阅读说明：本技术 光扫描装置及其控制方法 (Optical scanning device and control method thereof ) 是由 伊藤恭彦 绀野伸显 平田善明 于 2018-12-17 设计创作，主要内容包括：提供即使使扫描范围变化也能够将空间分辨率保持成恒定的光扫描装置(100)。光扫描装置(100)具备：光源(101),发出光；扫描镜(106),为利用反射面反射从光源入射的光的扫描镜(106),能够绕通过反射面内的第1轴以及与第1轴正交且通过反射面内的第2轴分别独立地振动；以及控制部(103),控制扫描镜(106)的绕第1轴振动的第1频率以及第1振幅以及绕第2轴振动的第2频率以及第2振幅,扫描被扫描镜(106)的反射面反射的光。控制部(103)根据副扫描方向的最大扫描角来控制第2频率。(Provided is an optical scanning device (100) capable of maintaining a spatial resolution constant even when a scanning range is changed. An optical scanning device (100) is provided with: a light source (101) that emits light; a scanning mirror (106) that reflects light incident from the light source by a reflection surface, and that can independently oscillate about a 1 st axis passing through the reflection surface and a 2 nd axis orthogonal to the 1 st axis and passing through the reflection surface; and a control unit (103) that controls the 1 st frequency and the 1 st amplitude of the scanning mirror (106) that oscillates about the 1 st axis and the 2 nd frequency and the 2 nd amplitude of the scanning mirror (106) that oscillates about the 2 nd axis, and scans the light reflected by the reflection surface of the scanning mirror (106). A control unit (103) controls the 2 nd frequency according to the maximum scanning angle in the sub-scanning direction.)

光扫描装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及光扫描装置及其控制方法，特别涉及能够以高的空间分辨率进行宽范围的扫描的光扫描装置及其控制方法。

背景技术

向周围发出光而进行扫描的光扫描装置通过与接收该光的受光单元一并被使用而被用作测定距处于装置的周围的物体的距离的测距装置。例如，专利文献1公开了一种车辆用光飞行型测距装置，该车辆用光飞行型测距装置能够在搭载于车辆的测距装置中根据车辆速度等车辆信息来控制扫描范围。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-090268号公报

发明内容

但是，在专利文献1中记载了能够通过变更最大扫描角γ来扩大扫描范围的测距装置，但在扩大扫描范围的情况下存在空间分辨率下降这样的问题。

因而，本发明的目的在于提供在扩大了扫描范围的情况下也能够不使空间分辨率下降地进行光扫描的光扫描装置。

本发明的一个方案提供一种光扫描装置，具备：光源，发出光；扫描镜，为利用反射面反射从光源入射的光的扫描镜，能够在通过反射面内的第1轴以及与第1轴正交且通过反射面内的第2轴的周围分别独立地振动；以及控制部，控制扫描镜的绕第1轴振动的第1频率以及第1振幅和绕第2轴振动的第2频率以及第2振幅，扫描由扫描镜的反射面反射的光，所述光扫描装置利用从光源发出的光对由主扫描方向的最大扫描角和副扫描方向的最大扫描角规定的扫描范围内进行扫描，所述主扫描方向的最大扫描角根据与第1振幅相应地变化，所述副扫描方向与主扫描方向正交且所述副扫描方向的最大扫描角与第2振幅相应地变化。控制部根据副扫描方向的最大扫描角来控制第2频率。

根据本发明，能够得到通过根据加速度以及角速度等信息来控制帧速率而能够防止空间分辨率的下降的光扫描装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的光扫描装置和搭载有光扫描装置的车辆的示意图。

图2是本发明的实施方式1的光扫描装置的基板的概略的俯视图。

图3是向III－III方向观察图2的基板的2维扫描镜时的概略的剖视图。

图4是向IV－IV方向观察图2的基板的加速度传感器时的概略的剖视图。

图5是向V－V方向观察图2的基板的加速度传感器时的概略的剖视图。

图6是加工前的SOI基板的示意性的剖视图。

图7是示出2维扫描镜的反射镜部的倾斜角与被反射镜部反射的光束的行进方向的关系的示意图。

图8是示出基于从本发明的实施方式1的光扫描装置射出的光束的扫描范围的示意图。

图9是示出基于从本发明的实施方式1的光扫描装置射出的光束的扫描路径和扫描点的例子的示意图。

图10是示出本发明的实施方式1的光扫描装置的加速度与最大扫描角的关系的一个例子的曲线图。

图11是示出加速时的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图12是示出减速时的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图13是示出不使空间分辨率恶化而与加速度相应地变更驱动频率(帧速率)的方法的流程图。

图14是示出基于本发明的实施方式1的光扫描装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图15是示出不使空间分辨率恶化而与加速度相应地变更最大扫描角的方法的流程图。

图16是示出本发明的实施方式1的光扫描装置的加速度与驱动频率(帧速率)的关系的一个例子的曲线图。

图17是示出本发明的实施方式1的第1变形例的光扫描装置的结构的示意图。

图18是示出本发明的实施方式1的第2变形例的光扫描装置的结构的示意图。

图19是示出本发明的实施方式2的光扫描装置的结构的示意图。

图20是示出本发明的实施方式2的光扫描装置的角速度与最大扫描角的关系的一个例子的曲线图。

图21是示出直线前进时的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图22是示出转弯时的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图23是示出不使空间分辨率恶化而与角速度相应地变更驱动频率(帧速率)的方法的流程图。

图24是示出基于本发明的实施方式2的光扫描装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图25是示出本发明的实施方式3的光扫描装置的结构的示意图。

图26是本发明的实施方式3的光扫描装置的基板的概略的俯视图。

图27是向XXV－XXV方向观察图26的基板的2维扫描镜时的概略的剖视图。

图28是示出从本发明的实施方式3的光扫描装置射出的光束的光轴的示意图。

图29是示出搭载有本发明的实施方式3的光扫描装置的车辆的示意图。

图30是示出基于本发明的实施方式3的光扫描装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图31是示出不使振幅变化的频率(帧速率)变化而从图30使最大扫描角增加的情况下的基于本发明的实施方式3的光扫描装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图32是示出不使空间分辨率恶化而与加速度相应地变更振幅变化的频率(帧速率)的方法的流程图。

图33是示出基于本发明的实施方式3的光扫描装置的扫描路径和扫描点的示意图。

图34是示出本发明的实施方式4的光扫描装置的结构的示意图。

图35是示出本发明的实施方式4的光扫描装置的速度与最大扫描角的关系的一个例子的曲线图。

图36是示出不使空间分辨率恶化而与速度相应地变更驱动频率的方法的流程图。

(符号说明)

100、200、300、400：光扫描装置；101：光源；102：基板；103：控制部；104：分束器；105：加速度传感器；106：2维扫描镜；109：固定镜；111：反射镜部；113：框架；115：反射膜；120：梁；121：绝缘膜；122：第1电极；123：压电膜；124：第2电极；125：梁基部；131：惯性质量体；132：梁；133：梳齿电极；134：固定梳齿电极；135：可动梳齿电极；140：SOI基板；141：支承层；142：绝缘层；143：活性层；150：车辆；202：基板；207：角速度传感器；302：基板；306：2维扫描镜；308：扫描角变换单元；321～324：梁；350：车辆。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式的光扫描装置。在各实施方式中，对相同的结构附加相同的符号，省略说明。

实施方式1.

图1是示出整体用100表示的本发明的实施方式1的光扫描装置和搭载有光扫描装置100的车辆150的示意图。如图1所示，光扫描装置100典型而言搭载于汽车等车辆150。

光扫描装置100具备：光源101，射出束状的激光(以下，称为“光束”。)；分束器104，从光源101射出的光束入射到该分束器104，该分束器104使入射的光的一部分透过并反射另一部分；以及基板102，从光源101射出的光束经由分束器104入射到该基板102。基板102具备：加速度传感器105，用于检测光扫描装置100的加速度；以及2维扫描镜106，能够改变入射的光束的光轴的方向。光扫描装置100还具备控制部103，该控制部103根据由加速度传感器105检测到的加速度，控制2维扫描镜106的姿势。

在本说明书中，为了便于说明，引入X轴、Y轴以及Z轴。如图1所示，基板102的表面在X方向和与X方向垂直的Y方向上扩展。Y方向为与图1的纸面垂直的方向。将与X轴以及Y轴垂直的方向设为Z方向。在以下的图中，用虚线表示光束的路径。

光源101例如为激光二极管(LD)元件或者发光二极管元件(LED)，但不限定于此。另外，也可以在光源101的后级(光源101与分束器104之间)设置将扩散后的光调整为平行的光束的准直透镜(未图示)。

基板102被配置成从光源101射出的光束的光轴经由分束器104而通过2维扫描镜106的中心。由此，从光源101射出的光束透过分束器104而入射到2维扫描镜106的中心。被2维扫描镜106反射的光束再次入射到分束器104。入射到分束器104的光的至少一部分被分束器104反射，从光扫描装置100在X方向上射出。

图2是基板102的概略的俯视图。基板102的2维扫描镜106包括：反射光的反射镜部111，能够绕X轴旋转地安装；以及框架113，以在俯视时与反射镜部111隔开间隔地包围反射镜部111的周围的方式安装成能够绕Y轴旋转。反射镜部111的Y方向的两端经由梁120分别连接于框架113，该梁120具有可挠性且能够在长度方向上挠曲。框架113的X方向的两方的外侧端经由梁120分别连接于基板102。

图3是向III－III方向观察图2的基板102的2维扫描镜106时的概略的剖视图。2维扫描镜106例如形成于SOI(Silicon on insulator，绝缘体上硅)基板，该SOI基板包括包含非导电性单晶硅的支承层141、形成于支承层141之上的绝缘层142以及形成于绝缘层142之上的活性层143。绝缘层142例如为氧化硅膜。活性层143例如为通过杂质添加而具有导电性的导电性单晶硅层。

在2维扫描镜106的活性层143之上形成有绝缘膜121。在反射镜部111的绝缘膜121上形成有在表面反射光的反射膜115。反射膜115例如包含Au(金)，但不限定于此。

梁120包括：作为活性层143的一部分的梁基部125、形成于梁基部125之上的绝缘膜121、形成于绝缘膜121之上的第1电极122、形成于第1电极122之上的压电膜123、以及形成于压电膜123之上的第2电极124。第1电极122例如包含Pt(铂)。压电膜123例如包含锆钛酸铅(PZT)。第2电极124例如包含Au(金)。

2维扫描镜106的梁120的第1电极122与第2电极124电绝缘。第1电极122与第2电极124经由单独的布线(未图示)分别电连接于外部的电源(未图示)。

压电膜123的压电材料被预处理成具有厚度方向(Z轴方向)的极化。由此，在朝下(Z轴的负方向)的电场被施加到压电膜123的情况下，压电膜123在面内方向上延伸，梁120以向上凸的方式翘曲。因而，能够使梁120的端部向下方位移。相反，在朝上(Z轴的正方向)的电场被施加到压电膜123的情况下，压电膜123在面内方向上收缩，梁120以向下凸的方式翘曲。由此，能够使梁120的端部向上方位移。

这样，对第1电极122以及第2电极124提供电位而对压电膜123施加电场，从而能够使梁120在Z方向上变形而使2维扫描镜106绕X轴或者Y轴旋转。例如，梁120与反射镜部111的连接部以及梁120与框架113的连接部(参照图2)在Z方向上位移。在梁120与反射镜部111的连接部在Z方向上位移的情况下，反射镜部111绕X轴旋转。在梁120与框架113的连接部在Z方向上位移的情况下，反射镜部111(框架113绕Y轴旋转，所以)绕Y轴旋转。

能够根据被施加到压电膜123的电场的方向来控制伸缩，所以能够控制施加电压的符号来改变梁120的翘曲的方向。另外，能够控制施加电压的大小来改变翘曲的曲率。即，能够根据施加电压的正负、大小来控制梁120的变形。

在从X轴的正负方向夹着反射镜部111而对置的位置设置两个梁120，从而能够使反射镜部111绕Y轴旋转。进而，在从Y轴的正负方向夹着反射镜部111而对置的位置设置两个梁120，从而能够与绕Y轴的旋转独立地，使反射镜部111绕X轴旋转。

以上，说明了2维扫描镜106的反射镜部111被4根梁120支承且压电膜123设置于各梁120之上的例子(参照图2以及图3)。然而，关于梁120的根数、配置以及形状、及压电膜123的种类、配置以及形状，只要能够改变反射镜部111的倾斜角度来使光束的光轴的方向变化即可，不限定于前述例子。

另外，以上说明了对设置于梁120上的压电膜123施加电场而使压电膜123以及梁120变形，由此使反射镜部111的倾斜角度变化的例子(参照图3)。然而，关于使反射镜部111的倾斜角度变化的机构，只要能够改变反射镜部111的倾斜角度来使光束的光轴的方向变化即可，不限定于前述例子。例如，也可以利用通过对电极施加电压而产生的静电引力、或者通过一边施加磁场一边使电流流过配置于基板上的布线而产生的电磁力，使反射镜部111的倾斜角度变化。

此外，在图2中，2维扫描镜106的反射镜部111的形状在俯视时为四边形，但不限定于此。

反射镜部111关于绕Y轴的振动而具有固有的机械共振频率(还被称为固有频率)fyc。一般而言，在使构造物振动的情况下，当在该构造物的固有的共振频率下振动时，能够将施加的能量效率良好地变换为振动。关于2维扫描镜106的反射镜部111(参照图3)，还控制被施加到2维扫描镜106的各梁120的压电膜123的信号的驱动频率，以便绕轴产生共振。或者反过来，与信号的驱动频率相匹配地设计2维扫描镜106的各部的材质、形状以及质量，以便绕轴产生共振。由此，相比于不产生共振的情况，能够以相同的施加电压得到大的振幅。

另一方面，图4是向IV－IV方向观察图2的基板102的加速度传感器105时的概略的剖视图。图5是向V－V方向观察图2的基板102的加速度传感器105时的概略的剖视图。参照图2、图4以及图5，基板102的加速度传感器105包括：惯性质量体131；两个梁132，以从X方向两侧夹入惯性质量体131的方式配置，将惯性质量体131以能够在基板102的面内方向(即X方向)上位移的方式进行支承；以及梳齿电极133，被配置成从Y方向两侧夹入惯性质量体131。各梳齿电极133包括与基板102分别连接的多个固定梳齿电极134以及与惯性质量体131分别连接的多个可动梳齿电极135。固定梳齿电极134与可动梳齿电极135在X方向上交替并挨近地排列，形成静电电容。

加速度传感器105的固定梳齿电极134与可动梳齿电极135电绝缘。固定梳齿电极134和可动梳齿电极135分别电连接于不同的导电性基板(未图示)，经由与各导电性基板电连接的键合焊盘(未图示)分别电连接于外部的电路(未图示)。

在光扫描装置100在X方向上加速或者减速的情况下，可动梳齿电极135随着惯性质量体131而相对于固定梳齿电极134相对地在X方向上位移。由此，固定梳齿电极134与可动梳齿电极135之间的静电电容发生变化。惯性质量体131的位移量取决于其加速度，所以通过测定上述静电电容，能够检测光扫描装置100的加速度。

在以上的说明中，加速度传感器105具有固定梳齿电极134和可动梳齿电极135，根据静电电容的变化来检测光扫描装置100的加速度。然而，电极的形状不限定于梳齿状，电极的数量以及配置也不限定于参照图2以及图5的前述例子。另外，光扫描装置100的加速度的检测手段不限定于基于静电电容的变化。例如，用包含单晶硅的梁支承惯性质量体131，在梁上通过杂质扩散等手段来形成应变计，检测利用压阻效应来检测施加到惯性质量体131的惯性力，从而能够检测光扫描装置100的加速度。

另外，在以上的说明中，如图2以及图4所示，加速度传感器105具有两个梁132，该两个梁132以从X方向两侧夹入惯性质量体131的方式配置，以能够使惯性质量体131在X方向上位移的方式支承惯性质量体131。然而，梁132的数量、配置以及形状不限定于前述例子，只要能够以使惯性质量体131能够位移的方式支承惯性质量体131即可。

接下来，说明光扫描装置100的制造方法。

加速度传感器105以及2维扫描镜106例如使用在基板上重复进行成膜、构图以及蚀刻等工艺的所谓的半导体微细加工技术或者MEMS器件技术来制造。图6是加工前的SOI基板140的示意性的剖视图。SOI基板140包括包含非导电性单晶硅的支承层141、形成于支承层141之上的绝缘层142以及形成于绝缘层142之上的活性层143。绝缘层142例如为氧化硅膜。活性层143例如为通过杂质添加而具有导电性的导电性单晶硅层。

例如，2维扫描镜106(参照图3)以及加速度传感器105(参照图4以及图5)的构造能够通过对SOI基板140(参照图6)实施以下的步骤1～步骤6而得到。

步骤1：在SOI基板140的活性层143上形成绝缘膜121(例如氧化硅膜)并进行构图。

步骤2：在绝缘膜121上形成第1电极122(例如Pt)并进行构图。

步骤3：在第1电极122上形成压电膜123(例如PZT膜)并进行构图。

步骤4：在压电膜123上形成第2电极124(例如Au)并进行构图。

步骤5：对SOI基板140的支承层141以及活性层143的一部分进行蚀刻。

步骤6：对绝缘膜121的所期望的一部分进行蚀刻。

但是，光扫描装置100的制造方法不限定于SOI基板140的加工，只要能够使加速度传感器105以及2维扫描镜106形成于同一基板即可。例如，也可以当在单晶硅基板上通过退火而形成热氧化膜之后形成导电性的多晶硅层，之后，对该基板实施上述步骤1～步骤6。

进而，2维扫描镜106不限定于通过如前所述的半导体微细加工技术而制造出的所谓的MEMS反射镜。加速度传感器105也不限定于MEMS加速度传感器。例如，加速度传感器105也可以为包括弹簧和重锤的机械性的加速度传感器、或者在光学上检测惯性质量体131(例如参照图2)的位移的加速度传感器。

以上，说明了2维扫描镜106的反射镜部111的厚度比梁120大的例子(参照图3)。这是为了尽可能减小2维扫描镜106的反射镜部111的反射膜115的挠曲。然而，反射镜部111只要能够通过改变其倾斜角度而使光束的光轴的方向变化即可，2维扫描镜106的反射镜部111的厚度不限定于在上述中说明的例子。

以下，说明光扫描装置100的动作。

图7是示出2维扫描镜106的反射镜部111的倾斜角与被反射镜部111反射的光束的行进方向的关系的示意图。在反射镜部111从水平的状态倾斜θ/2的情况下，反射镜部111的法线也倾斜θ/2，所以反射光的光轴与入射光的光轴所成的角度为θ。

再次参照图1。当使2维扫描镜106的反射镜部111绕X轴旋转时，由反射镜部111反射而朝向分束器104的光束的行进方向在YZ平面内移动。因而，由分束器104反射并从光扫描装置100在X方向上射出的光束的行进方向在XY平面内移动。同样地，当使2维扫描镜106的反射镜部111绕Y轴旋转时，从光扫描装置100在X方向上射出的光束的行进方向在ZX平面内移动。

通过分别控制被施加到2维扫描镜106的各梁120的压电膜123(参照图3)的电压，能够使反射镜部111在恒定的频率下绕X轴振动，并且在恒定的频率下绕Y轴振动。通过控制各频率，能够进行基于从光扫描装置100射出的光束的扫描。

图8是示出基于从光扫描装置100射出的光束的扫描范围(角度)的示意图。光束从光扫描装置100在X方向上射出，在Y轴方向上对最大扫描角θy的范围内进行扫描，在Z轴方向上对最大扫描角θz的范围内进行扫描。因而，从光扫描装置100射出的光束能够对示意地在图8中示出的四边形的范围内进行扫描。最大扫描角θy、θz根据被施加到压电膜123(参照图3)的电压(以下，称为“驱动电压”。)V的大小和符号来控制。

图9是示出对图8的扫描范围内进行扫描的光束的扫描路径的例子的示意图。在图9中，示意地用黑圈表示从光扫描装置100以一定的间隔射出的脉冲状的激光照射的扫描点。另外，在图9中，为了便于说明，用实线表示光束的轨迹。如前所述，当使2维扫描镜106的反射镜部111绕Y轴旋转时，从光扫描装置100在X方向上射出的光束在ZX平面内移动，朝向纸面扫描纵(主扫描方向)的1列。当使反射镜部111绕X轴旋转时，从光扫描装置100在X方向上射出的光束在XY平面内移动，光束的扫描路径在横向(副扫描方向)上移动。通过组合2维扫描镜106的反射镜部111的绕X轴的旋转和绕Y轴的旋转，从而实现示意地如图9那样的扫描点的矩阵。

将2维扫描镜106的反射镜部111的绕X轴振动的频率设为fx，将绕Y轴振动的频率设为fy。通过如下式(1)以及式(2)那样设定频率，从而能够进行如图9所示的扫描。

fy＝fyc…(1)

fx＝fy/n…(2)

在此，n为通过下式(3)确定的整数。

n＝θy/Ry…(3)

在此，Ry为图9的扫描点的矩阵中的列(主扫描线)与和其相邻的列(主扫描线)之间的角度间隔(以下，称为“空间分辨率”。)。

从式(1)～式(3)导出下式(4)。

fx×(θy/Ry)＝fyc…(4)

在满足式(1)以及式(2)的情况下，光扫描装置100能够以周期1/fx扫描相同的方向(即，利用光束周期性地照射图9中的相同的扫描点)。以下，将2维扫描镜106的反射镜部111的绕X轴振动的频率fx称为“驱动频率”或者“帧速率”。

如上所述，光扫描装置100能够扫描光束，所以能够应用于测定光扫描装置100与处于其周围的物体的距离而识别周围的状况的测距装置。例如，在车辆150(参照图1)在X方向上行驶的情况下，光扫描装置100能够进行行进方向的测距，确认行进方向有无障碍物。

一般而言，在车辆加速的情况、例如停着的车辆出发的情况下，此后行驶速度变大，所以搭载于车辆的测距装置最好以高的空间分辨率扫描远方。另一方面，在车辆减速的情况、例如行驶的车辆停止的情况下，此后行驶速度变小，车辆的行进方向紧急变更的可能性变高，所以搭载于车辆的测距装置最好特别就水平方向对宽范围进行扫描。

因而，以往以来进行如下操作：如图10所示，以在加速度为正(加速)的情况下减小最大扫描角θy、在加速度为负(减速)的情况下增大最大扫描角θy的方式，与车辆的加速度Ax相应地使最大扫描角θy变化。图10示出了与加速度Ax相应地调整最大扫描角θy的情况下的、加速度Ax与最大扫描角θy的关系的一个例子。图10的曲线图示出了在加速度为Ax₁时(加速时)最大扫描角θy被调整为θy₁，在加速度为Ax₂时(减速时)最大扫描角θy被调整为θy₂(>θy₁)。

图11是示出加速时(图10的加速度为Ax₁时)的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。如图11所示，该情况下的空间分辨率Ry为Ry₁。图12是示出减速时(图10的加速度为Ax₂时)的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。该情况下的空间分辨率Ry为Ry₂。在示出减速的情况的图12中，相比与示出加速的情况的图11，Y方向的扫描点变疏，空间分辨率Ry恶化(即，Ry₁<Ry₂)。这样，在现有技术中存在在扩大最大扫描角θy的情况下空间分辨率Ry恶化的问题。

因而，实施方式1的光扫描装置100以即使与车辆150的加速度Ax相应地变更最大扫描角θy也不使空间分辨率Ry恶化的方式控制驱动频率(帧速率)fx。

在即使变更最大扫描角θy也想要将空间分辨率Ry保持成恒定的情况下，Ry和fyc都为常数，所以只要根据式(4)以使fx×θy成为恒定的方式控制驱动频率(帧速率)fx即可。例如，在最大扫描角θy为两倍的情况下，只要将驱动频率(帧速率)fx设为1/2，空间分辨率Ry就被保持成恒定。

图13是示出不使空间分辨率Ry恶化而与加速度Ax相应地变更驱动频率(帧速率)fx的方法的流程图。在变更前，驱动频率(帧速率)fx＝fx₁，驱动电压V＝Vy₁，最大扫描角θy＝θy₁。首先，在步骤S10中，光扫描装置100的加速度传感器105(参照图1以及图2)检测X方向的加速度Ax。

在接下来的步骤S11中，控制部103(参照图1)根据检测到的加速度Ax，决定变更后的最大扫描角θy₂。例如，在加速度Ax为负的情况下(减速时)，设为θy₂>θy₁。

接下来，在步骤S12中，控制部103计算变更后的最大扫描角θy₂相对于变更前的最大扫描角θy₁的比率(最大扫描角的变化率)m(m＝θy₂/θy₁)。

最后，在步骤S13中，控制部103为了将最大扫描角变更为θy₂而将驱动电压设定为Vy₂(＝mVy₁)，并且为了维持式(4)的关系而将驱动频率(帧速率)变更为fx₂(＝fx₁/m)。

图14是示出基于这样调整驱动频率fx后的本发明的实施方式1的光扫描装置100的扫描路径和扫描点的示意图。图14示出了m＝2的情况、即将最大扫描角θy扩大到两倍的情况下的例子。在图14中，可知空间分辨率Ry为Ry₁，与加速时的空间分辨率(参照图11)没有变化。

如上那样，本发明的实施方式1的光扫描装置100根据加速度Ax来控制光束的最大扫描角θy，并且控制驱动频率(帧速率)fx，从而即使使最大扫描角θy变化，也能够将空间分辨率Ry保持成恒定。

另外，也可以为了将空间分辨率Ry保持成恒定，而采用其它方法。例如，在想要关于行进方向的特定的物体在高的帧速率下检测其行为的情况下，根据目标驱动频率(帧速率)fx，控制最大扫描角θy，从而能够将空间分辨率Ry保持成恒定。

图15是示出不使空间分辨率Ry恶化而根据驱动频率(帧速率)fx来控制最大扫描角θy的方法的流程图。在变更前，驱动频率(帧速率)fx＝fx₁，驱动电压V＝Vy₁，最大扫描角θy＝θy₁。首先，在步骤S15中，光扫描装置100的加速度传感器105(参照图1以及图2)检测X方向的加速度Ax。

在接下来的步骤S16中，控制部103(参照图1)根据检测到的加速度Ax，决定变更后的驱动频率(帧速率)fx₂。例如，如图16所示，在加速度Ax为正的情况下(加速时)，设为fx₂>fx₁。

接下来，在步骤S17中，控制部103计算变更后的驱动频率(帧速率)fx₂相对于变更前的驱动频率(帧速率)fx₁的比率(驱动频率的变化率)l(l＝fx₂/fx₁)。

最后，在步骤S18中，控制部103为了维持式(4)的关系而将最大扫描角变更为θy₂(＝θy₁/l)。为了将最大扫描角变更为θy₂(＝θy₁/l)，将驱动电压设定为Vy₂(＝Vy₁/l)即可。

在实施方式1的光扫描装置100中，加速度传感器105和2维扫描镜106形成于相同的基板102(参照图1以及图2)。因而，光扫描装置100具有无需在安装于车辆150(参照图1)等装置时调整相互的相对位置这样的优点。只不过，本发明不限定于此，加速度传感器105以及2维扫描镜106也可以形成于不同的基板。

以上，说明了绕X轴振动的驱动频率fx为绕Y轴振动的驱动频率fy的1/n(参照式(2))、且n为整数的情况。但是，n不限定于整数。在n不为整数的情况下，光束的扫描路径为所谓的利萨如图形，光束照射相同的扫描点的周期不为1/fx，而为fx与fy的最小公倍数的倒数。即使在该情况下，也与前述说明同样地控制驱动频率(帧速率)fx，从而能够得到抑制空间分辨率Ry的变化的效果。

以上，车辆150(参照图1)的行进方向为X轴方向，但不限定于此。另外，2维扫描镜106的反射镜部111绕与车辆150的行进方向(X方向)垂直的Y轴共振，但不限定于此，也可以绕其它方向共振地旋转位移。

以上，加速度传感器105检测光扫描装置100的行进方向的加速度，但不限定于此，例如也可以检测与光扫描装置100的行进方向正交的方向的加速度。另外，加速度传感器105也可以能够检测2轴以上的方向的加速度。由此，例如，能够检测与光扫描装置100的行进方向正交的Y轴方向、Z轴方向的摆动，与摆动的大小相应地调整最大扫描角。

以上，将2维扫描镜106的反射镜部111的绕Y轴振动的频率fy设为固有的共振频率fyc(参照式(1))。但是，本发明的实施方式1不限定于此，fy也可以为fyc的附近的频率。的确在fy与共振频率fyc相等的情况下，能够效率最佳地将施加电压变换为振动，但即使fy为共振频率fyc的附近的频率，也能够在相同的施加电压下得到比较大的振幅。

以上，如图10所示，设为相对于光扫描装置100的加速度Ax的变化而最大扫描角θy均匀地变化(θy作为Ax的一次函数而表示)而进行了说明，但本发明的实施方式1不限定于此，只要根据加速度Ax来决定最大扫描角θy即可。

<变形例>

图17是示出整体用180表示的本发明的实施方式1的第1变形例的光扫描装置的结构的示意图。在该变形例中，未设置分束器，从光源101射出的光束不经由分束器地入射到2维扫描镜106。

图18是示出整体用190表示的本发明的实施方式1的第2变形例的光扫描装置的结构的示意图。该变形例也未具备分束器，但替代地具备反射从2维扫描镜106入射的光束的固定镜109。

即使采用第1变形例以及第2变形例，本发明的实施方式1能够达到同样的效果，所以能够增加构件配置的自由。此外，第1变形例以及第2变形例还能够应用于后述本发明的实施方式2、实施方式3以及实施方式4。

实施方式2.

图19是示出整体用200表示的本发明的实施方式2的光扫描装置的结构的示意图。以下，只要不特别说明，对与实施方式1相同的结构附加相同的符号，省略说明。

光扫描装置200与实施方式1不同，不具备加速度传感器而具备角速度传感器207。角速度传感器207能够检测绕铅垂轴(Z轴)的角速度(以下，简称为“角速度”。)Ωz。

在图19中，基板202仅形成有2维扫描镜106，角速度传感器207与基板202分开地设置。然而，本发明的实施方式2不限定于此，角速度传感器207也可以使用MEMS技术形成于基板202。

光扫描装置200也可以与实施方式1同样地搭载于车辆(未图示)而利用。

一般而言，在车辆直线前进的情况下，搭载于车辆的测距装置最好以高的空间分辨率扫描行进方向的远方。另一方面，车辆在左转、右转或者拐弯的情况下，需要广阔地识别周围的状况，所以搭载于车辆的测距装置最好对宽范围进行扫描。因而，以往以来进行如下操作：如图20所示，以在角速度Ωz的绝对值小的情况下减小最大扫描角θy、在角速度Ωz的绝对值大的情况下增大最大扫描角θy的方式，与车辆的角速度Ωz相应地使最大扫描角θy变化。

图20示出了与角速度Ωz相应地调整最大扫描角θy的情况下的角速度Ωz与最大扫描角θy的关系的一个例子。在车辆直线前进的情况下，角速度Ωz为0。在车辆向右转弯的情况、例如右转的情况下，角速度Ωz表示正的值。在车辆向左转弯的情况、例如左转的情况下，角速度Ωz表示负的值。图20的曲线图示出了在角速度Ωz＝0的情况下(直线前进时)，最大扫描角θy被调整为θy₁，在角速度Ωz＝Ωz₂的情况下，最大扫描角θy被调整为θy₂(>θy₁)。

图21是示出直线前进时(角速度Ωz＝0)的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。图22是示出转弯时(图20的Ωz＝Ωz₂的情况)的基于现有技术的测距装置的扫描路径和扫描点的示意图。在示出转弯的情况的图22中，相比于示出直线前进的情况的图21，Y方向的扫描点变疏，空间分辨率恶化。这样，在现有技术中，存在转弯时的空间分辨率比直线前进时恶化的问题。

因而，在本发明的实施方式2的光扫描装置200中，与实施方式1同样地，以即使与车辆的角速度Ωz相应地变更最大扫描角θy也不使空间分辨率Ry恶化的方式(即，根据式(4)以使fx×θy成为恒定的方式)，控制驱动频率(帧速率)fx。

图23是示出不使空间分辨率Ry恶化而与角速度Ωz相应地变更驱动频率(帧速率)fx的方法的流程图。在变更前，驱动频率(帧速率)fx＝fx₁，驱动电压V＝Vy₁，最大扫描角θy＝θy₁。首先，在步骤S20中，光扫描装置200的角速度传感器207(参照图19)检测绕Z轴的角速度Ωz。

在接下来的步骤S21中，控制部103(参照图19)根据检测到的角速度Ωz，决定变更后的最大扫描角θy₂。

接下来，在步骤S22中，控制部103计算变更后的最大扫描角θy₂相对于变更前的最大扫描角θy₁的比率(最大扫描角的变化率)m(m＝θy₂/θy₁)。

最后，在步骤S23中，控制部103为了将最大扫描角变更为θy₂而将驱动电压设定为Vy₂(＝mVy₁)，并且为了维持式(4)的关系而将驱动频率(帧速率)变更为fx₂(＝fx₁/m)。

图24是示出基于这样调整驱动频率fx后的本发明的实施方式2的光扫描装置100的扫描路径和扫描点的示意图。图24示出了m＝2的情况、即将最大扫描角θy扩大到两倍的情况下的例子。在图24中，可知空间分辨率Ry为Ry₁，与直线前进时的空间分辨率(参照图21)没有变化。

如上那样，本发明的实施方式2的光扫描装置200根据角速度Ωz来控制光束的最大扫描角θy，并且控制驱动频率(帧速率)fx，从而即使使最大扫描角θy变化，也能够将空间分辨率Ry保持成恒定。

以上，角速度传感器207(参照图19)检测光扫描装置200的绕铅垂方向的角速度，但不限定于此，例如也可以检测绕与铅垂方向正交的轴的角速度。另外，角速度传感器207也可以是能够分别检测绕2轴以上的方向的角速度。例如，角速度传感器207也可以检测光扫描装置200的绕水平面内的轴的旋转。

以上，如图20所示，设为相对于光扫描装置200的角速度Ωz的变化而最大扫描角θy均匀地变化而进行了说明，但本发明的实施方式2不限定于此，只要根据角速度Ωz来决定最大扫描角θy即可。

实施方式3.

图25是示出整体用300表示的本发明的实施方式3的光扫描装置的结构的示意图。以下，只要不特别说明，对与实施方式1或者实施方式2相同的结构附加相同的符号，省略说明。

从光扫描装置300的光源101射出的光束被设置于基板302的2维扫描镜306反射，之后被扫描角变换单元308反射，从光扫描装置300射出。扫描角变换单元308具有以铅垂轴(Z轴)为中心轴的倒圆锥台形状，光束被扫描角变换单元308的圆锥面309反射。

图26是基板302的概略的俯视图。基板302具备用于检测光扫描装置300的加速度的加速度传感器105、以及能够改变入射的光束的光轴的方向的2维扫描镜306。2维扫描镜306具备：反射镜部111；以及4根梁321～324，与反射镜部111的X方向的两端以及Y方向的两端的4点分别连接，支承反射镜部111。反射镜部111的X方向的两端以及Y方向的两端分别经由梁321～324连接于基板302。与实施方式1不同，2维扫描镜306未设置框架(参照图2的框架113)。

图27是向XXV－XXV方向观察图26的基板302的2维扫描镜306时的概略的剖视图。梁321、323(以及在图27中未示出的梁322、324)分别与参照图3说明的实施方式1的梁120相同，包括作为活性层143的一部分的梁基部125、形成于梁基部125之上的绝缘膜121、形成于绝缘膜121之上的第1电极122、形成于第1电极122之上的压电膜123以及形成于压电膜123之上的第2电极124。

以下，参照图25～图27，说明从光源101射出的光束的行进路径。将虽然具有相同的频率以及相同的振幅但相位互不相同的正弦波的电压经由梁321～324(图26)的第1电极122和第2电极124(图27)施加到压电膜123。例如，在对梁321的压电膜123施加正弦波的电压V(t)的情况下，对梁322的压电膜123施加相位比V(t)滞后90度(π/2)的正弦波的电压V(t－π/2)，对梁323的压电膜123施加相位进一步滞后90度的正弦波的电压V(t－π)，对梁324的压电膜123施加相位进一步滞后90度的正弦波的电压V(t－3π/2)。

各梁321～324与施加电压相应地在Z方向上位移，所以如上所述将相位互不相同的正弦波的电压分别施加到各梁321～324的压电膜123，从而反射镜部111以使反射镜部111的表面的法线以反射镜部111的中央为中心的岁差运动(旋进运动，precessionmovement)的方式进行移动。由此，反射镜部111的表面的中央的法线描绘以反射镜部111的表面的中央为顶点的倒圆锥。

当在以使该倒圆锥的顶角成为θ/2的方式反射镜部111进行旋进运动的情况下将成束光垂直地入射到基板302时，如图25的虚线所示，反射的光束的光轴进行如描绘顶角为θ的倒圆锥那样的旋进运动。

反射镜部111关于旋进运动具有固有的机械共振频率foc。一般而言，当在使构造物进行旋进运动的情况下在该构造物的固有的共振频率下振动时，能够将施加的能量效率良好地变换为振动。

再次参照图25，被2维扫描镜306的反射镜部111反射的光束之后被扫描角变换单元308的圆锥面309反射，从光扫描装置300射出。如果在水平面(XY平面)与扫描角变换单元308的圆锥面309所成的角度η与光束的光轴描绘的倒圆锥的顶角θ之间存在下式(5)所示的关系，则从光扫描装置300射出的光束的光轴处于水平面。

θ+2η＝90^°…(5)

进而，改变施加到梁321～324的压电膜123(参照图27)的驱动电压V的最大振幅V_A(变更为V_A+ΔV_A，以下将ΔV_A称为“振幅变化量”。)，从而能够使光束的光轴描绘的倒圆锥的顶角θ变化。由此，如图28所示，能够以使从光扫描装置300射出的光束的光轴从水平面向上下方向移动的方式进行扫描。

如上那样，实施方式3的光扫描装置300具有能够对水平方向的整个周围进行扫描的优点。

图29是示出搭载有光扫描装置300的车辆350的示意图。光扫描装置300能够对水平方向的整个周围进行扫描，所以能够有利地应用于搭载于车辆350的识别周围的状况的测距装置。

以下，说明光扫描装置300的动作。

图30是示出基于实施方式3的光扫描装置300的对扫描范围内进行扫描的光束的扫描路径的例子的示意图。在图30中，示意地用黑圈表示从光源101以一定的间隔射出的脉冲状的激光照射的扫描点。另外，在图30中，为了便于说明，用实线表示光束的轨迹。

控制部103(参照图25以及图29)以使2维扫描镜306的反射镜部111在固有的共振频率foc下进行旋进运动的方式对各梁321～324的压电膜123(参照图27)分别施加正弦波的驱动电压V。驱动电压V的最大振幅V_A被控制成在频率fr下增减(以下，将该频率称为“振幅变化的频率”或者“帧速率”。)。光扫描装置300能够对水平方向的整个周围进行扫描，所以水平方向的最大扫描角为360^°。这样能够得到图30的扫描点的矩阵。

与实施方式1的情况同样地，与车辆350(参照图29)的行进方向的加速度Ax相应地使驱动电压V的最大振幅V_A变化而使最大扫描角θz变化。在使最大扫描角θz从图30的θz₁增加到θz₂(>θz₁)的情况下，在不使振幅变化的频率fr变化时，光束的扫描路径成为如图31那样。在图31中，相比于示出最大扫描角θz小的情况的图30，Z方向的扫描点变疏，空间分辨率Rz恶化(相比于图30的空间分辨率Rz₁，图31的空间分辨率Rz₂恶化)。

因而，在本发明的实施方式3的光扫描装置300中，以即使与车辆350的加速度Ax相应地变更最大扫描角θz也不使空间分辨率Rz恶化的方式，使用以下的式(6)，控制振幅变化的频率(帧速率)fr。

fr×(θz/Rz)＝foc…(6)

在想要将空间分辨率Rz保持成恒定的情况下，Rz和foc都为常数，所以根据式(6)以使fr×θz成为恒定的方式控制fr即可。

图32是示出不使空间分辨率Rz恶化而与加速度Ax相应地变更振幅变化的频率(帧速率)fr的方法的流程图。在变更前，振幅变化的频率(帧速率)fr＝fr₁，振幅变化量ΔV_A＝ΔV_A1，最大扫描角θz＝θz₁。首先，在步骤S30中，光扫描装置300的加速度传感器105(参照图25)检测X方向的加速度Ax。

在接下来的步骤S31中，控制部103(参照图25)根据检测到的加速度Ax，决定变更后的最大扫描角θz₂。

接下来，在步骤S32中，控制部103计算变更后的最大扫描角θz₂相对于变更前的最大扫描角θz₁的比率(最大扫描角的变化率)m(m＝θz₂/θz₁)。

最后，在步骤S33中，控制部103为了将最大扫描角变更为θz₂而将振幅变化量设定为ΔV_A2(＝mΔV_A1)，并且为了维持式(6)的关系而将振幅变化的频率(帧速率)变更为fr₂(＝fr₁/m)。

图33是示出基于这样调整振幅变化的fr后的本发明的实施方式3的光扫描装置300的扫描路径和扫描点的示意图。图33示出了m＝2的情况、即将最大扫描角θz扩大到两倍的情况下的例子。在图33中，可知空间分辨率Rz为Rz₁，与变更前的空间分辨率(参照图30)没有变化。

以上，说明了具备加速度传感器105的光扫描装置300，但本发明的实施方式3的光扫描装置300也可以具备在实施方式2中说明的角速度传感器，根据角速度来决定最大扫描角θz和振幅变化的频率(帧速率)fr。

如上那样，本发明的实施方式3的光扫描装置300根据加速度或者角速度来控制光束的最大扫描角θz，并且控制驱动频率(帧速率)fr，从而即使使最大扫描角θz变化，也能够将空间分辨率Rz保持成恒定。

实施方式4.

图34是示出整体用400表示的本发明的实施方式4的光扫描装置的结构的示意图。以下，只要不特别说明，对与实施方式1、实施方式2或者实施方式3相同的结构附加相同的符号，省略说明。

光扫描装置400与实施方式1不同，具备根据速度来控制2维扫描镜106的姿势的控制部403。控制部403对由加速度传感器105检测到的X方向的加速度Ax进行积分而导出X方向的速度vx。

光扫描装置400也可以与实施方式1同样地搭载于车辆(未图示)而利用。

一般而言，在车辆高速地行驶的情况下，搭载于车辆的测距装置最好以高的空间分辨率扫描远方。另一方面，在车辆低速地行驶的情况、例如慢行的情况下，由于左右转等而车辆的行进方向紧急变更的可能性高，所以搭载于车辆的测距装置最好特别就水平方向对宽范围进行扫描。

因而，以往以来进行以下操作：如图35所示，以在为高速的情况下减小最大扫描角θy、在为低速的情况下增大最大扫描角θy的方式，与车辆的速度vx相应地使最大扫描角θy变化。图35示出了与速度vx相应地调整最大扫描角θy的情况下的速度vx与最大扫描角θy的关系的一个例子。图35的曲线图示出了在速度为vx₁时(高速时)最大扫描角θy被调整为θy₁，在速度为vx₂时(低速时，vx₂<vx₁)最大扫描角θy被调整为θy₂(>θy₁)。

在现有技术的测距装置中，高速时的扫描路径以及扫描点与实施方式1的图11相同。低速时的基于现有技术的测距装置的扫描路径以及扫描点与图12相同。这样，低速时的空间分辨率比高速时的空间分辨率恶化。

因而，在实施方式4的光扫描装置400中，以即使与车辆的速度vx相应地变更最大扫描角θy也不使空间分辨率Ry恶化的方式(例如，根据式(4)以使fx×θy成为恒定的方式)，控制驱动频率(帧速率)fx。

图36是示出不使空间分辨率Ry恶化而与速度vx相应地变更驱动频率(帧速率)fx的方法的流程图。在变更前，驱动频率(帧速率)fx＝fx₁，驱动电压V＝Vy₁，最大扫描角θy＝θy₁。首先，在步骤S40中，由光扫描装置400的加速度传感器检测X轴方向的加速度Ax。接下来，在步骤S41中，通过Ax的时间积分来计算X轴方向的速度vx。

在接下来的步骤S42中，控制部403根据计算出的速度vx来决定变更后的最大扫描角θy₂。

接下来，在步骤S43中，控制部403计算变更后的最大扫描角θy₂相对于变更前的最大扫描角θy₁的比率(最大扫描角的变化率)m(m＝θy₂/θy₁)。

最后，在步骤S44中，控制部403为了将最大扫描角变更为θy₂而将驱动电压设定为Vy₂(＝mVy₁)，并且为了维持式(4)的关系而将驱动频率(帧速率)变更为fx₂(＝fx₁/m)。

在本实施方式4中，控制部403通过由加速度传感器检测到的加速度Ax的时间积分而利用控制部计算出速度，但本发明不限定于此，只要能够得到速度信息即可。例如，光扫描装置400也可以具备未图示的速度传感器，由速度传感器检测速度。速度传感器例如也可以从车轴的转速得到速度信息。

如上那样，本发明的实施方式4的光扫描装置400根据速度vx来控制光束的最大扫描角θy，并且控制驱动频率(帧速率)fx，从而即使使最大扫描角θy变化也能够将空间分辨率Ry保持成恒定。

以上，设为相对于光扫描装置400的速度vx的变化而最大扫描角θy均匀地变化来进行了说明，但本发明的实施方式4不限定于此，只要根据速度vx来决定最大扫描角θy即可。