WO2017104510A1 - 光ビーム照射装置 - Google Patents

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WO2017104510A1
WO2017104510A1 PCT/JP2016/086407 JP2016086407W WO2017104510A1 WO 2017104510 A1 WO2017104510 A1 WO 2017104510A1 JP 2016086407 W JP2016086407 W JP 2016086407W WO 2017104510 A1 WO2017104510 A1 WO 2017104510A1
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WO
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light
unit
deflection angle
light beam
signal
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PCT/JP2016/086407
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English (en)
French (fr)
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克宜 松井
豊田　晴義
宅見　宗則
一隆 鈴木
中村　和浩
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to a light beam irradiation apparatus that irradiates a light beam.
  • Patent Literature 1 discloses an optical space transmission device equipped with a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror. This device generates a compensation signal for canceling the resonance vibration for the purpose of suppressing the resonance vibration of the MEMS mirror, and uses the drive signal obtained by adding the compensation signal to the position in the vicinity of the change point, thereby deflecting the MEMS mirror. It has a function to control.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the frequency of resonance vibration (resonance frequency) varies depending on the characteristics of the deflection angle variable mirror such as a MEMS mirror. In such a case, in the conventional optical space transmission device, it is difficult to sufficiently suppress the fluctuation of the irradiation angle of the light beam corresponding to the resonance frequency.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a light beam irradiation apparatus capable of sufficiently suppressing fluctuations in the irradiation angle of a light beam.
  • a light beam irradiation apparatus includes a light source that outputs light, a reflection mirror, and a drive unit that swings the reflection mirror by receiving a drive signal.
  • the light reflecting part that receives and reflects the light output from the light source by the reflecting mirror, and the light receiving surface that receives the light reflected by the reflecting mirror, the position of the light on the light receiving surface is determined by the resonance of the light reflecting part.
  • a position detection unit that detects at a frequency four times the frequency and outputs a detection signal indicating the position; a correction unit that corrects the drive signal based on the detection signal and outputs the corrected drive signal to the light reflection unit; .
  • the light beam output from the light source is reflected and irradiated by the light reflecting section.
  • the drive signal is supplied to the drive unit that swings the reflection mirror of the light reflection unit, whereby the deflection angle of the light reflection unit is controlled to a predetermined angle, and the irradiation angle of the light beam is set to a desired angle. Is done.
  • the position detection unit detects the light receiving position of the light beam on the light receiving surface at a frequency that is at least four times the resonance frequency of the light reflecting unit, and the drive signal supplied to the drive unit is corrected based on the detection result.
  • the irradiation angle of the light beam can be corrected following the resonance vibration of the reflecting mirror.
  • fluctuations in the light beam irradiation angle can be sufficiently suppressed.
  • the light beam irradiation can be controlled to a desired angle with high accuracy.
  • the fluctuation of the irradiation angle of the light beam can be sufficiently suppressed.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of a light deflection angle detection module 32 in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a plan view showing an example of the structure of the light deflection angle detection element 33 of FIG. 5.
  • 2 is a graph showing a waveform of a light deflection angle signal S angle detected by a light deflection angle detection unit 3 in FIG. 1 when the control frequency of the suppression control of the damped vibration response by the operation control unit 4 in FIG. 1 is changed.
  • It is a graph which shows the waveform of the optical deflection angle control signal Sctrl corresponding to the time of operation in FIG. 2 is a graph showing a waveform of a light deflection angle signal S angle detected by a light deflection angle detection unit 3 in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the light beam irradiation device 10 is a device capable of high-speed driving to irradiate a light beam at a desired angle, and a light source unit (light source) 1 that outputs a light beam L and a light beam L output from the light source unit 1.
  • the optical deflection angle detector 3 and the operation controller 4 are electrically connected by a signal line S1, and the optical deflector 2 and the operation controller 4 are electrically connected by a signal line S2.
  • the signal line S ⁇ b> 1 is provided to output a later-described light deflection angle signal S angle detected by the light deflection angle detection unit 3 to the operation control unit 4.
  • the signal line S ⁇ b > 2 is provided to output a later-described light deflection angle control signal Sctrl generated by the operation control unit 4 to the light deflection unit 2.
  • the light source unit 1 is a light source device capable of generating and irradiating a light beam L that is parallel light or a light beam L that is condensed on the light deflecting unit 2, for example, a laser diode (LD) element. And a collimating lens.
  • the light source unit 1 may be configured by combining another light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) and an optical device such as a lens.
  • the light source unit 1 has a spot diameter, an irradiation intensity, and a working distance in a light beam L that is parallel light to be generated and irradiated, or a light beam L that is collected on the light deflection unit 2, and the light deflection unit 2 and the light.
  • Adjustment is performed in advance so that each part of the deflection angle detector 3 is in an optimum state. Further, the light source unit 1 adjusts or controls the spot diameter, the irradiation intensity, and the working distance in the light beam L that is parallel light or the light beam L condensed on the light deflecting unit 2 to arbitrary values. One or more means or mechanisms may be provided.
  • the light deflecting unit 2 deflects the light beam L emitted from the light source unit 1 in a first direction and a second direction intersecting the first direction, respectively.
  • a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror which is a small mirror device composed of micro electromechanical elements, is employed as the light deflection unit 2.
  • the angle of the mirror that reflects the light beam L can be changed to an arbitrary angle at high speed.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a typical configuration of the main part of the drive part of the light deflection unit 2 realized by the MEMS mirror.
  • the following description will be made on the assumption that a general two-dimensional circular MEMS mirror is used in the driving portion of the optical deflecting unit 2.
  • the shape of the MEMS mirror used for the drive part in the optical deflecting unit 2 may be configured by a circle, a rectangle, a square, and other shapes.
  • the light deflection unit 2 includes a reflection mirror 21 that receives the light beam L emitted from the light source unit 1, two rectangular coils 22a and 22b, and two swing shafts (elastic bodies) 23a and 23b.
  • the drive part 24 is included.
  • the reflection mirror 21 is supported by the coil 22a from the outside through a swing shaft 23a formed of an elastic body such as a spring. Further, the reflection mirror 21 and the coil 22a can swing integrally with the swing shaft 23a as a rotation shaft. Further, the coil 22a is supported by the coil 22b from the outside through a rocking shaft 23b constituted by an elastic body such as a spring that intersects the rocking shaft 23a. The reflection mirror 21 and the coils 22a and 22b can swing integrally with the swing shaft 23b as a rotation shaft. In addition, a strong magnet (not shown) is provided below these coils 22a and 22b.
  • the optical deflection angle control signal (drive signal) Sctrl is supplied from the operation control unit 4 to each of the coils 22a and 22b.
  • the light deflection angle control signal Sctrl is supplied as a voltage signal or a current signal via the signal line S2 (FIG. 1).
  • the current corresponding to the light deflection angle control signal Sctrl is individually applied to each of the coil 22a and the coil 22b arranged in the strong magnetic field generated by the strong magnet. Flows, Lorentz force is generated in each of the coils 22a and 22b.
  • the reflection mirror 21 is oscillated around the oscillating shaft 23b (X direction) and the oscillating shaft 23a (Y direction) as rotation axes.
  • the direction of the swing angle and the magnitude of the swing angle in the swing shaft 23a and the swing shaft 23b can be individually adjusted by controlling the light deflection angle control signal Sctrl.
  • the light deflecting unit 2 causes the light beam L emitted from the light source unit 1 to be reflected by the reflecting mirror 21 in the X direction and the Y direction, respectively, so as to be output with a two-dimensional spread in the X direction and the Y direction. be able to.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a reflection state of the light beam L by the light deflecting unit 2.
  • the two-dimensionally swingable light deflection unit 2 transmits the light beam L emitted from the light source unit 1 in the X1 direction on the predetermined surface in the two-dimensional space and on the predetermined surface.
  • Driving is performed along the Y1 direction intersecting the X1 direction so as to be deflected by non-resonant driving.
  • the resonance frequency at the time of driving the light deflecting unit 2 is a characteristic such as an elastic coefficient of the oscillating shafts 23a and 23b including an elastic body, a characteristic such as a material or a shape of a member such as the reflection mirror 21 and the coils 22a and 22b, Alternatively, it is determined by environmental conditions such as temperature and humidity.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of the light deflection angle detection unit 3
  • FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the light deflection angle detection module 32 of FIG.
  • the light deflection angle detector 3 is a unit that detects the deflection angle of the two-dimensionally deflected light beam L, and includes a lens unit 31 and a light deflection angle detection module 32. Yes.
  • the optical deflection angle detection module 32 is electrically connected to a signal line S1 for outputting an optical deflection angle signal S angle to the operation control unit 4.
  • the light deflection angle detection unit 3 is configured to be able to detect the deflection angle of the light beam L over the entire movable range of the reflection mirror 21 in the light deflection unit 2.
  • the light deflection angle detection unit 3 is configured to be able to detect the light deflection angle at a frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2 described above.
  • the lens unit 31 is a light transmission means for transmitting the light beam L deflected along the X1 direction and the Y1 direction by the light deflecting unit 2 to the light deflection angle detection module 32 without loss.
  • the lens unit 31 may have a configuration in which a lens having an optimum performance for transmitting the light beam L to the light deflection angle detection module 32 without loss is selected, and a plurality of lenses are combined. It may be composed of a single lens.
  • the lens unit 31 may be omitted in downsizing the apparatus, and in that case, the light beam L may be directly incident on the light deflection angle detection module 32.
  • the light deflection angle detection module 32 includes a light deflection angle detection element 33, a light deflection angle calculation unit 34, and a control communication unit 35.
  • the light deflection angle detection element 33 is a photodetector having a plurality of pixels and a plurality of one-dimensional or two-dimensional light detection elements that output luminance information as numerical values for each pixel. Examples of such a light detector include an area sensor, a linear sensor, and a light sensor.
  • the light deflection angle detecting element 33 has a light receiving surface 33a that receives the light beam L reflected by the light deflecting unit 2, detects a light receiving position of the light beam L on the light receiving surface 33a, and outputs a detection signal indicating the light receiving position.
  • the light deflection angle calculation unit 34 includes a calculation circuit such as a microprocessor, and calculates the deflection angle of the light beam L using a predetermined calculation algorithm based on the detection signal output from the light deflection angle detection element 33. Then, an optical deflection angle signal S angle indicating the deflection angle is generated.
  • the control communication unit 35 controls the operation of the light deflection angle detection element 33 and the light deflection angle calculation unit 34, receives the light deflection angle signal S angle from the light deflection angle calculation unit 34, and receives the light deflection angle signal S angle is transmitted to the operation control unit 4 via the signal line S1.
  • the light deflection angle detector 3 is required to perform high-speed and high-precision measurement over the entire control range of the light beam L. From this point of view, as the light deflection angle detection module 32, one having a sensor with a frame rate corresponding to a frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2 is selected.
  • the optical deflection angle detection module 32 has a frame rate corresponding to a frequency that is five times or more the resonance frequency of the optical deflection unit 2. More preferably, it has a frame rate corresponding to a frequency of 10 times or more of the resonance frequency of the light deflection section 2.
  • a sensor having both a one-dimensional or two-dimensional CMOS sensor and a high-speed parallel image processing unit a sensor having a CMOS sensor for acquiring two-dimensional projection data, or an analog position detection sensor PSD. (Position Sensitive Detector).
  • a sensor including a high-speed two-dimensional CMOS sensor has a structure in which A / D converters are arranged in parallel and integrated on the sensor, so that high-speed reading can be realized.
  • FIG. 6 shows an example of the structure of the light deflection angle detection element 33 including a CMOS sensor for acquiring two-dimensional projection data.
  • each of the two-dimensionally arranged pixels constituting the light receiving surface 33a is configured by a combination of one column direction pixel 37a and one row direction pixel 37b.
  • the plurality of column direction pixels 37a are connected for each column and connected to the column direction shift register 38a as a pixel line for one column.
  • the plurality of row direction pixels 37b are connected for each row and connected to the row direction shift register 38b as a pixel line for one row.
  • the luminance distribution of the spot light of the light beam L incident on the light receiving surface 33a is integrated in the column direction and the row direction, respectively, and read to the column direction shift register 38a and the row direction shift register 38b. It is.
  • an 8-bit or 10-bit digital value is serially output from each of the column-direction shift register 38a and the row-direction shift register 38b via a built-in A / D converter, thereby detecting a digital signal. A signal is output.
  • the luminance distribution indicated by the digital signal indicated by the detection signal output from the column direction shift register 38a and the row direction shift register 38b is a Gaussian distribution obtained by projecting the spot light of the light beam L in the column direction and the row direction. It will be similar to
  • FIG. 7 shows an example of the luminance distribution of the detection signal output from the CMOS sensor 36 of FIG.
  • the detection signal Souta and the detection signal Soutb from the column direction shift register 38a and the row direction shift register 38b of the CMOS sensor 36 with respect to the spot light 39 of the light beam L incident on the light receiving surface 33a. Is output.
  • the diameters of the spot light 39 on the light receiving surface 33a in the row direction and the column direction appear as the half widths Xw and Yw, respectively.
  • the maximum luminance values Xh and Yh of the detection signals Souta and Soutb represent the maximum luminance value of the incident spot light 39.
  • the positions Xc and Yc on the light receiving surface 33a corresponding to the maximum luminance values Xh and Yh of the detection signals Souta and Soutb represent the two-dimensional positions of the pixels where the maximum luminance is detected.
  • the light deflection angle calculation unit 34 detects the positions Xc and Yc on the light receiving surface 33a corresponding to the maximum luminance values Xh and Yh on a pixel basis based on the detection signals Souta and Soutb.
  • the light deflection angle calculation unit 34 sets the calculation area appropriately based on the half-value widths Xw and Yw for the two-dimensional positions Xc and Yc, and executes the one-dimensional centroid calculation to obtain the maximum luminance.
  • the two-dimensional positions Xc and Yc of the pixels are recalculated with subpixel accuracy. Further, the light deflection angle calculation unit 34 calculates the deflection angle of the light beam L based on the two-dimensional positions Xc and Yc.
  • the CMOS sensor 36 having the above structure is equivalent to a combination of CMOS line sensors in the column direction and the row direction.
  • CMOS line sensors in the column direction and the row direction.
  • the output data amount is m ⁇ n times the data amount of one pixel.
  • the output data amount is m + n times the data amount of one pixel. Therefore, by adopting the CMOS sensor 36, it is possible to output the two-dimensional position information of the incident light at a high frame rate.
  • CMOS sensor 36 when a profile sensor which is a CMOS functional sensor for detecting two-dimensional position information is used as the CMOS sensor 36, it can be directly output at a high speed at a maximum frame rate of 3,200 Hz (in the case of an 8-bit output mode). . Further, since the amount of output data is greatly reduced, the signal processing circuit at the rear stage of the sensor can be greatly simplified. In addition, the CMOS sensor 36 can be easily handled because the sensor can be driven only by supplying two kinds of signals of a driving clock signal and a start pulse signal in addition to power supply for driving the sensor.
  • the sensor frame rate in the CMOS sensor 36 is determined by the conversion speed of the A / D converter built in the CMOS sensor 36, and from 10 times the current conversion speed by improving the A / D converter or the like.
  • the frame rate can be increased by about 100 times.
  • the conversion speed of the A / D converter is improved, the power consumption of the sensor also increases, so the conversion speed of the A / D converter is appropriately selected according to the purpose.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of the operation control unit 4.
  • the operation control unit 4 includes a light deflection angle signal input unit 43, a control calculation communication unit 44, and a light deflection angle control signal output unit 45, and the entire light beam irradiation apparatus 10 is configured. Perform motion control.
  • the operation control of the operation control unit 4 is repeatedly executed at a frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2 corresponding to the detection frequency of the light deflection angle detection unit 3.
  • the operation control of the operation control unit 4 is preferably executed at a frequency of 5 times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2 corresponding to the detection frequency of the light deflection angle detection unit 3.
  • the optical deflection angle signal input unit 43 receives the optical deflection angle signal S angle from the optical deflection angle detection unit 3 via the signal line S 1, and outputs the optical deflection angle signal S angle to the control calculation communication unit 44.
  • the control calculation communication unit 44 controls the light deflection angle control signal output unit 45 so as to correct the light deflection angle control signal Sctrl based on the light deflection angle signal S angle output from the light deflection angle signal input unit 43. .
  • Light deflection angle control signal output unit 45 generates a light deflection angle control signal S ctrl corrected by control of the control arithmetic communication unit 44, the light deflection angle control signal S ctrl via the signal line S2 to the light deflection unit 2 Output toward.
  • the operation control unit 4 configured as described above may be configured by, for example, a computer incorporating a processor, a signal acquisition device such as a frame grabber board, a signal output device such as a DA board, or the like, or specialized in the operation control described above. A dedicated control device or the like may be used.
  • FIG. 9 is a graph showing the waveform of the light deflection angle signal S angle detected by the light deflection angle detection unit 3 when the control of the light deflection angle is stopped in the light deflection unit 2.
  • a graph G1 shows a time change of the light deflection angle control signal Sctrl
  • a graph G2 shows a time change of the detected light deflection angle
  • a graph G3 shows a target value of the light deflection angle.
  • the light deflection angle and its target value are represented by a one-dimensional position of the spot light of the light beam L detected by the light deflection angle detection module 32, and the light deflection angle control signal Sctrl is represented by a signal current value.
  • the signal changes stepwise from -1mA as light deflection angle control signal S ctrl to + 1 mA is set. From this result, in the time variation of the detected light deflection angle, the amplitude width of the vibration at the time of switching from the light deflection angle control signal S ctrl of -1 mA + to 1mA is maximized, the light deflection angle gradually damped vibration It can be seen that the damped vibration response approaches the target time.
  • This damped vibration response is determined from the spring rigidity of the oscillating shafts 23a and 23b formed of an elastic body such as a spring in the light deflecting unit 2 formed of the MEMS mirror and the shape and size of each component of the MEMS mirror. And the duration of the vibration was found to be on the order of tens of milliseconds.
  • the damped vibration response becomes a factor that limits the speeding up and accuracy of the light deflection angle control. Therefore, in the present embodiment, in order to suppress the damped vibration response and realize high-precision light deflection angle control, the operation control unit 4 executes the damped vibration response suppression control process.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation procedure of the suppression control process of the damped vibration response by the operation control unit 4.
  • the operation control unit 4 calculates a difference value between the current position and the target position indicating the target value of the light deflection angle (step S02).
  • the target value of the light deflection angle may be obtained in advance and stored in the operation control unit 4, or the target value is measured and set in advance as a process prior to the damping vibration response suppression control process. May be. Furthermore, the operation control unit 4 calculates an integral value obtained by adding the difference value between the current position and the target position and the previous difference value (step S03). Then, the differential value is calculated by obtaining the difference between the difference value between the current position and the target position and the previous difference value by the operation control unit 4 (step S04).
  • the operation control unit 4 determines the current signal value (current value) of the light deflection angle control signal Sctrl (step S05). This signal value is determined so as to set a pre-pulse with a predetermined waveform in a predetermined initial period from the timing when the optical deflection angle is switched and the target value of the optical deflection angle transitions, and after that predetermined initial period, The signal value corresponding to the target value is set.
  • the operation control unit 4 applies coefficients to the difference values, integral values, and differential values obtained in steps S02 to S04. Are multiplied to obtain the added value, and PID control is executed based on the added value.
  • step S06 the signal value of the light deflection angle control signal Sctrl at the current control timing is corrected from the signal value of the light deflection angle control signal Sctrl at the previous control timing.
  • PID control is performed, but the control may be performed by using the difference value, the differential value, and the integral value each independently, and a plurality of the values are appropriately combined according to the purpose. Control may be performed. That is, P control using only the difference value may be executed, or PI control using only the difference value and the integral value may be executed.
  • the operation control unit 4 outputs the light deflection angle control signal Sctrl having the corrected signal value, thereby controlling the operation of the light deflection unit 2 (step S07).
  • the processes of steps S01 to S07 are repeatedly executed at a frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2 in accordance with the detection cycle of the light deflection angle detection unit 3.
  • 11 and 12 show the waveforms of the optical deflection angle signal S angle detected by the optical deflection angle detection unit 3 when the suppression control process of the damping vibration response by the operation control unit 4 is operated and when it is not operated. It is a graph to show.
  • a graph G1 shows a time change of the light deflection angle control signal Sctrl output from the operation control unit 4
  • a graph G2 shows a time change of the light deflection angle detected by the light deflection angle detection unit 3.
  • the graph G3 shows the target value of the light deflection angle.
  • the light beam L output from the light source unit 1 is reflected and irradiated by the light deflection unit 2.
  • the light deflection angle control signal Sctrl is supplied to the drive unit 24 that swings the reflection mirror 21 of the light deflection unit 2, whereby the deflection angle of the light deflection unit 2 is controlled to a predetermined angle, and the light beam The irradiation angle of L is set to a desired angle.
  • the light deflection angle detection unit 3 detects the light receiving position of the light beam L on the light receiving surface 33a at a frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2, and supplies it to the drive unit 24 based on the detection result.
  • the optical deflection angle control signal Sctrl is corrected.
  • the irradiation angle of the light beam L can be corrected following the resonance vibration of the reflection mirror 21.
  • fluctuations in the irradiation angle of the light beam L can be sufficiently suppressed.
  • the light beam irradiation can be controlled to a desired angle with high accuracy.
  • MEMS mirrors have been developed by applying micro electro mechanical system (MEMS) technology.
  • MEMS micro electro mechanical system
  • This MEMS mirror is an optical device that has both high-speed response and high-precision angle control characteristics, and is characterized by being small, low power consumption, and low cost.
  • the present inventors have found that there is a damped vibration response due to the spring rigidity of the spring structure included in the MEMS mirror and the shape of the built-in mirror, and the response duration is several tens of millimeters. I found out that it was about a second.
  • the measurement of the light deflection angle of the light beam L and the feedback control thereof are performed at a frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2 including the MEMS mirror.
  • the damped vibration response of the MEMS mirror can be suppressed to about several milliseconds.
  • the operation control unit 4 of the light beam irradiation device 10 corrects the drive signal by performing feedback control based on the angle information calculated based on the detection signal in the light deflection angle detection unit 3,
  • the irradiation angle of the light beam L can be corrected following the resonance vibration of the reflection mirror 21.
  • the light deflection angle detection unit 3 is a photodetector having a plurality of pixels, and a plurality of photodetector elements that output luminance information as numerical values for each pixel.
  • the photodetector is, for example, an area sensor, a linear sensor, an optical sensor, or the like. With such a configuration, the structure of the light deflection angle detector 3 can be further simplified.
  • FIG. 13 is a graph showing the waveform of the light deflection angle signal S angle detected by the light deflection angle detection unit 3 when the control frequency of the suppression control of the damped vibration response by the operation control unit 4 is changed.
  • FIG. 14 is a graph showing a waveform of a light deflection angle control signal Sctrl corresponding to the operation in FIG. In this case, the light deflection angle control signal Sctrl is set so that a pre-pulse for making the response of the light deflection angle control faster is not added.
  • FIG. 15 is a graph showing the waveform of the light deflection angle signal S angle detected by the light deflection angle detection unit 3 when the control frequency of the suppression control of the damped vibration response by the operation control unit 4 is changed.
  • FIG. 16 is a graph showing the waveform of the light deflection angle control signal Sctrl corresponding to the operation in FIG. In this case, the optical deflection angle control signal Sctrl was set so that a pre-pulse was added except in the case of open loop driving. Also from these measurement results, when the control frequency is 1 and 3 times the resonance frequency of the light deflecting unit 2, the influence of the damped oscillation of the light deflection angle remains, and the control frequency is 4 times or more of the resonance frequency.
  • the control frequency is set to four times or more of the resonance frequency regardless of whether the pre-pulse is added to the light deflection angle control signal Sctrl . It was found to be effective for suppression.
  • the light deflecting unit 2 can two-dimensionally deflect the light beam L in the first direction and the second direction intersecting the first direction.
  • a plurality of combinations of configurations that deflect the light beam L in a one-dimensional manner may be employed.
  • the configuration there is a configuration in which a plurality of one-dimensional MEMS mirrors that can swing the reflecting mirror along one direction are used.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a reflection state of the light beam L by the light deflecting unit 2 in a modification employing the configuration.
  • two one-dimensional MEMS mirrors 102a and 102b are provided, and one MEMS mirror 102a receives the light beam L and reflects it toward the other MEMS mirror 102b, and the other MEMS mirror. 102b further reflects the light beam L and outputs it on the light receiving surface 33a.
  • one MEMS mirror 102a is driven so as to deflect the light beam L emitted from the light source unit 1 by non-resonant driving along the X1 direction on the light receiving surface 33a
  • the other MEMS mirror 102b is The light beam L reflected by the MEMS mirror 102a is driven so as to be deflected by non-resonant driving along the Y1 direction intersecting the X1 direction on the light receiving surface 33a.
  • Such MEMS mirrors 102a and 102b are connected to the operation control unit 4 via a signal line S2 for transmitting the light deflection angle control signal Sctrl . Even with the modification described above, the irradiation angle of the light beam L can be controlled at high speed and with high accuracy.
  • the light beam irradiation apparatus 10 includes the light branching unit 26 that divides a part of the light beam L reflected by the light deflecting unit 2 into the light deflection angle detecting unit 3, and includes the light deflection angle detecting unit.
  • the three light receiving surfaces 33a may be configured to receive the light divided by the light dividing unit. For example, about 1% to several percent of the light intensity of the light beam L is branched by the light branching unit 26 and is incident on the light deflection angle detection unit 3.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a reflection state of the light beam L in the light deflecting unit 2 according to this modification.
  • the light beam L output from the light source unit 1 is incident on the light deflecting unit 2, and a part of the light beam L reflected by the light deflecting unit 2 is branched by the light branching unit 26 to detect the light deflection angle.
  • the light is incident on the light receiving surface 33 a in the portion 3.
  • FIG. 19 shows the configuration of a light beam irradiation apparatus 10A according to another modification of the present invention.
  • the light beam irradiation apparatus 10A differs from the above-described embodiment in that it further includes a measurement light source unit (monitoring light source) 6 different from the light source unit 1, and the measurement light source unit 6 measures the deflection angle of the light beam L. in that irradiating the measuring light beam L m for (monitor) to the light deflection unit 2.
  • the configuration of the measurement light source unit 6 is the same as that of the light source unit 1.
  • the light receiving surface 33a of the light deflection angle detector 3 is irradiated from the measurement light source unit 6, receiving the light for measurement is deflected by the light deflection unit 2 beam L m.
  • an arbitrary position on the optical path of the measuring light beam L m is the purpose of adjusting the irradiation intensity of the measuring light beam L m ND
  • One or a plurality of filters 5 may be arranged.
  • one or more ND filters 5 may be arranged at any position on the optical path of the light beam L, or the light deflecting unit.
  • the space between the 2 and the light deflection angle detector 3, the ND filter 5 for the purpose of adjusting the irradiation intensity of the measuring light beam L m may be disposed. According to such a modification, the irradiation angle can be controlled without affecting the output intensity of the light beam L.
  • FIG. 20 shows a configuration of a light beam irradiation apparatus 10B according to another modification of the present invention.
  • the light beam irradiation apparatus 10B is different from the light beam irradiation apparatus 10A according to the above modification in that the operation control unit 4, the light source unit 1, the operation control unit 4, and the measurement light source unit 6 are electrically connected by a signal line S3.
  • the lighting control of the light source unit 1 and the measurement light source unit 6 can be controlled by the operation control unit 4.
  • the operation control unit 4 can output a light source control signal S pulse for controlling the lighting timing to each of the light source unit 1 and the measurement light source unit 6 via the signal line S3.
  • FIG. 21 shows the configuration of a light beam irradiation apparatus 10C according to another modification of the present invention.
  • the light beam irradiation apparatus 10 ⁇ / b> C is different from the above-described embodiment in that it further includes a light deflection angle detection controller 7, and the sensors included in the light deflection angle detector 3 are controlled by the light deflection angle detection controller 7.
  • the pixel readout method can be controlled.
  • the frame rate decreases as the number of pixels of the sensor increases.
  • the light deflection angle detection control unit 7 of the light beam irradiation apparatus 10C is electrically connected to the operation control unit 4 by the signal line S2 and to the light deflection angle detection unit 3 by the signal lines S1 and S3. It is connected.
  • the optical deflection angle detection control unit 7 receives the optical deflection angle signal S angle from the optical deflection angle detection unit 3 and the optical deflection angle control signal S ctrl from the operation control unit 4.
  • the light deflection angle detection control unit 7 is based on the light deflection angle signal S angle , the light deflection angle control signal S ctrl , and the detection control signal input from the user of the light beam irradiation apparatus 10C.
  • the optical deflection angle detection control signal S dtct_ctrl for controlling the pixel reading method in FIG. 6 is generated, and the optical deflection angle detection control signal S dtct_ctrl is output to the optical deflection angle detection unit 3.
  • Examples of pixel readout methods controlled by the light deflection angle detection control unit 7 include “partial readout”, “binning readout”, and “skipping readout” methods. These pixel readout methods may be controlled independently, or may be controlled by combining a plurality of methods.
  • the light deflection angle detection control unit 7 first determines an operation control parameter based on the immediately preceding light deflection angle control signal Sctrl and the operation condition input from the user in each period of control of the pixel readout method.
  • This operating condition is information for setting a reading condition such as information on the control speed, for example.
  • the light deflection angle detection control unit 7 operates based on the light deflection angle control signal Sctrl and the operation conditions, and includes information indicating the pixel reading control speed and information indicating the range of the pixel to be read. Determine control parameters.
  • the operation control parameter is determined using both the light deflection angle control signal Sctrl and the operation condition, but may be determined using only one of them.
  • FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing the structure of a two-dimensional CMOS sensor according to this modification.
  • the two-dimensional CMOS sensor 36C has pixel units P00, P01, P02,... Pmn arranged two-dimensionally in m rows and n columns (m, n: an integer of 0 or more), and the total number of pixel units is It is m ⁇ n, which is the same number as the number of pixels.
  • Each pixel unit includes a photodiode, an amplifier, a transistor, and the like. In FIG. 22, for simplification of description, amplifiers, CDS circuits and the like in each pixel unit are not shown.
  • This two-dimensional CMOS sensor 36C amplifies charges photoelectrically converted by the photodiodes in each pixel unit with an amplifier, and responds to the amount of charges from any pixel by specifying addresses by the vertical shift register 138b and horizontal shift register 138a.
  • the selected signal can be selected and read out.
  • the frame rate of the sensor is slower than the frequency that is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2, and control cannot catch up. This may lead to a decrease in controllability.
  • the frame rate of the sensor can be improved and the light deflection angle can be controlled at a higher speed.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing the principle of partial reading controlled by the light deflection angle detection control unit 7.
  • FIG. 23A shows a pixel unit to be read on the two-dimensional CMOS sensor 36C, and FIG. Indicates the positional relationship between the pixel unit to be read and the spot light 39 of the light beam L.
  • the partial readout method can read out at a higher speed because the number of pixels to be read is smaller than in the case of reading out all pixels of m ⁇ n pixels.
  • the pixel unit to be read out of the two-dimensional CMOS sensor 36C is controlled according to the position and size of the spot light 39.
  • FIG. 23B shows that a filled pixel unit is a readout target.
  • the size of the spot light 39 on the light receiving surface on the two-dimensional CMOS sensor 36C is previously determined by the light source unit 1 that generates the spot light 39 and the optical system provided between the light source unit 1 and the two-dimensional CMOS sensor 36C. Is set. That is, the size of the spot light 39 is set to a size of one pixel or more in the partial readout region so that the two-dimensional position of the spot light 39 can be calculated with sub-pixel accuracy by one-dimensional centroid calculation.
  • the size of the spot light 39 is set so that it can be detected without deviating from the partial readout region even when the position of the spot light 39 is fluctuated due to vibration or the like.
  • the size of the spot light 39 is one or more pixels in the 3 ⁇ 3 pixel partial readout region, and from the 3 ⁇ 3 pixel partial readout region. The size is set so as not to deviate.
  • the light deflection angle detection control unit 7 acquires information on the position and size of the spot light 39 incident on the light receiving surface on the two-dimensional CMOS sensor 36C based on the light deflection angle signal S angle . Then, the light deflection angle detection control unit 7 generates the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl so that the partial reading area is moved and changed in accordance with the acquired position and size. At this time, the light deflection angle detection control unit 7 sets the reading start address and the reading end address in the row direction and the column direction in the reading range according to the operation control parameter.
  • the size of the partial readout region is set so that the frame rate of the two-dimensional CMOS sensor 36C is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing the principle of binning reading controlled by the light deflection angle detection control unit 7.
  • FIG. 24A shows a pixel unit to be read on the two-dimensional CMOS sensor 36C, and FIG. Indicates the positional relationship between the pixel unit to be read and the spot light 39 of the light beam L.
  • the vertical shift register 138b and the four pixel units P00, P01, P10, and P11 are integrated into one pixel and read by the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl.
  • the horizontal shift register 138a is controlled.
  • the luminance of one pixel obtained by integrating the four pixel units to be read may be read as a total value of the four pixel units or may be read as an average value of the four pixel units.
  • the luminance increases as compared with the luminance of one pixel unit, so that the sensitivity per pixel can be relatively improved.
  • the light deflection angle detection control unit 7 performs four adjacent pixel units P02, P03, P12, P13, pixel units P20, P21, P30, P31, pixel units P22, P23, P32, P33,. Control is performed so that each pixel unit is read out as one pixel.
  • the absolute number of pixels to be read is reduced as compared with the case of reading out all pixels of m ⁇ n pixels, so that the resolution is reduced, but the readout can be performed at a higher speed.
  • the two-dimensional CMOS sensor 36C is controlled so that binning readout is performed for every four adjacent pixel units.
  • FIG. 24B it is shown that each pixel unit painted with a different pattern is read out, and the position and size of the spot light 39 with respect to the pixel unit whose readout is controlled in this way are also shown.
  • the size of the spot light 39 on the light receiving surface on the two-dimensional CMOS sensor 36C is previously determined by the light source unit 1 that generates the spot light 39 and the optical system provided between the light source unit 1 and the two-dimensional CMOS sensor 36C. Is set.
  • the size of the spot light 39 is larger than the area processed as equivalent to one pixel by binning readout so that the two-dimensional position of the spot light 39 can be calculated with sub-pixel accuracy by one-dimensional centroid calculation.
  • the size of the spot light 39 is 2 ⁇ 2 pixels since each region of the 2 ⁇ 2 pixel unit is set as a region corresponding to one pixel in binning readout. It is set to be larger than the unit size.
  • the optical deflection angle detection control unit 7 sets the information for designating the binning readout range and the readout start address and readout end address in the binning readout range in the optical deflection angle control signal S dtct_ctrl . With this range designation and readout start address and readout end address settings, “how many pixels are read as one pixel” is designated. In the case of the two-dimensional CMOS sensor 36C, the binning readout range is designated in units of pixels by the vertical shift register 138b and the horizontal shift register 138a. As described above, the light deflection angle detection control unit 7 controls the driving conditions so that the frame rate in the light deflection angle detection is four times or more the resonance frequency in the light deflection unit 2.
  • the light deflection angle detection control unit 7 acquires information on the position and size of the spot light 39 incident on the light receiving surface on the two-dimensional CMOS sensor 36C based on the light deflection angle signal S angle. can do. Then, the light deflection angle detection control unit 7 may generate the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl so as to change the binning reading range in accordance with the position and size of the acquired spot light 39. As a result, even if the spot light 39 has a position fluctuation outside the binning readout range due to vibration or the like, the center of gravity position can be accurately calculated by newly setting the binning readout range following the position fluctuation. Can do.
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing the principle of skip reading controlled by the light deflection angle detection control unit 7.
  • FIG. 25A shows a pixel unit to be read on the two-dimensional CMOS sensor 36C, and FIG. Indicates the positional relationship between the pixel unit to be read and the spot light 39 of the light beam L.
  • the vertical shift register 138b and the horizontal shift register 138a are controlled so that the pixel units of one row of the pixel units P30, P31,. Since this skip reading is a method of reading out unnecessary rows and columns, the absolute number of pixels to be read is reduced compared with the case of reading out all pixels of m ⁇ n pixels, so that reading is performed at a higher speed. Is possible.
  • FIG. 25B shows that the setting of the skip region in the skip reading in the two-dimensional CMOS sensor 36C is controlled according to the position and size of the spot light 39, whereby the frame in the two-dimensional CMOS sensor 36C.
  • the rate can be increased.
  • FIG. 25B shows that the filled pixel unit is a pixel unit in the readout region, and the position and size of the spot light 39 with respect to the pixel unit whose readout is controlled in this way are also shown.
  • two rows sandwiched between pixel units set as readout areas are set as skipping areas.
  • the size of the spot light 39 on the light receiving surface on the two-dimensional CMOS sensor 36C is previously determined by the light source unit 1 that generates the spot light 39 and the optical system provided between the light source unit 1 and the two-dimensional CMOS sensor 36C. Is set. That is, the size of the spot light 39 is not less than the number of rows (or the number of columns) of the skipped reading skip region so that the two-dimensional position of the spot light 39 can be calculated with sub-pixel accuracy by one-dimensional centroid calculation. Is set to be For example, according to the example of FIG. 25B, the size of the spot light 39 is set to be equal to or larger than the pixel units of two rows that are the number of rows skipped in the row direction.
  • the light deflection angle detection control unit 7 uses the light deflection angle signal S angle and the operation control parameter to read out a read start address and read out end indicating information for specifying a read area in skip reading and information for specifying an area to skip.
  • the address is set to the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl .
  • the number of pixels to be read out and the number of pixels to be skipped out are specified by setting the read start address and read end address indicating the read area designation and the skip area designation.
  • the reading area and the skipping area are specified in units of pixels by the vertical shift register 138b and the horizontal shift register 138a.
  • the light deflection angle detection control unit 7 controls the driving conditions so that the frame rate in the light deflection angle detection is four times or more the resonance frequency in the light deflection unit 2. Further, the light deflection angle detection control unit 7 acquires information on the position and size of the spot light 39 incident on the light receiving surface on the two-dimensional CMOS sensor 36C based on the light deflection angle signal S angle. can do. Then, the light deflection angle detection control unit 7 may generate the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl so as to change the reading skip area in the skip reading in accordance with the position and size of the acquired spot light 39. .
  • the center of gravity position can be accurately calculated by newly setting the skipping region following the positional variation.
  • skip reading so that unnecessary rows and columns are thinned out, it is possible to perform reading at higher speed than when reading all pixels, and more accurate optical deflection angle control. Is possible.
  • CMOS sensor 36 having the configuration shown in FIG. 6 is employed. Even when the CMOS sensor 36 is used, as in the case of using the two-dimensional CMOS sensor 36C, the pixel reading method is controlled by the light deflection angle detection control unit 7, thereby improving the frame rate of the sensor and increasing the speed. Light deflection angle control is possible.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing the principle of partial reading controlled by the light deflection angle detection control unit 7.
  • FIG. 26A shows pixels to be read on the CMOS sensor 36, and FIG. The positional relationship between the pixel and the spot light 39 of the light beam L is shown.
  • the region 137a for three rows of pixels is set as a readout region by the row direction shift register 38b by the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl , and the region 137b for three columns of pixels. Is set as a read area by the column direction shift register 38a.
  • the area read by the row direction shift register 38b and the column direction shift register 38a is partially specified and selected.
  • the partial readout method can read out at a higher speed because the number of pixels to be read out is smaller than in the case of reading out all the pixels.
  • the pixel unit to be read out of the CMOS sensor 36 is controlled according to the position and size of the spot light 39.
  • FIG. 26B and the diagrams showing the positional relationship between the pixel to be read and the spot light of the light beam L shown in FIG. 26B one column represented by an isosceles triangle is shown for simplicity of explanation.
  • One pixel in the CMOS sensor 36 is represented by a combination of the direction pixel 37a and one row direction pixel 37b similarly represented by an isosceles triangle, and the pixel of the CMOS sensor 36 is 256 pixels ⁇ column direction 256 pixels. Some of the pixels are shown.
  • FIG. 26B and the diagrams showing the positional relationship between the pixel to be read and the spot light of the light beam L shown in FIG. 26B one column represented by an isosceles triangle is shown for simplicity of explanation.
  • One pixel in the CMOS sensor 36 is represented by a combination of the direction pixel 37a and one row direction pixel 37b similarly represented by an isosce
  • the size of the spot light 39 on the light receiving surface on the CMOS sensor 36 is set in advance by the light source unit 1 that generates the spot light 39 and the optical system provided between the light source unit 1 and the CMOS sensor 36. That is, the size of the spot light 39 is such that the two-dimensional position of the spot light 39 can be calculated with sub-pixel accuracy by one-dimensional centroid calculation. Is set to be larger than the size of one line.
  • the size of the spot light 39 is set so that it can be detected without deviating from the partial readout region even when the position of the spot light 39 is fluctuated due to vibration or the like.
  • three pixel line regions in the row direction and three pixel line regions in the column direction are set as partial readout regions.
  • the size of the spot light 39 is not less than the size of one pixel in the pixel line of the partial readout region in the row direction and the column direction, and does not deviate from the readout region in the row direction and the column direction. Is set.
  • the light deflection angle detection control unit 7 acquires information on the position and size of the spot light 39 incident on the light receiving surface on the CMOS sensor 36 based on the light deflection angle signal S angle . Then, the light deflection angle detection control unit 7 generates the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl so that the partial reading area is moved and changed in accordance with the acquired position and size. That is, the light deflection angle detection control unit 7 designates a partial reading position from the light deflection angle signal S angle and the operation control parameter.
  • the optical deflection angle detection control unit 7 sets the readout start address and readout end address in the row direction and the column direction in the readout range in the optical deflection angle detection control signal S dtct_ctrl according to the operation control parameter.
  • the range specified by partial reading is specified in units of pixel lines in the row direction and the column direction. Note that the size (number of pixel lines) of the partial readout region is set so that the frame rate of the CMOS sensor 36 is four times or more the resonance frequency of the light deflection unit 2.
  • the center of gravity position can be accurately calculated by newly setting the partial readout area following the positional fluctuation. Can do. Further, by selectively reading out only the area where the spot light 39 exists, it is possible to read out at a higher speed than in the case of reading out all the pixels, and it is possible to control the light deflection angle with higher accuracy.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing the principle of binning readout controlled by the light deflection angle detection control unit 7.
  • FIG. 27A shows pixels to be read on the CMOS sensor 36, and FIG. The positional relationship between the pixel and the spot light 39 of the light beam L is shown.
  • the region 137c and the region 137d for two rows of pixel lines are integrated and shifted in the row direction as a pixel line for one row by the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl. It is set as a read area read by the register 38b.
  • each of the region 137e and the region 137f for two columns of pixel lines is set as a readout region that is integrated and read by the column direction shift register 38a as a pixel line for one column.
  • the luminance value of the readout area read as the pixel lines for one row and one column may be the total value of the pixel lines of the plurality of rows and the plurality of columns, or the pixel lines of the plurality of rows and the plurality of columns of pixel lines. It may be an average value.
  • the luminance value increases as compared with before the binning readout, and therefore the sensitivity can be relatively improved.
  • binning readout a plurality of rows and columns of pixel lines can be read out as one row and one column of pixel lines. For this reason, the resolution is reduced as compared with the case of reading out all the pixel lines, but the number of pixel lines to be read is reduced, so that reading can be performed at higher speed.
  • the pixel unit to be read by the CMOS sensor 36 is controlled according to the position and size of the spot light 39.
  • the size of the spot light 39 on the light receiving surface on the CMOS sensor 36 is set in advance by the light source unit 1 that generates the spot light 39 and the optical system provided between the light source unit 1 and the CMOS sensor 36. That is, the size of the spot light 39 is determined so that the two-dimensional position of the spot light 39 can be calculated with sub-pixel accuracy by one-dimensional centroid calculation. It is set to be equal to or larger than the size of the column direction pixel line. For example, according to the example of FIG.
  • two pixel line regions in the row direction and two pixel line regions in the column direction are set as the pixel line regions to be binned readout.
  • the size of the spot light 39 is set to be equal to or larger than a region (2 rows and 2 columns) where binning readout is performed for one pixel line in the row direction and the column direction.
  • the optical deflection angle detection control unit 7 sets the information for designating the binning readout range and the readout start address and readout end address in the row direction and the column direction as the optical deflection angle detection control signal S dtct_ctrl . With this range designation and readout start address and readout end address settings, “how many pixel lines are read as one pixel line” is designated. In the case of the CMOS sensor 36, the binning readout range is designated in units of pixel lines by the row direction shift register 38b and the column direction shift register 38a. As described above, the light deflection angle detection control unit 7 controls the driving conditions so that the frame rate in the light deflection angle detection is four times or more the resonance frequency in the light deflection unit 2.
  • the light deflection angle detection control unit 7 acquires information on the position and size of the spot light 39 incident on the light receiving surface on the CMOS sensor 36 based on the light deflection angle signal S angle. Can do. Then, the light deflection angle detection control unit 7 may generate the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl so as to change the binning reading range in accordance with the position and size of the acquired spot light 39. As a result, even if the spot light 39 has a position fluctuation outside the binning readout range due to vibration or the like, the center of gravity position can be accurately calculated by newly setting the binning readout range following the position fluctuation. Can do. As described above, by performing binning readout that reads out multiple rows and multiple columns at a time, faster readout is possible than when all pixels are read out, and more accurate optical deflection angle control is possible. It becomes.
  • FIG. 28 is a schematic diagram showing the principle of skip reading controlled by the light deflection angle detection control unit 7.
  • FIG. 28A shows a pixel unit to be read on the CMOS sensor 36, and FIG. The positional relationship between the target pixel unit and the spot light 39 of the light beam L is shown.
  • the region 137g for one row of the pixel line is set as a read region to be read by the row direction shift register 38b by the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl.
  • a row is set as a skip region
  • a region 137h for one row of the next pixel line is set as a read region read by the row direction shift register 38b.
  • an area 137j for one column of pixel lines is set as a reading area to be read by the column direction shift register 38a, two columns of subsequent pixel lines are set as skipping areas, and one column of the next pixel line is set.
  • the region 137k is set as a read region to be read by the column direction shift register 38a.
  • the setting of the reading skip area in the skip reading in the CMOS sensor 36 is controlled according to the position and size of the spot light 39. Thereby, the frame rate in the CMOS sensor 36 can be increased.
  • control is performed so that one pixel line is read in the row direction, and then two pixel lines are skipped, and then one pixel line is read again.
  • control is performed so that one pixel line is read, then two pixel lines are skipped, and then one pixel line is read again.
  • the size of the spot light 39 on the light receiving surface on the CMOS sensor 36 is set in advance by the light source unit 1 that generates the spot light 39 and the optical system provided between the light source unit 1 and the CMOS sensor 36. That is, the size of the spot light 39 is set as a pixel line that is skipped in the row direction and the column direction by skipping readout so that the two-dimensional position of the spot light 39 can be calculated with sub-pixel accuracy by one-dimensional centroid calculation. It is set so as to be larger than the specified area. For example, according to the example of FIG. 28B, the size of the spot light 39 is set to be equal to or larger than the number of pixel lines (two pixel lines) skipped in the row direction and the column direction. Note that, in the detection signals Soutb and Soutb at this time, the output of the skipped pixel line does not appear, and only the output of the read pixel line appears.
  • the light deflection angle detection control unit 7 uses the light deflection angle signal S angle and the operation control parameter to read out a read start address and read out end indicating information for specifying a read area in skip reading and information for specifying an area to skip.
  • the address is set to the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl .
  • the number of pixel lines to be read and the number of pixel lines to be skipped are specified by the read start address and read end address settings indicating the read area designation and the skip area designation.
  • the reading area and the skipping area are specified in units of pixel lines by the column direction shift register 38a and the row direction shift register 38b.
  • the size of the pixel lines in the row direction and the column direction (the number of pixel lines to be skipped) of the skip region is set so that the frame rate of the CMOS sensor 36 is four times or more the resonance frequency of the light deflector 2. Is done. Further, the light deflection angle detection control unit 7 acquires information on the position and size of the spot light 39 incident on the light receiving surface on the CMOS sensor 36 based on the light deflection angle signal S angle. Can do. Then, the light deflection angle detection control unit 7 may generate the light deflection angle detection control signal S dtct_ctrl so as to change the reading skip area in the skip reading in accordance with the position and size of the acquired spot light 39. .
  • the center of gravity position can be accurately calculated by newly setting the reading area following the position fluctuation. Can do.
  • the partial reading described above may be used in combination.
  • the detection frequency of the position detection unit may be set to 5 times or more the resonance frequency of the light reflection unit. Further, the detection frequency of the position detection unit may be set to 10 times or more the resonance frequency of the light reflection unit.
  • the correction unit may correct the drive signal based on angle information related to the angle of the reflection mirror calculated based on the detection signal. In this way, the irradiation angle of the light beam can be stably corrected following the resonance vibration of the reflecting mirror.
  • the position detection unit may be a photodetector having a plurality of pixels, and a plurality of photodetector elements that output luminance information as numerical values for each pixel in a one-dimensional or two-dimensional array.
  • the drive signal may be a voltage signal or a current signal.
  • a light branching unit that splits the light reflected by the reflecting mirror may be further provided, and the light receiving surface of the position detection unit may receive the light split by the light branching unit.
  • a monitor light source that outputs monitor light for monitoring may be further provided, and the light receiving surface of the position detector may receive the monitor light. If this configuration is adopted, the irradiation angle can be controlled without affecting the output intensity of the light beam.
  • the drive unit includes an elastic body connected to the reflection mirror and a coil connected to the reflection mirror via the elastic body, and the drive signal is supplied to the coil to swing the reflection mirror.
  • the resonance frequency may be determined by the characteristics of the drive unit including the elastic body and the reflection mirror. In this case, when a configuration including an elastic body and a coil is employed as the drive unit, it is possible to sufficiently suppress fluctuations in the irradiation angle of the light beam following the resonance vibration of the reflection mirror.
  • One aspect of the present invention is to use a light beam irradiation apparatus that irradiates a light beam, and to sufficiently suppress fluctuations in the irradiation angle of the light beam.
  • SYMBOLS 1 Light source part (light source), 2 ... Light deflection part (light reflection part), 3 ... Light deflection angle detection part (position detection part), 4 ... Operation control part (correction part), 6 ... Measurement light source part (for monitoring) Light source), 7 ... light deflection angle detection control unit, 10, 10A, 10B, 10C ... light beam irradiation device, 21 ... reflection mirror, 22a, 22b ... coil, 23a, 23b ... oscillating shaft (elastic body), 24 ... drive unit, 26 ... optical branching section, 33a ... light-receiving surface, 37a ... column pixels (photodetector), 37b ... row pixels (light detection section), L ... light beams, L m ... measuring light beam (monitor light).

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Abstract

光ビーム照射装置１０は、光ビームＬを出力する光源部１と、反射ミラー２１と、駆動信号の供給を受けて反射ミラー２１を揺動させる駆動部２４とを有し、光源部１から出力された光ビームＬを反射ミラー２１で受けて反射する光偏向部２と、反射ミラー２１によって反射された光ビームＬを受ける受光面３３ａを有し、受光面３３ａ上での光ビームＬの位置を、光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数で検出し、その位置を示す検出信号を出力する光偏向角度検出部３と、その検出信号を基に駆動信号を補正し、当該補正した駆動信号を光偏向部２に出力する動作制御部４とを備える。

Description

光ビーム照射装置
　本発明の一側面は、光ビームを照射する光ビーム照射装置に関する。
　従来から、所望の角度で光ビームを照射する光ビーム照射装置が実現されている。例えば、下記特許文献１には、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro　Electro　Mechanical　System）ミラーを搭載した光空間伝送装置が開示されている。この装置は、ＭＥＭＳミラーの共振振動を抑制する目的で、共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、その補償信号を変化点近傍位置に付加した駆動信号を用いて、ＭＥＭＳミラーの偏向角を制御する機能を有する。
特開２００６－２７９８８８号公報
　上述した従来の光空間伝送装置においては、ＭＥＭＳミラー等の偏向角可変ミラーの特性によって共振振動の周波数（共振周波数）が様々変化する。そのような場合に、従来の光空間伝送装置においては、その共振周波数に対応して光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することが困難である。
　本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することが可能な光ビーム照射装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一形態にかかる光ビーム照射装置は、光を出力する光源と、反射ミラーと、駆動信号の供給を受けて反射ミラーを揺動させる駆動部とを有し、光源から出力された光を反射ミラーで受けて反射する光反射部と、反射ミラーによって反射された光を受ける受光面を有し、受光面上での光の位置を、光反射部の共振周波数の４倍以上の周波数で検出し、位置を示す検出信号を出力する位置検出部と、検出信号を基に駆動信号を補正し、当該補正した駆動信号を光反射部に出力する補正部と、を備える。
　本発明の上記形態に係る光ビーム照射装置によれば、光源から出力された光ビームが光反射部によって反射されて照射される。その際、光反射部の反射ミラーを揺動させる駆動部に駆動信号が供給されることによって、光反射部の偏向角度が所定の角度に制御されて光ビームの照射角度が所望の角度に設定される。それと同時に、位置検出部によって光反射部の共振周波数の４倍以上の周波数で受光面上の光ビームの受光位置が検出され、その検出結果を基に駆動部に供給される駆動信号が補正される。これにより、反射ミラーの共振振動に追随して光ビームの照射角度を補正することができる。その結果、光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することができる。また、光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することにより、光ビームの照射を所望の角度に高精度に制御することができる。
　本発明の一側面によれば、光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る光ビーム照射装置を示す概略構成図である。 ＭＥＭＳミラーによって実現される図１の光偏向部２の駆動部分の要部を示す平面図である。 図１の光偏向部２による光ビームＬの反射状態を示す斜視図である。 図１の光偏向角度検出部３の構成を示す斜視図である。 図４の光偏向角度検出モジュール３２の機能構成を示すブロック図である。 図５の光偏向角度検出用素子３３の構造の一例を示す平面図である。 図６のＣＭＯＳセンサから出力される検出信号の輝度分布の一例を示すグラフである。 図１の動作制御部４の機能構成を示すブロック図である。 図１の光偏向部２において光偏向角度の制御を停止した場合に図１の光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。 図１の動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御処理の動作手順を示すフローチャートである。 減衰振動応答の抑制制御処理を動作させなかった場合に光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。 減衰振動応答の抑制制御処理を動作させた場合に光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。 図１の動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御の制御周波数を変化させた場合に、図１の光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。 図１３における動作時に対応した光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの波形を示すグラフである。 図１の動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御の制御周波数を変化させた場合に、図１の光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。 図１５における動作時に対応した光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの波形を示すグラフである。 変形例の光偏向部２による光ビームＬの反射状態を示す斜視図である。 変形例の光偏向部２による光ビームＬの反射状態を示す斜視図である。 変形例にかかる光ビーム照射装置を示す概略構成図である。 別の変形例にかかる光ビーム照射装置を示す概略構成図である。 別の変形例にかかる光ビーム照射装置を示す概略構成図である。 変形例にかかる２次元ＣＭＯＳセンサの構造を示す概略構成図である。 図２１の光偏向角度検出制御部７によって制御された部分読み出しの原理を示す模式図である。 図２１の光偏向角度検出制御部７によって制御されたビニング読み出しの原理を示す模式図である。 図２１の光偏向角度検出制御部７によって制御された飛ばし読み出しの原理を示す模式図である。 図２１の光偏向角度検出制御部７によって制御された部分読み出しの原理を示す模式図である。 図２１の光偏向角度検出制御部７によって制御されたビニング読み出しの原理を示す模式図である。 図２１の光偏向角度検出制御部７によって制御された飛ばし読み出しの原理を示す模式図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　まず、本発明の一実施形態に係る光ビーム照射装置の概要を説明する。図１は、本実施形態に係る光ビーム照射装置１０の概略構成図である。この光ビーム照射装置１０は、所望の角度に光ビームを照射する高速駆動が可能な装置であり、光ビームＬを出力する光源部（光源）１と、光源部１から出力された光ビームＬを所望の偏向角度に反射させる光偏向部（光反射部）２と、光偏向部２によって反射された光ビームＬの偏向角度を検出する光偏向角度検出部（位置検出部）３と、光偏向部２の動作を制御する動作制御部（補正部）４とを含んで構成される。光偏向角度検出部３と動作制御部４とは信号線Ｓ１によって電気的に接続され、光偏向部２と動作制御部４とは信号線Ｓ２によって電気的に接続されている。信号線Ｓ１は、光偏向角度検出部３において検出された後述する光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを動作制御部４に対して出力するために設けられている。また、信号線Ｓ２は、動作制御部４によって生成される後述する光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌを光偏向部２に対して出力するために設けられている。
　光源部１は、平行光である光ビームＬ、あるいは、光偏向部２上で集光する光ビームＬの生成及び照射が可能な光源装置であり、例えば、レーザダイオード（ＬＤ：Laser　Diode）素子とコリメートレンズとを含んで構成される。また、光源部１は、ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）等の他の発光素子と、レンズ等の光学デバイスとが組み合わされて構成されていてもよい。光源部１は、生成および照射される平行光である光ビームＬ、あるいは、光偏向部２上で集光する光ビームＬにおけるスポット径、照射強度、及び作動距離が、光偏向部２および光偏向角度検出部３の各部において最適な状態となるように予め調整される。また、光源部１には、平行光である光ビームＬ、あるいは、光偏向部２上で集光する光ビームＬにおけるスポット径、照射強度、及び作動距離を任意の値に調整あるいは制御するための１つ以上の手段あるいは機構が備えられていてもよい。
　光偏向部２は、光源部１から照射された光ビームＬを第１の方向及び第１の方向と交差する第２の方向にそれぞれ偏向させる。例えば、光偏向部２として、微小電気機械素子により構成される小型ミラーデバイスであるＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　System）ミラーが採用される。ＭＥＭＳミラーを採用することにより、光ビームＬを反射させるミラーの角度を任意の角度に高速で変化させることが可能となる。
　図２は、ＭＥＭＳミラーによって実現される光偏向部２の駆動部分の要部における代表的な構成の一例を示す平面図である。図２では、光偏向部２における駆動部分において、一般的な２次元円形ＭＥＭＳミラーを用いる場合を仮定して以降の説明を行う。また、光偏向部２における駆動部分に用いられるＭＥＭＳミラーの形状は、円形、長方形、正方形、およびその他の形状により構成されていてもよい。この光偏向部２は、光源部１から照射される光ビームＬを受ける反射ミラー２１と、２つの矩形状のコイル２２ａ，２２ｂ、及び２本の揺動軸（弾性体）２３ａ，２３ｂを有する駆動部２４とを含んでいる。反射ミラー２１は、ばね等の弾性体によって構成される揺動軸２３ａを介してその外側からコイル２２ａによって支持される。また、反射ミラー２１及びコイル２２ａは揺動軸２３ａを回転軸として一体的に揺動可能である。さらに、コイル２２ａは揺動軸２３ａに交差する、ばね等の弾性体によって構成される揺動軸２３ｂを介してその外側からコイル２２ｂによって支持される。反射ミラー２１及びコイル２２ａ，２２ｂは揺動軸２３ｂを回転軸として一体的に揺動可能である。加えて、これらのコイル２２ａ，２２ｂの下部には図示しない強磁石が備えられている。
　上記の構成の光偏向部２は、コイル２２ａ，２２ｂのそれぞれに動作制御部４から光偏向角度制御信号（駆動信号）Ｓｃｔｒｌが供給される。この光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌは、信号線Ｓ２（図１）を介して電圧信号もしくは電流信号として供給される。光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの供給により、光偏向部２においては、強磁石によって生じる強磁場中に配置されたコイル２２ａ及びコイル２２ｂのそれぞれに個別に光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌに応じた電流が流れることにより、それぞれのコイル２２ａ及びコイル２２ｂにローレンツ力が発生する。このローレンツ力の作用により、反射ミラー２１は、揺動軸２３ｂ（Ｘ方向）および揺動軸２３ａ（Ｙ方向）を回転軸としてそれぞれ揺動される。このとき、揺動軸２３ａ及び揺動軸２３ｂにおける揺動角度の向き及び揺動角度の大きさは、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌを制御することにより、それぞれ個別に調整することが可能である。これにより、光偏向部２は、光源部１より照射された光ビームＬを反射ミラー２１でＸ方向およびＹ方向にそれぞれ反射させることにより、Ｘ方向及びＹ方向に２次元的な広がりをもって出力させることができる。
　図３は、光偏向部２による光ビームＬの反射状態を示す斜視図である。図３に示すように、２次元的に揺動可能な光偏向部２は、光源部１から照射される光ビームＬを、２次元空間内の所定面上のＸ１方向及び該所定面上でＸ１方向に交差するＹ１方向に沿って、それぞれ非共振駆動で偏向させるように駆動する。この光偏向部２の駆動時の共振周波数は、弾性体を含む揺動軸２３ａ，２３ｂの弾性係数等の特性や、反射ミラー２１、コイル２２ａ，２２ｂ等の部材の材質又は形状等の特性、あるいは温度や湿度等の環境条件等によって決定される。
　図４は、光偏向角度検出部３の構成を示す斜視図であり、図５は、図４の光偏向角度検出モジュール３２の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、光偏向角度検出部３は、２次元的に偏向された光ビームＬの偏向角を検出するユニットであり、レンズユニット３１と光偏向角度検出モジュール３２とによって構成されている。この光偏向角度検出モジュール３２には、動作制御部４に対して光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを出力するための信号線Ｓ１が電気的に接続されている。光偏向角度検出部３は、光偏向部２における反射ミラー２１の可動範囲全域にわたって光ビームＬの偏向角の検出が可能なように構成される。また、光偏向角度検出部３は、光偏向角度を、上述した光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数で検出可能であるように構成されている。
　レンズユニット３１は、光偏向部２によってＸ１方向及びＹ１方向に沿って偏向された光ビームＬを光偏向角度検出モジュール３２にロス無く伝達するための光伝達手段である。このレンズユニット３１は、光ビームＬを光偏向角度検出モジュール３２にロスなく伝達させるために最適な性能を持つレンズが選択され、複数枚のレンズが組み合わされた構成であってもよいし、単一のレンズで構成されたものであってもよい。なお、前記レンズユニット３１は、装置の小型化等においては省略されてもよく、その場合は光ビームＬが光偏向角度検出モジュール３２に直接入射してもよい。
　光偏向角度検出モジュール３２は、光偏向角度検出用素子３３、光偏向角度演算部３４、及び制御通信部３５を含んで構成されている。光偏向角度検出用素子３３は、複数の画素を有し、画素毎に輝度情報を数値として出力する光検出素子が１次元又は２次元に複数配列された光検出器である。このような光検出器としては、例えば、エリアセンサ、リニアセンサ、光センサ等がある。光偏向角度検出用素子３３は、光偏向部２によって反射された光ビームＬを受ける受光面３３ａを有し、受光面３３ａ上における光ビームＬの受光位置を検出し受光位置を示す検出信号を光偏向角度演算部３４に出力する。光偏向角度演算部３４は、マイクロプロセッサ等の演算回路を内蔵し、光偏向角度検出用素子３３から出力された検出信号を基に所定の演算アルゴリズムを用いて光ビームＬの偏向角度を算出し、その偏向角度を示す光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを生成する。制御通信部３５は、光偏向角度検出用素子３３及び光偏向角度演算部３４の動作を制御するとともに、光偏向角度演算部３４から光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを受けて、その光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを信号線Ｓ１を介して動作制御部４に送信する。
　本実施形態の光ビーム照射装置１０では、光ビームＬの照射位置を、既定の制御範囲において、任意の位置から任意の位置へ高速かつ高精度に変えるように制御することを可能にするため、光偏向角度検出部３には光ビームＬの制御範囲の全域における高速かつ高精度の計測が求められる。このような観点から、光偏向角度検出モジュール３２としては、光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数に対応するフレームレートのセンサを有するものが選択される。さらに、より高速かつ高精度に偏向角度を制御するためには、光偏向角度検出モジュール３２は、光偏向部２の共振周波数の５倍以上の周波数に対応するフレームレートを有するものであることが好ましく、光偏向部２の共振周波数の１０倍以上の周波数に対応するフレームレートを有するものであることがさらに好ましい。例えば、光偏向角度検出モジュール３２としては、１次元あるいは２次元ＣＭＯＳセンサと高速並列画像処理部とを併せ持つセンサ、２次元射影データ取得用のＣＭＯＳセンサを備えるセンサ、又はアナログ位置検出センサであるＰＳＤ（Position　Sensitive　Detector）等が挙げられる。高速２次元ＣＭＯＳセンサを備えるセンサによれば、Ａ／Ｄコンバータを列並列に配置しセンサ上に集積化した構造を有するので、高速読出しが実現可能である。
　図６には、２次元射影データ取得用のＣＭＯＳセンサを備える光偏向角度検出用素子３３の構造の一例が示されている。図６に示すように、ＣＭＯＳセンサ３６は、受光面３３ａを構成する２次元配列された各画素が、１つの列方向画素３７ａと１つの行方向画素３７ｂとの組み合わせによって構成される。複数の列方向画素３７ａは、列毎にそれぞれ結線され１列分の画素ラインとして列方向シフトレジスタ３８ａに接続される。同様に、複数の行方向画素３７ｂは、行毎にそれぞれ結線され１行分の画素ラインとして行方向シフトレジスタ３８ｂに接続されている。このような構造のＣＭＯＳセンサ３６により、受光面３３ａに入射した光ビームＬのスポット光の輝度分布は、列方向及び行方向にそれぞれ積算されて列方向シフトレジスタ３８ａ及び行方向シフトレジスタ３８ｂに読み出される。また、列方向シフトレジスタ３８ａ及び行方向シフトレジスタ３８ｂのそれぞれから、内蔵されたＡ／Ｄ変換器を経由して８ビットあるいは１０ビットのデジタル値がシリアル出力されることにより、デジタル信号である検出信号が出力される。このようにして列方向シフトレジスタ３８ａ及び行方向シフトレジスタ３８ｂから出力された検出信号の示すデジタル信号の示す輝度分布は、光ビームＬのスポット光を列方向及び行方向に射影したようなガウシアン分布に似たものとなる。
　図７には、図６のＣＭＯＳセンサ３６から出力される検出信号の輝度分布の一例を示している。図７に示すように、受光面３３ａに入射した光ビームＬのスポット光３９に対して、ＣＭＯＳセンサ３６の列方向シフトレジスタ３８ａ及び行方向シフトレジスタ３８ｂのそれぞれから、検出信号Ｓｏｕｔａ及び検出信号Ｓｏｕｔｂが出力される。これらの検出信号Ｓｏｕｔａ，Ｓｏｕｔｂにおいては、受光面３３ａ上のスポット光３９の行方向及び列方向の径が、それぞれの半値幅Ｘｗ，Ｙｗとして現れる。また、検出信号Ｓｏｕｔａ，Ｓｏｕｔｂの最大輝度値Ｘｈ，Ｙｈは、入射するスポット光３９の最大輝度値を表す。さらに、検出信号Ｓｏｕｔａ，Ｓｏｕｔｂの最大輝度値Ｘｈ，Ｙｈに対応する受光面３３ａ上の位置Ｘｃ，Ｙｃは、最大輝度を検出した画素の２次元位置を表す。このとき、光偏向角度演算部３４は、検出信号Ｓｏｕｔａ，Ｓｏｕｔｂを基に最大輝度値Ｘｈ，Ｙｈに対応する受光面３３ａ上の位置Ｘｃ，Ｙｃを画素単位で検出する。そして、光偏向角度演算部３４は、２次元位置Ｘｃ，Ｙｃを対象に、半値幅Ｘｗ，Ｙｗを基に演算領域を適切に設定したうえで１次元重心演算を実行することにより、最大輝度の画素の２次元位置Ｘｃ，Ｙｃを、サブピクセル単位の精度で再計算する。さらに、光偏向角度演算部３４は、２次元位置Ｘｃ，Ｙｃを基に光ビームＬの偏向角度を算出する。
　上記構造のＣＭＯＳセンサ３６は、ＣＭＯＳラインセンサを列方向及び行方向に組み合わせたものと同等である。通常の２次元ＣＭＯＳセンサにおいては、行方向画素数がｍ、列方向画素数がｎ（ｍ、ｎは任意の自然数）の場合、出力データ量は１画素のデータ量のｍ×ｎ倍となるが、ＣＭＯＳセンサ３６では、出力データ量は１画素のデータ量のｍ＋ｎ倍となる。従って、ＣＭＯＳセンサ３６を採用することにより、入射光の２次元位置情報を高速フレームレートで出力することが可能となる。例えば、ＣＭＯＳセンサ３６に２次元位置情報検出用ＣＭＯＳ機能センサであるプロファイルセンサを用いる場合には、最大３，２００Ｈｚ（８ビットの出力モードの場合）のフレームレートで高速に直接出力することができる。また、出力データ量が大幅に少なくなるため、センサ後段の信号処理回路の大幅な簡素化が可能となる。また、ＣＭＯＳセンサ３６においては、センサ駆動のための電源供給の他、駆動クロック信号とスタートパルス信号との２種類の信号の供給のみでセンサを駆動させることができるので取り扱いが容易であるという利点を有する。また、ＣＭＯＳセンサ３６におけるセンサフレームレートは、ＣＭＯＳセンサ３６に内蔵されるＡ/Ｄ変換器の変換速度により決定され、Ａ/Ｄ変換器の改良等により、現状の変換速度に比べて１０倍から１００倍程度のフレームレートの高速化が可能である。ただし、前記Ａ/Ｄ変換器の変換速度を向上させた場合には、センサにおける消費電力も上昇することとなるため、前記Ａ/Ｄ変換器の変換速度を目的に応じて適切に選択する。
　図８は、動作制御部４の機能構成を示すブロック図である。図８に示すように、動作制御部４は、光偏向角度信号入力部４３、制御演算通信部４４、及び光偏向角度制御信号出力部４５を含んで構成され、光ビーム照射装置１０の全体の動作制御を実行する。この動作制御部４の動作制御は、光偏向角度検出部３の検出周波数に対応して、光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数で繰り返し実行される。ここで、この動作制御部４の動作制御は、光偏向角度検出部３の検出周波数に対応して、光偏向部２の共振周波数の５倍以上の周波数で実行されることが好ましく、光偏向部２の共振周波数の１０倍以上の周波数で実行されることがさらに好ましい。光偏向角度信号入力部４３は、信号線Ｓ１を介して、光偏向角度検出部３から光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを受信し、その光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを制御演算通信部４４に出力する。制御演算通信部４４は、光偏向角度信号入力部４３から出力された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基に光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌを補正するように光偏向角度制御信号出力部４５を制御する。光偏向角度制御信号出力部４５は、制御演算通信部４４による制御により補正した光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌを生成し、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌを信号線Ｓ２を介して光偏向部２に向けて出力する。上記構成の動作制御部４は、例えば、プロセッサを内蔵するコンピュータ、フレームグラバボード等の信号取得デバイス、及びＤＡボード等の信号出力デバイス等によって構成されてもよいし、上記動作制御に特化した専用の制御装置等で構成されてもよい。
　次に、上述した光偏向部２および光偏向角度検出部３における光ビームＬの光偏向角度の検出の例を示す。図９は、光偏向部２において光偏向角度の制御を停止した場合に光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。図９において、グラフＧ１は光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの時間変化を示し、グラフＧ２は、検出された光偏向角度の時間変化を示し、グラフＧ３は、光偏向角度の目標値を示している。なお、光偏向角度およびその目標値は、光偏向角度検出モジュール３２によって検出される光ビームＬのスポット光の一次元位置で表されており、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌは信号電流値で表されている。この例では、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌとして－１ｍＡから＋１ｍＡまでステップ状に変化する信号が設定された。この結果から、検出された光偏向角度の時間変化においては、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの－１ｍＡから＋１ｍＡへの切り替え時に振動の振幅幅が最大となり、徐々に振動が減衰して光偏向角度の目標時に近づくような減衰振動応答を示すことがわかる。この減衰振動応答は、ＭＥＭＳミラーで構成される光偏向部２におけるばね等の弾性体によって構成される揺動軸２３ａ，２３ｂのばね剛性とＭＥＭＳミラーの各部品の形状及び大きさから決定されること、および、その振動の持続時間は数十ミリ秒程度であることが判明した。本実施形態のように、光偏向部２としてＭＥＭＳミラーが用いられた場合、減衰振動応答は光偏向角制御の高速化および高精度化を制限する要因となる。そこで、本実施形態では、減衰振動応答を抑制し高精度の光偏向角制御を実現するために、動作制御部４において減衰振動応答の抑制制御処理を実行する。
　以下、動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御処理の詳細について説明する。図１０は、動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御処理の動作手順を示すフローチャートである。
　まず、動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御処理が開始されると、光偏向角度検出部３から出力された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅから、光偏向部２によって反射された光ビームの現在の光偏向角度（角度情報）が特定される（ステップＳ０１）。この偏向角度は、光ビームＬのスポット光の位置によって表されてもよいし、光ビームＬの入射角度そのものによって表されてもよい。ここでは、スポット光の位置を基に制御する例を示す。次に、動作制御部４により、現在位置と光偏向角度の目標値を示す目標位置との差分値が演算される（ステップＳ０２）。この光偏向角度の目標値は、予め求められて動作制御部４内に記憶されていてもよいし、減衰振動応答の抑制制御処理の前段階の処理として目標値が事前に計測されて設定されてもよい。さらに、動作制御部４により、現在位置と目標位置との差分値と前回の差分値とを加えた積分値が演算される（ステップＳ０３）。そして、動作制御部４により、現在位置と目標位置との差分値と前回の差分値との差を求めることで微分値が演算される（ステップＳ０４）。
　その後、動作制御部４により、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの現在の信号値（電流値）が決定される（ステップＳ０５）。この信号値は、光偏向角度が切り替えられて光偏向角度の目標値が遷移したタイミングからの所定の初期期間においては所定波形のプリパルスを設定するように決定され、その所定の初期期間後はその目標値に対応した信号値に設定される。次に、現在のタイミングが、プリパルスが設定される初期期間が経過したタイミングである場合には、動作制御部４により、ステップＳ０２～Ｓ０４で求めた差分値、積分値、微分値のそれぞれに係数を乗じてそれらの加算値が求められ、その加算値を基にＰＩＤ制御が実行される。これにより、今回の制御タイミングにおける光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの信号値が、前回の制御タイミングにおける光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの信号値から補正される（ステップＳ０６）。ここでは、ＰＩＤ制御が実行されているが、前記差分値、微分値、積分値がそれぞれ単独で用いられて制御が行われても良く、前記各値が目的に応じて適切に複数組み合わされて制御が行われても良い。すなわち、差分値のみを用いるＰ制御が実行されてもよいし、差分値及び積分値のみを用いるＰＩ制御が実行されてもよい。最後に、動作制御部４により、補正された信号値の光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌが出力されて光偏向部２の動作が制御される（ステップＳ０７）。上記のステップＳ０１～Ｓ０７の処理は、光偏向角度検出部３の検出周期に合わせて、光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数で繰り返し実行される。
　図１１および図１２は、動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御処理を動作させた場合と動作させなかった場合に光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフである。それぞれのグラフにおいて、グラフＧ１は動作制御部４から出力された光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの時間変化を示し、グラフＧ２は、光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度の時間変化を示し、グラフＧ３は、光偏向角度の目標値を示している。
　図１１に示すように、減衰振動応答の抑制制御処理を動作させなかった場合には、目標値を中心にして減衰振動応答が計測されているが、図１２に示すように、減衰振動応答の抑制制御処理を動作させた場合には、１．５ｍｓｅｃ程度の時間で減衰振動が十分に抑制されており、目標値に対して高速高精度に収束していることがわかる。ここで、図１２に示すように、減衰振動応答の抑制制御処理を動作させた場合には、動作制御部４により目標値の切り換えタイミングの直後の初期期間（図１２における約０．０ｍｓｅｃ～約０．７ｍｓｅｃの間の期間）にプリパルスが設定されている。このプリパルスは、光偏向角度制御の応答をより速くするために設定される。
　以上説明した光ビーム照射装置１０によれば、光源部１から出力された光ビームＬが光偏向部２によって反射されて照射される。その際、光偏向部２の反射ミラー２１を揺動させる駆動部２４に光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌが供給されることによって、光偏向部２の偏向角度が所定の角度に制御されて光ビームＬの照射角度が所望の角度に設定される。それと同時に、光偏向角度検出部３によって光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数で受光面３３ａ上の光ビームＬの受光位置が検出され、その検出結果を基に駆動部２４に供給される光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌが補正される。これにより、反射ミラー２１の共振振動に追随して光ビームＬの照射角度を補正することができる。その結果、光ビームＬの照射角度の変動を十分に抑制することができる。さらに、光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することにより、光ビームの照射を所望の角度に高精度に制御することができる。
　従来の光ビーム制御装置には、ガルバノミラー等を用いた光偏向部が用いられてきた。当該光ビーム制御装置におけるミラー角度制御の高速性や精度は、ガルバノミラーに含まれるサーボモータの角度分解能又は回転速度、あるいは、エンコーダの位置分解能等の各部品の性能及び精度によって決定される。そのため、性能又は精度が異なる部品が組み合わされた装置においては、最も低い性能又は精度の部品により装置全体の性能又は精度が決定される。その結果、装置の高速化及び高精度化を図る場合、各部品の大型化及び高性能化が必要とされ、装置全体の大型化及び高コスト化を招く傾向にある。
　一方で、近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を応用してＭＥＭＳミラーの開発が進められている。このＭＥＭＳミラーは、高速応答性と高精度な角度制御特性とを併せ持ち、小型で低消費電力であり低コストであるという特徴を有する光学デバイスである。本発明者らは、このＭＥＭＳミラーの特性を評価した結果、ＭＥＭＳミラーに含まれるばね構造のばね剛性と内蔵するミラーの形状に起因する減衰振動応答が存在し、その応答持続時間が数十ミリ秒程度であることを新たに見出した。このことから、ＭＥＭＳミラーを光ビーム制御装置に用いた場合、光偏向角度の制御の高速化及び高精度化を図るため、減衰振動応答を抑制する必要があることが判明した。本実施形態の光ビーム照射装置１０によれば、光ビームＬの光偏向角度の計測及びその帰還制御を、ＭＥＭＳミラーを含む光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数で行うため、上述したＭＥＭＳミラーの減衰振動応答が数ミリ秒程度にまで抑制可能である。
　また、光ビーム照射装置１０の動作制御部４は、光偏向角度検出部３における検出信号に基づいて算出された角度情報を基に、帰還制御を実行することで駆動信号を補正することにより、反射ミラー２１の共振振動に追随して光ビームＬの照射角度を補正することができる。
　さらに、光偏向角度検出部３は、複数の画素を有し、画素毎に輝度情報を数値として出力する光検出素子が１次元又は２次元に複数配列された光検出器である。光検出器は、例えば、エリアセンサ、リニアセンサ、光センサ等である。このような構成により、光偏向角度検出部３における構造をより単純化することができる。
　次に、本実施形態にかかる光ビーム照射装置１０による減衰振動応答の抑制制御処理の動作例を示す。
　図１３は、動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御の制御周波数を変化させた場合に光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフであり、図１４は、図１３における動作時に対応した光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの波形を示すグラフである。この場合、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌは、光偏向角度制御の応答をより速くするためのプリパルスが付加されないように設定された。これらの測定結果により、減衰振動応答の抑制制御が実行されない場合（オープンループ駆動の場合）、及び制御周波数が光偏向部２の共振周波数の１倍及び３倍の場合には、光偏向角度の減衰振動の影響が残っていることが判明した。これに対して、制御周波数が光偏向部２の共振周波数の４倍以上の５倍及び１０倍の場合には、光偏向角度の減衰振動が十分に抑制されていることがわかった。
　また、図１５は、動作制御部４による減衰振動応答の抑制制御の制御周波数を変化させた場合に光偏向角度検出部３によって検出された光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅの波形を示すグラフであり、図１６は、図１５における動作時に対応した光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌの波形を示すグラフである。この場合、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌは、オープンループ駆動の場合以外は、プリパルスが付加されるように設定された。これらの測定結果によっても、制御周波数が光偏向部２の共振周波数の１倍及び３倍の場合には、光偏向角度の減衰振動の影響が残っており、制御周波数が共振周波数の４倍以上の５倍及び１０倍の場合には、光偏向角度の減衰振動が十分に抑制されていることがわかった。また、図１３～図１６の測定結果から、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌにプリパルスが付加されているか否かに関わらず、制御周波数が共振周波数の４倍以上に設定されることが減衰振動の抑制に効果的であることが判明した。
　以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。
　例えば、上記実施形態に係る光ビーム照射装置１０では、光偏向部２は、光ビームＬを第１の方向及び第１の方向と交差する第２の方向に２次元的に偏向させることが可能な構成を採用していたが、光ビームＬを１次元的に偏向させる構成の組み合わせが複数採用されてもよい。例えば、当該構成の一例として、１つの方向に沿って反射ミラーを揺動させることが可能な１次元ＭＥＭＳミラーを複数用いる構成がある。図１７は、当該構成を採用した変形例における光偏向部２による光ビームＬの反射状態を示す斜視図である。このような変形例においては、２つの１次元ＭＥＭＳミラー１０２ａ，１０２ｂが備えられており、一方のＭＥＭＳミラー１０２ａが光ビームＬを受けて他方のＭＥＭＳミラー１０２ｂに向けて反射させ、他方のＭＥＭＳミラー１０２ｂがさらに光ビームＬを反射させて受光面３３ａ上に出力する。このとき、一方のＭＥＭＳミラー１０２ａは、光源部１から照射される光ビームＬを、受光面３３ａ上のＸ１方向に沿って非共振駆動で偏向させるように駆動され、他方のＭＥＭＳミラー１０２ｂは、ＭＥＭＳミラー１０２ａによって反射された光ビームＬを受光面３３ａ上のＸ１方向に交差するＹ１方向に沿って非共振駆動で偏向させるように駆動される。このようなＭＥＭＳミラー１０２ａ，１０２ｂは、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌを伝送するための信号線Ｓ２を介して、動作制御部４に接続される。以上説明したような変形例によっても、光ビームＬの照射角度を高速かつ高精度に制御することができる。
　また、上記実施形態に係る光ビーム照射装置１０では、光偏向部２により反射される光ビームＬの一部を光偏向角度検出部３に分割する光分岐部２６を備え、光偏向角度検出部３の受光面３３ａにおいて光分割部で分割された光を受けるように構成されてもよい。例えば、光分岐部２６により、光ビームＬの光強度の１％から数％程度が分岐され光偏向角度検出部３に入射するように構成される。このような光分岐部２６を備えることで、光ビームＬにおける光強度に影響を与えることなく照射角度の制御を実現することができる。光分岐部２６としては、ビームサンプラー等の光学素子あるいは前記目的を満足する性能を持つ光学デバイスを含む構成が使用される。図１８は、本変形例にかかる光偏向部２における光ビームＬの反射状態を示す斜視図である。このように、光源部１から出力された光ビームＬは光偏向部２に入射され、光偏向部２で反射された光ビームＬの一部が光分岐部２６によって分岐され、光偏向角度検出部３における受光面３３ａに入射する。
　また、図１９には、本発明の別の変形例にかかる光ビーム照射装置１０Ａの構成を示している。この光ビーム照射装置１０Ａの上述した実施形態との相違点は、光源部１とは別の計測光源部（モニタ用光源）６をさらに備え、計測光源部６が光ビームＬの偏向角度の計測（モニタ）用の計測用光ビームＬｍを光偏向部２に照射する点である。計測光源部６の構成は光源部１と同様である。この光ビーム照射装置１０Ａにおいては、光偏向角度検出部３の受光面３３ａが、計測光源部６から照射され、光偏向部２によって偏向された計測用光ビームＬｍを受光する。また、計測光源部６と光偏向部２との間の空間において、計測用光ビームＬｍの光路上の任意の位置には、計測用光ビームＬｍの照射強度の調整を目的としたＮＤフィルタ５が単数あるいは複数枚配置されていてもよい。同様に、光源部１と光偏向部２との間の空間において、光ビームＬの光路上の任意の位置にも、ＮＤフィルタ５が単数あるいは複数枚配置されていてもよいし、光偏向部２と光偏向角度検出部３との間の空間にも、計測用光ビームＬｍの照射強度の調整を目的としたＮＤフィルタ５が配置されていてもよい。このような変形例によれば、光ビームＬの出力強度に影響を与えることなく照射角度の制御を実現することができる。
　また、図２０には、本発明の別の変形例にかかる光ビーム照射装置１０Ｂの構成を示している。この光ビーム照射装置１０Ｂにおける、上記変形例に係る光ビーム照射装置１０Ａとの相違点は、動作制御部４と光源部１及び動作制御部４と計測光源部６がそれぞれ信号線Ｓ３によって電気的に接続され、動作制御部４により光源部１及び計測光源部６の点灯タイミングの制御が可能である点である。詳細には、動作制御部４は、光源部１及び計測光源部６のそれぞれに対して、信号線Ｓ３を介して、点灯タイミングを制御する光源制御信号Ｓｐｕｌｓｅを出力可能である。このような変形例では、光源部１及び計測光源部６から任意のタイミングでパルス光を照射することが可能となり、光偏向角度検出部３における光偏向角度の検出速度及び動作制御部４における光偏向角度制御の周期に合わせて光ビームをパルス照射させることが可能となる。
　また、図２１には、本発明の別の変形例にかかる光ビーム照射装置１０Ｃの構成を示している。この光ビーム照射装置１０Ｃの上述した実施形態との相違点は、光偏向角度検出制御部７をさらに備え、この光偏向角度検出制御部７の制御により光偏向角度検出部３に含まれるセンサの画素読み出し方法の制御が可能にされている点である。通常は、センサの画素数が増加するほどフレームレートが低下するが、このような変形例によれば、センサの画素読み出し方法を適切に制御することによりセンサのフレームレートを向上させることが可能となるため、光偏向角度検出部３における光偏向角度検出速度をより向上させることが可能となる。
　図２１に示すように、光ビーム照射装置１０Ｃの光偏向角度検出制御部７は、信号線Ｓ２によって動作制御部４と、信号線Ｓ１，Ｓ３によって光偏向角度検出部３と、それぞれ電気的に接続されている。このような構成により、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度検出部３から光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅが入力され、動作制御部４から光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌが入力される。この光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅ、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌ、及び光ビーム照射装置１０Ｃのユーザから入力された検出制御信号を基に、光偏向角度検出部３における画素読み出しの方法を制御するための光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成し、その光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを光偏向角度検出部３に出力する。光偏向角度検出制御部７によって制御される画素読み出しの方法としては、「部分読み出し」、「ビニング読み出し」、「飛ばし読み出し」の方法が挙げられる。これらの画素読み出し方法は単独で制御されてもよいし、複数の方法が組み合わされて制御されてもよい。
　光偏向角度検出制御部７は、画素読み出し方法の制御の各周期において最初に、直前の光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌ、及びユーザから入力された動作条件を基に、動作制御パラメータを決定する。この動作条件は、例えば、制御速度に関する情報等の読み出し条件を設定する情報である。詳細には、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌ及び動作条件を基に、画素読み出しの制御速度を示す情報と、読み出し対象の画素の範囲を示す情報とを含む動作制御パラメータを決定する。このとき、動作制御パラメータは、光偏向角度制御信号Ｓｃｔｒｌと動作条件との両方を用いて決定されるが、どちらか一方のみを用いて決定されてもよい。
　以下、光偏向角度検出部３の光偏向角度検出モジュール３２として２次元ＣＭＯＳセンサを含むセンサが採用された場合の画素読み出し方法の制御の詳細について説明する。
　図２２は、本変形例にかかる２次元ＣＭＯＳセンサの構造を示す概略構成図である。このように、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃは、ｍ行ｎ列（ｍ，ｎ：０以上の整数）で二次元配列された画素ユニットＰ００，Ｐ０１，Ｐ０２，…Ｐｍｎを有し、画素ユニットの総数は画素数と同数のｍ×ｎ個である。各画素ユニットは、フォトダイオード、アンプ、トランジスタ等を含んで構成される。なお、図２２において、説明の簡略化のため、各画素ユニットにおけるアンプやＣＤＳ回路等は図示されていない。この２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃは、各画素ユニット内のフォトダイオードによって光電変換された電荷をアンプで増幅し、垂直シフトレジスタ１３８ｂ及び水平シフトレジスタ１３８ａによるアドレスの指定により、任意の画素から電荷量に対応した信号を選択して読み出すことが可能に構成されている。上記構成の２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃの全画素を対象に画素読み出しを実施する方法では、光偏向部２の共振周波数の４倍以上の周波数に比較してセンサのフレームレートが遅く、制御が追いつかずに制御性低下につながる恐れがある。本変形例では、光偏向角度検出制御部７によって画素読み出しの方法を制御することにより、センサのフレームレートを向上させ、より高速な光偏向角制御が可能とされる。
　図２３は、光偏向角度検出制御部７によって制御された部分読み出しの原理を示す模式図であり、（ａ）には２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の読み出し対象の画素ユニットを示し、（ｂ）には読出し対象の画素ユニットと光ビームＬのスポット光３９との位置関係を示している。
　図２３（ａ）に示す例においては、部分読み出しの領域として、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、読み出し対象の画素を特定するために、ｍ＝１，２，３、ｎ＝１，２，３が設定されている。このような光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、水平シフトレジスタ１３８ａ及び垂直シフトレジスタ１３８ｂによるアドレス指定が為されることにより、画素ユニットＰ１１～Ｐ１３，Ｐ２１～Ｐ２３，Ｐ３１～Ｐ３３の領域が選択的に読み出される。部分読み出しの方法は、ｍ×ｎ画素を全画素読み出す場合と比較して、読み出す画素数が少なくなるため、より高速に読み出すことが可能となる。
　また、図２３（ｂ）に示すように、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃの読み出し対象の画素ユニットはスポット光３９の位置及び大きさに応じて制御される。図２３（ｂ）中、塗りつぶされた画素ユニットが読み出し対象であることを示している。ここで、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の受光面におけるスポット光３９の大きさは、スポット光３９を生成する光源部１及び光源部１と２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃとの間に設けられる光学系により予め設定される。すなわち、スポット光３９の大きさは、スポット光３９の２次元位置を１次元重心計算によりサブピクセル精度で計算できるようにするため、部分読み出し領域の１画素以上の大きさに設定される。スポット光３９の大きさは、スポット光３９が振動等によって位置変動した場合においても部分読み出し領域から外れることなく検出可能な大きさとなるように設定される。例えば、図２３（ｂ）の例によれば、スポット光３９の大きさは、３×３画素の部分読み出し領域における１画素以上の大きさであり、かつ、３×３画素の部分読み出し領域から外れない大きさとなるように設定される。
　光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基に２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の受光面に入射しているスポット光３９の受光面上における位置及び大きさに関する情報を取得する。そして、光偏向角度検出制御部７は、部分読み出し領域を取得した位置及び大きさに合わせて移動及び変更させるように、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成する。このとき、光偏向角度検出制御部７は、動作制御パラメータに従って、読み出し範囲における行方向及び列方向の読み出し開始アドレスおよび読出し終了アドレスを設定する。なお、この部分読み出し領域の大きさは、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃのフレームレートが光偏向部２の共振周波数の４倍以上となるように設定される。これにより、スポット光３９が振動等により部分読み出し領域の外に位置変動した場合であっても、その位置変動に追随して部分読み出し領域を新たに設定することにより精度よく重心位置を計算することができる。また、スポット光３９が存在する領域のみを選択的に読み出すことにより、全画素を読み出す場合に比較して、より高速な読み出しが可能となり、より高精度な光偏向角制御が可能となる。
　図２４は、光偏向角度検出制御部７によって制御されたビニング読み出しの原理を示す模式図であり、（ａ）には２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の読み出し対象の画素ユニットを示し、（ｂ）には読出し対象の画素ユニットと光ビームＬのスポット光３９との位置関係を示している。
　図２４（ａ）に示す例においては、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、画素ユニットＰ００，Ｐ０１，Ｐ１０，Ｐ１１の４画素ユニットを１画素に統合して読み出すように、垂直シフトレジスタ１３８ｂ及び水平シフトレジスタ１３８ａが制御される。このとき、読み出される４画素ユニットを統合した１画素の輝度は、４画素ユニットの合計値として読み出されてもよいし、４画素ユニットの平均値として読み出されてもよい。特に、４画素ユニットの合計値とした読み出される場合は、１画素ユニットの輝度に比較して輝度が増加するため、相対的に１画素あたりの感度を向上させることができる。同様にして、光偏向角度検出制御部７により、画素ユニットＰ０２，Ｐ０３，Ｐ１２，Ｐ１３、画素ユニットＰ２０，Ｐ２１，Ｐ３０，Ｐ３１、画素ユニットＰ２２，Ｐ２３，Ｐ３２，Ｐ３３、…等の隣接する４つの画素ユニットのそれぞれを１画素として読み出すように制御される。ビニング読み出しの方法は、ｍ×ｎ画素を全画素読み出す場合と比較して、読み出す画素の絶対数が少なくなるため、解像度は低下するが、より高速に読み出すことが可能となる。
　図２４（ｂ）に示す例においては、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃは、隣接する４つの画素ユニット毎にビニング読み出しが為されるように制御される。図２４（ｂ）中、異なるパターンで塗りつぶされた画素ユニット毎に読み出されることが示されており、このように読み出しが制御された画素ユニットに対するスポット光３９の位置及び大きさも示されている。ここで、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の受光面におけるスポット光３９の大きさは、スポット光３９を生成する光源部１及び光源部１と２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃとの間に設けられる光学系により予め設定される。すなわち、スポット光３９の大きさは、スポット光３９の２次元位置を１次元重心計算によりサブピクセル精度で計算できるようにするため、ビニング読み出しにより１画素相当として処理される領域以上の大きさとなるように設定される。例えば、図２４（ｂ）の例によれば、スポット光３９の大きさは、２×２画素ユニットの各領域がそれぞれビニング読み出しにおける１画素相当の領域として設定されているので、２×２画素ユニットの大きさ以上となるように設定される。
　光偏向角度検出制御部７は、ビニング読み出しの範囲を指定する情報と、ビニング読み出し範囲における読み出し開始アドレスおよび読み出し終了アドレスとを、光偏向角度制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌに設定する。この範囲指定および読み出し開始アドレスおよび読み出し終了アドレス設定により、「何画素を１画素として読み出すか」が指定される。このビニング読み出し範囲の指定は、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃの場合、垂直シフトレジスタ１３８ｂ及び水平シフトレジスタ１３８ａにより画素単位で指定される。以上のように、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度検出におけるフレームレートが、光偏向部２における共振周波数の４倍以上となるように駆動条件を制御する。また、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基に２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の受光面に入射しているスポット光３９の受光面上における位置及び大きさに関する情報を取得することができる。そして、光偏向角度検出制御部７は、取得したスポット光３９の位置及び大きさに合わせてビニング読み出しの範囲を変更させるように、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成してもよい。これにより、スポット光３９が振動等によりビニング読み出し範囲の外に位置変動した場合であっても、その位置変動に追随してビニング読み出し範囲を新たに設定することにより精度よく重心位置を計算することができる。以上説明したように、複数の画素を１画素としてまとめて読み出すビニング読み出しを行うことにより、全画素を読み出す場合に比較して、より高速な読み出しが可能となり、より高精度な光偏向角制御が可能となる。
　図２５は、光偏向角度検出制御部７によって制御された飛ばし読み出しの原理を示す模式図であり、（ａ）には２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の読み出し対象の画素ユニットを示し、（ｂ）には読出し対象の画素ユニットと光ビームＬのスポット光３９との位置関係を示している。
　図２５（ａ）に示す例においては、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、画素ユニットＰ００，Ｐ０１，…Ｐ０ｎの１行分の画素ユニットを読み出した後、画素ユニットＰ１０，Ｐ２０のそれぞれを先頭とする２行の画素ユニットを読み飛ばした後、画素ユニットＰ３０，Ｐ３１，…Ｐ３ｎの１行分の画素ユニットを読み出すように、垂直シフトレジスタ１３８ｂ及び水平シフトレジスタ１３８ａが制御される。この飛ばし読み出しは、不必要な行及び列を間引くように読み出す方法であるため、ｍ×ｎ画素を全画素読み出す場合と比較して、読み出す画素の絶対数が少なくなるため、より高速に読み出すことが可能となる。
　また、図２５（ｂ）に示すように、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃにおける飛ばし読み出しにおける読み飛ばし領域の設定はスポット光３９の位置及び大きさに応じて制御することにより、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃにおけるフレームレートを高速化することが可能となる。図２５（ｂ）において、塗りつぶされた画素ユニットが読み出し領域の画素ユニットであることを示しており、このように読み出しが制御された画素ユニットに対するスポット光３９の位置及び大きさも示されている。また、図２５（ｂ）中において点線で示すように、読み出し領域として設定された画素ユニットの間に挟まれた２行が、読み飛ばし領域として設定され、この読み出し領域として設定された画素ユニットより前の行の画素ユニット、及び読み出し領域として設定された画素ユニットより後の行の画素ユニットも同様に読み飛ばし領域として設定される。ここで、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の受光面におけるスポット光３９の大きさは、スポット光３９を生成する光源部１及び光源部１と２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃとの間に設けられる光学系により予め設定される。すなわち、スポット光３９の大きさは、スポット光３９の２次元位置を１次元重心計算によりサブピクセル精度で計算できるようにするため、飛ばし読み出しの読み飛ばし領域の行数（あるいは列数）以上となるように設定される。例えば、図２５（ｂ）の例によれば、スポット光３９の大きさは、行方向で読み飛ばされる行数である２行の画素ユニット以上の大きさとなるように設定される。
　光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅと動作制御パラメータを用いて、飛ばし読み出しにおける読み出し領域を指定する情報と、読み飛ばす領域を指定する情報とを示す読み出し開始アドレスと読み出し終了アドレスとを、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌに設定する。この読み出し領域指定および読み飛ばし領域指定を示す読み出し開始アドレスと読み出し終了アドレス設定により、何画素を読み出し、何画素を読み飛ばすかが指定される。このとき、読み出し領域及び読み飛ばし領域の指定は、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃの場合、垂直シフトレジスタ１３８ｂ及び水平シフトレジスタ１３８ａにより画素単位で指定される。以上のように、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度検出におけるフレームレートが、光偏向部２における共振周波数の４倍以上となるように駆動条件を制御する。また、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基に２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃ上の受光面に入射しているスポット光３９の受光面上における位置及び大きさに関する情報を取得することができる。そして、光偏向角度検出制御部７は、取得したスポット光３９の位置及び大きさに合わせて飛ばし読み出しにおける読み飛ばし領域を変更させるように、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成してもよい。これにより、スポット光３９が振動等により読み飛ばし領域に位置変動した場合であっても、その位置変動に追随して読み飛ばし領域を新たに設定することにより精度よく重心位置を計算することができる。以上説明したように、不必要な行及び列を間引くように読み出す飛ばし読み出しを行うことにより、全画素を読み出す場合に比較して、より高速な読み出しが可能となり、より高精度な光偏向角制御が可能となる。
　上記の２次元ＣＭＯＳセンサが採用された本変形例によれば、読み出し時間を短縮することが可能とされ、２次元ＣＭＯＳセンサをより高速なフレームレートで駆動できる。これにより、より高速でより高精度な光偏向角制御が可能となる。
　次に、本変形例において、光偏向角度検出部３の光偏向角度検出モジュール３２として２次元射影データ取得用のＣＭＯＳセンサを含むセンサが採用された場合の画素読み出し方法の制御の詳細について説明する。ここでは、図６に示した構成のＣＭＯＳセンサ３６が採用される。ＣＭＯＳセンサ３６を用いた場合でも、２次元ＣＭＯＳセンサ３６Ｃを用いた場合と同様に、光偏向角度検出制御部７によって画素読み出しの方法を制御することにより、センサのフレームレートを向上させ、より高速な光偏向角制御が可能となる。
　図２６は、光偏向角度検出制御部７によって制御された部分読み出しの原理を示す模式図であり、（ａ）にはＣＭＯＳセンサ３６上の読み出し対象の画素を示し、（ｂ）には読出し対象の画素と光ビームＬのスポット光３９との位置関係を示している。
　図２６（ａ）に示す例においては、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、画素の３行分の領域１３７ａが行方向シフトレジスタ３８ｂによる読み出し領域として設定され、画素の３列分の領域１３７ｂが列方向シフトレジスタ３８ａによる読み出し領域として設定されている。このような光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、行方向シフトレジスタ３８ｂ及び列方向シフトレジスタ３８ａにより読み出される領域が部分的に指定して選択される。部分読み出しの方法は、全画素を読み出す場合と比較して、読み出す画素数が少なくなるため、より高速に読み出すことが可能となる。
　また、図２６（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳセンサ３６の読み出し対象の画素ユニットはスポット光３９の位置及び大きさに応じて制御される。なお、図２６（ｂ）および以降示される、読出し対象の画素と光ビームＬのスポット光との位置関係を示す図においては、説明の簡単化のため、二等辺三角形で表された１つの列方向画素３７ａと、同様に二等辺三角形で表された１つの行方向画素３７ｂとの組み合わせによりＣＭＯＳセンサ３６における１画素が表現されており、ＣＭＯＳセンサ３６の行方向２５６画素×列方向２５６画素の全画素のうちの一部の画素が示されている。さらに、図２６（ｂ）には、列方向シフトレジスタ３８ａから出力される検出信号Ｓｏｕｔａ、及び行方向シフトレジスタ３８ｂから出力される検出信号Ｓｏｕｔｂの出力イメージも併せて示されている。ここで、ＣＭＯＳセンサ３６上の受光面におけるスポット光３９の大きさは、スポット光３９を生成する光源部１及び光源部１とＣＭＯＳセンサ３６との間に設けられる光学系により予め設定される。すなわち、スポット光３９の大きさは、スポット光３９の２次元位置を１次元重心計算によりサブピクセル精度で計算できるようにするため、部分読み出し領域として設定された行方向画素ライン及び列方向画素ラインにおける１ラインの大きさ以上に設定される。スポット光３９の大きさは、スポット光３９が振動等によって位置変動した場合においても部分読み出し領域から外れることなく検出可能な大きさとなるように設定される。例えば、図２６（ｂ）の例によれば、行方向においては３行の画素ラインの領域、及び列方向には３列の画素ラインの領域が、部分読み出し領域として設定されている。この場合、スポット光３９の大きさは、行方向及び列方向における部分読み出し領域の画素ラインの１画素の大きさ以上となり、かつ、行方向及び列方向において読み出し領域から外れない大きさとなるように設定される。
　光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基にＣＭＯＳセンサ３６上の受光面に入射しているスポット光３９の受光面上における位置及び大きさに関する情報を取得する。そして、光偏向角度検出制御部７は、部分読み出し領域を取得した位置及び大きさに合わせて移動及び変更させるように、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成する。すなわち、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅと動作制御パラメータとから、部分読み出し位置を指定する。さらに、光偏向角度検出制御部７は、動作制御パラメータに従って、読み出し範囲における行方向及び列方向の読み出し開始アドレスおよび読出し終了アドレスを、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌに設定する。このとき、部分読み出しで指定される範囲は、行方向及び列方向の画素ライン単位で指定される。なお、この部分読み出し領域の大きさ（画素ライン数）は、ＣＭＯＳセンサ３６のフレームレートが光偏向部２の共振周波数の４倍以上となるように設定される。これにより、スポット光３９が振動等により部分読み出し領域の外に位置変動した場合であっても、その位置変動に追随して部分読み出し領域を新たに設定することにより精度よく重心位置を計算することができる。また、スポット光３９が存在する領域のみを選択的に読み出すことにより、全画素を読み出す場合に比較して、より高速な読み出しが可能となり、より高精度な光偏向角制御が可能となる。
　図２７は、光偏向角度検出制御部７によって制御されたビニング読み出しの原理を示す模式図であり、（ａ）にはＣＭＯＳセンサ３６上の読み出し対象の画素を示し、（ｂ）には読出し対象の画素と光ビームＬのスポット光３９との位置関係を示している。
　図２７（ａ）に示す例においては、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、画素ラインの２行分の領域１３７ｃ及び領域１３７ｄのそれぞれが、統合されて１行分の画素ラインとして行方向シフトレジスタ３８ｂによって読み出される読み出し領域として設定される。同様に画素ラインの２列分の領域１３７ｅ及び領域１３７ｆのそれぞれが、統合されて１列分の画素ラインとして列方向シフトレジスタ３８ａによって読み出される読み出し領域として設定されている。このとき、１行分及び１列分の画素ラインとして読み出される読み出し領域の輝度値は、複数行及び複数列の画素ラインの合計値とされてもよいし、複数行及び複数列の画素ラインの平均値であってもよい。特に、画素ラインの合計値を輝度値に設定する場合は、ビニング読出し前と比較して輝度値が増加するため、相対的に感度を向上させることができる。ビニング読み出しによって複数行及び複数列の画素ラインを１行分及び１列分の画素ラインとして読み出すことが可能となる。そのため、全画素ラインを読み出す場合と比較して、解像度は低下するが、読み出す画素ラインが少なくなるため、より高速に読み出すことが可能となる。
　また、図２７（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳセンサ３６の読み出し対象の画素ユニットはスポット光３９の位置及び大きさに応じて制御される。ＣＭＯＳセンサ３６上の受光面におけるスポット光３９の大きさは、スポット光３９を生成する光源部１及び光源部１とＣＭＯＳセンサ３６との間に設けられる光学系により予め設定される。すなわち、スポット光３９の大きさは、スポット光３９の２次元位置を１次元重心計算によりサブピクセル精度で計算できるようにするため、ビニング読み出しにおいて１画素ライン分として設定された行方向画素ライン及び列方向画素ラインの大きさ以上となるように設定される。例えば、図２７（ｂ）の例によれば、行方向においては２行の画素ラインの領域、及び列方向には２列の画素ラインの領域が、ビニング読み出しの対象の画素ライン領域として設定されている。この場合、スポット光３９の大きさは、行方向及び列方向における１画素ライン分としてビニング読み出しが行われる領域（２行及び２列）以上の大きさとなるように設定される。
　光偏向角度検出制御部７は、ビニング読み出しの範囲を指定する情報と、上述した行方向及び列方向の読み出し開始アドレスおよび読出し終了アドレスとを、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌに設定する。この範囲指定および読み出し開始アドレスおよび読み出し終了アドレス設定により、「何画素ラインを１画素ラインとして読み出すか」が指定される。このビニング読み出し範囲の指定は、ＣＭＯＳセンサ３６の場合、行方向シフトレジスタ３８ｂ及び列方向シフトレジスタ３８ａにより画素ライン単位で指定される。以上のように、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度検出におけるフレームレートが、光偏向部２における共振周波数の４倍以上となるように駆動条件を制御する。また、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基にＣＭＯＳセンサ３６上の受光面に入射しているスポット光３９の受光面上における位置及び大きさに関する情報を取得することができる。そして、光偏向角度検出制御部７は、取得したスポット光３９の位置及び大きさに合わせてビニング読み出しの範囲を変更させるように、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成してもよい。これにより、スポット光３９が振動等によりビニング読み出し範囲の外に位置変動した場合であっても、その位置変動に追随してビニング読み出し範囲を新たに設定することにより精度よく重心位置を計算することができる。以上説明したように、複数行及び複数列をまとめて読み出すビニング読み出しを行うことにより、全画素を読み出す場合に比較して、より高速な読み出しが可能となり、より高精度な光偏向角制御が可能となる。
　図２８は、光偏向角度検出制御部７によって制御された飛ばし読み出しの原理を示す模式図であり、（ａ）にはＣＭＯＳセンサ３６上の読み出し対象の画素ユニットを示し、（ｂ）には読出し対象の画素ユニットと光ビームＬのスポット光３９との位置関係を示している。
　図２８（ａ）に示す例においては、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌにより、画素ラインの１行分の領域１３７ｇが行方向シフトレジスタ３８ｂによって読み出される読み出し領域として設定され、続く画素ラインの２行が読み飛ばし領域として設定され、その次の画素ラインの１行分の領域１３７ｈが行方向シフトレジスタ３８ｂによって読み出される読み出し領域として設定される。同様に、画素ラインの１列分の領域１３７ｊが列方向シフトレジスタ３８ａによって読み出される読み出し領域として設定され、続く画素ラインの２列が読み飛ばし領域として設定され、その次の画素ラインの１列分の領域１３７ｋが列方向シフトレジスタ３８ａによって読み出される読み出し領域として設定される。飛ばし読み出しによって、不要な行及び列の画素ライン（スポット光の存在しない領域）を間引き、必要な領域の画素ラインのみを読み出すことが可能である。その結果、全画素を読み出す場合と比較して、読み出す画素ライン数（画素数）が少なくなるため、より高速に読み出すことが可能となる。
　また、図２８（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳセンサ３６における飛ばし読み出しにおける読み飛ばし領域の設定はスポット光３９の位置及び大きさに応じて制御する。これにより、ＣＭＯＳセンサ３６におけるフレームレートを高速化することが可能となる。図２８（ｂ）においては、行方向において、１画素ライン分を読み出し、その後２画素ライン分を読み飛ばした後、再び１画素ライン分を読み出すように制御される。同様に、列方向においても、１画素ライン分を読み出し、その後２画素ライン分を読み飛ばした後、再び１画素ライン分を読み出すように制御される。ＣＭＯＳセンサ３６上の受光面におけるスポット光３９の大きさは、スポット光３９を生成する光源部１及び光源部１とＣＭＯＳセンサ３６との間に設けられる光学系により予め設定される。すなわち、スポット光３９の大きさは、スポット光３９の２次元位置を１次元重心計算によりサブピクセル精度で計算できるようにするため、飛ばし読み出しによって行方向及び列方向に読み飛ばされる画素ラインとして設定された領域以上の大きさとなるように設定される。例えば、図２８（ｂ）の例によれば、スポット光３９の大きさは、行方向及ぶ列方向で読み飛ばされる画素ライン数（２画素ライン）以上の大きさとなるように設定される。なお、このときの検出信号Ｓｏｕｔｂ，Ｓｏｕｔｂにおいては、読み飛ばされた画素ラインの出力は現れず、読み出された画素ラインの出力のみが現れる。
　光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅと動作制御パラメータを用いて、飛ばし読み出しにおける読み出し領域を指定する情報と、読み飛ばす領域を指定する情報とを示す読み出し開始アドレスと読み出し終了アドレスとを、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌに設定する。この読み出し領域指定および読み飛ばし領域指定を示す読み出し開始アドレスと読み出し終了アドレス設定により、何画素ラインを読み出し、何画素ラインを読み飛ばすかが指定される。このとき、読み出し領域及び読み飛ばし領域の指定は、ＣＭＯＳセンサ３６の場合、列方向シフトレジスタ３８ａ及び行方向シフトレジスタ３８ｂにより画素ライン単位で指定される。なお、この読み飛ばし領域の行方向及び列方向の画素ラインの大きさ（読み飛ばす画素ライン数）は、ＣＭＯＳセンサ３６のフレームレートが光偏向部２の共振周波数の４倍以上となるように設定される。また、光偏向角度検出制御部７は、光偏向角度信号Ｓａｎｇｌｅを基にＣＭＯＳセンサ３６上の受光面に入射しているスポット光３９の受光面上における位置及び大きさに関する情報を取得することができる。そして、光偏向角度検出制御部７は、取得したスポット光３９の位置及び大きさに合わせて飛ばし読み出しにおける読み飛ばし領域を変更させるように、光偏向角度検出制御信号Ｓｄｔｃｔ＿ｃｔｒｌを生成してもよい。これにより、スポット光３９が振動等により読み出し領域から外れた位置に位置変動した場合であっても、その位置変動に追随して読み出し領域を新たに設定することにより精度よく重心位置を計算することができる。以上説明したように、不必要な行及び列を間引くように読み出す飛ばし読み出しを行うことにより、全画素を読み出す場合に比較して、より高速な読み出しが可能となり、より高精度な光偏向角制御が可能となる。さらに、上記の飛ばし読み出しをより高速に行うために、前述した部分読み出しが併用されて用いられてもよい。
　上記の次元射影データ取得用のＣＭＯＳセンサが採用された本変形例によれば、読み出し時間を短縮することが可能とされ、ＣＭＯＳセンサをより高速なフレームレートで駆動できる。これにより、より高速でより高精度な光偏向角制御が可能となる。
　ここで、上記形態に係る光ビーム照射装置において、位置検出部の検出周波数は、光反射部の共振周波数の５倍以上に設定されてもよい。また、位置検出部の検出周波数は、光反射部の共振周波数の１０倍以上に設定されていてもよい。かかる構成を採れば、光ビームの照射角度の変動をさらに一層抑制することができる。
　さらに、補正部は、検出信号に基づいて算出された反射ミラーの角度に関する角度情報を基に駆動信号を補正する、ことでもよい。こうすれば、反射ミラーの共振振動に追随して光ビームの照射角度を安定して補正することができる。
　またさらに、位置検出部は、複数の画素を有し、画素毎に輝度情報を数値として出力する光検出素子が１次元又は２次元に複数配列された光検出器であってもよい。
　上記形態に係る光ビーム照射装置において、駆動信号は、電圧信号であってもよいし、電流信号であってもよい。
　また、反射ミラーで反射された光を分割する光分岐部をさらに備え、位置検出部の受光面は、光分岐部で分割された光を受けてもよい。かかる構成を採れば、光ビームの出力強度に影響を与えることなく照射角度の制御を実現することができる。
　さらに、モニタ用のモニタ光を出力するモニタ用光源をさらに備え、位置検出部の受光面は、モニタ光を受けてもよい。かかる構成を採れば、かかる構成を採れば、光ビームの出力強度に影響を与えることなく照射角度の制御を実現することができる。
　またさらに、駆動部は、反射ミラーに接続された弾性体と、弾性体を介して反射ミラーと接続されたコイルとを含み、コイルに駆動信号が供給されることにより反射ミラーを揺動させ、共振周波数は、弾性体を含む駆動部、及び反射ミラーの特性によって決定されてもよい。この場合、駆動部として弾性体及びコイルを含む構成を採用した場合に、反射ミラーの共振振動に追随して光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することができる。
　本発明の一側面は、光ビームを照射する光ビーム照射装置を使用用途とし、光ビームの照射角度の変動を十分に抑制することができるものである。
　１…光源部（光源）、２…光偏向部（光反射部）、３…光偏向角度検出部（位置検出部）、４…動作制御部（補正部）、６…計測光源部（モニタ用光源）、７…光偏向角度検出制御部、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…光ビーム照射装置、２１…反射ミラー、２２ａ，２２ｂ…コイル、２３ａ，２３ｂ…揺動軸（弾性体）、２４…駆動部、２６…光分岐部、３３ａ…受光面、３７ａ…列方向画素（光検出器）、３７ｂ…行方向画素（光検出部）、Ｌ…光ビーム、Ｌｍ…計測用光ビーム（モニタ光）。

Claims (9)

  1. 　光を出力する光源と、
    　反射ミラーと、駆動信号の供給を受けて前記反射ミラーを揺動させる駆動部とを有し、前記光源から出力された前記光を前記反射ミラーで受けて反射する光反射部と、
    　前記反射ミラーによって反射された光を受ける受光面を有し、前記受光面上での前記光の位置を、前記光反射部の共振周波数の４倍以上の周波数で検出し、前記位置を示す検出信号を出力する位置検出部と、
    　前記検出信号を基に前記駆動信号を補正し、当該補正した駆動信号を前記光反射部に出力する補正部と、
    を備える光ビーム照射装置。
  2. 　前記位置検出部の検出周波数は、前記光反射部の前記共振周波数の５倍以上に設定されている、
    請求項１記載の光ビーム照射装置。
  3. 　前記位置検出部の検出周波数は、前記光反射部の前記共振周波数の１０倍以上に設定されている、
    請求項１又は２記載の光ビーム照射装置。
  4. 　前記補正部は、前記検出信号に基づいて算出された前記反射ミラーの角度に関する角度情報を基に前記駆動信号を補正する、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の光ビーム照射装置。
  5. 　前記位置検出部は、複数の画素を有し、前記画素毎に輝度情報を数値として出力する光検出素子が１次元又は２次元に複数配列された光検出器である、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の光ビーム照射装置。
  6. 　前記駆動信号は、電圧信号もしくは電流信号である、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の光ビーム照射装置。
  7. 　前記反射ミラーで反射された光を分割する光分岐部をさらに備え、
    　前記位置検出部の受光面は、前記光分岐部で分割された光を受ける、
    請求項１～６のいずれか１項に記載の光ビーム照射装置。
  8. 　モニタ用のモニタ光を出力するモニタ用光源をさらに備え、
    　前記位置検出部の受光面は、前記モニタ光を受ける、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の光ビーム照射装置。
  9. 　前記駆動部は、前記反射ミラーに接続された弾性体と、前記弾性体を介して前記反射ミラーと接続されたコイルとを含み、前記コイルに前記駆動信号が供給されることにより前記反射ミラーを揺動させ、
    　前記共振周波数は、前記弾性体を含む前記駆動部、及び前記反射ミラーの特性によって決定される、
    請求項１～８のいずれか１項に記載の光ビーム照射装置。
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