
【００３６】
図５は、光走査装置の最大走査幅を調整する方法を示す説明図である。
光走査装置の最大走査幅を調整しようとする場合は、図５に示すように、発射タイミング信号生成部１７で、上記遅延回路１８の遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻を基準にして、該時刻からＴ／４遅れて、且つＴ／４間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成する。そして、この発射タイミング信号に応じて発光部８から光ビームを発射する。このような状況で発射タイミング制御部７が未調整のときは、発光部８から発射される光ビームの発射タイミングは、図５（ｃ）中太い破線で示すように可動部１の振幅ゼロの位置及び最大振幅の位置からずれたタイミングとなる。したがって、このとき照射対象物上には、図６（ａ）に示すように可動部１で反射された光ビームの四つのビームスポット（照射点）が発生することになる。この場合、中央部の二つのビームスポットは、可動部１の振幅がゼロ近傍で発射された光ビームによるもので、左右の二つのビームスポットは、正負方向の最大振幅近傍部で発射された光ビームによるものである。そして、この最大振幅近傍部で発射された光ビームのビームスポットの位置は、図６（ａ）中破線の円で示す目標位置よりも内側になる。
【００３７】
ここで、図６（ａ）の中央部の二つのビームスポットが１点に重なるように図１に示す発射タイミング制御部７の遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を調整する。そして、図６（ｂ）に示すように中央部の二つのビームスポットが１点に重なり合ったとき、調整は終了する。このとき、照射対象物上には三つのビームスポットが現れる。この三つのビームスポットのうち、中央部のビームスポットは、可動部１の振幅ゼロのタイミングで発射された光ビームによるものであり、左右の二つのビームスポットは、可動部１が目標の最大振幅位置に達したタイミングで発射された光ビームによるものである。
【００３８】
次に、左右のビームスポットの位置を観察しながら駆動部５における駆動電流を調整して可動部１の最大振幅を調整する。これにより、光走査装置の走査範囲が決定される。
【００３９】
このように本第１実施形態によれば、照射対象物上のビームスポットが１点に重なるように遅延回路１８の遅延出力の遅延時間を調整するだけで光ビームの発射タイミングを可動部１の揺動に同期させることができ、光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００４０】
また、駆動周期のＴ／４周期間隔で光ビームを発射すれば、可動部１の最大振幅を知ることができる。したがって、該光ビームによるビームスポット位置を観察しながら駆動部５の駆動電流を調整して可動部１の振幅を調整すれば、光走査装置の走査範囲を容易に決定することができる。
【００４１】
そして、製造ばらつき等によりスキャナ４の固有共振周波数が異なる場合にも、スキャナ４の可動部１の揺動に光ビームの発射タイミングを容易に同期させることができる。
【００４２】
次に、本発明に係る光走査装置の第２実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一符号を用いて示し、ここでは、異なる部分について説明する。
【００４３】
本第２実施形態の光走査装置は、図７に示すスキャナ２５が、二つの動作軸を有して光ビームを二次元方向に反射走査するようにしたものであり、具体的一例は、図８に示すように可動部１を、外側トーションバー１９ａ，１９ｂで揺動可能に軸支された枠状の外側可動部２０と、該外側可動部２０に上記外側トーションバー１９ａ，１９ｂの軸線に直交する内側トーションバー２１ａ，２１ｂで揺動可能に軸支された内側可動部２２と、を備えて構成し、外側トーションバー１９ａ，１９ｂ及び内側トーションバー２１ａ，２１ｂの軸方向にはそれぞれ可動部１を間にして互いに反対磁極を対面させて永久磁石２３ａ，２３ｂ及び２４ａ，２４ｂを配置し、外側及び内側可動部２０，２２にはそれぞれ図示省略のコイルを敷設して構成している。
【００４４】
また、外側及び内側可動部２０，２２が、図７に示すようにそれぞれ個別の駆動部５ａ，５ｂと、駆動信号発生部６ａ，６ｂと、発射タイミング制御部７ａ，７ｂと、を備え、各発射タイミング制御部７ａ，７ｂの出力をＯＲ回路２６で論理和して得た発射タイミング信号に基づいて発光部８を駆動して光ビームを発射するように構成している。
【００４５】
次に、本第２実施形態の光ビーム発射タイミング調整方法を、図７〜図９を参照して説明する。
光走査装置が起動されると、可動部１が揺動を開始する。この場合、内側可動部２２は、駆動信号発生部６ａの駆動信号に基づいて所定の揺動周期Ｔ１で図８中Ｘ軸回りに揺動する。一方、外側可動部２０は、別の駆動信号発生部６ｂの駆動信号に基づいて所定の揺動周期Ｔ２で同図中Ｙ軸回りに揺動する。この場合、内側可動部２２に設けた反射ミラー１４で反射される光ビームの走査軌跡は、リサージュ波形となる。
【００４６】
一方、図７に示すように上記各駆動信号発生部６ａ，６ｂで生成されたクロック信号（駆動信号）は、内側可動部２２用及び外側可動部２０用の各発射タイミング制御部７ａ，７ｂに送られる。
【００４７】
ここで、遅延回路１８の遅延出力の遅延時間をクロック信号（駆動信号）とスキャナ４の動作との間の位相差ｔに一致させることによって発射タイミング信号を調整する場合には、各発射タイミング制御部７ａ，７ｂにおいて、遅延回路１８ａ，１８ｂの各遅延出力（遅延したクロック信号）の立ち上がり時刻を基準にして、それぞれ該時刻からＴ１／４及びＴ２／４遅れて、且つそれぞれＴ１／２及びＴ２／２間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を生成する。
【００４８】
これらの発射タイミング信号は、ＯＲ回路２６で論理和がとられ、合成された発射タイミング信号を出力する。こうして合成された発射タイミング信号は、発光部８に送られる。そして、発光部８において、上記発射タイミング信号をトリガとして光ビームを間歇的に発射する。
【００４９】
ここで、光ビームの走査軌跡がリサージュ波形である場合、光ビームは可動部１の往復動作に対して一般的には同じ軌跡を描かないため、内側可動部２２及び外側可動部２０の揺動振幅ゼロにおけるビームスポットの位置は、それぞれ２点となる。しかも、走査軌跡は、二次元の平面内をくまなく移動するため、内側可動部２２の揺動振幅ゼロに相当する時刻に反射された光ビームのビームスポットは、図９に示すように縦方向に複数の点が整列した状態に表れる。一方、外側可動部２０の揺動振幅ゼロに相当する時刻に反射された光ビームのビームスポットは、横方向に整列した状態に表れる。
【００５０】
図９（ａ）は、内側可動部２２及び外側可動部２０の各揺動振幅ゼロのタイミングで光ビームが発射されるように各発射タイミング制御部７ａ，７ｂが調整された状態を示しており、この場合は、光ビームのビームスポットは同図のように十字状に並ぶ。なお、同図中破線は、リサージュ波形の一部を示している。また、同図（ｂ）は、内側可動部２２に対してのみ光ビームの発射タイミングが調整されている状態を示しており、この場合、外側可動部２０の揺動振幅ゼロ近傍で発射される光ビームのビームスポットは、同図（ｂ）に示すように横方向にずれて２列の直線状となる。さらに、同図（ｃ）は、外側可動部２０に対してのみ光ビームの発射タイミングが調整されている状態を示しており、この場合、内側可動部２２の揺動振幅ゼロ近傍で発射される光ビームのビームスポットは、同図（ｃ）に示すように縦方向にずれて２列の直線状となる。そして、同図（ｄ）は、外側及び可動部２０，２２に対する光ビームの発射タイミングが未調整の場合を示しており、この場合、外側及び内側可動部２０，２２のそれぞれ揺動振幅ゼロ近傍で発射される光ビームのビームスポットは、同図（ｄ）に示すように縦横方向にずれてそれぞれ２列の直線状となる。
【００５１】
上述のように、照射対象物上において、図９（ｂ）〜（ｄ）に示すようなビームスポットの残像が確認されたときは、未調整側の発射タイミング制御部７ａまたは７ｂの遅延回路１８ａまたは１８ｂの遅延時間を調整して、同図（ａ）に示すように縦横のビームスポットが十字状に並ぶようにする。これにより、各可動部に対する光ビームの発射タイミングの調整が完了する。
【００５２】
なお、発射タイミング信号は、各駆動周期Ｔ１，Ｔ２の１／４周期間隔でパルス状に発生するものであってもよい。
【００５３】
このように本第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、照射対象物上のビームスポットを観察しながらビームスポットが縦横方向に連なってそれぞれ一列の直線状に並ぶように遅延回路１８ａ，１８ｂの遅延信号の遅延時間を調整するだけで光ビームの発射タイミングを各可動部の揺動に同期させることができ、光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００５４】
また、上述のいずれの実施形態においても、照射対象物上の光ビームの中心スポットまたはビームスポット列よりなる十字状のクロス点を照射対象物の中心位置に設定することにより光走査装置の向きを容易に合わせることができる。
【００５５】
なお、光走査装置は、一旦、光ビームの発射タイミングが調整された後は、上記各遅延回路の出力を基準として、光ビームを所定の周期で間歇的にまたは連続的に照射させて、例えば測距用等の利用に供される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光走査装置及び光ビーム発射タイミング調整方法によれば、一次元光走査装置の場合、照射対象物上のビームスポットが１点に重なるように発射タイミングを調整するだけで駆動信号を実質的に光走査部の動作に同期させることができる。したがって、光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００５７】
また、二次元光走査装置の場合、照射対象物上のビームスポットを観察しながらビームスポットが十字状となるように発射タイミングを調整するだけで駆動信号を実質的に光走査部の動作に同期させることができる。したがって、この場合も光ビームの発射タイミング精度を向上することができる。
【００５８】
さらに、製造ばらつき等によりスキャナの固有共振周波数と駆動周波数とが一致しない場合にも、スキャナの可動部の揺動に光ビームの発射タイミングを容易に同期させることができる。
【００５９】
さらにまた、照射対象物上の光ビームの中心スポットまたはビームスポット列よりなる十字状のクロス点を照射対象物の中心位置に設定することによって光走査装置の向きを容易に合わせることができる。
【００６０】
そして、遅延回路の遅延出力の遅延時間の調整をするだけでよいので、光ビームの発射タイミング調整作業が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光走査装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】 上記第１実施形態のスキャナの概略構成を示す斜視図である。
【図３】 光ビームの発射タイミング調整方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】 図３における未調整及び調整完了時の照射対称物上に現れるビームスポットの状態を示す説明図である。
【図５】 上記第１実施形態におけるスキャナの最大振幅を調整する方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】 図５における未調整及び調整完了時の照射対称物上に現れるビームスポットの状態を示す説明図である。
【図７】 本発明による光走査装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図８】 上記第２実施形態のスキャナの概略構成を示す平面図である。
【図９】 第２実施形態において、光ビームの発射タイミングの未調整及び調整完了時の照射対象物上に現れるビームスポットの状態を示す説明図である。
【図１０】 従来の光走査装置を示す説明図である。
【図１１】 従来の光走査装置で最大振幅を検出する方法を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…可動部
４…スキャナ（光走査部）
５，５ａ，５ｂ…駆動部
６，６ａ，６ｂ…駆動信号発生部
７，７ａ，７ｂ…発射タイミング制御部
８…発光部
１３ａ，１３ｂ…トーションバー
１７，１７ａ，１７ｂ…発射タイミング生成手段
１８，１８ａ，１８ｂ…遅延回路
１９ａ，１９ｂ…外側トーションバー
２０…外側可動部
２１ａ，２１ｂ…内側トーションバー
２２…内側可動部
２６…ＯＲ回路
Claims (10)
- 光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを反射走査する光走査部と、該光走査部の駆動部に所定の駆動周期の駆動信号を供給する駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記駆動信号に基づいて制御する発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置において、
前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させるよう調整可能に構成したことを特徴とする光走査装置。 - 前記発射タイミング信号生成部は、前記駆動周期の１／２周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を、前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期だけ遅れて生成するように構成としたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記発射タイミング信号生成部は、前記駆動周期の１／４周期間隔で発生するパルス状の発射タイミング信号を、前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期だけ遅れて生成するように構成としたことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
- 前記光走査部は、二つの動作軸を有し、個別に備えた前記駆動信号発生部及び駆動部により各動作軸回りにそれぞれ異なる駆動周期で駆動され、個別に備えた前記発射タイミング制御部で制御されて出力する発射タイミング信号に基づいて発光部より発射される光ビームを二次元方向に走査するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光走査装置。
- 前記発射タイミング信号は、前記各発射タイミング制御部の各出力の論理和により得られるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
- 光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを反射走査する光走査部と、該光走査部の駆動部に所定の駆動周期の駆動信号を供給する駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記駆動信号に基づいて制御する発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置の光ビーム発射タイミング調整方法において、
前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、
前記発射タイミング制御部から前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して前記駆動周期の１／４周期遅れて出力するパルス状の発射タイミング信号に基づいて前記発光部から光ビームを前記光走査部に向けて発射し、
前記光走査部で反射走査された前記光ビームの照射点が１点となるように、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって光ビームの発射タイミングを調整することを特徴とする光ビーム発射タイミング調整方法。 - 光ビームを間歇発射可能な発光部と、前記光ビームを二次元方向に反射走査する二つの動作軸を有する光走査部と、該光走査部の二つの動作軸に対応して個別に設けた駆動部にそれぞれ異なる駆動周期の駆動信号を供給する個別の駆動信号発生部と、前記発光部の光ビームの発射タイミングを前記各駆動信号に基づいて制御する個別の発射タイミング制御部と、を備えた光走査装置の光ビーム発射タイミング調整方法において、
前記発射タイミング制御部は、前記駆動信号を所定時間だけ遅延させて出力する遅延回路と、該遅延回路の出力に基づいて光ビームの発射タイミング信号を生成する発射タイミング信号生成部と、を備え、
前記各発射タイミング制御部から前記遅延回路の出力の立ち上がりに対して駆動周期の１／４周期遅れて出力するパルス状の発射タイミング信号に基づいて前記発光部から光ビームを前記光走査部に向けて発射し、
前記光走査部で反射された前記光ビームの照射点が十字状に並ぶように、前記遅延回路の出力の前記駆動信号に対する遅延時間を前記各駆動信号と前記光走査部の動作との間の位相差に一致させることによって光ビームの発射タイミングを調整することを特徴とする光ビーム発射タイミング調整方法。 - 前記各発射タイミング信号生成部は、前記各駆動周期の１／２周期間隔で発生する前記パルス状の発射タイミング信号を出力するものであることを特徴とする請求項６又は７に記載の光ビーム発射タイミング調整方法。
- 前記各発射タイミング信号生成部は、前記各駆動周期の１／４周期間隔で発生する前記パルス状の発射タイミング信号を出力するものであることを特徴とする請求項６又は７に記載の光ビーム発射タイミング調整方法。
- 前記発射タイミング信号は、前記各発射タイミング制御部の各出力の論理和により得られるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の光ビーム発射タイミング調整方法。
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