JP6513962B2 - Optical scanner - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光を対象領域内でリサージュ走査する光走査装置に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an optical scanning device that scans a laser beam in a target area.

従来から、パルス状のレーザ光(以下、単に「パルス光」という。)を対象領域内で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、パルス光を予め設定された出射タイミングで出射する光源部と、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駆動部とを備えたものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an optical scanning device that performs Lissajous scanning of pulsed laser light (hereinafter simply referred to as "pulsed light") within a target area. As this type of optical scanning device, for example, a light source unit that emits pulse light at a preset emission timing, a light scanning unit configured with a two-dimensional galvano mirror, and a driving unit that drives the light scanning unit What is provided is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

具体的には、光走査部は、光反射面を有する可動部が互いに直交する第1、第2軸回りに揺動可能に形成され、その可動部が第1軸、第2軸回りに揺動することによって光反射面に入射される光を対象領域内でリサージュ走査する。駆動部は、可動部を第1軸回りに揺動させる第1駆動信号及び可動部を第2軸回りに揺動させる第2駆動信号をそれぞれ光走査部に出力して可動部を第1軸、第2軸回りに揺動駆動する。この際、第1軸、第2軸回りにそれぞれ可動部の共振周波数で揺動駆動することが効率的である。   Specifically, in the light scanning portion, movable portions having light reflecting surfaces are formed so as to be pivotable about first and second axes orthogonal to each other, and the movable portions are pivoted about the first axis and the second axis. The light incident on the light reflecting surface by movement is Lissajous scanned in the target area. The drive unit outputs a first drive signal for swinging the movable unit around the first axis and a second drive signal for swinging the movable unit around the second axis to the light scanning unit to make the movable unit the first axis. , Swing driving around the second axis. At this time, it is efficient to rock and drive around the first axis and the second axis at the resonance frequency of the movable portion.

従来例の光走査装置では、可動部の温度変化等により共振周波数が変動し、例えば各駆動信号の周波数と可動部の共振周波数とにずれが生じた場合、一方の駆動信号の周波数をずれ量に応じて変更し、他方の駆動信号の周波数については、第1駆動信号及び第2駆動信号の周波数比を維持しつつ変更している。   In the optical scanning device of the conventional example, when the resonant frequency fluctuates due to a temperature change of the movable portion, for example, when the frequency of each drive signal and the resonant frequency of the movable portion deviate, the frequency of one drive signal is shifted The frequency of the other drive signal is changed while maintaining the frequency ratio of the first drive signal and the second drive signal.

特開2012−68349号公報JP 2012-68349 A

しかし、共振周波数の変動は、第1、第2軸回りで必ずしも上記の周波数比が維持されるとは限らないので、従来例の光走査装置によれば、一方は、共振周波数で揺動させて駆動できるが、他方は、共振周波数で揺動させて駆動できない場合が起こり得る。そのため、効率的な駆動の観点から改善の余地がある。   However, since the fluctuation of the resonance frequency does not necessarily maintain the above-mentioned frequency ratio around the first and second axes, according to the optical scanning device of the conventional example, one is oscillated at the resonance frequency. Can be driven, but the other case can not be driven by oscillating at the resonant frequency. Therefore, there is room for improvement from the viewpoint of efficient driving.

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、共振周波数が変動しても、効率的な駆動が行える光走査装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical scanning device capable of performing efficient driving even if the resonance frequency changes.

本発明の一側面よる光走査装置は、光反射面を有する可動部が第1、第2駆動周波数によって互いに直交する第1、第2軸回りに揺動され、光源によるパルス光をリサージュ走査する光走査装置であって、上記第1軸回りの第1共振周波数のシフト量及び上記第2軸回りの第2共振周波数のシフト量に応じて上記第1、第2駆動周波数を変更し、両共振周波数のシフト方向の組合せに応じたタイミングテーブルに基づいて上記パルス光の出射タイミングを変更する。 In the light scanning device according to one aspect of the present invention, the movable portion having the light reflecting surface is swung about first and second axes orthogonal to each other by the first and second driving frequencies, and the pulse light by the light source is subjected to Lissaur scanning An optical scanning device, wherein the first and second drive frequencies are changed according to the shift amount of the first resonance frequency around the first axis and the shift amount of the second resonance frequency around the second axis, The emission timing of the pulsed light is changed based on the timing table according to the combination of the shift directions of the resonance frequency .

本発明の一側面よる光走査装置は、上記第1軸回りの第1共振周波数のシフト量及び上記第2軸回りの第2共振周波数のシフト量に応じて上記第1、第2駆動周波数を変更し、両共振周波数のシフト方向の組合せに応じたタイミングテーブルに基づいて上記パルス光の出射タイミングを変更する。これにより、この光走査装置は、共振周波数が変動しても、効率的な駆動が行える。 The optical scanning device according to one aspect of the present invention is characterized in that the first and second drive frequencies are set according to the shift amount of the first resonance frequency around the first axis and the shift amount of the second resonance frequency around the second axis. It changes and the emission timing of the said pulsed light is changed based on the timing table according to the combination of the shift direction of both resonance frequency . Thus, the optical scanning device can be driven efficiently even if the resonance frequency changes.

光走査装置を含む光測距装置の一実施形態の概略構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of an embodiment of a light ranging device including a light scanning device. 二次元ガルバノミラーの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a two-dimensional galvanometer mirror. 光走査部の可動部の揺動角度を検出するためのピエゾ抵抗素子で構成されたブリッジ回路一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the bridge circuit comprised with the piezo-resistance element for detecting the rocking angle of the movable part of a light scanning part. 二次元ガルバノミラーの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of a two-dimensional galvanometer mirror. 二次元ガルバノミラーの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of a two-dimensional galvanometer mirror. メモリ領域に記憶されているタイミングテーブルを説明する図である。It is a figure explaining the timing table memorize | stored in the memory area. 位相差情報に基づいて定まるタイミングテーブルの領域を説明する図である。It is a figure explaining the field of the timing table defined based on phase difference information. 第1ずれ量及び第2ずれ量と、タイミングテーブルの領域との対応関係を説明する図である。It is a figure explaining the correspondence of the 1st gap quantity and the 2nd gap quantity, and the field of a timing table. 第1駆動周波数及び第2駆動周波数の変更処理の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of change processing of the 1st drive frequency and the 2nd drive frequency. 共振周波数の測定におけるサブルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the subroutine in the measurement of resonant frequency.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、光走査装置を含む光測距装置の一実施形態の概略構成例を示すブロック図である。以下の説明では、図1に示す光走査装置1を、例えば、パルス光を対象領域内でリサージュ走査して、その対象領域内に存在する物体(人を含む)までの距離を計測する光測距装置100の光走査手段として利用する場合について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of an embodiment of a light ranging device including a light scanning device. In the following description, for example, the light scanning apparatus 1 shown in FIG. 1 is a light measurement that measures the distance to an object (including a person) present in the target area by performing Lissajous scanning of pulsed light in the target area. The case where the distance measuring apparatus 100 is used as a light scanning unit will be described.

図1に示すように、本実施形態による光測距装置100は、光走査装置1と、受光部6と、測距部7と、画像生成部8と、表示部9と、を備える。光走査装置1は、電磁駆動型の光走査部2と、光走査部2を駆動する駆動部3と、タイミングテーブルを記憶するメモリ4と、パルス光を出射する光源部5と、を含む。なお、駆動部3は、制御部の一例である。受光部6は、光源部5から出射されたパルス光が対象領域内の物体で反射し、その反射したパルス光を受光する。測距部7は、その反射したパルス光を解析することにより、例えば、受光部6から物体までの距離を計測する。画像生成部8は、測距部7による計測結果に基づいて距離画像を生成する。表示部9は、画像生成部8によって生成された距離画像を出力(表示)する。   As shown in FIG. 1, the optical distance measuring apparatus 100 according to the present embodiment includes an optical scanning device 1, a light receiving unit 6, a distance measuring unit 7, an image generation unit 8, and a display unit 9. The light scanning device 1 includes an electromagnetically driven light scanning unit 2, a driving unit 3 for driving the light scanning unit 2, a memory 4 for storing a timing table, and a light source unit 5 for emitting pulsed light. The drive unit 3 is an example of a control unit. The light receiving unit 6 reflects the pulse light emitted from the light source unit 5 on the object in the target area, and receives the reflected pulse light. The distance measuring unit 7 measures, for example, the distance from the light receiving unit 6 to the object by analyzing the reflected pulse light. The image generation unit 8 generates a distance image based on the measurement result of the distance measurement unit 7. The display unit 9 outputs (displays) the distance image generated by the image generation unit 8.

光走査部2は、光反射面を有する可動部を含み、この可動部は、後述する第1駆動信号の周波数、第2駆動信号の周波数によって互いに直交する第1、第2軸回りに揺動される。つまり、光走査部2は、可動部を第1、第2軸回りに揺動させることによって光反射面に入射されるパルス光を反射させて対象領域内でリサージュ走査等の二次元走査をすることが可能である。本実施形態では、例えば、本出願人により提案された特許第2722314号公報に記載の二次元ガルバノミラーを光走査部2に適用することができる。   The light scanning unit 2 includes a movable portion having a light reflection surface, and the movable portion swings around first and second axes orthogonal to each other according to the frequency of a first drive signal and the frequency of a second drive signal described later. Be done. That is, the light scanning unit 2 reflects pulse light incident on the light reflecting surface by swinging the movable portion about the first and second axes, and performs two-dimensional scanning such as Lissajous scanning in the target area It is possible. In the present embodiment, for example, the two-dimensional galvano mirror described in Japanese Patent No. 2722314 proposed by the present applicant can be applied to the light scanning unit 2.

図2は、二次元ガルバノミラーの構成例を示す図である。図2に示す二次元ガルバノミラー20は、光走査部2の一例を示している。この二次元ガルバノミラー20は、枠状の固定部21、外側可動部23a及び内側可動部23bを含む。外側可動部23aは、固定部21の内側に配置されており、一対の第2トーションバー22c,22dによって揺動可能に支持されている。内側可動部23bは、外側可動部23aの内側に配置されており、第2トーションバー22c,22dの軸方向と直交する一対の第1トーションバー22a,22bによって揺動可能に支持されている。本実施形態では、第1トーションバー22a,22bの中心軸をx軸(第1軸)とし、第2トーションバー22c,22dの中心軸をy軸(第2軸)とする。   FIG. 2 is a view showing a configuration example of a two-dimensional galvano mirror. The two-dimensional galvano mirror 20 illustrated in FIG. 2 illustrates an example of the light scanning unit 2. The two-dimensional galvano mirror 20 includes a frame-shaped fixed portion 21, an outer movable portion 23a, and an inner movable portion 23b. The outer movable portion 23a is disposed inside the fixed portion 21 and is swingably supported by the pair of second torsion bars 22c and 22d. The inner movable portion 23b is disposed inside the outer movable portion 23a, and is swingably supported by a pair of first torsion bars 22a and 22b orthogonal to the axial direction of the second torsion bars 22c and 22d. In the present embodiment, the central axes of the first torsion bars 22a and 22b are x-axis (first axis), and the central axes of the second torsion bars 22c and 22d are y-axis (second axis).

内側可動部23bの中央部には、光反射面24が形成されている。また、外側可動部23aの周縁部には、第1駆動コイル25aが形成され、内側可動部23bの周縁部には、第2駆動コイル25bが形成されている。第1駆動コイル25aの端部は、固定部21に形成された第1電極端子26aに接続され、第2駆動コイル25bの端部は、固定部21に形成された第2電極端子26bに接続されている。
また、一対の第1永久磁石27a,27b及び一対の第2永久磁石27c,27dが、固定部21を挟んでそれぞれ対向配置されている。
A light reflecting surface 24 is formed at the center of the inner movable portion 23b. In addition, a first drive coil 25a is formed at the peripheral edge of the outer movable portion 23a, and a second drive coil 25b is formed at the peripheral edge of the inner movable portion 23b. The end of the first drive coil 25a is connected to the first electrode terminal 26a formed in the fixed portion 21, and the end of the second drive coil 25b is connected to the second electrode terminal 26b formed in the fixed portion 21. It is done.
Further, the pair of first permanent magnets 27 a and 27 b and the pair of second permanent magnets 27 c and 27 d are disposed to face each other with the fixing portion 21 interposed therebetween.

二次元ガルバノミラー20は、各駆動コイル25a,25bに流れる電流(例えば、交流電流)と、第1永久磁石27a,27b及び第2永久磁石27c,27dによる磁界とによって各可動部23a,23bにローレンツ力が作用する。その結果、二次元ガルバノミラー20がローレンツ力に応じて揺動することで、光反射面24に入射するパルス光がその光反射面24で反射される。したがって、光走査装置1は、二次元ガルバノミラー20で反射されたパルス光を用いて対象領域内でリサージュ走査することができる。なお、固定部21、第1トーションバー22a,22b、第2トーションバー22c,22d、外側可動部23a及び内側可動部23bは、例えば、半導体基板から一体的に形成される。   In the two-dimensional galvano mirror 20, each movable portion 23a, 23b is driven by the current (for example, alternating current) flowing through each drive coil 25a, 25b and the magnetic field of the first permanent magnets 27a, 27b and the second permanent magnets 27c, 27d. Lorentz force acts. As a result, as the two-dimensional galvano mirror 20 swings in accordance with the Lorentz force, the pulse light incident on the light reflecting surface 24 is reflected by the light reflecting surface 24. Therefore, the optical scanning device 1 can scan the Lissajous within the target area using the pulse light reflected by the two-dimensional galvano mirror 20. The fixed portion 21, the first torsion bars 22a and 22b, the second torsion bars 22c and 22d, the outer movable portion 23a, and the inner movable portion 23b are integrally formed of, for example, a semiconductor substrate.

図3は、光走査部の可動部の揺動角度を検出するためのピエゾ抵抗素子で構成されたブリッジ回路の一例を示す図である。図2に示す第1トーションバー22a,22bには、内側可動部23bのx軸回りの揺動動作、すなわち、第1トーションバー22a,22bのねじれによって生じる歪み(応力)を検出するための第1〜第4ピエゾ抵抗素子R1〜R4が設けられている。   FIG. 3 is a view showing an example of a bridge circuit formed of piezoresistive elements for detecting the swing angle of the movable portion of the light scanning unit. In the first torsion bars 22a and 22b shown in FIG. 2, a rocking operation about the x axis of the inner movable portion 23b, that is, a strain (stress) generated by a twist of the first torsion bars 22a and 22b is detected. The first to fourth piezoresistive elements R1 to R4 are provided.

また、図2に示す第2トーションバー22c,22dには、外側可動部23aのy軸回りの揺動動作、すなわち、第2トーションバー22c,22dのねじれによって生じる歪み(応力)を検出するための第5〜第8ピエゾ抵抗素子R5〜R8が設けられている。   In addition, in the second torsion bars 22c and 22d shown in FIG. 2, in order to detect the swing (rotational movement) of the outer movable portion 23a about the y axis, that is, the distortion (stress) caused by the twisting of the second torsion bars 22c and 22d. The fifth to eighth piezoresistive elements R5 to R8 are provided.

なお、第1〜第4ピエゾ抵抗素子R1〜R4及び第5〜第8ピエゾ抵抗素子R5〜R8は、それぞれ図示省略した配線によって接続されて、図3に示すようなブリッジ回路P(入力電圧Vi,出力電圧Vo)を構成している。   The first to fourth piezoresistive elements R1 to R4 and the fifth to eighth piezoresistive elements R5 to R8 are connected by wires not shown, respectively, to form a bridge circuit P (input voltage Vi as shown in FIG. 3). , Output voltage Vo).

ここで、第1〜第4ピエゾ抵抗素子R1〜R4は、例えばP型拡散抵抗によって形成されており、引張応力を受けると抵抗値が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値が減少するものである。このため、第1〜第4ピエゾ抵抗素子R1〜R4で構成されたブリッジ回路(以下、単に「第1ブリッジ回路」という。)の出力電圧Voをモニタすることで、駆動部3は、内側可動部23bのx軸回りの揺動角度(振れ角)に応じた電圧を連続的に検出することができる。   Here, the first to fourth piezoresistive elements R1 to R4 are formed of, for example, P-type diffusion resistors, and the resistance value increases when subjected to tensile stress, and the resistance value decreases when subjected to compressive stress. is there. Therefore, by monitoring the output voltage Vo of the bridge circuit (hereinafter, simply referred to as "first bridge circuit") formed of the first to fourth piezoresistive elements R1 to R4, the drive unit 3 is movable inward. It is possible to continuously detect a voltage according to the swing angle (deflection angle) of the portion 23b about the x axis.

また、同様に、第5〜第8ピエゾ抵抗素子R5〜R8で構成されたブリッジ回路(以下、単に「第2ブリッジ回路」という。)の出力電圧Voをモニタすることで、駆動部3は、外側可動部23a及び内側可動部23bのy軸回りの揺動角度(振れ角)に応じた電圧を連続的に検出することができる。   Similarly, the drive unit 3 monitors the output voltage Vo of a bridge circuit (hereinafter, simply referred to as a "second bridge circuit") configured of the fifth to eighth piezoresistive elements R5 to R8. It is possible to continuously detect the voltage according to the swing angle (deflection angle) around the y-axis of the outer movable portion 23a and the inner movable portion 23b.

なお、図2に示す二次元ガルバノミラー20は、第1駆動コイル25a及び第2駆動コイル25bに駆動電流(振動電流)が供給される。すると、ローレンツ力に応じて、内側可動部23bが、第1トーションバー22a,22bによりx軸回りに揺動し、外側可動部23a及び内側可動部23bが、第2トーションバー22c,22dによりy軸回りに揺動する。つまり、内側可動部23bは、x軸回り及びy軸回りに揺動可能となる。   In the two-dimensional galvano mirror 20 shown in FIG. 2, a drive current (oscillation current) is supplied to the first drive coil 25 a and the second drive coil 25 b. Then, according to the Lorentz force, the inner movable portion 23b swings around the x axis by the first torsion bars 22a and 22b, and the outer movable portion 23a and the inner movable portion 23b are y by the second torsion bars 22c and 22d. Swing around the axis. That is, the inner movable portion 23b can swing around the x axis and the y axis.

したがって、内側可動部23bがx軸回り及びy軸回りに揺動すると、光反射面24を反射したパルス光により、対象領域内でリサージュ走査が実行される。ここで、二次元ガルバノミラー20は、x軸回り及びy軸回りの二つの固有振動モード(共振周波数)を有している。この共振周波数は、例えば、二次元ガルバノミラー20を振るために必要な電流値が各揺動方向で最も小さくなる周波数である。これにより、光走査装置1は、例えば消費電力等を抑制することができる。なお、共振周波数は、光走査部の周辺温度が変化したり、光走査部自体の温度が変化したりすると、変動(シフト)する傾向を示す。また、共振周波数は、光走査部の経時変化でも変動する傾向を示す。   Therefore, when the inner movable portion 23 b swings around the x axis and the y axis, the Lissajous scan is performed in the target area by the pulse light reflected by the light reflecting surface 24. Here, the two-dimensional galvano mirror 20 has two natural vibration modes (resonance frequency) around the x axis and around the y axis. The resonance frequency is, for example, a frequency at which the current value required to swing the two-dimensional galvano mirror 20 is the smallest in each swing direction. Thus, the optical scanning device 1 can suppress, for example, power consumption and the like. The resonance frequency tends to shift (shift) when the temperature around the light scanning unit changes or the temperature of the light scanning unit itself changes. Also, the resonance frequency tends to fluctuate even with the change over time of the light scanning unit.

第1駆動コイル25a及び第2駆動コイル25bには、駆動部3からそれぞれ対応する共振周波数の駆動電流又はその近傍の周波数の駆動電流が駆動信号として供給される。
なお、以下の説明において、二次元ガルバノミラー20のx軸回りの共振周波数を「第1共振周波数」といい、y軸回りの共振周波数、すなわち、外側可動部23a及び内側可動部23bを含む可動部全体のy軸回りの共振周波数を「第2共振周波数」という。
The drive current of the corresponding resonance frequency or the drive current of the frequency near that is supplied as a drive signal from the drive unit 3 to the first drive coil 25a and the second drive coil 25b.
In the following description, the resonant frequency around the x axis of the two-dimensional galvano mirror 20 is referred to as the “first resonant frequency”, and the resonant frequency around the y axis, that is, the movable frequency including the outer movable portion 23a and the inner movable portion 23b. The resonant frequency around the y-axis of the entire unit is referred to as "second resonant frequency".

また、例えば、二次元ガルバノミラー20の外側可動部23a及び内側可動部23bがy軸回りの一方に傾斜することにより、図3に示す第5ピエゾ抵抗素子R5及び第8ピエゾ抵抗素子R8が引張応力を受けた場合には、第6ピエゾ抵抗素子R6及び第7ピエゾ抵抗素子R7が圧縮応力を受ける。また、外側可動部23a及び内側可動部23bがy軸回りの他方に傾斜することにより、第5ピエゾ抵抗素子R5及び第8ピエゾ抵抗素子R8が圧縮応力を受けた場合には、第6ピエゾ抵抗素子R6及び第7ピエゾ抵抗素子R7は、引張応力を受ける。   Also, for example, when the outer movable portion 23a and the inner movable portion 23b of the two-dimensional galvano mirror 20 incline to one around the y axis, the fifth piezoresistive element R5 and the eighth piezoresistive element R8 shown in FIG. When stress is applied, the sixth piezoresistor R6 and the seventh piezoresistor R7 receive compressive stress. Further, when the fifth piezoresistor R5 and the eighth piezoresistor R8 receive a compressive stress due to the outer movable portion 23a and the inner movable portion 23b being inclined to the other of the y-axis, the sixth piezoresistor The element R6 and the seventh piezoresistive element R7 receive tensile stress.

図1に戻って、駆動部3は、内側可動部23bをx軸回りに揺動させる第1駆動信号(駆動電流)を光走査部2に出力して、内側可動部23bをx軸回りに揺動駆動させる。また、駆動部3は、図2に示す外側可動部23a及び内側可動部23bをy軸回りに揺動させる第2駆動信号(駆動電流)を光走査部2に出力して、各可動部23a,23bをy軸回りに揺動駆動させる。   Returning to FIG. 1, the drive unit 3 outputs a first drive signal (drive current) for swinging the inner movable portion 23 b around the x axis to the light scanning unit 2 to rotate the inner movable portion 23 b around the x axis. Swing drive. In addition, the drive unit 3 outputs a second drive signal (drive current) for swinging the outer movable unit 23a and the inner movable unit 23b shown in FIG. 2 around the y axis to the light scanning unit 2, thereby moving each movable unit 23a. , 23b are driven to swing around the y axis.

より詳細には、駆動部3は、例えば、二次元ガルバノミラー20の直交する二軸(x軸、y軸)回りの共振周波数近傍の周波数を有する二つの駆動信号を所定の位相差を与えつつ二次元ガルバノミラー20に供給する。すなわち、駆動部3は、二次元ガルバノミラー20をx軸回り及びy軸回りに揺動駆動させることができる。   More specifically, the drive unit 3 gives, for example, two drive signals having a frequency near a resonant frequency around two orthogonal axes (x-axis and y-axis) of the two-dimensional galvano mirror 20 while giving a predetermined phase difference. The two-dimensional galvanometer mirror 20 is supplied. That is, the drive unit 3 can rock and drive the two-dimensional galvano mirror 20 about the x axis and the y axis.

ここで、第1駆動信号の周波数(以下、単に「第1駆動周波数」ということがある。)は、光走査部2の第1共振周波数に相当する値(例えば、光測距装置100の製造時に設定された第1初期設定値)として予め設定されている。また、同様にして、第2駆動信号の周波数(以下、単に「第2駆動周波数」ということがある。)は、光走査部2の第2共振周波数に相当する値(例えば、光測距装置100の製造時に設定された第2初期設定値)として予め設定されている。但し、例えば、製造時のばらつき、経時変化又は使用環境(特に、温度)の変化等によって光走査部2の実際の第1共振周波数及び第2共振周波数が上記第1、第2初期設定値とは、実際には異なる(周波数特性がシフトする)場合がある。   Here, the frequency of the first drive signal (hereinafter sometimes simply referred to as “first drive frequency”) is a value corresponding to the first resonance frequency of the light scanning unit 2 (for example, manufacturing of the light ranging device 100 It is preset as a first initial set value set at the time. Similarly, the frequency of the second drive signal (hereinafter sometimes simply referred to as “second drive frequency”) is a value corresponding to the second resonance frequency of the light scanning unit 2 (for example, the light ranging device It is preset as the 2nd initial setting value set at the time of manufacture of 100). However, for example, the actual first resonance frequency and the second resonance frequency of the light scanning unit 2 may be changed to the first and second initial setting values, for example, due to manufacturing variations, temporal changes, or changes in the use environment (in particular, temperature). May actually be different (frequency characteristics shift).

そこで、本実施形態における光走査装置1の駆動部3は、第1駆動周波数をx軸(第1軸)回りの第1共振周波数に一致させ、第2駆動周波数をy軸(第2軸)回りの第2共振周波数に一致させ、一致させた第1及び第2駆動周波数に基づいて光源51によるパルス光の出射タイミングを設定する。つまり、駆動部3は、第1共振周波数が変動すれば、変動後の第1共振周波数に合うように第1駆動周波数を変更して一致させる。換言すると、駆動部3は、変動後の第1共振周波数に第1駆動周波数を追随させる。なお、変動するとは、例えば、第1初期設定値や第2初期設定値が所定の値だけシフトした状態を表す。   Therefore, the drive unit 3 of the optical scanning device 1 in the present embodiment matches the first drive frequency with the first resonance frequency around the x axis (first axis), and the second drive frequency as the y axis (second axis) The emission timing of the pulsed light by the light source 51 is set based on the first and second drive frequencies that are made to coincide with the surrounding second resonance frequency and are made to coincide. That is, if the first resonance frequency fluctuates, the drive unit 3 changes the first drive frequency to match the first resonance frequency after the fluctuation. In other words, the drive unit 3 causes the first drive frequency to follow the changed first resonance frequency. Here, the fluctuation indicates, for example, a state in which the first initial setting value or the second initial setting value is shifted by a predetermined value.

また、駆動部3は、第2共振周波数が変動すれば、変動後の第2共振周波数に合うように第2駆動周波数を変更して一致させる。換言すると、駆動部3は、変動後の第2共振周波数に第2駆動周波数を追随させる。   In addition, when the second resonance frequency fluctuates, the drive unit 3 changes the second drive frequency to match the second resonance frequency after the fluctuation. In other words, the drive unit 3 makes the second drive frequency follow the second resonance frequency after the change.

したがって、駆動部3は、第1共振周波数と第2共振周波数との少なくとも一方が変動した場合、変動後の第1共振周波数又は変動後の第2共振周波数に合うように、第1駆動周波数又は第2駆動周波数を変更する。   Therefore, when at least one of the first resonance frequency and the second resonance frequency fluctuates, the driving unit 3 sets the first driving frequency or the first resonance frequency or the second resonance frequency after fluctuation so as to match the first resonance frequency or the second resonance frequency. Change the second drive frequency.

ここで、本実施形態では、一例として、第1駆動周波数の方が第2駆動周波数よりも周波数の値が高くなっており、二次元ガルバノミラー20の内側可動部23bは、x軸回りに高速で揺動駆動され、y軸回りに低速で揺動駆動される。   Here, in the present embodiment, as an example, the first drive frequency has a frequency value higher than the second drive frequency, and the inner movable portion 23b of the two-dimensional galvano mirror 20 has high speed around the x axis. It is rocked and driven at a low speed around the y-axis.

また、駆動部3は、第1駆動回路31、第2駆動回路32、第1ずれ量検出部33、第2ずれ量検出部34及び周波数変更部35を含む。第1駆動回路31は、第1駆動信号を生成し、その信号を光走査部2に出力する。第2駆動回路32は、第2駆動信号を生成し、その信号を光走査部2に出力する。第1ずれ量検出部33は、出力された第1駆動信号の周波数と光走査部2の第1共振周波数とのずれ量である第1ずれ量を検出する。第2ずれ量検出部34は、出力された第2駆動信号の周波数と光走査部2の第2共振周波数とのずれ量である第2ずれ量を検出する。周波数変更部35は、第1ずれ量検出部33の検出結果に基づいて、第1駆動周波数を変更し、第2ずれ量検出部34の検出結果に基づいて、第2駆動周波数を変更する。   The drive unit 3 also includes a first drive circuit 31, a second drive circuit 32, a first shift amount detection unit 33, a second shift amount detection unit 34, and a frequency change unit 35. The first drive circuit 31 generates a first drive signal and outputs the signal to the light scanning unit 2. The second drive circuit 32 generates a second drive signal and outputs the signal to the light scanning unit 2. The first shift amount detection unit 33 detects a first shift amount that is a shift amount between the frequency of the output first drive signal and the first resonance frequency of the light scanning unit 2. The second shift amount detection unit 34 detects a second shift amount that is a shift amount between the frequency of the output second drive signal and the second resonance frequency of the light scanning unit 2. The frequency changing unit 35 changes the first drive frequency based on the detection result of the first shift amount detection unit 33 and changes the second drive frequency based on the detection result of the second shift amount detection unit 34.

以下、第1駆動回路31、第2駆動回路32、第1ずれ量検出部33、第2ずれ量検出部34及び周波数変更部35の詳細について説明を続ける。
第1駆動回路31及び第2駆動回路32は、それぞれ周波数変更部35で、新たに変更された周波数に基づいて第1駆動信号、第2駆動信号を生成して光走査部2に出力する。第1駆動回路31及び第2駆動回路32は、例えば、DDS(Direct Digital Synthesizer)方式又はPLL(Phase Locked Loop)方式の周波数シンセサイザを備えており、基準クロック信号から自由に周波数を発生させることができる。つまり、第1駆動回路31及び第2駆動回路32は、それぞれ高分解能で駆動信号の周波数を設定し、必要に応じて、その周波数を変更することができる。
Hereinafter, the details of the first drive circuit 31, the second drive circuit 32, the first deviation amount detection unit 33, the second deviation amount detection unit 34, and the frequency change unit 35 will be continued.
The first drive circuit 31 and the second drive circuit 32 respectively generate the first drive signal and the second drive signal based on the newly changed frequency in the frequency changing unit 35 and output the same to the light scanning unit 2. The first drive circuit 31 and the second drive circuit 32 include, for example, frequency synthesizers of DDS (Direct Digital Synthesizer) type or PLL (Phase Locked Loop) type, and can freely generate a frequency from a reference clock signal. it can. That is, each of the first drive circuit 31 and the second drive circuit 32 can set the frequency of the drive signal with high resolution, and can change the frequency as needed.

第1ずれ量検出部33は、第1駆動回路31から出力された第1駆動信号と第1ブリッジ回路の出力信号との位相差に基づいて第1ずれ量を検出する。第2ずれ量検出部34は、第2駆動回路32から出力された第2駆動信号と第2ブリッジ回路の出力信号との位相差に基づいて第2ずれ量を検出する。ここで、第1ずれ量検出部33による第1ずれ量と、第2ずれ量検出部34による第2ずれ量との検出方法について、図4及び図5を用いて簡単に説明する。   The first shift amount detection unit 33 detects a first shift amount based on the phase difference between the first drive signal output from the first drive circuit 31 and the output signal of the first bridge circuit. The second shift amount detection unit 34 detects a second shift amount based on the phase difference between the second drive signal output from the second drive circuit 32 and the output signal of the second bridge circuit. Here, a method of detecting the first shift amount by the first shift amount detection unit 33 and the second shift amount by the second shift amount detection unit 34 will be briefly described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4及び図5は、二次元ガルバノミラーの周波数特性の一例を示す図である。図4は、駆動周波数(横軸)に対する二次元ガルバノミラー20の揺動角度(縦軸)を示し、図5は、駆動周波数−位相差特性であって、駆動周波数(横軸)に対する駆動信号と二次元ガルバノミラー20の揺動角度を示す信号(ゲイン[dB])(以下、単に「揺動角度信号」という。)との位相差(縦軸)を示している。つまり、第1ブリッジ回路の出力信号は、内側可動部23bのx軸回りの揺動角度信号に相当し、第2ブリッジ回路の出力信号は、内側可動部23bのy軸回りの揺動角度信号に相当する。   FIG.4 and FIG.5 is a figure which shows an example of the frequency characteristic of a two-dimensional galvano mirror. FIG. 4 shows the swing angle (vertical axis) of the two-dimensional galvano mirror 20 with respect to the drive frequency (horizontal axis), and FIG. 5 shows the drive frequency-phase difference characteristic, and the drive signal with respect to the drive frequency (horizontal axis) And the phase difference (vertical axis) between the signal (gain [dB]) (hereinafter simply referred to as "rocking angle signal") indicating the rocking angle of the two-dimensional galvano mirror 20. That is, the output signal of the first bridge circuit corresponds to the swing angle signal of the inner movable portion 23b about the x axis, and the output signal of the second bridge circuit is the swing angle signal of the inner movable portion 23b about the y axis It corresponds to

図4、図5において、説明を分かりやすくするため、横軸は、共振周波数を基準として、+方向及び−方向に所定ヘルツ(例えば2[Hz])ずつシフトした目盛り(共振周波数のシフト量)を表している。
図4において、駆動周波数のうちで共振周波数は、グラフのピーク値である。図4では、駆動周波数を第1駆動周波数とし、共振周波数を第1共振周波数とした場合を表しており、第1共振周波数は、第1初期設定値の一例として1400[Hz]とする。なお、第2共振周波数についても、二次元ガルバノミラーの周波数特性から、第2初期設定値の一例として420[Hz]とする(図示省略)。ここで、第1共振周波数は、1400[Hz]に限定されず、例えば1300Hzであってもよい。また、第2共振周波数についても、420[Hz]に限定されない。
In FIG. 4 and FIG. 5, in order to make the explanation easy to understand, the horizontal axis is a scale (shift amount of the resonance frequency) shifted by predetermined hertz (for example, 2 [Hz]) in + and-directions with reference to the resonance frequency. Represents
In FIG. 4, among the drive frequencies, the resonance frequency is a peak value of the graph. FIG. 4 shows a case where the drive frequency is a first drive frequency and the resonance frequency is a first resonance frequency, and the first resonance frequency is 1400 [Hz] as an example of a first initial setting value. The second resonance frequency is also set to 420 [Hz] as an example of the second initial setting value (not shown) from the frequency characteristics of the two-dimensional galvano mirror. Here, the first resonant frequency is not limited to 1400 Hz, and may be 1300 Hz, for example. Also, the second resonance frequency is not limited to 420 Hz.

図5において、二次元ガルバノミラー20が、共振周波数(この例では、第1共振周波数:1400[Hz]とする)と同一の周波数を有する駆動信号で駆動されると、駆動信号(この例では、第1駆動信号)の位相に対して光反射面24の揺動角度(信号)の位相は90度遅れる。その結果、駆動信号と揺動角度信号との間には90度の位相差が発生する。すなわち、駆動信号と光反射面24の揺動角度信号との位相差が90度以外の場合には、駆動周波数と二次元ガルバノミラー20の共振周波数とが一致していない。換言すると、図4及び図5において、例えば、温度変化によって二次元ガルバノミラー20の周波数特性(共振周波数)がシフトしていると考えることができる。   In FIG. 5, when the two-dimensional galvano mirror 20 is driven by a drive signal having the same frequency as the resonance frequency (in this example, the first resonance frequency: 1400 Hz), the drive signal (in this example) The phase of the swing angle (signal) of the light reflecting surface 24 is delayed by 90 degrees with respect to the phase of the first drive signal). As a result, a phase difference of 90 degrees occurs between the drive signal and the swing angle signal. That is, when the phase difference between the drive signal and the swing angle signal of the light reflecting surface 24 is other than 90 degrees, the drive frequency and the resonant frequency of the two-dimensional galvano mirror 20 do not match. In other words, in FIGS. 4 and 5, for example, it can be considered that the frequency characteristic (resonance frequency) of the two-dimensional galvano mirror 20 is shifted due to temperature change.

本実施形態では、二次元ガルバノミラー20の周波数特性を予め取得しておくことが可能である。したがって、本実施形態では、駆動信号と揺動角度信号との位相差を検出することで、駆動周波数と実際の二次元ガルバノミラー20の共振周波数とのずれ量を把握することができる。なお、第2共振周波数(420[Hz])についても、第1共振周波数の値と異なるが、図4、図5と同様の傾向を示すので説明を省略する。   In the present embodiment, it is possible to obtain in advance the frequency characteristics of the two-dimensional galvano mirror 20. Therefore, in the present embodiment, by detecting the phase difference between the drive signal and the swing angle signal, the amount of shift between the drive frequency and the actual resonant frequency of the two-dimensional galvano mirror 20 can be grasped. The second resonance frequency (420 [Hz]) is also different from the value of the first resonance frequency, but the same tendency as in FIG. 4 and FIG.

上記の第1ずれ量及び第2ずれ量の検出方法を利用することにより、第1ずれ量検出部33は、図2に示す内側可動部23bのx軸回りの周波数特性に基づいて、第1駆動周波数と第1共振周波数とのずれ量(第1ずれ量)を検出する。また、第2ずれ量検出部34は、図2に示す内側可動部23bのy軸回りの周波数特性に基づいて、第2駆動周波数と第2共振周波数とのずれ量(第2ずれ量)を検出する。   By using the first deviation amount and the second deviation amount detection method described above, the first deviation amount detection unit 33 performs the first deviation amount detection process based on the frequency characteristics of the inner movable portion 23b shown in FIG. The deviation amount (first deviation amount) between the drive frequency and the first resonance frequency is detected. In addition, the second deviation amount detection unit 34 calculates the deviation amount (second deviation amount) between the second drive frequency and the second resonance frequency based on the frequency characteristic around the y axis of the inner movable portion 23b shown in FIG. To detect.

具体的には、第1ずれ量検出部33は、内側可動部23bのx軸回りについて、図5に示すx軸回り用の駆動周波数−位相差特性に基づいて、第1駆動信号と第1ブリッジ回路の出力信号との位相差から第1ずれ量(第1共振周波数のシフト量)を検出する。また、第2ずれ量検出部34は、内側可動部23bのy軸回りについて、y軸回り用の駆動周波数−位相差特性(図示省略)に基づいて、第2駆動信号と第2ブリッジ回路の出力信号との位相差から第2ずれ量(第2共振周波数のシフト量)を検出する。   Specifically, the first shift amount detection unit 33 sets the first drive signal and the first drive signal on the basis of the drive frequency-phase difference characteristic for the x axis rotation shown in FIG. 5 about the x axis of the inner movable portion 23b. The first shift amount (shift amount of the first resonance frequency) is detected from the phase difference with the output signal of the bridge circuit. Further, the second shift amount detection unit 34 is configured to generate the second drive signal and the second bridge circuit based on the drive frequency-phase difference characteristic (not shown) for the y-axis rotation about the y axis of the inner movable portion 23b. The second shift amount (shift amount of the second resonance frequency) is detected from the phase difference with the output signal.

周波数変更部35は、第1ずれ量検出部33及び第2ずれ量検出部34の検出結果に応じて第1駆動周波数及び第2駆動周波数を変更する必要があるか否かを判断し、必要があると判断した場合には、第1駆動周波数及び第2駆動周波数を変更する。或いは、周波数変更部35は、第1駆動周波数と第2駆動周波数との少なくとも一方を変更する必要があると判断した場合には、その変更を必要する方の第1駆動周波数又は第2駆動周波数を変更する。   The frequency changing unit 35 determines whether it is necessary to change the first drive frequency and the second drive frequency according to the detection results of the first shift amount detection unit 33 and the second shift amount detection unit 34, and it is necessary If it is determined that there is, the first drive frequency and the second drive frequency are changed. Alternatively, when it is determined that the frequency changer 35 needs to change at least one of the first drive frequency and the second drive frequency, the first drive frequency or the second drive frequency that requires the change is determined. Change

本実施形態では、例えば、第1共振周波数、第2共振周波数のシフト量が、基準領域内から所定ヘルツ(例えば2[Hz])以内であれば、基準領域内として、周波数変更部35は、周波数の変更を実行しないこととする。また、第1共振周波数と第2共振周波数との少なくとも一方のシフト量が、基準領域内から所定ヘルツを超えると、周波数変更部35は、駆動周波数の変更をするためのフラグをオンに設定する。本実施形態では、このフラグをオンに設定する領域をフラグセット領域という。   In the present embodiment, for example, if the shift amount of the first resonance frequency and the second resonance frequency is within a predetermined hertz (for example, 2 [Hz]) from within the reference region, the frequency changing unit 35 determines that the reference region is within. Do not perform frequency change. Further, when the shift amount of at least one of the first resonance frequency and the second resonance frequency exceeds a predetermined hertz from the reference region, the frequency changing unit 35 sets a flag for changing the driving frequency to ON. . In the present embodiment, an area in which this flag is set to ON is called a flag set area.

図5において、例えば、第1共振周波数(第1初期設定値)が所定ヘルツを超えてマイナス側にシフトした場合、位相差が第1閾値を超えるため、周波数変更部35は、駆動周波数の変更を実行する。また、例えば、第1共振周波数が所定ヘルツを超えてプラス側にシフトした場合、位相差が第2閾値を下回るため、周波数変更部35は、駆動周波数の変更を実行する。なお、第1閾値及び第2閾値は、基準領域からフラグセット領域にシフトするときの位相差を示す。詳細は、フローチャートの処理で説明する。   In FIG. 5, for example, when the first resonance frequency (first initial setting value) shifts to the negative side by exceeding a predetermined hertz, the phase difference exceeds the first threshold, so the frequency changer 35 changes the drive frequency. Run. Also, for example, when the first resonance frequency is shifted to the positive side by more than the predetermined hertz, the phase difference falls below the second threshold, so the frequency changer 35 changes the drive frequency. The first threshold and the second threshold indicate phase differences when shifting from the reference area to the flag set area. Details will be described in the process of the flowchart.

図1に戻り、メモリ4は、例えば対象領域内の計測位置、パルス光を出射するタイミングを示す出射時刻(クロック数)、第1駆動周波数の値、第2駆動周波数の値等が関連付けられたタイミングテーブルを複数記憶している。計測位置は、例えば、格子状のブロックに分割された各領域である。   Returning to FIG. 1, the memory 4 associates, for example, the measurement position in the target area, the emission time (the number of clocks) indicating the timing of emitting the pulse light, the value of the first drive frequency, the value of the second drive frequency, etc. A plurality of timing tables are stored. The measurement position is, for example, each area divided into grid-like blocks.

図6は、メモリ領域に記憶されているタイミングテーブルを説明する図である。本実施形態では、例えば、予め、光測距装置100の製造時に後述する基準領域のタイミングテーブルと、第1〜第8のタイミングテーブルとを、所定のアドレス番号で指定されるメモリ領域41に記憶しておく。すなわち、本実施形態では、現在使用中のタイミングテーブルに対して、新しく使用するタイミングテーブルを別のアドレスに配置しておくことができる。つまり、本実施形態では、予め複数個のタイミングテーブルを持たせた状態にすることで、タイミングテーブルを選択可能とし、経時変化や温度変化に対して対処可能とすることができる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the timing table stored in the memory area. In the present embodiment, for example, the timing table of the reference area and the first to eighth timing tables, which will be described later when manufacturing the optical distance measuring apparatus 100, are stored in the memory area 41 designated by a predetermined address number. Keep it. That is, in this embodiment, the timing table to be newly used can be arranged at another address with respect to the timing table currently in use. That is, in the present embodiment, by providing a plurality of timing tables in advance, it is possible to select the timing table and to cope with the temporal change and the temperature change.

図7は、位相差情報に基づいて定まるタイミングテーブルの領域を説明する図である。横軸は、第1駆動周波数の値[Hz]を示し、縦軸は、第2駆動周波数の値[Hz]を示している。基準領域は、その中心が、第1共振周波数(第1初期設定値)と第2共振周波数(第2初期設定値)に相当する。本実施形態では、第1共振周波数や第2共振周波数が、温度変化等により変動しても、例えば、基準領域内であれば、リサージュ走査時に対象領域内の計測位置における走査幅のずれは、第1駆動周波数や第2駆動周波数を変更しなくても許容範囲内に収まることを意味する。図7に示す基準領域のタイミングテーブルのデータが、図6に示すメモリ領域41内の基準領域のタイミングテーブルに記憶されている。   FIG. 7 is a diagram for explaining the area of the timing table determined based on the phase difference information. The horizontal axis indicates the value [Hz] of the first drive frequency, and the vertical axis indicates the value [Hz] of the second drive frequency. The center of the reference region corresponds to the first resonance frequency (first initial setting value) and the second resonance frequency (second initial setting value). In the present embodiment, even if the first resonance frequency or the second resonance frequency fluctuates due to a temperature change or the like, for example, within the reference area, the deviation of the scanning width at the measurement position in the target area at the time of Lissajous scanning is It means that the value falls within the allowable range without changing the first drive frequency or the second drive frequency. The data of the timing table of the reference area shown in FIG. 7 is stored in the timing table of the reference area in the memory area 41 shown in FIG.

また、図7に示す第1〜第8領域は、第1共振周波数や第2共振周波数の位相差のずれに応じて定まる領域である。周波数変更部35は、第1ずれ量検出部33及び第2ずれ量検出部34の検出結果に応じて、基準領域、第1〜第8領域の何れか1つを決定して、タイミングテーブルの選択を行う。   The first to eighth regions shown in FIG. 7 are regions determined according to the deviation of the phase difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency. The frequency changing unit 35 determines any one of the reference area and the first to eighth areas according to the detection results of the first shift amount detection unit 33 and the second shift amount detection unit 34, and Make a selection.

図8は、第1ずれ量及び第2ずれ量と、タイミングテーブルの領域との対応関係を説明する図である。図8では、基準領域を基準として、第1共振周波数(RF1)や第2共振周波数(RF2)の位相差のずれ(第1ずれ量及び第2ずれ量)と、図7に示す第1〜第8領域の対応関係の一例を示している。   FIG. 8 is a diagram for explaining the correspondence between the first deviation amount and the second deviation amount and the area of the timing table. In FIG. 8, the shift (first shift amount and second shift amount) of the phase difference between the first resonance frequency (RF1) and the second resonance frequency (RF2) with reference to the reference region, and the first to first shown in FIG. An example of the correspondence of the 8th field is shown.

例えば、図7に示す第1領域は、第1共振周波数が基準領域からマイナス(−)側に所定ヘルツを超えてシフト(変動)し、第2共振周波数が基準領域からプラス(+)側に所定ヘルツを超えてシフトしたことを表している。第2領域は、第1共振周波数が基準領域からずれず、第2共振周波数が基準領域からプラス(+)側に所定ヘルツを超えてシフトしたことを表している。第3領域は、第1共振周波数が基準領域からプラス(+)側に所定ヘルツを超えてシフトし、第2共振周波数が基準領域からプラス(+)側に所定ヘルツを超えてシフトしたことを表している。以下、同様にして、第4領域から第8領域についても第1共振周波数と第2共振周波数との少なくとも一方が、所定ヘルツを超えてシフトしたことを表している。なお、図7、図8を用いる処理の詳細については、フローチャートを用いて後述する(図9,10参照)。   For example, in the first region shown in FIG. 7, the first resonance frequency is shifted (varied) from the reference region to the minus (−) side by more than a predetermined hertz, and the second resonance frequency is from the reference region to the plus (+) side It represents that it has shifted above a predetermined hertz. The second region indicates that the first resonant frequency does not deviate from the reference region, and the second resonant frequency shifts from the reference region to the plus (+) side by more than a predetermined hertz. In the third region, the first resonance frequency is shifted from the reference region to the plus (+) side by more than a predetermined hertz, and the second resonance frequency is shifted from the reference region to the plus (+) side by more than the predetermined hertz It represents. Hereinafter, in the same manner, at least one of the first resonance frequency and the second resonance frequency in the fourth to eighth regions is also shifted beyond the predetermined hertz. The details of the process using FIGS. 7 and 8 will be described later using flowcharts (see FIGS. 9 and 10).

再び、図1に戻り、光源部5は、光走査部2の内側可動部23bに形成された光反射面24に向かってパルス光を出射するものであり、光源51と、光源51の駆動を制御する光源制御部52と、投光光学系53と、を含む。   Referring back to FIG. 1 again, the light source unit 5 emits pulse light toward the light reflecting surface 24 formed on the inner movable portion 23 b of the light scanning unit 2, and drives the light source 51 and the light source 51. It includes a light source control unit 52 to control and a light projecting optical system 53.

光源51は、例えばレーザダイオードであり、光源制御部52からの駆動(出射)信号によって発光してパルス光を出射する。
光源制御部52は、光源51によるパルス光の出射タイミングを制御する。光源制御部52は、タイミングテーブルをメモリ4から読み込み、例えば内側可動部23b(光反射面24)の所定の揺動角度(例えば、0度に相当するゲイン)を基準として予め設定されたタイミングで光源51を発光させる。
投光光学系53は、光源51が発したパルス光を好ましい状態(例えば平行光)に変換するものであり、例えばコリメータレンズを含む。
The light source 51 is, for example, a laser diode, emits light according to a drive (emission) signal from the light source control unit 52, and emits pulsed light.
The light source control unit 52 controls the emission timing of pulse light by the light source 51. The light source control unit 52 reads the timing table from the memory 4 and, for example, at a preset timing based on a predetermined swing angle (for example, a gain corresponding to 0 degree) of the inner movable portion 23b (light reflection surface 24). The light source 51 is made to emit light.
The light projecting optical system 53 converts the pulsed light emitted by the light source 51 into a preferable state (for example, parallel light), and includes, for example, a collimator lens.

光源部5から出射されたパルス光は、光走査部2の光反射面24で反射される。これにより、光走査装置1の光走査部2が、反射されたパルス光を用いて、対象領域内をリサージュ走査する。この際、上記タイミングテーブルに基づいて光源51を発光させることで、対象領域内に対して予め設定した軌跡(リサージュパターン)を描くようにパルス光が出射される。   The pulse light emitted from the light source unit 5 is reflected by the light reflecting surface 24 of the light scanning unit 2. As a result, the light scanning unit 2 of the light scanning device 1 uses the reflected pulse light to scan the inside of the target area for Lissajous scanning. At this time, by causing the light source 51 to emit light based on the above-mentioned timing table, pulse light is emitted so as to draw a preset trajectory (Lissajous pattern) in the target area.

受光部6は、光源部5から出射されたパルス光の反射光を受光して検知するものであり、例えばフォトセンサを用いることができる。上述した通り、光源部5からのパルス光は、光走査部2により、対象領域内に対してリサージュパターンを描くように出射される。これらの位置に何らかの物体が存在すれば、光源部5から出射されたパルス光は、存在する物体に応じて反射される。受光部6は、この対象領域内に存在する物体による反射したパルス光を受光する。なお、受光部6は、反射したパルス光を直接受光するものであってもよいし、光走査部2の光反射面24を介して受光するものであってもよい。   The light receiving unit 6 receives and detects the reflected light of the pulse light emitted from the light source unit 5 and can use, for example, a photo sensor. As described above, the pulsed light from the light source unit 5 is emitted by the light scanning unit 2 to draw a Lissajous pattern to the inside of the target area. If an object is present at these positions, the pulsed light emitted from the light source unit 5 is reflected according to the existing object. The light receiving unit 6 receives pulse light reflected by an object present in the target area. The light receiving unit 6 may directly receive the reflected pulse light, or may receive light via the light reflecting surface 24 of the light scanning unit 2.

測距部7は、光源部5によるパルス光の出射タイミングと、受光部6による反射したパルス光の受光タイミングと、を入力し、両者の時間差(光飛行時間)に基づいてパルス光を反射した物体又は人までの距離を計測する。測距部7による距離の計測は、対象領域内の各計測位置において、光源部5からのパルス光の出射毎に行われ、その計測結果が画像生成部8に出力される。   The distance measuring unit 7 receives the emission timing of the pulse light by the light source unit 5 and the light reception timing of the pulse light reflected by the light receiving unit 6, and reflects the pulse light based on the time difference between them (light flight time) Measure the distance to an object or person. The measurement of the distance by the distance measuring unit 7 is performed at each measurement position in the target area for each emission of pulse light from the light source unit 5, and the measurement result is output to the image generation unit 8.

画像生成部8は、測距部7によって計測された距離に基づいて各計測位置の画素値を決定し、対象領域についての距離画像を例えば光走査部2によるリサージュ走査の一周期毎に生成する。生成される距離画像は、計測された距離毎に色が異なる画像、すなわち、対象領域内の存在する物体については、その距離や奥行きが反映された三次元的な画像とすることができる。この画像生成部8で生成された距離画像は、表示部9に出力される。   The image generation unit 8 determines the pixel value of each measurement position based on the distance measured by the distance measurement unit 7, and generates a distance image for the target area, for example, for each period of Lissajous scanning by the light scanning unit 2. . The generated distance image can be an image that differs in color for each measured distance, that is, for an existing object in the target area, a three-dimensional image in which the distance and depth are reflected. The distance image generated by the image generation unit 8 is output to the display unit 9.

表示部9は、例えば液晶画面等のディスプレイを備え、画像生成部8から出力された距離画像を表示する。ユーザは、表示部9に表示される距離画像によって対象領域内に物体が存在するか否かを認識できる。物体が存在する場合には、ユーザは、当該物体の対象領域内における位置、当該物体までの距離、当該物体の形状等も認識することができる。また、距離画像がリサージュ走査周期毎に更新されるので、ユーザは、当該物体の姿勢の変化を認識することができる。   The display unit 9 includes a display such as a liquid crystal screen, for example, and displays the distance image output from the image generation unit 8. The user can recognize from the distance image displayed on the display unit 9 whether or not an object is present in the target area. When an object is present, the user can also recognize the position of the object in the target area, the distance to the object, the shape of the object, and the like. In addition, since the distance image is updated for each Lissajous scanning cycle, the user can recognize the change in the posture of the object.

次に、本実施形態の光走査装置1における駆動周波数の変更処理に係る動作について説明する。
図9は、第1駆動周波数及び第2駆動周波数の変更処理の一例を示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理に先立って、第1駆動回路31及び第2駆動回路32は、それぞれ周波数変更部35で決定された周波数に基づいて第1駆動信号、第2駆動信号を生成して光走査部2に出力する。ここで、出力された第1駆動信号の周波数及び第2駆動信号の周波数は、前回の変更処理において更新された周波数である。なお、全く更新されていない場合には、第1駆動信号の周波数は、第1共振周波数(第1初期設定値)であり、第2駆動信号の周波数は、第2共振周波数(第2初期設定値)である。
Next, the operation related to the process of changing the drive frequency in the light scanning device 1 of the present embodiment will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the process of changing the first drive frequency and the second drive frequency. Note that, prior to the processing of this flowchart, the first drive circuit 31 and the second drive circuit 32 generate the first drive signal and the second drive signal based on the frequency determined by the frequency changer 35, respectively. Output to scanning unit 2. Here, the frequency of the output first drive signal and the frequency of the second drive signal are the frequencies updated in the previous change process. In the case where the frequency of the first drive signal is not updated at all, the frequency of the first drive signal is the first resonance frequency (the first initial setting value), and the frequency of the second drive signal is the second resonance frequency (the second initialization Value).

本実施形態では、必要に応じて、駆動周波数の変更、レーザ出射のタイミングの変更、制御パラメータの変更をリサージュ走査周期毎に行うこととする。したがって、以下のフローチャートの処理では、ステップS1〜S5の処理を繰り返すことにより、例えば最新の変更に係る情報をメモリ4の所定の領域に上書きして記憶する。そして、次回のリサージュ走査時に、駆動部3は、最新の変更に係る情報をメモリ4から読み出し、第1、第2共振周波の少なくとも一方が基準領域から外れていれば、駆動周波数の変更、レーザ出射のタイミングの変更、制御パラメータの変更等をした後にリサージュ走査を実行する。以下、具体的に説明する。   In the present embodiment, it is assumed that the change of the drive frequency, the change of the laser emission timing, and the change of the control parameter are performed for each Lissajous scanning cycle as necessary. Therefore, in the process of the following flowchart, by repeating the processes of steps S1 to S5, for example, information relating to the latest change is overwritten and stored in a predetermined area of the memory 4. Then, at the next Lissajous scan, the drive unit 3 reads the information relating to the latest change from the memory 4, and if at least one of the first and second resonance frequencies is out of the reference area, the change of the drive frequency, laser After changing the timing of injection, changing the control parameters, etc., a Lissajous scan is performed. The details will be described below.

ステップS1では、駆動部3は、共振周波数の測定のサブルーチンを実行する。このサブルーチンの詳細については、図10を用いて後述する。このサブルーチンを実行すると、駆動周波数を変更するか否かの情報が得られる。   In step S1, the drive unit 3 executes a subroutine of measurement of the resonance frequency. Details of this subroutine will be described later with reference to FIG. When this subroutine is executed, information on whether to change the drive frequency can be obtained.

ステップS2では、駆動部3は、駆動周波数を変更する必要があるか否かを判定する。具体的には、周波数変更部35は、ステップS1の処理に基づいて、フラグがオンに設定されているか否かを判定する。なお、フラグがオンに設定されているとは、後述する第1フラグから第8フラグの何れかがオンに設定されていることを意味する。フラグがオンに設定されている場合には、駆動周波数を変更する必要がありと判定し、ステップS3の処理に進み、フラグがオフに設定されている場合には、駆動周波数を変更する必要がなしと判定し、ステップS1の処理に戻り、共振周波数の測定のサブルーチンを再度繰り返す。   In step S2, the drive unit 3 determines whether the drive frequency needs to be changed. Specifically, the frequency changing unit 35 determines whether the flag is set to on based on the process of step S1. The flag being set on means that any one of the first flag to the eighth flag described later is set on. If the flag is set to ON, it is determined that the drive frequency needs to be changed, and the process proceeds to step S3. If the flag is set to OFF, the drive frequency needs to be changed. It is determined that there is no, and the process returns to the process of step S1, and the subroutine of measuring the resonance frequency is repeated again.

ステップS3では、駆動部3は、駆動周波数の変更を実行する。具体的には、駆動部3は、共振周波数の測定のサブルーチンに基づいて、最新の変更に係る情報をメモリ4から読み出し、第1、第2共振周波の少なくとも一方が基準領域から外れていれば、第1フラグから第8フラグの設定状態に基づいて、変更する駆動周波数の値を設定する。
ステップS4では、駆動部3は、レーザ出射のタイミングを変更する。具体的には、周波数変更部35は、選択したタイミングテーブルをメモリ4から読み出して、レーザ出射のタイミングを設定する。
ステップS5では、駆動部3は、制御パラメータの変更を行う。具体的には、周波数変更部35は、選択したタイミングテーブルに基づいて、クロック数等の制御パラメータの変更を行う。
In step S3, the drive unit 3 changes the drive frequency. Specifically, the drive unit 3 reads out the information relating to the latest change from the memory 4 based on the subroutine of measurement of the resonance frequency, and at least one of the first and second resonance frequencies is out of the reference region. The values of the drive frequency to be changed are set based on the setting states of the first to eighth flags.
In step S4, the drive unit 3 changes the timing of laser emission. Specifically, the frequency changing unit 35 reads the selected timing table from the memory 4 and sets the timing of laser emission.
In step S5, the drive unit 3 changes the control parameter. Specifically, the frequency changing unit 35 changes control parameters such as the number of clocks based on the selected timing table.

ここで、周波数変更部35は、第1共振周波数が変動(シフト)することにより基準領域から外れた場合には、第1駆動周波数を第1ずれ量に応じて変更する。また、周波数変更部35は、第2共振周波数が変動(シフト)することにより基準領域から外れた場合には、第2駆動周波数を第2ずれ量に応じて変更する。なお、第1駆動回路31及び第2駆動回路32は、例えば、上述した通り、DDS方式又はPLL方式の周波数シンセサイザを備えているので高分解能での周波数の設定が可能である。つまり、変更された周波数の第1、第2駆動信号を確実に出力することができ、光走査部2を効率的かつ安定して駆動することができる。   Here, when the first resonance frequency deviates (shifts) and thereby deviates from the reference region, the frequency changing unit 35 changes the first drive frequency according to the first amount of deviation. Further, when the second resonance frequency deviates (shifts) and thereby deviates from the reference region, the frequency changing unit 35 changes the second drive frequency in accordance with the second deviation amount. The first drive circuit 31 and the second drive circuit 32, for example, as described above, include frequency synthesizers of the DDS system or the PLL system, so that setting of frequencies with high resolution is possible. That is, the first and second drive signals of the changed frequency can be reliably output, and the light scanning unit 2 can be driven efficiently and stably.

次に、共振周波数の測定のサブルーチンについて説明をする。
図10は、共振周波数の測定におけるサブルーチンの一例を示すフローチャートである。
ステップS10では、駆動部3は、位相差の測定を行う。具体的には、第1ずれ量検出部33は、第1駆動周波数と第1共振周波数(x軸回りの共振周波数)とのずれ量(第1ずれ量)を検出する。第2ずれ量検出部34は、第2駆動周波数と第2共振周波数(y軸回りの共振周波数)とのずれ量(第2ずれ量)を検出する。
Next, a subroutine for measuring the resonance frequency will be described.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a subroutine in measurement of the resonance frequency.
In step S10, the drive unit 3 measures the phase difference. Specifically, the first shift amount detection unit 33 detects a shift amount (first shift amount) between the first drive frequency and the first resonance frequency (resonance frequency around the x axis). The second shift amount detection unit 34 detects a shift amount (second shift amount) between the second drive frequency and the second resonance frequency (resonance frequency around the y axis).

ステップS11では、駆動部3は、第1共振周波数と第2共振周波数との少なくとも一方が、基準領域から外れたか否かを判定する。基準領域から外れた場合には、ステップS12に進み、基準領域内であれば、共振周波数の測定のサブルーチンを終了し、図9に示すステップS2の処理に戻る。   In step S11, the drive unit 3 determines whether at least one of the first resonant frequency and the second resonant frequency has deviated from the reference region. If it deviates from the reference area, the process proceeds to step S12, and if it is within the reference area, the subroutine of measuring the resonance frequency is ended, and the process returns to the process of step S2 shown in FIG.

ステップS12では、駆動部3は、フラグのオンオフを設定するためのフラグセットの処理を行う。具体的には、駆動部3は、ステップS10の位相差の測定処理に基づいて、第1共振周波数と第2共振周波数との組合せで定まる第1〜第8領域の何れかを決定する。ここで、本実施形態では、図7に示す第1〜第8領域をフラグ(第1〜第8フラグ)に対応付ける。すなわち、駆動部3は、ステップS10の位相差の測定処理で、第1領域であれば第1フラグをオンに設定し、第2領域であれば第2フラグをオンに設定し、以下同様にして、第8領域であれば第8フラグをオンに設定する。なお、例えば、第1共振周波数及び第2共振周波数の変動が第1領域から第2領域に移行した場合には、駆動部3は、第1フラグをオフに設定し、第2フラグをオンに設定する。   In step S12, the drive unit 3 performs a process of setting a flag to set on / off of the flag. Specifically, the drive unit 3 determines any one of the first to eighth regions determined by the combination of the first resonance frequency and the second resonance frequency, based on the measurement process of the phase difference in step S10. Here, in the present embodiment, the first to eighth areas shown in FIG. 7 are associated with flags (first to eighth flags). That is, the drive unit 3 sets the first flag on in the case of the first region, sets the second flag on in the case of the second region in the measurement process of the phase difference in step S10, and so on. In the case of the eighth region, the eighth flag is set to on. In addition, for example, when the fluctuation of the first resonant frequency and the second resonant frequency shifts from the first region to the second region, the drive unit 3 sets the first flag to OFF and turns the second flag to ON. Set

つまり、フラグがオンに設定されている場合、第1〜第8フラグの何れかがオンにセットされていることを意味し、一方、フラグ(第1〜第8フラグ)がオフに設定されている場合、第1共振周波数及び第2共振周波数が基準領域内にあることを意味する。ステップS12の処理を終了すると、共振周波数の測定のサブルーチンを終了し、図9に示すステップS2の処理に戻る。   That is, when the flag is set to on, it means that one of the first to eighth flags is set to on, while the flag (first to eighth flags) is set to off If present, it means that the first resonant frequency and the second resonant frequency are within the reference region. When the process of step S12 is finished, the subroutine of measuring the resonance frequency is finished, and the process returns to the process of step S2 shown in FIG.

以上より、本実施形態では、例えば、高分解能での周波数の設定が可能であるので、第1、第2共振周波数の変動に応じて第1、第2駆動周波数をそれぞれ追随させて変更することができ、光走査部2による走査軌跡のずれを効率良く抑制できる。したがって、光走査装置1は、光走査部2に対して効率的かつ安定して駆動することができる。   As described above, in the present embodiment, for example, since setting of the frequency with high resolution is possible, the first and second drive frequencies are made to follow and change according to the fluctuation of the first and second resonance frequencies. As a result, the deviation of the scanning locus by the light scanning unit 2 can be efficiently suppressed. Therefore, the light scanning device 1 can be driven efficiently and stably with respect to the light scanning unit 2.

また、本実施形態では、上述した通り、位相差や出力電圧Voをモニタすることにより、駆動周波数と共振周波数との関係をモニタすることができる。これにより、本実施形態では、共振周波数が基準領域から外れた場合であっても、第1フラグ〜第8フラグの設定状態に応じて、第1から第8領域の何れかのタイミングテーブルに変更してリサージュ走査を行えるので、経時変化、温度変化等に強いシステムを提供することができる。   Further, in the present embodiment, as described above, the relationship between the drive frequency and the resonant frequency can be monitored by monitoring the phase difference and the output voltage Vo. Thus, in the present embodiment, even if the resonance frequency deviates from the reference area, the timing table is changed to any one of the first to eighth areas according to the set states of the first to eighth flags. Since the Lissajous scan can be performed, it is possible to provide a system that is resistant to changes with time and temperature.

また、本実施形態では、温度変化や経時変化等によって第1共振周波数と第2共振周波数との少なくとも一方が変動しても、タイミングテーブルをリアルタイムで生成させる必要がないので、光走査装置の制御部におけるCPU(Central Processing Unit)の負荷の増大を抑制することができる。   Further, in the present embodiment, even if at least one of the first resonance frequency and the second resonance frequency fluctuates due to a temperature change, a time-dependent change, etc., there is no need to generate the timing table in real time. It is possible to suppress an increase in the load on a central processing unit (CPU) in a unit.

なお、1回のリサージュ走査が終了した際の処理として、より詳細に説明すると以下の通りとなる。上記のフローチャートの処理において、例えば、フラグがオフの設定からオンの設定に変化した場合、駆動部3は、あるフレームの最後の測距点のパルス光を出射し終えた段階で、オンの設定になったフラグに対応するタイミングテーブルのアドレスに参照先を変更する。また、駆動周波数についても、あるフレームの最後の測距点の測定後、駆動周波数を変更する。但し、駆動周波数を変更すると、位相差も変更することになるため、2軸間の位相差が所定の位相関係になるまでの間、パルス光の照射を止める。その後、パルス光の出射を再開することで、タイミングテーブルの変更が可能となる。   The process when one Lissajous scan is completed will be described in more detail as follows. In the processing of the above-mentioned flowchart, for example, when the flag is changed from the off setting to the on setting, the drive unit 3 sets the on at the stage when the pulse light of the last distance measuring point of a certain frame is finished. Change the reference destination to the address of the timing table corresponding to the flag. As for the drive frequency, the drive frequency is changed after the measurement of the last distance measurement point of a certain frame. However, if the drive frequency is changed, the phase difference is also changed, so that the irradiation of the pulsed light is stopped until the phase difference between the two axes becomes a predetermined phase relationship. Thereafter, the timing table can be changed by resuming emission of pulsed light.

次に、以上のような構成を有する光走査装置1を含む光測距装置100の全体的な動作について説明する。
先ず、メインスイッチ等(図示省略)がオンされて光測距装置100が起動すると、駆動部3は、第1駆動信号及び第2駆動信号を光走査部2に出力して光反射面24をx軸回り及びy軸回りに揺動駆動する。また、光源部5からは、タイミングテーブルに基づいてパルス光が出射される。続いて、対象領域には、光走査部2によるリサージュ走査軌跡上の予め設定された各計測位置にパルス光が出射され、測距部6によって当該各計測位置について測距が行われる。そして、対象領域内の全ての計測位置での測距が完了すると画像生成部8によって対象領域についての距離画像が生成され、この生成された距離画像が表示部9に表示される。すなわち、距離画像は、光走査部2によるリサージュ走査の一周期毎に生成される。
Next, the overall operation of the light ranging device 100 including the light scanning device 1 having the above configuration will be described.
First, when the main switch or the like (not shown) is turned on and the light ranging apparatus 100 is activated, the drive unit 3 outputs the first drive signal and the second drive signal to the light scanning unit 2 to make the light reflection surface 24 It is driven to oscillate around x-axis and y-axis. The light source unit 5 emits pulse light based on the timing table. Subsequently, in the target area, pulse light is emitted to each measurement position set in advance on the Lissajous scanning trajectory by the light scanning unit 2, and distance measurement is performed by the distance measurement unit 6 for each measurement position. Then, when distance measurement at all measurement positions in the target area is completed, the image generation unit 8 generates a distance image for the target area, and the generated distance image is displayed on the display unit 9. That is, the distance image is generated for each cycle of Lissajous scanning by the light scanning unit 2.

より詳細には、駆動部3の第1ずれ量検出部33は、第1共振周波数が変動した場合、第1ずれ量を検出し、駆動部3の第2ずれ量検出部34は、第2共振周波数が変動した場合、第2ずれ量を検出する。つまり、第1ずれ量検出部33は、リサージュ走査周期毎にx軸回りの第1共振周波数を検出し、第2ずれ量検出部34は、リサージュ走査周期毎にy軸回りの第2共振周波数を検出する。駆動部3の周波数変更部35は、第1共振周波数と第2共振周波数との組合せが図7に示す基準領域から外れた場合、第1〜第8領域に応じて、第1駆動周波数を変動した第1共振周波数に一致させ、第2駆動周波数を変動した第2共振周波数に一致させる。これにより、駆動部3は、第1共振周波数及び第2共振周波数で駆動できるので、二次元ガルバノミラー20に対して効率的な揺動駆動を実行することができる。   More specifically, the first shift amount detection unit 33 of the drive unit 3 detects the first shift amount when the first resonance frequency fluctuates, and the second shift amount detection unit 34 of the drive unit 3 When the resonance frequency fluctuates, a second deviation amount is detected. That is, the first shift amount detection unit 33 detects the first resonance frequency around the x axis in each Lissajous scan cycle, and the second shift amount detection unit 34 detects the second resonance frequency around the y axis in every Lissajous scan cycle To detect When the combination of the first resonant frequency and the second resonant frequency deviates from the reference region shown in FIG. 7, the frequency changing unit 35 of the drive unit 3 fluctuates the first drive frequency according to the first to eighth regions. The second drive frequency is made to coincide with the fluctuating second resonance frequency. As a result, the drive unit 3 can drive at the first resonance frequency and the second resonance frequency, so that efficient rocking drive can be performed on the two-dimensional galvano mirror 20.

そして、駆動部3は、一致させた第1、第2駆動周波数に基づいて、適切なタイミングテーブルを参照して光源51によるパルス光の出射タイミングを設定する。
このような処理を行うのは、第1駆動周波数を変動した第1共振周波数に一致させ、第2駆動周波数を変動した第2共振周波数に一致させても、出射タイミングを調整しないと、例えば、各計測位置でリサージュ走査するパルス光の走査幅にずれが生じる場合が発生するからである。そこで、駆動部3は、走査幅のずれを各計測位置で許容範囲内に抑制できるように、出射タイミングを設定する。但し、第1共振周波数と第2共振周波数との比は、効率的な揺動駆動の観点から、例えば3:1程度が保つことが好ましい。
これにより、光走査装置1は、光走査部2による走査幅のずれを各計測位置で許容(誤差)範囲内に抑制することができる。したがって、光測距装置100は、対象領域における各計測位置で安定した測距を行うことができる。
Then, the drive unit 3 sets the emission timing of the pulsed light by the light source 51 with reference to the appropriate timing table based on the matched first and second drive frequencies.
Such processing is performed, for example, if the emission timing is not adjusted even if the first drive frequency is made to coincide with the varied first resonance frequency and the second drive frequency is made to coincide with the varied second resonance frequency. This is because a deviation may occur in the scanning width of pulsed light for Lissajous scanning at each measurement position. Therefore, the drive unit 3 sets the emission timing so that the deviation of the scanning width can be suppressed within the allowable range at each measurement position. However, the ratio of the first resonance frequency to the second resonance frequency is preferably maintained, for example, about 3: 1 from the viewpoint of efficient rocking drive.
Thus, the optical scanning device 1 can suppress the deviation of the scanning width by the optical scanning unit 2 within the allowable (error) range at each measurement position. Therefore, the optical distance measuring apparatus 100 can perform stable distance measurement at each measurement position in the target area.

なお、以上では本発明の一実施形態として光測距装置について説明したが、本発明の他の実施形態として光走査部2及び駆動部3を含む光走査装置として構成することができることはいうまでもない。この場合には、別体で構成された光源から光反射面24に光が入力され、当該光走査装置はこの入力された光を対象領域内でリサージュ走査できる。   Although the optical distance measuring apparatus has been described above as one embodiment of the present invention, it can be configured as an optical scanning apparatus including the light scanning unit 2 and the driving unit 3 as another embodiment of the present invention Nor. In this case, light is input to the light reflecting surface 24 from a separately configured light source, and the light scanning device can scan the input light within the target area for Lissajous scanning.

次に、上記実施形態の変形例について説明をする。上記実施形態では、内側可動部23bのx軸回り及びy軸回りの揺動角度信号を、ピエゾ抵抗素子で構成したブリッジ回路の出力電圧で検出した。   Next, modifications of the above embodiment will be described. In the above embodiment, the swing angle signal around the x axis and the y axis of the inner movable portion 23b is detected by the output voltage of the bridge circuit configured by the piezoresistive element.

しかし、これに限るものではなく、変形例としては、例えば、特開2004−78130号公報や特開2004−242488号公報に記載に基づいて、ピエゾ抵抗素子で構成したブリッジ回路の出力電圧以外の信号を、内側可動部23bのx軸回り及びy軸回りの揺動角度信号として検出してもよい。この場合、変形例では、第1駆動コイル25a及び第2駆動コイル25bに発生する逆起電力を検出し、x軸回り及びy軸回りの揺動角度信号を求めてもよい。但し、共振周波数と一致する周波数を有する駆動信号で光走査部2が駆動されると、駆動信号と内側可動部23bの揺動角度信号(逆起電力信号)との位相差は、0度になる。   However, the present invention is not limited to this, and as a modification, for example, based on the description in JP-A-2004-78130 and JP-A-2004-242488, other than the output voltage of the bridge circuit formed of piezoresistive elements. The signal may be detected as a swing angle signal around the x axis and the y axis of the inner movable portion 23b. In this case, in the modification, the back electromotive force generated in the first drive coil 25a and the second drive coil 25b may be detected, and swing angle signals about the x axis and the y axis may be determined. However, when the light scanning unit 2 is driven by a drive signal having a frequency that matches the resonance frequency, the phase difference between the drive signal and the swing angle signal (counter electromotive force signal) of the inner movable unit 23b is 0 degrees. Become.

また、変形例では、内側可動部23bの揺動角度信号を用いることなく、光走査部2又はその近傍の温度に基づいて第1ずれ量及び第2ずれ量を検出するようにしてもよい。例えば、変形例では、光走査部2又はその近傍の温度を検出する温度センサを設けてもよい。すなわち、変形例では、x軸回り及びy軸回りのそれぞれについて光走査部2又はその近傍の温度と共振周波数とが対応付けられた「温度−第1共振周波数テーブル」及び「温度−第2共振周波数テーブル」参照をメモリ4に記憶させておく。   In the modification, the first shift amount and the second shift amount may be detected based on the temperature of the light scanning unit 2 or in the vicinity thereof without using the swing angle signal of the inner movable portion 23b. For example, in a modification, a temperature sensor that detects the temperature of the light scanning unit 2 or in the vicinity thereof may be provided. That is, in the modification, the “temperature-first resonance frequency table” and the “temperature-second resonance” in which the temperature at or near the light scanning unit 2 is associated with the resonant frequency for each of the x-axis and y-axis. Reference to the frequency table is stored in the memory 4.

このようにすれば、駆動部3は、温度センサの検出結果に基づいて、温度−第1共振周波数テーブルを参照することにより、第1駆動信号の周波数と第1共振周波数との第1ずれ量(換言すれば、第1共振周波数の温度変化に伴うシフト量)を検出(算出)することができる。また同様に、駆動部3は、温度センサの検出結果に基づいて、温度−第2共振周波数テーブルを参照することにより、第2駆動信号の周波数と第2共振周波数との第2ずれ量(換言すれば、第2共振周波数の温度変化に伴うシフト量)を検出(算出)することができる。   In this way, the drive unit 3 refers to the temperature-first resonance frequency table based on the detection result of the temperature sensor, and thereby the first shift amount between the frequency of the first drive signal and the first resonance frequency. (In other words, the shift amount associated with the temperature change of the first resonance frequency) can be detected (calculated). Similarly, the drive unit 3 refers to the temperature-second resonance frequency table based on the detection result of the temperature sensor to determine the second deviation amount between the frequency of the second drive signal and the second resonance frequency (in other words, If it does, it is possible to detect (calculate) the shift amount accompanying the temperature change of the second resonance frequency.

また、上記実施形態では、第1駆動信号の周波数と第1共振周波数との第1ずれ量及び第2駆動信号の周波数と第2共振周波数との第2ずれ量を検出しているが、何れか一方のみを検出するように構成してもよい。好ましくは、高速で揺動駆動されるx軸回りに関するずれ量のみ、すなわち、第1駆動信号の周波数と第1共振周波数との第1ずれ量のみを検出するようにする。   In the above embodiment, the first deviation amount between the frequency of the first drive signal and the first resonance frequency and the second deviation amount between the frequency of the second drive signal and the second resonance frequency are detected. Only one or the other may be detected. Preferably, only the amount of deviation about the x axis, which is driven to rock at high speed, that is, only the amount of deviation between the frequency of the first drive signal and the first resonance frequency is detected.

また、上記実施形態では、光走査部として電磁駆動式の二次元ガルバノミラーを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、電磁駆動式、静電方式、圧電方式、熱方式等の各種の駆動方式で光反射面を有する可動部を揺動駆動する構成の光走査部にも適用することができる。また、本件開示の技術を、一次元ガルバノミラーに適用してもよい。   In the above embodiment, an electromagnetic drive type two-dimensional galvano mirror is used as the light scanning unit, but the present invention is not limited to this, and an electromagnetic drive type, an electrostatic method, a piezoelectric method, a thermal method The present invention can also be applied to a light scanning unit configured to swing and drive a movable unit having a light reflecting surface by various driving methods such as, for example. In addition, the technology disclosed herein may be applied to a one-dimensional galvano mirror.

また、上記実施形態では、複数のタイミングテーブルを設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基準領域のテーブルを設定しておき、共振周波数がずれた場合に、基準領域のタイミングテーブルに基づいて、ずれ量に応じたタイミングテーブルを生成するようにしてもよい。   Further, although a plurality of timing tables are set in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a table of the reference region is set, and the timing of the reference region is shifted when the resonance frequency deviates. A timing table corresponding to the amount of deviation may be generated based on the table.

100…光測距装置、2…光走査部、3…駆動部、4…メモリ、5…光源部、6…受光部、7…測距部、8…画像生成部、9…表示部、20…二次元ガルバノミラー(光走査部)、21…固定部、22a,22b…第1トーションバー、22c,22d…第2トーションバー、23a…外側可動部、23b…内側可動部、25a…第1駆動コイル、25b…第2駆動コイル、31…第1駆動回路、32…第2駆動回路、33…第1ずれ量検出部、34…第2ずれ量検出部、35…周波数変更部、51…光源、52…光源制御部、53…投光光学系   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Light ranging apparatus, 2 ... Light scanning part, 3 ... Drive part, 4 ... Memory, 5 ... Light source part, 6 ... Light reception part, 7 ... Ranging part, 8 ... Image generation part, 9 ... Display part, 20 Two-dimensional galvano mirror (light scanning unit) 21 fixed portion 22a, 22b first torsion bar 22c 22d second torsion bar 23a outer movable portion 23b inner movable portion 25a first Drive coil, 25b: second drive coil, 31: first drive circuit, 32: second drive circuit, 33: first shift amount detector, 34: second shift amount detector, 35: frequency changer, 51: Light source, 52: light source control unit, 53: projection optical system

Claims (6)

光反射面を有する可動部が第1、第2駆動周波数によって互いに直交する第1、第2軸回りに揺動され、光源によるパルス光をリサージュ走査する光走査装置であって、
前記第1軸回りの第1共振周波数のシフト量及び前記第2軸回りの第2共振周波数のシフト量に応じて前記第1、第2駆動周波数を変更し、両共振周波数のシフト方向の組合せに応じたタイミングテーブルに基づいて前記パルス光の出射タイミングを変更する、
光走査装置。
The movable portion is first having a light reflecting surface, a first orthogonal to each other by a second driving frequency, is swung to the second axis, an optical scanning device for Lissajous scanning pulse light by the light source,
The first and second drive frequencies are changed according to the shift amount of the first resonance frequency around the first axis and the shift amount of the second resonance frequency around the second axis, and a combination of shift directions of both resonance frequencies Changing the emission timing of the pulsed light based on the timing table according to
Optical scanning device.
前記第1共振周波数の第1初期設定値及び前記第2共振周波数の第2初期設定値を含む基準領域と、前記基準領域を取り囲む複数の領域と、が予め設定されており、
前記基準領域及び前記複数の領域のそれぞれには、前記出射タイミングの情報を含むタイミングテーブルが対応付けられており、
前記第1共振周波数のシフト量及び前記第2共振周波数のシフト量を検出し、検出結果に応じて前記基準領域及び前記複数の領域のいずれかの領域を決定してタイミングテーブルの選択を行い、選択されたタイミングテーブルに基づいて前記パルス光の前記出射タイミングを設定する、請求項1に記載の光走査装置。
A reference region including the first initial setting value of the first resonant frequency and the second initial setting value of the second resonant frequency, and a plurality of regions surrounding the reference region are set in advance.
Each of the reference area and the plurality of areas is associated with a timing table including information on the emission timing,
The shift amount of the first resonant frequency and the shift amount of the second resonant frequency are detected, and the reference region and one of the plurality of regions are determined according to the detection result to select a timing table. The optical scanning device according to claim 1, wherein the emission timing of the pulse light is set based on a selected timing table .
前記両共振周波数のシフト方向の組合せは、前記第1共振周波数のみがプラス方向又はマイナス方向にシフトしたことと、前記第2共振周波数のみがプラス方向又はマイナス方向にシフトしたことと、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数がプラス方向又はマイナス方向にシフトしたことと、及び、前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数の一方がプラス方向にシフトし且つ他方がマイナス方向にシフトしたこととを含む、請求項1又は2に記載の光走査装置。 The combination of the shift directions of the two resonant frequencies is that only the first resonant frequency is shifted in the positive or negative direction, that only the second resonant frequency is shifted in the positive or negative direction, and The resonant frequency and the second resonant frequency are shifted in the positive or negative direction, and one of the first resonant frequency and the second resonant frequency is shifted in the positive direction, and the other is shifted in the negative direction. The optical scanning device according to claim 1 , further comprising: 前記第1共振周波数のプラス方向のシフト量、前記第1共振周波数のマイナス方向のシフト量、前記第2共振周波数のプラス方向のシフト量及び前記第2共振周波数のマイナス方向のシフト量の少なくとも一方が所定ヘルツを超えた場合に、前記第1、第2駆動周波数の変更及び前記出射タイミングの変更を行う、請求項1〜3のいずれか一つに記載の光走査装置。 At least one of the shift amount of the first resonance frequency in the positive direction, the shift amount of the first resonance frequency in the negative direction, the shift amount of the second resonance frequency in the positive direction, and the shift amount of the second resonance frequency in the negative direction The optical scanning device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second drive frequencies are changed and the emission timing is changed when H exceeds a predetermined hertz . 前記第1共振周波数の第1初期設定値及び前記第2共振周波数の第2初期設定値を含む基準領域が予め設定されており、前記基準領域には、前記出射タイミングの情報を含むタイミングテーブルが対応付けられており、
前記第1共振周波数のシフト量及び前記第2共振周波数のシフト量を検出し、前記第1共振周波数及び第2共振周波数の少なくとも一方が前記基準領域から外れたか否かを判定し、
前記第1共振周波数及び前記第2共振周波数が前記基準領域内にある場合には、前記基準領域に対応付けられたタイミングテーブルに基づいて、前記パルス光の前記出射タイミングを設定し、
前記第1共振周波数及び第2共振周波数の少なくとも一方が前記基準領域から外れた場合には、前記基準領域に対応付けられたタイミングテーブルに基づいて、前記シフト量に応じた前記出射タイミングの情報を含むタイミングテーブルを生成して、生成したタイミングテーブルに基づいて前記パルス光の前記出射タイミングを設定する、請求項に記載の光走査装置。
A reference area including the first initial setting value of the first resonant frequency and the second initial setting value of the second resonant frequency is set in advance, and the reference area includes a timing table including information on the emission timing. Are associated,
The shift amount of the first resonant frequency and the shift amount of the second resonant frequency are detected, and it is determined whether at least one of the first resonant frequency and the second resonant frequency is out of the reference region,
When the first resonance frequency and the second resonance frequency are within the reference area, the emission timing of the pulse light is set based on a timing table associated with the reference area,
When at least one of the first resonance frequency and the second resonance frequency deviates from the reference area, the information on the emission timing according to the shift amount is calculated based on the timing table associated with the reference area. The optical scanning device according to claim 1 , wherein a timing table including the timing information is generated, and the emission timing of the pulse light is set based on the generated timing table .
光反射面を有する可動部に向かってパルス光を出射する光源と、A light source for emitting pulse light toward a movable portion having a light reflection surface;
前記可動部が第1、第2駆動周波数によって互いに直交する第1、第2軸回りに揺動され、前記光源によるパルス光をリサージュ走査する光走査部と、An optical scanning unit in which the movable unit is swung about first and second axes orthogonal to each other by a first and second driving frequency, and the light source scans the pulsed light by the light source;
前記第1軸回りの第1共振周波数のシフト量及び前記第2軸回りの第2共振周波数のシフト量に応じて前記第1、第2駆動周波数を変更し、両共振周波数のシフト方向の組合せに応じたタイミングテーブルに基づいて前記パルス光の出射タイミングを変更する制御部と、The first and second drive frequencies are changed according to the shift amount of the first resonance frequency around the first axis and the shift amount of the second resonance frequency around the second axis, and a combination of shift directions of both resonance frequencies A control unit that changes the emission timing of the pulsed light based on a timing table corresponding to
を備える、光走査装置。An optical scanning device comprising:
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