JP6365075B2 - Laser scanning device - Google Patents
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Description
本発明は、走査ミラーを用いるレーザ走査装置に関する。 The present invention relates to a laser scanning device using a scanning mirror.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)走査ミラーなどの共振走査ミラーにレーザ光を照射して光走査するレーザ走査装置が知られている。このようなレーザ走査装置は、MEMS走査ミラーの光走査の振幅である走査振幅を検出し、検出結果を用いて当該走査振幅が所望の値になるように制御する。この走査振幅を検出する方法として、レーザ光の走査領域の端部近傍に配置されたフォトセンサから得られるパルス信号の間隔を計測する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art A laser scanning device that performs optical scanning by irradiating a resonant scanning mirror such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) scanning mirror with laser light is known. Such a laser scanning device detects a scanning amplitude that is an optical scanning amplitude of the MEMS scanning mirror, and uses the detection result to control the scanning amplitude to a desired value. As a method for detecting this scanning amplitude, a method is known in which the interval between pulse signals obtained from a photosensor arranged in the vicinity of the end of a scanning region of laser light is measured (for example, see Patent Document 1).
共振走査ミラーは、走査振幅を稼ぐために共振を利用する。この共振走査ミラーは、高いQ値を持つ。また、共振走査ミラーは、駆動信号の周波数が、MEMS構造体が有する共振周波数(固有振動数)の近傍になると急激に走査振幅が増大し、駆動信号の周波数が、共振周波数からずれると急激に走査振幅が減少するという特徴を持つ。これにより、共振走査ミラーでは、厳密な駆動信号の周波数調整が必要になる。また、この共振周波数は、製造バラツキ、温度及び気圧などによって変化するため、起動時及び動作中における駆動信号の調整が必要になる。 A resonant scanning mirror uses resonance to gain scanning amplitude. This resonant scanning mirror has a high Q value. Further, the resonance scanning mirror rapidly increases the scanning amplitude when the frequency of the drive signal is close to the resonance frequency (natural frequency) of the MEMS structure, and rapidly when the frequency of the drive signal deviates from the resonance frequency. The scan amplitude is reduced. As a result, the resonant scanning mirror requires strict drive signal frequency adjustment. In addition, since this resonance frequency changes depending on manufacturing variations, temperature, atmospheric pressure, and the like, it is necessary to adjust the drive signal at the time of startup and during operation.
しかしながら、MEMS走査ミラーの共振周波数が変化すると、走査振幅が同じであっても、フォトセンサから得られるパルス信号の間隔が変化してしまう。これにより、従来の方法では、走査振幅の制御の精度が低いという課題があった。 However, when the resonance frequency of the MEMS scanning mirror changes, the interval of pulse signals obtained from the photosensor changes even if the scanning amplitude is the same. As a result, the conventional method has a problem that the accuracy of controlling the scanning amplitude is low.
そこで、本発明は、走査振幅の制御の精度を向上できるレーザ走査装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a laser scanning device capable of improving the accuracy of scanning amplitude control.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ走査装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を走査する走査ミラーと、前記走査ミラーに駆動信号を印加することで、前記走査ミラーを駆動する駆動部と、前記走査ミラーにより走査されたレーザ光が走査する領域に配置され、前記レーザ光を検出した際に検知信号を生成するフォトセンサと、前記走査ミラーの前記走査の繰り返し周波数に位相同期し、かつ、前記繰り返し周波数より周波数が高いクロック信号を生成するクロック生成部と、前記クロック信号を用いて、前記検知信号の生成間隔を計数する計数部と、前記計数部で計数された計数値が予め定められた目標値に近づくように前記駆動部を制御する制御部とを備える。 In order to achieve the above object, a laser scanning device according to an aspect of the present invention includes a laser light source, a scanning mirror that scans laser light from the laser light source, and a drive signal applied to the scanning mirror. A driving unit that drives the scanning mirror, a photosensor that is disposed in a region where the laser light scanned by the scanning mirror scans, and that generates a detection signal when the laser light is detected, and the scanning of the scanning mirror A clock generator that generates a clock signal that is phase-synchronized with the repetition frequency and has a frequency higher than the repetition frequency, a counting unit that counts the generation interval of the detection signal using the clock signal, and the counting unit And a control unit that controls the drive unit so that the count value counted in (2) approaches a predetermined target value.
この構成によれば、クロック信号の周期が走査の周期の変化に追従して変化する。よって、当該レーザ走査装置は、走査ミラーの共振周波数のバラツキ等により、走査の周期が変化した場合であっても、計数部で計数される計数値を一定にできる。これにより、当該レーザ走査装置は、計数値に基づく走査振幅の制御の精度を向上できる。 According to this configuration, the period of the clock signal changes following the change in the scanning period. Therefore, the laser scanning device can keep the count value counted by the counting unit constant even when the scanning cycle changes due to variations in the resonance frequency of the scanning mirror. Thereby, the laser scanning device can improve the accuracy of controlling the scanning amplitude based on the count value.
例えば、前記レーザ走査装置は、さらに、前記検知信号が生成されるごとに論理値が反転する検出パルス信号を生成する信号生成部を備え、前記クロック生成部は、前記検出パルス信号に位相同期し、かつ、前記検出パルス信号より高周波な前記クロック信号を生成し、前記計数部は、前記クロック信号を用いて、前記検出パルス信号のパルス幅を計数することで前記生成間隔を計数してもよい。 For example, the laser scanning device further includes a signal generation unit that generates a detection pulse signal whose logic value is inverted each time the detection signal is generated, and the clock generation unit is phase-synchronized with the detection pulse signal. In addition, the clock signal having a frequency higher than that of the detection pulse signal may be generated, and the counting unit may count the generation interval by counting a pulse width of the detection pulse signal using the clock signal. .
この構成によれば、当該レーザ走査装置は、走査の周期に位相同期したクロック信号を容易に生成できる。 According to this configuration, the laser scanning device can easily generate a clock signal that is phase-synchronized with the scanning cycle.
例えば、前記信号生成部は、前記走査の1周期の一部の期間である有効期間のみにおいて前記検知信号が生成されるごとに前記論理値が反転する、前記検出パルス信号を生成してもよい。 For example, the signal generation unit may generate the detection pulse signal in which the logic value is inverted every time the detection signal is generated only in an effective period that is a part of one period of the scan. .
この構成によれば、当該レーザ走査装置は、ノイズ等に起因して誤った検出パルス信号が生成されることを抑制できる。 According to this configuration, the laser scanning device can suppress generation of an erroneous detection pulse signal due to noise or the like.
例えば、前記クロック信号は、前記検出パルス信号のn(nは2以上の整数)倍の周波数を有してもよい。 For example, the clock signal may have a frequency n (n is an integer of 2 or more) times the detection pulse signal.
この構成によれば、当該レーザ走査装置は、走査の周期に位相同期し、かつ、当該周期より高周波なクロック信号を容易に生成できる。 According to this configuration, the laser scanning device can easily generate a clock signal that is phase-synchronized with the scanning cycle and has a higher frequency than the scanning cycle.
例えば、前記制御部は、前記計数値が前記目標値に近づくように前記駆動信号の振幅を制御してもよい。 For example, the control unit may control the amplitude of the drive signal so that the count value approaches the target value.
この構成によれば、当該レーザ走査装置は、計数値に基づき走査振幅を制御できる。 According to this configuration, the laser scanning device can control the scanning amplitude based on the count value.
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備えるレーザ走査装置として実現することができるだけでなく、レーザ走査装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとするレーザ走査方法として実現することができる。また、レーザ走査装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたはレーザ走査方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、CD−ROM(Compact Disc−Read Only Memory)等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。 The present invention can be realized not only as a laser scanning device including such a characteristic processing unit, but also as a laser scanning method including steps executed by the characteristic processing unit included in the laser scanning device. Can be realized. It can also be realized as a program for causing a computer to function as a characteristic processing unit included in the laser scanning device or a program for causing a computer to execute characteristic steps included in a laser scanning method. Further, it goes without saying that such a program can be distributed via a computer-readable non-transitory recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) or a communication network such as the Internet. .
本発明は、走査振幅の制御の精度を向上できるレーザ走査装置を提供できる。 The present invention can provide a laser scanning device capable of improving the accuracy of scanning amplitude control.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below shows a comprehensive or specific example. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims are described as arbitrary constituent elements.
(実施の形態1)
[レーザ走査装置の構成]
図1は、本実施の形態に係るレーザ走査装置の概略構成を示す図である。
(Embodiment 1)
[Configuration of laser scanning device]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser scanning device according to the present embodiment.
図1に示すレーザ走査装置100は、レーザ光源101と、MEMS走査ミラー102と、フォトセンサ103とを備える。
A
レーザ光源101は、レーザ光121を照射する。
The
MEMS走査ミラー102は、共振走査ミラーであり、レーザ光121を反射する。また、MEMS走査ミラー102は、レーザ光121を走査する。また、MEMS走査ミラー102で反射されたレーザ光122は、走査領域123を走査する。
The
フォトセンサ103は、走査領域123に配置され、レーザ光122を検知する。
The
また、図2に示すように、レーザ光122が走査領域123を一往復する1回(1周期)の走査において、レーザ光122は、フォトセンサ103上を2回通過する。
In addition, as shown in FIG. 2, in one scanning (one cycle) in which the
図3は、本実施の形態に係るレーザ走査装置100のブロック図である。図3に示すレーザ走査装置100は、レーザ光源101と、MEMS走査ミラー102と、フォトセンサ103と、発振器104と、駆動部105と、信号生成部106と、クロック生成部107と、計数部108と、制御部109とを備える。
FIG. 3 is a block diagram of the
フォトセンサ103は、レーザ光122を検出した際に検知信号124を生成する。
The
発振器104は、所定の周波数の基準信号125を生成し、当該基準信号125を駆動部105に供給する。また、発振器104は、固定周波数の固定クロック126を生成し、当該固定クロック126を計数部108に供給する。
The
駆動部105は、MEMS走査ミラー102に駆動信号127を印加することで、MEMS走査ミラー102を駆動する。具体的には、駆動部105は、発振器104から供給される基準信号125を用いて、当該基準信号125と同じ周波数の駆動信号127を生成する。駆動部105は、MEMS走査ミラー102に駆動信号127を印加することで、MEMS走査ミラー102にレーザ光122を走査偏向させる。
The
また、駆動部105は、駆動信号127を二値化した二値化駆動信号128を生成し、当該二値化駆動信号128を信号生成部106に供給する。なお、駆動部105は、駆動信号127を信号生成部106に供給し、信号生成部106が二値化駆動信号128を生成してもよい。
In addition, the
信号生成部106は、検知信号124を用いて、検知信号124が生成される間隔を示す検出パルス129(検出パルス信号)を生成する。具体的には、検出パルス129は、検知信号124が生成されるごとに論理値が反転する信号である。例えば、検出パルス129は、各周期において、1つ目の検知信号124が生成されてから、2つ目の検知信号124が生成されるまでの区間においてハイレベルとなる信号である。
The
クロック生成部107は、MEMS走査ミラー102による走査の繰り返し周波数に位相同期し、かつ、当該繰り返し周波数より周波数が高い計数クロック130(クロック信号)を生成する。つまり、計数クロック130は、MEMS走査ミラー102の走査の周期の変化に追従して、周期(周波数)が変化する信号である。具体的には、クロック生成部107は、検出パルス129に位相同期し、かつ、検出パルス129より高周波な計数クロック130を生成する。例えば、計数クロック130は、検出パルス129のn(nは2以上の整数)倍の周波数を有する。
The
計数部108は、計数クロック130を用いて、検知信号124の生成間隔を計数し、得られた計数値131を制御部109に通知する。具体的には、計数部108は、計数クロック130を用いて、検出パルス129のパルス幅を計数することで、検知信号124の生成間隔を計数する。
The
制御部109は、計数値131が予め定められた目標値に近づくように駆動部105を制御する。具体的には、制御部109は、計数値131が目標値に近づくように駆動信号127の振幅を制御する。
The
図4は、クロック生成部107のブロック図である。図4に示すようにクロック生成部107は、PLL(Phase Locked Loop)回路111と、分周器112とを備える。PLL回路111は、位相比較器113と、チャージポンプ114と、ループフィルタ115と、電圧制御発振器116とを備える。
FIG. 4 is a block diagram of the
PLL回路111は、PLL動作を行う。分周器112は、1/n分周器である。ここで、nは、例えば、100程度である。なお、PLL動作は一般的な技術であるため各処理部の詳細な説明は省略するが、図4に示す回路構成により、検出パルス129に位相同期し、かつ、検出パルス129の周期の1/nの周期を有する計数クロック130が生成される。言い換えると、計数クロック130の周波数は、検出パルス129の周波数のn倍である。
The
[MEMS走査ミラーの特性]
MEMS走査ミラー102は、走査振幅を稼ぐため共振を利用する共振走査ミラーである。このような共振走査ミラーは、高いQ値を持つ。図5は、MEMS走査ミラー102の駆動信号127の周波数に対する走査振幅の特性を示す図である。図5に示すように、駆動信号127の周波数が、MEMS構造体が有する共振周波数(固有振動数)付近の場合に、急激に振幅が増大する。一方で、駆動信号127の周波数が共振周波数からずれると急激に走査振幅が減少する。このような特性により、駆動信号127の周波数を高い精度で調整する必要がある。
[Characteristics of MEMS scanning mirror]
The
この共振周波数は、製造バラツキと、温度変化及び気圧変化などの環境変化とにより、図5に示すM1〜M3のように変化する。特に製造バラツキによる共振周波数のバラツキは大きい。製造プロセスにも依るが15%程度共振周波数がばらつく場合がある。 This resonance frequency changes as shown by M1 to M3 in FIG. 5 due to manufacturing variations and environmental changes such as temperature changes and atmospheric pressure changes. In particular, there is a large variation in resonance frequency due to manufacturing variations. Depending on the manufacturing process, the resonance frequency may vary by about 15%.
[レーザ走査装置の動作]
図6は、本実施の形態に係るレーザ走査装置100による走査振幅の調整動作のフローチャートである。
[Operation of laser scanning device]
FIG. 6 is a flowchart of the scanning amplitude adjustment operation by the
まず、レーザ走査装置100は、起動時の初期調整として、駆動信号127の周波数を調整する(S101)。具体的には、発振器104は、固定クロック126を生成し、計数部108に供給する。制御部109の制御に従い、駆動部105は、駆動信号127の周波数をスイープさせる。計数部108は、固定クロック126を用いて、駆動信号127の各周波数における検出パルス129のパルス幅を計数する(S111)。ここで、計数されたパルス幅は、検知信号124の生成間隔に対応する。
First, the
次に、制御部109は、計数結果に基づき、パルス幅が最大になるように駆動信号127の周波数を設定する(S112)。
Next, the
以上の処理により、製造バラツキ等に基づく共振周波数のバラツキを加味した、駆動信号127の適切な周波数が設定される。
By the above processing, an appropriate frequency of the
一方で、動作中においても温度変化等に起因してMEMS走査ミラー102の共振周波数が変動する。この変動を補償するために、レーザ走査装置100は、動作中において、駆動信号127の振幅を制御する(S102)。これにより、動作中に共振周波数が変動した場合でも、走査振幅を一定にできる。
On the other hand, even during operation, the resonance frequency of the
具体的には、まず、クロック生成部107がオンされることで、計数クロック130が生成される(S121)。
Specifically, first, the
計数部108は、計数クロック130を用いて、検出パルス129のパルス幅を計数する(S122)。制御部109は、得られた計数値に基づき、計数値が目標値に近づくように駆動信号127の振幅を調整する(S123)。
The
また、このステップS122及びS123の処理が、動作中において所定の時間毎に繰り返し行われる。 Further, the processes in steps S122 and S123 are repeatedly performed at predetermined time intervals during the operation.
図7は、本実施の形態に係る各種信号のタイミングチャートである。なお、図7では、駆動信号127の周期T0(偏向走査の周期)及び、駆動信号127の振幅A0は一定である。また、環境変化により走査振幅がB1〜B3に変化している。
FIG. 7 is a timing chart of various signals according to the present embodiment. In FIG. 7, the period T0 (deflection scanning period) of the
信号生成部106は、フォトセンサ103からの検知信号124を二値化して二値化検知信号を生成する。ここで、図2に示すように、MEMS走査ミラーの一周期で往路と復路の2回、レーザ光122がフォトセンサ103を横切るため、検知信号124は2個発生する。
The
また、図7に示すように、MEMS走査ミラー102の走査振幅が小さい時には2個の検知信号124の間隔は短く、走査振幅が大きい時には2個の検知信号124の間隔は長くなる。つまり、この間隔により走査振幅の情報を得ることができる。
As shown in FIG. 7, when the scanning amplitude of the
また、信号生成部106は、二値化検知信号の1回目のパルスの立ち上がりエッジでセットされ、2回目のパルスの立ち上がりでリセットされる検出パルス129を生成する。言い換えると、検出パルス129は、検知信号124が生成されるごとに論理値が反転する信号である。
In addition, the
また、信号生成部106は、二値化駆動信号128がハイレベルである有効期間にのみ、二値化検知信号に応じて検出パルス129の論理値を反転させ、二値化駆動信号128がローレベルである無効期間では、ローレベルの検出パルス129を生成する。これにより、ノイズ等に起因して誤った検出パルス129が生成されることを抑制できる。なお、ここでは、有効期間は二値化駆動信号128がハイレベルの期間であるが、これは、二値化駆動信号128がハイレベルの期間において、レーザ光122がフォトセンサ103を通過するからである。つまり、有効期間は、MEMS走査ミラー102の走査の1周期の一部の期間であり、かつ、レーザ光122がフォトセンサ103を通過する期間であればよい。言い換えると、有効期間は、フォトセンサ103の位置に応じて設定される。
In addition, the
計数部108は、検出パルス129のパルス幅、つまり、検知信号124の生成間隔を計数クロック130で計数する。具体的には、計数部108は、検出パルス129がハイレベルになってからローレベルになるまでの間の計数クロック130のクロック数をカウントすることで計数値を得る。
The
また、図7に示すように、走査振幅がB1、B2、B3と大きくなるに伴い、検出パルス129のパルス幅は、W1、W2、W3と大きくなる。また、パルス幅の増加に伴い計数値131も増加する。
Further, as shown in FIG. 7, as the scanning amplitude increases to B1, B2, and B3, the pulse width of the
制御部109は、得られた計数値131が目標値と等しくなるように駆動信号127の振幅を制御する。
The
図8は、MEMS走査ミラー102の走査振幅と計数値131との関係を示す図である。図1に示すようにフォトセンサ103を走査領域123の端部に配置した場合、走査振幅が小さくレーザ光122がフォトセンサ103を横切らない時は計数値131が得られないが、レーザ光122がフォトセンサ103を横切るようになると、正常に計数値131が得られるようになる。
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the scanning amplitude of the
図9は、動作時における駆動信号127の振幅調整処理の一例を示す図である。図9に示すように、駆動信号127の振幅がA1であり、走査振幅がB1である場合、検出パルス129のパルス幅W1は、目標値より狭い。この場合、制御部109は、駆動信号127の振幅をA1からA2に増加させる。これにより、走査振幅がB1からB2が増加し、検知信号124の生成間隔が拡がる。これにより、検出パルス129のパルス幅W2が増加し、当該パルス幅が目標値に近づく。つまり、得られる計数値131が目標値に近づく。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an amplitude adjustment process of the
以上のように、レーザ走査装置100は、動作環境の変化等に応じて、駆動信号127の振幅を調整することで、走査振幅を一定に制御できる。
As described above, the
[効果]
本実施の形態では、上述したように、検出パルス129のパルス幅W2の計測に、検出パルス129に位相同期する計数クロック130が用いられる。これにより、走査振幅の制御の精度を向上できる。以下、この効果について説明する。
[effect]
In the present embodiment, as described above, the
図10は、比較のための図であり、計数クロック130の代わりに、周波数が一定である固定クロックが用いられる場合の動作を示す図である。
FIG. 10 is a diagram for comparison, and shows an operation when a fixed clock having a constant frequency is used instead of the
上述したように、MEMS走査ミラー102の共振周波数のバラツキ等を補正するために、駆動信号127の周波数が調整される。図10に示すように、駆動信号127の周波数が異なる場合、走査振幅B0が同じであっても、検出パルス129のパルス幅が変化する。
As described above, the frequency of the
例えば、図10に示すように、共振周波数が高い(周期がT1)場合は、2個の検知信号124の間隔に対応するパルス幅W1は狭くなるため、計数値131は小さくなる。一方、共振周波数が低い(周期がT2(>T1))場合は、パルス幅W2は広くなるため、計数値131は大きくなる。つまり、MEMS走査ミラー102の共振周波数のバラツキにより、走査振幅が同じであるにもかかわらず計数値131が変化してしまう。これにより、精度のよい振幅制御ができない。
For example, as shown in FIG. 10, when the resonance frequency is high (period is T1), the pulse width W1 corresponding to the interval between the two
図11は、本実施の形態に係る図であり、検出パルス129に位相同期する計数クロック130が用いられる場合の動作を示す図である。
FIG. 11 is a diagram according to the present embodiment, and is a diagram illustrating an operation when the
図11に示すように、本実施の形態では、計数クロック130は、検出パルス129に位相同期する。ここで、検出パルス129の周波数は、駆動信号127の周波数と等しい。つまり、検出パルス129の周波数はMEMS走査ミラー102の共振周波数と略等しい。よって、計数クロック130は、共振周波数に比例した周波数を有する。言い換えると、計数クロック130の周波数は、共振周波数が増加すると増加し、共振周波数が減少すると減少する。つまり、計数クロック130の周波数は、共振周波数に追従して変化する。
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the
これにより、図11に示すように、共振周波数が変化した場合でも、走査振幅が同じであれば、同じ計数値131が得られる。
Thereby, as shown in FIG. 11, even when the resonance frequency is changed, the
このように、本実施の形態に係るレーザ走査装置100は、環境変化などにより駆動信号127の周波数が変化しても、計数値131が変化しないので、安定した走査振幅の検出を実現できる。これにより、レーザ走査装置100は、精度の高い走査振幅の制御を実現できる。
As described above, the
[変形例]
上記説明では、検出パルス129から計数クロック130が生成される例を述べたが、計数クロック130は、MEMS走査ミラー102の走査の周期(周波数)に位相同期する、又は、駆動信号127の周期(周波数)に位相同期する信号であればよい。言い換えると、計数クロック130は、MEMS走査ミラー102の走査の周期(周波数)、又は、駆動信号127の周期(周波数)の変化に追従して、周期(周波数)が変化する信号であればよい。
[Modification]
In the above description, the example in which the
例えば、クロック生成部107は、検出パルス129の代わりに二値化駆動信号128を用い、二値化駆動信号128をn分周することで計数クロック130を生成してもよい。この場合でも上記と同様の効果を実現できる。
For example, the
また、上記説明では、初期調整時に駆動信号127の周波数のみが調整され、動作中に駆動信号127の振幅のみが調整されているが、初期調整時に周波数及び振幅が調整されてもよい。同様に、動作中に周波数及び振幅が調整されてもよい。
In the above description, only the frequency of the
(実施の形態2)
本実施の形態では、レーザ光122がフォトセンサ103を通過するタイミングの検知精度を向上する手法について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for improving detection accuracy of timing at which the
図12は、本実施の形態に係るフォトセンサ103の構成を示す図である。図12に示すように、本実施の形態ではフォトセンサ103は、2つのフォトセンサ103A及び103Bを含む。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the photosensor 103 according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, in this embodiment, the
図13は、2つのフォトセンサ103A及び103Bにより得られる信号を示す図である。2つのフォトセンサ103A及び103Bから得られる信号SA及びSBと、信号SAと信号SBとの差分値SB−SAと、信号SAと信号SBとの加算値SA+SBと、差分値SB−SAをゼロクロス二値化した信号S3と、加算値SA+SBを二値化した信号S4と、信号S3と信号S4との論理積S5とは、図13に示すように得られる。
FIG. 13 is a diagram illustrating signals obtained by the two
図14は、本実施の形態に係る信号生成部106による検出パルス129の生成方法を説明するための図である。図14に示すように、信号生成部106は、信号SAと信号SBとの差分値SB−SAと、信号SAと信号SBとの加算値SA+SBとを算出する。次に、信号生成部106は、差分値SB−SAをゼロクロス二値化した信号S3と、SA+SBを二値化した信号S4とを算出する。次に、信号生成部106は、信号S3と信号S4との論理積S5と、信号S3の反転値と信号S4との論理積S6とを算出する。そして、信号生成部106は、論理積S5の立ち上がりでセットされ、論理積S6の立ち上がりでリセットされる検出パルス129を生成する。
FIG. 14 is a diagram for explaining a generation method of the
これにより、図14に示すように、検出パルス129の立ち上がり及び立下りのタイミングは、加算値SA+SBの2つの信号SA及び信号SBの中心と一致する。つまり、検出パルス129の立ち上がり及び立下りのタイミングは、レーザ光122がフォトセンサ103の中心を通過したタイミングと一致する。これにより、本実施の形態に係るレーザ走査装置100は、レーザ光122がフォトセンサ103を通過したタイミングの検知精度を向上できるので、走査振幅の調整精度を向上できる。
Thereby, as shown in FIG. 14, the rising and falling timings of the
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態1の変形例について説明する。上記実施の形態1では、駆動部105が、初期設定において設定された周波数の駆動信号127を動作時にMEMS走査ミラー102へ供給する例を述べた。本実施の形態では、レーザ走査装置は、自励発振を用いて動作時おいて駆動信号127の周波数を調整する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a modification of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the example has been described in which the
図15は、本実施の形態に係るレーザ走査装置100Aのブロック図である。図15に示すレーザ走査装置100Aは、実施の形態1に係るレーザ走査装置100の構成に加え、さらに、スイッチ110を備える。また、クロック生成部107Aの構成が異なる。
FIG. 15 is a block diagram of
図16は、本実施の形態に係るクロック生成部107Aの構成を示す図である。クロック生成部107Aは、同期信号132をスイッチ110へ出力する点が、クロック生成部107と異なる。
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the
ここで、同期信号132は、検出パルス129に位相同期した信号であり、検出パルス129と同じ周波数を有する。
Here, the
スイッチ110は、初期設定時において、発振器104により生成された基準信号125を駆動部105へ供給する。なお、初期設定時の動作は、実施の形態1と同様である。
The
また、スイッチ110は、初期設定後の動作時において、同期信号132を駆動部105へ供給する。これにより、駆動部105は、同期信号132と同じ周波数の駆動信号127を生成する。
In addition, the
以上の構成により、上述した駆動信号127の振幅の調整に加え、自励発振動作により、動作中の共振周波数の変動に伴う走査振幅の変動が抑制されるように、駆動信号127の周波数が調整される。これにより、レーザ走査装置100Aは、より高精度に、走査振幅を調整できる。
With the above configuration, in addition to the adjustment of the amplitude of the
以上、本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。 The laser scanning device according to the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this embodiment.
例えば、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。 For example, the division of functional blocks in the block diagram is an example, and a plurality of functional blocks can be realized as one functional block, a single functional block can be divided into a plurality of functions, or some functions can be transferred to other functional blocks. May be. In addition, functions of a plurality of functional blocks having similar functions may be processed in parallel or time-division by a single hardware or software.
また、ハイ/ローにより表される論理レベル又はオン/オフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。 In addition, the logic level represented by high / low or the switching state represented by on / off is exemplified to specifically describe the present invention, and different combinations of the illustrated logic level or switching state. Therefore, it is possible to obtain an equivalent result.
また、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されても良い。RAMまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。 Further, each of the above devices may be specifically configured as a computer system including a microprocessor, ROM, RAM, hard disk drive, display unit, keyboard, mouse, and the like. A computer program is stored in the RAM or hard disk drive. Each device achieves its functions by the microprocessor operating according to the computer program. Here, the computer program is configured by combining a plurality of instruction codes indicating instructions for the computer in order to achieve a predetermined function.
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、1個のシステムLSI(Large Scale Integration:大規模集積回路)から構成されているとしても良い。システムLSIは、複数の構成部を1個のチップ上に集積して製造された超多機能LSIであり、例えば、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどを含んで構成されるコンピュータシステムを含む。この場合、ROMには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムLSIは、その機能を達成する。 Furthermore, some or all of the constituent elements constituting each of the above-described devices may be configured by one system LSI (Large Scale Integration). The system LSI is a super multifunctional LSI manufactured by integrating a plurality of components on one chip, and includes, for example, a computer system including a microprocessor, ROM, RAM, and the like. In this case, a computer program is stored in the ROM. The system LSI achieves its functions by the microprocessor operating according to the computer program.
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なICカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ICカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどから構成されるコンピュータシステムである。ICカードまたはモジュールは、上記の超多機能LSIを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ICカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このICカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。 Furthermore, some or all of the constituent elements constituting each of the above-described devices may be configured from an IC card that can be attached to and detached from each device or a single module. The IC card or module is a computer system that includes a microprocessor, ROM, RAM, and the like. The IC card or the module may include the super multifunctional LSI described above. The IC card or the module achieves its function by the microprocessor operating according to the computer program. This IC card or this module may have tamper resistance.
また、本発明は、上記に示す方法であるとしても良い。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。 Further, the present invention may be the method described above. Further, the present invention may be a computer program that realizes these methods by a computer, or may be a digital signal composed of the above computer program.
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD(Blu−ray(登録商標) Disc)、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。 Furthermore, the present invention provides a non-transitory recording medium that can read the computer program or the digital signal, for example, a flexible disk, a hard disk, a CD-ROM, an MO, a DVD, a DVD-ROM, a DVD-RAM, a BD ( It may be recorded on a Blu-ray (registered trademark) Disc), a semiconductor memory, or the like. The digital signal may be recorded on these non-temporary recording media.
また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。 In the present invention, the computer program or the digital signal may be transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, a data broadcast, or the like.
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。 The present invention may be a computer system including a microprocessor and a memory, wherein the memory stores the computer program, and the microprocessor operates according to the computer program.
また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。 Further, by recording the program or the digital signal on the non-temporary recording medium and transferring it, or transferring the program or the digital signal via the network or the like, another independent computer It may be implemented by the system.
さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしても良い。 Furthermore, the above embodiment and the above modification examples may be combined.
本発明は、レーザ走査装置に適用でき、例えば、当該レーザ走査装置から対象物までの距離を測定するためのレーザレンジファインダ等に適用できる。 The present invention can be applied to a laser scanning device, for example, a laser range finder for measuring a distance from the laser scanning device to an object.
100、100A レーザ走査装置
101 レーザ光源
102 MEMS走査ミラー
103、103A、103B フォトセンサ
104 発振器
105 駆動部
106 信号生成部
107、107A クロック生成部
108 計数部
109 制御部
110 スイッチ
111 PLL回路
112 分周器
113 位相比較器
114 チャージポンプ
115 ループフィルタ
116 電圧制御発振器
121、122 レーザ光
123 走査領域
124 検知信号
125 基準信号
126 固定クロック
127 駆動信号
128 二値化駆動信号
129 検出パルス
130 計数クロック
131 計数値
132 同期信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A
Claims (5)
前記レーザ光源からのレーザ光を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーに駆動信号を印加することで、前記走査ミラーを駆動する駆動部と、
前記走査ミラーにより走査されたレーザ光が走査する領域に配置され、前記レーザ光を検出した際に検知信号を生成するフォトセンサと、
前記走査ミラーの前記走査の繰り返し周波数に位相同期し、かつ、前記繰り返し周波数より周波数が高いクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記クロック信号を用いて、前記検知信号の生成間隔を計数する計数部と、
前記計数部で計数された計数値が予め定められた目標値に近づくように前記駆動部を制御する制御部とを備える
レーザ走査装置。 A laser light source;
A scanning mirror that scans laser light from the laser light source;
A driving unit that drives the scanning mirror by applying a driving signal to the scanning mirror;
A photo sensor that is arranged in a region to be scanned by the laser beam scanned by the scanning mirror and generates a detection signal when the laser beam is detected;
A clock generation unit that generates a clock signal that is phase-synchronized with the repetition frequency of the scanning of the scanning mirror and that is higher in frequency than the repetition frequency;
A counting unit that counts the generation interval of the detection signal using the clock signal;
A laser scanning device comprising: a control unit that controls the drive unit so that the count value counted by the counting unit approaches a predetermined target value.
前記検知信号が生成されるごとに論理値が反転する検出パルス信号を生成する信号生成部を備え、
前記クロック生成部は、前記検出パルス信号に位相同期し、かつ、前記検出パルス信号より高周波な前記クロック信号を生成し、
前記計数部は、前記クロック信号を用いて、前記検出パルス信号のパルス幅を計数することで前記生成間隔を計数する
請求項1記載のレーザ走査装置。 The laser scanning device further includes:
A signal generation unit that generates a detection pulse signal whose logic value is inverted each time the detection signal is generated;
The clock generation unit is phase-synchronized with the detection pulse signal and generates the clock signal having a frequency higher than that of the detection pulse signal,
The laser scanning device according to claim 1, wherein the counting unit counts the generation interval by counting a pulse width of the detection pulse signal using the clock signal.
請求項2記載のレーザ走査装置。 The said signal generation part produces | generates the said detection pulse signal that the said logic value inverts whenever the said detection signal is produced | generated only in the effective period which is a part of one period of the said scanning. Laser scanning device.
請求項2記載のレーザ走査装置。 The laser scanning device according to claim 2, wherein the clock signal has a frequency that is n (n is an integer of 2 or more) times the detection pulse signal.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ走査装置。 The laser scanning device according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit controls the amplitude of the drive signal so that the count value approaches the target value.
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