JP2009210557A - ビーム照射装置およびレーザレーダ - Google Patents

Abstract

【課題】受光位置検出器上におけるサーボ光の振り幅を円滑に抑制できるビーム照射装置およびレーザレーダを提供する。
【解決手段】走査部（走査レンズ１４）の変位に伴って変位するとともに、サーボ光となる拡散光を発する第２の光源（ＬＥＤ２０）を配し、第２の光源と受光位置検出器（ＰＳＤ１０３）の中間位置よりも受光位置検出器側に接近するように配され、第２の光源による発光位置を所定の面積領域（孔１０４ａ）を介して受光位置検出器上に投影する光投影素子（ピンホール板１０４）をさらに配する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を照射して目標領域の状況を検出するレーザレーダおよびそれに用いて好適なビーム照射装置に関するものである。

近年、走行時の安全性を高めるために、レーザレーダが家庭用乗用車等に搭載されている。一般に、レーザレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における障害物の有無を検出し、さらに、各スキャン位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間をもとに、そのスキャン位置における障害物までの距離を検出するものである。

レーザレーダの検出精度を高めるには、レーザ光を目標領域内において適正にスキャンさせる必要があり、また、レーザ光の各スキャン位置を適正に検出する必要がある。

ここで、スキャン位置の検出は、たとえば、目標領域に照射されるレーザ光の一部をビームスプリッタ等によって分岐させ、分岐した光（サーボ光）を、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等の位置検出用の光検出器（受光位置検出器）にて受光することにより行うことができる（たとえば、特許文献１参照）。

なお、特許文献１のレーザレーダでは、レーザ光が入射する走査レンズをレーザ光の光軸に直交する方向に変位させるレンズアクチュエータが配され、このレンズアクチュエータが駆動されることにより、レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
特開２００６−１５３８２０号公報

ところで、上述のレンズアクチュエータにおいて、スキャン位置の検出は、走査レンズの変位位置を直接検出することによっても行うことができる。そのための構成として、たとえば、走査レンズを保持するレンズホルダにサーボ光を発するレーザ光源を配し、このレーザ光源からのサーボ光を受光位置検出器（ＰＳＤ）にて受光する構成が考えられる。

しかしながら、このような構成とした場合、目標領域におけるレーザ光の振り幅を大きくするために走査レンズの変位量を大きくすると、これに伴ってサーボ光の振り幅が大きくなる。このため、比較的大きな受光面を有する受光位置検出器が必要となり、コストの上昇を招いてしまう。さらに、サーボ光を受光位置検出器上に集光させる場合には、サーボ光の振り幅をカバーするために、大きな集光レンズが必要となり、コストの上昇と光学系の大型化を招く。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、受光位置検出器上におけるサーボ光の振り幅を円滑に抑制できるビーム照射装置およびレーザレーダを提供することを目的とする。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射する第１の光源と、前記レーザ光が入射される走査部を変位させることにより前記レーザ光を目標領域内において走査させるアクチュエータと、前記走査部に伴って変位するとともに拡散光を発する第２の光源と、前記拡散光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光位置検出器と、前記第２の光源と前記受光位置検出器の間の中間位置よりも前記受光位置検出器側に接近した位置に配され前記第２の光源による発光位置を所定の面積領域を介して前記受光位置検出器上に投影する光投影素子とを有する。

ここで、光投影素子は、拡散光の一部が通過する孔が形成されたピンホール板とすることができる。これに代えて、光投影素子は、拡散光の一部を光検出器上に集光するレンズ素子とすることもできる。また、アクチュエータは、前記走査部および前記第２の光源を変位可能に支持する導電性のサスペンションワイヤーを備える構成とすることができる。この場合、第２の光源への給電が、サスペンションワイヤーを通して行われる構成とすることができる。

本発明に係るレーザレーダは、上記構成のビーム照射装置を有することを特徴とする。このレーザレーダによれば、上記ビーム照射装置における効果と同様の効果が奏される。

本発明では、第２の光源の位置（発光位置）が、第２の光源と受光位置検出器の間の中間位置よりも前記受光位置検出器側に接近した位置に配された所定の面積領域を介して受光位置検出器上に投影されるため、第２の光源の振り幅よりも、受光位置検出器上に入射される光の振り幅を小さくすることができる。よって、受光位置検出器の小型化と低コスト化を実現できる。

なお、面積領域が受光位置検出器に接近するほど入射光の振り幅Ｌ１は小さくなる。よって、受光位置検出器を小型化するには、面積領域を受光位置検出器に接近させるのが望ましい。また、面積領域に集光レンズを配すれば、受光位置検出器上に拡散光の一部を収束させることができ、受光位置検出器上における入射位置を精度良く検出することができる。この場合、集光レンズは小型のものでよく、よって、コストの低減と光学系の小型化を図ることができる。

さらに、第２の光源への給電を、走査部および第２の光源を変位可能に支持するサスペンションワイヤーを通じて行う構成とすれば、リード線等を介して給電する場合に比べて、安定した給電動作を実現することができる。すなわち、ビーム照射装置では、目標領域内におけるレーザ光の走査に伴って、走査部と第２の光源が、頻繁かつ急峻に変位される。この状況下で、リード線等を介して第２の光源に給電を行うと、リード線等に継続的に負荷が掛かり、リード線等に損傷や断線が生じる惧れがある。これに対し、本願発明の如くサスペンションワイヤーを用いて給電を行うと、走査部と第２の光源が頻繁かつ急峻に変位してもサスペンションワイヤーに損傷が起こることはないため、第２の光源への給電を安定して行うことができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に何ら制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図１に、レンズアクチュエータの構成を示す。同図（ａ）は、レンズアクチュエータ１０を、右斜めやや上方から見た斜視図であり、同図（ｂ）は、走査レンズ１４等からなるレンズ部分のみを背面側から見た図である。

同図（ａ）を参照して、ベース部１１には、導電性のサスペンションワイヤー１２を介して、可動板１３がＸ−Ｙ方向に変位可能に支持されている。サスペンションワイヤー１２は、３本が１束とされ、その束が４ヶ所に配されている。すなわち、本実施の形態では、１２本のサスペンションワイヤー１２が用いられている。

サスペンションワイヤー１２は、１ヶ所当り１本とすることもできる。しかし、この場合、３本のサスペンションワイヤー１２を１束としたときと同じバネ定数を得るためには、ワイヤーの線径を大きくする必要がある。ワイヤーが太くなると、可動板１３が変位したときに、サスペンションワイヤー１２のベース１１側の端部（根元）にかかる力が大きくなるため、サスペンションワイヤー１２やベース１１が破損する惧れがある。そこで、本実施の形態では、このようなサスペンションワイヤー１２の根元にかかる力を軽減するためにワイヤー１本当りの線径が小さくされ、その場合でも所望のバネ定数が得られるように、３本のサスペンションワイヤー１２が１束とされている。

可動板１３の底面には、フレネルレンズからなる走査レンズ１４と受光レンズ１５が装着されている。これら走査レンズ１４と受光レンズ１５の周囲には、レンズフレーム１６が形成され、このレンズフレーム１６の上端が、可動板１３に装着されている。走査レンズ１４、受光レンズ１５およびレンズフレーム１６は、樹脂により一体成形されている。

可動板１３の背面には、コイルユニット１７が装着されている。コイルユニット１７には、可動板１３をＸ軸方向に駆動するためのコイルと、Ｙ軸方向に駆動するためのコイルとが備えられている。また、ベース部材１１には、コイルユニット１７に磁界を印加するマグネットユニット１８が装着されている。ここで、コイルユニット１７を構成する各コイルとマグネットユニット１８を構成する各マグネットは、対応するコイルに電流を印加することによりそのコイルにＸ軸方向またはＹ軸方向の電磁駆動力が生じるよう構成されている。この電磁駆動力によって、走査レンズ１４と受光レンズ１５が可動板１３と一体的にＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動される。この他、ベース部材１１には、回路ユニット１９が装着されている。

なお、本実施の形態では、コイルユニット１７の各コイル（Ｘ軸方向駆動用のコイル、Ｙ軸方向駆動用のコイル）へ給電する際の、電流の流入用配線および流出用配線として、それぞれ、２本のサスペンションワイヤー１２が用いられている。

図１（ｂ）を参照して、レンズフレーム１６の背面には、走査レンズ１４と受光レンズ１５との間の位置に、ＬＥＤ２０が配されている。このＬＥＤ２０は、拡散タイプ（広指向タイプ）であり、広い範囲に光を拡散させることができる。ＬＥＤ２０からの拡散光は、後述するように、走査用のレーザ光の目標領域内での走査位置を検出するためのサーボ光として利用される。

なお、本実施の形態では、ＬＥＤ２０のアノードおよびカソードに、それぞれ、正および負の電圧を印加するための配線として、コイルユニット１７の給電に使用されていない、２本のサスペンションワイヤー１２が用いられている。

レンズアクチュエータ１０では、目標領域内におけるレーザ光の走査に伴って、可動板１３（走査レンズ１４、ＬＥＤ２０）が頻繁かつ急峻に変位される。この状況下で、リード線等を介してＬＥＤ２０に給電を行うと、リード線等に継続的に負荷が掛かり、リード線等に損傷や断線が生じる惧れがある。これに対し、本実施の形態の如くサスペンションワイヤー１２を用いて給電を行うと、可動板１３が頻繁かつ急峻に変位してもサスペンションワイヤー１２に損傷が起こることはないため、ＬＥＤ２０への給電を安定して行うことができる。

図２に、本実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す。図示の如く、レーザレーダは、ビーム照射ヘッド１００と、駆動ユニット２００とを備えている。

ビーム照射ヘッド１００は、前方空間に設定された目標領域においてビーム（レーザ光）を走査させる。図示の如く、ビーム照射ヘッド１００は、上述したレンズアクチュエータ１０の他に、半導体レーザ１０１、アパーチャ１０２、ＰＳＤ１０３、ピンホール板１０４、光検出器１０５を備えている。

半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光は、アパーチャ１０２によって所望の形状に整形された後、レンズアクチュエータ１０の走査レンズ１４に入射される。走査レンズ１４は、両面非球面の凸レンズから構成されており、半導体レーザ１０１から入射されたレーザ光を収束させる。これにより、レーザ光は平行光よりもやや拡がった状態となる。走査レンズ１４は、同図のＸ−Ｙ平面方向に変位可能となるよう、レンズアクチュエータ１０によって支持されており、走査レンズ１４を通過したレーザ光は、レンズアクチュエータ１０の駆動に応じて、Ｘ−Ｙ平面方向に進行方向が変化する。走査レンズ１４を通過したレーザ光は、目標領域に照射される。

ＬＥＤ２０から拡散するように発せられたサーボ光は、その一部が、ピンホール板１０４の孔１０４ａを通過し、ＰＳＤ１０３によって受光される。孔１０４ａ以外の領域に入射されたサーボ光は、ピンホール板１０４によって遮光される。ＰＳＤ１０３は、サーボ光の受光位置に応じた電流信号を出力する。

図３（ａ）は、ＰＳＤ１０３の構成を示す図（側断面図）、図３（ｂ）はＰＳＤ１０３の受光面を示す図である。

図３（ａ）を参照して、ＰＳＤ１０３は、Ｎ型高抵抗シリコン基板の表面に、受光面と抵抗層を兼ねたＰ型抵抗層を形成した構造となっている。抵抗層表面には、同図（ｂ）の横方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、縦方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図（ａ）では図示省略）が形成されている。また、裏面側には共通電極が形成されている。

受光面にレーザ光が照射されると、照射位置に光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、各電極までの距離に逆比例して分割されて、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される。ここで、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流は、レーザ光の照射位置から各電極までの距離に逆比例して分割された大きさを有している。よって、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流値をもとに、受光面上における光の照射位置を検出することができる。

たとえば、図４（ａ）の位置Ｐにサーボ光が照射されたとする。この場合、受光面のセンターを基準点とする位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流量をそれぞれＩｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｘ方向およびＹ方向における電極間の距離をＬｘ、Ｌｙとすると、たとえば、以下の式によって算出される。

図４（ｂ）は、この算出式を実現する演算回路の構成を示す図である。この演算回路は、後述するＰＳＤ信号処理回路２０５に備えられている。電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２は、アンプ５０１、５０２、５０３、５０４によって増幅される。そして、加算回路５０５、５０７によって、それぞれ、（Ｉｘ２ ＋ Ｉｘ１）、（Ｉｙ２ ＋ Ｉｙ１）の演算が行われ、また、減算回路５０６、５０８によって、それぞれ、（Ｉｘ２ − Ｉｘ１）と（Ｉｙ２ − Ｉｙ１）の演算が行われる。さらに、除算回路５０９、５１０によって、それぞれ、式（１）および式（２）の左辺の除算が行われ、この除算回路５０９、５１０から、サーボ光の受光位置Ｐにおけるｘ方向位置（２ｘ／Ｌｘ）とｙ方向位置（２ｙ／Ｌｙ）を示す位置検出信号が出力される。

図５は、サーボ光の発光位置（ＬＥＤ２０の位置）とＰＳＤ１０３上におけるサーボ光の入射位置の関係を示す図である。

図中、Ｐ１の位置にＬＥＤ２０があるとき、ＬＥＤ２０から発せられたサーボ光は、その一部が孔１０４ａを通過する。孔１０４ａを通過したサーボ光は、Ｑ１の位置において、ＰＳＤ１０３の受光面に入射される。この場合、発光位置Ｐ１は、孔１０４ａを介して、入射位置Ｑ１に投影される。

また、走査レンズ１４の変位に伴ってＬＥＤ２０の位置が変位し、図中、Ｐ２の位置にＬＥＤ２０があるとき、ＬＥＤ２０から発せられたサーボ光は、その一部が孔１０４ａを通過する。孔１０４ａを通過したサーボ光は、Ｑ２の位置において、ＰＳＤ１０３の受光面に入射される。この場合、発光位置Ｐ２は、孔１０４ａを介して、入射位置Ｑ２に投影される。

このように、サーボ光の発光位置（ＬＥＤ２０の位置）と、ＰＳＤ１０３受光面上におけるサーボ光の入射位置は一対一に対応する。なお、ＬＥＤ２０とＰＳＤ１０３の中間位置よりもＰＳＤ１０３に近づく位置にピンホール板１０４を配置すれば、ＬＥＤ２０の振り幅、すなわち走査レンズ１４の変位幅よりも、ＰＳＤ１０３受光面上におけるサーボ光の振り幅を小さくすることができる。ピンホール板１０４は、使用するＰＳＤ１０３のサイズに対しサーボ光の振り幅が適正となる位置に配置すれば良い。

さて、図２に戻り、目標領域内に障害物があると、照射されたレーザ光がその障害物によって反射される。反射されたレーザ光は、受光レンズ１５に受光され、受光レンズ１５により光検出器１０５上に集光される。光検出器１０５は、反射されたレーザ光の受光量に応じた電流信号を出力する。

駆動ユニット２００は、コントローラ２０１と、レーザ駆動回路２０２と、アクチュエータ駆動回路２０３と、ＬＥＤ駆動回路と２０４、ＰＳＤ信号処理回路２０５と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０６と、ＰＤ信号処理回路２０７と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０８とで構成されている。

レーザ駆動回路２０２は、コントローラ２０１からの指令に応じて、半導体レーザ１０１を駆動する。アクチュエータ駆動回路２０３は、コントローラ２０１からの指令に応じて、レンズアクチュエータ１０を駆動する。ＬＥＤ駆動回路２０４は、コントローラ２０１からの指令に応じて、ＬＥＤ２０を駆動する。

ＰＳＤ１０３から出力された電流信号は、ＰＳＤ信号処理回路２０５に入力される。ＰＳＤ信号処理回路２０５では、演算回路によって上述した演算処理が行われる。これにより、ＰＳＤ信号処理回路２０５からは、サーボ光の入射位置を表す位置検出信号が出力される。出力された位置検出信号は、ＡＤＣ２０６に入力され、ＡＤＣ２０６によってアナログ信号からディジタル信号に変換され、コントローラ２０１に入力される。

光検出器１０５から出力された電流信号は、ＰＤ信号処理回路２０７に入力される。ＰＤ信号処理回路２０７では、電流信号の増幅およびノイズ除去の処理がなされる。ＰＤ信号処理回路２０７から出力された電流信号は、ＡＤＣ２０８に入力され、ＡＤＣ２０８によってアナログ信号からディジタル信号に変換され、反射光が入射されたことを示す反射光検出信号として、コントローラ２０１に入力される。

コントローラ２０１は、たとえば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）からなる。コントローラ２０１は、入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光のスキャン位置を検出し、検出結果に応じてレーザ駆動回路２０２とアクチュエータ駆動回路２０３を制御する。

スキャン動作時には、ＬＥＤ２０が一定パワーにて常時発光されるとともに、目標領域に設定されたスキャン軌道に沿ってレーザ光がスキャンされるようレンズアクチュエータ１０が駆動される。レンズアクチュエータ１０が駆動されると、ＬＥＤ２０の位置（サーボ光の発光位置）が変化し、これに伴い、ＰＳＤ１０３受光面上におけるサーボ光の入射位置が変化する。ここで、目標領域上におけるレーザ光のスキャン位置とＬＥＤ２０の位置（サーボ光の発光位置）は一対一に対応しており、これにより、目標領域上におけるレーザ光のスキャン位置とＰＳＤ１０３受光面上におけるサーボ光の入射位置も一対一に対応している。

コントローラ２０１は、ＰＳＤ信号処理回路２０５からの位置検出信号をもとに、目標領域上におけるレーザ光のスキャン位置を検出し、スキャン位置が目標領域上の測定位置（障害物の検出および障害物までの距離の測定を行う位置）に到達したタイミングにおいて、半導体レーザ１０１をパルス状に発光させる。また、これに応じて目標領域から反射される光を、光検出器１０５にて受光し、ＰＤ信号処理回路２０７からの反射光検出信号の有無に基づいて、その位置に障害物が存在するか否か、および、障害物が存在する場合には障害物までの距離を検出する。

また、コントローラ２０１は、ＰＳＤ信号処理回路２０５からの位置検出信号をもとに、目標領域上におけるレーザ光のスキャン位置を検出し、スキャン位置が所期のスキャン軌道に沿うよう、レンズアクチュエータ１０にサーボを掛ける。これにより、外乱等が加わった場合にも、実動作時の測定位置を所期の測定位置に接近させることができ、障害物の検出精度を高めることができる。

以上、本実施の形態では、走査レンズ１４と一体に変位するレンズフレーム１６に拡散タイプのＬＥＤ２０が配されるとともに、ＰＳＤ１０３の前段にピンホール板１０４が配され、ＬＥＤ２０から発せられたサーボ光が、ピンホール板１０４を介して、ＰＳＤ１０３上に入射される構成とされている。これにより、ＰＳＤ１０９受光面上におけるサーボ光の振り幅を抑制することができる。よって、小型・低コストのＰＳＤ１０３を用いることができ、また、光学系の小型化を図ることができる。

図６は、本実施の形態の効果を模式的に示す図である。同図（ａ）は、本実施の形態の構成において、サーボ光の発光位置（ＬＥＤ２０）とＰＳＤ１０３上の入射位置との関係を示す図である。また、同図（ｂ）は、本願発明と比較される比較例の構成において、レーザ光の発光位置（半導体レーザの位置）とＰＳＤ１０３上の入射位置との関係を示す図である。

同図（ｂ）に示すように、比較例の構成では、ＬＥＤ２０に代えて、レンズフレーム１６に半導体レーザが配され、さらに、ピンホール板１０４が取り除かれている。この比較例の構成では、走査レンズ１４の変位に伴って、半導体レーザの位置（レーザ光の発光位置）が位置Ｒ１から発光位置Ｒ２まで変位したとすると、ＰＳＤ１０３上のレーザ光の入射位置は位置Ｓ１’、Ｓ２’となる。この場合、ＰＳＤ１０３の受光面は、少なくとも、半導体レーザ、すなわち走査レンズ１４の変位幅Ｌ２と同じレーザ光の振り幅Ｌ２をカバーする必要がある。

これに対し、同図（ａ）に示すように、本実施の形態の構成では、走査レンズ１４の変位に伴って、ＬＥＤ２０（第２の光源）の位置（サーボ光の発光位置）が位置Ｒ１から位置Ｒ２まで変位したとすると、位置Ｒ１、Ｒ２は、ピンホール板１０４の孔１０４ａ（面積領域）を介して、ＰＳＤ１０３（受光位置検出器）上の位置Ｓ１、Ｓ２に投影される。この場合、ＰＳＤ１０３上に入射した光の振り幅Ｌ１は、比較例の場合の振り幅Ｌ２よりもかなり小さくなる。よって、ＰＳＤ１０３として小型・低コストのものを用いることができる。

なお、ピンホール板１０４（孔１０４ａ）がＰＳＤ１０３に接近するほど入射光の振り幅Ｌ１は小さくなる。よって、ＰＳＤ１０３を小型化するには、ピンホール板１０４をＰＳＤ１０３に接近させるのが望ましい。また、ＰＳＤ１０３のサイズが決まっている場合には、サーボ光が受光面をなるべく広く走査するようピンホール板１０４の位置を調整するのが望ましい。

以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、ピンホール板１０４を用いたが、図７に示す如く、集光レンズ１０６を用いても良い。図７の構成例は、図２の構成例におけるピンホール板１０４を、集光レンズと１０６と集光レンズを保持する保持部材１０７に置き換えたものである。

図中、Ｐ１の位置にＬＥＤ２０があるとき、ＬＥＤ２０から発せられたサーボ光は、その一部が集光レンズ１０６に入射する。集光レンズ１０６に入射したサーボ光は、Ｑ１の位置において、ＰＳＤ１０３の受光面に入射される。この場合、発光位置Ｐ１は、集光レンズ１０６を介して、入射位置Ｑ１に投影される。

また、走査レンズ１４の変位に伴ってＬＥＤ２０の位置が変位し、図中、Ｐ２の位置にＬＥＤ２０があるとき、ＬＥＤ２０から発せられたサーボ光は、その一部が集光レンズ１０６に入射する。集光レンズ１０６に入射したサーボ光は、Ｑ２の位置において、ＰＳＤ１０３の受光面に入射される。この場合、発光位置Ｐ２は、集光レンズ１０６を介して、入射位置Ｑ２に投影される。

このように、ＬＥＤ２０からのサーボ光の発光位置と、ＰＳＤ１０３受光面上におけるサーボ光の入射位置は一対一に対応する。

以上のように、ピンホール板１０４に代えて集光レンズ１０６を配すれば、ＰＳＤ１０３上に拡散光の一部を収束させることができ、ＰＳＤ１０３上における入射位置を精度良く検出することができる。この場合、集光レンズ１０６は小型のものでよく、よって、コストの低減と光学系の小型化を図ることができる。

なお、保持部材１０７を遮光板にて構成し、その中央に形成された孔に集光レンズ１０６を装着すれば、集光レンズ１０６に入射する以外の不要なサーボ光が、ＰＳＤ１０３受光面に到達するのを抑制することができる。この場合、ＰＳＤ１０３からの出力信号に、不要なサーボ光によるノイズが重畳するのを回避することができる。

ただし、本構成例では、集光レンズ１０６によってサーボ光が収束されるため、不要なサーボ光がＰＳＤ１０３受光面に到達しても、当該収束位置におけるサーボ光の強度は、ＰＳＤ１０３受光面の他の領域よりも数段高くなる。よって、保持部材１０７に遮光作用がなく、不要なサーボ光がＰＳＤ１０３受光面に到達したとしても、通常、ＰＳＤ１０３からの信号をもとにサーボ光の収束位置を円滑に検出することができる。

また、上記実施の形態では、サーボ光を受光する受光位置検出器としてＰＳＤ１０３を用いたが、図８に示す如く、受光位置検出器として４分割センサ１０８を用いることもできる。この場合、サーボ光は、走査レンズ１４が中立位置にあるときに、４分割センサ１０８の中央位置に照射される。ここで、「中立位置」とは、走査レンズ１４の光軸と半導体レーザ１０１からのレーザ光の光軸とが一致する位置をいう。

ビームスポットのＸ方向位置とＹ方向位置は、図示の如く各センサからの出力信号をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とすると、たとえば次式から求められる。

図８には、この算出式を実現する演算回路の構成が併せて示されている。この場合、ＰＳＤ信号処理回路２０５に代えて、この演算回路を備える信号処理回路が用いられる。各センサから出力される信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、アンプ６０１、６０２、６０３、６０４によって増幅される。そして、加算回路６０５、６０６、６０７、６０８によって、それぞれ、（Ｓ１＋Ｓ２）、（Ｓ３＋Ｓ４）、（Ｓ１＋Ｓ４）、（Ｓ２＋Ｓ３）の演算が行われ、また、減算回路６０９、６１０によって、それぞれ、（Ｓ１＋Ｓ２）−（Ｓ３＋Ｓ４）と（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）の演算が行われる。

さらに、加算回路６１１によって、（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）の演算が行われる。そして、除算回路６１２、６１３によって、それぞれ、式（３）および式（４）の左辺の除算が行われ、この除算回路６１２、６１３から、ｘ方向およびｙ方向におけるサーボ光の受光位置を示す位置検出信号（出力ｘ、ｙ）が出力される。また、全光量が変化しないので、（Ｓ１＋Ｓ２）−（Ｓ３＋Ｓ４）＝Ｘ、（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）＝Ｙで、差分のみを計算しても良い。

さらに、上記実施の形態では、レンズアクチュエータ１０に、走査部として走査レンズ１４が配され、走査レンズ１４が変位することで、目標領域内でレーザ光が走査される構成とされている。しかし、これに限らず、たとえば、図９に示すように、アクチュエータ１０に、走査部として、凹面ミラー２１が配される構成とされてもよい。

この構成例では、凹面ミラー２１の前方に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０９と１／４波長板１１０が配されている。また、凹面ミラー２１の反射面と直交する方向からＰＢＳ１０９にレーザ光が入射されるよう、半導体レーザ１０１およびアパーチャ１０２が配されている。さらに、半導体レーザ１０１は、出射されるレーザ光の偏光方向が、ＰＢＳ１０９に対しＳ偏光となるように調整されている。その他の構成は、上記実施の形態と同様である。

半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光は、アパーチャ１０２によって所望の形状に整形された後、ＰＢＳ１０９に入射される。レーザ光は、Ｓ偏光であるため、ＰＢＳ１０９によって反射され、１／４波長板１１０を透過して凹面ミラー２１に入射される。レーザ光は、１／４波長板１１０を透過することにより、Ｓ偏光から円偏光に変換される。

凹面ミラー２１に入射したレーザ光は、凹面ミラー２１によって反射され、再び１／４波長板１１０を透過してＰＢＳ１０９に入射される。レーザ光は、１／４波長板１１０を透過することにより、円偏光からＰ偏光に変換される。ＰＢＳ１０９に入射したレーザ光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳ１０９を透過する。こうして、外部に出射されたレーザ光は、目標領域内に照射される。

また、上記実施の形態における走査機構に替えて、図１０ないし図１２に示すように、目標領域内でレーザ光を走査させるミラー７１３を有するミラーアクチュエータ７００を用いても良い。

図１０に、ミラーアクチュエータ７００を用いる場合の構成を示す。なお、同図（ａ）はミラーアクチュエータ７００の分解斜視図、同図（ｂ）はアセンブル状態にあるミラーアクチュエータ７００の斜視図である。

同図（ａ）において、７１０は、ミラーホルダである。ミラーホルダ７１０には、端部に抜け止めを有する支軸７１１と、端部に受け部７１２ａを有する支軸７１２が形成されている。受け部７１２ａに回動板７１５の厚みと略同じ寸法の凹部が配され、この凹部に回動板７１５の上部が装着される。さらに、ミラーホルダ７１０の前面には平板状のミラー７１３が装着されており、背面にはコイル７１４が装着されている。なお、コイル７１４は、方形状に巻回されている。

支軸７１２には、上記の如く、受け部７１２ａを介して平行平板状の回動板７１５が装着される。また、回動板７１５の側面部には、ＬＥＤ７１６が配されている。ＬＥＤ７１６は、拡散タイプ（広指向タイプ）であり、広い範囲に光を拡散させることができる。

７２０は、ミラーホルダ７１０を支軸７１１、７１２を軸として回動可能に支持する可動枠である。可動枠７２０には、ミラーホルダ７１０を収容するための開口７２１が形成されており、また、ミラーホルダ７１０の支軸７１１、７１２と係合する溝７２２、７２３が形成されている。さらに、可動枠７２０の側面には、端部に抜け止めを有する支軸７２４、７２５が形成され、背面には、コイル７２６が装着されている。コイル７２６は、方形状に巻回されている。

７３０は、支軸７２４、７２５を軸として可動枠７２０を回動可能に支持する固定枠である。固定枠７３０には、可動枠７２０を収容するための凹部７３１が形成され、また、可動枠７２０の支軸７２４、７２５と係合する溝７３２、７３３が形成されている。さらに、固定枠７３０の内面には、コイル７１４に磁界を印加するマグネット７３４と、コイル７２６に磁界を印加するマグネット７３５が装着されている。なお、溝７３２、７３３は、それぞれ固定枠７３０の前面から上下２つのマグネット７３５間の隙間内まで延びている。

７４０は、ミラーホルダ７１０の支軸７１１、７１２が可動枠７２０の溝７２２、７２３から脱落しないよう、支軸７１１、７１２を前方から押さえる押さえ板である。また、７４１は、可動枠７２０の支軸７２４、７２５が固定枠７３０の溝７３２、７３３から脱落しないよう、支軸７２４、７２５を前方から押さえる押さえ板である。

ミラーアクチュエータ７００をアセンブルする際には、ミラーホルダ７１０の支軸７１１、７１２を可動枠７２０の溝７２２、７２３に係合させ、さらに、支軸７１１、７１２の前面を押さえるようにして、押さえ板７４０を可動枠７２０の前面に装着する。これにより、ミラーホルダ７１０が、可動枠７２０によって、回動可能に支持される。

このようにしてミラーホルダ７１０を可動枠７２０に装着した後、可動枠７２０の支軸７２４、７２５を固定枠７３０の溝７３２、７３３に係合させ、さらに、支軸７３２、７３３の前面を押さえるようにして、押さえ板７４１を固定枠７３０の前面に装着する。これにより、可動枠７２０が、回動可能に固定枠７３０に装着され、ミラーアクチュエータ７００のアセンブルが完了する。

ミラーホルダ７１０が可動枠７２０に対し支軸７１１、７１２を軸として回動すると、これに伴ってミラー７１３が回動する。また、可動枠７２０が固定枠７３０に対し支軸７２４、７２５を軸として回動すると、これに伴ってミラーホルダ７１０が回動し、ミラーホルダ７１０と一体的にミラー７１３が回動する。このように、ミラーホルダ７１０は、互いに直交する支軸７１１、７１２と支軸７２４、７２５によって、２次元方向に回動可能に支持され、ミラーホルダ７１０の回動に伴って、ミラー７１３が２次元方向に回動する。このとき、支軸７１２に装着された回動板７１５も、ミラー７１３の回動に伴って回動するため、回動板７１５の側面部に配されたＬＥＤ７１６もミラー７１３の回動に伴って回動する。

なお、同図（ｂ）に示すアセンブル状態において、２つのマグネット７３４は、コイル７１４に電流を印加することにより、ミラーホルダ７１０に支軸７１１、７１２を軸とする回動力が生じるよう配置および極性が調整されている。したがって、コイル７１４に電流を印加すると、コイル７１４に生じる電磁駆動力によって、ミラーホルダ７１０が、支軸７１１、７１２を軸として回動する。

また、同図（ｂ）に示すアセンブル状態において、２つのマグネット７３５は、コイル７２６に電流を印加することにより、可動枠７２０に支軸７２４、７２５を軸とする回動力が生じるよう配置および極性が調整されている。したがって、コイル７２６に電流を印加すると、コイル７２６に生じる電磁駆動力によって、可動枠７２０が、支軸７２４、７２５を軸として回動し、これに伴って、回動板７１５が回動する。

なお、コイル７１４、７２６とＬＥＤ７１６には、図示しないリード線を介して駆動信号が供給される。

図１１は、ミラーアクチュエータ７００が装着された状態の光学系の構成を示す図である。

図１１において、９００は、光学系を支持するベースである。ベース９００には、ミラーアクチュエータ７００の設置位置に開口９０３ａが形成され、この開口９０３ａに回動板７１５が挿入されるようにして、ミラーアクチュエータ７００がベース９００上に装着されている。

ベース９００の上面には、ミラー７１３にレーザ光を導くための光学系９１０が装着されている。この光学系９１０は、レーザ光源９１１と、ビーム整形用のレンズ９１２、９１３からなっている。レーザ光源９１１は、ベース９００の上面に配されたレーザ光源用の基板９１１ａに装着されている。

レーザ光源９１１から出射されたレーザ光は、レンズ９１２、９１３によって、それぞれ、水平方向および鉛直方向の収束作用を受ける。レンズ９１２、９１３は、目標領域（たとえば、ビーム照射装置のビーム出射口から前方１００ｍ程度の位置に設定される）におけるビーム形状が、所定の大きさ（たとえば、縦２ｍ、横１ｍ程度の大きさ）になるよう設計されている。

レンズ９１２は、鉛直方向にレンズ効果があるシリンドリカルレンズであり、レンズ９１３は、レーザ光を略平行光とするための非球面レンズである。レーザ光源から出射されたビームは、鉛直方向と水平方向で広がり角が異なる。１つ目のレンズ９１２は、鉛直方向と水平方向におけるレーザ光の広がり角の比率を変える。２つ目のレンズ９１３は、出射ビームの広がり角(鉛直方向と水平方向の両方）の倍率を変える。

レンズ９１２、９１３を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ７００のミラー７１３に入射し、ミラー７１３によって目標領域に向かって反射される。ミラーアクチュエータ７００によってミラー７１３が２軸駆動されることにより、レーザ光が目標領域内において２次元方向にスキャンされる。

ミラーアクチュエータ７００は、ミラー７１３が中立位置にあるときに、レンズ９１３からのレーザ光がミラー７１３のミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射するよう配置されている。なお、「中立位置」とは、ミラー面が鉛直方向に対し平行で、且つ、レーザ光がミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射するときのミラー７１３の位置をいう。

ベース９００の下面には、回路基板８００が配されている。さらに、ベース９００の裏面にも回路基板８０１（図１１には図示せず）が配されている。

図１２は、ベース９００を裏面側から見たときの一部平面図である。図１２には、ベース９００の裏側のうちミラーアクチュエータ７００が装着された位置近傍の部分が示されている。

図示の如く、ベース９００の裏側周縁には、壁９０１、９０２が形成されており、壁９０１、９０２よりも中央側は、壁９０１、９０２よりも一段低い平面９０３となっている。ベース９００裏側の平面９０３には、開口９０３ａが形成されており、この開口９０３ａを介して、ミラーアクチュエータ７００に装着された回動板７１５がベース９００の裏側に突出している。

壁９０１の近傍には、ＰＳＤ８０２が装着された回路基板８０１が装着されている。また、開口９０３ａおよびＰＳＤ８０２の間には、ピンホール板８０３が配されている。ピンホール板８０３は、中央に孔８０３ａを有する。

ここで、ＬＥＤ７１６、ＰＳＤ８０２およびピンホール板８０３は、ミラーアクチュエータ７００のミラー７１３が上記中立位置にあるときに、ＬＥＤ７１６がピンホール板８０３の孔８０３ａとＰＳＤ８０２の中心に向き合うように配置されている。すなわち、ミラー７１３が中立位置にあるとき、ピンホール板８０３およびＰＳＤ８０２は、ＬＥＤ７１６とピンホール板８０３の孔８０３ａを通る光束の中心光線がＰＳＤ８０３の中心に垂直に入射するよう配置されている。また、ピンホール板８０３は、ミラー７１３が中立位置にあるときのＬＥＤ７１６とＰＳＤ８０２の中間位置からＰＳＤ８０２までの間に配置されている。

ＬＥＤ７１６から拡散するように発せられたサーボ光は、その一部が、ピンホール板８０３の孔８０３ａを通過し、ＰＳＤ８０２によって受光される。孔８０３ａ以外の領域に入射されたサーボ光は、ピンホール板８０３によって遮光される。ＰＳＤ８０２は、サーボ光の受光位置に応じた電流信号を出力する。

たとえば、ミラー７１３が中立位置から水平方向に回転すると、これに伴い回動板７１５が同図（ｂ）のように回動し、ＬＥＤ７１６の拡散光のうちピンホール板８０３の孔８０３ａを通る光の光路は、ＬＰ１からＬＰ２へと変位する。その結果、ＰＳＤ８０２上におけるサーボ光の照射位置が変化し、ＰＳＤ８０２から出力される位置検出信号が変化する。この場合、ＬＥＤ７１６からのサーボ光の発光位置と、ＰＳＤ８０２受光面上におけるサーボ光の入射位置は一対一に対応する。

このように、図１０ないし図１２に示す構成としても、レーザ光源９１１の振り幅よりも、ＰＳＤ８０２の受光面上におけるサーボ光の振り幅を小さくすることができる。よって、小型・低コストのＰＳＤ８０２を用いることができ、また、光学系の小型化を図ることができる。

なお、図１０から図１２の構成例では、支軸７１２に装着した回動板７１５の側面にＬＥＤ７１６を配置したが、ミラーアクチュエータ７００の他の位置にＬＥＤ７１６を配置しても良い。ＬＥＤ７１６の配置位置は、支軸７１１、７１２と支軸７２４、７２５を回動軸としてミラー７１３が回動すると、これに伴って同様に回動する位置であれば、ピンホール板８０３とＰＳＤ８０２を配置できる限り、如何なる位置とすることもできる。

さらに、上記実施の形態では、サーボ光を拡散発光するための第２の光源として、拡散タイプ（広指向タイプ）のＬＥＤ２０が用いられている。しかし、これに限らず、たとえば、第２の光源を、拡散タイプでないＬＥＤと、このＬＥＤの光出射側に配した、光拡散作用を有する拡散レンズとで構成するようにしてもよい。また、第２の光源を、拡散タイプでないＬＥＤと、このＬＥＤを覆う、光拡散作用を有する拡散キャップとで構成するようにしてもよい。

なお、本発明の一局面は、所定平面に平行に変位する移動体の位置を検出する検出装置としても把握され得る。この検出装置は、前記移動体に伴って変位するとともに拡散光を発する第２の光源と、前記拡散光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光位置検出器と、前記第２の光源と前記受光位置検出器の間の中間位置よりも前記受光位置検出器側に接近した位置に配され前記第２の光源による発光位置を所定の面積領域を介して前記受光位置検出器上に投影する光投影素子とを有する。すなわち、この局面に係る発明は、走査レンズ以外の移動体の位置検出にも用い得る。この場合、上記実施の形態におけるＬＥＤ２０は、たとえば、位置検出対象の移動体に配される。この場合も、上記と同様、ＰＳＤ１０３を小型化でき、コストの低減を図ることができる。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係るレンズアクチュエータの構成を示す図 実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図 実施の形態に係るＰＳＤの構成を示す図 実施の形態に係る位置検出信号の生成方法を説明する図 実施の形態に係るＬＥＤの発光位置とＰＳＤの入射位置との関係を説明する図 本実施の形態の効果を説明する図 集光レンズを用いる場合の実施の形態の構成を示す図 ４分割センサを用いる場合の実施の形態の構成を示す図 凹面ミラーを用いる場合の実施の形態の構成を示す図 ミラーアクチュエータを用いる場合の実施の形態の構成を示す図 ミラーアクチュエータを用いる場合の実施の形態の構成を示す図 ミラーアクチュエータを用いる場合の実施の形態の構成を示す図

符号の説明

１０ レンズアクチュエータ（アクチュエータ）
１２ サスペンションワイヤー
１４ 走査レンズ（走査部）
２１ 凹面ミラー（走査部）
２０ ＬＥＤ（第２の光源）
１０１ 半導体レーザ（第１の光源）
１０３ ＰＳＤ（受光位置検出器）
１０４ ピンホール板（光投影素子）
１０６ 集光レンズ（光投影素子）
１０８ ４分割センサ（受光位置検出器）

Claims (5)

1. レーザ光を出射する第１の光源と、
   前記レーザ光が入射される走査部を変位させることにより前記レーザ光を目標領域内において走査させるアクチュエータと、
   前記走査部に伴って変位するとともに拡散光を発する第２の光源と、
   前記拡散光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光位置検出器と、
   前記第２の光源と前記受光位置検出器の間の中間位置よりも前記受光位置検出器側に接近した位置に配され前記第２の光源による発光位置を所定の面積領域を介して前記受光位置検出器上に投影する光投影素子とを有する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
2. 請求項１において、
   前記光投影素子は、前記拡散光の一部が通過する孔が形成されたピンホール板である、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
3. 請求項１において、
   前記光投影素子は、前記拡散光の一部を前記受光位置検出器上に集光するレンズ素子である、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項において、
   前記アクチュエータは、前記走査部および前記第２の光源を変位可能に支持する導電性のサスペンションワイヤーを備え、
   前記第２の光源への給電が前記サスペンションワイヤーを通して行われる、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載のビーム照射装置を有するレーザレーダ。

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