JPH11249799A - 光走査角度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スキャンミラー２３の形状に歪みが生じた場
合、単位計測時間（１計測用クロック）当りの光走査角
度Ｋにバラツキが生じるのを防止すること。 【解決手段】 発光素子１７からの光をスキャンミラー
２３で反射させ、戻ってきた光をスキャンミラー２３の
反射を介して受光素子１８で受光し光走査角度Ｋを求め
る装置において、スキャンミラー２３の１回転に要する
時間（４Ｔ）を計測する回転時間計測手段２６と、求め
た計測時間をスキャンミラー２３の反射面数４（Ｎ＝４
の場合）で除算して１走査周期Ｔを求める２ビットシフ
トレジスタ２８とを具備し、スキャンミラー２３の形状
の歪みで各反射面の１走査周期が等しくなくても、スキ
ャンミラー２３の１回転に要する時間が等しい（例え
ば、Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ＝４Ｔ＝一定）ので、１走
査周期Ｔ（＝４Ｔ／４）の最大計測数Ｃｍが一定となり
光走査角度Ｋ（＝π／Ｃｍ）にバラツキが生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光部からの光を
回転可能なスキャンミラーで反射させて光走査領域を照
射し、この光走査領域から戻ってきた光を前記スキャン
ミラーの反射を介して受光部で受光し、受光エネルギー
に基づいて単位計測時間当り（例えば、単位の計測用ク
ロック当り）の光走査角度Ｋを求める光走査角度計測装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上述の光走査角度計測装置は、例えば、
図８に示すような光走査型タッチパネルで利用される。
この光走査型タッチパネルは、例えば次ぎのように構成
されている。光学フィルタなどの基板１０の一方の側面
の上隅部分と下隅部分には、光走査ユニット１１ａ、１
１ｂが配置され、基板１０の前面には、光走査ユニット
１１ａ、１１ｂの取付け側部を除く３方辺に再帰性反射
体１２が取り付けられる。光走査ユニット１１ａは、図
９に示すように、ユニット支持板１３の固定部（図示省
略）が前記基板１０に接着剤などで固着され、この固定
部と一体の略Ｌ字形の支持部１４の上にユニット本体１
５が載せられ角度調整自在に取り付けられる。ユニット
本体１５は、下面に前記支持部１４に遊嵌する略Ｌ字形
のＬ字溝１６が形成され、内部には、半導体レーザ装置
などの発光素子１７と、受光素子１８が収納され、上面
には、発光素子１７から出力したレーザ光（以下、単に
光と記述する）１９を屈折させる屈折プリズム２０と、
この屈折させた光１９を透過させるハーフミラー２１を
具備したプリズム２２と、スキャンミラー２３とが設け
られ、このスキャンミラー２３はパルスモータ２４によ
り回転自在に設けられている。光走査ユニット１１ｂは
光走査ユニット１１ａと同様に構成されている。

【０００３】そして、光走査ユニット１１ａ、１１ｂの
それぞれはつぎのように作用する。発光素子１７から出
力した光１９が屈折プリズム２０で屈折し、ハーフミラ
ー２１及びプリズム２２を透過してスキャンミラー２３
で反射し再帰性反射体１２に照射する。この再帰性反射
体１２では、入射光と略同一光路を戻りスキャンミラー
２３で反射し、プリズム２２のハーフミラー２１で反射
屈折して受光素子１８で受光される。パルスモータ２４
によるスキャンミラー２３の回転により光１９は角度θ
（例えば約πラジアン（＝１８０度））だけ走査され
る。この光走査領域内に対象物２５が有ると対象物２５
によって光１９が遮断されるので、受光素子１８の受光
エネルギーに基づいて対象物２５の光走査角度θが求め
られる。光走査ユニット１１ａ、１１ｂのそれぞれによ
って求めた対象物２５の光走査角度θａ、θｂを三角測
量の原理にあてはめることによって、基板１０上に形成
された座標面における対象物２５の位置座標が求められ
る。

【０００４】前述した対象物２５の光走査角度θａ、θ
ｂは次式（１）で求められる。 θａ＝Ｋａ×（ｔａの計測数）、θｂ＝Ｋｂ×（ｔｂの計測数）…（１） 式（１）において、ｔａ、ｔｂは、光走査ユニット１１
ａ、１１ｂを用いて光走査開始時から対象物２５を検出
するまでに要した検出期間を表し、受光素子１８の受光
エネルギーを予め設定したしきい値と比較し、その比較
出力に基づいて求められる。ｔａ、ｔｂの計測数は、検
出期間ｔａ、ｔｂにおける計測用クロックの計測数を表
す。また、Ｋａ、Ｋｂは単位の計測用クロック当りの光
走査角度を表し、次式（２）で求められる。以下、説明
の便宜上、Ｋａ、ＫｂをＫとして説明する。 Ｋ＝π／（期間Ｔの最大計測数）…（２） 式（２）において、π（ラジアン）は１走査周期の角度
を表し（π＝１８０度）、期間Ｔは、スキャンミラー２
３の回転で走査される１反射面当りの走査期間（以下、
１走査周期という）を表し、期間Ｔの最大計測数は期間
Ｔにおける計測用クロックの最大計測数を表す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８の装置において、
スキャンミラー２３の形状に歪みがでると、その反射面
によって光走査角度Ｋの値にバラツキが生じるという問
題点がある。例えば、反射面数が４のスキャンミラー２
３の場合、理想的なものでは横断面の形状が図１０の
（ａ）に示すような正方形となるので、スキャンミラー
２３の回転角度φとスキャンミラー２３の各反射面Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄについての１走査周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔ
ｄとの関係は、図１１の（ａ）に示すようにＴａ＝Ｔｂ
＝Ｔｃ＝Ｔｄ＝Ｔとなる。このため、前述の式（２）の
分母（期間Ｔの最大計測数）が各反射面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
で等しくなり、光走査角度Ｋの値にバラツキがでない。
これに対して、スキャンミラー２３が歪んで横断面の形
状が図１１の（ｂ）に示すような菱形に歪むと、回転角
度φと１走査周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄとの関係は図
１１の（ｂ）に示すようになり、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔ
ｄは等しくならない。このため、前述の式（２）の分母
（期間Ｔの最大計測数）が各反射面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで等
しくならず、光走査角度Ｋの値にバラツキが生じる。ス
キャンミラー２３が歪んで横断面の形状が図１１の
（ｃ）に示すような菱形に歪んだ場合も、図１１の
（ｂ）の場合と同様である。図１０において、２３ａは
スキャンミラー２３の回転軸を表し、図１０、図１１に
おいて、ａ、ｂ、ｃ、ｄはスキャンミラー２３の各反射
面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからの１次反射光を表し、ξはスキャ
ンミラー２３の歪を表し、図１１においてにＸは各１走
査周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄにおける対象物２５の出
現情報を表す。

【０００６】また、図８の装置において、スキャンミラ
ー２３を回転するモータ２４の回転数が、供給電圧の変
動、周囲温度の変化、経年変化等によって変化すると、
単位の計測用クロック当りの光走査角度Ｋが変化し、正
確な角度計算ができないとい問題点があった。例えば、
反射面数が４のスキャンミラー２３の場合、モータ２４
の回転数が標準値のときのスキャンミラー２３の１次反
射光ａ、ｂ、ｃ、ｄを図１２の（ａ）で表すと（１走査
周期＝Ｔ）、モータ２４の回転数が標準値より小さいと
きの１次反射光ａ、ｂ、ｃ、ｄが同図の（ｂ）に示すよ
うに変化し（１走査周期＝Ｔ１）、Ｔ１＞Ｔとなるの
で、式（２）の分母（期間Ｔ１の最大計測数）が大きく
なって光走査角度Ｋが小さくなり、モータ２４の回転数
が標準値より大きいときの１次反射光ａ、ｂ、ｃ、ｄが
図１２の（ｃ）に示すように変化し（１走査周期＝Ｔ
２）、Ｔ２＜Ｔとなるので、式（２）の分母（期間Ｔ２
の最大計測数）が小さくなって光走査角度Ｋが大きくな
り、これらの変化に対応した角度だけ光走査角度に誤差
が生じる。

【０００７】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたも
ので、スキャンミラーの形状に歪みが生じた場合に、求
める光走査角度Ｋにバラツキが生じるのを防止できる光
走査角度計測装置を提供することを目的とする。本発明
の他の目的は、スキャンミラーを回転するモータの回転
数が供給電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化等によ
って変化しても、求める光走査角度Ｋを一定に保持でき
る光走査角度計測装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、発光
部からの光を回転可能なスキャンミラーで反射させて光
走査領域を照射し、この光走査領域から戻ってきた光を
スキャンミラーの反射を介して受光部で受光し、受光エ
ネルギーに基づいて単位の計測用クロック当りの光走査
角度Ｋを求める装置において、スキャンミラーの１回転
に要する時間を計測する回転時間計測手段と、この回転
時間計測手段で求めた計測時間をスキャンミラーの反射
面数Ｎ（Ｎは３以上の整数）で除算して１走査周期を求
める除算手段とを具備し、この除算手段で求めた１走査
周期に基づいて光走査角度Ｋを求めてなることを特徴と
する。

【０００９】スキャンミラー（例えば、反射面数が４の
場合）の形状の歪みでスキャンミラーの各反射面におけ
る１走査周期が等しくならなくても（例えば、Ｔａ≠Ｔ
ｂ≠Ｔｃ≠Ｔｄ）、スキャンミラーの回転数が一定であ
ればスキャンミラー１回転に要する時間は等しい（例え
ば、Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ＝４Ｔ＝一定）。このた
め、回転時間計測手段が計測するスキャンミラーの１回
転に要する時間ｔｒが一定となり（例えば、ｔｒ＝４Ｔ
＝一定）、除算手段で求めた１走査周期Ｔ（＝ｔｒ／
Ｎ）も一定となる（Ｎはスキャンミラーに固有の値で、
例えば４）。この１走査周期Ｔを一定の計測単位時間
（単位の計測用クロックの１周期）で割った値Ｃｍが１
走査周期Ｔの最大計測数となるので、式（２）から明ら
かなように、１走査周期Ｔの光走査角度（装置の構造で
決まる一定値、例えばπラジアン）をＣｍで割って光走
査角度Ｋが求められる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、回転時間計測手段の構成を簡単にするために、回転
時間計測手段を、計測用クロックを作成して出力する計
測用クロック作成回路と、受光部の受光エネルギーに基
づいてスキャンミラーの各反射面における光走査開始情
報を検出する光走査開始検出手段と、この光走査開始検
出手段で検出した光走査開始情報をＮ分周する分周手段
と、この分周手段で得られた光走査開始情報の１周期に
おける計測用クロックを計数するカウンタとで構成し、
除算手段はカウンタの計数値をＮで除算して１走査周期
Ｔの最大計測数Ｃｍが求められる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、分周手段及び除算手段の構成を簡単にするために、
分周手段を、光走査開始検出手段で検出した光走査開始
情報を（２のＭ乗）分周する（Ｍは正の整数）分周回路
で構成し、除算手段を、カウンタの計数値をＭ桁右桁送
りして（２のＭ乗）分の１とするＭビットシフトレジス
タで構成する。

【００１２】請求項４の発明は、回転時間計測手段の構
成を簡単にするために、回転時間計測手段を、計測用ク
ロックを作成して出力する計測用クロック作成回路と、
受光部の受光エネルギーに基づいてスキャンミラーの各
反射面に係る光走査開始情報を検出する光走査開始検出
手段と、この光走査開始検出手段で検出した光走査開始
情報の各周期における計測用クロックを計数するカウン
タと、このカウンタの計数値のスキャンミラー１回転に
相当するＮ回分を加算する加算手段とで構成する。

【００１３】請求項５の発明は、発光部からの光を回転
可能なスキャンミラーで反射させて光走査領域を照射
し、この光走査領域から戻ってきた光をスキャンミラー
の反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーに基づ
いて単位の計測用クロック当りの光走査角度Ｋを求める
装置において、計測用クロックを作成して出力する計測
用クロック作成回路と、受光部の受光エネルギーに基づ
いてスキャンミラーの各反射面における光走査開始情報
を検出する光走査開始検出手段と、計測用クロックと光
走査開始情報とに基づいて光走査角度Ｋを一定に保持す
る手段とを具備してなることを特徴とする。

【００１４】スキャンミラーを回転するモータの回転数
が供給電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化等によっ
て変化しても、単位の計測用クロック当りの光走査角度
Ｋを一定に保持する手段によって光走査角度Ｋが一定に
保たれている。このため、モータの回転数が変化しても
求める光走査角度Ｋを一定に保持することができる。

【００１５】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、スキャンミラーを回転するモータの回転数制御で光
走査角度Ｋを一定に保持するために、光走査角度Ｋを一
定に保持する手段を、スキャンミラーを回転するモータ
の標準回転数に相当した標準値を予め置数する標準値レ
ジスタと、光走査開始検出手段で検出した光走査開始情
報の１周期における計測用クロックを計数するカウンタ
と、このカウンタの計数値を標準値レジスタの標準値と
比較し、計数値が標準値より大きいときにはモータの回
転数を減少させ、計数値が標準値より小さいときにはモ
ータの回転数を増加させるモータ回転数制御手段とで構
成する。

【００１６】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、計測用クロックの周波数制御で光走査角度Ｋを一定
に保持するために、計測用クロック作成回路は計測用ク
ロックの周波数が可変可能に形成され、光走査角度Ｋを
一定に保持する手段を、スキャンミラーを回転するモー
タの標準回転数に相当した標準値を予め置数する標準値
レジスタと、光走査開始検出手段で検出した光走査開始
情報の１周期における計測用クロックを計数するカウン
タと、このカウンタの計数値を標準値レジスタの標準値
と比較し、計数値が標準値より大きいときには計測用ク
ロック作成回路のクロック周波数を減少させ、計数値が
標準値より小さいときには計測用クロック作成回路のク
ロック周波数を増加させるクロック周波数制御手段とで
構成する。

【００１７】請求項８の発明は、請求項７の発明におい
て、計測用クロック作成回路の構成を簡単にするため
に、計測用クロック作成回路を電圧制御発振器で構成す
る。

【００１８】請求項９の発明は、請求項２、３、４、
５、６、７又は８の発明において、光走査開始検出手段
の構成を簡単にするために、光走査開始検出手段を、受
光部を流れる電流を電圧に変換する電流・電圧変換回路
と、この電流・電圧変換回路の出力電圧を計測用クロッ
ク作成回路のクロックで標本化してディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路の出力信
号の中からスキャンミラーの１次反射光に相当する信号
を分離し光走査開始情報として出力する１次反射光分離
回路とで構成する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による光走査角度計
測装置の一実施形態例を図１を用いて説明する。図１に
おいて図８〜図１０と同一部分は同一符号とする。図１
において、１２は再帰性反射体、１７は発光素子、１８
は受光素子、１９は前記発光素子１７からの光、２３は
反射面数が４（Ｎ＝４の場合）、横断面が正方形のスキ
ャンミラー、２４はモータ（例えばパルスモータ）であ
る。２６は前記スキャンミラー２３の１回転に要する時
間を計測する回転時間計測手段、２８は除算手段として
の２ビットシフトレジスタ、３０はＭＰＵ（マイクロプ
ロセッサユニット）である。

【００２０】前記回転時間計測手段２６は、計測用クロ
ックを作成して出力する計測用クロック作成回路の一例
としてのＶＣＯ（電圧制御発振器）３２と、光走査開始
検出手段３４と、分周手段の一例としての４分周回路３
５と、カウンタ３６とで構成されている。前記光走査開
始検出手段３４は、前記受光素子１８の受光エネルギー
に相当した電流を電圧に変換して出力する電流・電圧変
換回路３８と、この電流・電圧変換回路３８の出力電圧
をディジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ（アナログ
／ディジタル）変換回路４０と、このＡ／Ｄ変換回路４
０の出力信号の中から前記スキャンミラー２３の１次反
射光（受光エネルギー最大）に相当する信号を分離し光
走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを出力する１次
反射光分離回路４２とで構成されている。前記４分周回
路３５は、Ｄ型フリップフロップ３７、３９を図２に示
すように結合してなり、前記１次反射光分離回路４２か
ら出力する光走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを
４分周して出力する。前記カウンタ３６は前記４分周回
路３５で得られた光走査開始信号の１周期における前記
ＶＣＯ３２の計測用クロックを計数する。

【００２１】前記２ビットシフトレジスタ２８は、前記
カウンタ３２の計数値を２桁右桁送りして１／４とし、
１走査周期Ｔにおける計測用クロックの計数値Ｃｍを出
力する。この計数値Ｃｍは、前記式（２）における分母
の期間Ｔの最大計測数に相当する。

【００２２】前記ＭＰＵ３０は前記式（２）及び（１）
の演算を行う。すなわち１走査期間Ｔの光走査角度π
（ラジアン）を前記２ビットシフトレジスタ２８から出
力する値Ｃｍで除算して単位の計測用クロック当りの光
走査角度Ｋ（＝π／Ｃｍ）を求めるとともに、この光走
査角度Ｋに走査開始時から対象物２５検出までの検出期
間ｔの計測数を掛けて対象物の走査角度θを求める。こ
の検出期間ｔの計測数は、電圧・電流変換回路３８の出
力電圧を基準電圧と比較する比較器（図示省略）の比較
出力信号と、光走査検出手段３４による光走査開始パル
スＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄとに基づき、ＭＰＵ３０によ
って演算される。

【００２３】つぎに、図１及び図２の作用を図３及び図
１０を併用して説明する。説明の便宜上、スキャンミラ
ー２３の横断面が図１０の（ｂ）に示すような菱形に歪
み、スキャンミラー２３の各反射面における１走査周期
が等しくならない場合（Ｔａ≠Ｔｂ≠Ｔｃ≠Ｔｄ）につ
いて説明する。

【００２４】電流・電圧変換回路３８は、受光素子１８
の受光エネルギーに相当した電流を電圧に変換し、Ａ／
Ｄ変換回路４０は電流・電圧変換回路３８の出力電圧を
ディジタル信号に変換し、１次反射光分離回路４２は、
Ａ／Ｄ変換回路４０の出力信号の中から１次反射光に相
当した図３の（ｂ）に示すような走査開始パルスＰａ、
Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを分離し、４分周回路３５に出力す
る。比較のために、図３の（ａ）にスキャンミラー２３
の横断面が歪みの無い理想的な正方形の場合を示す。図
３の（ａ）、（ｂ）において、走査開始パルスＰａ、Ｐ
ｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、図１１及び図１２のスキャンミラー
２３の各反射面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからの１次反射光ａ、
ｂ、ｃ、ｄに相当した信号を表し、Ｘは図１１及び図１
２の場合と同様に各１走査周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ
における対象物２５の出現情報を表し、ｔは走査開始時
から対象物２５検出時までの検出期間を表し、スキャン
ミラー２３の回転数が一定なので検出期間ｔは一定であ
る。

【００２５】４分周回路３５に図３の（ｂ）に示すよう
な信号が入力すると、出力側からは同図の（ｄ）に示す
ような周期が４Ｔの光走査開始信号が出力する。すなわ
ち、４分周回路３５のＤ型フリップフロップ３７のＣＫ
端子に図３の（ｂ）に示すような信号が入力すると、こ
のＤ型フリップフロップ３７のＱ１端子からは同図の
（ｃ）に示すような、走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐ
ｃ、Ｐｄのアップエッジ動作により立上り時から若干の
一定時間遅延した時刻に反転する２分周された信号が出
力し、この信号が後段のＤ型フリップフロップ３９のＣ
Ｋ端子に入力するので、このＤ型フリップフロップ３９
のＱ２端子からは同図の（ｄ）に示すような、入力信号
が４分周された周期４Ｔの光走査開始信号が出力する。

【００２６】カウンタ３６は、４分周回路３５から出力
する図３の（ｄ）に示すような周期４Ｔの走査開始信号
に基づき、周期４Ｔの期間におけるＶＣＯ３２から出力
する計測用クロックを計数する。２ビットシフトレジス
タ２８は、カウンタ３６の計数値を２桁右桁送りして４
分の１とし、１走査周期Ｔにおける最大計測数Ｃｍを出
力する。ＭＰＵ３０は、予めレジスタ（図示省略）に置
数されたり、設定値入力されたりした１走査期間Ｔの走
査角度πを、２ビットシフトレジスタ２８から出力する
最大計測数Ｃｍで除算し（式（２）の演算を行い）、単
位の計測用クロック当りの光走査角度Ｋを求める。ＭＰ
Ｕ３０は、さらに、この光走査角度Ｋに検出期間ｔの計
測数を乗算し（式（１）の演算を行い）、対象物２５の
走査角度θを求める。検出期間ｔは、電流・電圧変換回
路３８の出力電圧を基準電圧と比較する比較器の比較信
号と走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄとに基づ
き、ＭＰＵ３０によって演算される。

【００２７】図１に示した実施形態例では、分周手段を
４分周回路で構成し、これに対応して除算手段を２桁右
桁送りして４分の１とする２ビットシフトレジスタで構
成した場合について説明したが、本発明はこれに限るも
のでなく、分周手段が光走査開始情報を（２のＭ乗）分
周し（Ｍは正の整数、図１の例ではＭ＝２）、これに対
応して除算手段がＭ桁右桁送りして（２のＭ乗）分の１
とする（図１の例では４分の１とする）ものであればよ
い。

【００２８】前記実施形態例では、回転時間計測手段
を、ＶＣＯ、光走査開始検出手段、分周手段及びカウン
タで構成し、除算手段を、カウンタの計数値をＭ桁右桁
送りして（２のＭ乗）分の１とするＭビットシフトレジ
スタで構成した場合について説明したが、本発明はこれ
に限るものでなく、回転時間計測手段はスキャンミラー
の１回転に要する時間を計測するものであればよく、除
算手段は回転時間計測手段で求めた計測時間をスキャン
ミラーの反射面数Ｎ（図１ではＮ＝４）で除算して１走
査周期Ｔを求めるものであればよい。

【００２９】例えば、図４に示すように、ＭＰＵ３０ａ
に次ぎのような加算機能、除算機能、及び乗算機
能を付与し、この加算機能とＶＣＯ３２と光走査開
始検出手段３４とカウンタ３６ａと反射面数レジスタ４
４とによって回転時間計測手段を構成し、除算機能と
反射面数レジスタ４４とによって除算手段を構成しても
よい。反射面数レジスタ４４には、スキャンミラー２３
の反射面数Ｎ（例えばＮ＝４）が置数される。 加算機能：カウンタ３６ａの計数値を反射面数レジス
タ４４に置数された値Ｎに応じてＮ回加算する。Ｎ＝４
の場合は、カウンタ３６ａは、光走査開始検出手段３４
から出力する光走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ
の１周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、ＴｄにおけるＶＣＯ３２の
計数用クロックを計数し、、これらの計数値を加算す
る。 除算機能：前記加算機能で求めた加算値を反射面数
レジスタ４４に置数された値のＮで除算して１走査周期
Ｔの最大計測数Ｃｍを求める。Ｎ＝４の場合は、加算値
を４で除算して１走査周期Ｔの最大計測数Ｃｍを求め
る。 除算機能：図１の場合と同様に、１走査周期Ｔの走査
角度πを除算機能で求めた最大計測数Ｃｍで除算して
光走査角度Ｋを求める。 乗算機能：図１の場合と同様に、除算機能で求めた
光走査角度Ｋに検出期間ｔの計測数を乗算し、対象物２
５の走査角度θを求める。

【００３０】図５は本発明の他の実施形態例を示すもの
で、図１、図４と同一部分は同一符号とし、説明を省略
する。図５において、５０はスキャンミラー２３を回転
するモータ２４の標準回転数に相当した標準値を置数す
る標準値レジスタ、５２はモータ回転数制御手段で、こ
の標準値レジスタ５０及びモータ回転数制御手段５２と
カウンタ３６ａとは走査角度を一定に保持する手段を構
成している。

【００３１】前記モータ回転数制御手段５２は、回転数
を変えるために前記モータ２４へ駆動電圧を可変可能に
供給する直流電源５４と、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナロ
グ）変換回路５６と、ＭＰＵ３０ｂとからなり、このＭ
ＰＵ３０ｂには、次ぎのような比較制御機能と、図４
のＭＰＵ３０ａに付与された機能と同一の除算機能及
び乗算機能が付与されている。 比較制御機能：カウンタ３６ａの計数値を標準値レジ
スタ５０の標準値と比較し、計数値が標準値より大きい
ときには、前記Ｄ／Ａ変換回路５６を介して前記直流電
源５４に前記モータの回転数を減少させるための制御信
号を出力し、計数値が標準値より小さいときには、前記
Ｄ／Ａ変換回路５６を介して前記直流電源５４に前記モ
ータの回転数を増加させるための制御信号を出力する。

【００３２】つぎに、図５の場合の作用を説明する。ス
キャンミラー２３を回転するモータ２４の回転数が供給
電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化等によって変化
した場合、モータ回転数制御手段５２によってモータ２
４の回転数が標準回転数レジスタ５０の標準値に相当し
た回転数となるように制御される。すなわち、モータ２
４の回転数が標準回転数より増加すると、走査開始検出
手段３４から出力する走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐ
ｃ、Ｐｄの各１走査周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、モ
ータ２４の回転数が標準値の場合の１走査周期Ｔより短
くなる（Ｔａ＝Ｔｂ＝Ｔｃ＝Ｔｄ＜Ｔ）ので、カウンタ
３６ａの計数値が標準値レジスタ５０の標準値より小さ
くなり、ＭＰＵ３０ｂの比較制御機能によりモータ２
４の回転数を減少させる。モータ２４の回転数が標準回
転数より減少すると、増加の場合と逆に作用し、ＭＰＵ
３０ｂの比較制御機能によりモータ２４の回転数を増
加させる。このような回転数制御によってモータ２４の
回転数が標準回転数に保持されるので、ＭＰＵ３０ｂの
除算機能によって、１走査周期Ｔの走査角度πをカウ
ンタ３６ａの計数値Ｃｍで除算して光走査角度Ｋが求め
られる。また、ＭＰＵ３０ｂの乗算機能によって、光
走査角度Ｋに検出期間ｔの計測数を乗算し、対象物２５
の走査角度θが求められる。

【００３３】図５に示した実施形態例では、光走査角度
Ｋを一定に保持する手段を、標準値レジスタ、カウンタ
及びモータ回転数制御手段で構成した場合について説明
したが、本発明はこれに限るものでなく、計測用クロッ
ク作成回路（例えばＶＣＯ）で作成した計測用クロック
と光走査開始検出手段で検出した光走査開始情報とに基
づいて光走査角度Ｋを一定に保持するものであればよ
い。

【００３４】例えば、図６に示すように、計測用クロッ
ク作成回路を計測用クロックの周波数が可変可能なＶＣ
Ｏ３２ａで形成し、光走査角度Ｋを一定に保持する手段
を標準値レジスタ５０、カウンタ３６ｂ及びクロック周
波数制御手段５８で構成する。前記カウンタ３６ｂは、
光走査開始検出手段３４で検出した光走査開始パルスＰ
ａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの各１周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔ
ｄにおけるＶＣＯ３２ａの出力する計測用クロックを計
数する。前記クロック周波数制御手段５８はＬＰＦ（ロ
ーパスフィルタ）６０、Ｄ／Ａ変換回路５６ａ及びＭＰ
Ｕ３０ｃからなり、このＭＰＵ３０ｃには、次ぎのよう
な比較制御機能と、図４のＭＰＵ３０ａに付与された
機能と同一の除算機能及び乗算機能が付与されてい
る。比較制御機能：カウンタ３６ｂの計数値を標準値
レジスタ５０の標準値と比較し、計数値が標準値より大
きいときには、前記Ｄ／Ａ変換回路５６ａ及びＬＰＦ６
０を介して前記ＶＣＯ３２ａにクロック周波数を小さく
するための制御信号を出力し、計数値が標準値より小さ
いときには、前記Ｄ／Ａ変換回路５６ａ及びＬＰＦ６０
を介して前記ＶＣＯ３２ａにクロック周波数を大きくす
るための制御信号を出力する。

【００３５】つぎに、図６の場合の作用を図７を併用し
て説明する。説明の便宜上、モータ２４の回転数が標準
レジスタ５０の標準値に相当した標準回転数のときは、
図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、１走査周期をＴ
（＝Ｔａ＝Ｔｂ＝Ｔｃ＝Ｔｄ）、ＶＣＯ３２ａのクロッ
ク周波数をＦ、各１走査周期における走査開始時から対
象物２５の検出までに要した検出期間をｔとし、モータ
２４の回転数が標準回転数より小さいときは、同図の
（ｃ）、（ｄ）に示すようにＴ１、Ｆ１、ｔ１とし、モ
ータ２４の回転数が標準回転数より大きいときは、同図
の（ｅ）、（ｆ）に示すようにＴ２、Ｆ２、ｔ２とす
る。

【００３６】スキャンミラー２３を回転するモータ２４
の回転数が供給電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化
等によって変化した場合、カウンタ３６ｂの計数値が標
準値レジスタ５０の標準値と等しくなるように、クロッ
ク周波数制御手段５８によってＶＣＯ３２ａのクロック
周波数が制御される。すなわち、モータ２４の回転数が
標準回転数のときには、カウンタ３６ｂの計数値が標準
値レジスタ５０の標準値と等しいので、ＶＣＯ３２ａの
クロック周波数Ｆは変化しない。モータ２４の回転数が
標準回転数より小さくなると、走査開始検出手段３４か
ら出力する走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの各
１走査期間Ｔ１が、図７の（ｃ）に示すように標準回転
数の場合の期間Ｔより大きくなるので、ＶＣＯ３２ａの
クロック周波数が変化しないとカウンタ３６ｂの計数値
が標準値のＴ１／Ｔ倍になる。このため、カウンタ３６
ｂの計数値が標準値と等しくなるように制御するクロッ
ク周波数制御手段５８によって、ＶＣＯ３２ａのクロッ
ク周波数が図７の（ｄ）に示すようにＦのＴ／Ｔ１倍の
Ｆ１（＝Ｆ×Ｔ／Ｔ１＜Ｆ）に制御され、カウンタ３６
ｂの計数値が標準値に保持される。したがって、単位の
計測用クロック当りの光走査角度Ｋ（＝π／期間Ｔ１の
最大計測数）も標準回転数の場合と同一に保持され、さ
らに、対象物２５の走査角度θ１（＝Ｋ×（期間ｔ１の
計測数））も、標準回転数の場合の走査角度θ（＝Ｋ×
（期間ｔの計測数））と同一に保持される。すなわち、
（期間ｔ１の計測数）＝Ｆ１×ｔ１＝（Ｆ×Ｔ／Ｔ１）
×（ｔ×Ｔ１／Ｔ）＝Ｆ×ｔ＝（期間ｔの計測数）とな
るので、θ１＝θとなる。モータ２４の回転数が標準回
転数より大きくなると、走査開始検出手段３４から出力
する走査開始パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの各１走査
期間Ｔ２が、図７の（ｅ）に示すように標準回転数の場
合の期間Ｔより小さくなるので、ＶＣＯ３２ａのクロッ
ク周波数が変化しないとカウンタ３６ｂの計数値が標準
値のＴ２／Ｔ倍になる。このため、カウンタ３６ｂの計
数値が標準値と等しくなるように制御するクロック周波
数制御手段５８によって、ＶＣＯ３２ａのクロック周波
数が図７の（ｆ）に示すようにＦのＴ／Ｔ２倍のＦ２
（＝Ｆ×Ｔ／Ｔ２＞Ｆ）に制御され、カウンタ３６ｂの
計数値が標準値に保持される。したがって、単位の計測
用クロック当りの光走査角度Ｋ（＝π／期間Ｔ２の最大
計測数）も標準回転数の場合と同一に保持され、さら
に、対象物２５の走査角度θ２（＝Ｋ×（期間ｔ２の計
測数））も、標準回転数の場合の走査角度θ（＝Ｋ×
（期間ｔの計測数））と同一に保持される。すなわち、
（期間ｔ２の計測数）＝Ｆ２×ｔ２＝（Ｆ×Ｔ／Ｔ２）
×（ｔ×Ｔ２／Ｔ）＝Ｆ×ｔ＝（期間ｔの計測数）とな
るので、θ２＝θとなる。

【００３７】前記実施形態例では、計測用クロック作成
回路をＶＣＯで形成した場合について説明したが、本発
明はこれに限るものでなく、計測用クロックを作成して
出力するものであればよい。

【００３８】前記実施形態例では、光走査開始検出手段
を、電流・電圧変換回路、Ａ／Ｄ変換回路及び１次反射
光分離回路で構成した場合について説明したが、本発明
はこれに限るものでなく、受光素子の受光エネルギーに
基づいてスキャンミラーの各反射面における光走査開始
情報を検出するものであればよい。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明は、発光部からの光を回
転可能なスキャンミラーで反射させて光走査領域を照射
し、この光走査領域から戻ってきた光をスキャンミラー
の反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーに基づ
いて単位の計測用クロック当りの光走査角度Ｋを求める
装置において、スキャンミラーの１回転に要する時間を
スキャンミラーの反射面数Ｎ（例えばＮ＝４）で除算し
て１走査周期Ｔを求めるようにしたので、スキャンミラ
ーの形状に歪みが生じた場合、求める光走査角度Ｋにバ
ラツキが生じるのを防止することができる。すなわち、
スキャンミラーの回転数が一定であればスキャンミラー
の形状に歪みが生じても、スキャンミラー１回転に要す
る時間ｔｒが一定となり（例えば、ｔｒ＝４Ｔ＝一
定）、除算手段で求めた１走査周期Ｔ（＝ｔｒ／Ｎ）も
一定となる。この１走査周期Ｔを一定の計測単位時間
（計測用クロックの１周期）で割った値Ｃｍ（１走査周
期の最大計測数）も一定となるので、１走査周期の光走
査角度（装置の構造で決まる一定値、例えばπラジア
ン）をＣｍで割った光走査角度Ｋも一定となる。

【００４０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、回転時間計測手段を計測用クロック作成回路、光走
査開始検出手段、分周手段及びカウンタで構成し、除算
手段でカウンタの計数値をＮで除算して１走査周期Ｔを
求めるようにしたので、回転時間計測手段の構成を簡単
にすることができる。

【００４１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、分周手段を、光走査開始検出手段で検出した光走査
開始情報を（２のＭ乗）分周する分周回路（例えば４分
周回路）で構成し、除算手段を、カウンタの計数値をＭ
桁右桁送りして（２のＭ乗）分の１とするＭビットシフ
トレジスタ（例えば２ビットシフトレジスタ）で構成し
たので、分周手段及び除算手段の構成を簡単にすること
ができる。

【００４２】請求項４の発明は、回転時間計測手段を計
測用クロック作成回路、光走査開始検出手段、カウンタ
及び加算手段で構成したので、回転時間計測手段の構成
を簡単にすることができる。

【００４３】請求項５の発明は、発光部からの光を回転
可能なスキャンミラーで反射させて光走査領域を照射
し、この光走査領域から戻ってきた光をスキャンミラー
の反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーに基づ
いて単位の計測用クロック当りの光走査角度Ｋを求める
装置において、計測用クロックを作成して出力する計測
用クロック作成回路と、受光部の受光エネルギーに基づ
いてスキャンミラーの各反射面における光走査開始情報
を検出する光走査開始検出手段と、計測用クロックと光
走査開始情報とに基づいて光走査角度Ｋを一定に保持す
る手段とを具備し、スキャンミラーを回転するモータの
回転数が供給電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化等
によって変化しても、単位の計測用クロック当りの光走
査角度Ｋを一定に保持する手段によって光走査角度Ｋが
一定に保たれるようにしたので、モータの回転数が変化
しても求める光走査角度Ｋを一定に保持することができ
る。

【００４４】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、光走査角度Ｋを一定に保持する手段を、スキャンミ
ラーを回転するモータの標準回転数に相当した標準値を
予め置数する標準値レジスタと、光走査開始検出手段で
検出した光走査開始情報の１周期における計測用クロッ
クを計数するカウンタと、このカウンタの計数値を標準
値レジスタの標準値と比較し、計数値が標準値より大き
いときにはモータの回転数を減少させ、計数値が標準値
より小さいときにはモータの回転数を増加させるモータ
回転数制御手段とで構成したので、モータの回転数が供
給電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化等によって変
化しても、モータ回転数制御手段でモータの回転数を標
準値に制御することによって、光走査角度Ｋを一定に保
持することができる。

【００４５】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、光走査角度Ｋを一定に保持するために、計測用クロ
ック作成回路は計測用クロックの周波数が可変可能に形
成され、光走査角度Ｋを一定に保持する手段を、スキャ
ンミラーを回転するモータの標準回転数に相当した標準
値を予め置数する標準値レジスタと、光走査開始検出手
段で検出した光走査開始情報の１周期における計測用ク
ロックを計数するカウンタと、このカウンタの計数値を
標準値レジスタの標準値と比較し、計数値が標準値より
大きいときには計測用クロック作成回路のクロック周波
数を減少させ、計数値が標準値より小さいときには計測
用クロック作成回路のクロック周波数を増加させるクロ
ック周波数制御手段とで構成したので、モータの回転数
が供給電圧の変動、周囲温度の変化、経年変化等によっ
て変化しても、クロック周波数制御手段による計測用ク
ロックの周波数制御でカウンタの計数値を標準値に一致
させて光走査角度Ｋを一定に保持することができる。

【００４６】請求項８の発明は、請求項７の発明におい
て、計測用クロック作成回路を電圧制御発振器で構成し
たので、計測用クロック作成回路の構成を簡単にするこ
とができる。

【００４７】請求項９の発明は、請求項２、３、４、
５、６、７又は８の発明において、光走査開始検出手段
を電流・電圧変換回路、Ａ／Ｄ変換回路及び１次反射光
分離回路で構成したので、光走査開始検出手段の構成を
簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光走査角度計測装置の第１実施形
態例を示すブロック図である。

【図２】図１中の４分周回路３５の具体例を示すブロッ
ク図である。

【図３】図２の作用を説明するタイミングチャートであ
る。

【図４】本発明による光走査角度計測装置の第２実施形
態例の要部を示すブロック図である。

【図５】本発明による光走査角度計測装置の第３実施形
態例を示すブロック図である。

【図６】本発明による光走査角度計測装置の第４実施形
態例を示すブロック図である。

【図７】図６の作用を説明するタイミングチャートであ
る。

【図８】本発明の利用例の一例である光走査型タッチパ
ネルの平面図である。

【図９】図８中の光走査ユニットの取付け状態を示す側
面図である。

【図１０】スキャンミラーの形状が歪んだ状態（ｂ）、
（ｃ）を理想的な形状状態（ａ）と比較して示した説明
図である。

【図１１】スキャンミラーの形状が図１０の（ａ）、
（ｂ）の場合の１次反射光の説明図である。

【図１２】スキャンミラーを回転するモータの回転数が
標準回転数の場合、標準回転数より小さい場合、標準回
転数より大きい場合の１次反射光の説明図である。

【符号の説明】

１１ａ、１１ｂ…光走査ユニット、 １２…再帰性反射
体、 １７…発光素子、 １８…受光素子、 １９…発
光素子１７から出力した光、 ２３…スキャンミラー、
２３ａ…スキャンミラー２３の回転軸、 ２４…モー
タ、 ２５…対象物、 ２６…回転時間計測手段、 ２
８…２ビットシフトレジスタ（除算手段の一例）、 ３
０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…ＭＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）、３２、３２ａ…ＶＣＯ（計測用クロック作成回
路の一例）、 ３４…光走査開始検出手段、 ３５…４
分周回路（分周手段の一例）、 ３６、３６ａ、３６ｂ
…カウンタ、 ３７、３９…Ｄ型フリップフロップ、
３８…電流・電圧変換回路、 ４０…Ａ／Ｄ変換回路、
４２…１次反射光分離回路、 ４４…反射面数レジス
タ、 ５０…標準値レジスタ、 ５２…モータ回転数制
御手段、 ５４…電圧可変可能な直流電源、 ５６、５
６ａ…Ｄ／Ａ変換回路、 ５８…クロック周波数制御手
段、 ６０…ＬＰＦ、 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…スキャンミラ
ー２３の反射面、 ａ、ｂ、ｃ、ｄ…スキャンミラー２
３の各反射面からの１次反射光、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…ＶＣ
Ｏ３２、３２ａのクロック周波数、 Ｐａ、Ｐｂ、Ｐ
ｃ、Ｐｄ…１次反射光ａ、ｂ、ｃ、ｄによる走査開始パ
ルス（走査開始情報の一例）、 Ｔ、Ｔ１、Ｔ２…１走
査周期、 ｔ、ｔ１、ｔ２…走査開始から対象物検出ま
での検出期間、 Ｘ…各１走査周期における対象物２５
の出現情報。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 俊行 神奈川県川崎市高津区末長1116番地 株式 会社富士通ゼネラル内 (72)発明者 中沢 文彦 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光部からの光を回転可能なスキャンミラ
   ーで反射させて光走査領域を照射し、この光走査領域か
   ら戻ってきた光を前記スキャンミラーの反射を介して受
   光部で受光し、受光エネルギーに基づいて単位計測時間
   当りの光走査角度Ｋを求める装置において、前記スキャ
   ンミラーの１回転に要する時間を計測する回転時間計測
   手段と、この回転時間計測手段で求めた計測時間を前記
   スキャンミラーの反射面数Ｎ（Ｎは３以上の整数）で除
   算して１走査周期を求める除算手段とを具備し、この除
   算手段で求めた１走査周期に基づいて前記光走査角度Ｋ
   を求めてなる光走査角度計測装置。
2. 【請求項２】回転時間計測手段は、計測用クロックを作
   成して出力する計測用クロック作成回路と、受光部の受
   光エネルギーに基づいてスキャンミラーの各反射面にお
   ける光走査開始情報を検出する光走査開始検出手段と、
   この光走査開始検出手段で検出した光走査開始情報をＮ
   分周する分周手段と、この分周手段で得られた光走査開
   始情報の１周期における前記計測用クロック作成回路の
   クロックを計数するカウンタとからなり、除算手段は前
   記カウンタの計数値をＮで除算して１走査周期を求めて
   なる請求項１記載の光走査角度計測装置。
3. 【請求項３】分周手段は光走査開始検出手段で検出した
   光走査開始情報を（２のＭ乗）分周してなり（Ｍは正の
   整数）、除算手段はカウンタの計数値をＭ桁右桁送りし
   て（２のＭ乗）分の１とするＭビットシフトレジスタと
   してなる請求項２記載の光走査角度計測装置。
4. 【請求項４】回転時間計測手段は、計測用クロックを作
   成して出力する計測用クロック作成回路と、受光部の受
   光エネルギーに基づいてスキャンミラーの各反射面にお
   ける光走査開始情報を検出する光走査開始検出手段と、
   この光走査開始検出手段で検出した光走査開始情報の１
   周期における前記計測用クロック作成回路のクロックを
   計数するカウンタと、このカウンタの計数値の前記スキ
   ャンミラー１回転に相当するＮ回分を加算する加算手段
   とからなり、除算手段は前記加算手段で求めた加算値を
   Ｎで除算して１走査周期を求めてなる請求項１記載の光
   走査角度計測装置。
5. 【請求項５】発光部からの光を回転可能なスキャンミラ
   ーで反射させて光走査領域を照射し、この光走査領域か
   ら戻ってきた光を前記スキャンミラーの反射を介して受
   光部で受光し、受光エネルギーに基づいて単位計測時間
   当りの光走査角度Ｋを求める装置において、計測用クロ
   ックを作成して出力する計測用クロック作成回路と、前
   記受光部の受光エネルギーに基づいて前記スキャンミラ
   ーの各反射面における光走査開始情報を検出する光走査
   開始検出手段と、前記計測用クロックと前記光走査開始
   情報とに基づいて前記光走査角度Ｋを一定に保持する手
   段とを具備してなる光走査角度計測装置。
6. 【請求項６】光走査角度Ｋを一定に保持する手段は、ス
   キャンミラーを回転するモータの標準回転数に相当した
   標準値を予め置数する標準値レジスタと、光走査開始検
   出手段で検出した光走査開始情報の１周期における計測
   用クロックを計数するカウンタと、このカウンタの計数
   値を前記標準値レジスタの標準値と比較し、計数値が標
   準値より大きいときには前記モータの回転数を減少さ
   せ、計数値が標準値より小さいときには前記モータの回
   転数を増加させるモータ回転数制御手段とからなる請求
   項５記載の光走査角度計測装置。
7. 【請求項７】計測用クロック作成回路は計測用クロック
   の周波数が可変可能に形成され、光走査角度Ｋを一定に
   保持する手段は、スキャンミラーを回転するモータの標
   準回転数に相当した標準値を予め置数する標準値レジス
   タと、光走査開始検出手段で検出した光走査開始情報の
   １周期における計測用クロックを計数するカウンタと、
   このカウンタの計数値を前記標準値レジスタの標準値と
   比較し、計数値が標準値より大きいときには前記計測用
   クロック作成回路のクロック周波数を減少させ、計数値
   が標準値より小さいときには前記計測用クロック作成回
   路のクロック周波数を増加させるクロック周波数制御手
   段とからなる請求項５記載の光走査角度計測装置。
8. 【請求項８】計測用クロック作成回路は電圧制御発振器
   としてなる請求項７記載の光走査角度計測装置。
9. 【請求項９】光走査開始検出手段は、受光部を流れる電
   流を電圧に変換する電流・電圧変換回路と、この電流・
   電圧変換回路の出力電圧をディジタル信号に変換するＡ
   ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路の出力信号の中か
   らスキャンミラーの１次反射光に相当する信号を分離し
   光走査開始情報として出力する１次反射光分離回路とか
   らなる請求項２、３、４、５、６、７又は８記載の光走
   査角度計測装置。