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JP2022165971A - Scanning device and ranging device - Google Patents

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JP2022165971A
JP2022165971A JP2022112991A JP2022112991A JP2022165971A JP 2022165971 A JP2022165971 A JP 2022165971A JP 2022112991 A JP2022112991 A JP 2022112991A JP 2022112991 A JP2022112991 A JP 2022112991A JP 2022165971 A JP2022165971 A JP 2022165971A
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JP
Japan
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scanning
light
density
area
trajectory
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Pending
Application number
JP2022112991A
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Japanese (ja)
Inventor
修 加園
Osamu Kasono
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning device and a ranging device capable of performing scanning in a scanning mode having a trajectory of a desired density distribution within an area to be scanned.
SOLUTION: A scanning device includes: an optical path control part that is arranged in a space area located in an irradiation direction of an optical scanning part, has a first reflection surface and a second reflection surface arranged so as to reduce a first angle that opposes a scanning object area as compared with a straight angle, and emits light toward the scanning object area; and a light reception part for receiving reflection light of the light reflected by an object existing in the scanning object area.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

本発明は、走査装置、特に、光学的な走査を行う走査装置及び測距装置に関する。 The present invention relates to scanning devices, and more particularly to scanning devices and ranging devices that perform optical scanning.

光を対象領域内で走査して、物体までの距離を計測する測距装置が知られている。このような測距装置は、例えば、レーザパルスを出射する光源と、当該レーザパルスを反射させて走査する走査機構と、物体によって反射されたレーザパルスを受光する受光部と、を有している。そして、当該測距装置は、光源によって出射されたレーザパルスの出射時刻と、受光部によって受光されたレーザパルスの受光時刻に基づいて対象物までの距離を計測する。 2. Description of the Related Art Ranging devices are known that scan a target area with light to measure the distance to an object. Such a rangefinder has, for example, a light source that emits a laser pulse, a scanning mechanism that reflects and scans the laser pulse, and a light receiving section that receives the laser pulse reflected by an object. . Then, the distance measuring device measures the distance to the object based on the emission time of the laser pulse emitted by the light source and the light reception time of the laser pulse received by the light receiving unit.

例えば、特許文献1には、光反射面を有し、当該光反射面に入射される光を対象領域内でリサージュ走査できる光走査部と、光源部から出射されたパルス光が物体によって反射された反射光を受光する受光部と、前記光源部によるパルス光の出射タイミングと前記受光部による反射光の受光タイミングとに基づいて、前記物体の距離を計測する測距部と、を備える光測距装置が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a light scanning unit that has a light reflecting surface and can perform Lissajous scanning of light incident on the light reflecting surface within a target area, and a pulsed light emitted from a light source that is reflected by an object. a light-receiving unit for receiving the reflected light, and a distance measuring unit for measuring the distance to the object based on the timing of emitting the pulsed light from the light source unit and the timing of receiving the reflected light from the light-receiving unit. A range device is disclosed.

特開2011-53137号公報JP 2011-53137 A

上記したような測距装置においては、リサージュ軌跡に沿ってパルス光を照射する、いわゆるリサージュ走査によって測距が行われる。リサージュ軌跡は、走査領域の中央領域において走査軌跡の密度が低く、縁部領域において走査軌跡の密度が高い。 In the distance measuring apparatus as described above, distance measurement is performed by so-called Lissajous scanning, in which pulsed light is emitted along the Lissajous locus. The Lissajous trajectory has a low scanning trajectory density in the central region of the scanning region and a high scanning trajectory density in the edge region.

例えば、測距装置においては、走査領域の中央領域において詳細な測距を行う必要がある場合が多い。このような場合にリサージュ軌跡のような、領域によって走査密度の異なる走査方法による測距では、走査密度が高い領域に所望の品質の測距が困難であること等が、課題の一例として挙げられる。 For example, in range finding devices, it is often necessary to perform detailed range finding in the central area of the scanning area. In such a case, it is difficult to measure distances with the desired quality in areas with high scanning densities, such as the Lissajous trajectory. .

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、走査を行う領域内において、所望の密度分布の軌跡を有する走査態様によって走査可能な走査装置及び測距装置を提供することを目的の一つとしている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a scanning apparatus and a distance measuring apparatus capable of scanning in a scanning mode having a locus of a desired density distribution within a scanning area. I'm trying.

本願請求項1に記載の発明は、所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、前記光走査部の前記照射方向にある空間領域に配され、走査対象領域に対向する第1の角度が平角より小さくなるように配された第1の反射面及び第2の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させる光路制御部と、前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、を有することを特徴とする走査装置である。 The invention according to claim 1 of the present application includes an optical scanning unit that scans light in a predetermined irradiation direction, and a first scanning unit disposed in a spatial region in the irradiation direction of the optical scanning unit and facing a scanning target region. an optical path control unit having a first reflective surface and a second reflective surface arranged so that the angle between the and a light receiving unit for receiving reflected light reflected by an object existing in the area.

また、本願請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の走査装置と、前記受光部が受光した反射光に基づいて、前記対象物までの距離を測定する測距部と、を有することを特徴とする測距装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a scanning device according to any one of the first to seventh aspects, and measuring the distance to the object based on the reflected light received by the light receiving unit. and a distance measuring unit.

本願請求項9に記載の発明は、所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、前記光走査部が走査する前記光の照射方向に対向する第1の角度が平角より小さくなるように配された第1の反射面及び第2の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ導く光路制御部と、前記光路制御手段によって導かれた前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、を有することを特徴とする走査装置である。 In the invention according to claim 9 of the present application, an optical scanning unit that scans light in a predetermined irradiation direction and a first angle facing the irradiation direction of the light scanned by the optical scanning unit is smaller than a flat angle. and an optical path control section for guiding the light to the scanning target area, the light guided by the optical path control means being directed to the scanning target area. and a light-receiving section for receiving reflected light reflected by an existing object.

本願請求項10に記載の発明は、光の照射軌跡による軌跡密度が所定以上の領域である高密度領域及び、軌跡密度が前記高密度領域よりも低い領域である低密度領域を形成するように、前記光の出射方向を連続的に変化させる光走査部と、走査対象領域において前記高密度領域を形成する前記光が照射される領域が、前記低密度領域を形成する前記光が照射される領域の間に位置するように、前記光走査部から出射された光を前記走査対象領域に導く光路制御手段と、を有し、記光走査部の前記光の出射方向における前記高密度領域と前記低密度領域の位置関係と、前記走査対象領域における前記高密度領域と前記低密度領域の位置関係が異なっていることを特徴とする走査装置である。 The invention according to claim 10 of the present application forms a high-density region, which is a region where the locus density of the irradiation locus of light is a predetermined value or more, and a low-density region, which is a region where the locus density is lower than the high-density region. an optical scanning unit that continuously changes the emission direction of the light; and an area irradiated with the light that forms the high-density area in the scanning target area is irradiated with the light that forms the low-density area. an optical path control means for guiding the light emitted from the optical scanning unit to the scanning target area so as to be positioned between the areas, and the high density area in the light emitting direction of the optical scanning unit; The scanning device is characterized in that the positional relationship between the low-density areas and the positional relationship between the high-density area and the low-density area in the scanning target area are different.

図1は、実施例に係る測距装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a distance measuring device according to an embodiment. 図2Aは、実施例に係る光走査部の上面図である。FIG. 2A is a top view of the optical scanning unit according to the example. 図2Bは、実施例に係る光走査部の断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view of the optical scanning unit according to the example. 図3は、実施例に係る測距装置の光走査部の走査の態様を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a scanning mode of the optical scanning unit of the distance measuring device according to the embodiment. 図4は、実施例に係る光走査部に印加される駆動信号の波形及び当該光走査部によるパルス光の走査軌跡の例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the waveform of the driving signal applied to the optical scanning unit and the scanning locus of the pulsed light by the optical scanning unit according to the embodiment. 図5は、反射鏡部において走査光が反射される態様を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing how the scanning light is reflected by the reflecting mirror section. 図6は、反射鏡部で反射された走査光の態様を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the mode of the scanning light reflected by the reflecting mirror section. 図7は、図6の走査面に照射される走査光の軌跡を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the trajectory of the scanning light irradiated onto the scanning surface of FIG. 図8は、図6の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing the area of the trajectory of the scanning light irradiated onto the scanning plane of FIG. 図9は、図6の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing the area of the trajectory of the scanning light irradiated onto the scanning surface of FIG. 図10Aは、図6の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。FIG. 10A is a diagram showing the area of the trajectory of the scanning light irradiated onto the scanning surface of FIG. 6. FIG. 図10Bは、図6の走査面に照射される走査光の軌跡の領域を示した図である。FIG. 10B is a diagram showing the area of the trajectory of the scanning light irradiated onto the scanning surface of FIG. 6;

図1を参照しつつ、実施例に係る測距装置10の構成について説明する。測距装置10は、対象物OBまでの距離を光学的に計測する測距装置である。具体的には、測距装置10は、所定の空間領域、すなわち、走査対象領域Rに向かって光を照射する。また、測距装置10は、当該光が対象物OBによって反射された光を受光し、当該対象物OBとの距離を計測、すなわち測距する。 A configuration of a distance measuring device 10 according to an embodiment will be described with reference to FIG. The distance measuring device 10 is a distance measuring device that optically measures the distance to the object OB. Specifically, the distance measuring device 10 irradiates light toward a predetermined spatial region, that is, the scanning target region R. As shown in FIG. Further, the distance measuring device 10 receives the light reflected by the object OB and measures the distance to the object OB, that is, measures the distance.

光源20は、例えばパルス光を出射可能なレーザダイオード等の発光素子である。 The light source 20 is, for example, a light emitting element such as a laser diode capable of emitting pulsed light.

光学系OSは、パルス光L1の光路上に設けられている。光学系OSは、例えばコリメータレンズ等の光学部材を含む光学系であり、光源20から出射されたパルス光L1を平行光に変換する。 The optical system OS is provided on the optical path of the pulsed light L1. The optical system OS is an optical system including an optical member such as a collimator lens, and converts the pulsed light L1 emitted from the light source 20 into parallel light.

パルス光L1の光路上には、ビームスプリッタBSが設けられている。具体的には、光源20から出射されたパルス光L1は、光学系OSによって平行光に変換され、ビームスプリッタBSを透過する。ビームスプリッタBSは、ビームスプリッタBSに入射される入射光を所定の方向に透過又は反射するように配置されている。本実施例においては、ビームスプリッタBSは光源20から出射されたパルス光L1を透過するようになっている。 A beam splitter BS is provided on the optical path of the pulsed light L1. Specifically, the pulsed light L1 emitted from the light source 20 is converted into parallel light by the optical system OS and passes through the beam splitter BS. The beam splitter BS is arranged so as to transmit or reflect the incident light incident on the beam splitter BS in a predetermined direction. In this embodiment, the beam splitter BS transmits the pulsed light L1 emitted from the light source 20. As shown in FIG.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー装置30は、パルス光L1の光路上に設けられている。具体的には、パルス光L1は、光学系OS及びビームスプリッタBSを透過した後にMEMSミラー装置30に照射される。MEMSミラー装置30は、パルス光L1を反射する反射表面30Sを有する。反射表面30Sは、例えば、パルス光L1を反射する光反射膜33からなっている。 A MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror device 30 is provided on the optical path of the pulsed light L1. Specifically, the pulsed light L1 is applied to the MEMS mirror device 30 after passing through the optical system OS and the beam splitter BS. The MEMS mirror device 30 has a reflective surface 30S that reflects the pulsed light L1. The reflecting surface 30S is made of, for example, a light reflecting film 33 that reflects the pulsed light L1.

MEMSミラー装置30は、パルス光L1を反射部材で反射させて走査光L2を生成する。また、MEMSミラー装置30は、反射部材を揺動させることで走査光L2の出射方向を連続的に変化させる。 The MEMS mirror device 30 reflects the pulsed light L1 with a reflecting member to generate the scanning light L2. Further, the MEMS mirror device 30 continuously changes the emission direction of the scanning light L2 by swinging the reflecting member.

光源制御部13は、光源20を駆動する駆動回路である。光源制御部13は、光源20からパルス光L1を出射するタイミングテーブル(図示せず)を有している。光源制御部13は、タイミングテーブルを参照して、光源20に駆動信号を提供する。 The light source controller 13 is a drive circuit that drives the light source 20 . The light source controller 13 has a timing table (not shown) for emitting the pulsed light L1 from the light source 20 . The light source controller 13 provides a drive signal to the light source 20 with reference to the timing table.

走査制御部14は、MEMSミラー装置30の反射部材を揺動させるための駆動信号を生成し、生成した駆動信号をMEMSミラー装置30に供給する。 The scanning control unit 14 generates a drive signal for swinging the reflecting member of the MEMS mirror device 30 and supplies the generated drive signal to the MEMS mirror device 30 .

MEMSミラー装置30は、走査制御部14が生成した駆動信号に基づいて反射部材が揺動する。従って、パルス光L1がMEMSミラー装置30によって反射される方向、すなわち照射方向が逐次変化する。このように、MEMSミラー装置30は、パルス光L1を反射させて走査光L2を生成する。すなわち、光源20及びMEMSミラー装置30は、所定の照射方向に向けて走査光L2を走査する光走査部として機能する。 The reflective member of the MEMS mirror device 30 swings based on the driving signal generated by the scanning control unit 14 . Therefore, the direction in which the pulsed light L1 is reflected by the MEMS mirror device 30, that is, the irradiation direction, changes successively. Thus, the MEMS mirror device 30 reflects the pulsed light L1 to generate the scanning light L2. That is, the light source 20 and the MEMS mirror device 30 function as an optical scanning section that scans the scanning light L2 in a predetermined irradiation direction.

反射鏡部40は、MEMSミラー装置30によって生成される走査光L2の照射範囲に配されている鏡部材である。反射鏡部40は、MEMSミラー装置30と対向する面に第1の反射面41Rと第2の反射面41Lを有している。走査光L2は、反射鏡部40の第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとによって反射されて、走査対象領域Rに向けて出射される。従って、反射鏡部40は、走査光L2の光路を制御する光路制御部(反射部)として機能する。 The reflecting mirror section 40 is a mirror member arranged in the irradiation range of the scanning light L2 generated by the MEMS mirror device 30 . The reflecting mirror section 40 has a first reflecting surface 41R and a second reflecting surface 41L on the surface facing the MEMS mirror device 30 . The scanning light L2 is reflected by the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L of the reflecting mirror section 40 and emitted toward the scanning target region R. As shown in FIG. Therefore, the reflecting mirror section 40 functions as an optical path control section (reflection section) that controls the optical path of the scanning light L2.

ここで、図1には、走査対象領域R内におけるMEMSミラー装置30から所定の距離だけ離れた仮想の面が走査対象面S1として示されている。尚、走査対象面S1は実在するわけではなく、本実施例の説明のために図示したものである。 Here, in FIG. 1, a virtual surface separated from the MEMS mirror device 30 by a predetermined distance in the scanning target region R is shown as the scanning target surface S1. It should be noted that the scanning target surface S1 does not actually exist, but is illustrated for explanation of this embodiment.

MEMSミラー装置30は、反射鏡部40を介して走査対象領域Rに走査光L2を出射する。走査光L2の出射方向は、時間の経過と共に連続的に変化する。従って、走査対象面S1において走査光L2の軌跡が描かれることになる。尚、所定の照射範囲は、MEMSミラー装置30の反射部材が揺動可能な角度範囲に応じて定まる。 The MEMS mirror device 30 emits the scanning light L<b>2 to the scanning target region R via the reflecting mirror section 40 . The emission direction of the scanning light L2 changes continuously over time. Therefore, the trajectory of the scanning light L2 is drawn on the scanning target surface S1. The predetermined irradiation range is determined according to the angular range in which the reflecting member of the MEMS mirror device 30 can swing.

走査対象領域Rの走査光L2の光路上に対象物OB(走査光L2を反射する性質を持った物体)が存在する場合、走査光L2が対象物OBで反射される。 When an object OB (an object having the property of reflecting the scanning light L2) exists on the optical path of the scanning light L2 in the scanning target region R, the scanning light L2 is reflected by the object OB.

走査光L2が対象物OBで反射された反射光L3は、反射鏡部40の第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとで再び反射されMEMSミラー装置30に入射する。MEMSミラー装置30の反射表面30Sで反射された反射光L3は、ビームスプリッタBSで再び反射され受光部50に入射する。 The reflected light L3, which is the scanning light L2 reflected by the object OB, is reflected again by the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L of the reflecting mirror section 40 and enters the MEMS mirror device 30. FIG. The reflected light L3 reflected by the reflecting surface 30S of the MEMS mirror device 30 is reflected again by the beam splitter BS and enters the light receiving section 50. FIG.

受光部50は、ビームスプリッタBSによって反射される反射光L3の光路上に配されている。受光部50は、受光部50に入射された光の強度に基づいた受光信号を生成する光検出器である。このような光検出器としては、アバランシェフォトダイオード等の受光素子を用いることができる。 The light receiving section 50 is arranged on the optical path of the reflected light L3 reflected by the beam splitter BS. The light receiving section 50 is a photodetector that generates a light receiving signal based on the intensity of light incident on the light receiving section 50 . As such a photodetector, a light receiving element such as an avalanche photodiode can be used.

ビームスプリッタBSによって反射された反射光L3は、受光部50によって受光信号に変換される。変化された受光信号は、測距部60に供給される。 The reflected light L3 reflected by the beam splitter BS is converted into a received light signal by the light receiving section 50 . The changed received light signal is supplied to the distance measuring section 60 .

測距部60は、光源20が出射したパルス光L1と、受光部50が受光した反射光L3に基づいて、受光部50と対象物OBとの間の距離を計測する。例えば、測距部60は、信号処理回路を含み、演算によって対象物OBの距離データを算出する。距離データを算出する例としては、タイムオブフライト法を用いることができる。 The distance measurement unit 60 measures the distance between the light receiving unit 50 and the object OB based on the pulsed light L1 emitted by the light source 20 and the reflected light L3 received by the light receiving unit 50 . For example, the distance measuring unit 60 includes a signal processing circuit and calculates distance data of the object OB by calculation. A time-of-flight method can be used as an example of calculating the distance data.

具体的には、光源制御部13は、光源20がパルス光L1を出射した時刻(タイミング)を含む出射信号を測距部60に供給する。また、受光部50が生成する受光信号には、反射光L3を受光したタイミングが含まれている。測距部60は、光源20がパルス光L1を出射したタイミングと、受光部50が反射光L3を受光したタイミングと、の差に基づいて、測距装置10から対象物OBまでの距離を計測する。 Specifically, the light source control unit 13 supplies an emission signal including the time (timing) at which the light source 20 emits the pulsed light L1 to the distance measurement unit 60 . In addition, the received light signal generated by the light receiving unit 50 includes the timing of receiving the reflected light L3. The distance measuring unit 60 measures the distance from the distance measuring device 10 to the object OB based on the difference between the timing when the light source 20 emits the pulsed light L1 and the timing when the light receiving unit 50 receives the reflected light L3. do.

図2A及び図2Bを参照しつつ、MEMSミラー装置30の構成例について説明する。図2Aは、MEMSミラー装置30の模式的な上面図である。図2Bは、図2AのV-V線に沿った断面図である。 A configuration example of the MEMS mirror device 30 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. FIG. 2A is a schematic top view of the MEMS mirror device 30. FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view along line VV of FIG. 2A.

図2A及び図2Bに示すように、固定部31は、固定基板B1及び固定基板B1上に形成された環状の枠体である固定枠B2を含む。図2Bに示すように、固定基板B1は、固定基板B1の上面B1Sに、固定枠B2と対向する領域に枠状の平面形状を有する突出部B1Pを有しており、突出部B1P上に固定枠B2が載置されている構成になっている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the fixed portion 31 includes a fixed substrate B1 and a fixed frame B2 which is an annular frame formed on the fixed substrate B1. As shown in FIG. 2B, the fixed substrate B1 has, on the top surface B1S of the fixed substrate B1, a projecting portion B1P having a frame-like planar shape in a region facing the fixed frame B2, and fixed on the projecting portion B1P. It has a configuration in which a frame B2 is placed.

可動部32は、固定枠B2の内側に配されており、揺動板SYと、揺動板SYを囲む揺動枠SXとを含んでいる。反射部材としての揺動板SY上には、円形の光反射膜33が設けられている。以下、光反射膜33の上面、すなわち反射表面30Sの中心をACとして説明する。 The movable portion 32 is arranged inside the fixed frame B2 and includes a swing plate SY and a swing frame SX surrounding the swing plate SY. A circular light reflecting film 33 is provided on the rocking plate SY as a reflecting member. Hereinafter, the upper surface of the light reflecting film 33, that is, the center of the reflecting surface 30S will be described as AC.

揺動枠SXは、第1のトーションバーTXによって固定枠B2に接続されている。第1のトーションバーTXは、反射表面30Sの中心ACを通りかつ反射表面30Sの面内方向に伸長する第1の揺動軸AXに沿って伸長する一対の長板状の構造部分である。揺動枠SXに揺動軸AX周りの力がかかると、第1のトーションバーTXがねじれ、揺動枠SXは第1の揺動軸AXを中心に、すなわち第1の揺動軸AXを揺動中心軸として揺動する。揺動枠SXは、第1の揺動軸AXを中心に線対称な形状を有している。 The swing frame SX is connected to the fixed frame B2 by a first torsion bar TX. The first torsion bar TX is a pair of long plate-like structural portions extending along a first swing axis AX passing through the center AC of the reflecting surface 30S and extending in the in-plane direction of the reflecting surface 30S. When a force around the swing axis AX is applied to the swing frame SX, the first torsion bar TX is twisted, and the swing frame SX moves around the first swing axis AX, that is, the first swing axis AX. It oscillates as the central axis of oscillation. The swing frame SX has a line-symmetrical shape about the first swing axis AX.

揺動板SYは、第2のトーションバーTYによって、揺動枠SXに接続されている。第2のトーションバーTYは、反射表面30Sの中心ACを通り、反射表面30Sの面内方向に伸長しかつ第1の揺動軸AXと直交している第2の揺動軸AYに沿って伸長する一対の長板状の構造部分である。 The swing plate SY is connected to the swing frame SX by a second torsion bar TY. The second torsion bar TY passes through the center AC of the reflective surface 30S, extends in the in-plane direction of the reflective surface 30S, and extends along a second swing axis AY perpendicular to the first swing axis AX. It is a pair of long plate-shaped structural parts that extend.

揺動板SYに揺動軸AY周りの力がかかると、第2のトーションバーTYがねじれ、揺動板SYは第2の揺動軸AYを中心に、すなわち第2の揺動軸AYを揺動中心軸として揺動する。揺動板SYは、揺動軸AYを中心に線対称な形状を有している。 When a force around the swing axis AY is applied to the swing plate SY, the second torsion bar TY is twisted, and the swing plate SY is rotated about the second swing axis AY, that is, the second swing axis AY. It oscillates as the central axis of oscillation. The rocking plate SY has a line-symmetrical shape about the rocking axis AY.

従って、揺動板SYは、互いに直交する揺動軸AX及びAYを中心に揺動するようになっている。この揺動板SYの揺動によって、反射表面30Sの向く方向が変化するようになっている。 Therefore, the rocking plate SY rocks around the rocking axes AX and AY that are perpendicular to each other. The direction in which the reflection surface 30S faces is changed by the oscillation of the oscillation plate SY.

上述したように、可動部32は固定枠B2に接続されており、固定部B2は固定基板B1の突出部B1P上に載置されている構成になっている。従って、可動部32は、固定基板B1の上面B1Sから離間している。そして、揺動枠SXが揺動軸AX周りに揺動し、揺動板SYが揺動軸AY周りに揺動すると、可動部32が固定枠B2に対して傾斜するように揺動する。突出部B1Pは、可動部32が当該揺動によって上面B1Sに接触しない十分な高さで形成されている。なお、例えば、固定枠B2及び可動部32は、1の半導体基板から加工して形成された一体構造であり得る。 As described above, the movable portion 32 is connected to the fixed frame B2, and the fixed portion B2 is placed on the projecting portion B1P of the fixed substrate B1. Therefore, the movable portion 32 is separated from the upper surface B1S of the fixed substrate B1. Then, when the swing frame SX swings about the swing axis AX and the swing plate SY swings about the swing axis AY, the movable portion 32 swings so as to be inclined with respect to the fixed frame B2. The projecting portion B1P is formed with a sufficient height such that the movable portion 32 does not come into contact with the upper surface B1S due to the swinging. Note that, for example, the fixed frame B2 and the movable portion 32 may be an integral structure formed by processing one semiconductor substrate.

駆動力生成部34は、固定基板B1上の突出部B1Pの外側に配置された永久磁石MG1及び永久磁石MG2と、揺動枠SX上において揺動枠SXの外周に沿って引き回された金属配線(第1のコイル)CXと、揺動板SY上において揺動板SYの外周に沿って引き回された金属配線(第2のコイル)CYとを含む。 The driving force generation unit 34 includes a permanent magnet MG1 and a permanent magnet MG2 arranged outside the projecting portion B1P on the fixed substrate B1, and a metal wire routed on the swing frame SX along the outer periphery of the swing frame SX. It includes a wiring (first coil) CX and a metal wiring (second coil) CY that is routed on the oscillating plate SY along the outer circumference of the oscillating plate SY.

永久磁石MG1は、揺動軸AX上に配されかつ、可動部32を挟んで対向するように設けられた一対の磁石片である。また、永久磁石MG2は、揺動軸AY上に配されかつ、可動部32を挟んで対向するように設けられた一対の磁石片である。従って、本実施例においては、4つの磁石片が、可動部32を囲むように夫々配置されている。 The permanent magnet MG1 is a pair of magnet pieces arranged on the swing axis AX and facing each other with the movable portion 32 interposed therebetween. The permanent magnet MG2 is a pair of magnet pieces arranged on the swing axis AY and facing each other with the movable portion 32 interposed therebetween. Therefore, in this embodiment, four magnet pieces are arranged so as to surround the movable portion 32 .

また、永久磁石MG1を構成する2つの磁石片は、互いに反対の極性を示す部分が対向するように配置されている。同様に、永久磁石M2を構成する2つの磁石片は、互いに反対の極性を示す部分が対向するように配置されている。 Also, the two magnet pieces forming the permanent magnet MG1 are arranged so that the portions exhibiting opposite polarities face each other. Similarly, the two magnet pieces forming the permanent magnet M2 are arranged such that the portions exhibiting opposite polarities face each other.

走査制御部14は、金属配線CX及びCYに接続されている。走査制御部14は、金属配線CX及びCYに電流(駆動信号)を供給する。駆動力生成部34は、当該駆動信号の印加によって、可動部32の揺動枠SX及び揺動板SYを揺動させる電磁気力を生成する。 The scan controller 14 is connected to the metal wires CX and CY. The scanning control unit 14 supplies currents (driving signals) to the metal wires CX and CY. The drive force generation unit 34 generates an electromagnetic force for swinging the swing frame SX and the swing plate SY of the movable unit 32 by applying the drive signal.

具体的には、金属配線CXに電流が流れると、当該電流と、揺動軸AYに沿った方向に配置された永久磁石MG1の2つの磁石片によって生じた磁界との相互作用によって、揺動枠SXに揺動軸AX周りの力がかかる。それによって、第1のトーションバーTXが揺動軸AX周りにねじれ、揺動枠SXが揺動軸AXを中心に揺動する。 Specifically, when a current flows through the metal wiring CX, interaction between the current and the magnetic field generated by the two magnet pieces of the permanent magnet MG1 arranged in the direction along the oscillation axis AY causes oscillation. A force around the swing axis AX is applied to the frame SX. Thereby, the first torsion bar TX is twisted around the swing axis AX, and the swing frame SX swings around the swing axis AX.

また、金属配線CYに電流が流れると、当該電流と、揺動軸AXに沿った方向に配置された永久磁石MG2の2つの磁石片による磁界との相互作用によって、揺動板SYに揺動軸AY周りの力がかかる。それによって、第2のトーションバーTYが揺動軸AY周りにねじれ、揺動板SYが揺動軸AYを中心に揺動する。 Further, when a current flows through the metal wiring CY, the interaction between the current and the magnetic field generated by the two magnet pieces of the permanent magnet MG2 arranged in the direction along the oscillation axis AX causes the oscillation plate SY to oscillate. A force is applied about the axis AY. Thereby, the second torsion bar TY is twisted around the swing axis AY, and the swing plate SY swings around the swing axis AY.

図3は、MEMSミラー装置30から走査光L2が出射される態様を示している。図3において、パルス光L1は、MEMSミラー装置30に入射すると、反射表面30Sで反射して走査光L2が生成される。 FIG. 3 shows how the scanning light L2 is emitted from the MEMS mirror device 30. As shown in FIG. In FIG. 3, when the pulsed light L1 is incident on the MEMS mirror device 30, it is reflected by the reflecting surface 30S to generate the scanning light L2.

反射鏡部40は、MEMSミラー装置30から見て照射方向にある空間領域に配されている。ここで、MEMSミラー装置30に電圧が印加されていないときの揺動板SYの位置を基準位置とする。パルス光L1が、揺動板SYの基準位置において、反射表面30Sで反射された走査光L2の軸を光軸AZとする。 The reflector section 40 is arranged in a spatial region in the irradiation direction when viewed from the MEMS mirror device 30 . Here, the position of the oscillating plate SY when no voltage is applied to the MEMS mirror device 30 is defined as a reference position. The axis of the scanning light L2 reflected by the reflection surface 30S from the pulsed light L1 at the reference position of the oscillating plate SY is defined as an optical axis AZ.

図3において、MEMSミラー装置30から出射される走査光L2の出射方向であって、反射鏡部40の第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとの裏側には、走査光L2が反射鏡部40を透過するものと仮定した場合の走査面である仮想面SS1が示されている。仮想面SS1と反射鏡部40との間には、走査光L2が反射鏡部40を透過するものと仮定した場合の走査光L2である透過光L2’が描かれている。尚、仮想面SS1及び透過光L2’は実在するわけではなく、本実施例の説明のために図示したものである。 In FIG. 3, the scanning light L2 is emitted from the MEMS mirror device 30 on the back side of the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L of the reflecting mirror section 40 in the direction in which the scanning light L2 is emitted. A virtual surface SS1, which is a scanning surface assuming that light passes through the reflecting mirror section 40, is shown. Between the virtual surface SS1 and the reflecting mirror section 40, a transmitted light L2', which is the scanning light L2 when it is assumed that the scanning light L2 passes through the reflecting mirror section 40, is drawn. Note that the virtual surface SS1 and the transmitted light L2' do not actually exist, but are shown for explanation of this embodiment.

図4は、MEMSミラー装置30がリサージュ走査で走査する際に走査制御部14が生成する駆動信号DX及びDYと、これに基づいてMEMSミラー装置30が走査する走査光L2の走査軌跡との関係を模式的に示している。 FIG. 4 shows the relationship between the driving signals DX and DY generated by the scanning control unit 14 when the MEMS mirror device 30 scans by Lissajous scanning, and the scanning trajectory of the scanning light L2 scanned by the MEMS mirror device 30 based thereon. is schematically shown.

以下の説明において、駆動信号DXは、走査制御部14によって生成されて金属配線CXに供給される駆動信号として説明する。これによって、揺動枠SXが揺動軸AX周りに揺動する。また、駆動信号DYは、走査制御部14によって生成されて金属配線CYに供給される駆動信号として説明する。これによって、揺動板SYが揺動軸AY周りに揺動する。 In the following description, the drive signal DX is described as a drive signal generated by the scanning control section 14 and supplied to the metal wiring CX. As a result, the swing frame SX swings around the swing axis AX. Further, the drive signal DY will be described as a drive signal generated by the scanning control unit 14 and supplied to the metal wiring CY. Thereby, the rocking plate SY rocks around the rocking axis AY.

また、以下の説明において、駆動信号DX及び駆動信号DYの振幅はすべて同等(図中、AMP=1)であるものとしている。 In the following description, it is assumed that the drive signal DX and the drive signal DY have the same amplitude (AMP=1 in the figure).

図4において(a)は、図3に示した仮想面SS1において描かれる透過光L2’の走査軌跡TRを示している。図中のAX1及びAY1は、MEMSミラー装置30の揺動軸AX及び揺動軸AYにそれぞれ対応している。すなわち、MEMSミラー装置30の揺動軸AX周りの揺動は、仮想面SS1におけるAY1に沿った方向の走査位置の変化に対応する。また、MEMSミラー装置30の揺動軸AY周りの揺動は、仮想面SS1におけるAX1方向の走査位置の変化に対応する。 In FIG. 4, (a) shows the scanning trajectory TR of the transmitted light L2' drawn on the virtual plane SS1 shown in FIG. AX1 and AY1 in the drawing correspond to the swing axis AX and swing axis AY of the MEMS mirror device 30, respectively. That is, the oscillation of the MEMS mirror device 30 about the oscillation axis AX corresponds to the change in the scanning position in the direction along AY1 on the virtual surface SS1. Further, the swinging of the MEMS mirror device 30 about the swinging axis AY corresponds to the change in the scanning position in the AX1 direction on the virtual surface SS1.

図4(b)は、図4(a)に示したリサージュ走査の際の駆動信号DXの波形を模式的に示している。図4(b)の駆動信号DXは、A1及びB1を定数とし、θ1を変数としたとき、DX(θ1)=A1sin(θ1+B1)の式で示される正弦波の信号である。変数θ1は、駆動信号DXが、MEMSミラー装置30の第1のトーションバーTXによって固定枠B2に支持されている揺動枠SX及び揺動板SYの固有振動数に対応し、これらを共振させる周波数の正弦波となるように設定される。 FIG. 4(b) schematically shows the waveform of the drive signal DX during the Lissajous scanning shown in FIG. 4(a). The drive signal DX in FIG. 4B is a sine wave represented by the formula DX( θ1 )=A1 sin( θ1 + B1 ) where A1 and B1 are constants and θ1 is a variable. is a signal of The variable θ 1 corresponds to the natural frequencies of the swing frame SX and the swing plate SY supported by the fixed frame B2 by the first torsion bar TX of the MEMS mirror device 30, and the drive signal DX is the resonance frequency. It is set to be a sine wave of the frequency that

図4(c)は、図4(a)に示したリサージュ走査の際の駆動信号DYの波形を模式的に示している。駆動信号DYは、A2及びB2を定数とし、θ2を変数としたとき、DY(θ2)=A2sin(θ2+B2)の式で示される正弦波の信号である。変数θ2は、駆動信号DYが、MEMSミラー装置30の揺動板SYの固有振動数に対応し、これを共振させる周波数の正弦波となるように設定される。 FIG. 4(c) schematically shows the waveform of the drive signal DY during the Lissajous scanning shown in FIG. 4(a). The drive signal DY is a sinusoidal signal represented by the formula DY ( θ2) = A2 sin ( θ2 + B2) where A2 and B2 are constants and θ2 is a variable. The variable θ 2 is set so that the drive signal DY becomes a sine wave with a frequency that corresponds to the natural frequency of the oscillation plate SY of the MEMS mirror device 30 and causes it to resonate.

従って、揺動枠SX及び揺動板SYは、駆動信号DXによって揺動軸AX周りに共振しつつ揺動させられる。すなわち、揺動軸AX周りに共振モードの動作モードで駆動される。また、揺動板SYは、駆動信号DYによって揺動軸AY周りに共振しつつ揺動させられる。従って、揺動板SYは、揺動軸AX周りに揺動し、かつ揺動軸AY周りに揺動する。揺動板SYの揺動に応じて、反射表面30Sの向く方向が変化する。従って、光源20から出射されたパルス光L1は光反射膜33に反射され、揺動板SYの揺動に応じて出射方向を変化させつつ走査光L2として反射鏡部40へ向けて出射される。 Therefore, the swing frame SX and the swing plate SY are swung while resonating about the swing axis AX by the drive signal DX. That is, it is driven in a resonance mode operation mode around the swing axis AX. Further, the rocking plate SY is rocked while resonating around the rocking axis AY by the drive signal DY. Accordingly, the rocking plate SY rocks about the rocking axis AX and rocks about the rocking axis AY. The direction in which the reflection surface 30S faces changes according to the oscillation of the oscillation plate SY. Therefore, the pulsed light L1 emitted from the light source 20 is reflected by the light reflecting film 33, and emitted as the scanning light L2 toward the reflecting mirror portion 40 while changing the emission direction according to the oscillation of the oscillation plate SY. .

図4(a)に示すように、上述のように揺動板SYが揺動軸AX及び揺動軸AYの周りに共振しつつ揺動する。従って、透過光L2’の仮想面SS1における照射点(スポット位置)の軌跡TRは、リサージュ曲線に沿って描かれる。 As shown in FIG. 4A, the rocking plate SY rocks while resonating about the rocking axis AX and the rocking axis AY as described above. Therefore, the trajectory TR of the irradiation point (spot position) on the virtual plane SS1 of the transmitted light L2' is drawn along the Lissajous curve.

仮想面SS1の軸AX1に沿った方向の端部領域は、軌跡の密度が所定の密度よりも高い高密度領域が形成されている。高密度領域は、図中において「高」と示されている(以後の図において同じ)。仮想面SS1の軸AX1に沿った方向の中央付近に配される中央領域は、軌跡の密度が所定の密度よりも低い低密度領域が形成されている。低密度領域は、図中において「低」と示されている(以後の図において同じ)。すなわち、端部領域から中央領域に近づくにつれて当該端部領域よりも軌跡同士の間隔が広くなっている。さらに、パルス光L1を等間隔で出射する場合、端部領域では中央領域に比べて走査速度が遅くなるため空間的なパルス光L1の間隔も、端部領域では密度が高く、中央領域では密度が低くなる。 A high-density area in which the locus density is higher than a predetermined density is formed in the end area of the virtual surface SS1 in the direction along the axis AX1. High density areas are indicated as "high" in the figures (same for subsequent figures). A central region arranged near the center of the virtual surface SS1 in the direction along the axis AX1 forms a low-density region in which the locus density is lower than a predetermined density. Low density areas are indicated as "low" in the figures (the same applies to subsequent figures). That is, as the distance from the end region toward the center region increases, the distance between the tracks becomes wider than in the end region. Furthermore, when the pulsed light beams L1 are emitted at equal intervals, the scanning speed is slower in the end regions than in the central region. becomes lower.

従って、MEMSミラー装置30は、第1の反射面41R及び第2の反射面41Lの各々において、走査光L2による走査の軌跡の密度が高い領域である高密度領域と、走査光L2による走査の軌跡の密度が低い領域である低密度領域とを形成するように走査光L2を走査する。 Therefore, in each of the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L, the MEMS mirror device 30 has a high-density area, which is an area in which the density of the locus of scanning by the scanning light L2 is high, and The scanning light L2 is scanned so as to form a low-density area, which is an area with a low locus density.

図3に戻って、反射鏡部40は、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとに垂直でありかつ、光軸AZに沿った断面がV字状に形成されている。具体的には、反射鏡部40は、反射鏡部40の中心MCを通りかつ、光軸AZに対して交わる軸AMに沿って屈曲している。すなわち、反射鏡部40は、軸AMに沿って形成された屈曲部42を有している。言い換えれば、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとは互いに隣接した境界としての屈曲部42を設けて配置されている。 Returning to FIG. 3, the reflecting mirror portion 40 is perpendicular to the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L and has a V-shaped cross section along the optical axis AZ. Specifically, the reflecting mirror portion 40 is bent along an axis AM that passes through the center MC of the reflecting mirror portion 40 and intersects the optical axis AZ. That is, the reflecting mirror portion 40 has a bent portion 42 formed along the axis AM. In other words, the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are arranged with the bent portion 42 serving as a boundary adjacent to each other.

反射鏡部40のMEMSミラー装置30に臨む面には第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとが設けられている。第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとは、光反射膜からなっている。第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとは、MEMSミラー装置30の反射表面30Sと対向するように配されている。 A first reflecting surface 41R and a second reflecting surface 41L are provided on the surface of the reflecting mirror section 40 facing the MEMS mirror device 30 . The first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are made of a light reflecting film. The first reflective surface 41R and the second reflective surface 41L are arranged to face the reflective surface 30S of the MEMS mirror device 30 .

第1の反射面41Rは、MEMSミラー装置30と対向する一方の面に設けられている。第2の反射面41Lは、MEMSミラー装置30と対向する他方の面に設けられている。尚、本実施例において第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとは、軸AMと軸AZを含む面に対して対象となるように設けられている。 The first reflecting surface 41</b>R is provided on one surface facing the MEMS mirror device 30 . A second reflecting surface 41L is provided on the other surface facing the MEMS mirror device 30 . In this embodiment, the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are provided so as to be symmetrical with respect to a plane including the axis AM and the axis AZ.

ここで、第1の反射面41R又は第2の反射面41Lの領域のうち、屈曲部42に近接した領域を第1の反射領域とする。また、第1の反射面41R又は第2の反射面41Lの領域のうち、第1の反射領域よりも屈曲部42から離隔した領域を第2の反射領域とする。 Here, of the areas of the first reflecting surface 41R or the second reflecting surface 41L, the area close to the bent portion 42 is defined as a first reflecting area. In addition, of the regions of the first reflecting surface 41R or the second reflecting surface 41L, a region further away from the bent portion 42 than the first reflecting region is defined as a second reflecting region.

図5は、反射鏡部40の軸AMに沿った方向から見た反射鏡部40で反射された走査光L2の態様を示している。図中の矢印の太さは、軌跡の密度に応じている。すなわち、太い矢印は軌跡の密度が高いことを示し、細い矢印は軌跡の密度が低いことを示している。 FIG. 5 shows the scanning light L2 reflected by the reflecting mirror section 40 as seen from the direction along the axis AM of the reflecting mirror section 40 . The thickness of the arrows in the figure corresponds to the density of the trajectory. That is, a thick arrow indicates a high density of trajectories, and a thin arrow indicates a low density of trajectories.

図5において、走査軌跡のうち低密度領域の走査軌跡を形成する走査光L2は、第1の反射面41R及び第2の反射面41Lの第1の反射領域に照射される。また、走査軌跡のうち高密度領域の走査軌跡を形成する走査光L2は、第1の反射面41R及び第2の反射面41Lの第2の反射領域に照射される。 In FIG. 5, the scanning light L2 forming the scanning locus of the low-density area among the scanning loci is irradiated to the first reflecting areas of the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L. Further, the scanning light L2 forming the scanning trajectory of the high-density region among the scanning trajectories is irradiated onto the second reflective regions of the first reflective surface 41R and the second reflective surface 41L.

また、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとは、互いに対する角度のうち走査対象領域Rに対向する第1の角度D1が平角(180度)よりも小さくなっている。尚、本実施例において、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとは、MEMSミラー装置30に対向するように設けられている。すなわち、第1の角度D1は、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとが成す角度のうち、MEMSミラー装置30が走査する走査光L2の照射方向に対向する角度である。 In addition, the first angle D1 between the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L, which faces the scanning target region R, is smaller than a flat angle (180 degrees). In this embodiment, the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are provided so as to face the MEMS mirror device 30. As shown in FIG. That is, the first angle D1 is an angle that faces the irradiation direction of the scanning light L2 scanned by the MEMS mirror device 30, among the angles formed by the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L.

このように、本実施例においては、MEMSミラー装置30から出射された走査光L2は、直接的に反射鏡部40に照射される。しかし、MEMSミラー装置30から出射された走査光L2は、間接的に反射鏡部40に照射されるようにしてもよい。例えば、MEMSミラー装置30から出射された走査光L2は、ミラー等の光学部材を介して反射鏡部40に照射されるようにしてもよい。すなわち、走査光L2が間接的に反射鏡部40に照射される場合、反射鏡部40は、MEMSミラー装置30と対向する面に第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとを有していなくてもよい。 Thus, in this embodiment, the scanning light L2 emitted from the MEMS mirror device 30 is directly applied to the reflecting mirror section 40 . However, the scanning light L<b>2 emitted from the MEMS mirror device 30 may indirectly irradiate the reflecting mirror section 40 . For example, the scanning light L2 emitted from the MEMS mirror device 30 may be applied to the reflecting mirror section 40 via an optical member such as a mirror. That is, when the scanning light L2 is indirectly applied to the reflecting mirror section 40, the reflecting mirror section 40 has a first reflecting surface 41R and a second reflecting surface 41L on the surface facing the MEMS mirror device 30. You don't have to.

MEMSミラー装置30が、走査対象領域Rの走査のためにパルス光L1を反射させる場合の搖動板SYの最大揺動角において出射される2つの走査光L2のうち、一方の最大揺動角において出射された走査光L2の射線をL2Rとし、他方の最大揺動角において出射された走査光L2の射線をL2Lとする。 When the MEMS mirror device 30 reflects the pulsed light L1 for scanning the scanning target region R, at one of the two scanning light beams L2 emitted at the maximum swing angle of the swing plate SY, Let L2R be the ray of the emitted scanning light L2, and L2L be the ray of the emitted scanning light L2 at the other maximum swing angle.

2つの射線L2R、L2Lが互いになす角度、すなわち、揺動軸AY周りの走査光L2の照射範囲である照射角度を角度2θとする。また、180度から第1の角度D1を引いた角度を第2の角度2Yとする。さらに、角度2θの半分の角度を角度θとする。第2の角度2Yの半分の角度をYとする。 The angle formed by the two rays L2R and L2L, that is, the irradiation angle, which is the irradiation range of the scanning light L2 around the swing axis AY, is defined as an angle 2θ. An angle obtained by subtracting the first angle D1 from 180 degrees is defined as a second angle 2Y. Furthermore, let the angle θ be half the angle 2θ. Let Y be the half angle of the second angle 2Y.

本実施例において、走査光L2Rは、第1の反射面41Rで反射すると、軸AMに沿った方向から見た図5の投影面において軸AZと同一の方向に出射されるように第1の反射面41Rの角度が設定されている。同様に走査光L2Lは、第2の反射面41Lで反射すると、図5の投影面において軸AZと同一の方向に出射されるように第2の反射面41Lの角度が設定されている。具体的には、照射角度2θは、第2の角度2Yの2倍に設定されている。すなわち、本実施例においては、角度θは、角度Yの2倍に設定されている。 In this embodiment, when the scanning light L2R is reflected by the first reflecting surface 41R, it is emitted in the same direction as the axis AZ on the projection plane of FIG. 5 viewed from the direction along the axis AM. The angle of the reflecting surface 41R is set. Similarly, the angle of the second reflecting surface 41L is set so that the scanning light L2L, when reflected by the second reflecting surface 41L, is emitted in the same direction as the axis AZ on the projection plane of FIG. Specifically, the irradiation angle 2θ is set to twice the second angle 2Y. That is, the angle θ is set to be twice the angle Y in this embodiment.

反射鏡部40で反射された走査光L2は、走査対象領域Rに向けて出射される。本実施例においては、走査対象面S1の中央領域において走査光L2の軌跡の密度が高くなるように走査対象領域Rに向けて出射されるようになっている。すなわち、仮想面SS1において透過光L2’によって描かれる走査軌跡TRのうち、軌跡の密度が高い高密度領域を描く走査光L1を走査対象領域Rの中央領域に向かうようにし、軌跡の密度が低い低密度領域(走査軌跡TRにおける中央部分)を描く走査光L1を走査対象領域Rの端部へ向かうように第1の反射面41R及び第2の反射面41Lの角度を設定している。 The scanning light L2 reflected by the reflecting mirror portion 40 is emitted toward the scanning target region R. As shown in FIG. In this embodiment, the scanning light L2 is emitted toward the scanning target area R so that the density of the trajectory of the scanning light L2 is high in the central area of the scanning target surface S1. That is, of the scanning trajectory TR drawn by the transmitted light L2′ on the virtual surface SS1, the scanning light L1 that draws a high-density region with a high trajectory density is directed toward the central region of the scanning target region R, and the trajectory has a low density. The angles of the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are set so that the scanning light L1 that draws the low-density area (the central portion of the scanning trajectory TR) is directed toward the edge of the scanning target area R.

図6は、軸AMに沿った方向から見た反射鏡部40で反射された走査光L2の出射態様を示している。図中の矢印の太さは、軌跡の密度に応じている。すなわち、太い矢印は軌跡の密度が高いことを示し、細い矢印は軌跡の密度が低いことを示している。 FIG. 6 shows the emission mode of the scanning light L2 reflected by the reflecting mirror section 40 as seen from the direction along the axis AM. The thickness of the arrows in the figure corresponds to the density of the trajectories. That is, a thick arrow indicates a high density of trajectories, and a thin arrow indicates a low density of trajectories.

図6において、走査対象面S1と反射鏡部40との距離に比べると、MEMSミラー装置30と反射鏡部40との距離は非常に短い。従って、巨視的に見れば反射鏡部40、すなわち光出射点から出射しているといえる。 In FIG. 6, the distance between the MEMS mirror device 30 and the reflector section 40 is much shorter than the distance between the scanning target surface S1 and the reflector section 40 . Therefore, when viewed macroscopically, it can be said that the light is emitted from the reflecting mirror portion 40, that is, the light emitting point.

反射鏡部40で反射された走査光L2は、走査対象面S1に向けて照射される。具体的には、走査光L2は、走査対象面S1の中央領域において軌跡の密度が最も高くなるように照射される。また、走査光L2は、走査対象面S1の軸AX1に沿った端部領域に向かうに従い、徐々に密度が低くなるように照射される。 The scanning light L2 reflected by the reflecting mirror section 40 is irradiated toward the scanning target surface S1. Specifically, the scanning light L2 is irradiated so that the density of the trajectory is highest in the central region of the scanning target surface S1. Further, the scanning light L2 is applied so that the density thereof gradually decreases toward the end region along the axis AX1 of the scanning target surface S1.

図7は、図6の走査面S1において照射される走査光L2の軌跡を示している。図7において、走査対象面S1は、第1の反射面41Rで反射された走査光L2によって描かれた走査軌跡の領域S1Lと、第2の反射面41の反射面41Lで反射された走査光L2によって描かれた走査軌跡の領域S1Rと、を示している。 FIG. 7 shows the trajectory of the scanning light L2 irradiated on the scanning plane S1 of FIG. In FIG. 7, the scanning target surface S1 includes a scanning trajectory region S1L drawn by the scanning light L2 reflected by the first reflecting surface 41R and a scanning light reflected by the reflecting surface 41L of the second reflecting surface 41. and a region S1R of the scanning trajectory delineated by L2.

第1の反射面41Rで反射された走査光L2の軌跡は、位置関係が反転して走査領域S1Lで描かれる。同様に、第2の反射面41Lで反射された走査光L2の軌跡は、位置関係が反転して走査領域S1Rで描かれる。すなわち、走査面S1対して照射される走査光L2の軌跡は、軌跡の低密度領域と高密度領域の位置関係が反射鏡部40における位置関係と変化する。 The trajectory of the scanning light L2 reflected by the first reflecting surface 41R is drawn in the scanning area S1L with the positional relationship reversed. Similarly, the trajectory of the scanning light L2 reflected by the second reflecting surface 41L is drawn in the scanning region S1R with the positional relationship reversed. That is, in the locus of the scanning light L2 irradiated onto the scanning surface S1, the positional relationship between the low-density area and the high-density area of the locus changes from the positional relationship in the reflecting mirror section 40. FIG.

具体的には、図4(a)においては、中央領域に走査光L2の軌跡の密度が低い低密度領域が配され、端部領域において走査光L2の軌跡の密度が高い高密度領域が配されている。これは仮想面SS1における走査光L2の軌跡と対応する。これに対して、走査対象面S1の中央領域へは、仮想面SS1における軌跡の密度が高い高密度領域を描く走査光L2が配され、走査対象面S1の端部領域へは、仮想面SS1における軌跡の密度が低い低密度領域を描く走査光L2が配される。すなわち、高密度領域を形成する走査光L2による走査対象領域Rでの出射軌跡が、低密度領域を形成する走査光L2による走査対象領域Rでの出射軌跡の間に配される。 Specifically, in FIG. 4A, a low-density region having a low density of the trajectory of the scanning light L2 is arranged in the central region, and a high-density region having a high density of the trajectory of the scanning light L2 is arranged in the end region. It is This corresponds to the trajectory of the scanning light L2 on the virtual surface SS1. On the other hand, the scanning light L2 that draws a high-density region with a high locus density on the virtual surface SS1 is distributed to the central region of the scanning target surface S1, and the scanning light L2 that draws a high-density region with a high locus density on the scanning target surface S1 is distributed to the end region of the scanning target surface S1. The scanning light L2 is arranged to draw a low-density area with a locus of low density at . That is, the emission trajectory in the scanning target region R of the scanning light L2 forming the high-density region is arranged between the emission trajectories in the scanning target region R of the scanning light L2 forming the low-density region.

言い換えれば、走査対象領域Rにおいて高密度領域を形成する走査光L2が照射される領域が、低密度領域を形成する走査光L2が照射される領域の間に位置する。 In other words, the area irradiated with the scanning light L2 forming the high-density area in the scanning target area R is positioned between the areas irradiated with the scanning light L2 forming the low-density area.

ところで、図5において示された角度Y及び角度θが、Y=θ/2の条件を満たす場合、図7に示すように、走査面S1の中央領域において、走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rは互いに接するように配される。言い換えれば、高密度領域を形成する走査光L2による走査対象領域Rにおける走査軌跡が、走査対象領域Rにおいて互いに隣接する。このような条件は、高密度領域が走査対象領域Rの中央領域に配されるため、当該中央領域における対象物OBの測距精度の向上を図ることが可能となる。 By the way, when the angle Y and the angle θ shown in FIG. 5 satisfy the condition Y=θ/2, as shown in FIG. The regions S1R are arranged so as to be in contact with each other. In other words, the scanning trajectories in the scanning target region R by the scanning light L2 forming the high-density region are adjacent to each other in the scanning target region R. Under such a condition, the high-density area is arranged in the central area of the scanning target area R, so it is possible to improve the distance measurement accuracy of the object OB in the central area.

反射鏡部40で反射された出射光L3は、走査対象領域Rに向けて出射される。本実施例において、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとで反射した走査光L2の光路は、直接的に走査対象領域Rに向かうように設定される。しかし、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lで反射した走査光L2の光路は、直接的に走査対象領域Rに向かう光路でなくてもよい。例えば、反射鏡部40と走査対象領域Rとの間にミラー等の光学部材を設けて、第1の反射面41Rと第2の反射面41Lで反射した走査光L2が走査対象領域Rに向かうように間接的に光路を設定した光路制御手段を設けてもよい。 The emitted light L3 reflected by the reflecting mirror portion 40 is emitted toward the scanning target area R. As shown in FIG. In this embodiment, the optical path of the scanning light L2 reflected by the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L is set so as to go directly to the scanning target area R. As shown in FIG. However, the optical path of the scanning light L2 reflected by the first reflective surface 41R and the second reflective surface 41L does not have to be the optical path that goes directly to the scanning target area R. For example, an optical member such as a mirror is provided between the reflecting mirror section 40 and the scanning target area R, and the scanning light L2 reflected by the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L travels toward the scanning target area R. An optical path control means for indirectly setting the optical path may be provided.

角度Y及び角度θの条件は、Y=θ/2には限られず、ユーザが注視したい位置に合わせて適宜調整するとよい。例えば、走査対象領域Rの中央領域の対象物OBの測距精度のさらなる向上、又は対象物OBさらに細かく見ることを目的とする場合、走査対象領域Rの中央領域において、走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rを互いにオーバーラップするようにして走査するとよい。具体的には、Y<θ/2を満たすように条件を設定するとよい。 The conditions of the angle Y and the angle θ are not limited to Y=θ/2, and may be appropriately adjusted according to the position that the user wishes to gaze at. For example, when aiming to further improve the distance measurement accuracy of the object OB in the central region of the scanning target region R, or to see the object OB more finely, in the central region of the scanning target region R, the scanning trajectory region S1L and It is preferable to scan the regions S1R of the scanning trajectories so as to overlap each other. Specifically, the condition should be set so as to satisfy Y<θ/2.

図8は、図6の走査対象面S1の走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rを示している。すなわち、走査軌跡の領域S1L及び領域S1Rのうち、走査軌跡の密度が高い高密度領域の一部同士が互いにオーバーラップしている。図8において、走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rを互いにオーバーラップする範囲(以下、オーバーラップ範囲とする)を小さく設定した走査軌跡の領域が示されている。オーバーラップ範囲においては、測距装置10は、走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rの両方のデータを得ることができる。 FIG. 8 shows a scanning trajectory region S1L and a scanning trajectory region S1R on the scanning target surface S1 of FIG. That is, of the scanning trajectory region S1L and the scanning trajectory region S1R, portions of the high-density regions where the scanning trajectory density is high overlap each other. FIG. 8 shows scanning locus areas in which the overlapping range of the scanning locus area S1L and the scanning locus area S1R (hereinafter referred to as the overlapping range) is set small. In the overlapping range, the distance measuring device 10 can obtain data for both the scanning trajectory region S1L and the scanning trajectory region S1R.

例えば、測距装置10は、オーバーラップ範囲の走査軌跡の領域S1L,S1Rのうち、いずれか一方の領域において一部のデータが得られない場合があったとしても、他方の領域のデータを測距に用いることが可能となる。このため、確実にオーバーラップ範囲の測距データを得ることが可能となる。 For example, even if some data cannot be obtained in one of the areas S1L and S1R of the scanning trajectories in the overlapping range, the distance measuring device 10 measures the data in the other area. It can be used for distance. Therefore, it is possible to reliably obtain distance measurement data in the overlapping range.

図9は、図6の走査面S1の走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rを示している。図9において、オーバーラップ範囲を大きく設定した走査軌跡の領域が示されている。オーバーラップ範囲においては、測距装置10は、走査軌跡の領域S1L及び走査軌跡の領域S1Rの両方のデータを得ることができる。 FIG. 9 shows a scanning trajectory region S1L and a scanning trajectory region S1R on the scanning surface S1 of FIG. FIG. 9 shows a region of scanning trajectories in which a large overlap range is set. In the overlapping range, the distance measuring device 10 can obtain data for both the scanning trajectory region S1L and the scanning trajectory region S1R.

また、オーバーラップ範囲が大きくなるにつれて、当該範囲に照射される走査光L2の数も増加する。従って、オーバーラップ範囲における対象物OBの検出率の向上を図ることが可能となる。 In addition, as the overlapping range increases, the number of scanning light beams L2 that irradiate the range also increases. Therefore, it is possible to improve the detection rate of the object OB in the overlapping range.

尚、オーバーラップ範囲において照射される走査光L2の出射間隔を短くすることで、更に多くのデータを得ることが可能となる。このように走査光L2の出射間隔を短くすることにより、オーバーラップ範囲における対象物OBの詳細な情報を得ることが可能となる。 By shortening the emission interval of the scanning light L2 irradiated in the overlapping range, it is possible to obtain more data. By shortening the emission interval of the scanning light L2 in this way, it is possible to obtain detailed information about the object OB in the overlapping range.

図10A及び図10Bは、走査軌跡の領域S1L及び領域S1Rのオーバーラップ範囲を図8、図9と異ならせたものである。図10Aでは、領域S1L及び領域S1Rのうち、走査軌跡の密度が低い低密度領域がオーバーラップするようにしたものである。すなわち、第1の反射面41R及び第2の反射面41Lにおいて低密度領域を形成する走査光L2による走査対象領域Rにおける走査軌跡が、走査対象領域Rにおいて互いに隣接するようになっている。図10Bでは、領域S1L及び領域S1Rが完全に重複するようにしたものである。このようにすることで、走査軌跡の密度がそれぞれ低い低密度領域同士を互いにオーバーラップすることによって、走査軌跡の密度が高い高密度領域を形成することができる。また、走査対象領域R全体に亘って走査軌跡の密度を均一に近づけることが出来る。なお、領域S1L及び領域S1Rのオーバーラップ範囲は、角度Y及び角度θの条件を変化させることで決めることができる。具体的には、0<Y<θ/4とした場合には図10Aの状態となり、Y=θ/4の場合には図10Bの状態となるのである。 FIGS. 10A and 10B differ from FIGS. 8 and 9 in the overlapping range of the scanning trajectory regions S1L and S1R. In FIG. 10A, the low-density regions where the density of the scanning trajectory is low are overlapped between the regions S1L and S1R. That is, the scanning trajectories in the scanning target region R of the scanning light L2 forming the low-density regions on the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are adjacent to each other in the scanning target region R. In FIG. 10B, the regions S1L and S1R are completely overlapped. In this way, by overlapping low-density areas with low scanning trajectory densities, it is possible to form high-density areas with high scanning trajectory densities. Moreover, the density of the scanning trajectory can be made nearly uniform over the entire scanning target region R. Note that the overlapping range of the regions S1L and S1R can be determined by changing the conditions of the angle Y and the angle θ. Specifically, the state shown in FIG. 10A is obtained when 0<Y<.theta./4, and the state shown in FIG. 10B is obtained when Y=.theta./4.

ところで、例えば反射鏡部40の屈曲部42に走査光L2を照射すると、第1の反射面41R及び第2の反射面41Lの両方に走査光L2が照射されることになる。このような場合、多方向に走査光L2が反射され、走査対象領域Rの特定の位置のみに走査光L2を照射することが困難となる。従って、光源制御部13は、屈曲部42に対して走査光L2を照射しないように制御するとよい。 By the way, for example, when the bending portion 42 of the reflecting mirror portion 40 is irradiated with the scanning light L2, both the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are irradiated with the scanning light L2. In such a case, the scanning light L2 is reflected in multiple directions, making it difficult to irradiate only a specific position of the scanning target region R with the scanning light L2. Therefore, the light source control unit 13 preferably performs control so that the bending portion 42 is not irradiated with the scanning light L2.

また、本実施例においては、反射鏡部40は1の矩形の板状体で一体として構成されるものであった。しかし、反射鏡部40はこのような構成に限られず、例えば、第1の反射面41Rを有する第1の部材と、第2の反射面41Lを有する第2の部材と、をそれぞれ配置して構成してもよい。 Further, in this embodiment, the reflecting mirror portion 40 is integrally formed of one rectangular plate-like body. However, the reflecting mirror section 40 is not limited to such a configuration, and for example, a first member having a first reflecting surface 41R and a second member having a second reflecting surface 41L are arranged. may be configured.

このようにして反射鏡部40を構成した場合であっても、上述のように例えば反射鏡部40の第1の部材と第2の部材の接合面に形成される屈曲部42に走査光L2を照射すると、第1の反射面41R及び第2の反射面41Lの両方に走査光L2が照射されることになる。このため、走査対象領域Rの特定の位置のみに走査光L2を照射することが困難となる。 Even when the reflecting mirror section 40 is configured in this way, the scanning light beam L2 passes through the bending section 42 formed on the joint surface between the first member and the second member of the reflecting mirror section 40, for example, as described above. , both the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L are irradiated with the scanning light L2. Therefore, it is difficult to irradiate only a specific position of the scanning target area R with the scanning light L2.

従って、上記同様に光源制御部13は、屈曲部42に対して走査光L2を照射しないように制御するとよい。またこのような不具合を防止するために、第1の部材と第2の部材との間を少なくとも走査光L2のスポット径以上の間隔を有して設けるとよい。 Therefore, similarly to the above, the light source control unit 13 preferably performs control so as not to irradiate the bending portion 42 with the scanning light L2. In order to prevent such a problem, it is preferable to provide a space between the first member and the second member that is at least equal to or larger than the spot diameter of the scanning light L2.

尚、本実施例において反射鏡部40は走査光L2R,L2Lが照射される第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとの端部が互いに近接するように屈曲して形成された。しかし、反射鏡部40の形状はこれには限られず、例えば、軸AX周りの最大揺動角で出射される2つの走査光L2が照射される第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとの端部が互いに近接するように屈曲して形成されるようにしてもよい。 In this embodiment, the reflecting mirror portion 40 is formed by bending such that the end portions of the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L irradiated with the scanning lights L2R and L2L are close to each other. However, the shape of the reflecting mirror portion 40 is not limited to this. 41L may be bent so as to be close to each other.

このようにして反射鏡部40を構成した場合、軸AY1方向(又は軸AX1方向)に形成されている軌跡の高密度領域及び低密度領域の位置関係を変更して走査することが可能となる。 When the reflecting mirror unit 40 is configured in this manner, scanning can be performed by changing the positional relationship between the high-density region and the low-density region of the trajectory formed in the direction of the axis AY1 (or the direction of the axis AX1). .

このように反射鏡部40の第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとの屈曲方向として2つの例を挙げた。ここで、反射鏡部40の屈曲部42は、複数個所に設けられているようにしてもよい。例えば、上述した屈曲方向が互いに異なる2つの第1の反射面41Rと第2の反射面41Lとを組み合わせて反射鏡部40を構成してもよい。 Two examples of the bending directions of the first reflecting surface 41R and the second reflecting surface 41L of the reflecting mirror portion 40 are given. Here, the bent portions 42 of the reflector portion 40 may be provided at a plurality of locations. For example, the reflecting mirror section 40 may be configured by combining the two first reflecting surfaces 41R and the second reflecting surfaces 41L having different bending directions.

これらの実施例においてMEMSミラー装置30の揺動板SYの最大揺動角、もしくは揺動枠SXの最大揺動角において出射される2つの走査光をL2R、L2Lとしたが、パルス光L1は最大揺動角付近では出射せず、最大揺動角より小さな最大出射角以内において出射することも否定しない。この場合最大出射角において出射される2つの走査光をL2R、L2Lと読み替えても良い。 In these embodiments, the two scanning lights emitted at the maximum swing angle of the swing plate SY or the swing frame SX of the MEMS mirror device 30 are L2R and L2L. It is not denied that light is not emitted near the maximum swing angle and is emitted within the maximum emission angle that is smaller than the maximum swing angle. In this case, the two scanning lights emitted at the maximum emission angle may be read as L2R and L2L.

このようにして反射鏡部40を構成した場合、軸AX1及び軸AY1方向に形成されている軌跡の高密度領域及び低密度領域の位置関係を変更して走査することが可能となる。 When the reflecting mirror section 40 is configured in this manner, scanning can be performed by changing the positional relationship between the high-density area and the low-density area of the trajectory formed in the directions of the axis AX1 and the axis AY1.

以上のように、本発明の測距装置10は、MEMSミラー装置30から出射された走査光L2を反射鏡部40で反射させて走査対象領域Rを走査する。従って、本発明の測距装置10によれば、走査対象領域Rにおける走査光L2の走査軌跡の密度を自由に設定することが可能となる。 As described above, the distance measuring device 10 of the present invention scans the scanning target region R by reflecting the scanning light L2 emitted from the MEMS mirror device 30 by the reflecting mirror section 40 . Therefore, according to the distance measuring device 10 of the present invention, it is possible to freely set the density of the scanning trajectory of the scanning light L2 in the scanning target area R.

具体的には、走査光L2の軌跡がリサージュ曲線に沿った軌跡である場合、走査光L2の軌跡は、軌跡の密度が密である高密度領域と軌跡の密度が疎である低密度領域を有する場合がある。このような場合において、走査光L2を反射鏡部40で反射させることにより、高密度領域及び低密度領域の位置関係を変更して走査することが可能となる。 Specifically, when the trajectory of the scanning light L2 is a trajectory along the Lissajous curve, the trajectory of the scanning light L2 has a high-density region with a high density of the trajectory and a low-density region with a sparse density of the trajectory. may have. In such a case, by reflecting the scanning light L2 on the reflecting mirror section 40, it is possible to scan while changing the positional relationship between the high-density area and the low-density area.

従って、測距行う領域である走査対象領域R内において、所望の密度分布の軌跡を有する走査態様によって測距することが可能となる。このため、良好な測距状況を得ることができ、走査対象領域R内の対象物OBの測距をより高い精度で行うことが可能となる。 Therefore, it is possible to perform distance measurement in a scanning mode having a locus of a desired density distribution within the scanning target area R, which is an area for distance measurement. Therefore, it is possible to obtain a good distance measurement condition, and to perform distance measurement of the object OB in the scanning target area R with higher accuracy.

10 測距装置
30 MEMSミラー装置
40 反射鏡部
50 受光部
60 測距部
10 distance measuring device 30 MEMS mirror device 40 reflector unit 50 light receiving unit 60 distance measuring unit

Claims (1)

所定の照射方向に向けて光を走査する光走査部と、
前記光走査部の前記照射方向にある空間領域に配され、走査対象領域に対向する第1の角度が平角より小さくなるように配された第1の反射面及び第2の反射面を有し、前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させる光路制御部と、
前記光が前記走査対象領域に存在する対象物で反射した反射光を受光する受光部と、
を有し、
前記光走査部は、前記第1の反射面及び前記第2の反射面において、前記光による走査の軌跡の密度が高い領域である高密度領域と、前記光による走査の軌跡の密度が低い領域である低密度領域とを形成するように前記光を走査し、
光路制御部は、前記高密度領域を形成する前記光による前記走査対象領域での出射軌跡が、前記低密度領域を形成する前記光による前記走査対象領域での出射軌跡の間に配されるように前記光を前記走査対象領域へ向けて出射させることを特徴とする走査装置。
an optical scanning unit that scans light in a predetermined irradiation direction;
It has a first reflecting surface and a second reflecting surface arranged in a spatial region in the irradiation direction of the optical scanning unit and arranged such that a first angle facing the scanning target region is smaller than a flat angle. , an optical path control unit for emitting the light toward the scanning target area;
a light-receiving unit that receives the light reflected by an object existing in the scanning target area;
has
The optical scanning unit includes, on the first reflecting surface and the second reflecting surface, a high-density area, which is an area in which the density of the scanning trajectory of the light is high, and an area in which the density of the scanning trajectory of the light is low. scanning the light to form a low-density region where
The optical path control unit is arranged such that an emission trajectory of the light forming the high-density area in the scanning target area is arranged between an emission trajectory of the light forming the low-density area in the scanning target area. and emitting the light toward the area to be scanned.
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