JP5934481B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ビームの照射対象領域内で光ビームをリサージュ走査する光走査装置に関する。

従来から、光ビームの照射対象領域内で光ビームをリサージュ走査する光走査装置が知られている。この種の光走査装置としては、例えば、光ビームを予め設定された投光タイミングで投光する光源部と、二次元ガルバノミラーで構成される光走査部と、光走査部を駆動する走査制御部とを備えて構成されたものがあり（例えば、特許文献１参照）、例えば、照射対象領域内で光ビームをリサージュ走査して照射対象領域内に存在する対象物までの距離を計測する光測距装置等の光走査手段として用いられている。

この種の光走査装置において、走査制御部は、例えば、二次元ガルバノミラーの各揺動方向の共振周波数と合わせて初期設定された駆動周波数で光走査部を駆動させている。また、光源部から投光される光ビームの投光タイミングは、初期設定された駆動周波数に応じて定まるリサージュ走査軌跡に沿う光ビームが、照射対象領域に予め定める各画素に照射可能に初期設定されている。

特開平７−１７５００５号公報

しかしながら、従来の光走査装置においては、リサージュ走査式の光走査部で走査された光ビームを、照射対象領域に設定する各画素に均等に照射するには、その投光タイミングのテーブルを予め定め記憶部等に記憶させておかなければならず改良の余地があった。

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、投光タイミングのテーブルがなくても、容易に、光ビームを照射対象領域の各画素に照射することができる光走査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による光走査装置は、反射ミラーを互いに直交する第１軸及び第２軸の各軸回りに揺動させて照射対象領域内で光ビームをリサージュ走査する光走査装置において、前記第２軸回りの揺動周期の半周期における前記光ビームのリサージュ走査軌跡に、前記第１軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対を有する一つ以上のＳ字状の走査軌跡が存在するように、前記各軸回りの揺動周期を予め設定し、且つ、前記リサージュ走査の走査開始基準点における前記各軸回りの揺動位相を一致させ、前記第２軸回りの揺動周期の半周期毎に前記第２軸回りの走査振幅を一定量ずつ変化させ、前記各軸回りの揺動位相に基づいて前記第１軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対の走査時に対応する位相区間だけ前記光ビームを投光する構成である。

本発明の光走査装置によれば、反射ミラーを互いに直交する第１軸及び第２軸の各軸回りに揺動させて光ビームを照射対象領域内でリサージュ走査する光走査装置において、第２軸回りの揺動周期の半周期における前記光ビームのリサージュ走査軌跡に、前記第１軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対を有する一つ以上のＳ字状の走査軌跡が存在するように、各軸回りの揺動周期を予め設定し、且つ、前記リサージュ走査の走査開始基準点における前記各軸回りの揺動位相を一致させると共に、第２軸回りの揺動周期の半周期毎に第２軸回りの走査振幅を一定量ずつ変化させ、各軸回りの揺動位相に基づいて第１軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対の走査時に対応する位相区間だけ光ビームを投光する構成であるため、第２揺動周期の半周期毎に、第２軸回りの走査方向についての、リサージュ走査軌跡の偏平度を変化させることができ、各走査線対の走査時に光ビームを投光させることができる。したがって、単に、上記位相区間内において一定位相刻みで光ビームを投光するだけで、リサージュ走査においても、ラスター走査と同様の点順次走査により光ビームを照射対象領域全体に渡って照射することができる。これにより、光ビームの投光タイミングのテーブルがなくても、容易に、光ビームを照射対象領域の各画素に照射することができる。

本発明による光走査装置の一実施形態を示すブロック図である。 上記実施形態において使用される光走査部の一構成例を示す斜視図である。 上記光走査部による光ビームのリサージュ走査軌跡を示す説明図である。 上記実施形態において使用される位相検出部の一構成例を示す側面図である。 上記光走査部のＸ軸回りの走査振幅の変化を示す説明図である。 上記光走査部のＹ軸回りの走査振幅の変化を示す説明図である。 本実施形態の位相検出部の位相情報に基づいて光源部から光ビームを投光する区間を説明する図であり、（ａ）は図５の部分拡大図であり、（ｂ）は図６の部分拡大図である。 上記光走査部によるリサージュ走査軌跡の偏平度を変化させた状況を示す説明図である。 上記光走査部による照射対象領域全体についての走査完了後のリサージュ走査軌跡を示す図である。 上記光走査部による照射対象領域全体についての走査完了後の別のリサージュ走査軌跡を示す図である。 上記実施形態の動作を説明するフローチャートである。 上記光走査部に調整部を設け、図９のリサージュ走査軌跡全体を傾けた状況を示す図である。 上記光走査部による光ビームの別のリサージュ走査軌跡を示す説明図である。 上記光走査部による光ビームのさらに別のリサージュ走査軌跡を示す説明図である。 上記光走査部の他の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による光走査装置の一実施形態を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の光走査装置１０は、反射ミラーに入射するレーザ光を、レーザ光の照射対象領域（以下において、単に「対象領域」と言う）内でリサージュ走査するものである。以下の説明では、光走査装置を、例えば、レーザ光を対象領域内でリサージュ走査して対象領域内に存在する物体までの距離を計測する光測距装置の光走査手段として用いる場合で説明する。

本実施形態による光走査装置１０は、光走査部１と、位相検出部２と、光源部３と、走査制御部４と、光源制御部５とを備えて構成する。

上記光走査部１は、反射ミラーを互いに直交する第１軸（Ｘ軸）及び第２軸（Ｙ軸）の各軸回りに揺動し、この反射ミラーが揺動することによって、反射ミラーに入射されるレーザ光Ｌを対象領域内でリサージュ走査可能に形成されたものであり、走査制御部４により駆動制御される。光走査部１は、例えば、図２に示すように、反射ミラー７Ａが一対のトーションバー６Ａ，６Ａによって揺動可能に支持されたＸ軸走査デバイス８Ａ、及び反射ミラー７Ｂが一対のトーションバー６Ｂ，６Ｂによって揺動可能に支持されたＹ軸走査デバイス８Ｂの二つの走査デバイスを備え、各走査デバイス８Ａ，８Ｂのトーションバー６Ａ，６Ｂの軸線が互いに直交するように組み合わせて構成する。

ここで、本実施形態においては、Ｘ軸走査デバイス８Ａが図２に示す対象領域の水平走査方向の走査ミラーとなり、Ｙ軸走査デバイス８Ｂが図２に示す垂直走査方向の走査ミラーとなるように配置されている。すなわち、本実施形態においては、第１軸（Ｘ軸）回りの走査方向が対象領域の水平走査方向に対応し、第２軸（Ｙ軸）回りの走査方向が対象領域の垂直走査方向に対応するものとして、以下説明する。

具体的には、反射ミラー７Ａによる対象領域おける水平走査方向の走査座標Ｘは、例えば、下記の（１）式のように表せる。
Ｘ＝Ａ_ｘ・ｓｉｎ（２πｔ／Ｔ_ｘ−θ_０）・・・（１）
また、反射ミラー７Ｂによる対象領域おける垂直走査方向の走査座標Ｙは、例えば、下記の（２）式のように表せる。
Ｙ＝Ａ_ｙ・ｓｉｎ（２πｔ／Ｔ_ｙ−θ_０）・・・（２）
ここで、Ａ_ｘは反射ミラー７Ａの走査振幅であり、Ａ_ｙは反射ミラー７Ｂの走査振幅であり、ｔは走査開始基準点（ｔ＝０）からの経過時間（時刻）であり、Ｔ_ｘはＸ軸回りの揺動周期であり、Ｔ_ｙはＹ軸回りの揺動周期であり、θ_０は走査開始基準点（ｔ＝０）における揺動の位相であり、ｔ＝０におけるＸ軸回りの位相とＹ軸回りの位相は同じである。

なお、Ｔ_ｘ及びＴ_ｙは、後述するように、走査制御部４によって、例えば、Ｔ_ｙがＴ_ｘの３倍になるように設定されている。この場合、Ａ_ｘ＞Ａ_ｙに設定すると、光走査部１によるレーザ光Ｌのリサージュ走査軌跡は、図３に示すような、Ｙ軸回りの走査方向につぶれた扁平なＳ字状となり、このＳ字のリサージュ走査軌跡の偏平度は、例えば、Ａ_ｙ／Ａ_ｘと表すことができる。なお、本実施形態において、Ｔ_ｘが本発明に係る第１揺動周期に相当し、Ｔ_ｙが本発明に係る第２揺動周期に相当する。

また、図２においては、Ｘ軸走査デバイス８Ａ及びＹ軸走査デバイス８Ｂの各反射ミラー７Ａ，７Ｂを共に上方に向けて配置し、各反射ミラー７Ａ，７Ｂと対向して平面ミラー９を配置し、Ｘ軸走査デバイス８Ａの反射ミラー７Ａで反射されたレーザ光Ｌを平面ミラー９で受けて、これをＹ軸走査デバイス８Ｂに向けて反射するようになっているが、Ｘ軸走査デバイス８Ａ及びＹ軸走査デバイス８Ｂの各反射ミラー７Ａ，７Ｂを平行に、且つ互いに内側を向くように配置し、Ｘ軸走査デバイス８Ａの反射ミラー７Ａで反射したレーザ光ＬをＹ軸走査デバイス８Ｂの反射ミラー７Ｂで直接受けるようにしてもよい。また、走査デバイスの駆動方式としては、電磁駆動方式、静電駆動方式、又は圧電駆動方式等いずれの方式であってもよく、公知の技術を適用することができる。

上記位相検出部２は、反射ミラーのＸ軸及びＹ軸回りの揺動位相θをそれぞれ検出するものであり、例えば、図４に示すように反射ミラー７Ａ，７Ｂの裏面側にて揺動軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の真下に設けられたＬＥＤ等の発光素子１１と、反射ミラー７Ａ，７Ｂの裏面で反射した発光素子１１からの光を受光する受光素子１２とを備えて構成し、発光素子１１から投光された光の反射ミラー７Ａ，７Ｂ裏面における反射光を受光素子１２により受光して、その受光量の変化から反射ミラー７Ａ，７Ｂの揺動の位相情報を取得し、走査制御部４及び光源制御部５に出力するように構成されている。この位相検出部２から出力する位相情報は、例えば、反射ミラー７Ａ，７Ｂの揺動周期Ｔ_ｘ，Ｔ_ｙの１／２周期でピーク出力が現れる正弦波信号である。このピーク出力時に、反射ミラー７Ａ，７Ｂは水平な状態になっている。

上記光源部３は、反射ミラー７Ａに向かってパルス状のレーザ光Ｌを投光するものであり、例えば、図示省略するが光源と投光光学系とを含んで構成されている。光源は、例えばレーザダイオードであり、後述するように位相情報に基づく光源制御部５からの指令によって発光してパルス状のレーザ光Ｌを出射する。投光光学系は、例えば、コリメータレンズを含み、光源が発したレーザ光Ｌを平行光に変換する。

この光源部３から投光されたレーザ光Ｌは、反射ミラー７Ａ，７Ｂで反射走査され対象領域内でリサージュ走査される。反射ミラー７Ａ，７Ｂで反射走査されたレーザ光Ｌが対象領域内に存在する物体によって反射されたレーザ光Ｌ（反射光）は、例えば、光測距装置の受光部１３（例えば、フォトセンサ）で受光される。そして、この受光部１３による反射光の受光タイミングと光源制御部５からのレーザ光Ｌの投光指令信号は光測距装置の測距部１４に入力される。これにより、光測距装置の測距部１４は、例えば、光源制御部５からの投光指令信号の入力タイミングと受光タイミングとの時間差に基づいて対象領域内に存在する物体までの距離を計測する。このようにして、本実施形態による光走査装置１は、光測距装置の光走査手段として用いられる。

上記走査制御手段４は、光走査部１の駆動を制御するものであり、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期におけるレーザ光Ｌのリサージュ走査軌跡に、Ｘ軸回りの走査方向（図２に示す水平走査方向）で互いに略平行な走査線対Ｓ，Ｓが存在するように、第１揺動周期Ｔ_ｘと第２揺動周期Ｔ_ｙとを設定し、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎に、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙを一定量ΔＡ_ｙずつ変化させて、光走査部２を駆動させるように構成されている。

具体的には、走査制御部４は、例えば、図５及び図６に示すように、第２揺動周期Ｔ_ｙを第１揺動周期Ｔ_ｘの３倍に設定（換言すると、Ｘ軸回りの揺動周波数ｆ_ｘをＹ軸回りの揺動周波数ｆ_ｙの３倍に設定）し、走査開始基準点（ｔ＝０）における各軸回りの揺動位相θ_０を一致させ、各走査デバイス８Ａ，８Ｂにそれぞれの揺動周期及び後述する最大走査振幅に対応させた駆動信号を入力する。これにより、図３に示すように、レーザ光Ｌのリサージュ走査軌跡に、Ｘ軸回りの走査方向（水平走査方向）で互いに略平行な走査線対Ｓ，Ｓ（図３の太線で示した走査線）が存在するようにすることができる。

例えば、各軸回りの揺動位相θ_０が３π／４のときを時刻ｔの始まりとして起算する場合、反射ミラー７Ａによる対象領域おける水平走査方向の走査座標Ｘは、下記の（３）式のように表せる。
Ｘ＝Ａ_ｘ・ｓｉｎ（２πｔ／Ｔ_ｘ−３π／４）・・・（３）
また、反射ミラー７Ｂによる対象領域おける垂直走査方向の走査座標Ｙは、下記の（４）式のように表せる。
Ｙ＝Ａ_ｙ・ｓｉｎ（２πｔ／３Ｔ_ｘ−３π／４）・・・（４）

また、走査制御部４は、上記のように、リサージュ走査軌跡に走査線対Ｓ，Ｓを含むように各軸回りの揺動周期を設定すると共に、例えば、Ｘ軸回りについては一定の走査振幅Ａ_ｘ（最大振幅値|Ａ_ｘ|max）で揺動させ、Ｙ軸回りについては第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎に、第２軸回りの走査振幅Ａ_ｙを所定の最大振幅値|Ａ_ｙ|maxと所定の最小振幅値|Ａ_ｙ|minとの間で一定量ΔＡ_ｙずつ変化させて揺動させるように構成する。

より具体的には、走査制御部４は、図５〜図７に示すように、最大振幅値|Ａ_ｘ|max及び最大振幅値|Ａ_ｙ|maxで、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの揺動をそれぞれ開始させ、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期のときに、Ｙ軸回りについては走査振幅Ａ_ｙを一定量ΔＡ_ｙ減じて変化させる。これにより、リサージュ走査軌跡の偏平度Ａ_ｙ／Ａ_ｘを変化させることができるため、図８に示すように、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期のときに、走査線対Ｓ，ＳがあたかもＹ軸回りの走査方向（垂直走査方向）にそれぞれ略一定距離ΔＹずつシフトするように、光走査部２の駆動を制御することができる。

ここで、走査線対Ｓ，Ｓのシフト量（一定距離）ΔＹは、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎の走査振幅Ａ_ｙの変化量ΔＡ_ｙと一致する。したがって、シフト量ΔＹは、対象領域内で要求される水平走査方向の走査線数に応じて、走査振幅Ａ_ｙの変化量ΔＡ_ｙを調整することで、適宜設定することができる。なお、走査制御部４は、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期に走査が終了したか否かの判定を、例えば、位相検出部２から入力されるＹ軸回りの位相情報に基づいて行い、第２軸回りの走査振幅Ａ_ｙを変化させるタイミングを決定する。

走査制御部４は、図８に示すリサージュ走査軌跡の偏平度制御を、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎に行い、図６に示すように、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙが最小振幅値|Ａ_ｙ|minと一致したときに対象領域全体についての走査（１フレーム）を完了させ、次の走査のＹ軸回りの揺動を、最小振幅値|Ａ_ｙ|minより一定量ΔＡ_ｙ増加（変化）させた振幅値から、実行させる。

なお、図６においては、図の明瞭化のためΔＡ_ｙの大きさを誇張して示したため、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎の振幅の段差が誇張されているが、実際はこの段差が微小になるように、ΔＡ_ｙが設定されている。同様に、図６においては、図の明瞭化のため｜Ａ_ｙ｜minを大きく示したが、例えば、｜Ａ_ｙ｜min＝０にして、対象領域の垂直走査方向の座標Ｙ＝０を走査するようにするとよい。このようにΔＡ_ｙ及び｜Ａ_ｙ｜minを設定することにより、図９に示すように、水平走査方向で互いに略平行な走査線対Ｓ，Ｓが垂直走査方向に密に存在する走査軌跡で、レーザ光を対象領域でリサージュ走査することができる。

また、１フレームに要する時間（フレームレート）は、走査振幅Ａ_ｙを変化させる一定量ΔＡ_ｙが小さくなるほど長くなり、一定量ΔＡ_ｙが大きくなるほど短くなる。このように、ΔＡ_ｙの値を調整するだけで、フレームレートを容易にコントロールすることができる。

そして、Ｙ軸回りの最大振幅値|Ａ_ｙ|maxを図９で設定した値より大きくした場合、図１０に示すように１フレーム完了後のリサージュ走査軌跡全体の領域を、水平走査方向の走査線の密度を変えないで、容易に広げることができる。

上記光源制御部５は、レーザ光を投光するように光源部３に指令するものであり、位相検出部２で検出する揺動位相に基づいて、走査線対Ｓ，Ｓの走査時に対応する位相区間（図７（ａ）及び図７（ｂ）の太線に対応するア，ウ，エ，カの区間）だけ、光源部３からレーザ光を投光させるように構成されている。ここで、図７（ａ）及び図７（ｂ）のア〜カで示した各位相区間は、図８に、走査方向を示す矢印と共に示したア〜カの走査軌跡にそれぞれ対応している。光源制御部５は、例えば、位相検出部２で検出された揺動位相の検出値が、ア，ウ，エ，カの位相区間内であるか否かを判定し、位相区間内であると判定した場合、位相検出部２の揺動位相の検出値が、レーザ光の投光タイミングとして予め定めた、一定位相刻みΔθの揺動位相と一致したときに、レーザ光を投光するように光源部３に指令するように構成する。この一定位相刻みΔθは、例えば、対象領域にマトリクス状に予め定めた各画素の間隔に対応させて設定されている。これにより、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎に、対象領域の水平走査方向で互いに略平行な走査線対Ｓ，Ｓ上で上記予め定めた位相刻みΔθに応じた照射位置間隔でレーザ光を対象領域に照射することができる。

次に、本実施形態に係る光走査装置１０の動作について、図１０のフローチャートを参照して説明する。

先ず、ステップＳ１において、装置の起動スイッチの投入により、走査制御部４の駆動制御に基づき、光走査部１のＸ軸及びＹ軸回りの揺動を、最大振幅値|Ａ_ｘ|max及び最大振幅値|Ａ_ｙ|maxで開始する。

ステップＳ２において、位相検出部２はＸ軸及びＹ軸回りの揺動の各揺動位相を検出し、その位相情報を光源制御部５に出力し、光源制御部５は各軸回りの位相情報を取得する。

ステップＳ３において、光源制御部５は、位相検出部２からの揺動位相の検出値が、レーザ光の照射範囲の位相区間（ア，ウ，エ，カの位相区間）内であるか否かを判定する。ここで、照射範囲の位相区間内であると判定した場合は、ステップＳ４に進む。なお、照射範囲の位相区間内ではないと判定した場合（すなわち、イ及びオの区間である場合）は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ４において、光源制御部５は、位相検出部２からの揺動位相の検出値が、照射範囲の位相区間内で、予め定めた一定位相刻みの揺動位相と一致するか否かを判定する。ここで、検出値が予め定めた一定位相刻みの揺動位相と一致すると判定した場合は、光源制御部５は、レーザ光を投光するように光源部３に指令し、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、光源部３は、レーザ光を出力し、ステップＳ６に進む。なお、ステップＳ４において、光源制御部５は、検出値が予め定めた一定位相刻みの揺動位相と一致しないと判定した場合は、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ６において、走査制御部４は、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期の走査が終了したか否かの判定を、例えば、位相検出部２から入力されるＹ軸回りの位相情報に基づいて行う。ここで、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期の走査が終了したと判定した場合は、ステップＳ７に進む。なお、ステップＳ６において、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期の走査が終了していないと判定した場合は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ７において、走査制御部４は、例えば、Ｙ軸走査デバイス８Ｂに入力する駆動信号の大きさ（例えば、電流値または電圧値）を一定量だけ小さくすることにより、図７（ｂ）に示すように、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙを予め設定された一定量ΔＡ_ｙだけ小さくし、次の半周期（Ｔ_ｙ／２）の走査を開始し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、走査制御部４は、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙが最小振幅値|Ａ_ｙ|minと一致するか否かを判定する。走査振幅Ａ_ｙの最小は、例えば、Ｙ軸走査デバイス８Ｂに入力している駆動信号の大きさ（電流値または電圧値）が、最小振幅値|Ａ_ｙ|minに対応する値（電流値または電圧値）と一致するか否かを判定することにより行う。ここで、走査振幅Ａ_ｙが最小振幅値|Ａ_ｙ|minと一致しないと判定した場合、ステップＳ２に戻る。一方、一致すると判定した場合、１フレーム分の走査が完了する。

なお、図示省略するが、引き続き走査を行う場合は、例えば、次のフレームのＹ軸回りの揺動を、最小振幅値|Ａ_ｙ|minより一定量ΔＡ_ｙ増加（変化）させた振幅値から実行させる。この場合、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙが最大振幅値|Ａ_ｙ|maxと一致したところで１フレーム分の走査が完了し、さらに走査を行う場合は、前述したステップＳ１〜Ｓ８までの動作を行う。これらの動作を繰り返すことにより、１フレーム分の走査を所定回数行うことができる。

このような構成により、本実施形態に係るレーザ計測装置１は、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期におけるリサージュ走査軌跡に、Ｘ軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対Ｓ，Ｓが存在するように、第１揺動周期Ｔ_ｘと第２揺動周期Ｔ_ｙとを設定すると共に、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎に第２軸回りの走査振幅幅Ａ_ｙを一定量ΔＡ_ｙずつ変化させ、各軸回りの揺動位相に基づいて、走査線対Ｓ，Ｓの走査時に対応する位相区間だけ、光源部３からレーザ光を投光させる構成であるため、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎に、Ｙ軸回りの走査方向についての、リサージュ走査軌跡の偏平度を変化させることができ、各走査線対Ｓ，Ｓの走査時に光ビームを投光させることができる。したがって、単に、上記位相区間内において一定位相刻みで光ビームを投光するだけで、リサージュ走査においても、ラスター走査と同様の点順次走査により光ビームを照射対象領域全体に渡って照射することができる。これにより、光ビームの投光タイミングのテーブルがなくても、容易に、光ビームを照射対象領域の各画素に照射することができる。

また、本実施形態のように、第２揺動周期Ｔ_ｙを第１揺動周期Ｔ_ｘの３倍に設定した場合、図９に示す１フレーム中において、実際にレーザ光を照射するための有効な走査時間は、図８に示すア，ウ，エ，カの走査に要する時間となる。したがって、１フレームに要する時間をＴとした場合、有効な走査時間を２／３Ｔとすることができる。

また、本実施形態のように、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙを最大振幅値|Ａ_ｙ|maxから一定量ずつ最小振幅値|Ａ_ｙ|minまで減少させて１フレーム分の走査を完了させ、次の１フレームのＹ軸回りの揺動を、最小振幅値|Ａ_ｙ|minより一定量ΔＡ_ｙ増加（変化）させた振幅値から、実行させるように構成することにより、次のフレームへの移行時に、Ｙ軸回りの走査振幅が大きく変わることがないため、例えば、走査振幅の急な変化に起因する装置内部からのノイズの発生を抑制することができ、また、Ｙ軸デバイス８Ｂ等への衝撃も抑制することができる。なお、図示省略するが次の１フレームの実行は、最小振幅値|Ａ_ｙ|minから行ってもよい。この場合、次のフレームへの移行時における走査振幅の変化はないため、フレーム移行時における走査振幅の変化に起因するノイズ及びＹ軸デバイス８ｂへの衝撃を無くすことができると共に、各フレームにおける走査線対Ｓ，Ｓの数を完全に一致させることができる。

また、本実施形態とは逆に、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙを最小振幅値|Ａ_ｙ|minから一定量ずつ最大振幅値|Ａ_ｙ|maxまで増加させて１フレーム分の走査を完了させ、次の１フレームのＹ軸回りの揺動を、最大振幅値|Ａ_ｙ|maxより一定量減少させた振幅値から、又は、最大振幅値|Ａ_ｙ|maxから実行させるようにしても、ノイズ及び衝撃の抑制、又は、防止することができる。

なお、本実施形態においては、走査制御部４は、上記のように、次のフレームへの移行時に、Ｙ軸回りの走査振幅Ａ_ｙが大きく変わることがないように構成した場合で説明したが、これに限らず、最大振幅値|Ａ_ｙ|max又は最小振幅値|Ａ_ｙ|minのいずれか一方の振幅値で、Ｙ軸回りの揺動を開始させ、第２揺動周期Ｔ_ｙの半周期毎にＹ軸回りの走査振幅Ａ_ｙを一定量ずつ変化させ、この走査振幅Ａ_ｙが他方の振幅値と一致したときに対象領域全体についての走査を完了させ、次の走査のＹ軸回りの揺動を一方の振幅値から実行させる構成であってもよい。

また、本実施形態においては、図９に示すように、走査線対Ｓ，Ｓが対象領域における水平走査方向に対して角度θ’だけ傾いた状態でリサージュ走査した場合で説明したが、これに限らず、図１２に示すように、走査線対Ｓ，Ｓが対象領域における水平走査方向と略平行になる状態でリサージュ走査可能にしてもよい。

この場合、具体的には、水平走査方向と走査線対Ｓ，Ｓとが略平行になるように、対象領域に対する光走査部１の設置角度を調整する調整部（図示省略）を光走査部２等に備えて構成する。調整部は、図示省略するが、例えば、光走査部１によるリサージュ走査軌跡全体が角度θ’だけ回転するように、各デバイス８Ａ，８Ｂ全体を回転可能に構成する。このように、走査線対Ｓ，Ｓを対象領域における水平走査方向と略平行になるように調整することにより、１フレーム走査後の走査軌跡全体を略矩形状にすることができる。これにより、図１２に示すように、矩形状の対象領域と走査軌跡全体の領域を略一致させることができ、より効率的に矩形状の対象領域を走査することができる。

また、本実施形態においては、光走査部２は、図３等に示すように、Ｓ字状の走査軌跡を描く場合で説明したが、これに限らず、例えば、図１３に示すＳ字状の走査軌跡を２つ組み合わせた走査軌跡や、図１４に示すＳ字状の走査軌跡を３つ組み合わせた走査軌跡等の、Ｓ字状の走査軌跡をＮ個組み合わせた走査軌跡を描くようにしてもよい。これらの場合、走査制御部４は、第２揺動周期Ｔ_ｙを第１揺動周期Ｔ_ｘの奇数倍に設定するように構成する。例えば、図１３の場合は、第２揺動周期Ｔ_ｙを第１揺動周期Ｔ_ｘの５倍に設定し、図１４の場合は、第２揺動周期Ｔ_ｙを第１揺動周期Ｔ_ｘの７倍に設定する。このように、Ｓ字状の走査軌跡をＮ個組み合わせた走査軌跡を描くには、Ｔ_ｙ＝（２Ｎ＋１）・Ｔ_ｘとなるように第２揺動周期Ｔ_ｙと第１揺動周期Ｔ_ｘを設定すればよい。なお、走査線対Ｓ，Ｓは、例えば、図１３の場合、Ｓ１，Ｓ１及びＳ２，Ｓ２の２対あり、図１４の場合、Ｓ３，Ｓ３、Ｓ４，Ｓ４及びＳ５，Ｓ５の３対あり、それぞれの場合において、レーザ光照射用の走査線としていずれの走査線対を用いてもよい。

そして、本実施形態においては、光走査部１は、Ｘ軸走査デバイス８ＡとＹ軸走査デバイス８Ｂとを組み合わせて構成した場合について説明したが、これに限られず、図１５に示すように、光走査部１は、内側トーションバー２１によって揺動可能に支持され、表面中央部に反射ミラー７を形成した内側可動部２２と、該内側可動部２２を取り囲んで枠状に形成され、内側トーションバー２１を支持すると共に該内側トーションバー２１の軸線に対して直交方向に延びる外側トーションバー２３によって揺動可能に支持された外側可動部２４と、を備えて構成したものであってもよい。

また、本実施形態においては、第１軸（Ｘ軸）回りの走査方向が対象領域の水平走査方向に対応し、第２軸（Ｙ軸）回りの走査方向が対象領域の垂直走査方向に対応する場合で説明したが、これに限らず、第１軸（Ｘ軸）回りの走査方向が対象領域の垂直走査方向に対応し、第２軸（Ｙ軸）回りの走査方向が対象領域の水平走査方向に対応するように、各走査デバイス８Ａ，８Ｂを配置する構成であってもよい。この場合、走査軌跡は、図３に示すＳ字を９０°回転させた軌跡となり、その走査軌跡に含まれる走査線対Ｓ，Ｓは水平走査方向に一定量ずつシフトされることになる。

また、本実施形態においては、光ビームがレーザ光の場合について述べたが、これに限られず、光ビームは発光素子（ＬＥＤ）によるものであってもよい。

そして、本実施形態において、光走査装置１０を光測距装置の光走査手段として用いた場合で説明したが、光走査装置１０は、これに限らず、レーザ走査型のプロジェクタにおける光走査手段としても用いることができる。この場合、光源部３は、外部から入力される映像信号に応じて強度変調された映像光を、例えば、走査方向が同一の図８に示すア及びウの走査線対Ｓ，Ｓ、又は、エ及びカの走査線対Ｓ，Ｓに対応する位相区間（図７参照）だけ、照射するように構成することにより、例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）と同様の点順次走査により映像を表示することができる。なお、ラスタースキャン用の映像信号は、例えば、ブラウン管の垂直方向に一定間隔で位置する水平方向の各ラスター走査線の並び順で入力されるため、１フレーム分の映像信号を一旦メモリ等に記憶させ、各走査線対Ｓ，Ｓの走査順に合わせて各ラスター走査線の映像信号の並びを入れ替えるように構成する。なお、光走査装置１０をプロジェクタの光走査手段として用いる場合は、光ビームとしてＲＧＢの三色光を使用すればカラー表示も可能である。

１・・・・・・・光走査部
２・・・・・・・位相検出部
３・・・・・・・光源部
４・・・・・・・走査制御部
５・・・・・・・光源制御部
６Ａ，６Ｂ・・・トーションバー
７Ａ，７Ｂ，７・反射ミラー
８Ａ，８Ｂ・・・走査デバイス
１０・・・・・・光走査装置
２１・・・・・・内側トーションバー
２２・・・・・・内側可動部
２３・・・・・・外側トーションバー
２４・・・・・・外側可動部

Claims (7)

1. 反射ミラーを互いに直交する第１軸及び第２軸の各軸回りに揺動させて照射対象領域内で光ビームをリサージュ走査する光走査装置において、
   前記第２軸回りの揺動周期の半周期における前記光ビームのリサージュ走査軌跡に、前記第１軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対を有する一つ以上のＳ字状の走査軌跡が存在するように、前記各軸回りの揺動周期を予め設定し、且つ、前記リサージュ走査の走査開始基準点における前記各軸回りの揺動位相を一致させ、
   前記第２軸回りの揺動周期の半周期毎に前記第２軸回りの走査振幅を一定量ずつ変化させ、
   前記各軸回りの揺動位相に基づいて前記第１軸回りの走査方向で互いに略平行な走査線対の走査時に対応する位相区間だけ前記光ビームを投光する光走査装置。
2. 前記反射ミラーを前記各軸回りに揺動し、該反射ミラーに入射される光ビームを前記照射対象領域内でリサージュ走査可能に形成された光走査部と、
   前記反射ミラーの各軸回りの前記揺動位相をそれぞれ検出する位相検出部と、
   前記反射ミラーに向かって光ビームを投光する光源部と、
   前記第２軸回りの揺動周期の半周期における前記光ビームのリサージュ走査の軌跡に、前記走査線対が存在するように、前記第２軸回りの揺動周期を前記第１軸回りの揺動周期の奇数倍に設定し、前記走査開始基準点における各軸回りの前記揺動位相を一致させ、前記第２軸回りの揺動周期の半周期毎に、前記第２軸回りの走査振幅を一定量ずつ変化させて、前記光走査部を駆動させる走査制御部と、
   前記位相検出部で検出する前記揺動位相に基づいて、前記走査線対の走査時に対応する位相区間だけ、前記光源部から前記光ビームを投光させる前記光源制御部と、
   を備えて構成される請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記走査制御部は、前記第１軸回りについては一定の走査振幅で揺動させ、前記第２軸回りについては前記第２軸回りの揺動周期の半周期毎に、前記第２軸回りの走査振幅を所定の最大振幅値と所定の最小振幅値との間で前記一定量ずつ変化させて揺動させることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記走査制御部は、前記最大振幅値又は前記最小振幅値のいずれか一方の振幅値で、前記第２軸回りの揺動を開始させ、前記第２軸回りの揺動周期の半周期毎に前記第２軸回りの走査振幅を前記一定量ずつ変化させ、該第２軸回りの走査振幅が他方の振幅値と一致したときに前記照射対象領域全体についての走査を完了させ、次の走査の前記第２軸回りの揺動を、前記他方の振幅値から、又は、前記他方の振幅値より前記一定量変化させた振幅値から、実行させることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記走査制御部は、前記最大振幅値又は前記最小振幅値のいずれか一方の振幅値で、前記第２軸回りの揺動を開始させ、前記第２軸回りの揺動周期の半周期毎に前記第２軸回りの走査振幅を前記一定量ずつ変化させ、該第２軸回りの走査振幅が他方の振幅値と一致したときに前記照射対象領域全体についての走査を完了させ、次の走査の前記第２軸回りの揺動を前記一方の振幅値から実行させることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
6. 前記照射対象領域の水平走査方向又は垂直走査方向と前記走査線対とが略平行になるように、前記照射対象領域に対する前記光走査部の設置角度を調整する調整部を備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の光走査装置。
7. 前記第２軸回りの揺動周期は、前記第１軸回りの揺動周期の３倍であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光走査装置。