JP7315827B2

JP7315827B2 - 光走査装置及びその制御方法

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Publication number: JP7315827B2
Application number: JP2019122798A
Authority: JP
Inventors: 祐司木村; 隆之黒川
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: JP2021009218A; US20210003840A1; US11460690B2; CN112180584A

Description

本発明は、光走査装置及びその制御方法に関する。

従来技術として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成されたミラーを軸の周りに揺動させることにより、ミラーに照射されるレーザ光を一次元又は二次元的に走査する光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような光走査装置は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）と呼ばれるレーザ光を用いた物体検知測距装置に適用されている。ＭＥＭＳ方式の光走査装置は、自動車の自動運転用のＬｉＤＡＲなどへの応用が期待されている。

このような光走査装置では、物体に向けてレーザ光を等間隔に照射するために、光源からミラーに対して一定の時間間隔でレーザ光の照射が行われる。また、光走査装置のミラーは、例えば三角波形状の駆動電圧を用いた非共振駆動方式で駆動される。

特許第５６５９０５６号

圧電駆動素子によるミラーの非共振駆動方式では、駆動電圧に対するミラーの変位量を完全に線形とすることは難しく、非線形となる。このため、例えば、ＬｉＤＡＲのように、一定の走査角の範囲内を一定時間ごとにレーザ光を送受信するスキャンするシステムを構成した場合には、上記非線形性により、レーザ照射のドット位置が理想位置からずれ、ドット位置の間隔に粗密が生じることがある。ドット位置のずれは、ＬｉＤＡＲの検出精度を劣化させてしまう。

このようなドット位置のずれを抑制するために、ミラーの変位（傾斜角）を計測するセンサ（特許文献１参照）を設け、センサ出力を確認しながらレーザ照射動作を制御することが考えられる。

しかしながら、この制御方法では、各ドット位置に対して閾値を設定し、センサ出力と閾値を比較しながら、当該センサ出力の値が閾値を超えるたびにレーザ照射を行うといった制御を行う必要があり、閾値を複数設定しておかなければ検出精度を保証することができない。また、閾値を基準とした判定動作をリアルタイムに高速に行う必要があるため、センサやセンサの後段のアナログ回路において信号にジッタが生じ、このジッタが逆にドット位置のばらつきを生じさせるといった問題がある。

開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な制御で精度よくドット位置の補正を可能とすることを目的としている。

開示の技術は、照射タイミング信号に基づいて間欠的に光を出力する光源部と、前記光源部から照射された光を反射するミラーと、駆動信号に基づいて前記ミラーを変位させるアクチュエータと、前記ミラーの変位に応じた信号を出力する変位センサと、前記変位センサからの出力信号に基づいて、前記照射タイミング信号を補正する照射タイミング補正部と、前記照射タイミング補正部により補正された前記照射タイミング信号を記憶する照射タイミング記憶部と、を有し、前記照射タイミング補正部は、前記出力信号の値と、前記駆動信号に対する前記ミラーの変位が線形である場合の理想値との差に基づいて前記照射タイミング信号を補正する光走査装置である。

本発明によれば、簡易な制御で精度よくドット位置の補正を行うことができる。

第１実施形態の光走査装置の構成を示す図である。光走査部の構成を示す図である。駆動電圧、レーザ出力、及びセンサ出力の関係を例示する図である。ドット位置の理想値からのずれ量を例示する図である。照射タイミング信号の補正処理を説明するフローチャートである。補正処理により補正される照射タイミングの具体例を示す図である。第１変形例に係る照射タイミング信号の補正処理を説明するフローチャートである。第２変形例において用いる歪波形からなる駆動電圧を例示する図である。第２実施形態の光走査装置の構成を示す図である。第２実施形態において光走査部に供給する第１及び第２駆動電圧を例示する図である。第１センサ出力の非線形性に基づいて補正された第２駆動電圧の周期を例示する図である。

（第１実施形態）
以下に、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態の光走査装置の構成を示す図である。図１に示すように、光走査装置１は、光走査制御部１０と、光源部２０と、光走査部３０とを有する。以下に、各部について説明する。

光走査制御部１０は、システムコントローラ１１と、ミラー駆動回路１２と、レーザ駆動回路１３とを有する。光走査制御部１０は、光源部２０と、光走査部３０とを制御する。

システムコントローラ１１は、ミラー駆動回路１２に対し、光走査部３０が備えるミラーの揺動を制御するための制御信号を供給する。また、システムコントローラ１１は、レーザ光の照射タイミング信号をレーザ駆動回路１３に供給する。

ミラー駆動回路１２は、システムコントローラ１１からの制御信号に基づいて、光走査部３０に対し、後述するミラーを所定の軸周りに揺動させるための駆動信号（駆動電圧）を供給するミラー駆動部である。

レーザ駆動回路１３は、システムコントローラ１１から供給される照射タイミング信号に基づいて、光源部２０に、レーザを駆動するためのレーザ駆動信号を供給する。

光源部２０は、レーザダイオード等により構成されている。光源部２０は、レーザ駆動回路１３から供給されたレーザ駆動信号に基づいて、照射タイミング信号で規定されるタイミングで、間欠的にレーザ光を出射する。光源部２０から出射されたレーザ光は、光走査部３０に入射する。

光走査部３０は、ミラー駆動回路１２から供給される駆動信号に応じて、ミラーを所定の軸周りにに揺動させる。光走査部３０では、これにより、入射されるレーザ光の反射方向を変更して、レーザ光による光走査を行う。

システムコントローラ１１は、演算処理部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、一時記憶部としてのＲＡＭ（Random-Access Memory）、不揮発性記憶部としてのフラッシュメモリ等により構成されている。システムコントローラ１１には、機能部として、センサ出力記憶部１１１と、照射タイミング補正部１１２と、照射タイミング記憶部１１３とが構成されている。

センサ出力記憶部１１１は、光走査部３０が備えるミラーの変位を検出する変位センサからの出力信号（センサ出力）を記憶する。例えば、変位センサは、ミラーの傾斜角を計測する傾斜センサである。照射タイミング補正部１１２は、センサ出力記憶部１１１に記憶されたセンサ出力に基づいて、照射タイミング信号を補正する。照射タイミング記憶部１１３は、照射タイミング補正部１１２により補正された照射タイミング信号を記憶する。各部の詳細は後述する。

図２は、光走査部３０の上面側を示す平面図である。なお、図２では、配線や端子は図示が省略されている。

光走査部３０は、ミラー３１と、ミラー支持部３２と、駆動梁３３Ａ，３３Ｂと、固定枠３４とを有する。ミラー支持部３２の表面にミラー３１が設けられている。図２中の符号ＡＸは、ミラー３１の揺動軸を表している。この揺動軸ＡＸに平行な方向をＸ方向、揺動軸ＡＸに直交する方向をＹ方向とする。

ミラー支持部３２の両側に一対の駆動梁３３Ａ，３３Ｂが接続されている。駆動梁３３Ａは、Ｙ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁を有する。隣接する垂直梁は、端部同士が折り返し部３５Ａにより連結されており、全体としてジグザグ状の蛇腹構造となっている。駆動梁３３Ａの一方が固定枠３４の内周側に、他方がミラー支持部３２の外周側に接続されている。同様に、駆動梁３３Ｂは、Ｙ方向に延在する複数の矩形状の垂直梁を有する。隣接する垂直梁は、端部同士が折り返し部３５Ｂにより連結されており、全体としてジグザグ状の蛇腹構造となっている。駆動梁３３Ｂの一方が固定枠３４の内周側に、他方がミラー支持部３２の外周側に接続されている。

駆動梁３３Ａ，３３Ｂは、各垂直梁上に、圧電素子からなる駆動源３６を有する。駆動源３６を構成する圧電素子は、圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。駆動梁３３Ａ，３３Ｂは、垂直梁ごとに隣接している駆動源３６同士で、位相が反転した波形の駆動電圧を印加することにより、隣接する垂直梁を上下反対方向に反らせる。これにより、各垂直梁の上下動の蓄積がミラー支持部３２に伝達され、ミラー３１が揺動軸ＡＸの周りに揺動する。

このように、駆動梁３３Ａ，３３Ｂは、ミラー３１を揺動軸ＡＸの周りに揺動させることにより、ミラー３１により反射されるレーザ光を走査するアクチュエータとして機能する。なお、各駆動源３６に印加される駆動電圧は三角波形状であり、ミラー３１は、非共振駆動方式で駆動される。

また、光走査部３０は、ミラー３１が揺動いている状態におけるミラー３１のＹ方向への傾斜角（変位量）を計測するための傾斜センサ３７を有する。傾斜センサ３７は、圧電センサにより構成されており、例えば、１つの垂直梁上に配置されている。傾斜センサ３７を構成する圧電センサは、圧電薄膜の上面に形成された上部電極と、圧電薄膜の下面に形成された下部電極とを含む。傾斜センサ３７は、ミラー３１の傾斜角に対応する信号を出力する。

光走査部３０は、例えば支持層、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）及びシリコン活性層が積層されたＳＯＩ基板を用いて形成されている。固定枠３４は、支持層、ＢＯＸ層、及びシリコン活性層からなる３層構成である。ミラー支持部３２及び駆動梁３３Ａ，３３Ｂは、シリコン活性層の単層構成、或いはＢＯＸ層とシリコン活性層との２層構成である。

図３は、駆動電圧、レーザ出力、及びセンサ出力の関係を例示する図である。図３（Ａ）は、ミラー駆動回路１２から光走査部３０に供給される駆動電圧を示している。符号Ｖａ及びＶｂは、隣接した駆動源３６に印加される位相が互いに反転した三角波形を示している。

図３（Ｂ）は、光源部２０から光走査部３０へのレーザ出力を示している。なお、図３（Ｂ）は、上述の照射タイミング補正部１１２により照射タイミングが補正されていない初期のレーザ出力を示している。レーザ出力は間欠的であって、初期のレーザ出力の時間間隔は一定である。

図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す駆動電圧に基づいてミラー３１が駆動された場合における傾斜センサ３７からの出力信号（センサ出力）を示している。符号Ｓ０は、駆動電圧に対するミラー３１の変位が線形である場合における理想的なセンサ出力を示している。符号Ｓ１は、駆動電圧に対するミラー３１の変位が非線形である場合における。実際には、ミラー３１の変位には非線形成分が生じるので、センサ出力は符号Ｓ１で示すように非線形となる。

したがって、ミラー３１の変位が非線形であって、レーザ出力の時間間隔が一定である場合には、光走査部３０から出力されるレーザ光の照射ドットの位置（ドット位置）が等間隔とはならず、ずれが生じてしまう。図４は、ドット位置の理想値からのずれ量を例示する図である。ミラー３１は、例えば、傾斜角が－４０°から＋４０°の範囲で揺動され、この範囲内に、０．１°刻みにレーザ光を照射すると８０１個のドット位置が存在することになる。ドット位置に、例えば、±１°程度のずれが生じるとすると、ミラー３１の傾斜角が０°の位置にレーザ光を照射しようとした場合に、実際には±１°程度ずれた位置にレーザ光が照射され得る。

次に、照射タイミング補正部１１２による照射タイミング信号の補正処理について説明する。図５は、照射タイミング信号の補正処理を説明するフローチャートである。図６は、補正処理により補正される照射タイミングの具体例を示す図である。

照射タイミング補正部１１２は、センサ出力記憶部１１１に記憶された少なくとも１揺動期間のセンサ出力に基づいて照射タイミング信号を補正する。この補正処理は、光走査装置１の非動作時において、ユーザからの指示、若しくは所定の条件が満たされた場合に自動的に開始される。

図５に示すように、照射タイミング補正部１１２は、補正処理を開始すると、まずパラメータｎを「１」に設定する（ステップＳ１０）。このパラメータｎは、ドット位置に対応する正の整数である。また、以下では、ドット位置ｎを走査した時間（レーザ光を照射した時間）をｔ（ｎ）とする。

次に、照射タイミング補正部１１２は、時間ｔ（ｎ）におけるセンサ出力Ｓ１（ｎ）と、時間ｔ（ｎ）における理想的なセンサ出力Ｓ０（ｎ）との差の絶対値が、所定の閾値δより大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。なお、センサ出力Ｓ１（ｎ）は、ドット位置ｎを走査した際に傾斜センサ３７から出力され、センサ出力記憶部１１１に記憶された信号値である。センサ出力Ｓ０（ｎ）は、ミラー３１の変位が線形である場合における理想的な値であり、計算により求まる値である。

照射タイミング補正部１１２は、センサ出力Ｓ１（ｎ）とセンサ出力Ｓ０（ｎ）との差の絶対値が閾値δより大きいと判定した場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、センサ出力Ｓ１（ｎ）とセンサ出力Ｓ０（ｎ）との大小関係を判定する（ステップＳ１２）。

照射タイミング補正部１１２は、「Ｓ１（ｎ）＞Ｓ０（ｎ）」である場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ドット位置ｎ＋１に対する初期の時間ｔ（ｎ＋１）に対して所定値Δｔを減算した値を、ドット位置ｎ＋１に対する補正後の時間ｔ'（ｎ＋１）とする（ステップＳ１３）。一方、照射タイミング補正部１１２は、「Ｓ１（ｎ）≦Ｓ０（ｎ）」である場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、ドット位置ｎ＋１に対する初期の時間ｔ（ｎ＋１）に対して、所定値Δｔを加算した値を、ドット位置ｎ＋１に対する補正後の時間ｔ'（ｎ＋１）とする（ステップＳ１４）。ここで、所定値Δｔは、初期のｔ（ｎ）の時間間隔よりも小さい固定値である。

また、照射タイミング補正部１１２は、ステップＳ１１において、センサ出力Ｓ１（ｎ）とセンサ出力Ｓ０（ｎ）との差の絶対値が閾値δ以下であると判定した場合には（ＮＯ判定）、時間ｔ（ｎ＋１）に対する所定値Δｔの加減は行わず、「ｔ'（ｎ＋１）＝ｔ（ｎ＋１）」とする（ステップＳ１５）。

照射タイミング補正部１１２は、ステップＳ１３～Ｓ１５のいずれか１つの処理を行った後、パラメータｎが最大値（１揺動周期分の最終のドット位置）ｎ_ｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ１６）。照射タイミング補正部１１２は、「ｎ＜ｎ_ｍａｘ」である場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、パラメータｎに「１」を加算して（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１１に戻す。なお、ステップＳ１１では、ステップＳ１３又はＳ１４において補正が行われている場合には、補正後の時間ｔ'（ｎ）に対応するセンサ出力Ｓ１（ｎ）を用いて演算処理を行う。

照射タイミング補正部１１２は、ステップＳ１６において「ｎ＝ｎ_ｍａｘ」であると判定した場合、すなわち１揺動周期分の補正処理が終了した場合には（ＹＥＳ判定）、時間ｔ（１）及び補正後の時間ｔ'（ｎ）（ここで、ｎ＝２～ｎ_ｍａｘ）を、照射タイミング信号として照射タイミング記憶部１１３に保存し（ステップＳ１８）、補正処理を終了する。

レーザ駆動回路１３は、再度上述の補正処理が実行されるまでの間、照射タイミング記憶部１１３に記憶された補正後の照射タイミング信号に基づいて、光源部２０にレーザ出力を行わせる。

図６を用いて上記補正処理をより具体的に説明する。図６では、時間ｔ（１）において、「｜Ｓ１（１）－Ｓ０（１）｜≦δ」であることにより、時間ｔ（２）の補正は行われず、「ｔ'（２）＝ｔ（２）」とされている。次に、時間ｔ（２）において、「｜Ｓ１（２）－Ｓ０（２）｜＞δ」であって、「Ｓ１（２）＞Ｓ０（２）」であることにより、「ｔ'（３）＝ｔ（３）－Δｔ」と補正が行われている。次に、時間ｔ（３）において、「｜Ｓ１（３）－Ｓ０（３）｜≦δ」であることにより、時間ｔ（４）の補正は行われず、「ｔ'（４）＝ｔ（４）」とされている。そして、時間ｔ（４）において、「｜Ｓ１（４）－Ｓ０（４）｜＞δ」であって、「Ｓ１（４）＞Ｓ０（４）」であることにより、「ｔ'（４）＝ｔ（４）－Δｔ」と補正が行われている。

以上のように、本実施形態に係る光走査装置１によれば、センサ出力の計測値と理想値との差に基づいて照射タイミング信号を補正し、この補正後の照射タイミング信号に基づくタイミングで光源部２０にレーザ光の出力を行わせるので、ドット位置の理想値からのずれ量を低減することができる。また、本実施形態に係る光走査装置１によれば、予め補正された照射タイミング信号に基づいて光源部２０を駆動するので、センサ出力を確認しながらレーザ光の打ち出し位置を決めるリアルタイムな制御が不要であり、ジッタ等の発生を抑制することができる。
（第１実施形態の第１変形例）
次に、上記実施形態の第１変形例について説明する。上記実施形態では、センサ出力の計測値と理想値との差の絶対値が閾値以上である場合に、照射時間間隔に所定値を加算又は減算する補正を行っている。本変形例では、センサ出力の計測値と理想値との差に応じた値で照射時間間隔を補正する。

図７は、第１変形例に係る照射タイミング信号の補正処理を説明するフローチャートである。図７に示すように、照射タイミング補正部１１２は、補正処理を開始すると、第１実施形態と同様に、まずパラメータｎを「１」に設定する（ステップＳ２０）。次に、照射タイミング補正部１１２は、時間ｔ（１）におけるセンサ出力Ｓ１（ｎ）とセンサ出力Ｓ０（ｎ）との差ΔＳを算出する（ステップＳ２１）。

次に、照射タイミング補正部１１２は、差ΔＳに所定の比例ゲイン係数Ｐを乗じた値を、時間ｔ（ｎ＋１）から減算し、この減算後の値を、補正後の時間ｔ'（ｎ＋１）とする（ステップＳ２２）。ここで、比例ゲイン係数Ｐは、センサ出力と時間との関係から適宜設定される。

この後、照射タイミング補正部１１２は、第１実施形態と同様に、「ｎ＝ｎ_ｍａｘ」であるか否かを判定し（ステップＳ２３）、「ｎ＜ｎ_ｍａｘ」である場合には（ＮＯ判定）、パラメータｎに「１」を加算して（ステップＳ４）、処理をステップＳ２１に戻す。すなわち、照射タイミング補正部１１２は、「ｎ＝ｎ_ｍａｘ」となるまで、ステップＳ２１及びＳ２２の処理を繰り返す。

照射タイミング補正部１１２は、ステップＳ２３において「ｎ＝ｎ_ｍａｘ」であると判定すると（ＹＥＳ判定）、時間ｔ（１）及び補正後の時間ｔ'（ｎ）（ここで、ｎ＝２～ｎ_ｍａｘ）を、照射タイミング信号として照射タイミング記憶部１１３に保存し（ステップＳ１８）、補正処理を終了する。

以上のように、本変形例では、センサ出力の計測値と理想値との差に応じた値で照射タイミング（照射時間間隔）を補正するので、より精度よくドット位置の補正を行うことができる。
（第１実施形態の第２変形例）
次に、上記実施形態の第２変形例について説明する。上記実施形態では、ミラー駆動回路１２は、図３（Ａ）に示すような三角波形状の駆動電圧に基づいてミラー３１を駆動しているが、本変形例では、図８に示すように、センサ出力の理想値からのずれ量を補償するように三角波形を歪ませた（ディストーションさせた）歪波形からなる駆動電圧を用いる。

図８に示す符号Ｖ'ａは、図３（Ａ）に示す三角波形Ｖａを歪ませた歪波形である。なお、図８では、三角波形Ｖｂを歪ませた歪波形の図示は省略している。

上記実施形態で説明した照射タイミング信号の補正処理の結果、例えば、レーザ光の照射時間間隔が短くなりすぎることがあるが、図８に示すような歪波形Ｖ'ａを用いることで、照射タイミングの補正量が小さくなり、照射時間間隔が過剰に短くなりすぎることを抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

上記実施形態では、光走査部３０を、Ｙ方向に一次元的に光を走査する一軸の光走査素子としているが、本実施形態では、光走査部３０を、互いに直交するＹ方向（第１方向）及びＸ方向（第２方向）に二次元的に光を走査する二軸の光走査素子とする。

図９は、第２実施形態の光走査装置の構成を示す図である。図９に示すように、光走査装置１Ａには、システムコントローラ１１内に、ミラー駆動周期補正部１１４と、ミラー駆動周期記憶部１１５との機能部が付加されている。

本実施形態では、光走査部３０は、ミラーをＸ方向に平行な揺動軸ＡＸの周りに揺動させてＹ方向に光を走査することに加えて、ミラーをＹ方向に平行な揺動軸ＡＹの周りに揺動させてＸ方向に光を走査することを可能とする。

すなわち、本実施形態では、光走査部３０は、ミラーをＹ方向に揺動させる第１アクチュエータとしての第１駆動梁と、ミラーをＸ方向に揺動させる第２アクチュエータとしての第２駆動梁とを有する。第１駆動梁は、第１実施形態で示した駆動梁３３Ａ，３３Ｂと同様の構成である。第２駆動梁についても第１実施形態で示した駆動梁３３Ａ，３３Ｂと同様の構成であるが、図２に示すミラー支持部３２の部分に、第１駆動梁とは梁の延在方向が直交するように形成されている。

第１駆動梁が有する駆動源と、第２駆動梁が有する駆動源とは、それぞれミラー駆動回路１２によって非共振駆動される。また、第１駆動梁には、ミラーのＹ方向への傾斜角を計測ための第１傾斜センサ（図２に示す傾斜センサ３７と同様）が設けられている。第２駆動梁には、ミラーのＸ方向への傾斜角を計測ための第２傾斜センサが設けられている。第１傾斜センサ及び第２傾斜センサは、第１変位センサ及び第２変位センサの一例である。

図１０は、第２実施形態において光走査部に供給する第１及び第２駆動電圧を例示する図である。図１０（Ａ）は、第１駆動梁が有する駆動源に供給される第１駆動電圧（第１駆動信号）を示している。図１０（Ａ）において、符号Ｖ１ａ及びＶ１ｂは、隣接した駆動源に印加される位相が互いに反転した三角波形を示している。図１０（Ｂ）は、第２駆動梁が有する駆動源に供給される第２駆動電圧（第２駆動信号）を示している。図１０（Ｂ）において、符号Ｖ２ａ及びＶ２ｂは、隣接した駆動源に印加される位相が互いに反転した三角波形を示している。

第１駆動電圧の周期Ｔ１は、第２駆動電圧の周期Ｔ２よりも長く、周期Ｔ１は、周期Ｔ２の整数倍である。本実施形態では、ミラーは、揺動軸ＡＸを低速軸としてＹ方向に低速駆動され、揺動軸ＡＹを低速軸としてＺ方向に高速駆動される。すなわち、光走査部は、Ｘ方向を主走査方向とし、Ｙ方向を副走査方向として２次元的に光走査を行う。

本実施形態では、センサ出力記憶部１１１には、第１傾斜センサからの第１センサ出力と、第２傾斜センサからの第２センサ出力とがそれぞれ記憶される。照射タイミング補正部１１２は、第２傾斜センサからの第２センサ出力に基づき、第１実施形態で示した補正処理によって、レーザ光の照射タイミング（時間間隔）を補正する。すなわち、照射タイミング補正部１１２は、ミラーのＸ方向への高速駆動時におけるレーザ光の照射タイミング信号を補正し、補正後の照射タイミング信号を、照射タイミング記憶部１１３に記憶させる。

ミラー駆動周期補正部１１４は、第１傾斜センサからの第１センサ出力に基づき、第１実施形態で示した補正処理と同様の方法で、ミラーの高速駆動時の駆動周期である第２駆動電圧の周期Ｔ２を補正する。図１１は、第１センサ出力の非線形性に基づいて補正された第２駆動電圧の周期Ｔ２を例示する。この第２駆動電圧の周期Ｔ２の補正方法は、補正後の時間間隔を周期Ｔ２に対応させること以外については、第１実施形態で示した補正処理と同一であり、第１実施形態及びその変形例として示したいずれの方法を用いることも可能である。

ミラー駆動周期補正部１１４は、ミラー駆動周期補正部１１４により補正された補正後の周期Ｔ２を記憶する。ミラー駆動回路１２は、ミラー駆動周期補正部１１４に記憶された周期Ｔ２に基づいてミラーのＸ方向への高速駆動を制御する。

なお、本実施形態では、ミラー駆動周期補正部１１４によって周期Ｔ２が補正されるので、照射タイミング補正部１１２は、ミラー駆動周期補正部１１４によって周期Ｔ２が補正された後、照射タイミングの補正を行うことが好ましい。

以上のように、本実施形態に係る光走査装置１Ａによれば、非共振駆動で二次元光走査を行う場合に、高速軸及び低速軸の両方向について、精度よくドット位置を補正することができる。

なお、上記各実施形態では、光走査部として、圧電駆動により駆動される光走査素子を用いているが、圧電駆動には限られず、静電駆動や、電磁駆動などいずれの駆動方式の光走査素子を用いてもよい。

また、照射タイミング補正部１１２及びミラー駆動周期補正部１１４による補正処理は、システムコントローラ内においてコンピュータプログラムにより実現される機能に限られず、ロジック回路や、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のプルグラムが可能な論理回路により実現してもよい。

また、本発明に係る光走査装置は、ＬｉＤＡＲなどの物体検知測距装置、人体を診断、又は人体情報を取得するためのプロジェクタ（眼底診断装置、静脈認証装置など）に適用することができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１，１Ａ光走査装置、１０光走査制御部、１１システムコントローラ、１２ミラー駆動回路、１３レーザ駆動回路、２０光源部、３０光走査部、３１ミラー、３２ミラー支持部、３３Ａ，３３Ｂ駆動梁、３４固定枠、３６駆動源、３７傾斜センサ、１１１センサ出力記憶部、１１２照射タイミング補正部、１１３照射タイミング記憶部、１１４ミラー駆動周期補正部、１１５ミラー駆動周期記憶部

Claims

照射タイミング信号に基づいて間欠的に光を出力する光源部と、
前記光源部から照射された光を反射するミラーと、
駆動信号に基づいて前記ミラーを変位させるアクチュエータと、
前記ミラーの変位に応じた信号を出力する変位センサと、
前記変位センサからの出力信号に基づいて、前記照射タイミング信号を補正する照射タイミング補正部と、
前記照射タイミング補正部により補正された前記照射タイミング信号を記憶する照射タイミング記憶部と、
を有し、
前記照射タイミング補正部は、前記出力信号の値と、前記駆動信号に対する前記ミラーの変位が線形である場合の理想値との差に基づいて前記照射タイミング信号を補正することを特徴とする光走査装置。
前記アクチュエータは圧電素子を有し、
前記駆動信号は前記圧電素子を駆動する駆動電圧であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記駆動信号は、三角波形状の駆動電圧であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
前記駆動信号は、三角波形を予め歪ませた歪波形からなる駆動電圧であることを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
照射タイミング信号に基づいて間欠的に光を出力する光源部と、
前記光源部から照射された光を反射するミラーと、
第１駆動信号に基づいて前記ミラーを第１方向に揺動させる第１アクチュエータと、
第２駆動信号に基づいて前記ミラーを前記第１方向と直交する第２方向に揺動させる第２アクチュエータと、
前記ミラーの前記第１方向への変位に応じた信号を出力する第１変位センサと、
前記ミラーの前記第２方向への変位に応じた信号を出力する第２変位センサと、
前記第１変位センサからの出力信号に基づいて、前記第２駆動信号の駆動周期を補正するミラー駆動周期補正部と、
前記第２変位センサからの出力信号に基づいて、前記照射タイミング信号を補正する照射タイミング補正部と、
前記ミラー駆動周期補正部により補正された前記駆動周期を記憶するミラー駆動周期記憶部と、
前記照射タイミング補正部により補正された前記照射タイミング信号を記憶する照射タイミング記憶部と、
を有することを特徴とする光走査装置。
照射タイミング信号に基づいて間欠的に光を出力する光源部と、
前記光源部から照射された光を反射するミラーと、
駆動信号に基づいて前記ミラーを変位させるアクチュエータと、
前記ミラーの変位に応じた信号を出力する変位センサと、
を有する光走査装置の制御方法であって、
前記変位センサからの出力信号に基づいて、前記駆動信号に対する前記ミラーの変位の非線形性による前記ミラーの反射光の位置ずれを低減するように前記照射タイミング信号を補正することを特徴とする光走査装置の制御方法。
照射タイミング信号に基づいて間欠的に光を出力する光源部と、
前記光源部から照射された光を反射するミラーと、
第１駆動信号に基づいて前記ミラーを第１方向に揺動させる第１アクチュエータと、
第２駆動信号に基づいて前記ミラーを前記第１方向と直交する第２方向に揺動させる第２アクチュエータと、
前記ミラーの前記第１方向への変位に応じた信号を出力する第１変位センサと、
前記ミラーの前記第２方向への変位に応じた信号を出力する第２変位センサと、
を有する光走査装置の制御方法であって、
前記第１変位センサからの出力信号に基づいて、前記第１駆動信号に対する前記ミラーの変位の非線形性による前記ミラーの反射光の位置ずれを低減するように、前記第２駆動信号の駆動周期を補正し、
前記第２変位センサからの出力信号に基づいて、前記第２駆動信号に対する前記ミラーの変位の非線形性による前記ミラーの反射光の位置ずれを低減するように前記照射タイミング信号を補正することを特徴とする光走査装置の制御方法。