JP7375378B2 - 光走査装置、光学計測装置、および、ロボット - Google Patents

Description

本開示は、光走査装置、光学計測装置、および、ロボットに関する。

光走査装置に関し、例えば、特許文献１には、揺動可能なミラーによってレーザー光を反射して被走査面に走査する装置が開示されている。特許文献１に開示された装置は、ミラーの周囲がパッケージとカバーガラスで覆われており、カバーガラスは、レーザー光源とミラーとの間に配置されている。これにより、カバーガラスによってレーザー光を透過しつつミラーを防塵する構成となっている。

特開２０１９－５３３３１号公報

しかし、特許文献１に開示された装置では、レーザー光源とミラーとの間にカバーガラスが配置されているため、光源とミラーとを近づけることが難しく、装置を小型化することが困難であった。このような課題は、光走査装置に限らず、光走査装置を備える光学計測装置やロボット等においても共通の課題である。

本開示の一形態によれば、光走査装置が提供される。この光走査装置は、光が出射される光射出部を有する光源ユニットと、支持部に支持されたミラーを有し、揺動軸を中心に前記ミラーを揺動させつつ、前記光射出部から出射された光を反射する走査部と、第１壁部および第２壁部を含む複数の壁部によって区画される一つの閉空間を有し、前記一つの閉空間に前記光射出部および前記走査部が配置された筐体と、を備え、前記第１壁部は、前記走査部により反射された光を透過し、前記第２壁部は、前記光源ユニットの一部を含み、前記一つの閉空間において、前記光源ユニットは、前記光射出部に向かって細くなるテーパー部を有し、前記テーパー部を有することにより、前記走査部によって反射された光が、前記光源ユニットによって遮蔽されることを抑制されている、ことを特徴とする。

第１実施形態におけるロボットの概略構成を示す図である。 光学計測装置の斜視図である。 光学計測装置の内部構成を概略的に示す図である。 走査部の平面図である。 走査部の断面図である。 走査部の斜視図である。 光走査装置の外観を示す斜視図である。 光走査装置から光源ユニットを取り外した状態を示す図である。 光走査装置内の部品配置を示す斜視図である。 光走査装置内の部品配置を示す平面図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の第１実施形態におけるロボット２の概略構成を示す図である。ロボット２は、ベース２１とアーム２２と光学計測装置４とを備えている。光学計測装置４は、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う装置である。ロボット２には、光学計測装置４の計測結果に基づいてロボット２の駆動を制御するロボット制御装置５と、ロボット制御装置５と通信可能なホストコンピューター６と、が接続されている。ロボット２、ロボット制御装置５、ホストコンピューター６、および、光学計測装置４は、有線または無線により通信可能である。通信は、インターネット等のネットワークを介してなされてもよい。

ロボット２は、例えば、部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット２の用途は、これらに限定されない。本実施形態におけるロボット２は、６軸ロボットであり、図１に示すように、床や天井に固定されるベース２１と、ベース２１に連結されたアーム２２と、を有する。

アーム２２は、第１アーム部２２１と、第２アーム部２２２と、第３アーム部２２３と、第４アーム部２２４と、第５アーム部２２５と、第６アーム部２２６とを備えている。第１アーム部２２１は、ベース２１に対して第１軸Ｏ１まわりに回動自在に連結されている。第２アーム部２２２は、第１アーム部２２１に対して第２軸Ｏ２まわりに回動自在に連結されている。第３アーム部２２３は、第２アーム部２２２に対して第３軸Ｏ３まわりに回動自在に連結されている。第４アーム部２２４は、第３アーム部２２３対してに第４軸Ｏ４まわりに回動自在に連結されている。第５アーム部２２５は、第４アーム部２２４に対して第５軸Ｏ５まわりに回動自在に連結されている。第６アーム部２２６は、第５アーム部２２５に対して第６軸Ｏ６まわりに回動自在に連結されている。第６アーム部２２６には、ロボット２に実行させる作業に応じたエンドエフェクター２４が装着される。以下では、アーム２２に対して、エンドエフェクター２４側を「先端」または「先端側」とも言い、ベース２１側を「基端」または「基端側」とも言う。

ロボット２は、第１駆動装置２５１と、第２駆動装置２５２と、第３駆動装置２５３と、第４駆動装置２５４と、第５駆動装置２５５と、第６駆動装置２５６とを備えている。第１駆動装置２５１は、ベース２１に対して第１アーム部２２１を回動させる。第２駆動装置２５２は、第１アーム部２２１に対して第２アーム部２２２を回動させる。第３駆動装置２５３は、第２アーム部２２２に対して第３アーム部２２３を回動させる。第４駆動装置２５４は、第３アーム部２２３に対して第４アーム部２２４を回動させる。第５駆動装置２５５は、第４アーム部２２４に対して第５アーム部２２５を回動させる。第６駆動装置２５６は、第５アーム部２２５に対して第６アーム部２２６を回動させる。第１駆動装置２５１から第６駆動装置２５６は、それぞれ、例えば、駆動源としてのモーターと、モーターの駆動を制御するコントローラーと、モーターの回転量を検出するエンコーダーと、を有している。第１駆動装置２５１から第６駆動装置２５６は、それぞれ、ロボット制御装置５によって独立して制御される。

ロボット２は、本実施形態の構成に限定されない。例えば、アーム２２が有するアーム部の数は１つ～５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。また、例えば、ロボット２の種類は、スカラロボットや、２つのアーム２２を有する双腕ロボットであってもよい。

ロボット制御装置５は、ホストコンピューター６から指令を受け、第１アーム部２２１から第６アーム部２２６が、指令に応じた位置となるように、第１駆動装置２５１から第６駆動装置２５６の駆動をそれぞれ独立して制御する。ロボット制御装置５は、例えば、コンピューターにより構成され、情報を処理する１または複数のプロセッサーと、プロセッサーに接続されたメモリーと、外部インターフェイスと、を有している。メモリーにはプロセッサーによって実行可能な各種プログラムが記憶されている。プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することにより、ロボット制御装置５およびロボット２の動作を制御する。

図２は、光学計測装置４の斜視図である。光学計測装置４は、ケース４０を備えている。本実施形態では、図１に示すように、ケース４０は、ロボット２の第５アーム部２２５に固定されている。なお、ケース４０が固定される位置は、第５アーム部２２５に限定されず、第１アーム部２２１から第４アーム部２２４、第６アーム部２２６、またはエンドエフェクター２４であってもよい。

ケース４０は、６つの壁面によって囲まれた箱状をなす。６つの壁面には、第５アーム部２２５に固定される底面４０１と、底面４０１と対向する頂面４０２と、第５アーム部２２５の先端側に位置する前面４０３と、第５アーム部２２５の基端側に位置する背面４０４と、互いに対向する第１側面４０５および第２側面４０６と、が含まれる。これらのうち、前面４０３には、レーザー光Ｌが出射する窓部４０３ａが設けられている、また、前面４０３からは、撮像部４７の一部が露出していてもよい。なお、ケース４０の形状は任意であり、特に限定されない。

ケース４０の構成材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼等の熱伝導率の優れた材料を用いることが好ましい。ただし、ケース４０の構成材料は、これらに限定されるわけではなく、例えば、樹脂やセラミックスを用いることも可能である。また、ケース４０は、その底面４０１によって、ロボット２の第５アーム部２２５に直接的に固定されてもよいし、固定のための接続部材を介して、第５アーム部２２５に固定されてもよい。

図３は、光学計測装置４の内部構成を概略的に示す図である。本実施形態における光学計測装置４は、位相シフト法を用いて対象物Ｗの三次元計測を行う装置である。光学計測装置４は、光走査装置３０と、撮像部４７と、制御部４８と、計測部４９とを備えている。

光走査装置３０は、対象物Ｗを含む領域にレーザー光Ｌによる三次元計測用のパターン光ＰＬを投影する装置である。光走査装置３０は、光源ユニット４１と走査部４５とを備えている。

光源ユニット４１は、レーザー光Ｌを出射する発光素子４２と、レーザー光Ｌが通過する複数のレンズを含む光学系４４と、を有する。発光素子４２としては、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、外部共振器型垂直面発光レーザー（ＶＥＣＳＥＬ）等の半導体レーザーを用いることができる。光学系４４は、第１集光レンズ４４１とライン化レンズ４４２とを有する。第１集光レンズ４４１は、発光素子４２から出射されるレーザー光Ｌを集光させるためのレンズである。ライン化レンズ４４２は、第１集光レンズ４４１によって集光されたレーザー光Ｌを、後述する揺動軸Ｊと平行な方向、すなわち図３の紙面奥行き方向に延びるライン状とするレンズであり、具体的には、ロッドレンズ、パウエルレンズ、およびシリンドリカルレンズ等である。光学系４４を通過したレーザー光Ｌは、走査部４５に向けて射出される。

走査部４５は、ライン化レンズ４４２によってライン状となったレーザー光Ｌを走査する機能を有する。走査部４５としては、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を用いることができる。走査部４５の詳細な構成については後述する。走査部４５によって走査されたレーザー光Ｌは、窓部４０３ａから射出される。

撮像部４７は、パターン光ＰＬが投影された対象物Ｗを含む領域を撮像して画像データを生成する。撮像部４７は、第５アーム部２２５から先端側を向くように配置される。撮像部４７は、レーザー光Ｌの照射範囲を含む領域において、少なくとも１つの対象物Ｗにパターン光ＰＬが投影されている状態を撮像する。撮像部４７は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサー等の撮像素子４７２と第２集光レンズ４７３とを備えたカメラ４７１を備えている。撮像部４７は、生成した画像データを計測部４９に送信する。

制御部４８は、走査部４５の駆動を制御するとともに、発光素子４２に駆動信号を印加することにより、発光素子４２の駆動を制御する。また、制御部４８は、カメラ４７１の駆動を制御し、所定のタイミングで対象物Ｗを含む領域を撮像する。

計測部４９は、撮像部４７から取得した複数の画像データに基づいて、対象物Ｗの三次元計測を行う。具体的には、対象物Ｗの姿勢、空間座標等を含む三次元情報を算出する。そして、計測部４９は、算出した対象物Ｗの三次元情報をホストコンピューター６に送信する。

制御部４８および計測部４９は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理する１または複数のプロセッサーと、プロセッサーに接続されたメモリーと、外部インターフェイスと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが記憶されている。プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することにより、光学計測装置４の動作を制御する。なお、計測部４９の機能は、制御部４８に組み込まれていてもよい。制御部４８や計測部４９は、ケース４０外に配置されていてもよく、例えば、ロボット制御装置５やホストコンピューター６に含まれていてもよい。

図４は、走査部４５の平面図である。図５は、走査部４５の断面図である。図６は、走査部４５の斜視図である。これらの図に示すように、走査部４５は、反射面４５０を有するミラー４５１と、ミラー４５１の裏面に配置されている永久磁石４５５と、ミラー４５１を支持する支持板４５２と、ミラー４５１と支持板４５２とを接続する軸部４５３と、を有する。また、走査部４５は、支持板４５２が配置されている第１部材４５７と、第１部材４５７と接続されている第２部材４５８と、第２部材４５８と接続されている第３部材４５９と、永久磁石４５５と対向するように配置されている電磁コイル４５６と、を有する。

図４～６では、静止した状態にある反射面４５０の法線が延在する方向のうち、紙面手前側を＋Ｚ軸方向とし、紙面奥側を－Ｚ軸方向とする。また、軸部４５３が延在する方向は、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向とする。さらに、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の双方と直交する方向をＹ軸方向とする。

ミラー４５１、軸部４５３、支持板４５２は、ＭＥＭＳによって構成されている。これらの構成材料としては、例えばシリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素等のケイ素系材料が用いられる。具体的には、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板にパターニング加工を施すことにより、支持板４５２とそれに接続される軸部４５３、４５３およびミラー４５１を形成することができる。

ミラー４５１は、光を反射する反射面４５０と、反射面４５０とは反対側に位置する第１裏面４５１ａと、を有する。反射面４５０は、レーザー光Ｌを反射する。なお、反射面４５０には、図示しない反射膜が成膜されている。反射膜としては、例えば、アルミニウム等の金属膜が用いられる。

第１裏面４５１ａには、永久磁石４５５が接着されており、永久磁石４５５は、ミラー４５１とともに揺動する。永久磁石４５５は、揺動軸Ｊと直交するＹ軸方向に磁化されている。永久磁石４５５としては、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等が用いられる。

軸部４５３は、ミラー４５１と支持板４５２とを接続しており、ミラー４５１を揺動軸Ｊまわりに揺動可能に支持している。軸部４５３は、Ｘ軸方向においてミラー４５１を両側から支持するように、ミラー４５１を挟んで配置されている。軸部４５３は、ミラー４５１の揺動軸Ｊまわりの揺動に伴って捩れ変形する。

支持板４５２は、Ｚ軸方向からの平面視において枠状をなし、ミラー４５１を取り囲むように配置されている。支持板４５２は、２つの軸部４５３、４５３を介してミラー４５１を揺動可能に支持している。

支持板４５２は、第２裏面４５２ａを有している。第２裏面４５２ａには、第１部材４５７が配置されている。第１部材４５７は、支持板４５２の機械的強度を補強する補強部としての機能を有している。第１部材４５７は、ＸＹ面に沿って広がる板状をなしている。第１部材４５７は、支持板４５２と同様に、Ｚ軸方向からの平面視において枠状をなしており、図５に示すように、ミラー４５１に対応する領域が貫通してなる開口部４５７１を有している。この開口部４５７１により、永久磁石４５５を配置するためのスペース、および、ミラー４５１が揺動するためのスペースが確保されている。以下では、支持板４５２および第１部材４５７のことを、ミラー４５１を支持する支持部４６０という。支持部４６０は、走査部４５において、ミラー４５１を支持する機能を有し、＋Ｚ軸方向を向く面を構成する。

第１部材４５７は、支持板４５２よりも－Ｙ軸方向に長く延びている。そして、－Ｙ軸方向の端部が第２部材４５８と接続されている。具体的には、第１部材４５７の－Ｚ軸方向の面のうち、－Ｙ軸方向の端部は、第２部材４５８によって支持されている第１支持面４５７２になっている。なお、支持板４５２は、第１部材４５７の－Ｙ軸方向の端部まで長く延びていてもよい。

第２部材４５８の＋Ｚ軸方向の端面が第１部材４５７に接続され、－Ｚ軸方向の端面が第３部材４５９に接続されている。本実施形態では、第１部材４５７を含む支持部４６０は、第２部材４５８によって、その－Ｙ軸方向の端部のみが支持されている。つまり、本実施形態では、第２部材４５８は、支持部４６０を片持ちしている。第２部材４５８は、第１部材４５７と第３部材４５９との間に介在している。これにより、第１部材４５７と第３部材４５９との間には、第２部材４５８の高さに等しい空間が形成される。

第３部材４５９は、ＸＹ面に沿って広がる板状をなしている。第３部材４５９の－Ｙ軸方向の端部が第２部材４５８と接続されている。具体的には、第３部材４５９の＋Ｚ軸方向の面のうち、－Ｙ軸方向の端部は、第２部材４５８を支持する第２支持面４５９２になっている。

第１部材４５７および第２部材４５８の構成材料としては、例えば、硼珪酸ガラス、石英ガラス等のガラス材料の他、シリコン、セラミックス、金属等を用いることができる。これらのうち、第１部材４５７および第２部材４５８は、ガラス材料によって構成されていることが好ましい。ガラス材料は、熱伝導率が比較的小さいことから、第１部材４５７や第２部材４５８の温度上昇を抑制する。このため、第１部材４５７の変形を効果的に抑制することができる。また、硼珪酸ガラスは、シリコンと線膨張係数が近いことから、例えば支持板４５２の構成材料がシリコン系材料である場合に好ましく用いられる。

第３部材４５９の構成材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金等の金属材料を用いることができる。これらの金属は、熱伝導率が比較的大きいことから、電磁コイル４５６で発生した熱を効率よく伝達させることができる。

第１部材４５７と第３部材４５９との間には、電磁コイル４５６が配置されている。電磁コイル４５６は、永久磁石４５５による静磁界中において、制御部４８による交流電流の通電によりローレンツ力を発生させ、永久磁石４５５が配置されているミラー４５１を揺動させる。

図５に示す電磁コイル４５６は、巻線４５６２と、巻線４５６２の内側に挿通されている第１磁気コア４５６４と、第１磁気コア４５６４を支持する第２磁気コア４５６６と、を含んでいる。第２磁気コア４５６６は、板状をなしており、第３部材４５９の＋Ｚ軸方向の面に配置されている。また、第１磁気コア４５６４は、円柱状をなしており、第２磁気コア４５６６に接続されている。

巻線４５６２には、図示しない配線を介して、制御部４８から交流電流および直流電流が印加される。また、第１磁気コア４５６４および第２磁気コア４５６６は、それぞれ磁路調整用のコアである。このような第１磁気コア４５６４および第２磁気コア４５６６を設けることにより、磁路が調整され、ミラー４５１を揺動させるトルクを増加させることができる。このため、電磁コイル４５６の消費電力を低減することができる。

また、第２磁気コア４５６６が第３部材４５９と接続されていることにより、巻線４５６２で発生する熱が第３部材４５９側に伝達されやすくなる。その結果、電磁コイル４５６の温度上昇をより緩和することができる。

第１磁気コア４５６４の構成材料および第２磁気コア４５６６の構成材料としては、それぞれ、例えば、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ－Ｚｎ系フェライト等の各種ソフトフェライト材料が挙げられる。

走査部４５では、揺動軸Ｊが、ライン状のレーザー光Ｌの延在方向、すなわち、ライン化レンズ４４２によって拡張されたレーザー光Ｌの拡幅方向と一致している。制御部４８から電磁コイル４５６に駆動信号が印加されると、ミラー４５１が揺動軸Ｊまわりに所定の周期で正・逆交互に揺動し、これにより、ライン状のレーザー光Ｌが面状に走査される。制御部４８は、ミラー４５１の揺動と同期させて発光素子４２からレーザー光Ｌを出射し、輝度値の明暗で表現した縦縞模様のパターン光ＰＬを対象物Ｗ上に投影する。ただし、パターン光ＰＬによって表される模様は、位相シフト法に用いることができるものであれば、特に限定されない。

本実施形態における位相シフト法では、制御部４８が、光源ユニット４１および走査部４５を制御してパターン光ＰＬを対象物Ｗに位相をπ／２ずつずらして４回投影し、その都度、パターン光ＰＬが投影された対象物Ｗを撮像部４７で撮像する。パターン光ＰＬの投影回数は、特に限定されず、撮影結果から位相が計算できる回数であればよい。また、ピッチの大きなパターンや逆に小さなパターンを用いて同様の投影と撮影を行い、位相接続を行ってもよい。ピッチの種類を増やすほど、計測範囲と分解能を向上させることができるが、撮影回数が増す分、画像データを取得するのに要する時間が増えて、ロボット２の稼働効率が低下する。そのため、三次元計測の精度および計測範囲とロボット２の稼働効率との兼ね合いからパターン光ＰＬの投影回数を適宜設定すればよい。

ホストコンピューター６は、撮像部４７による撮像結果に基づき計測部４９が算出した対象物Ｗの三次元情報からロボット２の位置指令を生成し、生成した位置指令をロボット制御装置５に送信する。ロボット制御装置５は、ホストコンピューター６から受信した位置指令に基づいて第１駆動装置２５１から第６駆動装置２５６をそれぞれ独立して駆動し、第１アーム部２２１から第６アーム部２２６を指示された位置に移動させる。

以下では、図７～図１０を用いて、光走査装置３０の具体的な構成について説明する。図７は、光走査装置３０の外観を示す斜視図である。図８は、光走査装置３０から光源ユニット４１を取り外した状態を示す図である。図９は、光走査装置３０内の部品配置を示す斜視図である。図１０は、光走査装置３０内の部品配置を示す平面図である。これらの図に示すように、光走査装置３０は、筐体３１と、光源ユニット４１と、走査部４５と、を備えている。

図７に示すように、光走査装置３０の筐体３１は、略直方体形状であり、本実施形態では、直方体の一部の角部が切り欠かれた形態を有している。筐体３１は、第１壁部３１１を備えている。第１壁部３１１は、内部に備えられた走査部４５のミラー４５１によって反射された光を透過するように構成されている。本実施形態では、第１壁部３１１に開口部が設けられ、その開口部にガラス板が接着されることによって、第１壁部３１１が構成されている。第１壁部３１１は、光走査装置３０が光学計測装置４のケース４０内に配置された際に、光学計測装置４に備えられた窓部４０３ａに対面する。なお、他の実施形態では、筐体３１の第１壁部３１１が省略され、その部分に、光学計測装置４のケース４０および窓部４０３ａが密着するように配置されてもよい。また、光学計測装置４の窓部４０３ａが省略され、光走査装置３０の第１壁部３１１が光学計測装置４の窓部として機能してもよい。

図８に示すように、筐体３１は、光源ユニット４１を保持する保持部３２０を備えている。本実施形態では、光源ユニット４１は、略円柱状の外観形状を有しており、内部に、発光素子４２と、第１集光レンズ４４１およびライン化レンズ４４２を含む光学系４４とを備える。光源ユニット４１の端部には、光が出射される光射出部４４５が備えられている。保持部３２０には、光源ユニット４１を収容するための貫通孔３２１が形成されている。この貫通孔３２１に対して光源ユニット４１が圧入されることで、保持部３２０は、光源ユニット４１を保持する。保持部３２０には、光源ユニット４１を筐体３１に対して位置決めするための位置決め構造が備えられてもよい。位置決め構造は、例えば、保持部３２０の外壁を通って光源ユニット４１の表面を貫くネジ穴と、そのネジ穴に螺合されるネジによって構成される。なお、本実施形態では、光源ユニット４１は、略円柱状の外観形状であるが、略四角柱状や略三角柱状の外観形状であってもよい。光源ユニット４１および保持部３２０の形状は、光源ユニット４１をケース４０に対して固定できればどのような形状でも構わない。

筐体３１は、その上面に蓋部３３を備えている。蓋部３３を取り外すと、図９および図１０に示すように、光走査装置３０の内部構造が露出する。

図９に示すように、筐体３１は、第１壁部３１１および第２壁部３１２を含む複数の壁部によって区画される閉空間３１８を有する。閉空間３１８は、外部から埃の侵入を防ぐ程度の気密性を有していればよく、完全に密閉されていなくてもよい。閉空間３１８には、光源ユニット４１に備えられた光射出部４４５と、走査部４５とが配置されている。走査部４５は、既に説明したとおり、支持部４６０に支持されたミラー４５１を有しており、揺動軸Ｊを中心にミラー４５１を揺動させつつ、光射出部４４５から出射された光を外部に向けて反射する。

本実施形態において、第２壁部３１２は、光源ユニット４１の一部を含む。すなわち、本実施形態では、閉空間３１８内に、光源ユニット４１の一部が突き出しており、その突き出した部分によって、閉空間３１８を区画する第２壁部３１２の一部が構成される。また、本実施形態では、保持部３２０の一部が、閉空間３１８に接している。つまり、保持部３２０の一部は、光源ユニット４１とともに閉空間３１８を区画する第２壁部３１２の一部を構成する。

閉空間３１８を区画する複数の壁部には、第１壁部３１１と第２壁部３１２の他に、走査部４５が固定される第４壁部３１４や、蓋部３３によって構成される第３壁部３１３、第１壁部３１１に対向する第５壁部３１５、第３壁部３１３に対向する第６壁部３１６が含まれる。本実施形態では、走査部４５は、光射出部４４５から出射された光を第１壁部３１１に向けて反射できるよう、光源ユニット４１の光軸ＯＸに対して傾斜して配置されている。走査部４５が固定される第４壁部３１４は、走査部４５が光源ユニット４１の光軸ＯＸに対して傾斜して配置されるように、第１壁部３１１や第５壁部３１５に対して傾斜している。第４壁部３１４には、走査部４５の第３部材４５９がネジ止めあるいは接着されている。

上記のとおり、本実施形態では、走査部４５は、光源ユニット４１の光軸ＯＸに対して傾斜している。そのため、図１０に示すように、走査部４５に備えられた支持部４６０は、光源ユニット４１からの距離ｄ１が近い一端部６１と、一端部６１よりも光源ユニット４１からの距離ｄ２が遠い他端部６２とを有する。本実施形態では、ミラー４５１の揺動軸Ｊから一端部６１までの距離ｄ３は、揺動軸Ｊから他端部６２までの距離ｄ４よりも短い。揺動軸Ｊから一端部６１までの距離ｄ３と、揺動軸Ｊから他端部６２までの距離ｄ４が異なるのは、図６に示したとおり、ミラー４５１が設けられた支持部４６０が、第２部材４５８によって片持ちされているためである。そのため、本実施形態では、第２部材４５８が、第５壁部３１５よりも第１壁部３１１に近い位置に配置される。

本実施形態では、光源ユニット４１は、光射出部４４５の周囲に、テーパー部４６を有している。つまり、光源ユニット４１は、閉空間３１８内において、光射出部４４５に向かって細くなるテーパー部４６を有する。光源ユニット４１の光射出部４４５が設けられている部分における外径は、光源ユニット４１の他の部分の外径よりも小さい。テーパー部４６のテーパー角θは、走査部４５のミラー４５１によって反射されたレーザー光Ｌが、光源ユニット４１によって遮蔽されない角度である。

本実施形態では、光源ユニット４１は、内部に発光素子４２を有している。この発光素子４２は、光源ユニット４１を保持部３２０に保持させた際に、閉空間３１８の外部となる位置に備えられている。そして、光源ユニット４１の光軸ＯＸに沿った、光射出部４４５とミラー４５１との間の第１距離Ｄ１よりも、光射出部４４５と発光素子４２との間の第２距離Ｄ２の方が長くなっている。

以上で説明した本実施形態の光走査装置３０によれば、光源ユニット４１の光射出部４４５と走査部４５とが筐体３１内の閉空間３１８に配置されている。そのため、これらを別の空間に配置するよりも、光走査装置３０を小型化できる。しかも、本実施形態では、一つの閉空間３１８中に、光射出部４４５と走査部４５とが配置されているため、レーザー光Ｌの外部への出射を、１回の第１壁部３１１の透過によって行うことができる。この点で、例えば、光射出部４４５を、第１壁部３１１の外部に配置して、レーザー光Ｌを複数回、第１壁部３１１を透過させるよりも、光の出力を高めることができる。

また、本実施形態では、ミラー４５１を支持する支持部４６０は、光源ユニット４１からの距離ｄ１が近い一端部６１と、一端部６１よりも光源ユニット４１からの距離ｄ２が遠い他端部６２とを有しており、揺動軸Ｊから一端部６１までの距離ｄ３は、揺動軸Ｊから他端部６２までの距離ｄ４よりも短い。そのため、閉空間３１８に走査部４５を効率的に配置できる。特に本実施形態では、このような構成によって、支持部４６０を支持する第２部材４５８が、第５壁部３１５よりも第１壁部３１１に近い位置に配置されることになるので、第２部材４５８が第１壁部３１１よりも第５壁部３１５に近い位置に配置されるよりも、光走査装置３０の奥行き方向の大きさ、すなわち、図１０における上下方向の大きさ、を小さくすることができる。さらに、上記のような構成によって、一端部６１をより光射出部４４５に近づけることができ、光走査装置３０の光軸ＯＸ方向の大きさ、すなわち、図１０における左右方向の大きさ、を小さくすることができる。

また、本実施形態では、光走査装置３０は、光源ユニット４１を保持する保持部３２０を備えている。そのため、光源ユニット４１を外部に配置するよりも装置全体の構成を小型化できる。しかも、本実施形態では、光源ユニット４１が略円柱状に構成されており、それが、保持部３２０に形成された貫通孔３２１内に配置されているので、光源ユニット４１と保持部３２０とが面で接触することになり、光源ユニット４１を安定して保持部３２０に固定することができる。

また、本実施形態では、保持部３２０が第２壁部３１２の一部を構成する。そのため、保持部３２０によって閉空間３１８の一部を区画でき、光走査装置３０を小型化できる。

また、本実施形態では、光源ユニット４１は、光射出部４４５に向かって細くなるテーパー部４６を備えている。そのため、光源ユニット４１が、ミラー４５１から反射された光を遮蔽することを抑制できるので、光源ユニット４１を走査部４５に接近させて配置することができる。従って、光走査装置３０を小型化できる。

また、本実施形態では、光源ユニット４１は、発光素子４２を有しており、光射出部４４５とミラー４５１との間の第１距離Ｄ１よりも、光射出部４４５と発光素子４２との間の第２距離Ｄ２の方が長い。この結果、発光素子４２によって発生した熱が、走査部４５に伝わりにくくなり、走査部４５によるレーザー光の走査の精度に影響を与えることを抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように光走査装置３０を小型化することができるので、光学計測装置４およびロボット２を小型化することが可能である。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ－１）上記実施形態では、ミラー４５１の揺動軸Ｊから支持部４６０の一端部６１までの距離ｄ３は、揺動軸Ｊから支持部４６０の他端部６２までの距離ｄ４よりも短くなっている。しかし、これとは逆に、揺動軸Ｊから一端部６１までの距離ｄ３は、揺動軸Ｊから支持部４６０の他端部６２までの距離ｄ４よりも長くてもよい。この場合であっても、上記実施形態では、光源ユニット４１にテーパー部４６が備えられているので、走査部４５の一端部６１付近が、光源ユニット４１に干渉することを抑制できる。

（Ｂ－２）上記実施形態では、光走査装置３０の筐体３１は、光源ユニット４１を保持する保持部３２０を備えている。しかし、保持部３２０は、光走査装置３０の筐体３１とは別体のものとして構成されてもよい。例えば、保持部３２０は、光学計測装置４のケース４０に取り付けられてもよい。この場合、保持部３２０は、第２壁部３１２の一部を構成せず、筐体３１に備えられた他の壁部によって、第２壁部３１２が構成される。

（Ｂ－３）上記実施形態では、保持部３２０は、光走査装置３０の第２壁部３１２の一部を構成している。これに対して、保持部３２０は、第２壁部３１２の一部を構成しなくてもよい。つまり、保持部３２０は、閉空間３１８を区画していなくてもよい。

（Ｂ－４）上記実施形態では、光源ユニット４１は、テーパー部４６を備えている。しかし、光源ユニット４１は、テーパー部４６を備えていなくてもよい。例えば、光源ユニット４１の光射出部４４５側の端部が、保持部３２０内に配置されている部分よりも縮径されていてもよい。

（Ｂ－５）上記実施形態では、光源ユニット４１の光射出部４４５とミラー４５１との間の第１距離Ｄ１よりも、光射出部４４５と発光素子４２との間の第２距離Ｄ２の方が長い。これに対して、これらの距離は逆の関係でもよく、光射出部４４５とミラー４５１との間の第１距離Ｄ１の方が、光射出部４４５と発光素子４２との間の第２距離Ｄ２よりも長くてもよい。

（Ｂ－６）上記実施形態では、光走査装置３０は、光学計測装置４に備えられている。しかし、光走査装置３０は、光学計測装置４に限らず、プロジェクターやヘッドアップディスプレイなどの画像表示装置に備えられてもよい。

（Ｂ－７）上記実施形態では、光学計測装置４は、ロボット２に備えられている。しかし、光学計測装置４は、ロボット２に限らず、コンピューターに接続されることにより三次元計測装置として利用されてもよいし、重機や建設機械、自動車等に搭載され、これらの動作を制御するための装置として利用されてもよい。

（Ｂ－８）上記実施形態において、光走査装置３０は、対象物Ｗに所定のパターン光ＰＬを投影することができれば、その構成は特に限定されない。例えば、上記実施形態では、光学系４４によってレーザー光Ｌをライン状に拡散しているが、これに限定されず、例えば、ＭＥＭＳやガルバノミラーを用いてライン状に拡散させてもよい。つまり、２つの走査部４５を用いてレーザー光Ｌを二次元走査してもよい。また、例えば、２軸自由度を有するジンバル型のＭＥＭＳを用いてレーザー光Ｌを二次元走査してもよい。

（Ｂ－９）上記実施形態では、ロボット制御装置５、計測部４９、制御部４８は、それぞれコンピューターによって構成されているものとした。しかし、これらは、各種のハードウェアによっても実現可能である。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせたモジュールを利用可能である。集積回路には、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）など、各種のＬＳＩが含まれる。

Ｃ．他の形態：
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

（１）本開示の第１の形態によれば、光走査装置が提供される。この光走査装置は、光が出射される光射出部を有する光源ユニットと、支持部に支持されたミラーを有し、揺動軸を中心に前記ミラーを揺動させつつ、前記光射出部から出射された光を反射する走査部と、第１壁部および第２壁部を含む複数の壁部によって区画される閉空間を有し、前記閉空間に前記光射出部および前記走査部が配置された筐体と、を備え、前記第１壁部は、前記走査部により反射された光を透過し、前記第２壁部は、前記光源ユニットの一部を含むことを特徴とする。
このような形態の光走査装置であれば、光源ユニットの光射出部と走査部とを筐体内の閉空間に配置できるので、装置を小型化できる。

（２）上記形態において、前記支持部は、一端部と、前記一端部よりも前記光源ユニットからの距離が遠い他端部とを有し、前記揺動軸から前記一端部までの距離は、前記揺動軸から前記他端部までの距離よりも短くてもよい。このような形態によれば、閉空間に走査部を効率的に配置できる。

（３）上記形態において、前記光源ユニットを保持する保持部を有してもよい。このような形態によれば、光走査装置によって光源ユニットを保持するため、装置を小型化できる。

（４）上記形態において、前記保持部の一部は、前記第２壁部の一部を構成してもよい。このような形態であれば、保持部によって閉空間の一部を区画できるため、装置を小型化できる。

（５）上記形態において、前記閉空間において、前記光源ユニットは、前記光射出部に向かって細くなるテーパー部を有してもよい。このような形態によれば、光源ユニットが、ミラーから反射された光を遮蔽することを抑制できるので、装置を小型化できる。また、光源ユニットが支持部に干渉することを抑制できる。

（６）上記形態において、前記光源ユニットは、発光素子を有し、前記光射出部と前記ミラーとの間の第１距離よりも、前記光射出部と前記発光素子との間の第２距離の方が長くてもよい。このような形態によれば、発光素子によって発生した熱が、走査部による走査の精度に影響を与えることを抑制できる。

（７）本開示の第２の形態によれば、光学計測装置が提供される。この光学計測装置は、上記いずれかの形態における光走査装置と、前記光走査装置から出射された光によって照らされた対象物を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像結果に基づき前記対象物の計測を行う計測部と、を備えることを特徴とする。このような形態であれば、光学計測装置を小型化できる。

（８）本開示の第３の形態によれば、ロボットが提供される。このロボットは、第２の形態における光学計測装置と、前記光学計測装置による計測結果を用いて制御されるアームと、を備えることを特徴とする。このような形態であれば、ロボットを小型化できる。

２…ロボット、４…光学計測装置、５…ロボット制御装置、６…ホストコンピューター、２１…ベース、２２…アーム、２４…エンドエフェクター、３０…光走査装置、３１…筐体、３３…蓋部、４０…ケース、４１…光源ユニット、４２…発光素子、４４…光学系、４５…走査部、４６…テーパー部、４７…撮像部、４８…制御部、４９…計測部、６１…一端部、６２…他端部、２２１…第１アーム部、２２２…第２アーム部、２２３…第３アーム部、２２４…第４アーム部、２２５…第５アーム部、２２６…第６アーム部、２５１…第１駆動装置、２５２…第２駆動装置、２５３…第３駆動装置、２５４…第４駆動装置、２５５…第５駆動装置、２５６…第６駆動装置、３１１…第１壁部、３１２…第２壁部、３１３…第３壁部、３１４…第４壁部、３１５…第５壁部、３１６…第６壁部、３１８…閉空間、３２０…保持部、３２１…貫通孔、４０１…底面、４０２…頂面、４０３…前面、４０３ａ…窓部、４０４…背面、４０５…第１側面、４０６…第２側面、４４１…第１集光レンズ、４４２…ライン化レンズ、４４５…光射出部、４５０…反射面、４５１…ミラー、４５１ａ…第１裏面、４５２…支持板、４５２ａ…第２裏面、４５３…軸部、４５５…永久磁石、４５６…電磁コイル、４５７…第１部材、４５８…第２部材、４５９…第３部材、４６０…支持部、４７１…カメラ、４７２…撮像素子、４７３…第２集光レンズ、４５６２…巻線、４５６４…第１磁気コア、４５６６…第２磁気コア、４５７１…開口部、４５７２…第１支持面、４５９２…第２支持面

Claims (7)

1. 光が出射される光射出部を有する光源ユニットと、
   支持部に支持されたミラーを有し、揺動軸を中心に前記ミラーを揺動させつつ、前記光射出部から出射された光を反射する走査部と、
   第１壁部および第２壁部を含む複数の壁部によって区画される一つの閉空間を有し、前記一つの閉空間に前記光射出部および前記走査部が配置された筐体と、を備え、
   前記第１壁部は、前記走査部により反射された光を透過し、
   前記第２壁部は、前記光源ユニットの一部を含み、
   前記一つの閉空間において、前記光源ユニットは、前記光射出部に向かって細くなるテーパー部を有し、
   前記テーパー部を有することにより、前記走査部によって反射された光が、前記光源ユニットによって遮蔽されることを抑制されている、
   光走査装置。
2. 請求項１に記載の光走査装置であって、
   前記支持部は、一端部と、前記一端部よりも前記光源ユニットからの距離が遠い他端部とを有し、
   前記揺動軸から前記一端部までの距離は、前記揺動軸から前記他端部までの距離よりも短い、光走査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光走査装置であって、
   前記光源ユニットを保持する保持部を有する、光走査装置。
4. 請求項３に記載の光走査装置であって、
   前記保持部は、前記第２壁部の一部を構成する、光走査装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光走査装置であって、
   前記光源ユニットは、発光素子を有し、
   前記光射出部と前記ミラーとの間の第１距離よりも、前記光射出部と前記発光素子との間の第２距離の方が長い、光走査装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光走査装置と、
   前記光走査装置から出射された光によって照らされた対象物を撮像する撮像部と、
   前記撮像部による撮像結果に基づき前記対象物の計測を行う計測部と、
   を備える光学計測装置。
7. 請求項６に記載された光学計測装置と、
   前記光学計測装置による計測結果を用いて制御されるアームと、
   を備えるロボット。

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