光扫描装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光扫描装置及其控制方法。光扫描装置具备反射镜装置以及处理器，上述反射镜装置具有：反射镜部，具有反射入射光的反射面，并且能够绕相互正交的第1轴及第2轴摆动；第1致动器，通过对反射镜部施加绕第1轴的转矩而使反射镜部绕第1轴摆动；及第2致动器，通过对反射镜部施加绕第2轴的转矩而使反射镜部绕第2轴摆动，上述处理器向第1致动器提供第1驱动信号，并且向第2致动器提供第2驱动信号。处理器进行如下处理：将第1驱动信号及第2驱动信号分别设为振幅及相位随时间变化的周期电压信号，使反射镜部进行包括绕第1轴的摆动振幅及绕第2轴的摆动振幅线性变化的期间的螺旋旋转动作。旋转动作。旋转动作。

【技术实现步骤摘要】
光扫描装置及其控制方法


[0001]本专利技术的技术涉及一种光扫描装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]在LiDAR(Light Detection and Ranging：激光雷达)的领域中，可获得360
°
的视野的全向型备受瞩目。在全向型LiDAR装置中有组合MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)反射镜和全向透镜而构成的装置。使用MEMS反射镜的LiDAR装置能够实现轻型且低成本化。
[0003]在全向型LiDAR装置中，MEMS反射镜需要利用光束对全向透镜的环状入射面毫无遗漏地进行扫描。为了更高效地对上述范围进行扫描，期望MEMS反射镜进行螺旋扫描，以使光束的矢径随时间线性变化，因此要求进行反射镜部的摆动角度振幅(以下，称为摆动振幅。)以相同速度发生变化的螺旋旋转动作。而且，在将该LiDAR装置搭载于移动体等上来使用的情况下，以高帧速率对更广的范围进行扫描是重要的。因此，要求进一步增加反射镜部的摆动振幅的变化速度。具体而言，若鉴于LiDAR装置的实用性，则摆动振幅需要至少0.5rad/s的变化速度。这例如相当于进行摆动振幅的变化量为3
°
且该变化所需的时间为0.1s的往复运动的情况，能够以10Hz的帧速率达到最低限度要求的扫描范围。
[0004]在专利文献1中记载了一种与MEMS反射镜的螺旋旋转动作相关联的技术。在专利文献1中公开了一种光扫描装置，其具备：摆动板；第1摆动机构，与包括摆动板的平面平行并且使摆动板发生绕第1轴的第1摆动；及第2摆动机构，与包括摆动板的平面平行，并且以与第1摆动相同的频率且在相差约90
°
的相位使摆动板发生绕与第1轴垂直的第2轴的第2摆动。并且，在专利文献1中公开了，通过使第1摆动及第2摆动的振幅均随时间增大或减小而使由摆动板反射的光的扫描位置移动以绘制旋涡(即，进行螺旋旋转动作)。
[0005]在专利文献1中所记载的技术中，使正弦波状的驱动信号的振幅随时间变动，以使第1摆动及第2摆动的振幅随时间增大或减小。
[0006]专利文献1：日本特开2008
‑
170500号公报
[0007]在绕第1轴及绕第2轴的各共振频率与驱动频率均一致的情况或者摆动振幅的变化速度慢的情况下，如专利文献1中所记载那样仅使驱动信号的振幅发生变化，由此能够进行矢径线性变化的螺旋旋转动作。
[0008]然而，由于MEMS反射镜的加工偏差、温度变化等，在绕2个轴的共振频率中分别产生偏差、变化，因此难以使驱动频率与共振频率始终一致。并且，在MEMS反射镜的力学特性中存在非线性的情况下也相同。非线性是指例如因根据反射镜的偏转角的大小而使刚性或惯性矩发生变化的效果(硬弹簧效果或软弹簧效果)共振频率等发生变化的现象。
[0009]本申请人发现了，在共振频率与驱动频率不完全一致的情况下，若欲使摆动振幅高速发生变化，则在如以往技术那样仅使驱动信号的振幅发生变化的驱动方式中无法将MEMS反射镜的响应相位保持为恒定，难以实现矢径线性变化的螺旋旋转动作。这在摆动振幅的变化速度为0.5rad/s以上的高速调制时尤其明显。

技术实现思路

[0010]本专利技术的技术的目的在于提供一种光扫描装置及其控制方法，其中，即使在共振频率与驱动频率不一致的情况下，也能够实现摆动振幅的变化速度快并且矢径线性变化的螺旋旋转动作。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术的光扫描装置具备反射镜装置以及处理器，上述反射镜装置具有：反射镜部，具有反射入射光的反射面，并且能够绕相互正交的第1轴及第2轴摆动；第1致动器，通过对反射镜部施加绕第1轴的转矩而使反射镜部绕第1轴摆动；及第2致动器，通过对反射镜部施加绕第2轴的转矩而使反射镜部绕第2轴摆动，上述处理器向第1致动器提供第1驱动信号，并且向第2致动器提供第2驱动信号，上述光扫描装置中，处理器进行如下处理：将第1驱动信号及第2驱动信号分别设为振幅及相位随时间变化的周期电压信号，使反射镜部进行包括绕第1轴的摆动振幅及绕第2轴的摆动振幅线性变化的期间的螺旋旋转动作。
[0012]为了利用共振现象，以低耗电量实现大的摆动，周期电压信号的频率优选为绕第1轴的共振频率及绕第2轴的共振频率的附近的频率。
[0013]优选绕第1轴的共振频率与绕第2轴的共振频率不同，这是因为能够防止两个轴的意外的耦合动作。
[0014]周期电压信号的频率优选与绕第1轴的共振频率和绕第2轴的共振频率中的至少一者不同。由此，能够减少由共振点附近的陡峭的特性变化引起的特性偏差、经时变化。
[0015]在该期间中，绕第1轴的摆动振幅的变化速度的绝对值及绕第2轴的摆动振幅的变化速度的绝对值分别优选为0.5rad/s以上。由此，在将光扫描装置应用于LiDAR装置的情况下，能够兼顾广视野和高帧速率。
[0016]在该期间中，绕第1轴的摆动振幅的变化速度的绝对值及绕第2轴的摆动振幅的变化速度的绝对值分别优选为1.0rad/s以上。
[0017]该期间优选包括绕第1轴的摆动振幅及绕第2轴的摆动振幅线性增加的扩张期间和绕第1轴的摆动振幅及绕第2轴的摆动振幅线性减小的收缩期间。
[0018]本专利技术的光扫描装置的控制方法中，上述光扫描装置具备反射镜装置，上述反射镜装置具有：反射镜部，具有反射入射光的反射面，并且能够绕相互正交的第1轴及第2轴摆动；第1致动器，通过对反射镜部施加绕第1轴的转矩而使反射镜部绕第1轴摆动；及第2致动器，通过对反射镜部施加绕第2轴的转矩而使反射镜部绕第2轴摆动，上述光扫描装置的控制方法中，将向第1致动器提供的第1驱动信号和向第2致动器提供的第2驱动信号分别设为振幅及相位随时间变化的周期电压信号，使反射镜部进行包括绕第1轴的摆动振幅及绕第2轴的摆动振幅线性变化的期间的螺旋旋转动作。
[0019]根据本专利技术的技术，能够提供一种光扫描装置及其控制方法，其中，即使在共振频率与驱动频率不一致的情况下，也能够实现摆动振幅的变化速度快并且矢径线性变化的螺旋旋转动作。
附图说明
[0020]图1是光扫描装置的概略图。
[0021]图2是表示驱动控制部的硬件结构的一例的框图。
[0022]图3是微镜装置的外观立体图。
[0023]图4是说明反射镜部摆动时的偏转角的图，图4的(A)表示第1偏转角，图4的(B)表示第2偏转角。
[0024]图5是表示向第1致动器及第2致动器提供的驱动信号的一例的图，图5的(A)表示第1驱动信号，图5的(B)表示第2驱动信号。
[0025]图6是表示实施例1及实施例2中所使用的驱动条件的图。
[0026]图7是表示1个调制周期内的第1驱动信号的振幅及相位随时间的变化的图，图7的(A)表示第1驱动信号的振幅随时间的变化，图7的(B)表示第1驱动信号的相位随时间的变化。
[0027]图8是表示1个调制周期内的第2驱动信号的振幅及相位随时间的变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光扫描装置，其具备反射镜装置以及处理器，所述反射镜装置具有：反射镜部，其具有反射入射光的反射面，并且能够绕相互正交的第1轴以及第2轴摆动；第1致动器，其通过对所述反射镜部施加绕所述第1轴的转矩而使所述反射镜部绕所述第1轴摆动；以及第2致动器，其通过对所述反射镜部施加绕所述第2轴的转矩而使所述反射镜部绕所述第2轴摆动，所述处理器向所述第1致动器提供第1驱动信号，并且向所述第2致动器提供第2驱动信号，在所述光扫描装置中，所述处理器进行如下处理：将所述第1驱动信号以及所述第2驱动信号分别设为振幅以及相位随时间变化的周期电压信号，使所述反射镜部进行包括绕所述第1轴的摆动振幅以及绕所述第2轴的摆动振幅线性地变化的期间的螺旋旋转动作。2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其中，所述周期电压信号的频率为绕所述第1轴的共振频率以及绕所述第2轴的共振频率的附近的频率。3.根据权利要求2所述的光扫描装置，其中，绕所述第1轴的共振频率与绕所述第2轴的共振频率不同。4.根据权利要求2所述的光扫描装置，其中，所述周期电压信号的频率与绕所述第1轴的共振频率和绕所述第2轴的共振频率中的至少一者不同。5.根据权利要求1所述的光扫描装置，其中，在所述期间中，绕所述第1轴的摆动振幅的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：直野崇幸，田中伸也，西浦洋辅，阿部昌昭，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：