JP5985750B2 - Ｍｅｍｓ走査ミラーでの光パターン生成 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は概してオプトエレクトロニクスの分野、特に、光パターンを生成するための微小電気システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーを使用することに関する。

レーザスキャナ、プロジェクタ、及び他のレーザ装置のような光電子３次元走査システムの構成における基本的な設計上の問題の１つが、プロジェクタの許容される光出力である。一方では、光出力は、取得した光データに対する必要な信号対ノイズ比を提供するのに十分であるべきである。他方で、光出力は、システムの機械的なフォームファクタ、消費電力、及び同様のものによって制限され得る。目の安全性の考慮は、人の瞳に投射される光出力の強度及び期間に対する厳格な制限のために、実質的な光出力を制限するファクターであり得る。

実施形態は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。実施形態は、例として説明され、添付の図面の図への限定として説明されるものではない。
幾つかの実施形態による、３次元（３Ｄ）物体取得のための例示の装置を概略的に示す。 幾つかの実施形態による、３Ｄ物体取得を提供するための光パターンの複数スキャンを生成するように構成されるプロジェクタユニットの例示の動作を概略的に示す。 幾つかの実施形態による、図１及び図２を参照して説明されるようなプロジェクタユニットの動作を示すプロセスフロー図である。

本開示の実施形態は、光パターンを生成するためにＭＥＭＳスキャンミラーを使用するための技法及び構成を含む。

以下の詳細な説明において、全体を通して同様の数字が同様の部分を示し、本開示の主題が実施され得る実施形態が例として示される、本明細書の一部を成す添付図面が参照される。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が実用化され、構造的又は論理的変更が為され得ることが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で理解されるべきものではなく、実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物により規定される。

本開示の目的では、「Ａ及び／又はＢ」という表現は、「Ａ」、「Ｂ」、又は「Ａ及びＢ」を意味する。本開示の目的では、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」という表現は、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ａ及びＢ」、「Ａ及びＣ」、「Ｂ及びＣ」、又は「Ａ、Ｂ及びＣ」を意味する。

説明は、頂部／底部、中／外、上／下、及び同様のもの等の視点に基づく説明を使用し得る。このような説明は、単に議論を容易化するために使用されるのであり、本明細書に記載の実施形態の応用をいずれの特定の方向にも限定することは意図されない。

説明では、それぞれが、同じ実施形態、又は異なる実施形態の１又は複数に言及したものであり得る「一実施形態において」又は「実施形態において」の表現が使用され得る。さらに、本開示の実施形態に関して使用されるような「有する」、「含む」、「有する」等の用語は、同義である。

「結合される」という用語は、その派生形とともに、本明細書において使用され得る。「結合」は、以下の１つ又は複数を意味し得る。「結合」は、２つ以上の要素が直接の物理的、電気的、又は光学的な接触状態にあることを意味し得る。しかし、「結合」は、２つ以上の要素が相互に間接的に接触状態にあるが、なお、相互に協働又は作用することを意味する場合があり、１つ又は複数の他の要素が、相互に結合されると言われる要素の間に結合又は接続されていることを意味し得る。

種々の実施形態において、「第２の特徴に形成された、積層された、そうでなければ配置された第１の特徴」の表現は、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されている、積層されている、又は配置されていることを意味し得るとともに、第１の特徴の少なくとも一部が第２の特徴の少なくとも一部と直接の接触状態（例えば、直接の物理的及び／又は電気的接触状態）又は間接の接触状態（例えば、第１の特徴と第２の特徴の間に１つ又は複数の他の特徴を有する）にあり得る。

図１は、本開示の幾つかの実施形態による、３次元（３Ｄ）物体取得のための例示の装置１００を概略的に示す。幾つかの実施形態では、装置１００は、３Ｄスキャナ、３Ｄカメラ又は３Ｄ物体取得用に構成された任意の他の装置を含み得る。幾つかの実施形態では、図示されたように、装置１００は、画像取得装置１０２（例えば、デジタルカメラ）及び幾つかの構成要素を有する、例えばレーザプロジェクタ又はレーザスキャナ等、プロジェクタユニット１０４を含み得る。装置１００の構成要素はさらに、コントローラ１０８と結合される、レーザビーム１２０を提供するように構成されるレーザ装置のような、レーザ源１０６を含むレーザ装置を含み得る。コントローラ１０８は、より詳細に以下に記載されるように、レーザ源１０６によって提供されるレーザビーム１２０の光学出力を制御（例えば、変調）するように構成され得る。レーザ装置はさらに光学レンズ１１０をさらに含み得る。レーザ源１０６及び光学レンズ１１０は、変調されたレーザビーム１２０が光学レンズ１１０を通過するように構成され得る。レンズ１１０は、通過する光を、例えば、球面レンズと対照的に点に集束させる代わりに、線に集束させるように構成されるレンズであり得る。幾つかの実施形態では、レンズ１１０は、円柱レンズであり得る。したがって、レンズ１１０は、レンズ１１０を通過するレーザビーム１２０をレーザ線１２２に変換するように構成され得る。レーザ線１２２の空間的な性質のより良い理解のために、レーザ線１２２が図１の面に対して垂直に配置され得ることに留意されたい。したがって、レンズ１１０を通過するレーザビーム１２０から形成されるレーザ線１２２は、図１の面に対して垂直に示される。

レーザ線１２２は、数字１２４、１２６、及び１２８で示されるような、複数のレーザ面を、ミラーの傾動中に、形成する、装置１００の傾動可能又は回転可能なミラー１１２によって受けられ得るとともに偏向され得る。幾つかの実施形態では、ミラー１１２は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）走査ミラーであり得る。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ走査ミラー１１２のミラー表面はシリコン（Ｓｉ）で作られ得るが、走査ミラー反射品質に関連する必要な性質を提供する異なる材料が様々な実施形態において用いられ得る。幾つかの実施形態では、ミラー１１２は、単軸ミラーであり得る一方、他の実施形態では、ミラー１１２は、二軸ＭＥＭＳ走査ミラー又は２ミラーシステムであり得る。

幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ走査ミラー１１２は、ミラー１１２による物体１４２に投射されるとともにレーザ面１２４、１２６、１２８によって定められる光パターン１４０の所望の寸法に対応するようにレーザ線１２２を偏向するために、軸１１４周りに、傾動可能（回転可能）、少なくとも部分的に傾動可能に構成され得る。例えば、ミラー１１２は、出射レーザ面１２４、１２６、１２８によって定められる光パターンのための所望の寸法を確保する走査角度を提供するために、１１８によって示されるように、少なくとも数字１１６によって示されるその静止位置からＭＥＭＳ走査ミラー１１２によって示される位置まで、傾動可能であり得る。幾つかの実施形態では、コントローラ１２８は、ミラー１１２の傾動を制御するように構成され得る。光パターン１４０の形成は、図２を参照して記載される。

軸１１４は、レーザ線１２２と実質的に平行であり、ミラー１１２は、図２の面に対して垂直である平面内に配置されるとともに図示されるように軸１１４周りに傾動可能であり得る。したがって、レーザ面１２４、１２６、１２８はまた、図２の面に対して実質的に垂直であり得るとともに単純にする目的のために破線によって示される
物体１４２の表面にレーザ面１２４、１２６、１２８によって形成される光パターン１４０は、画像取得装置１０２によって受けられ得るとともに画像取得装置１０２のセンサ１３０によって感知され得る（例えば、読み取られ得る）。センサ１３０の感知サイクル中に蓄積される光パターンの複数の走査の読取り値に基づいて、画像取得装置１０２は、物体１４２の形状を再構成することができ得る。

光パターンを感知すること、記録すること、及び処理することを可能にするために、装置１００は、さらに幾つかの構成要素を含み得る。構成要素は、装置１００の上述の及び他の機能を可能にするように構成されるメモリ１３４と結合されたプロセッサ１３２を含み得る。例えば、プロセッサ１３２は、ここに記載されるようにレーザ源１０６、コントローラ１０８、及びＭＥＭＳ走査ミラー１１２の動作を可能にするメモリ１３４に格納された実行可能命令とともに構成され得る。

図１に示されるように、装置１００のユーザのような、人１６０の瞳１５０は、装置１００の動作中、ＭＥＭＳ走査ミラー１１２によって偏向されるレーザ面１２４、１２６、１２８の少なくとも一部に曝され得る。人間の目への暴露に対して安全であり得る出力範囲内の光学出力を有する光パターンを提供する様々な技術及び構成による装置１００の実施形態が、さらにここに記載される。

幾つかの実施形態では、ここに記載される装置１００はさらに、追加的な構成要素を含み得る。プロセッサ１３２、メモリ１３４、及び／又は他の構成要素は、幾つかの実施形態による、装置１００の一部であり得る、又は装置１００のを含み得る、プロセッサベースのシステムに適合し得る。１つの実施形態のためのメモリ１３４は、例えば、適切なダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）のような、任意の適切な揮発性メモリを含み得る。

幾つかの実施形態では、メモリ１３４は、プロセッサ１３２で実行されるとき、レーザ源１０６によって作られるレーザビーム１２０の光学出力を制御するようにコントローラ１０８を設定し得る命令を含み得る。追加的に又は代替的に、幾つかの実施形態では、メモリ１３４は、プロセッサ１３２で実行されるとき、以下に記載されるようにＭＥＭＳ走査ミラー１１２の傾動を制御するようにコントローラ１０８を設定し得る命令を含み得る。幾つかの実施形態では、コントローラ１０８は、例えば、メモリ１３４に格納されるとともに、プロセッサ１３２で実行されるように構成されるソフトウェアコンポーネントとして実装され得る。幾つかの実施形態では、コントローラ１０８は、ソフトウェア及びハードウェアコンポーネントの組み合わせとして実装され得る。幾つかの実施形態では、コントローラ１０８は、ハードウェア実現を含み得る。コントローラ１０８の機能は、図２を参照してより詳細に記載される。

プロセッサ１３２、メモリ１３４、他の構成要素（図示せず）、画像取得装置１０２、及びプロジェクタユニット１０４は、上述の構成要素の間で情報の効果を容易にするように構成される１又は複数のインタフェース（図示せず）と結合され得る。通信インタフェース（図示せず）は、１又は複数の有線又は無線ネットワークを通して及び／又は任意の他の適切な装置と通信するように装置１００のためのインタフェースを提供し得る。様々な実施形態では、装置１００は、限定されるものではないが、サーバ、ワークステーション、デスクトップコンピューティング装置、又はモバイルコンピューティング装置（例えば、ラップトップコンピューティング装置、ハンドヘルドコンピューティング装置、ハンドセット、タブレット、スマートフォン、ネットブック、ウルトラブック等）に含まれ得る又は関連付けられる。

様々な実施形態では、装置１００は、より多い又はより少ない構成要素、及び／又は異なるアーキテクチャを有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、装置１００は、カメラ、キーボード、（タッチスクリーンディスプレイを含む）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンのようなディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、不揮発性メモリポート、アンテナ又はマルチアンテナ、グラフィックチップ、ＡＳＩＣ、スピーカ、バッテリ、オーディオコーデック、ビデオコーデック、パワーアンプ、全地球測位システム（ＧＰＳ）装置、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ等の１又は複数を含み得る。様々な実施形態では、装置１００は、より多い又はより少ない構成要素、及び／又は異なるアーキテクチャを有し得る。様々な実施形態では、個々に記載される技術及び構成は、オプトエレクトロニクス、電気光学ＭＥＭＳ装置及びシステム等のようなここに記載される原理から利益を得る様々なシステムに使用され得る。

図２は、幾つかの実施形態による、３Ｄ物体取得を提供するための光パターンの複数スキャンを生成するように構成されるプロジェクタユニット２０４の例示の動作を示す例示の図２００である。プロジェクタユニット２０４は、図１を参照して記載されたプロジェクタユニット１０２と同様に実現され得る。

上述のように、プロジェクタユニット２０４は、レーザ源２０６、コントローラ２０８、レンズを通過するレーザビーム２２０をレーザ線２２２に集束させるように構成されるレンズ２１０、及びＭＥＭＳ走査ミラー２１２を含み得る。レーザ源２０６及びレンズ２１０は、レーザ装置を構成し得る。幾つかの実施形態では、コントローラ２０８は、レーザビーム２２０の光学出力を制御する（例えば変調する）ように及び／又はＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数を制御するように構成され得る。

変調されたレーザビーム２２０は、図２の面に対して垂直に配置されるレーザ線２２２を形成するレンズ（例えば光学レンズ）２１０を通過し得る。ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、レーザ線２２２に平行に配置された軸２１４周りに少なくとも部分的に傾動可能であるとともに傾動中にレーザ線２２２を偏向するように構成され得る。より具体的には、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、傾動する間、レーザ線２２２を走査し得るとともに、境界線２３２、２３４、及び前方線２３６によって概略的に示されるように定められる結果として生じるレーザ面２３０を偏向し得る。レーザ線２２２のミラー傾動反射の結果として、レーザ面２３０は、光パターン２４０の１又は複数のスキャンを形成し得る。偏向されたレーザ線２２２によって形成されるレーザ面２３０がレーザ線２２２のレーザ面２２４と平行であること、すなわち図２の面と垂直であることに留意されたい。レーザ面２３０及びミラー傾動反射の結果としてレーザ面２３０によって形成される光パターン２４０は、説明目的のために３次元視で示される。図示されるように、レーザ線２２２の傾動反射の結果として移動するレーザ面２３０の前方の線２３６によって形成される光パターン２４０は、実質的に長方形を取り得る。しかし、光パターン２４０の形状が、純粋に説明目的のために平行四辺形として、図２に概略的に示されていることに留意されたい。

光パターン２４０は、次のように形成され得る。ＭＥＭＳ走査ミラー２１２が、その静止位置（図示せず）から軸２１４周りに反時計方向２６０に傾動（回転）することによってレーザ線２２２を傾動反射させていることを仮定する。したがって、光パターン２４０は、ミラー２１２の静止位置に対応するその開始位置（光パターン２４０の下方端部２６８）から上方２６６に動く前方の線２３６によって形成され得る。同様に、ミラーが、その終了位置（図示せず）から軸２１４周りに時計方向２６２に傾動（回転）することによってレーザ線２２２を傾動反射させている場合、光パターン２４０は、ミラー２１２の終了位置に対応するその開始位置（光パターン２４０の上方端部２７８）から下方２７６に動く前方の線２３６によって形成され得る。図示されるように、移動する前方の線２３６は、光パターン２４０を有する、長方形のような、１又は複数の２次元パターンを形成する。

動作において、コントローラ２０８は、レーザ源２０６が、例えば周期的にオン及びオフされ得るように、レーザビーム２２０を変調するように構成され得る。したがって、結果として生じる光パターン２４０は、幾つかの実施形態において、バーコード様形状を形成する複数の暗い及び明るい長方形を有し得る。例えば、図２に示されるように、上方２６６に移動する前方の線２３６によって形成される光パターン２４０は、レーザ源２０６がオフにされるときの期間ｔ０−ｔ１の間の暗い長方形２８０、レーザ源２０６がオンにされるときの期間ｔ１−ｔ２の間の明るい長方形２８２、及びレーザ源２０６がオフにされるときの期間ｔ２−ｔ３の間のもう一つの暗い長方形２８０、を含み得る。

コントローラ２０８は、レーザ線２２２を走査するＭＥＭＳ走査ミラー２１２から生じるレーザ面２３０の光学出力が目に安全な光学出力限度内に留まることを確実にするように、レーザ源２０６の光学出力（したがってレーザ線２２２の光学出力）を変調するように構成され得る。この目的のために、レーザビーム２２０の光学出力は、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数と同期、例えば、一致し得る。ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、物体に投射される走査されるレーザ線２２２の光学出力が特定の出力範囲（例えば目に安全な出力範囲）内に留まることを確実にし得る特定の周波数範囲内の傾動周波数で回転するように構成され得る。例えば、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、物体を捉えるように構成される取得装置の感知サイクル中（例えば、画像取得装置１０２のセンサ１３０の読取りサイクル中）、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２がレーザ線２２２のマルチスキャンを行うことを可能にし得る周波数範囲で傾動するように構成され得る。言い換えると、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、例えば、レーザ線２２２のマルチスキャンによって形成されるマルチ（例えば少なくとも２以上）光パターン２４０を物体に投射するように、傾動するように構成され得る。例えば、図２に示されるように、センサ１３０読み取りサイクルは、ｔ０からｔ１２への期間を含み得る。この期間の間、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、少なくとも部分的に、時計方向及び反時計方向に傾動しながら、レーザ線２２２を複数回走査することができ、センサ１３０の読取りサイクル（例えば、暴露）の間レーザ線２２２の複数走査を行う。

説明目的のために、図２は、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２が４回レーザ線２２２を走査し得る、センサ１３０読み取りサイクル中に４つの光パターンを生成する、例を示している。第１の光パターンは、レーザ線２２２の最初のスキャン中に形成（発生）されることができ、前方の線２３６が上方２６６に動く光パターンを形成する。形成された光パターン２４０は、暗い長方形２８０（期間ｔ０−ｔ１、レーザ源２０６オフ）、明るい長方形２８２（期間ｔ１−ｔ２、レーザ源２０６オン）、及びもう一つの暗い長方形２８４（期間ｔ２−ｔ３、レーザ源２０６オフ）を含み得る。

第２の光パターンは、レーザ線２２２の２番目のスキャン中に形成されることができ、前方の線２３６が下方２７６に動く光パターンを形成する。形成された光パターン２４０は、暗い長方形２８４（期間ｔ３−ｔ４、レーザ源２０６オフ）、明るい長方形２８２（期間ｔ４−ｔ５、レーザ源２０６オン）、及びもう一つの暗い長方形２８０（期間ｔ５−ｔ６、レーザ源２０６オフ）を含み得る。

第３の光パターンは、レーザ線２２２の３番目のスキャン中に形成されることができ、前方の線２３６が上方２６６に動く光パターンを形成する。形成された光パターン２４０は、暗い長方形２８０（期間ｔ６−ｔ７、レーザ源２０６オフ）、明るい長方形２８２（期間ｔ７−ｔ８、レーザ源２０６オン）、及びもう一つの暗い長方形２８４（期間ｔ８−ｔ９、レーザ源２０６オフ）を含み得る。

第４の光パターンは、レーザ線２２２の４番目のスキャン中に形成されることができ、前方の線２３６が下方２７６に動く光パターンを形成する。形成された光パターン２４０は、暗い長方形２８４（期間ｔ９−ｔ１０、レーザ源２０６オフ）、明るい長方形２８２（期間ｔ１０−ｔ１１、レーザ源２０６オン）、及びもう一つの暗い長方形２８０（期間ｔ１１−ｔ１２、レーザ源２０６オフ）を含み得る。センサ１３０の１つの読取りサイクル中に形成される複数のパターンの数は図２に示される４つのパターンに限定されなくてよいことが理解されるであろう。１つの読取りサイクル中に形成される光パターンの数は、変化し得るとともに、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数及び／又はレーザビーム２２０の光学出力に依存し得る。

ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数は、１又は複数の基準にしたがって、例えばコントローラ２０８によって、制御され得る。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数は、結果として生じるレーザ面２３０の光学出力がある出力範囲内に、例えば、目に安全な出力範囲内に留まり得るように、レーザビーム２２０の光学出力に対応するように（例えば、補完するように）制御され得る。レーザビーム２２０の光学出力は、センサ１３０に対して十分検出可能な読取り値を提供するように（例えば、センサ１３０による光パターン読み取りのための所望の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を提供するように）選択され得るが、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２による高速走査のために、特定の（幾つかの実施形態では目に安全な）出力範囲内に留まり得る。

幾つかの実施形態では、レーザビーム２２０の光学出力と相補的であることに代替的に又は同相補的であることに加えて、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数は、センサ読み取りサイクル中に複数の光パターンを形成するように制御され得る。１つのセンサ読み取りサイクル中の複数の光パターンの形成は、十分な電子‐陽子の蓄積を確実にし得るとともに、センサ１３０による光パターンの読み取りに対する所望のＳＮＲを提供し得る。

幾つかの実施形態では、レーザビーム２２０の光学出力と相補的であることに代替的に又は同相補的であることに加えて、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数は、ある傾動周波数において傾動ミラーからエミュレートされ得るノイズのような望ましくない影響を避けるように制御され得る。例えば、傾動周波数は、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動に関連付けられるノイズ要件を満たすように制御され得る。幾つかの実施形態では、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の選択される傾動周波数は、約４ｋＨｚから約６ｋＨｚまで変化し得る。幾つかの実施形態では、周波数範囲は、２０ｋＨｚ以上から変化し得る。

幾つかの実施形態では、レーザビーム２２０の光学出力（したがって、レーザ線２２２及びレーザ面２３０の光学出力）は、例えば、レーザ面２３０の光学出力が特定の出力範囲（例えば、目に安全な出力範囲）内に保たれることを確実にするように、制御されるＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数に対応する（例えば、補完的である）ように、望ましくない音響ノイズ効果を避けるように、及び／又は感知サイクル中に複数の光パターンを提供するように、コントローラ２０８によって制御（例えば、変調）され得る。したがって、幾つかの実施形態では、レーザ面２３０の光学出力は、ある出力範囲（例えば、目に安全な出力範囲）内に留まり得る一方、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、望ましくない音響ノイズを発生せず、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数によって提供される複数の光パターンは、センサ１３０のための十分検出可能な読取り値を提供し得る（例えば、センサ１３０による光パターン読み取りのための所望のＳＮＲを提供し得る）。

例えば、コントローラ２０８は、コントローラ２０８は、レーザ源２０６によって提供されるレーザビーム２２０の光学出力を、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数に適合させるように構成され得る。幾つかの実施形態では、レーザビーム２２０の光学出力は、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数の変化に対応して変調され得る。例えば、レーザビーム２２０の光学出力は、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の増加した傾動周波数に対応して増加されることができるとともに、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の減少した傾動周波数に対応して減少されることができ、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の走査期間中、走査レーザ線の投射される光学出力を実質的に一定のレベルに保つ。

例えば、スキャン中、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２は、その静止位置から、実質的にゼロからミラースパンの約半分のその最大まで増加し得るとともにミラーがミラースパンの終了位置に達するときのほとんど実質的にゼロまで減少し得る傾動周波数で、傾動し得る。レーザビーム２２０の光学出力は対応して、ミラースパンの最初の半分の間増加し、次にミラースパンの２番目の半分の間減少し、投射されたレーザ面２３０に関して実質的に一定の光学出力を提供する。投射されたレーザ面２３０の光学出力値は、特定の光学出力範囲内に留まり得る。幾つかの実施形態では、投射されたレーザ面２３０の光学出力範囲は、国際電気標準会議（ＩＥＣ）によって提供されるクラス１レーザ安全基準６０８２５−１による出力範囲内に留まり得る。したがって、幾つかの実施形態では、コントローラ２０８は、上述の光パターンを生成するように及びミラーの傾動中、ＭＥＭＳ走査ミラー２１２の傾動周波数の変化に対応してレーザ源２０６の光学出力を変化させるように、レーザ源２０６の光学出力をオン及びオフするよう構成され得る。

幾つかの実施形態では、コントローラ２０８は、補正テーブルを使用してレーザ源２０６によって提供されるレーザビーム２２０を変調するように構成され得る。補正テーブルは、ミラーの走査スパンに対する傾動周波数値のセットを含み得るとともに、各傾動周波数値は、レーザビーム２２０の対応する光学出力値に関連付けられ得る。傾動周波数値及び対応する光学出力値のそれぞれの組み合わせは、走査されるレーザ線２２２の、すなわちレーザ面２３０の、投射される光学出力を所望の、例えば目に安全な出力範囲に保つことを可能にし得る。

図３は、幾つかの実施形態による、図１及び２を参照して記載されるプロジェクタユニット１０４（２０４）の動作を説明するプロセスフロー図である。プロセス３００は、レーザビーム１２０（２２０）が、例えば、プロジェクタユニット１０４（２０４）のレーザ源１０６（２０６）によって、提供され得る、ブロック３０２において始まり得る。

ブロック３０４において、レーザビーム１２０（２２０）の光学出力は、ＭＥＭＳ走査ミラー１１２（２１２）の傾動周波数を補完するように制御（例えば変調）され得る。ミラーの傾動周波数は、図２を参照して記載された決定された周波数範囲内に留まり得る。幾つかの実施形態では、傾動周波数は、レーザビーム１２０（２２０）の光学出力を補完するように制御され得る。

ブロック３０６において、レーザビーム１２０（２２０）は、レーザ線１２２（２２２）を形成するように変換され得る。上述のように、幾つかの実施形態では、レーザビーム１２０（２２０）は、円柱レンズ１１０（２１０）を使用して変換され得る。

ブロック３０８において、レーザ線２２２は、物体にＭＥＭＳ走査ミラー１１２（２１２）で走査されるとともに投射されることができ、取得装置（例えば、画像取得装置１０２のセンサ１３０）の感知サイクルに渡って複数の光パターン２４０を形成する。幾つかの実施形態では、投射されるレーザ線２２２の光学出力は、レーザビーム１２０（２２０）制御及び／又は図２を参照して記載されたＭＥＭＳ走査ミラー１１２（２１２）傾動周波数制御のために、特定の出力範囲内に留まり得る。

ここに記載された実施形態は、以下の例によってさらに説明され得る。例１は、物体に光パターンを投射するための装置であり、レーザ線を生成するように構成されるレーザ装置；レーザ線を傾動可能に反射するように構成される傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー；及びレーザ装置及びＭＥＭＳミラーに結合されるとともに、反射したレーザ線が光パターンを物体に投射することを可能にするようＭＥＭＳミラーの傾動を制御するように構成される、コントローラ；を有し、コントローラは、レーザ線の光学出力を補完する傾動周波数でＭＥＭＳミラーを制御するように、又はＭＥＭＳミラーの傾動周波数を補完するようレーザ線の光学出力を調整するためにレーザ装置を制御するように、構成される。

例２は、例１の主題を含み得るとともに、さらに、レーザ装置が、物体の画像を取得するように構成される画像取得装置の要件に少なくと部分的に基づいて、物体に投射される光パターンに少なくとも部分的に基づいて、レーザ線の光学出力を調整するように制御されることを明記する。

例３は、例２の主題を含み得るとともに、さらに、画像取得装置がデジタルカメラであり、要件はデジタルカメラの感知サイクルに関連付けられることを明記する。

例４は、例１の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、物体の画像を取得するように構成される画像取得装置の各感知サイクルに対して光パターンの複数走査を投射するようＭＥＭＳミラーの傾動周波数を制御するように構成され、各走査が物体に投射される１つの光パターンを提供することを明記する。

例５は、例４の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、光パターンの光学出力を光学出力範囲内に留めるためにレーザ線の光学出力を調整するようレーザ装置を制御するように構成されることを明記する。

例６は、例５の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、ＭＥＭＳミラーの傾動に関連付けられる音響ノイズ要件を満たすようＭＥＭＳミラーの傾動周波数をさらに制御するように構成されることを明記する。

例７は、例１の主題を含み得るとともに、さらに、レーザ装置が、レーザビームを供給するように構成されるレーザ源及びレーザビームをレーザ線に変換するように構成される円柱レンズを有することを明記する。

例８は、例１の主題を含み得るとともに、さらに、ＭＥＭＳ走査ミラーが、レーザ線と実質的に平行である軸周りに傾動可能である単軸ミラーを有することを明記する。

例９は、例１の主題を含み得るとともに、さらに、傾動周波数が、約４ｋＨｚから約６ｋＨｚ又は２０ｋＨｚより上に及ぶことを明記する。

例１０は、例１乃至９の主題を含み得るとともに、さらに、光パターンの各走査が、実質的に２次元のパターンを有することを明記する。

例１１は、例１０の主題を含み得るとともに、さらに、実質的に２次元のパターンは長方形を有することを明記する。

例１２は、例１の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、ＭＥＭＳ走査ミラーの傾動周波数の変化に応じてレーザ線の光学出力を変化させるようレーザ装置を制御するように構成され、レーザビームの光学出力は、ＭＥＭＳ走査ミラーの傾動周波数の増加に応じて増加され、走査速度の減少に対応して減少し、ＭＥＭＳ走査ミラーの走査スパン中走査されるレーザ線の投射される光学出力を実質的に一定レベルに保つ、ことを明記する。

例１３は、物体の画像を取得するために物体に光パターンを投射するための装置であり：レーザ線を生成するように構成されるレーザ装置、レーザ線を傾動可能に反射するように構成される傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー、及びレーザ装置及びＭＥＭＳミラーに結合されるとともに、反射したレーザ線が光パターンを物体に投射することを可能にするよう傾動周波数でＭＥＭＳミラーの傾動を制御するように構成される、コントローラ、を有し、コントローラは、ＭＥＭＳミラーの傾動周波数を補完するようレーザ線の光学出力を調整するためにレーザ装置を制御するように、構成される、プロジェクタユニット；及び画像取得装置であって、画像取得装置の感知サイクル中に蓄積される、物体に投射される光パターンの１又は複数の走査の読取り値に基づいて物体の画像を取得するように構成される、画像取得装置；を含む。

例１４は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、画像取得装置の各感知サイクルに対して物体に光パターンの複数走査を投射するようＭＥＭＳミラーの傾動周波数をさらに制御するように構成され、各走査は物体に１つの光パターンを投射することを明記する。

例１５は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、光パターンの光学出力を光学出力範囲内に留めるためにレーザ線の光学出力を調整するようレーザ装置を制御するように構成されることを明記する。

例１６は、例１５の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、補正テーブルを使用して光学出力を調整するようレーザ装置を制御するように構成され、補正テーブルは、ＭＥＭＳミラーの傾動周波数値のセットを含み、各傾動周波数値は、光学出力範囲を持つレーザ線の光学出力に関連付けられる、ことを明記する。

例１７は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、ＭＥＭＳミラーの傾動に関連付けられる音響ノイズ要件を満たすようＭＥＭＳミラーの傾動周波数をさらに制御するように構成されることを明記する。

例１８は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、コントローラが、レーザ線の光学出力を補完する傾動周波数でＭＥＭＳミラーをさらに制御するように構成されることを明記する。

例１９は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、ＭＥＭＳ走査ミラーが、レーザ線と実質的に平行である軸周りに傾動可能である単軸ミラーを有することを明記する。

例２０は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、ＭＥＭＳ走査ミラーが、２軸ミラー又は２ミラー装置を有することを明記する。

例２１は、例１３の主題を含み得るとともに、さらに、傾動周波数が、約４ｋＨｚから約６ｋＨｚ又は２０ｋＨｚより上までの周波数範囲内であることを明記する。

例２２は、例１３乃至２１の主題を含み得るとともに、さらに、画像取得装置が、物体の上に投射された光パターンを感知するように構成されるセンサを含むことを明記する。

例２３は、物体に光パターンを投射するための方法であり、方法は：レーザ線の光学出力をレーザ線を傾動可能に反射するように構成される傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーの傾動周波数を補完するように制御するステップ；及び画像取得装置の感知サイクル中物体に光パターンの複数走査を提供する傾動周波数を持つＭＥＭＳミラーでレーザ線を走査するステップ、を有する。

例２４は、例２３の主題を含み得るとともに、さらに、方法が、レーザビームを供給するステップ；及びレーザビームをレーザ線に変換するステップを含むことを明記する。

例２５は、物体に光パターンを投射するための装置であり、装置は：
レーザ線を発生するように構成されるレーザ装置；及びレーザ装置に結合されるとともに、光パターンを物体に投射するためにレーザ線を傾動可能に反射するように構成される傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーの傾動周波数を補完するようレーザ線の光学出力を調整するようにレーザ装置を制御するように構成される、コントローラ、を有する。

例２６は、例２５の主題を含み得るとともに、さらに、レーザ装置が、物体の画像を取得するように構成される画像取得装置の要件に少なくと部分的に基づいて、物体に投射される光パターンに少なくとも部分的に基づいて、レーザ線の光学出力を調整するように制御されることを明記する。

例２７は、物体に光パターンを投射するための装置であり：
レーザ線を傾動可能に反射するように構成される傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー；及びＭＥＭＳミラーに結合されるとともに、反射したレーザ線が光パターンを物体に投射することを可能にするようＭＥＭＳミラーの傾動を制御するように構成される、コントローラ；を有し、コントローラは、レーザ線の光学出力を補完する傾動周波数でＭＥＭＳミラーを制御するように構成される。

例２８は、例２７の主題を含み得るとともに、さらに、レーザ線の光学出力が、物体の画像を取得するように構成される画像取得装置の要件に少なくと部分的に基づいて、物体に投射される光パターンに少なくとも部分的に基づいて、選択されることを明記する。

様々な動作は、複数の別個の動作として、順に、請求項に記載された主題を理解するのに最も役立つ方法で説明される。しかし、説明の順序は、これらの動作が必ず順序に依存することを意味するように解釈されるべきではない。本発明の実施形態は、要望通りに構成するように任意の適切なハードウェア及び／又はソフトウェアを使用するシステムに実装され得る。

説明の目的で本明細書に或る特定の実施形態を図示し、記述したが、同じ目的を達成するよう計算された多様な代替及び／又は均等な実施形態又は実施態様が、本開示の範囲から逸脱することなく図示及び説明された実施形態に置換され得る。本願は、本明細書に記載の実施形態の任意の改造又は変形を包含することが意図される。したがって、本明細書に記載の実施形態は、特許請求の範囲及びその均等物のみにより限定されることが明示的に意図される。

Claims (25)

1. 物体に光パターンを投射するための装置であって：
   レーザ線を生成するレーザ装置；
   前記レーザ線を傾動可能に反射する傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー；及び
   前記レーザ装置及び前記ＭＥＭＳミラーに結合されるとともに、反射した前記レーザ線が光パターンを前記物体に投射することを可能にするよう前記ＭＥＭＳミラーの傾動を制御するように構成される、コントローラ；を有し、
   前記コントローラは、前記ＭＥＭＳミラーの傾動周波数を補完するよう前記レーザ線の光学出力を調整するために前記レーザ装置を制御し、前記光学出力を調整することは、投射される前記光パターンの光学出力を実質的に一定のレベルに維持するように、前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数の変化に応じて前記レーザ線の前記光学出力を変化させることを含む、
   装置。
2. 前記レーザ装置は、前記物体の画像を取得するように構成される画像取得装置の要件に少なくと部分的に基づいて、前記物体に投射される前記光パターンに少なくとも部分的に基づいて、前記レーザ線の前記光学出力を調整するように制御される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記画像取得装置はデジタルカメラであり、前記要件は前記デジタルカメラの感知サイクルに関連付けられる、
   請求項２に記載の装置。
4. 前記コントローラは、前記物体の画像を取得するように構成される画像取得装置の各感知サイクルに対して前記光パターンの複数走査を投射するよう前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数を制御するように構成され、各前記走査は前記物体に投射される１つの光パターンを提供する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記コントローラは、前記ＭＥＭＳミラーの傾動に関連付けられる音響ノイズ要件を満たすよう前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数をさらに制御するように構成される、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記レーザ装置は：、
   レーザビームを供給するように構成されるレーザ源；及び
   前記レーザビームを前記レーザ線に変換するように構成される円柱レンズ；を有する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記ＭＥＭＳ走査ミラーは、前記レーザ線と実質的に平行である軸周りに傾動可能である単軸ミラーを有する、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記傾動周波数は、約４ｋＨｚから約６ｋＨｚ又は２０ｋＨｚより上に及ぶ、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記光パターンの各走査は、実質的に２次元のパターンを有する、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記実質的に２次元のパターンは長方形を有する、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記コントローラは、前記レーザ線の前記光学出力を、前記ＭＥＭＳ走査ミラーの傾動周波数の増加に応じて増加させ、前記ＭＥＭＳ走査ミラーの傾動周波数の減少に応じて減少させる、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 物体の画像を取得するために物体に光パターンを投射するための装置であって：
    プロジェクタユニットであって：
    レーザ線を生成するレーザ装置；
    前記レーザ線を傾動可能に反射する傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー；及び
    前記レーザ装置及び前記ＭＥＭＳミラーに結合されるとともに、反射した前記レーザ線が光パターンを物体に投射することを可能にするよう傾動周波数で前記ＭＥＭＳミラーの傾動を制御するように構成される、コントローラであって、前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数を補完するよう前記レーザ線の光学出力を調整するために前記レーザ装置を制御する、コントローラ；を含む、
    プロジェクタユニット；及び
    画像取得装置であって、前記画像取得装置の感知サイクル中に蓄積される、前記物体に投射される前記光パターンの１又は複数の走査の読取り値に基づいて前記物体の画像を取得する、画像取得装置；を有し、
    前記コントローラは、投射される前記光パターンの光学出力を実質的に一定のレベルに維持するように、前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数の変化に応じて前記レーザ線の前記光学出力を変化させる、
    装置。
13. 前記コントローラは、前記画像取得装置の各感知サイクルに対して前記物体に前記光パターンの複数走査を投射するよう前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数をさらに制御するように構成され、各前記走査は前記物体に１つの光パターンを投射する、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記コントローラは、補正テーブルを使用して前記光学出力を調整するよう前記レーザ装置を制御するように構成され、前記補正テーブルは、前記ＭＥＭＳミラーの傾動周波数値のセットを含み、各前記傾動周波数値は、光学出力範囲を持つ前記レーザ線の光学出力に関連付けられる、
    請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記コントローラは、前記ＭＥＭＳミラーの傾動に関連付けられる音響ノイズ要件を満たすよう前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数をさらに制御するように構成される、
    請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記コントローラは、前記レーザ線の前記光学出力を補完する前記傾動周波数で前記ＭＥＭＳミラーをさらに制御するように構成される、
    請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記ＭＥＭＳ走査ミラーは、前記レーザ線と実質的に平行である軸周りに傾動可能である単軸ミラーを有する、
    請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記ＭＥＭＳ走査ミラーは、２軸ミラー又は２ミラー装置を有する、
    請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記傾動周波数は、約４ｋＨｚから約６ｋＨｚ又は２０ｋＨｚより上までの周波数範囲内である、
    請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記画像取得装置は、前記物体の上に投射された前記光パターンを感知するように構成されるセンサを含む、
    請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 物体に光パターンを投射するための方法であって：
    レーザ線の光学出力を、前記レーザ線を傾動可能に反射する傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーの傾動周波数を補完するように制御するステップ；及び
    画像取得装置の感知サイクル中、前記物体に前記光パターンの複数走査を提供する前記傾動周波数を持つ前記ＭＥＭＳミラーで前記レーザ線を走査するステップ；を有し、
    前記制御するステップは、投射される前記光パターンの光学出力を実質的に一定のレベルに維持するように、前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数の変化に応じて前記レーザ線の前記光学出力を変化させるステップを含む、
    方法。
22. レーザビームを供給するステップ；及び
    前記レーザビームをレーザ線に変換するステップ；をさらに有する、
    請求項２１に記載の方法。
23. 前記制御するステップは、前記ＭＥＭＳミラーの傾動に関連付けられる音響ノイズ要件を満たすよう前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数を制御するステップをさらに含む、
    請求項２１又は２２に記載の方法。
24. 物体に光パターンを投射するための装置であって：
    レーザ線を発生するレーザ装置；及び
    前記レーザ装置に結合されるとともに、前記光パターンを前記物体に投射するために前記レーザ線を傾動可能に反射する傾動可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーの傾動周波数を補完するよう前記レーザ線の光学出力を調整するように前記レーザ装置を制御するように構成される、コントローラ；を有し、
    前記コントローラは、投射される前記光パターンの光学出力を実質的に一定のレベルに維持するように、前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数の変化に応じて前記レーザ線の前記光学出力を変化させる、
    装置。
25. 前記コントローラは、前記ＭＥＭＳミラーの傾動に関連付けられる音響ノイズ要件を満たすよう前記ＭＥＭＳミラーの前記傾動周波数をさらに制御するように構成される、
    請求項２４に記載の装置。

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