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JP4214364B2 - Optical input / output control device for optical scanning device and optical scanning device using the same - Google Patents

Optical input / output control device for optical scanning device and optical scanning device using the same Download PDF

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JP4214364B2
JP4214364B2 JP2002181184A JP2002181184A JP4214364B2 JP 4214364 B2 JP4214364 B2 JP 4214364B2 JP 2002181184 A JP2002181184 A JP 2002181184A JP 2002181184 A JP2002181184 A JP 2002181184A JP 4214364 B2 JP4214364 B2 JP 4214364B2
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喜和 寺島
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Nippon Signal Co Ltd
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Secom Co Ltd
Nippon Signal Co Ltd
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リサジュー図形に従った軌跡に沿って２次元走査を行うリサジュー走査によって光を出力し、又は走査対象からの光を入力するタイミングを制御する光走査装置用の光入出力制御装置に関し、詳しくは、２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力を可能とする光走査装置用の光入出力制御装置及びこれを用いた光走査装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光走査装置における２次元の光走査には、ラスター走査とリサジュー走査とがある。一般的には、ラスター走査が用いられるが、Ｘ方向の周波数とＹ方向の周波数との比が大きく取れず、ラスター走査が困難な場合は、リサジュー走査が用いられる。
そして、リサジュー走査によってＸ，Ｙ方向の２次元の光出力又は光入力を行うには、図１２に示すようなリサジュー図形に従った軌跡に沿って２次元走査を行い、その走査軌跡の上で例えば一定の時間間隔毎に順次光出力又は光入力の点を決めて行き、Ｘ，Ｙ方向の光出力又は光入力を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなリサジュー走査による２次元の光出力又は光入力では、ラスター走査に比べて走査線が縦横に入り組んでいるので、光出力又は光入力の方法が複雑になる。また、図１２に示すように、リサジュー図形に従ったＸ，Ｙ方向の走査軌跡の間隔が中心部では粗く、周辺部に行くに従って密になっているため、一定の時間間隔毎に順次光出力又は光入力の点を決めて行くと、周辺部では光出力又は光入力の点が重なることが多くなり、中心部ではＸ，Ｙ方向の必要な点に光出力又は光入力が行われないことがある。したがって、２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力ができないことがあった。
【０００４】
さらに、図１３及び図１４に示すように、リサジュー走査において、Ｘ軸方向の周波数Fx及びＹ軸方向の周波数Fy並びにリサジュー周波数Flが同一でも、光出力又は光入力を行う時間間隔ｔを少し変化しただけで、光出力又は光入力の点が大きく変わることがある。例えば、図１３に示すｔ＝１／12kHzの時間間隔に対して、図１４に示すｔ＝１／12.34kHzのように時間間隔をわずかに変えただけで、光出力又は光入力の点が大きく変わる。これは、図１３に示すｔ＝１／12kHzのように整数分の一の時間間隔とすると、最大公約数を共通に持った状態となり、複数の点が重なって結果として光出力又は光入力の点がまばらになってしまうからである。したがって、特に図１３に示す場合は、２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力ができないことがあった。
【０００５】
これらの状態に対して、リサジュー走査の走査軌跡に対して、Ｘ，Ｙ方向の正しいマス目の光出力又は光入力の点になるように予め光出力又は光入力のタイミングを求めておく方法もあるが、この場合は、膨大なシミュレーション計算を必要とするものであり、実施が困難となる。さらに、図１３及び図１４に示すような光出力又は光入力点の偏在に対して、例えば専用の光学レンズで補正する方法もあるが、そのような補正レンズの開発には、莫大な費用がかかり、コスト高となる。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力を可能とする光走査装置用の光入出力制御装置及びこれを用いた光走査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明による光走査装置用の光入出力制御装置は、反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査する光走査部に対し、光源から光を出力し、又は走査対象からの光を入力するタイミングを制御する光走査装置用の光入出力制御装置であって、上記光走査部の２次元走査のＸ，Ｙ方向の位置信号を入力し、所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割して各格子状ブロックに対応するＸ，Ｙ座標に変換する座標変換手段と、該変換されたＸ，Ｙ座標をアドレスに変換したＸ，Ｙアドレスを入力してそのアドレスに対応する光出力又は光入力の目標位置に対する光出力又は光入力の実行の「未済」、「済」のフラグを読み出し又は書き込むフラグ記憶手段と、上記座標変換手段から出力され、各格子状ブロック内の中央部に形成された光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域のＸ，Ｙ座標を入力し、該光入出力有効領域の内部か否かを判断する領域内外判定手段と、上記フラグ記憶手段及び領域内外判定手段からの出力信号のアンドをとって光出力又は光入力のタイミング信号を出力する光入出力信号出力手段と、を備えたものである。
【０００８】
このような構成により、座標変換手段で、光走査部の２次元走査のＸ，Ｙ方向の位置信号を入力し、所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割して各格子状ブロックに対応するＸ，Ｙ座標に変換し、フラグ記憶手段により、上記変換されたＸ，Ｙ座標をアドレスに変換したＸ，Ｙアドレスを入力してそのアドレスに対応する光出力又は光入力の目標位置に対する光出力又は光入力の実行の「未済」、「済」のフラグを読み出し又は書き込み、領域内外判定手段で、上記座標変換手段から出力され、各格子状ブロック内の中央部に形成された光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域のＸ，Ｙ座標を入力し、該光入出力有効領域の内部か否かを判断し、光入出力信号出力手段により、上記フラグ記憶手段及び領域内外判定手段からの出力信号のアンドをとって光出力又は光入力のタイミング信号を出力する。これにより、リサジュー走査においても、上記分割された各格子状ブロックを目標位置とし、この目標位置にて光出力又は光入力を行うことで２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力を可能とする。
【００１１】
そして、上記光入出力信号出力手段からのタイミング信号を入力して、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に次の光出力又は光入力の実行許可を行うタイマ手段を備えたものである。このタイマ手段により、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に次の光出力又は光入力の実行許可を行うことで、例えばレーザダイオード等の光源を用いて目標位置に光出力を行う場合に、上記光源の点灯に必要な時間間隔が取れる。
【００１２】
さらに、上記光入出力信号出力手段からのタイミング信号を入力して、各格子状ブロック毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する終了信号を出力するカウンタ手段を備えたものである。このカウンタ手段により、各格子状ブロック毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する終了信号を出力することで、所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割した総ての格子状ブロックについて光出力又は光入力を洩れなく行うことができる。
【００１３】
また、第２の発明による光走査装置は、反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査する光走査部と、この光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させる駆動回路と、上記光走査部の可動板の反射面に対して光を射出する光源と、この光源から上記可動板の反射面に対して光を出力するタイミングを制御する光入出力制御装置と、を備えて成る光走査装置において、上記光入出力制御装置として、前述の各手段のいずれかの光入出力制御装置を用いたものである。
【００１４】
このような構成により、駆動回路で光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させ、光源から上記光走査部の可動板の反射面に対して光を射出し、光走査部で可動板を直交する二軸方向に揺動して反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査し、光入出力制御装置により、Ｘ，Ｙ方向に連続する格子状に分割された各格子状ブロックを光出力の目標位置とし、２次元走査による走査軌跡が上記目標位置に入ったことを検出して、その目標位置にて光出力のタイミングを制御する。これにより、リサジュー走査においても、上記分割された各格子状ブロックを目標位置とし、この目標位置にて光出力を行うことで２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力を可能とする描画装置が得られる。
【００１５】
さらに、第３発明による光走査装置は、反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査する光走査部と、この光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させる駆動回路と、上記光走査部の可動板の反射面からの光を入力して受光信号を出力する受光部と、この受光部から出力される受光信号を入力するタイミングを制御する光入出力制御装置と、を備えて成る光走査装置において、上記光入出力制御装置として、前述の各手段のいずれかの光入出力制御装置を用いたものである。
【００１６】
このような構成により、駆動回路で光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させ、光走査部により可動板を直交する二軸方向に揺動して反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査し、受光部で上記光走査部の可動板の反射面からの光を入力して受光信号を出力し、光入出力制御装置により、Ｘ，Ｙ方向に連続する格子状に分割された各格子状ブロックを光入力の目標位置とし、２次元走査による走査軌跡が上記目標位置に入ったことを検出して、その目標位置にて光入力のタイミングを制御する。これにより、リサジュー走査においても、上記分割された各格子状ブロックを目標位置とし、この目標位置にて光入力を行うことで２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光入力を可能とする撮像装置が得られる。
【００１７】
なお、上記光走査部は、基板に対し直交する二軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射される光の進行方向を２次元方向に走査し得る２次元半導体ガルバノミラーから成るものとしてもよい。これにより、光走査部を一つの２次元半導体ガルバノミラーで構成できる。
【００１８】
また、上記光走査部は、基板に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射される光の進行方向を１次元方向に走査し得る１次元半導体ガルバノミラーを、それぞれの可動板を直交する二軸方向に揺動可能に複数個組み合わせて構成したものとしてもよい。これにより、光走査部を二つの１次元半導体ガルバノミラーで構成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による光走査装置用の光入出力制御装置及びこれを用いた光走査装置の実施の形態を示すブロック図である。この光走査装置は、レーザ光等の光ビームの進行方向を２次元に振って所定領域をリサジュー走査により走査するもので、例えば対象面に画像を形成する描画装置として構成した例を示しており、電磁駆動型の光走査部１と、駆動回路２と、光源３と、走査変位検出センサ４と、光入出力制御装置５とを備えて成る。なお、図１において、符号６は、外部装置と各種の情報を送受する入出力インターフェイスを示している。
【００２０】
上記光走査部１は、レーザ光等の光ビームの進行方向を２次元に振って所定領域をリサジュー走査により走査する２次元スキャナとなるもので、反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査するように構成されている。この光走査部１としては、本出願人により提案されて特許され、特許第２７２２３１４号公報に掲載された半導体製造技術を用いて製造される２次元の半導体ガルバノミラーを用いるのが好適である。
【００２１】
ここで、上記半導体ガルバノミラーの基本的な構成について簡単に説明する。半導体ガルバノミラーは、例えば図２に示すように、半導体基板１０に、枠状の外側可動板１１及びその内側に配置され中央部にミラー１２を有する矩形状の内側可動板１３からなる可動部１４と、上記外側可動板１１を揺動可能に軸支するＹ軸トーションバー１５ａ，１５ｂと、該Ｙ軸トーションバー１５ａ，１５ｂに対して軸方向が直交し上記内側可動板１３を揺動可能に軸支するＸ軸トーションバー１６ａ，１６ｂとを一体形成し、上記外側可動板１１及び内側可動板１３の各周縁部にそれぞれＹ軸駆動コイル１７及びＸ軸駆動コイル１８を形成し、これら各駆動コイル１７，１８に磁界を作用させる一対のＸ軸側永久磁石１９ａ，１９ｂ及び一対のＹ軸側永久磁石２０ａ，２０ｂが上記半導体基板１０を挟んで対向配置されている。なお、符号１８ｔは、Ｘ軸駆動コイル１８に電流を供給する電極端子を示し、符号１７ｔは、Ｙ軸駆動コイル１７に電流を供給する電極端子を示している。
【００２２】
このような半導体ガルバノミラーは、上記外側可動板１１及び内側可動板１３の各周縁部に設けられたＹ軸駆動コイル１７及びＸ軸駆動コイル１８に流す駆動電流と、上記Ｘ軸側永久磁石１９ａ，１９ｂ及びＹ軸側永久磁石２０ａ，２０ｂの磁界により上記可動部１４にローレンツ力が働いて、該可動部１４の内側可動板１３が２次元方向（Ｘ，Ｙの二軸方向）に揺動する。そして、上記内側可動板１３に設けられたミラー１２にレーザ光等の光ビームを入射することにより、レーザ光が２次元的に走査され、例えば２次元レーザレーダ等として応用できる。なお、上記ミラー１２は、内側可動板１３の表面又は裏面或いは両面に設けてもよい。
【００２３】
駆動回路２は、上記光走査部１に駆動信号を供給して可動部１４の外側可動板１１及び内側可動板１３を直交する二軸方向に揺動させるもので、入出力インターフェイス６から出力される開始信号を入力して、Ｙ軸駆動コイル１７及びＸ軸駆動コイル１８に所定のタイミングで上記可動部１４を駆動するための交流電流を供給するようになっている。
【００２４】
光源３は、上記光走査部１の内側可動板１３のミラー１２に対して光を射出するもので、例えば所定の波長のレーザ光を発振するレーザダイオード等から成り、後述の光入出力制御装置５からの出力信号で動作する光源ドライバ７からの駆動信号により点灯するようになっている。そして、上記光源３から射出された光ビームは、上記光走査部１のミラー１２で２次元に走査されて投影面に照射され、画像を形成する。
【００２５】
走査変位検出センサ４は、上記光走査部１の外側可動板１１及び内側可動板１３の走査状態を検知して、該外側可動板１１及び内側可動板１３による光走査が正弦的に変化する振れ角に同期する走査同期信号を検出するものである。
【００２６】
そして、光入出力制御装置５は、上記光源３から上記内側可動板１３のミラー１２に対して光を出力するタイミングを制御するもので、２次元走査する所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割し、この分割された各格子状ブロックを光出力又は光入力の目標位置とし、上記２次元走査による走査軌跡が上記目標位置に入ったことを検出して、その目標位置にて光出力又は光入力のタイミングを制御する手段を備えて成る。すなわち、図１に示すように、位置信号発生回路２１と、座標変換回路２２と、アドレス変換回路２３と、フラグテーブル２４と、領域内／外判定回路２５と、ＡＮＤ回路２６と、インターバルタイマ２７と、カウンタ２８とを備えて成る。なお、図３は、図１に示す光入出力制御装置５の具体的な構成例を示したものである。
【００２７】
上記位置信号発生回路２１は、前記走査変位検出センサ４で検知して出力された外側可動板１１及び内側可動板１３の正弦的に変化する振れ角に同期する走査同期信号を入力し、該走査同期信号を基にしてミラー１２の反射による光の投影面上で光点が等間隔になるように補正されたＸ，Ｙ方向の位置信号を発生するものである。
【００２８】
座標変換回路２２は、上記位置信号発生回路２１から出力される光走査部１の２次元走査のＸ，Ｙ方向の位置信号を入力し、後述の図４に示す所定領域Ａの全体をＸ，Ｙ方向に連続するＮ×Ｎ個の格子状に分割して各格子状ブロックＢに対応するＸ，Ｙ座標に変換する座標変換手段となるもので、図３に示すように、Ｘカウンタ２９と、Ｙカウンタ３０と、Ｘカウンタ２９に接続された第１のエクスクルーシブＯＲ回路３１と、Ｙカウンタ３０に接続された第２のエクスクルーシブＯＲ回路３２とから成る。なお、上記位置信号発生回路２１から出力される光走査部１の２次元走査のＸ，Ｙ方向の位置信号は、上記Ｘカウンタ２９及びＹカウンタ３０にそれぞれ入力する。また、そのＸカウンタ２９及びＹカウンタ３０には、２次元走査のためのＸ走査方向信号とＹ走査方向信号とがそれぞれ入力するようになっている。
【００２９】
そして、上記Ｘカウンタ２９及びＹカウンタ３０により、図４に示す所定領域Ａの全体がＸ方向にＮ個に分割され、Ｙ方向にＮ個に分割された格子状のブロックＢに分割されて、この各格子状ブロックＢに対応するＸ，Ｙ座標に変換される。このとき、上記Ｘカウンタ２９及びＹカウンタ３０の下位２ビットを用いて、図４（ａ）に示すように、各格子状ブロックＢの内部が例えば４×４の小ブロックに更に分割され、その中央部の２×２のブロック領域に光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域Ｄが形成されて、その座標信号が第１のエクスクルーシブＯＲ回路３１及び第２のエクスクルーシブＯＲ回路３２から出力されるようになっている。
【００３０】
アドレス変換回路２３は、上記座標変換回路２２で変換されたＸ，Ｙ座標を入力してＸ，Ｙアドレスに変換するもので、図３に示すように、その内部でアドレスバスを切り替えてＸアドレス、Ｙアドレスを出力するようになっている。
【００３１】
フラグテーブル２４は、上記アドレス変換回路２３で変換されたＸ，Ｙアドレスを入力してそのアドレスに対応する光出力又は光入力の目標位置に対する光出力又は光入力の実行の「未済」、「済」のフラグを読み出し又は書き込むフラグ記憶手段となるもので、図３に示すように、例えばスタティックＲＡＭから成る。なお、後述のＡＮＤ回路２６から光出力又は光入力の実行のタイミング信号Ｓ1が出力されたら、そのタイミング信号Ｓ1が図３に示すフラグ書換用ロジック３３を介して上記フラグテーブル２４に送られ、いま光出力又は光入力が実行された目標位置に対応するフラグを、“０”から「済」を表す“１”に書き換えるように制御する。
【００３２】
領域内／外判定回路２５は、上記座標変換回路２２から出力され、上記分割された各格子状ブロックＢの内部の中央部に形成された光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域ＤのＸ，Ｙ座標を入力し、該光入出力有効領域Ｄの内部か否かを判断する領域内外判定手段となるもので、図３に示すように、前記第１のエクスクルーシブＯＲ回路３１及び第２のエクスクルーシブＯＲ回路３２からの出力を入力してその論理積をとるＡＮＤ回路から成る。
【００３３】
ＡＮＤ回路２６は、上記フラグテーブル２４及び領域内／外判定回路２５からの信号を入力しそのアンドをとって光出力又は光入力の信号を出力する光入出力信号出力手段となるもので、領域内／外判定回路２５から図４に示す光入出力有効領域Ｄの内部にリサジュー走査による走査軌跡Ｃが入っているとの判定信号と、フラグテーブル２４から図４に示す光出力又は光入力の実行の「未済」のフラグを表す“０”を読み出した信号のアンドをとって、図３に示すように、光出力又は光入力（この場合は光出力のみ）のタイミング信号Ｓ1を出力するようになっている。
【００３４】
また、インターバルタイマ２７は、上記ＡＮＤ回路２６からのタイミング信号Ｓ1を入力して、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に次の光出力又は光入力の実行許可を行うタイマ手段となるもので、目標位置に光出力又は光入力を行う場合に、例えば光源３としてのレーザダイオード等が点灯するのに必要な時間間隔ｔ（例えば１／15kHz＝66.67μs程度）を置いてから、次の光出力又は光入力の実行のための点灯許可を行うようになっている。これにより、確実に光源３を点灯して光出力又は光入力を行うことができる。
【００３５】
この場合は、インターバルタイマ２７は、上記ＡＮＤ回路２６から出力されたタイミング信号Ｓ1を入力してタイマをリセットし、このタイミングから所定時間が経過したところで点灯の許可信号をＡＮＤ回路２６に送る。そして、上記ＡＮＤ回路２６は、領域内／外判定回路２５からの判定信号と、フラグテーブル２４からの「未済」のフラグを表す“０”の読出し信号と、上記点灯の許可信号とのアンドをとって次回の光出力又は光入力のタイミング信号Ｓ1を出力するようになっている。
【００３６】
さらに、カウンタ２８は、上記ＡＮＤ回路２６からのタイミング信号Ｓ1を入力して、図４に示す各格子状ブロックＢ毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックＢのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する終了信号を出力するカウンタ手段となるもので、図４に示すＮ×Ｎ個の格子状ブロックＢの数に対応させて“Ｎ×Ｎ”の数字をセットしておき、目標位置に光出力又は光入力を実行する度にフラグテーブル２４の対応するアドレスのフラグを“１”に書き換えるのを検出して、そのカウント値を１ずつ減算して行き、上記カウンタ２８の数字が０になったら光出力又は光入力の終了信号を出力するようになっている。
【００３７】
なお、図１に示す光走査装置は描画装置の例を示しているので、この場合は、入出力インターフェイス６から、投影面に画像を形成するための描画像データをフラグテーブル２４に送って書き込む必要がある。すなわち、図４（ｂ）に示すフラグテーブル２４に対し、描画像データに応じて画像形成のために光出力の目標位置となるところ（画像領域）には「未済」を表す“０”のフラグを書き込み、光出力の目標位置とならないところ（画像領域外）には「済」を表す“１”のフラグを書き込んでおく。このとき、上記フラグテーブル２４に“０”のフラグを書き込む度に、カウンタ２８にその書込み信号を送ってカウント値を１ずつ増やしてカウントアップしておき、描画像データ分のカウント値としておく。
【００３８】
なお、図１に示す光源ドライバ７は、上記ＡＮＤ回路２６から出力された光出力又は光入力のタイミング信号Ｓ1を入力して、レーザダイオード等の光源３に駆動信号を送出するものである。また、図３に示すＣＰＵ３４は、フラグテーブル２４の「未済」、「済」のフラグを書き換えるためにフラグ書換用ロジック３３に制御信号を送ったり、クリアするときにアドレス変換回路２３からのアドレスデータを上記フラグ書換用ロジック３３に送ったり、カウンタ２８からの終了信号を入力して他の制御系をコントロールするものである。
【００３９】
次に、このように構成された光走査装置の全体的な動作について、図４及び図５を参照して説明する。図４において、画像を形成する所定領域Ａの全体がＸ，Ｙ方向に連続する格子状のブロックＢに分割されている。例えば、Ｘ，Ｙ方向にそれぞれＮ個に分割し、全体でＮ×Ｎ個に分割されている。そして、この分割された各格子状ブロックＢを光出力又は光入力の目標位置とし、リサジュー走査による走査軌跡Ｃが上記目標位置としての何れかの格子状ブロックＢに入ったことを検出して、当該目標位置に光出力又は光入力を行う。
【００４０】
このとき、図４（ａ）に示すように、各格子状ブロックＢの内部が例えば４×４の小ブロックに更に分割され、その中央部の２×２のブロック領域に光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域Ｄが形成されており、この光入出力有効領域Ｄの内部に走査軌跡Ｃが入ったのを検出して、該走査軌跡Ｃが目標位置に入ったことを検出する。図４では、光入出力有効領域Ｄ1に走査軌跡Ｃが入ったのを検出して、目標位置に入ったことを検出する。なお、格子状ブロックＢの内部を走査軌跡Ｃが通ったとしても、その周辺部にて上記光入出力有効領域Ｄの外部を通る走査軌跡Ｃは無視する。これは、各格子状ブロックＢ内の周辺部を走査軌跡Ｃが通った場合は光出力又は光入力の目標位置に入ったとはしないで、リサジュー走査の互いに接近した走査軌跡Ｃによっては座標を配置しないようにするためである。
【００４１】
次に、上記走査軌跡Ｃが上記目標位置に入ったことを検出して、その目標位置に光出力又は光入力を行うには、図４（ｂ）に示すフラグテーブル２４に、Ｎ×Ｎ個の各格子状ブロックＢ毎に光出力又は光入力の実行の「未済」、「済」のフラグを立て、このフラグを参照して光出力又は光入力を実行すると共に、そのフラグを順次「済」に更新する。上記フラグテーブル２４は、各格子状ブロックＢ内の各光入出力有効領域Ｄ毎にフラグが立てられ、光出力又は光入力の実行が「未済」の場合は“０”が、「済」の場合は“１”が書き込まれている。これは、同一の格子状ブロックＢ内に重複して光出力又は光入力が行われないようにするためである。
【００４２】
図４の例では、同図（ａ）に示す光入出力有効領域Ｄ1に走査軌跡Ｃが入ったのを検出して目標位置に入ったことを検出し、同図（ｂ）に示すフラグテーブル２４の上記光入出力有効領域Ｄ1に対応するアドレスのフラグを参照すると“０”であるので、光出力又は光入力の実行が「未済」であると判断して、この目標位置に光出力又は光入力を実行する。これにより、上記光入出力有効領域Ｄ1が含まれた格子状ブロックＢに光出力又は光入力の実行が済んだので、フラグテーブル２４の対応するアドレスのフラグを“０”から“１”に書き換える。
【００４３】
また、上記目標位置に光出力又は光入力を行うには、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に行う。図４の例では、同図（ａ）に示す光入出力有効領域Ｄ1で示される目標位置に光出力又は光入力を行う際は、それより前に光出力又は光入力を実行したタイミングから所定時間、例えば光源３としてのレーザダイオード等が点灯するのに必要な時間間隔（例えば１／15kHz＝66.67μs程度）を置いてから、次の光出力又は光入力の実行を行うようにする。なお、今回の光出力又は光入力の実行からその次の光出力又は光入力の実行までの間も所定の時間間隔を置く。これにより、目標位置に光入出力を行う場合に、確実に光源を点灯して光出力を行うことができる。
【００４４】
一方、図５の例では、リサジュー走査による或る回の走査軌跡Ｃが上述の光入出力有効領域Ｄ1を通って他の光入出力有効領域Ｄ2に向かって進んだときの処理を示している。この場合は、同図（ａ）に示す光入出力有効領域Ｄ1に走査軌跡Ｃが入ったのを検出して目標位置に入ったことを検出し、同図（ｂ）に示すフラグテーブル２４の上記光入出力有効領域Ｄ1に対応するアドレスのフラグを参照すると“１”であるので、光出力又は光入力の実行が「済」であると判断し、スキップして光出力又は光入力の実行をしない。
【００４５】
その後、上記走査軌跡Ｃは光入出力有効領域Ｄ2に入る。このとき、図５（ｂ）に示すフラグテーブル２４の上記光入出力有効領域Ｄ2に対応するアドレスのフラグを参照すると“０”であるので、光出力又は光入力の実行が「未済」であると判断して、この目標位置に光出力又は光入力を実行する。これにより、上記光入出力有効領域Ｄ2が含まれた格子状ブロックＢに光出力又は光入力の実行が済んだので、フラグテーブル２４の対応するアドレスのフラグを“０”から“１”に書き換える。
【００４６】
このようにして、Ｘ，Ｙ方向の所定領域Ａの全体について、リサジュー走査を行って総ての目標位置に光出力又は光入力を行う。このとき、各格子状ブロックＢ毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックＢのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する。例えば、図１に示すカウンタ２８にＮ×Ｎ個の格子状ブロックＢの数に対応させて“Ｎ×Ｎ”の数字をセットしておき、目標位置に光出力又は光入力を実行する度にフラグテーブル２４の対応するアドレスのフラグを“１”に書き換えるのを検出して、そのカウント値を１ずつ減算して行き、上記カウンタ２８の数字が０になったら光出力又は光入力の終了信号を出力すればよい。
【００４７】
これにより、図４及び図５に示すように、画像形成の所定領域Ａの全体についてＸ，Ｙ方向に連続する各格子状ブロックＢ毎にその中央部に光出力又は光入力を行うと共に、同じ格子状ブロックＢ内には重ねて光出力又は光入力を実行することなく、Ｘ，Ｙ方向の２次元の光出力又は光入力を行うことができる。このことから、２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力が実行される。
【００４８】
次に、図１及び図３に示す光入出力制御装置５の具体的な動作について、図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。まず、図６において、図４に示す所定領域Ａの１面について光出力又は光入力を開始する。初めに、フラグテーブル２４をリセットすると共に、カウンタ２８をリセットする（ステップＳ１）。次に、インターバルタイマ２７で計測するタイマ値が、例えば光源３としてのレーザダイオード等が点灯するのに必要な時間間隔として予め設定された値ｔよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００４９】
インターバルタイマ２７で計測するタイマ値が時間間隔ｔよりも小さいときは、ステップＳ２での監視を繰り返す。そして、計測するタイマ値が時間間隔ｔ以上となったときは、レーザダイオード等が点灯するのに必要な時間間隔を経過したので、点灯の許可信号を出力してステップＳ３に進む。
【００５０】
ステップＳ３では、領域内／外判定回路２５で、図４（ａ）に示すリサジュー走査による走査軌跡Ｃが目標位置としての何れかの格子状ブロックＢ内の光入出力有効領域Ｄの内部に入ったか否かを判断する。上記走査軌跡Ｃが何れの光入出力有効領域Ｄの内部にも入っていないときは、“NO”側に進んで監視を繰り返す。そして、図４に示す光入出力有効領域Ｄ1内に走査軌跡Ｃが入ったときは、“YES”側に進んでステップＳ４に入る。
【００５１】
ステップＳ４では、図４（ｂ）又は図５（ｂ）に示すように、フラグテーブル２４を参照する。そして、当該格子状ブロックＢ内の光入出力有効領域Ｄについて立てられたフラグが“０”又は“１”であるかを判断する（ステップＳ５）。図５（ｂ）に示すように、フラグが“１”であるときは、当該格子状ブロックＢ内の光入出力有効領域Ｄ1には既に光出力又は光入力の実行が「済」となっているので、光出力又は光入力をスキップしてステップＳ３に戻る。
【００５２】
一方、図４（ｂ）に示すように、フラグが“０”であるときは、当該格子状ブロックＢ内の光入出力有効領域Ｄ1には光出力又は光入力の実行が「未済」であるので、結合子「１」を介して図７に示すステップＳ６に入る。
【００５３】
このステップＳ６では、ＡＮＤ回路２６が、領域内／外判定回路２５からの光入出力有効領域Ｄ1内に走査軌跡Ｃが入ったとの判定信号と、フラグテーブル２４からの「未済」のフラグを表す“０”の読出し信号と、前記インターバルタイマ２７から出力された点灯の許可信号とのアンドをとって、光出力又は光入力の実行のタイミング信号Ｓ1を出力する。このＡＮＤ回路２６から出力された光出力又は光入力のタイミング信号Ｓ1は、光源ドライバ７に送られ、光源３を駆動して光出力を行う。これにより、図４（ａ）に示すように、当該格子状ブロックＢ内の光入出力有効領域Ｄ1に光出力又は光入力が実行される。
【００５４】
上記ＡＮＤ回路２６から出力された光出力又は光入力のタイミング信号Ｓ1は、前記インターバルタイマ２７へ送られ、そのタイマ値をリセットする（ステップＳ７）。これにより、次回の光出力又は光入力の実行許可の時間計測が再スタートする。
【００５５】
また、上記ＡＮＤ回路２６から出力された光出力又は光入力のタイミング信号Ｓ1は、フラグ書換用ロジック３３を介してフラグテーブル２４へ送られ、図４（ｂ）に示すように、当該格子状ブロックＢの光入出力有効領域Ｄ1に対応して立てられたフラグを“１”に書き換える（ステップＳ８）。これにより、上記格子状ブロックＢの光入出力有効領域Ｄ1には、重ねて光出力又は光入力がされないこととなる。
【００５６】
さらに、上記ＡＮＤ回路２６から出力された光出力又は光入力のタイミング信号Ｓ1は、カウンタ２８へ送られ、そのカウント値を減算する（ステップＳ９）。即ち、図４に示すＮ×Ｎ個の格子状ブロックＢの数に対応させてセットされた“Ｎ×Ｎ”の数字を１ずつ減算して行く。
【００５７】
そして、カウンタ２８のカウント値が“０”か否かを判断する（ステップＳ１０）。カウント値が“０”より大きい場合は、まだ処理は終わっていないので、結合子「２」を介して図６のステップＳ１に戻り、上記の処理を繰り返す。カウント値が“０”になった場合は、図４に示すＮ×Ｎ個の格子状ブロックＢの全体について光出力又は光入力が終了したので、画像形成の１面の終了信号を出力する（ステップＳ１１）。
【００５８】
これにより、図８に示すように、図４に示す所定領域Ａの全体についてＸ，Ｙ方向に連続する各格子状ブロックＢ毎にその中央部に光出力を行うと共に、同じ格子状ブロックＢ内には重ねて光出力を実行することなく、Ｘ，Ｙ方向の２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力を実行することができる。
【００５９】
このようにして、図４に示す画像形成の所定領域Ａの１面について光出力又は光入力が終了するので、結合子「３」を介して図６の開始のステップに戻り、次の画像形成の所定領域Ａの１面について光出力又は光入力の処理を開始すればよい。
【００６０】
なお、図４に示す各格子状ブロックＢ内の中央部に形成される光入出力有効領域Ｄ1の形状は、正方形に限られず、図９に示すように、菱形の光入出力有効領域Ｄａでもよいし、円形の光入出力有効領域Ｄｂでもよいし、或いは十字形の光入出力有効領域Ｄｃでもよい。これらの光入出力有効領域Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃの場合は、正方形の光入出力有効領域に比べて四方の隅部が削られた形をしているので、光出力又は光入力の目標位置を限定することができ、各格子状ブロックＢ内の中央部に光出力又は光入力をする精度を高くすることができる。このことから、２次元走査の全面にわたってより等間隔に近い光出力又は光入力を実行することができる。
【００６１】
図１０は、本発明による光走査装置の他の実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、例えば走査対象についてその画像を撮影する撮像装置として構成した例を示しており、図１に示す光源３及び光源ドライバ７の代わりに、光センサ３５を備えたものである。この光センサ３５は、光走査部１の内側可動板１３のミラー１２で走査対象を走査した光を入力して受光信号を出力する受光部となるもので、例えばフォトダイオード等から成る。
【００６２】
そして、図１０において、画像メモリ３６は、上記光センサ３５から出力される受光信号を所定の記憶領域に画像データとして記録するものである。また、インターフェイス３７は、上記画像メモリ３６から読み出した画像データを外部装置に送出する接続手段である。それ以外の構成は、基本的に図１に示す光走査装置と同様である。
【００６３】
次に、図１０のように構成された光走査装置の動作について簡単に説明する。まず、光走査部１及び光入出力制御装置５の動作は、図１に示す光走査装置と基本的に同じである。ここで、座標変換回路２２から出力される所定領域Ａ（図４参照）に関するＸ，Ｙの座標情報が直接画像メモリ３６へ送られ、上記光センサ３５から出力される受光信号を書き込むべき場所を示している。この状態で、ＡＮＤ回路２６からは、光出力又は光入力（この場合は光入力のみ）のタイミング信号Ｓ2が出力される。このタイミング信号Ｓ2は、上記画像メモリ３６へ光センサ３５からの受光信号を取り込むサンプリングクロックとなるもので、このサンプリングクロックにより画像メモリ３６へ光センサ３５からの受光信号を書き込むタイミングを制御する。
【００６４】
このような動作により、光走査部１の内側可動板１３のミラー１２で走査対象を走査した光を入力した光センサ３５の受光信号を、光入出力制御装置５から出力されるタイミング信号Ｓ2のタイミングで画像メモリ３６へ書き込むことにより、図８に示すように、図４に示す所定領域Ａの全体についてＸ，Ｙ方向に連続する各格子状ブロックＢ毎にその中央部に光入力を行うと共に、同じ格子状ブロックＢ内には重ねて光入力を実行することなく、Ｘ，Ｙ方向の２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光入力を実行することができる。
なお、上記光センサ３５の受光側にシャッタを設け、このシャッタを上記光入出力制御装置５から出力されるタイミング信号Ｓ2により開閉して、光センサ３５の受光信号を画像メモリ３６へ書き込むようにしてもよい。
【００６５】
図１１は、光走査部１の他の実施形態を示す説明図であり、具体例としての１次元の半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す分解斜視図である。この半導体ガルバノミラー４０は、シリコン基板４１の内側に、トーションバー４２と該トーションバー４２により支持された可動板４３とをシリコン基板４１に一体に設け、可動板４３の上面には、その周辺に平面コイル４４を設け、該平面コイル４４で囲まれた略中央にミラー４５を設け、シリコン基板４１を枠状の絶縁基板４６上に載置してある。そして、上記シリコン基板４１の対向する側面に、Ｎ極、Ｓ極を対向させて永久磁石４７が配置されている。なお、符号４８は、平面コイル４４と電気的に接続する電極端子を示している。
【００６６】
この半導体ガルバノミラー４０は、上記電極端子４８から平面コイル４４に交流電流を流すと、可動板４３の両端にフレミングの左手の法則に従って電磁力が働き、該可動板４３はトーションバー４２を中心に周期的に図中の矢印Ａ，Ｂ方向に揺動する。そして、このような１次元の半導体ガルバノミラー４０を、それぞれの可動板４３を直交するＸ，Ｙの二軸方向に揺動可能に２個組み合わせて、光走査部１を構成してもよい。この場合は、二つの可動板４３のＸ軸揺動と、Ｙ軸揺動とが別個に行われるので、それぞれの駆動コイルに発生する逆起電力が相互に作用したり混合することなく、悪影響を与えることがない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る光走査装置用の光入出力制御装置によれば、座標変換手段で、光走査部の２次元走査のＸ，Ｙ方向の位置信号を入力し、所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割して各格子状ブロックに対応するＸ，Ｙ座標に変換し、フラグ記憶手段により、上記変換されたＸ，Ｙ座標をアドレスに変換したＸ，Ｙアドレスを入力してそのアドレスに対応する光出力又は光入力の目標位置に対する光出力又は光入力の実行の「未済」、「済」のフラグを読み出し又は書き込み、領域内外判定手段で、上記座標変換手段から出力され、各格子状ブロック内の中央部に形成された光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域のＸ，Ｙ座標を入力し、該光入出力有効領域の内部か否かを判断し、光入出力信号出力手段により、上記フラグ記憶手段及び領域内外判定手段からの出力信号のアンドをとって光出力又は光入力のタイミング信号を出力することができる。これにより、リサジュー走査においても、上記分割された各格子状ブロックを目標位置とし、この目標位置にて光出力又は光入力を行うことで２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力又は光入力を可能とする。
【００６９】
また、請求項２に係る発明によれば、上記光入出力信号出力手段からのタイミング信号を入力して、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に次の光出力又は光入力の実行許可を行うタイマ手段を備えたことにより、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に次の光出力又は光入力の実行許可を行うことで、例えばレーザダイオード等の光源を用いて目標位置に光出力を行う場合に、上記光源の点灯に必要な時間間隔が取って確実に光源を点灯することができる。
【００７０】
さらに、請求項３に係る発明によれば、上記光入出力信号出力手段からのタイミング信号を入力して、各格子状ブロック毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する終了信号を出力するカウンタ手段を備えたことにより、各格子状ブロック毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する終了信号を出力することで、所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割した総ての格子状ブロックについて光出力又は光入力を洩れなく行うことができる。
【００７１】
また、請求項４に係る光走査装置によれば、駆動回路で光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させ、光源から上記光走査部の可動板の反射面に対して光を射出し、光走査部で可動板を直交する二軸方向に揺動して反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査し、光入出力制御装置により、Ｘ，Ｙ方向に連続する格子状に分割された各格子状ブロックを光出力の目標位置とし、２次元走査による走査軌跡が上記目標位置に入ったことを検出して、その目標位置にて光出力のタイミングを制御することができる。これにより、リサジュー走査においても、上記分割された各格子状ブロックを目標位置とし、この目標位置にて光出力を行うことで２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光出力を可能とする描画装置が得られる。
【００７２】
そして、請求項５に係る光走査装置によれば、駆動回路で光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させ、光走査部により可動板を直交する二軸方向に揺動して反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査し、受光部で上記光走査部の可動板の反射面からの光を入力して受光信号を出力し、光入出力制御装置により、Ｘ，Ｙ方向に連続する格子状に分割された各格子状ブロックを光入力の目標位置とし、２次元走査による走査軌跡が上記目標位置に入ったことを検出して、その目標位置にて光入力のタイミングを制御することができる。これにより、リサジュー走査においても、上記分割された各格子状ブロックを目標位置とし、この目標位置にて光入力を行うことで２次元走査の全面にわたって等間隔に近い光入力を可能とする撮像装置が得られる。
【００７３】
なお、請求項６に係る発明によれば、上記光走査部は、基板に対し直交する二軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射される光の進行方向を２次元方向に走査し得る２次元半導体ガルバノミラーから成るものとしたことにより、光走査部を一つの２次元半導体ガルバノミラーで構成できる。したがって、光走査部の構成を簡単とすることができる。
【００７４】
また、請求項７に係る発明によれば、上記光走査部は、基板に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射される光の進行方向を１次元方向に走査し得る１次元半導体ガルバノミラーを、それぞれの可動板を直交する二軸方向に揺動可能に複数個組み合わせて構成したことにより、光走査部を二つの１次元半導体ガルバノミラーで構成できる。この場合は、二つの可動板のＸ軸揺動と、Ｙ軸揺動とが別個に行われるので、それぞれの駆動コイルに発生する逆起電力が相互に作用したり混合することなく、悪影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光走査装置用の光入出力制御装置及びこれを用いた光走査装置の実施の形態を示すブロック図であり、例えば対象面に画像を形成する描画装置として構成した例を示している。
【図２】 上記光走査装置における光走査部の具体例としての２次元の半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す平面図である。
【図３】 図１に示す光入出力制御装置の具体的な構成例を示したブロック図である。
【図４】 本発明に係る光入出力制御装置における或るタイミングの動作説明図である。
【図５】 上記光入出力制御装置における他のタイミングの動作説明図である。
【図６】 上記光入出力制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】 同じく上記光入出力制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】 本発明に係る光入出力制御装置の動作により光出力又は光入力された光点の配置例を示す説明図である。
【図９】 図４に示す各格子状ブロック内の中央部に形成される光入出力有効領域の形状の他の例を示す説明図である。
【図１０】 本発明による光走査装置の他の実施形態を示すブロック図であり、例えば走査対象についてその画像を撮影する撮像装置として構成した例を示している。
【図１１】 光走査部の他の実施形態を示す説明図であり、具体例としての１次元の半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す分解斜視図である。
【図１２】 リサジュー図形に従った軌跡に沿って２次元走査を行うリサジュー走査を示す説明図である。
【図１３】 従来のリサジュー走査において、Ｘ軸方向の周波数及びＹ軸方向の周波数並びにリサジュー周波数が同一でも、光出力又は光入力を行う時間間隔を少し変化しただけで、光入出力の点が大きく変わることを示す説明図である。
【図１４】 同じく従来のリサジュー走査において、Ｘ軸方向の周波数及びＹ軸方向の周波数並びにリサジュー周波数が同一でも、光出力又は光入力を行う時間間隔を少し変化しただけで、光入出力の点が大きく変わることを示す説明図である。
【符号の説明】
１…光走査部
２…駆動回路
３…光源
４…走査変位検出センサ
５…光入出力制御装置
７…光源ドライバ
１２，４５…ミラー
１４…可動部
４３…可動板
２１…位置信号発生回路
２２…座標変換回路
２３…アドレス変換回路
２４…フラグテーブル
２５…領域内／外判定回路
２６…ＡＮＤ回路
２７…インターバルタイマ
２８…カウンタ
３３…フラグ書換用ロジック
３５…光センサ
３６…画像メモリ
Ａ…所定領域
Ｂ…格子状ブロック
Ｃ…リサジュー走査の走査軌跡
Ｄ，Ｄ1，Ｄ2，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ…光入出力有効領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical input / output control device for an optical scanning device that outputs light by Lissajous scanning that performs two-dimensional scanning along a locus according to a Lissajous figure, or controls timing to input light from a scanning target. More specifically, the present invention relates to an optical input / output control device for an optical scanning device that enables light output or light input at nearly equal intervals over the entire surface of two-dimensional scanning, and an optical scanning device using the same.
[0002]
[Prior art]
Two-dimensional optical scanning in a conventional optical scanning device includes raster scanning and Lissajous scanning. In general, raster scanning is used, but when the ratio between the frequency in the X direction and the frequency in the Y direction cannot be made large and raster scanning is difficult, Lissajous scanning is used.
In order to perform two-dimensional light output or light input in the X and Y directions by Lissajous scanning, two-dimensional scanning is performed along a locus according to a Lissajous figure as shown in FIG. For example, light output or light input points are sequentially determined at regular time intervals to perform light output or light input in the X and Y directions.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the two-dimensional light output or light input by such Lissajous scanning, since the scanning lines are arranged vertically and horizontally compared to the raster scanning, the method of light output or light input becomes complicated. In addition, as shown in FIG. 12, since the interval between the scanning trajectories in the X and Y directions according to the Lissajous figure is rough at the center and becomes dense toward the periphery, the light output is sequentially performed at regular time intervals. Or, when the point of light input is determined, the light output or light input point often overlaps in the peripheral part, and the light output or light input is not performed at the required point in the X and Y directions in the central part. There is. Therefore, there are cases where light output or light input close to equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scanning cannot be performed.
[0004]
Further, as shown in FIGS. 13 and 14, in the Lissajous scanning, even if the frequency Fx in the X-axis direction, the frequency Fy in the Y-axis direction, and the Lissajous frequency Fl are the same, the time interval t for performing light output or light input changes slightly. However, the point of light output or light input may change greatly. For example, with respect to the time interval of t = 1/12 kHz shown in FIG. 13, the point of light output or light input is increased only by slightly changing the time interval such as t = 1 / 12.34 kHz shown in FIG. change. This is a state having the greatest common divisor when the time interval is a fraction of an integer such as t = 1/12 kHz as shown in FIG. 13, and a plurality of points overlap to result in the light output or light input. This is because the points become sparse. Therefore, particularly in the case shown in FIG. 13, there is a case where light output or light input close to equal intervals cannot be performed over the entire surface of the two-dimensional scanning.
[0005]
With respect to these states, there is also a method in which the timing of light output or light input is obtained in advance so that it becomes the point of light output or light input in the correct square in the X and Y directions with respect to the scanning trajectory of Lissajous scanning. However, in this case, a huge amount of simulation calculation is required, which makes implementation difficult. Further, for example, there is a method of correcting the light output or light input point uneven distribution as shown in FIGS. 13 and 14 with a dedicated optical lens. However, the development of such a correction lens requires enormous costs. Cost and high cost.
[0006]
Accordingly, the present invention addresses such a problem and provides an optical input / output control device for an optical scanning device that enables light output or light input at nearly equal intervals over the entire surface of two-dimensional scanning, and light using the same. An object is to provide a scanning device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical input / output control device for an optical scanning device according to a first aspect of the present invention swings a movable plate on which a reflecting surface is formed in two orthogonal directions and enters the reflecting surface. Light input / output for an optical scanning device that controls the timing of outputting light from a light source or inputting light from a scanning target to an optical scanning unit that performs two-dimensional scanning in a predetermined area by changing the traveling direction of the light to be scanned A control device, The position signal in the X and Y directions of the two-dimensional scanning of the optical scanning unit is input, and the entire predetermined area is divided into a grid pattern continuous in the X and Y directions, and the X and Y coordinates corresponding to each grid block are obtained. Coordinate conversion means for conversion, and X and Y addresses obtained by converting the converted X and Y coordinates into addresses, and execution of light output or light input for the light output corresponding to the address or the target position of light input Flag storage means for reading or writing “unfinished” and “finished” flags, and output from the coordinate conversion means, and determined to be an effective point of light output or light input formed at the center in each grid block The input / output effective area X and Y coordinates are input to determine whether or not the light input / output effective area is inside, and output signals from the flag storage means and the area internal / external determination means Light output Is equipped with an optical output signal output means for outputting a timing signal of the optical input, the Is.
[0008]
With this configuration, The coordinate conversion means inputs a position signal in the X and Y directions of the two-dimensional scanning of the optical scanning unit, divides the entire predetermined area into a grid shape continuous in the X and Y directions, and corresponds to each grid block. , Y coordinate, and the X, Y address obtained by converting the converted X, Y coordinate into an address by the flag storage means, and the light output corresponding to the address or the light output for the target position of the light input or Read or write the “unfinished” and “completed” flags for execution of light input, and output or input light output from the coordinate conversion means by the inside / outside determination means and formed at the center in each grid block The X and Y coordinates of the light input / output effective area for determining that the light input / output effective area is within the light input / output signal output means are input. From the means and the inside / outside determination means Taking AND of the output signal to output a timing signal of the optical output or optical input . As a result, even in the Lissajous scan, each divided block is set as a target position, and light output or light input is performed at the target position, so that light output or light input close to equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scan. Is possible.
[0011]
And a timer means for inputting the timing signal from the optical input / output signal output means and permitting execution of the next optical output or optical input after a predetermined time has elapsed from the timing of execution of the previous optical output or optical input. It is equipped with. By this timer means, the execution of the next light output or light input is permitted after a predetermined time has elapsed from the previous light output or light input execution timing, for example, using a light source such as a laser diode to the target position. When light output is performed, a time interval necessary for lighting the light source can be obtained.
[0012]
Further, the timing signal from the optical input / output signal output means is input, and the updating of the optical output or optical input execution flag set for each grid block is sequentially counted, and the flags of all grid blocks are counted. Is provided with counter means for outputting an optical output or an end signal for ending optical input when is updated to “Done”. The counter means sequentially counts the update of the light output or light input execution flag set for each grid block, and when the flags of all grid blocks are updated to “done”, the light output or light By outputting an end signal for ending input, light output or light input can be performed without omission on all lattice blocks obtained by dividing the entire predetermined area into lattice shapes continuous in the X and Y directions.
[0013]
The second 2 The optical scanning device according to the invention swings the movable plate on which the reflecting surface is formed in two orthogonal axes, and moves the traveling direction of the light incident on the reflecting surface to perform two-dimensional scanning in a predetermined area. A scanning unit; a driving circuit that supplies a driving signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal directions; and a light source that emits light to the reflecting surface of the movable plate of the optical scanning unit. And an optical input / output control device that controls the timing of outputting light from the light source to the reflecting surface of the movable plate. Any one of the optical input / output control devices is used.
[0014]
With such a configuration, the drive circuit supplies a drive signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal axes, and light is emitted from the light source to the reflective surface of the movable plate of the optical scanning unit. Then, the optical scanning unit swings the movable plate in two orthogonal axes and swings the traveling direction of the light incident on the reflecting surface to perform two-dimensional scanning in a predetermined area. Each grid block divided into grids continuous in the Y direction is set as a target position of light output, and it is detected that a scanning locus by two-dimensional scanning has entered the target position, and light output is detected at the target position. Control timing. As a result, even in Lissajous scanning, a drawing apparatus that enables light output close to equal intervals over the entire surface of two-dimensional scanning by setting each divided lattice block as a target position and performing light output at the target position. Is obtained.
[0015]
In addition 3 An optical scanning device according to the present invention is configured to perform two-dimensional scanning in a predetermined region by swinging a movable plate having a reflecting surface in two orthogonal directions and swinging a traveling direction of light incident on the reflecting surface. A driving circuit that supplies a driving signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal axes, and receives light from the reflecting surface of the movable plate of the optical scanning unit to receive a light reception signal. In the optical scanning device comprising: a light receiving unit that outputs, and a light input / output control device that controls the timing of inputting a light reception signal output from the light receiving unit, each of the above-described means as the light input / output control device One of these optical input / output control devices is used.
[0016]
With such a configuration, the drive circuit supplies a drive signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal axes, and the optical scanning unit swings the movable plate in two orthogonal axes to reflect. Two-dimensional scanning is performed in a predetermined area by changing the traveling direction of the light incident on the surface, and the light receiving unit inputs the light from the reflecting surface of the movable plate of the optical scanning unit and outputs the light receiving signal, and the light input / output The control device detects that each grid block divided into grids continuous in the X and Y directions is a light input target position, and that the scanning trajectory by two-dimensional scanning has entered the target position. The timing of light input is controlled by the position. As a result, even in Lissajous scanning, an imaging device that allows light input at almost equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scanning by setting each divided block as a target position and performing light input at the target position. Is obtained.
[0017]
The optical scanning unit has a reflecting surface on a movable plate that is pivotally supported so as to be swingable in two axial directions orthogonal to the substrate. It may be composed of a two-dimensional semiconductor galvanometer mirror that can scan the traveling direction in a two-dimensional direction. Thereby, the optical scanning part can be constituted by one two-dimensional semiconductor galvanometer mirror.
[0018]
Further, the optical scanning unit has a reflecting surface on a movable plate that is pivotally supported so as to be swingable in a uniaxial direction with respect to the substrate, and changes the traveling direction of light irradiated on the reflecting surface by swinging the movable plate. A plurality of one-dimensional semiconductor galvanometer mirrors capable of scanning in a one-dimensional direction may be configured by combining a plurality of movable plates so as to be swingable in two orthogonal axes. Thereby, an optical scanning part can be comprised with two one-dimensional semiconductor galvanometer mirrors.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical input / output control device for an optical scanning device and an optical scanning device using the same according to the present invention. This optical scanning device scans a predetermined region by resurge scanning by moving the traveling direction of a light beam such as a laser beam two-dimensionally. For example, the optical scanning device is configured as a drawing device that forms an image on a target surface. An electromagnetically driven optical scanning unit 1, a driving circuit 2, a light source 3, a scanning displacement detection sensor 4, and an optical input / output control device 5 are provided. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes an input / output interface that transmits and receives various types of information to and from an external device.
[0020]
The optical scanning unit 1 is a two-dimensional scanner that scans a predetermined region by resurge scanning by two-dimensionally moving the traveling direction of a light beam such as a laser beam. The optical scanning unit 1 is orthogonal to a movable plate on which a reflecting surface is formed. It swings in the axial direction, and is configured to scan a predetermined area in a two-dimensional manner by changing the traveling direction of the light incident on the reflecting surface. As the optical scanning unit 1, it is preferable to use a two-dimensional semiconductor galvanometer mirror that is proposed and patented by the present applicant and manufactured by using a semiconductor manufacturing technique disclosed in Japanese Patent No. 2722314.
[0021]
Here, a basic configuration of the semiconductor galvanometer mirror will be briefly described. For example, as shown in FIG. 2, the semiconductor galvanometer mirror includes a movable portion 14 formed of a frame-shaped outer movable plate 11 and a rectangular inner movable plate 13 having a mirror 12 disposed in the center thereof on a semiconductor substrate 10. And Y-axis torsion bars 15a and 15b that pivotably support the outer movable plate 11, and the axial direction is perpendicular to the Y-axis torsion bars 15a and 15b so that the inner movable plate 13 can swing. The X-axis torsion bars 16a and 16b that are pivotally supported are integrally formed, and the Y-axis drive coil 17 and the X-axis drive coil 18 are formed at the peripheral edges of the outer movable plate 11 and the inner movable plate 13, respectively. A pair of X-axis side permanent magnets 19 a and 19 b and a pair of Y-axis side permanent magnets 20 a and 20 b that apply a magnetic field to the coils 17 and 18 are disposed to face each other with the semiconductor substrate 10 interposed therebetween. The code 18t Indicates an electrode terminal for supplying a current to the X-axis drive coil 18, 17t Indicates electrode terminals for supplying a current to the Y-axis drive coil 17.
[0022]
Such a semiconductor galvanometer mirror includes a drive current that flows through the Y-axis drive coil 17 and the X-axis drive coil 18 provided at the peripheral edges of the outer movable plate 11 and the inner movable plate 13, and the X-axis side permanent magnet 19a. , 19b and the magnetic field of the Y-axis permanent magnets 20a, 20b causes Lorentz force to act on the movable portion 14, and the inner movable plate 13 of the movable portion 14 swings in a two-dimensional direction (X and Y biaxial directions). To do. A laser beam or the like is incident on the mirror 12 provided on the inner movable plate 13 so that the laser beam is scanned two-dimensionally, and can be applied as, for example, a two-dimensional laser radar. The mirror 12 may be provided on the front surface, the back surface, or both surfaces of the inner movable plate 13.
[0023]
The drive circuit 2 supplies a drive signal to the optical scanning unit 1 to swing the outer movable plate 11 and the inner movable plate 13 of the movable unit 14 in two orthogonal directions, and is output from the input / output interface 6. The start signal is input, and an alternating current for driving the movable portion 14 is supplied to the Y-axis drive coil 17 and the X-axis drive coil 18 at a predetermined timing.
[0024]
The light source 3 emits light to the mirror 12 of the inner movable plate 13 of the optical scanning unit 1 and includes, for example, a laser diode that oscillates laser light of a predetermined wavelength. 5 is lit by a drive signal from a light source driver 7 that operates in response to an output signal from 5. The light beam emitted from the light source 3 is scanned two-dimensionally by the mirror 12 of the light scanning unit 1 and irradiated onto the projection surface to form an image.
[0025]
The scanning displacement detection sensor 4 detects the scanning state of the outer movable plate 11 and the inner movable plate 13 of the optical scanning unit 1, and the light scanning by the outer movable plate 11 and the inner movable plate 13 changes sinusoidally. A scanning synchronization signal synchronized with the corner is detected.
[0026]
The light input / output control device 5 controls the timing of light output from the light source 3 to the mirror 12 of the inner movable plate 13, and the entire predetermined area to be two-dimensionally scanned in the X and Y directions. It is divided into continuous grids, each of the divided grid blocks is set as a target position for light output or light input, and it is detected that the scanning trajectory by the two-dimensional scanning has entered the target position. Means for controlling the timing of light output or light input. That is, as shown in FIG. 1, the position signal generation circuit 21, the coordinate conversion circuit 22, the address conversion circuit 23, the flag table 24, the in / out area determination circuit 25, the AND circuit 26, and the interval timer 27 And a counter 28. FIG. 3 shows a specific configuration example of the optical input / output control device 5 shown in FIG.
[0027]
The position signal generation circuit 21 receives a scanning synchronization signal synchronized with a sinusoidally changing deflection angle of the outer movable plate 11 and the inner movable plate 13 detected and output by the scanning displacement detection sensor 4. Based on the synchronization signal, position signals in the X and Y directions, which are corrected so that the light spots are equidistant on the light projection surface by the reflection of the mirror 12, are generated.
[0028]
The coordinate conversion circuit 22 inputs the position signals in the X and Y directions of the two-dimensional scanning of the optical scanning unit 1 output from the position signal generation circuit 21, and the entire predetermined area A shown in FIG. This is a coordinate conversion means for dividing into N × N grids that are continuous in the Y direction and converting them into X, Y coordinates corresponding to each grid block B. As shown in FIG. , Y counter 30, first exclusive OR circuit 31 connected to X counter 29, and second exclusive OR circuit 32 connected to Y counter 30. The position signals in the X and Y directions of the two-dimensional scanning of the optical scanning unit 1 output from the position signal generating circuit 21 are input to the X counter 29 and the Y counter 30, respectively. Further, an X scanning direction signal and a Y scanning direction signal for two-dimensional scanning are input to the X counter 29 and the Y counter 30, respectively.
[0029]
Then, by the X counter 29 and the Y counter 30, the entire predetermined area A shown in FIG. 4 is divided into N pieces in the X direction and divided into N blocks in the Y direction. The coordinates are converted into X and Y coordinates corresponding to each grid block B. At this time, using the lower 2 bits of the X counter 29 and the Y counter 30, as shown in FIG. 4A, the interior of each grid block B is further divided into, for example, 4 × 4 small blocks. A light input / output effective region D for determining that the light output or light input is effective is formed in the 2 × 2 block region in the center, and the coordinate signal is the first exclusive OR circuit 31 and the second exclusive OR circuit 31. Are output from the exclusive OR circuit 32.
[0030]
The address conversion circuit 23 inputs the X and Y coordinates converted by the coordinate conversion circuit 22 and converts them into X and Y addresses. As shown in FIG. , Y address is output.
[0031]
The flag table 24 inputs “X” and “Y” addresses converted by the address conversion circuit 23, and “uncompleted” or “completed” execution of light output or light input to the target position of light output or light input corresponding to the address. Is a flag storage means for reading or writing the flag, and is composed of, for example, a static RAM as shown in FIG. Note that an optical output or optical input execution timing signal S is output from an AND circuit 26 described later. 1 Is output, the timing signal S 1 Is sent to the flag table 24 via the flag rewriting logic 33 shown in FIG. 3, and the flag corresponding to the target position where the light output or light input is executed is changed from “0” to “1”. Control to rewrite to "".
[0032]
The in-area / out-of-area determination circuit 25 is determined to be an effective point of the light output or light input that is output from the coordinate conversion circuit 22 and formed in the central portion inside each of the divided grid blocks B. This is an area inside / outside determination means for inputting the X and Y coordinates of the light input / output effective area D and determining whether or not it is inside the light input / output effective area D. As shown in FIG. And an AND circuit that takes the logical product of the outputs from the exclusive OR circuit 31 and the second exclusive OR circuit 32.
[0033]
The AND circuit 26 serves as an optical input / output signal output means for inputting a signal from the flag table 24 and the in-area / out-of-area determination circuit 25 and taking the AND to output an optical output or an optical input signal. From the inside / outside judging circuit 25, a judgment signal that the scanning locus C by the Lissajous scanning is within the light input / output effective area D shown in FIG. 4, and the light output or light input shown in FIG. An AND of the signal from which “0” representing the execution “unfinished” flag is read out, and as shown in FIG. 1 Is output.
[0034]
The interval timer 27 receives the timing signal S from the AND circuit 26. 1 , And timer means for permitting execution of the next light output or light input after a predetermined time has elapsed since the previous light output or light input execution timing. Is performed, for example, after a time interval t (for example, about 1/15 kHz = 66.67 μs) necessary for turning on a laser diode or the like as the light source 3 for execution of the next light output or light input. Lighting is permitted. Thereby, the light source 3 can be reliably turned on and light output or light input can be performed.
[0035]
In this case, the interval timer 27 outputs the timing signal S output from the AND circuit 26. 1 Is input to reset the timer. When a predetermined time has elapsed from this timing, a lighting permission signal is sent to the AND circuit 26. The AND circuit 26 ANDs the determination signal from the in-area / out-of-region determination circuit 25, the read signal “0” indicating the “unfinished” flag from the flag table 24, and the lighting permission signal. The next optical output or optical input timing signal S 1 Is output.
[0036]
Further, the counter 28 receives the timing signal S from the AND circuit 26. 1 , And sequentially update the light output or light input execution flag set for each grid block B shown in FIG. 4, and the flags of all grid blocks B are updated to “done”. The counter means for outputting an optical output or an end signal for ending optical input at the time, sets a number “N × N” corresponding to the number of N × N lattice blocks B shown in FIG. It is detected that the flag of the corresponding address in the flag table 24 is rewritten to “1” every time light output or light input is executed at the target position, and the count value is subtracted by one. When the number of the counter 28 reaches 0, an optical output or optical input end signal is output.
[0037]
The optical scanning device shown in FIG. 1 shows an example of a drawing device. In this case, drawing image data for forming an image on the projection plane is sent from the input / output interface 6 to the flag table 24 and written. There is a need. That is, with respect to the flag table 24 shown in FIG. 4B, a flag of “0” representing “incomplete” at the target position (image area) of light output for image formation according to the drawing image data. Is written, and a flag “1” indicating “done” is written in a place where the light output target position is not reached (outside the image area). At this time, every time a "0" flag is written in the flag table 24, the write signal is sent to the counter 28, the count value is incremented by 1, and the count value is incremented by 1 to obtain the count value for the drawing image data.
[0038]
The light source driver 7 shown in FIG. 1 has a light output or light input timing signal S output from the AND circuit 26. 1 And a drive signal is sent to the light source 3 such as a laser diode. Further, the CPU 34 shown in FIG. 3 sends a control signal to the flag rewriting logic 33 in order to rewrite the “unfinished” and “done” flags in the flag table 24, or the address data from the address conversion circuit 23 when clearing. Is sent to the flag rewriting logic 33, or an end signal from the counter 28 is input to control another control system.
[0039]
Next, the overall operation of the thus configured optical scanning device will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the entire predetermined area A for forming an image is divided into lattice-like blocks B that are continuous in the X and Y directions. For example, it is divided into N pieces in the X and Y directions, respectively, and is divided into N × N pieces as a whole. Then, each of the divided lattice blocks B is set as a target position for light output or light input, and it is detected that the scanning locus C by the Lissajous scan has entered any of the lattice blocks B as the target position, Light output or light input is performed at the target position.
[0040]
At this time, as shown in FIG. 4A, the interior of each grid block B is further divided into, for example, 4 × 4 small blocks, and light output or light input is input to the 2 × 2 block area in the center. A light input / output effective area D for determining an effective point is formed, and it is detected that the scanning locus C has entered the light input / output effective region D, and the scanning locus C is detected as a target position. Detects entering. In FIG. 4, the optical input / output effective area D 1 Is detected to have entered the target position. Even if the scanning trajectory C passes through the lattice block B, the scanning trajectory C passing through the outside of the light input / output effective area D at the periphery thereof is ignored. This is because if the scanning trajectory C passes through the peripheral portion in each grid block B, it does not enter the target position of light output or light input, but coordinates are arranged depending on the scanning trajectories C close to each other in the Lissajous scanning. This is to prevent it from happening.
[0041]
Next, in order to detect that the scanning locus C has entered the target position and to perform light output or light input at the target position, N × N pieces are stored in the flag table 24 shown in FIG. For each of the lattice blocks B, a flag of “unfinished” or “completed” for execution of light output or light input is set, light output or light input is executed with reference to this flag, Update to The flag table 24 is flagged for each light input / output effective area D in each grid block B. When the execution of light output or light input is “unfinished”, “0” is set to “completed”. In this case, “1” is written. This is to prevent light output or light input from being repeated in the same grid block B.
[0042]
In the example of FIG. 4, the optical input / output effective region D shown in FIG. 1 It is detected that the scanning locus C has entered into the target position to detect that it has entered the target position, and the light input / output effective area D of the flag table 24 shown in FIG. 1 Since the flag of the address corresponding to “0” is “0”, it is determined that the execution of the optical output or optical input is “incomplete”, and the optical output or optical input is executed at this target position. Thereby, the optical input / output effective area D 1 Since the execution of optical output or optical input has been completed for the grid block B including the “0”, the flag of the corresponding address in the flag table 24 is rewritten from “0” to “1”.
[0043]
Further, light output or light input to the target position is performed after a predetermined time has elapsed from the previous light output or light input execution timing. In the example of FIG. 4, the optical input / output effective region D shown in FIG. 1 When performing light output or light input at the target position indicated by, a predetermined time from the timing of executing light output or light input before that, for example, the time interval required for the laser diode or the like as the light source 3 to be lit After (for example, 1/15 kHz = 66.67 μs), the next optical output or optical input is executed. A predetermined time interval is also set between the execution of the current light output or light input and the execution of the next light output or light input. Thereby, when light input / output is performed at the target position, the light source can be reliably turned on to perform light output.
[0044]
On the other hand, in the example of FIG. 5, a certain scanning trajectory C by the Lissajous scanning indicates the above-described light input / output effective area D. 1 Other light input / output effective area D through 2 The process when it progresses toward is shown. In this case, the optical input / output effective area D shown in FIG. 1 It is detected that the scanning locus C has entered into the target position to detect that it has entered the target position, and the light input / output effective area D of the flag table 24 shown in FIG. 1 Since the flag of the address corresponding to “1” is “1”, it is determined that the execution of the optical output or the optical input is “completed”, and the execution of the optical output or the optical input is skipped.
[0045]
Thereafter, the scanning trajectory C is a light input / output effective area D. 2 to go into. At this time, the light input / output effective area D of the flag table 24 shown in FIG. 2 Since the flag of the address corresponding to “0” is “0”, it is determined that the execution of the optical output or optical input is “incomplete”, and the optical output or optical input is executed at this target position. Thereby, the optical input / output effective area D 2 Since the execution of optical output or optical input has been completed for the grid block B including the “0”, the flag of the corresponding address in the flag table 24 is rewritten from “0” to “1”.
[0046]
In this way, Lissajous scanning is performed on the entire predetermined area A in the X and Y directions, and light output or light input is performed at all target positions. At this time, the update of the light output or light input execution flag set for each lattice block B is sequentially counted, and the light output or light is output when the flags of all lattice blocks B are updated to “done”. End input. For example, a number “N × N” is set in the counter 28 shown in FIG. 1 so as to correspond to the number of N × N grid blocks B, and light output or light input is executed at the target position. It is detected that the flag of the corresponding address in the flag table 24 is rewritten to “1”, and the count value is decremented by 1. When the number of the counter 28 becomes 0, the optical output or optical input end signal Should be output.
[0047]
As a result, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the light output or light input is performed at the center of each grid block B continuous in the X and Y directions for the entire predetermined area A for image formation, and the same. Two-dimensional light output or light input in the X and Y directions can be performed without executing light output or light input in layers in the grid block B. For this reason, light output or light input close to equal intervals is executed over the entire surface of the two-dimensional scanning.
[0048]
Next, specific operations of the optical input / output control device 5 shown in FIGS. 1 and 3 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 6 and 7. First, in FIG. 6, light output or light input is started for one surface of the predetermined area A shown in FIG. First, the flag table 24 is reset and the counter 28 is reset (step S1). Next, it is determined whether or not the timer value measured by the interval timer 27 is smaller than a value t set in advance as a time interval necessary for turning on a laser diode or the like as the light source 3 (step S2). .
[0049]
When the timer value measured by the interval timer 27 is smaller than the time interval t, the monitoring in step S2 is repeated. When the timer value to be measured is equal to or greater than the time interval t, since the time interval necessary for the laser diode or the like to illuminate has elapsed, a lighting permission signal is output and the process proceeds to step S3.
[0050]
In step S3, the in-area / out-of-area determination circuit 25 causes the scanning locus C by the Lissajous scanning shown in FIG. 4A to enter the inside of the light input / output effective area D in any of the grid blocks B as the target position. It is determined whether or not. When the scanning trajectory C does not enter any light input / output effective area D, the process proceeds to “NO” and the monitoring is repeated. And the optical input / output effective area D shown in FIG. 1 When the scanning locus C enters, the process proceeds to “YES” and enters step S4.
[0051]
In step S4, as shown in FIG. 4B or FIG. 5B, the flag table 24 is referred to. Then, it is determined whether the flag set for the light input / output effective area D in the grid block B is “0” or “1” (step S5). As shown in FIG. 5B, when the flag is “1”, the light input / output effective area D in the grid block B 1 Since the execution of light output or light input is already “completed”, the light output or light input is skipped and the process returns to step S3.
[0052]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the flag is “0”, the light input / output effective area D in the grid block B 1 Since the execution of the optical output or optical input is “incomplete”, step S6 shown in FIG. 7 is entered via the connector “1”.
[0053]
In this step S6, the AND circuit 26 makes the optical input / output effective region D from the in-region / out-of-region determination circuit 25. 1 The AND of the determination signal that the scanning locus C has entered, the “0” read signal indicating the “unfinished” flag from the flag table 24, and the lighting permission signal output from the interval timer 27 is obtained. The timing signal S for execution of optical output or optical input 1 Is output. The optical output or optical input timing signal S output from the AND circuit 26. 1 Is sent to the light source driver 7 to drive the light source 3 to output light. Thereby, as shown in FIG. 4A, the light input / output effective region D in the lattice block B is obtained. 1 Optical output or optical input is executed.
[0054]
Optical output or optical input timing signal S output from the AND circuit 26 1 Is sent to the interval timer 27 to reset the timer value (step S7). As a result, the time measurement for the execution permission of the next light output or light input is restarted.
[0055]
Also, the optical output or optical input timing signal S output from the AND circuit 26. 1 Is sent to the flag table 24 via the flag rewriting logic 33, and as shown in FIG. 1 The flag set corresponding to is rewritten to “1” (step S8). Thereby, the light input / output effective area D of the lattice block B 1 In this case, light output or light input is not performed again.
[0056]
Further, the optical output or optical input timing signal S output from the AND circuit 26 is used. 1 Is sent to the counter 28, and the count value is subtracted (step S9). That is, the number “N × N” set corresponding to the number of N × N lattice blocks B shown in FIG.
[0057]
Then, it is determined whether or not the count value of the counter 28 is “0” (step S10). If the count value is greater than “0”, the process has not yet been completed, so the process returns to step S1 in FIG. 6 via the connector “2” and the above process is repeated. When the count value becomes “0”, the light output or light input is completed for all of the N × N lattice blocks B shown in FIG. Step S11).
[0058]
As a result, as shown in FIG. 8, the entire predetermined area A shown in FIG. 4 is optically output to the center of each lattice block B continuous in the X and Y directions, and within the same lattice block B. Therefore, it is possible to execute light output close to equal intervals over the entire surface of two-dimensional scanning in the X and Y directions without performing light output in a superimposed manner.
[0059]
In this manner, the light output or light input is completed for one surface of the predetermined area A of the image formation shown in FIG. 4, so that the process returns to the start step of FIG. The light output or light input process may be started for one surface of the predetermined area A.
[0060]
In addition, the light input / output effective area D formed at the central portion in each grid block B shown in FIG. 1 The shape of is not limited to a square, and may be a diamond-shaped light input / output effective region Da, a circular light input / output effective region Db, or a cross-shaped light input / output effective region Dc as shown in FIG. But you can. In the case of these light input / output effective areas Da, Db, and Dc, since the four corners are cut out as compared with the square light input / output effective area, the target position of light output or light input is determined. It is possible to limit the accuracy of light output or light input to the central portion in each lattice block B. From this, it is possible to execute light output or light input closer to equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scanning.
[0061]
FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the optical scanning device according to the present invention. This embodiment shows an example configured as an imaging device that captures an image of a scan target, for example, and includes an optical sensor 35 instead of the light source 3 and the light source driver 7 shown in FIG. The optical sensor 35 serves as a light receiving unit that inputs light scanned by the mirror 12 of the inner movable plate 13 of the optical scanning unit 1 and outputs a light reception signal, and includes, for example, a photodiode.
[0062]
In FIG. 10, the image memory 36 records the light reception signal output from the optical sensor 35 as image data in a predetermined storage area. The interface 37 is connection means for sending the image data read from the image memory 36 to an external device. Other configurations are basically the same as those of the optical scanning device shown in FIG.
[0063]
Next, the operation of the optical scanning device configured as shown in FIG. 10 will be briefly described. First, the operations of the optical scanning unit 1 and the optical input / output control device 5 are basically the same as those of the optical scanning device shown in FIG. Here, the X and Y coordinate information relating to the predetermined area A (see FIG. 4) output from the coordinate conversion circuit 22 is directly sent to the image memory 36, and the light receiving signal output from the photosensor 35 is to be written. Show. In this state, the AND circuit 26 outputs a timing signal S for optical output or optical input (in this case, only optical input). 2 Is output. This timing signal S 2 Is a sampling clock for fetching the light reception signal from the optical sensor 35 into the image memory 36, and the timing for writing the light reception signal from the optical sensor 35 into the image memory 36 is controlled by this sampling clock.
[0064]
By such an operation, the timing signal S output from the light input / output control device 5 is the light reception signal of the optical sensor 35 to which the light scanned by the mirror 12 of the inner movable plate 13 of the optical scanning unit 1 is input. 2 As shown in FIG. 8, the entire predetermined area A shown in FIG. 4 is input to the central portion of each grid block B continuous in the X and Y directions, as shown in FIG. At the same time, it is possible to execute light input close to equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scanning in the X and Y directions without executing light input in the same lattice block B in an overlapping manner.
Note that a shutter is provided on the light receiving side of the optical sensor 35, and this shutter is a timing signal S output from the optical input / output control device 5. 2 The light reception signal of the optical sensor 35 may be written to the image memory 36 by opening and closing the signal.
[0065]
FIG. 11 is an explanatory view showing another embodiment of the optical scanning unit 1, and is an exploded perspective view showing a basic configuration of a one-dimensional semiconductor galvanometer mirror as a specific example. The semiconductor galvanometer mirror 40 has a torsion bar 42 and a movable plate 43 supported by the torsion bar 42 integrally provided on the silicon substrate 41 on the inner side of the silicon substrate 41. A planar coil 44 is provided, a mirror 45 is provided in the approximate center surrounded by the planar coil 44, and the silicon substrate 41 is placed on a frame-like insulating substrate 46. And the permanent magnet 47 is arrange | positioned on the side surface which the said silicon substrate 41 opposes, N pole and S pole are made to oppose. Reference numeral 48 denotes an electrode terminal that is electrically connected to the planar coil 44.
[0066]
In this semiconductor galvanometer mirror 40, when an alternating current flows from the electrode terminal 48 to the planar coil 44, electromagnetic force acts on both ends of the movable plate 43 in accordance with Fleming's left-hand rule, and the movable plate 43 is centered on the torsion bar 42. Oscillates periodically in the directions of arrows A and B in the figure. Then, the optical scanning unit 1 may be configured by combining two such one-dimensional semiconductor galvanometer mirrors 40 so that each movable plate 43 can swing in two orthogonal X and Y directions. In this case, since the X-axis swing and the Y-axis swing of the two movable plates 43 are performed separately, the counter electromotive force generated in the respective drive coils does not interact with each other and do not mix. Never give.
[0067]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, according to the optical input / output control device for an optical scanning device according to claim 1, The coordinate conversion means inputs a position signal in the X and Y directions of the two-dimensional scanning of the optical scanning unit, divides the entire predetermined area into a grid shape continuous in the X and Y directions, and corresponds to each grid block. , Y coordinate, and the X, Y address obtained by converting the converted X, Y coordinate into an address by the flag storage means, and the light output corresponding to the address or the light output for the target position of the light input or Read or write the “unfinished” and “completed” flags for execution of light input, and output or input light output from the coordinate conversion means by the inside / outside determination means and formed at the center in each grid block The X and Y coordinates of the light input / output effective area for determining that the light input / output effective area is within the light input / output signal output means are input. From the means and the inside / outside determination means Taking AND of the output signal to output a timing signal of the optical output or optical input be able to. As a result, even in the Lissajous scan, each divided block is set as a target position, and light output or light input is performed at the target position, so that light output or light input close to equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scan. Is possible.
[0069]
Claims 2 According to the invention, the timing signal from the optical input / output signal output means is input, and the next optical output or optical input is executed after a predetermined time has elapsed from the previous optical output or optical input execution timing. By providing a timer means for permitting, a light source such as a laser diode can be obtained by permitting execution of the next optical output or optical input after a predetermined time has elapsed since the previous optical output or optical input execution timing. When the light is output to the target position using the light source, the light source can be reliably turned on with a time interval required for turning on the light source.
[0070]
And claims 3 According to the invention, the timing signal from the optical input / output signal output means is input, and the updating of the optical output or optical input execution flag set for each grid block is sequentially counted, Execution of light output or light input set for each lattice block by providing counter means for outputting an end signal for terminating light output or light input when the flag of the lattice block is updated to “done” Are sequentially counted, and when the flags of all the lattice blocks are updated to “done”, the light output or the end signal for ending the light input is output, so that the entire predetermined area is X, Y The light output or the light input can be performed without omission for all the lattice blocks divided into lattices continuous in the direction.
[0071]
Claims 4 According to the optical scanning device according to the present invention, the driving circuit supplies a driving signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal directions, and the light source is directed to the reflecting surface of the movable plate of the optical scanning unit. Light is emitted, the optical scanning unit swings the movable plate in two orthogonal directions, and the traveling direction of the light incident on the reflecting surface is changed to scan the predetermined area two-dimensionally. , Each grid block divided into grids continuous in the X and Y directions is set as a target position of light output, and it is detected that the scanning trajectory by two-dimensional scanning has entered the target position. The timing of optical output can be controlled. As a result, even in Lissajous scanning, a drawing apparatus that enables light output close to equal intervals over the entire surface of two-dimensional scanning by setting each divided lattice block as a target position and performing light output at the target position. Is obtained.
[0072]
And claims 5 According to the optical scanning device, the driving circuit supplies a driving signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal axes, and the optical scanning unit swings the movable plate in two orthogonal axes. Then, two-dimensional scanning is performed in a predetermined area by changing the traveling direction of the light incident on the reflecting surface, and the light receiving unit inputs light from the reflecting surface of the movable plate of the light scanning unit and outputs a light receiving signal, The optical input / output controller detects that each grid block divided into grids continuous in the X and Y directions is a target position for light input, and that the scanning locus by two-dimensional scanning has entered the target position. The light input timing can be controlled at the target position. As a result, even in Lissajous scanning, an imaging device that allows light input at almost equal intervals over the entire surface of the two-dimensional scanning by setting each divided block as a target position and performing light input at the target position. Is obtained.
[0073]
Claims 6 According to the invention, the optical scanning unit has a reflecting surface on the movable plate pivotally supported so as to be swingable in two axial directions orthogonal to the substrate, and swings the movable plate to the reflecting surface. By using a two-dimensional semiconductor galvanometer mirror that can scan the traveling direction of the irradiated light in a two-dimensional direction, the optical scanning section can be constituted by a single two-dimensional semiconductor galvanometer mirror. Therefore, the configuration of the optical scanning unit can be simplified.
[0074]
Claims 7 According to the invention, the optical scanning unit has a reflection surface on the movable plate pivotally supported so as to be swingable in a uniaxial direction with respect to the substrate, and the reflection surface is irradiated by swinging the movable plate. By combining a plurality of one-dimensional semiconductor galvanometer mirrors capable of scanning the traveling direction of light in a one-dimensional direction so that each movable plate can be swung in two perpendicular directions, two optical scanning units are formed. It can be composed of a three-dimensional semiconductor galvanometer mirror. In this case, since the X-axis swing and the Y-axis swing of the two movable plates are performed separately, the counter electromotive force generated in each drive coil does not interact or mix, and adverse effects are caused. Never give.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical input / output control device for an optical scanning device and an optical scanning device using the optical scanning device according to the present invention, for example, an example configured as a drawing device that forms an image on a target surface Is shown.
FIG. 2 is a plan view showing a basic configuration of a two-dimensional semiconductor galvanometer mirror as a specific example of an optical scanning unit in the optical scanning device.
3 is a block diagram showing a specific configuration example of the optical input / output control device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is an operation explanatory diagram at a certain timing in the optical input / output control device according to the present invention.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of another timing in the optical input / output control apparatus.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the optical input / output control apparatus.
FIG. 7 is a flowchart illustrating the operation of the optical input / output control device.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an arrangement example of light spots output or input by the operation of the light input / output control device according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another example of the shape of the light input / output effective region formed at the center in each lattice block shown in FIG. 4;
FIG. 10 is a block diagram showing another embodiment of the optical scanning device according to the present invention, and shows an example configured as an imaging device that captures an image of a scanning target, for example.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing another embodiment of the optical scanning unit, and is an exploded perspective view showing a basic configuration of a one-dimensional semiconductor galvanometer mirror as a specific example;
FIG. 12 is an explanatory diagram showing Lissajous scanning for performing two-dimensional scanning along a locus according to a Lissajous figure.
FIG. 13 shows that in the conventional Lissajous scan, even if the frequency in the X-axis direction, the frequency in the Y-axis direction, and the Lissajous frequency are the same, the point of light input / output can be changed by slightly changing the time interval for light output or light input. It is explanatory drawing which shows changing largely.
Similarly, in the conventional Lissajous scanning, even if the frequency in the X-axis direction, the frequency in the Y-axis direction, and the Lissajous frequency are the same, the light input / output point can be changed by slightly changing the time interval for light output or light input. It is explanatory drawing which shows that changes significantly.
[Explanation of symbols]
1 Optical scanning unit
2 ... Drive circuit
3 ... Light source
4. Scanning displacement detection sensor
5. Optical input / output control device
7 Light source driver
12, 45 ... Mirror
14 ... Moving part
43 ... Movable plate
21. Position signal generating circuit
22. Coordinate conversion circuit
23. Address conversion circuit
24 ... Flag table
25 .. In-area / outside determination circuit
26: AND circuit
27 ... Interval timer
28 ... Counter
33 ... Flag rewriting logic
35 ... Optical sensor
36 ... Image memory
A ... Predetermined area
B ... Lattice block
C ... Lissajous scan trajectory
D, D 1 , D 2 , Da, Db, Dc: Optical input / output effective area

Claims (7)

反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査する光走査部に対し、光源から光を出力し、又は走査対象からの光を入力するタイミングを制御する光走査装置用の光入出力制御装置であって、
上記光走査部の２次元走査のＸ，Ｙ方向の位置信号を入力し、所定領域の全体をＸ，Ｙ方向に連続する格子状に分割して各格子状ブロックに対応するＸ，Ｙ座標に変換する座標変換手段と、
該変換されたＸ，Ｙ座標をアドレスに変換したＸ，Ｙアドレスを入力してそのアドレスに対応する光出力又は光入力の目標位置に対する光出力又は光入力の実行の「未済」、「済」のフラグを読み出し又は書き込むフラグ記憶手段と、
上記座標変換手段から出力され、各格子状ブロック内の中央部に形成された光出力又は光入力の有効点であると判断するための光入出力有効領域のＸ，Ｙ座標を入力し、該光入出力有効領域の内部か否かを判断する領域内外判定手段と、
上記フラグ記憶手段及び領域内外判定手段からの出力信号のアンドをとって光出力又は光入力のタイミング信号を出力する光入出力信号出力手段と、
を備えたことを特徴とする光走査装置用の光入出力制御装置。The light from the light source is emitted from the light source to the optical scanning unit that swings the movable plate on which the reflecting surface is formed in two orthogonal directions and swings the traveling direction of the light incident on the reflecting surface to perform two-dimensional scanning in a predetermined area. Or an optical input / output control device for an optical scanning device that controls the timing of inputting light from a scanning target,
The position signal in the X and Y directions of the two-dimensional scanning of the optical scanning unit is input, and the entire predetermined area is divided into a grid pattern continuous in the X and Y directions, and the X and Y coordinates corresponding to each grid block are obtained. Coordinate conversion means for converting;
Input the X and Y address obtained by converting the converted X and Y coordinates into an address, and execute the optical output or optical input to the target position of the optical output or optical input corresponding to the address. Flag storage means for reading or writing the flag;
The X and Y coordinates of the light input / output effective area for determining that the light output or light input effective point is output from the coordinate conversion means and formed at the center in each lattice block are input. A region inside / outside determination means for determining whether or not the light input / output effective region is inside;
An optical input / output signal output means for outputting an optical output or optical input timing signal by taking an AND of the output signal from the flag storage means and the inside / outside area determination means,
An optical input / output control device for an optical scanning device. 上記光入出力信号出力手段からのタイミング信号を入力して、前回の光出力又は光入力の実行のタイミングから所定時間が経過した後に次の光出力又は光入力の実行許可を行うタイマ手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光走査装置用の光入出力制御装置。Timer means for inputting a timing signal from the optical input / output signal output means and permitting execution of the next optical output or optical input after a predetermined time has elapsed from the timing of execution of the previous optical output or optical input. The optical input / output control device for an optical scanning device according to claim 1 . 上記光入出力信号出力手段からのタイミング信号を入力して、各格子状ブロック毎に立てた光出力又は光入力の実行のフラグの更新を順次カウントして行き、全格子状ブロックのフラグが「済」に更新された時に光出力又は光入力を終了する終了信号を出力するカウンタ手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置用の光入出力制御装置。The timing signal from the optical input / output signal output means is input, and the update of the optical output or optical input execution flag set for each grid block is sequentially counted. optical output control device for an optical scanning device for an optical output or according to claim 1 or 2, further comprising a counter means for outputting an end signal to terminate the light input when it is updated to complete ". 反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査する光走査部と、
この光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させる駆動回路と、
上記光走査部の可動板の反射面に対して光を射出する光源と、
この光源から上記可動板の反射面に対して光を出力するタイミングを制御する光入出力制御装置と、
を備えて成る光走査装置において、
上記光入出力制御装置として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光入出力制御装置を用いたことを特徴とする光走査装置。An optical scanning unit that swings in a biaxial direction orthogonal to the movable plate on which the reflection surface is formed, and two-dimensionally scans a predetermined area by swinging a traveling direction of light incident on the reflection surface;
A drive circuit for supplying a drive signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal directions;
A light source that emits light to the reflecting surface of the movable plate of the optical scanning unit;
A light input / output control device for controlling the timing of outputting light from the light source to the reflecting surface of the movable plate;
In an optical scanning device comprising:
As the light output control device, an optical scanning device characterized by using the light output control device according to any one of claims 1-3. 反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、上記反射面に入射される光の進行方向を振って所定領域内を２次元走査する光走査部と、
この光走査部に駆動信号を供給して可動板を直交する二軸方向に揺動させる駆動回路と、
上記光走査部の可動板の反射面からの光を入力して受光信号を出力する受光部と、
この受光部から出力される受光信号を入力するタイミングを制御する光入出力制御装置と、
を備えて成る光走査装置において、
上記光入出力制御装置として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光入出力制御装置を用いたことを特徴とする光走査装置。An optical scanning unit that swings in a biaxial direction orthogonal to the movable plate on which the reflection surface is formed, and two-dimensionally scans a predetermined area by swinging a traveling direction of light incident on the reflection surface;
A drive circuit for supplying a drive signal to the optical scanning unit to swing the movable plate in two orthogonal directions;
A light receiving unit that inputs light from the reflecting surface of the movable plate of the optical scanning unit and outputs a light reception signal;
A light input / output control device for controlling the timing of inputting a light receiving signal output from the light receiving unit;
In an optical scanning device comprising:
As the light output control device, an optical scanning device characterized by using the light output control device according to any one of claims 1-3. 上記光走査部は、基板に対し直交する二軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射される光の進行方向を２次元方向に走査し得る２次元半導体ガルバノミラーから成ることを特徴とする請求項４又は５記載の光走査装置。The optical scanning unit has a reflecting surface on a movable plate that is pivotably supported in two axial directions orthogonal to the substrate, and a traveling direction of light irradiated on the reflecting surface by swinging the movable plate 6. An optical scanning device according to claim 4, comprising a two-dimensional semiconductor galvanometer mirror capable of scanning in a two-dimensional direction. 上記光走査部は、基板に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射される光の進行方向を１次元方向に走査し得る１次元半導体ガルバノミラーを、それぞれの可動板を直交する二軸方向に揺動可能に複数個組み合わせて構成したことを特徴とする請求項４又は５記載の光走査装置。The optical scanning unit has a reflecting surface on a movable plate that is pivotally supported so as to be swingable in a uniaxial direction with respect to the substrate, and the traveling direction of light irradiated on the reflecting surface by swinging the movable plate is one-dimensional. 6. The optical scanning device according to claim 4 , wherein a plurality of one-dimensional semiconductor galvanometer mirrors capable of scanning in a direction are combined so that each movable plate can swing in two orthogonal axes.
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