JP2012118266A - Beam irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置に関し、特に、目標領域にレーザ光を照射したときの反射光をもとに、目標領域内における障害物の有無や障害物までの距離を検出する、いわゆるレーザレーダに搭載されるビーム照射装置に用いて好適なものである。 The present invention relates to a beam irradiation apparatus that irradiates a target area with laser light, and in particular, based on reflected light when the target area is irradiated with laser light, the presence or absence of an obstacle in the target area and the distance to the obstacle. It is suitable for use in a beam irradiation device mounted on a so-called laser radar.
近年、走行時の安全性を高めるために、走行方向前方にレーザ光を照射し、その反射光の状態から、目標領域内における障害物の有無や障害物までの距離を検出するレーザレーダが、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する。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が検出される。 In recent years, in order to improve safety during traveling, a laser radar that irradiates laser light forward in the traveling direction and detects the presence or absence of an obstacle in the target area and the distance to the obstacle from the state of the reflected light, It is installed in home passenger cars. In general, a laser radar scans a laser beam within a target area and detects the presence or absence of an obstacle at each scan position from the presence or absence of reflected light at each scan position. Further, the distance to the obstacle at the scan position is detected based on the required time from the laser beam irradiation timing at each scan position to the reflected light reception timing.
目標領域においてレーザ光をスキャンさせるための構成として、ミラーを２軸駆動する構成を用いることができる（特許文献１）。このスキャン機構では、レーザ光を水平方向斜めからミラーに入射させる。ミラーを水平方向と鉛直方向に２軸駆動することにより、レーザ光が目標領域を走査する。 As a configuration for scanning the laser beam in the target region, a configuration in which the mirror is driven in two axes can be used (Patent Document 1). In this scanning mechanism, laser light is incident on the mirror from an oblique direction in the horizontal direction. The laser beam scans the target area by driving the mirror biaxially in the horizontal and vertical directions.
ミラーの駆動制御は、たとえば、サーボ光を、ミラーと一体駆動する部材を介してＰＳＤ（PositionSensitive Detector）等の光検出器で受光することによって行われる。この場合、予め設定された理想の受光位置とサーボ光の実際の受光位置とが比較され、両者の差分に応じて、ミラーが２軸駆動される。 The drive control of the mirror is performed, for example, by receiving the servo light with a photodetector such as a PSD (Position Sensitive Detector) via a member that integrally drives with the mirror. In this case, the ideal light receiving position set in advance and the actual light receiving position of the servo light are compared, and the mirror is driven in two axes according to the difference between the two.
サーボ光と光検出器とを用いた検出系として、たとえば、サーボ光をミラーの裏面に照射する構成を用いることができる（特許文献２）。この構成では、ミラーの裏面が反射面とされる。この反射面で反射されたサーボ光が光検出器により受光され、サーボ光の受光位置に基づきミラーの回転位置が検出される。 As a detection system using servo light and a photodetector, for example, a configuration in which servo light is irradiated on the back surface of a mirror can be used (Patent Document 2). In this configuration, the back surface of the mirror is the reflecting surface. Servo light reflected by the reflecting surface is received by the photodetector, and the rotational position of the mirror is detected based on the light receiving position of the servo light.
レーザ光を目標領域において水平に走査させる場合、ミラーは、水平方向のみならず鉛直方向にも回動される。このため、光検出器上におけるサーボ光の理想の受光位置の軌道（理想軌道）は、非線形な形状になり易い。このように理想軌道が非線形になると、理想軌道を規定するために、多数のテーブル値をメモリに保持しておく必要がある。また、多数のテーブル値に基づいて、サーボ光を理想の受光位置に近付けるよう制御するためには、複雑かつ頻繁な演算処理が必要となり、処理負担が大きくなってしまう。 When the laser beam is scanned horizontally in the target area, the mirror is rotated not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. For this reason, the trajectory of the ideal light receiving position of the servo light on the photodetector (ideal trajectory) tends to be a non-linear shape. When the ideal trajectory becomes nonlinear in this way, it is necessary to store a large number of table values in the memory in order to define the ideal trajectory. Further, in order to control the servo light so as to approach the ideal light receiving position based on a large number of table values, complicated and frequent arithmetic processing is required, and the processing load increases.
これに対し、上記のようにサーボ光をミラーの裏面に照射する構成では、サーボ光用の光源と光検出器の配置位置を調整することにより、サーボ光の理想軌道を線形に近づけ易くなる。しかしながら、この構成では、レーザ光を出射するレーザ光源に対してミラーの
反対側にサーボ光用の光検出器が配置されるため、レーザ光の一部が迷光となってサーボ光用の光検出器に入射することが起こり得る。車載用のビーム照射装置では、目標領域に照射されるレーザ光の強度はサーボ光に比べて顕著に大きい。このため、このようにレーザ光の一部が光検出器に入射すると、サーボ光によるミラーの位置検出を適正に行えなくなる惧れがある。
On the other hand, in the configuration in which the servo light is irradiated on the back surface of the mirror as described above, the ideal trajectory of the servo light can be easily approximated linearly by adjusting the positions of the servo light source and the photodetector. However, in this configuration, since a photodetector for servo light is arranged on the opposite side of the mirror with respect to the laser light source that emits laser light, a part of the laser light becomes stray light and light detection for servo light is detected. It can happen to enter the instrument. In an in-vehicle beam irradiation apparatus, the intensity of laser light irradiated to a target area is significantly higher than that of servo light. For this reason, when a part of the laser beam is incident on the photodetector in this way, there is a possibility that the mirror position cannot be properly detected by the servo beam.
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、ＰＳＤ等の光検出器に迷光が入射し易いレイアウトにおいても、レーザ光の走査制御に対する迷光の影響を円滑に抑制することが可能なビーム照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and smoothly suppresses the influence of stray light on scanning control of laser light even in a layout in which stray light is likely to enter a photodetector such as a PSD. An object of the present invention is to provide a beam irradiation apparatus capable of performing the above.
本発明の主たる局面に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、サーボ光を出射するサーボ光源と、前記レーザ光が入射する平面状の第１反射面と当該第１反射面に対して平行で且つ反対側を向き前記サーボ光が入射する第２反射面とを有するとともに、前記第１反射面と前記第２反射面を互いに垂直な第１軸と第２軸の周りに一体的に回転させるアクチュエータと、前記第２反射面により反射された前記サーボ光を受光して受光位置に応じた第１信号を出力する第１光検出器と、前記第１光検出器に隣接して配置されるとともに受光量に応じた第２信号を出力する第２光検出器と、前記第１信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える。ここで、前記制御部は、前記第２信号が所定の閾値を超えると、前記第１信号に基づく前記制御部による制御を中止する。 A beam irradiation apparatus according to a main aspect of the present invention includes a laser light source that emits laser light, a servo light source that emits servo light, a planar first reflecting surface on which the laser light is incident, and the first reflecting surface. A second reflecting surface that is parallel to the opposite direction and on which the servo light is incident, and the first reflecting surface and the second reflecting surface are integrated around a first axis and a second axis that are perpendicular to each other. Adjacent to the first photodetector, an actuator that rotates the actuator, a first photodetector that receives the servo light reflected by the second reflecting surface and outputs a first signal according to a light receiving position. And a second photodetector that outputs a second signal corresponding to the amount of received light, and a control unit that controls the actuator based on the first signal. Here, when the second signal exceeds a predetermined threshold, the control unit stops the control by the control unit based on the first signal.
本発明によれば、ＰＳＤ等の光検出器に迷光が入射し易いレイアウトにおいても、レーザ光の走査制御に対する迷光の影響を円滑に抑制することが可能なビーム照射装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the beam irradiation apparatus which can suppress the influence of a stray light with respect to the scanning control of a laser beam smoothly also in the layout where a stray light is easy to inject into photodetectors, such as PSD, can be provided.
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、以下に示す実施の形態は、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記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.
図１は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００の分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
ミラーアクチュエータ１００は、チルトユニット１１０と、パンユニット１２０と、マグネットユニット１３０と、ヨークユニット１４０と、スキャンミラー１５０を備えている。
The
チルトユニット１１０は、支軸１１１と、チルトフレーム１１２と、２つのチルトコイル１１３とを備えている。支軸１１１には、両端部近傍に２つの溝１１１ａが形成されている。これら溝１１１ａには、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂが嵌め込まれる。
The
チルトフレーム１１２には、左右に、チルトコイル１１３を装着するためのコイル装着部１１２ａが形成されている。また、チルトフレーム１１２には、支軸１１１を嵌め込むための溝１１２ｂと、上下に並ぶ２つの孔１１２ｃが形成されている。
In the
支軸１１１は、両端に軸受け１１６ａ、１１６ｂ、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂおよびポリスライダーワッシャ１１８ａ、１１８ｂが取り付けられた状態で、チルトフレーム１１２に形成された溝１１２ｂに嵌め込まれ、接着固定される。さらに、チルトフレーム１１２の２つの孔１１２ｃに、それぞれ、上下から軸受け１１２ｄが嵌め込まれる。これにより、図２（ａ）に示すように、チルトユニット１１０の組み立てが完了する。なお、図２（ａ）には、支軸１１１に、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、ポリスライダーワッシャ１１８ａ、１１８ｂが装着された状態が示されている。
The
完成したチルトユニット１１０には、後述の如くして、パンユニット１２０が装着される。その後、チルトユニット１１０は、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、ポリスライダーワッシャ１１８ａ、１１８ｂと、軸固定部材１４２を用いて、後述の如く、ヨーク１４１に取り付けられる。
A
図１に戻り、パンユニット１２０は、パンフレーム１２１と、支軸１２２と、パンコイル１２３と、サーボミラー１２４を備えている。パンフレーム１２１には、凹部１２１ａを挟んで上板部１２１ｂと下板部１２１ｃが形成されている。これら上板部１２１ｂと下板部１２１ｃには、支軸１２２を通すための孔１２１ｄが上下に並ぶように形成されている。また、上板部１２１ｂと下板部１２１ｃの前面には、スキャンミラー１５０を嵌め込むための段部１２１ｅが形成されている。
Returning to FIG. 1, the
なお、パンフレーム１２１の背面には、パンコイル１２３を装着するためのコイル装着部（図示せず）と、サーボミラー装着部１２１ｆ（図３（ｂ）参照）が形成されている。
A coil mounting portion (not shown) for mounting the
マグネットユニット１３０は、チルトマグネットフレーム１３１と、８つのチルトマグネット１３２と、パンマグネットフレーム１３３と、２つのパンマグネット１３４と、半導体レーザ１３５と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）１３６と、高速フォトダイオード１３７を備えている。
The
チルトマグネットフレーム１３１は、前側に凹部１３１ａを有する形状となっている。チルトマグネットフレーム１３１の上板部１３１ｂには、前後方向に、２つの切り欠き１３１ｃが形成され、さらに、２つのネジ穴１３１ｄが形成されている。また、チルトマグネットフレーム１３１の背面には、２つのネジ穴１３１ｅと、パンマグネットフレーム１３３を嵌め込むための開口１３１ｆが形成されている。８つのチルトマグネット１３２は
、チルトマグネットフレーム１３１の左右の内側面に、上下２段に分けて装着されている。
The
パンマグネットフレーム１３３の左右の両端には、２つの孔１３３ａが形成されている。また、パンマグネットフレーム１３３の中央には、図示の如く、上下（Ｔｉｌｔ）方向に傾くように上板部１３３ｃと下板部１３３ｄが形成されている。上板部１３３ｃと下板部１３３ｄには、半導体レーザ１３５の光が、ＰＳＤ１３６に到達することができるよう、切り欠き１３３ｅ、１３３ｆ（図３（ａ）参照）が形成されている。２つのパンマグネット１３４は、パンマグネットフレーム１３３の内側面１３３ｇ、１３３ｈに装着されている。内側面１３３ｇ、１３３ｈは、前後方向に４５度傾いている。したがって、これら内側面１３３ｇ、１３３ｈに装着された２つのパンマグネット１３４も、前後（Ｐａｎ）方向に４５度傾くように配置される。
Two
半導体レーザ１３５は、パンマグネットフレーム１３３の一方の内側面１３３ｇに形成された孔に嵌め込まれる（図３（ａ）参照）。そして、パンマグネットフレーム１３３の他方の内側面１３３ｈに形成された凹部に、ＰＳＤ１３６と、高速フォトダイオード１３７が装着される（図３（ａ）参照）。こうして半導体レーザ１３５、ＰＳＤ１３６および高速フォトダイオード１３７が装着されたパンマグネットフレーム１３３が、チルトマグネットフレーム１３１の開口１３１ｆに収容される。この状態で、パンマグネットフレーム１３３の２つの孔１３３ａを介して２つのネジ１３３ｂをチルトマグネットフレーム１３１の２つのネジ穴１３１ｅに螺着する。これにより、図３（ａ）に示すように、マグネットユニット１３０の組み立てが完了する。
The
図１に戻り、ヨークユニット１４０は、ヨーク１４１と、軸固定部材１４２を備えている。ヨーク１４１は、磁性部材からなっている。ヨーク１４１には、左右に壁部１４１ａが形成され、これら壁部１４１ａの下端には、チルトユニット１１０の支軸１１１を装着するための凹部１４１ｂが形成されている。ヨーク１４１の上部には上下に貫通する２つのネジ穴１４１ｃが形成され、さらに、マグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに対応する位置に、孔１４１ｄが形成されている。２つの壁部１４１ａの内側面間の距離は、支軸１１１の２つの溝１１１ａ間の距離よりも大きくなっている。
Returning to FIG. 1, the
軸固定部材１４２は、可撓性を有する金属性の薄板部材である。軸固定部材１４２の前側には、板ばね部１４２ａ、１４２ｂが形成され、これら板ばね部１４２ａ、１４２ｂの下端には、それぞれ、チルトユニット１１０の軸受け１１６ａ、１１６ｂの脱落を規制するための受け部１４２ｃ、１４２ｄが形成されている。また、軸固定部材１４２の上板部には、ヨーク１４１側の２つのネジ穴１４１ｃに対応する位置にそれぞれ孔１４２ｅが形成され、さらに、ヨーク１４１側の孔１４１ｄに対応する位置に孔１４２ｆが形成されている。
The
ミラーアクチュエータ１００の組み立て時には、上記の如くして、図２（ａ）に示すチルトユニット１１０、マグネットユニット１３０が組み立てられる。その後、チルトフレーム１１２がパンフレーム１２１の凹部１２１ａ内に収容される。このとき、２つの軸受け１１２ｄおよびポリスライダーワッシャ１１２ｅと、パンフレーム１２１の孔１２１ｄとが上下に並ぶように、パンフレーム１２１が位置づけられる。そして、その状態で、２つの軸受け１１２ｄとパンフレーム１２１の孔１２１ｄに、支軸１２２が通され、支軸１２２がパンフレーム１２１に接着剤により固定される。これにより、図２（ｂ）に示す構成体が形成される。この状態で、パンフレーム１２１は、支軸１２２の周りに回動可能となり、また、支軸１２２に沿って上下に僅かに移動可能となる。
When the
こうしてパンユニット１２０が装着された後、パンフレーム１２１の段部１２１ｅにス
キャンミラー１５０が嵌め込まれて固定される。さらに、パンフレーム１２１のサーボミラー装着部１２１ｆ（図３（ｂ）参照）にサーボミラー１２４が嵌め込まれて固定される。
After the
図３（ｂ）は、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０がパンフレーム１２１ｅに装着された状態を示す斜視図である。
FIG. 3B is a perspective view showing a state where the
図３（ｂ）に示す如く、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０は、支軸１２２の中心ｐからスキャンミラー１５０のミラー面までの距離ｌ１と、サーボミラー１２４のミラー面までの距離ｌ２が互いに等しい位置、すなわち、支軸１２２を軸として、対称の位置に配置される。さらに、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０は、それぞれのミラー面が支軸１２２に対して平行になるよう設置される。また、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０は、スキャンミラー１５０のミラー面の中心ｓとサーボミラー１２４のミラー面の中心ｓ’を結ぶ直線が、支軸１１１の中心ｐ’と支軸１２２の中心ｐを通るように配置され、かつ、それぞれのミラー面が支軸１１１と支軸１２２に対して平行となるように配置される。なお、図３（ｂ）には、パンフレーム１２１に、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０のみが装着された状態が示されている。パンコイル１２３は、図３（ｂ）に示すサーボミラー装着部１２１ｆの周りに巻回され固着される。
As shown in FIG. 3B, in the
その後、チルトユニット１１０の支軸１１１の両端に装着された軸受け１１６ａ、１１６ｂを、図１に示すヨーク１４１の凹部１４１ｂに嵌め込む。そして、この状態で、軸受け１１６ａ、１１６ｂが凹部１４１ｂから脱落しないように、軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。すなわち、受け部１４２ｃが軸受け１１６ａを下から支え、且つ、受け部１４２ｄが軸受け１１６ｂを前方から挟むようにして軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。この状態で、軸固定部材１４２の２つの孔１４２ｅを介して２つのネジ１４３をヨーク１４１のネジ穴１４１ｃに螺着する。さらに、軸固定部材１４２の２つの孔１４２ｆとヨーク１４１の２つの孔１４１ｄを介して、チルトマグネットフレーム１３１の２つのネジ穴１３１ｄに累着する。これにより、図２（ｂ）に示す構成体がヨークユニット１４０に装着される。
Thereafter, the
こうして、図４（ａ）に示す構成体が完成する。この状態で、チルトフレーム１１２は、パンフレーム１２１と一体的に、支軸１１１の周りに回動可能となる。
Thus, the structure shown in FIG. 4A is completed. In this state, the
こうして組み立てられた図４（ａ）の構成体は、ヨーク１４１の２つの壁部１４１ａが、それぞれ、マグネットユニット１３０側のチルトマグネットフレーム１３１の切り欠き１３１ｃに挿入されるようにして、マグネットユニット１３０に装着される。そして、この状態で、軸固定部材１４２の孔１４２ｆと、ヨーク１４１の孔１４１ｄを介して、ネジ１４４が、マグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに螺着される。これにより、図４（ａ）に示す構成体が、マグネットユニット１３０に固着される。こうして、図４（ｂ）に示すように、ミラーアクチュエータ１００の組み立てが完了する。
4A assembled in this way, the two
図４（ｂ）に示す組み立て状態において、パンフレーム１２１が支軸１２２を軸として回動すると、これに伴ってスキャンミラー１５０が回動する。また、チルトフレーム１１２が支軸１１１を軸として回動すると、これに伴ってパンユニット１２０が回動し、パンユニット１２０と一体的にスキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が回動する。このように、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４は、互いに直交する支軸１１１によって回動可能に支持され、チルトコイル１１３およびパンコイル１２３への通電によって、支軸１１１の周りに回動する。
In the assembled state shown in FIG. 4B, when the
図４（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のチルトマグネット１３２は、チルト
コイル１１３に電流を印加することにより、チルトフレーム１１２に支軸１１１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、チルトコイル１１３に電流を印加すると、チルトコイル１１３に生じる電磁駆動力によって、チルトフレーム１１２が、支軸１１１を軸として回動し、これに伴って、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が回動する。
In the assembled state shown in FIG. 4B, the eight
また、図４（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のパンマグネット１３４は、パンコイル１２３に電流を印加することにより、パンフレーム１２１に支軸１２２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、パンコイル１２３に電流を印加すると、パンコイル１２３に生じる電磁駆動力によって、パンフレーム１２１が、支軸１２２を軸として回動し、これに伴って、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が回動する。
Also, in the assembled state shown in FIG. 4B, the two
なお、本実施の形態では、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が、支軸１２２に対して軸対称に配置されるため、ミラーアクチュエータ１００の重量バランスが良好となり、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の回動を安定的に行うことができる。
In this embodiment, since the
図５（ａ）は、ミラーアクチュエータ１００が装着された状態の光学系の構成を示す一部上面図である。
FIG. 5A is a partial top view showing the configuration of the optical system in a state where the
図５（ａ）において、５００は、光学系を支持するベースである。ベース５００は、上面が、水平面に平行となるよう設置される。ベース５００の上面には、ミラーアクチュエータ１００と、走査用レーザ光源２０１と、ビーム整形レンズ２０２とが配置されている。ミラーアクチュエータ１００には、上記のように半導体レーザ１３５と、ＰＳＤ１３６と、高速フォトダイオード１３７とが配置されている。なお、半導体レーザ１３５の出射口は、アパーチャとして機能する。半導体レーザ１３５から出射されるレーザ光は、この出射口によって、所定径の光束に絞られる。
In FIG. 5A,
走査用レーザ光源２０１は、９００ｎｍ程度の波長のレーザ光を出射する。走査用レーザ光源２０１は、ベース５００の上面に配された回路基板２０１ａに装着されている。また、走査用レーザ光源２０１は、光軸が水平方向と平行となるように配置されている。ビーム整形レンズ２０２は、走査用レーザ光源２０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）を所定の形状に整形する。
The scanning
半導体レーザ１３５は、走査用レーザ光源２０１と異なる波長（たとえば、６５０ｎｍ程度）のレーザ光を出射する。半導体レーザ１３５は、パンマグネットフレーム１３３に配された回路基板１３５ａに装着されている。また、半導体レーザ１３５は、光軸が水平方向と平行となるように配置されている。半導体レーザ１３５から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）は、サーボミラー１２４により反射され、ＰＳＤ１３６の受光面上に照射される。
The
ＰＳＤ１３６は、サーボ光の受光位置に応じた信号を出力する。ＰＳＤ１３６は、パンマグネットフレーム１３３に配された回路基板１３６ａに装着されている。高速フォトダイオード１３７は、受光光量に応じた信号を出力する。高速フォトダイオード１３７は、パンマグネットフレーム１３３に配された回路基板１３７ａに装着されている。高速フォトダイオード１３７は、ＰＳＤ１３６の横に並ぶように配置されている。
The
走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ１３５は、それぞれの光軸が互いに平行となるように配置されている。鉛直方向における走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ１３５の位置は同じである。
The scanning
ミラーアクチュエータ１００は、スキャンミラー１５０が中立位置にあるときに、走査用レーザ光がスキャンミラー１５０のミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射し、サーボ光がサーボミラー１２４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、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４のミラー面が鉛直方向に対し平行で、且つ、走査用レーザ光およびサーボ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スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の位置をいう。
In the
中立位置において、ＰＳＤ１３６の受光面は、サーボミラー１２４のミラー面に対して、水平方向に４５度傾いている。したがって、中立位置において、サーボ光はＰＳＤ１３６の受光面に垂直に入射する。
At the neutral position, the light receiving surface of the
また、中立位置において、走査用レーザ光は、スキャンミラー１５０のミラー面の中心ｓ（図３（ｂ）参照）に入射し、サーボ光はサーボミラー１２４のミラー面の中心ｓ’（図３（ｂ）参照）に入射する。したがって、中立位置において、スキャンミラー１５０のミラー面に対する走査用レーザ光の入射位置（中心ｓ）とサーボミラー１２４のミラー面に対するサーボ光の入射位置（中心ｓ’）が、これら２つのミラー面に垂直な方向に並ぶ。
At the neutral position, the scanning laser light is incident on the center s of the mirror surface of the scan mirror 150 (see FIG. 3B), and the servo light is centered on the mirror surface s ′ of the servo mirror 124 (see FIG. 3B). b)). Therefore, at the neutral position, the incident position (center s) of the scanning laser beam with respect to the mirror surface of the
ミラーアクチュエータ１００によってスキャンミラー１５０が駆動されると、走査用レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。このとき、同時に、支軸１２２を軸として、スキャンミラー１５０と対称に配置されたサーボミラー１２４によって、サーボ光がＰＳＤ１３６の受光面上を走査する。
When the
図５（ｂ）は、サーボミラー１２４の回動位置とサーボ光の光路の関係およびスキャンミラー１５０の回動位置と走査レーザ光の光路の関係を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）では、便宜上、同図（ａ）のスキャンミラー１５０、走査用レーザ光源２０１、サーボミラー１２４、半導体レーザ１３５、ＰＳＤ１３６のみが図示されている。
FIG. 5B is a diagram schematically showing the relationship between the rotation position of the
図５（ｂ）を参照して、サーボ光は、サーボミラー１２４によって反射され、ＰＳＤ１３６に受光される。また、走査用レーザ光は、スキャンミラー１５０によって反射され、目標領域に照射される。ここで、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が破線の位置から矢印のように回動すると、走査用レーザ光とサーボ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、走査用レーザ光の進行方向とＰＳＤ１３６上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ１３６にて検出されるサーボ光の受光位置によって、スキャンミラー１５０の回動位置を検出することができ、また、走査用レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
With reference to FIG. 5B, the servo light is reflected by the
ここで、支軸１１１、１２２を軸とするスキャンミラー１５０の回動位置とサーボミラー１２４の回動位置は一対一に対応する。したがって、目標領域における走査用レーザ光の走査位置とＰＳＤ１３６上におけるサーボ光の照射位置も、一対一に対応する。よって、ＰＳＤ１３６からの信号をもとに目標領域における走査用レーザ光の走査位置を容易に検出することができる。
Here, the rotation position of the
図６（ａ）は、ＰＳＤ１３６の構成を示す図（側断面図）、図６（ｂ）はＰＳＤ１３６の受光面を示す図である。
6A is a diagram (side sectional view) showing a configuration of the
図６（ａ）を参照して、ＰＳＤ１３６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。
Referring to FIG. 6A,
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。 When the light receiving surface is irradiated with laser light, an electric charge proportional to the amount of light is generated at the irradiation position. This electric charge reaches the resistance layer as a photocurrent, is divided in inverse proportion to the distance to each electrode, and is output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2. Here, the current output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2 has a magnitude divided in inverse proportion to the distance from the laser light irradiation position to each electrode. Therefore, the light irradiation position on the light receiving surface can be detected based on the current values output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2.
たとえば、図７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。 For example, suppose that servo light is irradiated to the position P of FIG. In this case, the coordinates (x, y) of the position P with the center of the light receiving surface as the reference point are the current amounts output from the electrodes X1, X2, Y1, Y2, respectively, in the Ix1, Ix2, Iy1, Iy2, X direction and When the distance between the electrodes in the Y direction is Lx and Ly, for example, it is calculated by the following equation.
図８は、スキャンミラー１５０の駆動状態およびサーボミラー１２４の駆動状態と目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ１３６上におけるサーボ光の軌道との関係を模式的に示す図である。図８（ｂ）、（ｃ）は、スキャンミラー１５０の駆動状態およびサーボミラー１２４の駆動状態を示し、図８（ａ）、（ｄ）は、それぞれ、目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ１３６上におけるサーボ光の軌道を示す。なお、本実施の形態において、走査用レーザ光の走査は、目標領域において水平方向に伸びた３つの走査軌道に沿って行われる。以下では、支軸１１１を軸とするスキャンミラー１５０の回動方向をＴｉｌｔ方向といい、支軸１２２を軸とするスキャンミラー１５０の回動方向をＰａｎ方向という。
FIG. 8 is a diagram schematically showing the relationship between the drive state of the
各図の中段のラインは、スキャンミラー１５０を、中立位置から水平方向にのみ回動させた場合を示している。また、図中の破線は、Ｐａｎ方向のスキャンミラー１５０の回動位置が中立位置と同じ位置にある場合を示している。各図の中段のラインよりも上の領域では、スキャンミラー１５０が水平方向よりも上を向いており、中段のラインよりも下の領域では、スキャンミラー１５０が水平方向よりも下を向いている。
The middle line in each figure shows a case where the
目標領域における走査用レーザ光の軌道（以下、「走査軌道」という）が曲線状になると、目標領域内における障害物の検出精度が低下する惧れがある。このため、目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ）に示すように、水平方向に直線状（線形）になるのが望ましい。 If the trajectory of the scanning laser beam in the target area (hereinafter referred to as “scanning trajectory”) is curved, the detection accuracy of the obstacle in the target area may be lowered. For this reason, it is desirable that the scanning trajectories La1 to La3 in the target region are linear (linear) in the horizontal direction as shown in FIG.
このように走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３を水平方向に直線状とするには、スキャンミラー１５０を、同図（ｂ）に示すように駆動する必要がある。すなわち、Ｐａｎ方向の回動に伴
い、スキャンミラー１５０を、Ｔｉｌｔ方向にも駆動する必要がある。
Thus, in order to make the scanning trajectories La1 to La3 linear in the horizontal direction, it is necessary to drive the
本実施の形態では、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が支軸１１１、１２２を挟むように配置されているため、スキャンミラー１５０が同図（ｂ）のＬｂ１のように駆動されると、サーボミラー１２４は同図（ｃ）のＬｃ１のように駆動される。また、スキャンミラー１５０が同図（ｂ）のＬｂ３のように駆動されると、サーボミラー１２４は同図（ｃ）のＬｃ３のように駆動される。
In the present embodiment, since the
本実施の形態では、スキャンミラー１５０およびサーボミラー１２４と、半導体レーザ１３５およびＰＳＤ１３６と、レーザ光源２０１とが、上記のように配置されているため、目標領域において走査用レーザ光を同図（ａ）のように水平に走査させると、ＰＳＤ１３６の受光面上におけるサーボ光の軌道（以下、「照射軌道」という）は、同図（ｄ）中のＬｄ１〜Ｌｄ３のように、略直線状（線形）になる。
In the present embodiment, since the
したがって、ＰＳＤ１３６上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｄ）に示す照射軌道Ｌｄ１〜Ｌｄ３を追従するように、ミラーアクチュエータ１００を制御することで、目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ）に示す如く水平方向に直線状（線形）となる。
Therefore, by controlling the
なお、サーボ光の照射軌道が直線状（線形）となるための条件は、以下のとおりである。 The conditions for the servo light irradiation trajectory to be linear (linear) are as follows.
（１）スキャンミラー１５０のミラー面とサーボミラー１２４のミラー面が、支軸１１１、１２２に対して対称に配置されている。
(1) The mirror surface of the
（２）スキャンミラー１５０のミラー面に対する走査用レーザ光の入射方向とサーボミラー１２４のミラー面に対するサーボ光の入射方向が、互いに平行である。
(2) The incident direction of the scanning laser light on the mirror surface of the
（３）ミラーアクチュエータ１００が中立位置にあるとき、スキャンミラー１５０のミラー面に対する走査用レーザ光の入射位置とサーボミラー１２４のミラー面に対するサーボ光の入射位置が、これら２つのミラー面に垂直な方向に並ぶ。
(3) When the
（４）ミラーアクチュエータ１００が中立位置にあるとき、ＰＳＤ１３６の受光面に対してサーボ光が垂直に入射する。
(4) When the
本実施の形態では、上記（１）以外の条件が全て満たされている。また、上記（１）の条件についても、スキャンミラー１５０のミラー面とサーボミラー１２４のミラー面が、支軸１２２に対して対称に配置される点は満たされている。本実施の形態において、唯一満たされない条件は、スキャンミラー１５０のミラー面とサーボミラー１２４のミラー面が、支軸１１１に対して対称でないことである。しかしながら、支軸１２２に対する支軸１１１のズレ量は小さいため、かかる非対称性の程度は小さい。また、走査用レーザ光が目標領域を走査する際、支軸１１１を軸とするスキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の回転量は小さい。このため、本実施の形態のように、スキャンミラー１５０のミラー面とサーボミラー１２４のミラー面が支軸１１１に対して対称でなくても、サーボ光の照射軌道は直線状（線形）に極めて近いものとなる。
In the present embodiment, all the conditions other than the above (1) are satisfied. Further, the condition (1) is satisfied that the mirror surface of the
なお、支軸１１１の中心に上下に貫通する孔を開け、この孔に支軸１２２を通すように、上記ミラーアクチュエータ１００の構成を変更すると、スキャンミラー１５０のミラー面とサーボミラー１２４のミラー面を支軸１１１に対して対称に配置することが可能となる。この変更例によれば、上記（１）〜（４）の条件が全て満たされるようになり、サー
ボ光の照射軌道を直線状（線形）とすることができる。
If the structure of the
ところで、本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、ＰＳＤ１３６が、走査用レーザ光源２０１に対面するよう配置されているため、走査用レーザ光の一部が迷光となってＰＳＤ１３６に入射することが起こり得る。走査用レーザ光源２０１の発光強度（数１０Ｗ程度）は、ＰＳＤ１３６に入射する際のサーボ光の強度（数１０μＷ程度）に比べて顕著に大きいため、このように迷光がＰＳＤ１３６に入射すると、ＰＳＤ１３６から出力される信号が劣化する。また、このように高パワーの迷光がＰＳＤ１３６に入射すると、ＰＳＤ１３６から高レベルの電流信号が出力され、この電流信号が後段側の回路に悪影響を及ぼす恐れがある。
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 5A, the
本実施の形態では、かかる迷光の影響を抑えるため、ＰＳＤ１３６に隣接した位置に、高速フォトダイオード１３７が配されている。高速フォトダイオード１３７を用いた迷光の影響を抑制するための構成については、図９および図１０を参照して説明する。
In the present embodiment, a high-
図９は、本実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、図５（ａ）に示す走査用レーザ光とサーボ光のための光学系１が、その主要な構成とともに示されている。
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of the beam irradiation apparatus according to the present embodiment. For the sake of convenience, the
図示の如く、ビーム照射装置は、ノイズキャンセル回路２と、Ｉ／Ｖ変換回路３〜７と、位置信号生成回路８と、マイコン１２と、走査レーザ駆動回路１３と、サーボレーザ駆動回路１４と、アクチュエータ駆動回路１５とを備えている。
As shown in the drawing, the beam irradiation apparatus includes a
半導体レーザ１３５から出射されたサーボ光は、上記の如く、サーボミラー１２４によって反射された後、ＰＳＤ１３６の受光面に入射される。これにより、サーボ光の照射位置に応じた電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２（図７中の電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号）がＰＳＤ１３６から出力され、それぞれ、ノイズキャンセル回路２に入力される。
As described above, the servo light emitted from the
走査用レーザ光源２０１から出射された走査用レーザ光にかかる迷光が、高速フォトダイオード１３７に入射されると、迷光の光量に応じた電流信号が高速フォトダイオード１３７から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路３に入力される。
When the stray light applied to the scanning laser light emitted from the scanning
Ｉ／Ｖ変換回路３は、アナログ回路からなっており、高速フォトダイオード１３７から出力される電流信号を電圧信号（以下、「モニタ電圧信号」という）に変換し、ノイズキャンセル回路２に出力する。
The I /
ノイズキャンセル回路２は、Ｉ／Ｖ変換回路３から出力されるモニタ電圧信号を受信する。ノイズキャンセル回路２は、受信したモニタ電圧信号が、一定の閾値を超えると、ＰＳＤ１３６から出力される電流信号を遮断し、一定の閾値を超えない場合には、ＰＳＤ１３６から出力される電流信号をＩ／Ｖ変換回路４〜７へ出力する。
The
Ｉ／Ｖ変換回路４〜７は、アナログ回路からなっており、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２を電圧信号（以下、「位置電圧信号」という）に変換し、位置信号生成回路８に出力する。
The I / V conversion circuits 4 to 7 are analog circuits, and current signals Ix1, Ix2, Iy1, and Iy2 output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2 are voltage signals (hereinafter referred to as “position voltage signals”). ) And output to the position
位置信号生成回路８は、アナログ回路からなっており、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７から出力される位置電圧信号を図７で参照して説明した式（１）、（２）に基づき、Ｘ軸およびＹ軸方向の照射位置を示す信号を生成する。かかる照射位置信号は、Ａ／Ｄ変換回路１０、１１に出力される。
The position
Ａ／Ｄ変換回路１０、１１は、位置信号生成回路８から出力される照射位置信号をデジタル信号に変換し、マイコン１２に出力する。
The A /
マイコン１２は、位置信号生成回路８から出力される信号に基づき、目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御や、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ１３５の駆動制御等を実行する。
The
すなわち、マイコン１２は、走査位置が所定の位置に到達したタイミングで、パルス駆動信号を、走査レーザ駆動回路１３に出力する。これにより、走査用レーザ光源２０１がパルス発光され、目標領域にレーザ光が照射される。
That is, the
また、マイコン１２は、図８（ａ）に示す走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３を走査用レーザ光が追従するよう、アクチュエータ駆動回路１５に、サーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を出力する。具体的には、マイコン１２は、図８（ｄ）に示す照射軌道Ｌｄ１〜Ｌｄ３を走査用レーザ光が追従するよう、アクチュエータ駆動回路１５に、サーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を出力する。これを受けてアクチュエータ駆動回路１５は、ミラーアクチュエータ１００を駆動し、これにより、走査用レーザ光が所期の軌道に追従するよう目標領域を走査する。さらに、マイコン１２は、サーボレーザ駆動回路１４に制御信号を出力する。これにより、半導体レーザ１３５が、一定パワーレベルにて連続的に発光される。
Further, the
本実施の形態では、一定周期Ｔ毎に、ミラーアクチュエータ１００の制御が行われる。マイコン１２には、各制御タイミングにおけるＰＳＤ１３６上の理想の照射位置（以下、「目標照射位置」という）が保持されている。かかる目標照射位置は、走査用レーザ光が適正な走査軌道上に沿って水平方向に走査されるときのサーボ光の照射軌道（図８（ｄ）参照）上に位置している。マイコン１２は、かかる照射軌道に沿ってサーボ光の照射位置が進むよう、ミラーアクチュエータ１００を駆動する。
In the present embodiment, the
図９の構成において、ノイズキャンセル回路２は、走査用レーザ光が迷光となってＰＳＤ１３６に入射したときの悪影響を抑制するために配されている。上述のように、高パワーの走査用レーザ光が迷光となってＰＳＤ１３６に入射すると、高レベルの電流信号がＰＳＤ１３６から出力される。図９の構成において、ノイズキャンセル回路２が配されていないと、この電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に直接入力される。ところが、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７はアナログ回路であるため、このように迷光による高レベルの電流信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に入力されると、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７において不要輻射や反射等が起こり、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の動作が不安定になる惧れがある。また、図９の構成では、位置信号生成回路８もアナログ回路からなっているため、迷光による高レベルの電流信号による影響は、位置信号生成回路８にも波及する。このため、位置信号生成回路８の動作が、迷光による高レベルの電流信号によって不安定になる惧れがある。
In the configuration of FIG. 9, the
そこで、図９の構成では、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の前段にノイズキャンセル回路２を配置し、迷光による高レベルの電流信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に入力されないようになっている。
Therefore, in the configuration of FIG. 9, the
図１０は、ノイズキャンセル回路２の回路構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
図示の如く、ノイズキャンセル回路２は、比較回路２１と、スイッチング回路２２〜２５とを備える。
As illustrated, the
スイッチング回路２２は、それぞれ端子２２ａ、２２ｂを備えている。端子２２ａは、ＰＳＤ１３６からＩ／Ｖ変換回路４〜７への出力ラインに接続されており、端子２２ｂは、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。また、他のスイッチング回路２３〜２５についてもスイッチング回路２２と同様に構成されている。
The switching
比較回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路３によって変換されたモニタ電圧信号と閾値Ｖｓｈとを比較し、モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路２２〜２５へ出力する。
The
スイッチング回路２２〜２５は、比較回路２１からエラー信号を受信すると、端子２２ａと端子２２ｂを導通させ、ＰＳＤ１３６から入力された電流信号をＧＮＤ（グランド）へと導く。こうして、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する電流信号の供給が一時的に遮断される。
When the switching
図１１は、迷光受光時におけるノイズキャンセル回路２の動作を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the
高速フォトダイオード１３７が迷光を受光すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｉ／Ｖ変換回路３によって変換されたモニタ電圧信号が取得され（Ｓ１２）、取得されたモニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えたかが、比較回路２１により判別される（Ｓ１３）。モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、比較回路２１からエラー信号が出力され、スイッチング回路２２〜２５により、一時的に、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する電流信号の供給が遮断される（Ｓ１４）。
When the high-
これにより、ＰＳＤ１３６に迷光等が入射された場合においても、ＰＳＤ１３６に隣接した位置に配置された高速フォトダイオード１３７が迷光を検知し、ノイズキャンセル回路２によって、迷光による高レベルの電流信号を遮断することができる。したがって、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７および位置信号生成回路８における迷光による悪影響（不要輻射や反射等）を抑えることができる。なお、迷光が、走査用レーザ光源２０１以外の原因によるものであっても、同様に、迷光による悪影響を回避できる。
Accordingly, even when stray light or the like is incident on the
図１２は、ミラーアクチュエータ１００の制御方法を説明する図である。図中、Ｐｎ〜Ｐｎ＋３は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋３における目標照射位置であり、Ｑｎ〜Ｑｎ＋３は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋３におけるサーボ光の実際の照射位置である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a method for controlling the
ある制御タイミングｔｎにおけるサーボ光の実際の照射位置Ｑｎが、目標照射位置ＰｎからＸ軸方向にＸｎ、Ｙ軸方向にＹｎずれていると、マイコン１２は、ずれ量Ｘｎ、Ｙｎに基づくＰＩＤ制御により、次の制御タイミングにおいて照射位置Ｑｎ＋１を目標照射位置Ｐｎ＋１により接近させるためのＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。同様に、制御タイミングｔｎ＋１において、マイコン１２は、ずれ量Ｘｎ＋１、Ｙｎ＋１に基づくＰＩＤ制御により、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
When the actual irradiation position Qn of the servo light at a certain control timing tn is shifted from the target irradiation position Pn by Xn in the X-axis direction and Yn in the Y-axis direction, the
制御タイミングｔｎ＋２は、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なっている。このとき、ＰＳＤ１３６が走査用レーザ光の迷光を受光すると、上記のように、ノイズキャンセル回路２により、ＰＳＤ１３６からの電流信号が遮断される。この場合、位置信号生成回路８は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜６からそれぞれグランドレベルの位置電圧信号を受けるため、原点位置（スキャンミラー１５０の中立位置）の照射位置信号を生成する。マイコ
ン１２は、原点位置Ｐと目標照射位置Ｐｎ＋２のずれ量Ｘｍに基づくＰＩＤ制御により、Ｐａｎ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。これにより、スキャンミラー１５０は、実際の照射位置Ｑｎ＋２からのずれ量Ｘｎ＋２、Ｙｎ＋２とは異なった位置へ補正するよう動作するが、走査用レーザ光のパルス発光期間（数１０ｎｓｅc程度）は、極めて微小であり、また、ＰＩＤ制御によって制御タイミングｔｎ＋２より前の制御タイミングにおける補正値が引き継がれるため、サーボ信号が一時的に遮断されることによる影響は軽微である。
The control timing tn + 2 overlaps with the emission timing ts of the scanning laser beam. At this time, when the
なお、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと制御タイミングｔｎ＋２が重なる場合に、マイコン１２にて、位置信号生成回路８から入力されたＸ成分とＹ成分の照射位置信号を、直前のタイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間してもよい。
When the emission timing ts of the scanning laser beam and the control timing tn + 2 overlap, the
これにより、走査用レーザ光の発光タイミング時に、ＰＳＤ１３６が迷光を受光した場合においても、走査用レーザ光を目標領域において適正に走査させることができる。
Accordingly, even when the
このように、マイコン１２は、制御タイミングごとに、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成して、アクチュエータ駆動回路１５に出力する。アクチュエータ駆動回路１５は、入力されたＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号に応じて、スキャンミラー１５０を、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向に駆動する。これにより、スキャンミラー１５０は、図８（ｂ）のように駆動され、サーボミラー１２４は、図８（ｃ）のように駆動される。
As described above, the
以上、本実施の形態によれば、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０が軸対称に配置されるため、バランサ等の部材を用意せずに、重量バランスよくミラーアクチュエータ１００を構成することができる。したがって、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の回動を安定的に行うことができ、かつ、ビーム照射装置の小型化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、上記のように、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ１３５の光軸が互いに平行に対向して配置され、スキャンミラー１５０とサーボミラー１２４が支軸に対して対称に配置され、中立位置において走査用レーザ光とサーボ光がそれぞれスキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の中心に入射し、さらに、中立位置においてサーボ光がＰＳＤ１３６に垂直に入射するため、ＰＳＤ１３６上におけるサーボ光の照射軌道Ｌｄ１〜Ｌｄ３を直線状（線形）とすることができる。これにより、照射軌道Ｌｄ１〜Ｌｄ３を規定するためにマイコン１２に保持されるべき目標照射位置の数を少なくすることができ、目標照射位置を規定するテーブルを簡素なものにすることができる。また、目標照射位置と実際の照射位置との間の差分の算出およびそれに基づく制御処理の頻度を削減でき、マイコン１２の処理負担を軽減することができる。
Further, according to the present embodiment, as described above, the optical axes of the scanning
なお、マイコン１２に目標照射位置をテーブル値として保持せずに、各制御タイミングにおける目標照射位置Ｐｎを、マイコン１２により、演算により求めてもよい。本実施の形態では、サーボ光の照射軌道が直線状（線形）となるため、各制御タイミングにおける目標照射位置Ｐｎは簡単な演算により求めることができる。
Instead of holding the target irradiation position as a table value in the
また、本実施の形態によれば、ＰＳＤ１３６が走査用レーザ光源２０１による迷光等を受光した場合、ＰＳＤ１３６に隣接した位置に配置された高速フォトダイオード１３７にて、迷光が検出される。高速フォトダイオード１３７にて、迷光が検出された場合、迷光の光量に応じたモニタ電圧信号がノイズキャンセル回路２に出力され、モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超える場合に、ノイズキャンセル回路２によって、迷光による高レベルの電流信号が一時的に遮断される。さらに、電流信号が遮断された場合においても、マイコン
１２によってＰＩＤ制御が実施されるため、スキャンミラー１５０が大きく振られることはない。よって、走査用レーザ光源がサーボ光の光検出器に対面する配置にあっても、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７、位置信号生成回路８に対する迷光の影響を回避しながら、走査用レーザ光を目標領域において適正に走査させることができる。
Further, according to the present embodiment, when the
以上、本発明の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、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made to the embodiments of the present invention other than the above.
たとえば、上記実施の形態では、半導体レーザ１３５とＰＳＤ１３６は、サーボ光が、水平方向において、４５度の角度でサーボミラー１２４に入射するように配置したが、鉛直方向において、４５度の角度サーボミラー１２４に入射するように配置してもよい。
For example, in the above embodiment, the
図１３（ａ）は、サーボミラー１２４に対し、サーボ光が鉛直方向において４５度の角度でサーボミラー１２４に入射されるよう、半導体レーザ１３５と、ＰＳＤ１３６を配置した場合のマグネットユニット１３０の斜視図である。
FIG. 13A is a perspective view of the
図１３（ａ）に示す如く、半導体レーザ１３５は、パンマグネットフレーム１３３の下板部１３３ｄに形成された孔に嵌め込まれる。ＰＳＤ１３６と、高速フォトダイオード１３７は、上板部１３３ｃに形成された凹部に対して装着される。上板部１３３ｃは、サーボミラー１２４のミラー面に対し、鉛直方向に４５度の角度で傾いている。同様に下板部１３３ｄは、サーボミラー１２４のミラー面に対し、鉛直方向に４５度の角度で傾いている。
As shown in FIG. 13A, the
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の構成におけるサーボミラー１２４と半導体レーザ１３５とＰＳＤ１３６、高速フォトダイオード１３７の位置関係を示す図である。
FIG. 13B is a diagram showing a positional relationship among the
図１３（ｂ）に示す如く、半導体レーザ１３５は、中立位置において、サーボ光がスキャンミラー１５０の背面のミラー面に対し鉛直方向において４５度の入射角で入射するよう配置されている。また、ＰＳＤ１３６が、中立位置において、法線が、スキャンミラー１５０の背面のミラー面に対し鉛直方向において４５度傾くよう配置されている。中立位置において、半導体レーザ１３５から出射されるサーボ光は、サーボミラー１２４のミラー面によって反射され、ＰＳＤ１３６に垂直に入射する。また、走査用レーザ光源２０１は、光軸が半導体レーザ１３５の光軸に平行となるように配置される。したがって、サーボ光は、スキャンミラー１５０のミラー面に対し鉛直方向において４５度の入射角で入射する。上記実施の形態と同様、走査用レーザ光とサーボ光は、中立位置において、それぞれスキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の中心に入射する。なお、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０の位置関係は、上記実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 13B, the
この変更例では、中立位置において、スキャンミラー１５０で反射された走査用レーザ光が水平に進むよう、支軸１２２がベース５００上面に対して４５度傾くように、ミラーアクチュエータ１００が配置される。あるいは、上記実施の形態と同様にミラーアクチュエータ１００が配置される場合は、ベース５００が鉛直方向に４５度傾くように設置される。
In this modification, the
この変更例においても、上記実施の形態同様、目標領域において走査用レーザ光を水平に走査されたときのサーボ光の照射軌道が線形性を有する。したがって、上記実施の形態と同様の効果が得ることができる。 Also in this modified example, the servo light irradiation trajectory when the scanning laser light is scanned horizontally in the target region has linearity as in the above embodiment. Therefore, the same effect as the above embodiment can be obtained.
また、上記実施の形態では、サーボ光の反射に支軸１２２と軸対称に配置したサーボミラー１２４を利用したが、スキャンミラー１５０の背面をミラー面とし、このミラー面を
利用するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
図１４（ａ）は、サーボ光の反射にサーボミラー１２４を利用せず、スキャンミラー１５０の背面のミラー面を利用する場合のマグネットユニット１３０の斜視図である。
FIG. 14A is a perspective view of the
図１４（ａ）に示す如く、マグネットユニット１３０は、チルトマグネットフレーム１３１の背面からスキャンミラー１５０の背面付近まで突出した２つの腕部１３５ｂ、１３６ｂを有する。図４（ｂ）のようにミラーアクチュエータ１００が組み立てられると、腕部１３５ｂ、１３６ｂに延設された鍔状の壁部１３５ｃ、１３６ｃが、スキャンミラー１５０の背面に対面する。中立位置において、壁部１３５ｃは、スキャンミラー１５０の背面に対し、水平方向に４５度の角度で傾いている。同様に、中立位置において、壁部１３６ｃは、スキャンミラー１５０の背面に対し、水平方向に４５度の角度で傾いている。また、腕部１３５ｂ、１３６ｂは、チルトマグネットフレーム１３１に２つのネジ１３５ｄ、１３６ｄにて装着されている。半導体レーザ１３５は、壁部１３５ｃに装着され、ＰＳＤ１３６と、高速フォトダイオード１３７は、壁部１３６ｃに装着される。
As shown in FIG. 14A, the
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の構成におけるスキャンミラー１５０と半導体レーザ１３５とＰＳＤ１３６、高速フォトダイオード１３７の位置関係を示す図である。
FIG. 14B is a diagram showing a positional relationship among the
図１４（ｂ）に示す如く、半導体レーザ１３５は、中立位置において、スキャンミラー１５０の背面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。また、ＰＳＤ１３６は、中立位置において、その法線がスキャンミラー１５０の背面のミラー面に対し水平方向において４５度傾くよう配置されている。中立位置において、半導体レーザ１３５から出射されるサーボ光は、スキャンミラー１５０の背面によって反射され、ＰＳＤ１３６に垂直に入射する。なお、走査用レーザ光源２０１は、上記実施の形態同様、スキャンミラー１５０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。走査用レーザ光源２０１の出射方向は半導体レーザ１３５の出射方向と逆である。上記実施の形態と同様、走査用レーザ光とサーボ光は、中立位置において、それぞれスキャンミラー１５０とサーボミラー１２４の中心に入射する。また、サーボミラー１２４とスキャンミラー１５０の位置関係についても、上記実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 14B, the
この構成によっても、上記実施の形態と同様、目標領域において走査用レーザ光を水平に走査されたときのサーボ光の照射軌道が線形性を有する。したがって、上記実施の形態と同様の効果が得られる。また、図１４の構成例では、図３の構成に比べ、サーボミラー１２４を削減できるため、部品点数の減少が見込まれる。
Also with this configuration, the irradiation trajectory of the servo light when the scanning laser light is scanned horizontally in the target area has linearity as in the above embodiment. Therefore, the same effect as the above embodiment can be obtained. Further, in the configuration example of FIG. 14, the
また、高速フォトダイオード１３７からの信号に基づいて迷光がＰＳＤ１３６に入射した期間を把握し、この期間に制御タイミングが到来すると、前回の制御タイミングにおける照射位置信号を用いてミラーアクチュエータ１００の制御を行うようにしてもよい。
Further, the period during which the stray light is incident on the
図１５は、この場合の回路構成である。この構成では、上記実施の形態に比べて、Ａ／Ｄ変換回路１６が追加されている。Ａ／Ｄ変換回路１６は、Ｉ／Ｖ変換回路３からの電圧信号をデジタル信号（デジタルモニタ信号）に変換する。
FIG. 15 shows a circuit configuration in this case. In this configuration, an A /
図１６は、マイコン１２における補間処理を示すフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing an interpolation process in the
マイコン１２は、制御タイミングＴｋになると（Ｓ２１）、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力されたデジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えたかを判定する（Ｓ２２）。デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、マイコン１２は、照射位置信
号Ｘ、Ｙを一回前の制御タイミングＴｋ−１における照射位置信号で補間する（Ｓ２３）。これにより、マイコン１２は、当該制御タイミングＴｋにおけるサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号）を、直前の制御タイミングＴｋ−１における照射位置信号に基づきＰＩＤ制御により生成し、生成したサーボ信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
At the control timing Tk (S21), the
なお、デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、マイコン１２は、Ａ／Ｄ変換回路１９、１１から入力される照射位置信号Ｘ、Ｙを取得する（Ｓ２４）。そして、取得した照射位置信号に基づき、ＰＩＤ制御により、サーボ信号を生成し、生成したサーボ信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
If the digital monitor signal does not exceed the threshold value Vsha (S22: NO), the
ステップＳ２３にて補間された照射位置信号またはステップＳ２４にて取得された照射位置信号は、当該制御タイミングＴｋにおける照射位置信号として、マイコン１２の内蔵メモリに保持される（Ｓ２５）。保持された照射位置信号は、次回の制御タイミングＴｋ＋１において、処理がステップＳ２３に進んだときに、一回前の制御タイミングの照射位置信号として用いられる。
The irradiation position signal interpolated in step S23 or the irradiation position signal acquired in step S24 is held in the built-in memory of the
この構成例によれば、上記実施の形態と同様、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する迷光の影響を回避しながら、走査用レーザ光を目標領域において適正に走査させることができる。さらに、この構成例では、高速フォトダイオード１３７の受光量が大きくなって、ノイズキャンセル回路２によってグランドレベルの信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に供給されたような場合にも、一回前の制御タイミングにおける照射位置信号を用いて制御がおこなわれるため、安定した制御動作を実現することができる。
According to this configuration example, the scanning laser light can be appropriately scanned in the target area while avoiding the influence of stray light on the I / V conversion circuits 4 to 7 as in the above embodiment. Further, in this configuration example, the amount of light received by the high-
また、この構成例では、走査レーザ光の発光タイミングに拘わらず、高速フォトダイオード１３７からの出力信号が大きくなったことによって補間が行われるため、走査用レーザ光以外が原因の迷光によっても、照射位置信号の補間を行うことができる。また、
なお、この構成例では、マイコン１２とは別に、アナログの位置信号生成回路８が配置されたが、位置信号生成回路８を省略し、マイコン１２が、上記処理の他、照射位置信号の生成を行うようにしてもよい。この場合、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の後段にそれぞれＡ／Ｄ変換回路が配置され、これらＡ／Ｄ変換回路からの出力値（Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２出力のデジタル値）が、マイコン１２に入力される。また、図１６のフローチャートにおいて、ステップＳ２４が、照射位置信号Ｘ、Ｙの生成処理に変更される。すなわち、デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、マイコン１２は、Ａ／Ｄ変換回路からの出力値（Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２出力のデジタル値）から照射位置信号Ｘ、Ｙを生成し（Ｓ２４）、生成した照射位置信号に基づき、ＰＩＤ制御により、サーボ信号を生成する。
Further, in this configuration example, since the output signal from the high-
In this configuration example, the analog position
なお、図９の構成においても、マイコン１２が照射位置信号の生成を行うように変更可能である。また、アナログ回路に対する迷光の影響が小さい場合は、ノイズキャンセル回路２を省略しても良い。
9 can be changed so that the
また、上記実施の形態では、サーボ光の光源として半導体レーザ１３５を用いたが、これに替えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることもできる。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態では、迷光の光量の検出に高速フォトダイオード１３７を用いたが、これに替えて、フォトトランジスタを用いることもできる。
In the above embodiment, the high-
なお、上記実施の形態では、サーボ光を受光する光検出器としてＰＳＤ１３６を用いたが、これに替えて、４分割センサを用いることもできる。
In the above-described embodiment,
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。 In addition, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.
２ … ノイズキャンセル回路（遮断部）
１２ … マイコン（制御部）
１００ … ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
１２４ … サーボミラー（第２反射面、第２ミラー）
１３５ … 半導体レーザ（サーボ光源）
１３６ … ＰＳＤ（第１光検出器）
１３７ … 高速フォトダイオード（第２光検出器）
１５０ … スキャンミラー（第１反射面、第１ミラー）
２０１ … 走査用レーザ光源（レーザ光源）
2 ... Noise cancellation circuit (blocking part)
12 ... Microcomputer (control unit)
100 ... Mirror actuator (actuator)
124 ... Servo mirror (second reflecting surface, second mirror)
135… Semiconductor laser (servo light source)
136 ... PSD (first photodetector)
137 ... High-speed photodiode (second photodetector)
150 ... Scan mirror (first reflecting surface, first mirror)
201 ... Laser light source for scanning (laser light source)
Claims (6)
サーボ光を出射するサーボ光源と、
前記レーザ光が入射する平面状の第１反射面と当該第１反射面に対して平行で且つ反対側を向き前記サーボ光が入射する第２反射面とを有するとともに、前記第１反射面と前記第２反射面を互いに垂直な第１軸と第２軸の周りに一体的に回転させるアクチュエータと、
前記第２反射面により反射された前記サーボ光を受光して受光位置に応じた第１信号を出力する第１光検出器と、
前記第１光検出器に隣接して配置されるとともに受光量に応じた第２信号を出力する第２光検出器と、
前記第１信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第２信号が所定の閾値を超えると、前記第１信号に基づく前記制御部による制御を中止する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 A laser light source for emitting laser light;
A servo light source that emits servo light;
A planar first reflecting surface on which the laser light is incident and a second reflecting surface parallel to the first reflecting surface and facing the opposite side and on which the servo light is incident; and the first reflecting surface; An actuator for integrally rotating the second reflecting surface around a first axis and a second axis perpendicular to each other;
A first photodetector that receives the servo light reflected by the second reflecting surface and outputs a first signal corresponding to a light receiving position;
A second photodetector arranged adjacent to the first photodetector and outputting a second signal according to the amount of received light;
A controller that controls the actuator based on the first signal,
When the second signal exceeds a predetermined threshold, the control unit stops the control by the control unit based on the first signal.
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記制御部は、前記第２信号が前記閾値を超えると、前記第１信号を遮断する遮断部を有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 The beam irradiation apparatus according to claim 1,
The control unit includes a blocking unit that blocks the first signal when the second signal exceeds the threshold.
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記制御部は、前記第２信号が前記閾値を超えると、前記第２信号が前記閾値を超える前の前記第１信号に基づいて、前記アクチュエータを制御する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 The beam irradiation apparatus according to claim 1 or 2,
When the second signal exceeds the threshold, the control unit controls the actuator based on the first signal before the second signal exceeds the threshold.
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記レーザ光と前記サーボ光は、前記第１反射面と前記第２反射面にそれぞれ入射する際の入射方向が互いに平行で且つ逆向きとなるように、前記第１反射面と前記第２反射面に入射する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In the beam irradiation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
The laser light and the servo light are incident on the first reflecting surface and the second reflecting surface so that the incident directions are parallel and opposite to each other. Incident on the surface,
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記アクチュエータは、前記第１反射面を有する第１ミラーと前記第２反射面を有する第２ミラーとを備え、前記第１ミラーと前記第２ミラーは、前記第１軸と前記第２軸の少なくとも一方に対して対称な位置に配置されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In the beam irradiation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 4,
The actuator includes a first mirror having the first reflecting surface and a second mirror having the second reflecting surface, and the first mirror and the second mirror have the first axis and the second axis. Arranged at a position symmetrical with respect to at least one,
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記第１反射面と前記第２反射面がそれぞれ中立位置にあるとき、前記第１反射面に対する前記レーザ光の入射位置と前記第２反射面に対する前記サーボ光の入射位置が、前記第１の反射面と前記第２の反射面に垂直な方向に並ぶ、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In the beam irradiation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 4,
When the first reflective surface and the second reflective surface are in neutral positions, the incident position of the laser light with respect to the first reflective surface and the incident position of the servo light with respect to the second reflective surface are the first Lined up in a direction perpendicular to the reflective surface and the second reflective surface,
A beam irradiation apparatus characterized by that.
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-
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