JP4151358B2 - 光走査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光などの平行ビーム光を走査する光走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平８−３０５７８８号公報
従来からレーザ光を走査して使用するレーザ装置として、バーコードシンボルをレーザ光で走査し読み取りを行うバーコード読取装置や、レーザレーダが知られている。
このような装置は、レーザ光を出射するレーザ光出力部、該レーザ光を反射し一定の走査角度範囲内にレーザ光を走査する鏡、該鏡を駆動する駆動部などからなるレーザ光走査部と、反射光を受光し電気信号に変換し反射光の情報または反射までの時間差などを処理する情報処理部とで構成されるのが一般的である。
【０００３】
ところで、回動する反射鏡により走査されたレーザ光を、再度凸面鏡に反射させることにより、レーザ光の走査角度範囲を拡大すると同時に、レーザ光走査部を小型化できるバーコード読み取り装置が知られている（例えば、特開平８−３０５７８８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザ光走査装置では、平行光線であるレーザ光を凸面鏡で反射させているので、レーザ光線が広がり平行光線でなくなる。したがって、このレーザ光走査装置を例えば車載レーザレーダに使用すると、自車両前方１００ｍ先の物体に対しては、十分な照射エネルギー密度を確保できないことから、距離測定性能の低下、さらにはレーザ光の反射率が低い物体に対しては、距離測定が不能となってしまう。このように上記従来の光走査装置では、レーザレーダ装置としての性能を著しく損なってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するために、走査角増大用の反射鏡から反射して射出される光がほぼ平行ビームになるような光走査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、発光手段と、該発光手段から出射された光を偏向させて走査する光走査手段と、該光走査手段によって走査された光の走査角を増大させる走査角増大手段と、前記光走査手段および走査角増大手段を経て物体へ照射される光を平行に成形するビーム成形手段とを備え、ビーム成形手段が、発光手段と光走査手段の間に設けたレンズを有し、光走査手段の走査周期に同期してレンズの発光手段からの距離を制御し、走査角増大手段による走査角増大に伴う光の拡散度合いに対応して、レンズにより発光手段から出射された光を絞って、平行ビームとする構成の光走査装置とした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明により、走査角を増大させる走査角増大手段を使用しているにもかかわらず、走査角増大手段から出力されるビーム光は常に平行に成形されたものであり、遠方の物体までの距離計測が、大きな走査角方位に対しても可能である。その結果、本発明を例えばレーザレーダに用いた場合、大走査角のレーザレーダの性能およびそれを適用したレーザレーダによる制御、警報システムの信頼性が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は本発明をレーザレーダ装置に適用した第１の実施例の構成を示す。
本実施例のレーザレーダ装置は、大きくはレーザ光を発光してビーム状に成形し、所定の角度範囲に対しレーザービーム光を走査する光走査装置９と、反射レーザ光を検知し、信号変換するフォトディテクタ３１および受光回路３２、および距離演算およびシステム全体を制御する中央制御部１から構成される。
光走査装置９は、走査制御部２、レーザダイオード（以後レーザダイオードをＬＤと略称する）駆動回路３、ＬＤ４、水平コリメータ５、垂直コリメータ６、スキャナ７、凸面鏡８から構成される。
【０００９】
以下さらに詳細に各部の機能と構成を説明する。
レーザレーダ装置の全体制御を行う中央制御部１は、走査制御部２および受光回路３２と接続している。中央制御部１は走査制御部２によるレーザ光の発光とスキャナ７による走査の全体制御を行い、走査制御部２からレーザ光発光のタイミング信号Ｓ１とスキャナ７のスキャナ振れ角度信号Ｓ５を受ける。
物体３０に照射された照射レーザビーム光３３は、一部の光が反射して反射レーザ光３４となり、それをフォトディテクタ３１で受光し、電気信号に変換して受光回路３２に送出する。受光回路３２はその電気信号を受光パルス信号Ｓ６に成形して、中央制御部１に送出する。
【００１０】
中央制御部１は走査制御部２からのＬＤ４発光のタイミング信号Ｓ１から受光パルス信号Ｓ６までの時間差から物体３０までの距離を演算するとともに、スキャナ７のスキャナ触れ角度信号Ｓ５をもとに、物体３０の存在する方向を検出する。
なお、照射レーザビーム光３３の走査方位角度とスキャナ触れ角度信号Ｓ５は、１対１に対応した相関関係があり、中央制御部１で、スキャナ触れ角度から照射レーザビーム光３３の走査方位角に換算する。
【００１１】
走査制御部２はＬＤ駆動回路３、水平コリメータ５およびスキャナ７と接続し、レーザ光の発光制御、スキャナ７の振れ角度と同期した水平方向のレーザ光のビーム成形制御およびスキャナ７の振れ角度制御を行う。ＬＤ駆動回路３は走査制御部２から所定のタイミング毎に発光指令を受け、そのタイミングでＬＤ４を発光させる、つまりレーザ光を出射させる。
【００１２】
水平コリメータ５は、水平コリメートレンズ１１、水平コリメートレンズ駆動アクチュエータ１２と水平コリメータアクチュエータ変位検出器１３とから構成される。
電磁コイルにより構成される水平コリメートレンズ駆動アクチュエータ１２は、走査制御部２から水平コリメータアクチュエータ駆動信号Ｓ２を受け、水平コリメートレンズ１１を、図１の矢印Ａの方向に直線移動することにより、ＬＤ４から出射されたレーザ光の水平面内の絞り度合いを調整することができるように構成されている。
水平コリメートレンズ１１の基準位置Ｄ０からの距離は水平コリメータアクチュエータ変位検出器１３により検出され、水平コリメートレンズ位置信号Ｓ３として、走査制御部２に入力される。
【００１３】
走査制御部２は、水平コリメートレンズ位置信号Ｓ３信号を用いて水平コリメートレンズ位置のサーボフィードバック制御を行うため、スキャナ７の次の時間ステップの振れ角度に対応する水平コリメートレンズの位置を算出し、水平コリメートレンズ位置を所望の位置になるよう水平コリメータアクチュエータ駆動信号Ｓ２を水平コリメータ駆動アクチュエータ１２に送出する。この結果、水平コリメータ５を通過したレーザビームは所望の絞り度合いに制御される。
【００１４】
水平コリメータ５を通過したレーザビーム光は垂直コリメータ６の垂直コリメートレンズ２２を通過して垂直方向のビーム成形がなされる。
この結果、ＬＤ４から出射されたレーザ光は所定の広がり角を有するレーザ光であるが、水平コリメータ５、垂直コリメータ６を通過することによってレーザ光が絞られ、ほぼ平行なレーザビーム光に成形される。
【００１５】
このレーザビーム光は走査のため回動振動するスキャナ７のスキャナミラー部１５で偏向反射され、凸面鏡８に入射する。
スキャナ７は平面状の反射面のスキャナミラー部１５、スキャナアクチュエータ１６、スキャナ角度検出器１７から構成される。走査制御部２からのスキャナアクチュエータ駆動信号Ｓ４によりスキャナアクチュエータ１６はスキャナミラー部１５を駆動し、その振れ角度はスキャナ角度検出器１７により検出され、スキャナ振れ角度信号Ｓ５として、走査制御部２に入力される。
【００１６】
走査制御部２は、スキャナ振れ角度信号Ｓ５を用いてスキャナの振れ角度のサーボフィードバック制御を行うため、内部で時間ステップ毎のスキャナ振れ角度を算出し、振れ角度を所望の振れ角度になるようスキャナアクチュエータ駆動信号Ｓ４としてスキャナアクチュエータ１６に送出し、スキャナミラー部１５を回動振動駆動する。この結果、スキャナミラー部１５は、レーザビーム発光タイミングと同期した所望の振れ角度に制御される。
【００１７】
凸面鏡８に入射したレーザビーム光は更に走査角度を増大するように偏向反射される。このときレーザビーム光の水平方向の広がり角は増大するが、本実施例の作用の説明で後述するようにレーザビーム光は平行ビームに成形され物体３０に照射される。図１では、水平方向の面は、照射レーザビーム３３の矢印に平行で紙面に垂直な平面に対応している。
図２は本実施例の凸面鏡８の斜視図であり、スキャナ７に対向した面にミラー部２３が設けられている。図１では図２のＢ矢視の側面形状で示されている。
【００１８】
本実施例の作用を図３から図６にしたがって説明する。
図３はスキャナミラー部１５の振れ角度と水平コリメートレンズ１１の位置を示す。
図３の（ａ）は横軸が時間Ｔで縦軸がスキャナの振れ角度θである。スキャナミラー部１５の振れ角度の変化はＴ＝ｔ０で振れ角度θ０（＝０°）で、反時計回りに回転しＴ＝ｔ１で反時計回り最大の−θ１、この後時計回りに逆転しＴ＝ｔ２でθ０、Ｔ＝ｔ３で時計回り最大の＋θ１、その後反時計周りに逆転しＴ＝ｔ４でθ０となるｓｉｎ（Ｔ）の関数である。
【００１９】
図３の（ｂ）は横軸が時間Ｔで縦軸が水平コリメートレンズ１１の基準位置Ｄ０からの距離で示すレンズ位置である。水平コリメートレンズ１１の位置はスキャナミラー部１５の振れ角度に同期して変化し、水平コリメートレンズ１１の焦点距離に対応するＤ０より大きいＤ１からＤ２の間で、振れ角度がθ０の時最小のＤ１に、振れ角度が±θ１で最大のＤ２と変化する。
【００２０】
図４の（ａ）は、図３に示す時刻Ｔ＝ｔ０またはｔ２における水平コリメートレンズ１１の位置とスキャナ振れ角度θ０に対応するレーザビーム光の水平方向のビーム成形の制御要領を示している。図４の（ｂ）は図４の（ａ）におけるＡ部の拡大図である。
この時刻においては、ＬＤ４のレーザ光出射光軸Ｏを含む垂直面とスキャナミラー部１５の成す角度は直角であり、水平方向に左右いずれにもレーザビーム光を偏向していない。この時のスキャナミラー部１５の角度位置を振れ角度基準点θ０とし、レーザビーム光を右に偏向するように回転軸Ｏｓを中心にして反時計回りにスキャナミラー部１５を回動振動させた場合はスキャナ振れ角度は負、レーザビーム光を左に偏向するように時計回りにスキャナミラー部１５を回動振動させた場合はスキャナ振れ角度は正とする。
【００２１】
ＬＤ４の先端部のＬＤ発光部２０から出射されたレーザ光は所定の広がり角を持って水平コリメートレンズ１１に入る。水平コリメートレンズ１１は入力端面２１が平面で出力端面が凸曲面の平板状のレンズで、水平方向のビーム成形機能を有するだけで、垂直方向のビーム成形機能は持たない。図４の（ａ）において、水平コリメートレンズ１１の入力端面２１がＤ０の位置にある場合、ＬＤ４から出射されたレーザ光は水平コリメートレンズ１１通過後水平方向に対して平行になるように絞られた光線となる。つまり、ＬＤ発光部２０とＤ０の距離が焦点距離に対応する。その後レーザビーム光は焦点距離の位置に配された垂直コリメータ６の垂直コリメートレンズ２２を通過することによって垂直方向に対する広がり角を平行ビームに成形され、光軸を中心に所定の狭い幅をもった平行なビーム光に成形される。
【００２２】
これに対し、本実施例ではスキャナミラー部１５の振れ角度がθ０（＝０°）の時、水平コリメートレンズ１１は、ＬＤ発光部２０からの距離が焦点距離よりもやや大きいＤ１の位置に設定される。このため、ＬＤ発光部２０から出射されたレーザ光は、水平コリメートレンズ１１のレンズ入力端面２１のａ領域に入射し、平行ビームよりはやや絞られたビームに成形され、垂直方向には垂直コリメートレンズ２２によって平行ビームに成形され、スキャナミラー部１５に入射する。レーザ光はスキャナミラー部１５にａ領域より狭いｂ領域に入射し、凸面鏡８の反射面２３に向けて反射する。
レーザ光は凸面鏡８の反射面２３のｂ領域より狭いｃ領域に入射し、この反射面２３が凸形状であるので水平方向の絞り過ぎが打ち消され、幅ｄで示すほぼ平行なビームとなり、ＬＤ４の出射光の光軸Ｏを含む垂直面と照射レーザビーム光３３の光軸を含む垂直平面が成す角が０°で物体３０に向けて照射される。
【００２３】
スキャナミラー部１５の反射面は平面であり、凸面鏡８の反射面２３も図２に示すように水平方向に曲率の変化する曲面柱の一部側面であるので、これら２つの反射鏡は垂直コリメートレンズ２２で垂直方向に平行に成形されたレーザビーム光の広がり角には影響を与えない。
ここで、凸面鏡８の反射面２３のｃ領域の曲率、または図４の（ｂ）に示す反射面２３の法線を含む垂直面Ｐ（以後法面Ｐと呼ぶ）とＬＤ４の出射光の光軸Ｏを含む垂直面とのなす角α（以後「凸面鏡８の入射点法面ＰとＬＤ４の光軸との成す角α」と称する）と、水平コリメートレンズ１１の位置Ｄ１は、スキャナミラー部１５の振れ角度が０°の時、反射面２３から反射するレーザビーム光が水平方向に平行ビームに成形されるように所定の幾何学式に応じて調整してある。
【００２４】
図５は、図３に示す時刻Ｔ＝ｔ１における水平コリメートレンズ１１の位置とスキャナ振れ角度−θ１に対応するレーザビーム光の水平方向のビーム成形の制御要領を示している。
時刻Ｔ＝ｔ１では、回転軸Ｏｓを中心にスキャナミラー部１５が反時計回りに最大の振れ角度−θ１となった場合である。水平コリメートレンズ１１のレンズ入力端面２１の位置はＬＤ発光部２０からの距離がＤ１よりさらに遠いＤ２の位置に設定される。この結果、水平コリメートレンズ１１から出力されるレーザビーム光は水平コリメートレンズ１１がＤ１の位置にあった場合よりもさらに水平方向に強く絞られている。この後垂直コリメートレンズ２２を通過して、垂直方向に対しては平行ビームに成形されて、スキャナミラー部１５に入射する。
【００２５】
レーザビーム光はスキャナミラー部１５のｂ’領域に入射し、反射されて凸面鏡８の反射面２３のｃ’領域に入射する。反射面２３のｃ’領域で、レーザビーム光は、ＬＤ４の出力光の光軸を含む垂直平面に対して右側に走査角βで略平行ビームとして照射される。
ここで、凸面鏡８の反射面２３のｃ’領域の曲率または凸面鏡８の入射点法面Ｐ’とＬＤ４の光軸との成す角αと、水平コリメートレンズ１１の位置Ｄ２は、スキャナミラー部の振れ角度が−θ１度の時、水平方向に絞ったレーザ光ビームが、反射面２３で反射する時にレーザビーム光が水平方向に平行なビームに成形されるように所定の幾何学式に応じて調整してある。
【００２６】
図６は、図３に示す時刻Ｔ＝ｔ３における水平コリメートレンズ１１の位置とスキャナ振れ角度＋θ１に対応するレーザビーム光の水平方向のビーム成形の制御要領を示している。
時刻Ｔ＝ｔ３では、回転軸Ｏｓを中心にスキャナミラー部１５が時計回りに最大の振れ角度＋θ１となった場合である。この場合は図５に示した場合の左右反転したレーザ光の経路となる。
つまり、水平コリメートレンズ１１のレンズ入力端面２１の位置はＬＤ発光部２０からの距離がＤ１よりさらに遠いＤ２の位置に設定される。この結果、水平コリメートレンズ１１から出力されるレーザビーム光は水平コリメートレンズ１１がＤ１の位置にあった場合よりもさらに水平方向に強く絞られている。この後垂直コリメートレンズ２２を通過して、垂直方向に対しては平行なビームに成形されて、スキャナミラー部１５に入射する。
【００２７】
レーザビーム光はスキャナミラー部１５のｂ”領域に入射し、反射されて凸面鏡８の反射面２３のｃ”領域に入射する。反射面２３のｃ”領域で、レーザビーム光は、ＬＤ４の出射光の光軸を含む垂直面に対して左側に走査角βで略平行ビームとして照射される。
ここで、凸面鏡８の反射面２３のｃ”領域の曲率または凸面鏡８の入射点法面Ｐ”とＬＤ４の光軸との成す角αと、水平コリメートレンズ１１の位置Ｄ２は、スキャナミラー部の振れ角度が＋θ１の時、水平方向に絞ったレーザ光ビームが、反射面２３で反射する時にレーザビーム光が水平方向に平行なビームに成形されるように所定の幾何学式に応じて調整してある。
【００２８】
本実施例におけるＬＤ４は本発明における発光手段を、走査制御部２に制御されたスキャナ７は光走査手段を、凸面鏡８は走査角増大手段を、垂直コリメータ６と走査制御部２に制御された水平コリメータ５はビーム成形手段を構成する。
【００２９】
本実施の形態は以上のように構成され、走査角を増大する凸面鏡を使用しているにもかかわらず、凸面鏡で反射され物体に照射されるレーザビーム光は常に平行に成形されたものであり、遠方の物体までの距離計測が、大きな走査角方位に対しても可能である。その結果、大走査角のレーザレーダの性能およびそれを適用したレーザレーダによる制御、警報システムの信頼性が向上する。
【００３０】
また、凸面鏡の走査角増大作用によりレーザビームの大きな走査角が得られることから、光走査手段であるスキャナは小さい振れ角度範囲の動作ですむ。また、スキャナの回動振動の角速度は小さくでき、スキャナの構造部材に対する曲げ応力、ねじれ応力および駆動部にかかる力が小さくなる。
その結果スキャナの構造部材および駆動部の耐久性が向上するというメリットがある。また、曲げ応力ねじれ応力が小さくなることからスキャナは汎用的な材質、構造を用いることができ、製造コストが低減できる。
【００３１】
動的機構でない簡単な構造でかつ設計および製造が容易な凸面鏡８を使用し、レーザビーム光の走査角を増大させているので、低コストのレーザレーダが製造可能となる。さらに、水平コリメータの駆動用に電磁駆動アクチュエータを使用しているので、汎用的な製造装置を用いて製造が可能であり、体積あたりの発生可能な力が大きいことから、アクチュエータの小型化が容易であり、その結果光走査装置全体の小型化が可能となる。
【００３２】
本実施例において、スキャナミラー部１５の振れ角度は、図３の（ａ）から分かるようにスキャナ振れ角度θが０°の前後で角速度が最大になり、スキャナ振れ角度θの絶対値が最大値θ１に近づくと角速度がｃｏｓ関数的に小さくなる。
レーザビーム光が入射する凸面鏡８の入射点法面ＰとＬＤ４の光軸との成す角αは、角度θの絶対値が大きくなると大きくなり、レーザビーム光の照射方位角βをより拡大する様に構成されているので、上記のようにスキャナ振れ角度θの絶対値が最大値θ１に近づくと角速度がｃｏｓ関数的に小さくなる傾向を補正できる。
ここで、スキャナミラー部１５の振れ角度に対応した、凸面鏡８の反射面２３の部位の曲率を、照射レーザビーム光の走査方位の変化角速度（以後走査角速度と称する）が一定になるように設定してもよい。
【００３３】
その結果、本実施例の効果に加えて、スキャナ７を図３の（ａ）のように回動振動し、ＬＤ４を一定周期で発光させた場合も、レーザビーム光の走査角範囲内で一定の走査角速度でレーザビームパルスを照射でき、走査方位変化に対して均一なレーザレーダ反射信号を得ることができる。
【００３４】
次に第２の実施例を説明する。
図７は本発明をレーザレーダ装置に適用した第２の実施例の構成を示す。第１の実施例における構成と異なる点は、凸面鏡８の代わりに平面反射鏡１０を配置し、平面反射鏡１０で反射されたレーザビーム光をさらに非球面レンズ１８を通過させ、物体３０に照射する構成とした点である。
【００３５】
図８は本実施例の板状の非球面レンズ１８の斜視図であり、平面反射鏡１０に対向した入力端面２４は平面形状であり、レーザビーム光が出力する出力端面２５は水平方向に凹曲面をしている。図７では非球面レンズ１８は図８のＣ矢視の側面形状で示されている。なお、この非球面レンズ１８はレーザレーダのレーザビーム光照射窓として装置のケースの一部として取り付ける。
【００３６】
本実施例の作用を図９、図１０にしたがって説明する。
図９はスキャナミラー部１５の振れ角度と水平コリメートレンズ１１の位置を示す。
スキャナ振れ角度０°における水平コリメートレンズ１１の位置Ｄ１’が第１の実施例におけるＤ１よりＤ０に近く、水平コリメートレンズ１１を通過した後のレーザビーム光の水平方向の絞り度合いが第１の実施例の場合より弱く設定されている。
他の構成は第１の実施例と同じである。
【００３７】
ＬＤ駆動回路３は走査制御部２から所定のタイミング毎にＬＤ４の発光指令を受け、そのタイミングでＬＤ４を発光させる。ＬＤ４から出射された所定の広がり角を有するレーザ光は水平コリメートレンズ１１、垂直コリメートレンズ２２により水平方向および垂直方向にレーザ光を絞り略平行なビームに成形される。
このレーザビーム光はスキャナミラー部１５に入射し、スキャナの走査により水平方向にレーザビーム光を偏向反射される。このレーザビーム光は平面反射鏡１０で全反射された後、非球面レンズ１８の入力端面２４に入射する。
【００３８】
レーザビーム光は、Ｔ＝ｔ０、またはｔ２の時、図１０に示すように非球面レンズ１８の光軸中心Ａを矢印ａで示した経路で通過する。この時レーザビーム光の広がり角が凹レンズ効果により若干水平方向に拡大するので、入射前に水平コリメートレンズ１１でやや絞り込んだ状態にするため水平コリメートレンズ位置をＤ１’位置に設定している。この結果、非球面レンズ１８の出力レーザビーム光は水平方向に平行なビームに成形される。
【００３９】
図１０に示すように平面鏡１０で反射されたレーザビーム光は、Ｔ＝ｔ１の時非球面レンズ１８の右側の端部領域Ｂを矢印ｂで示した経路で、Ｔ＝ｔ３の時非球面レンズ１８の左側の端部領域Ｃを矢印ｃで示した経路で、屈折によりビーム方向が偏向され通過する。この時ビームの広がり角が凹レンズ効果により入射ビームのそれから相当の広がり角に拡大されるので、入射前に水平コリメートレンズ１１で第１の実施例と同様に入射ビームを絞り込んだ状態にするため水平コリメートレンズ位置をＤ２’位置（図９参照）に設定している。この結果、非球面レンズ１８の出力レーザビーム光は水平方向に平行なビームに成形される。
【００４０】
ここで、スキャナ振れ角度に対応する非球面レンズ１８の出力端面２５の、それぞれの領域の曲率、例えばＡの領域の曲率と水平コリメートレンズ１１の位置Ｄ１’、Ｂ、Ｃの領域の曲率と水平コリメートレンズ１１の位置Ｄ２’は、スキャナミラー部１５の振れ角度がそれぞれθ０度または−θ１、＋θ１度の時、非球面レンズ１８の出力端面２５から出る時にレーザビーム光が水平方向に平行に成形されるように所定の幾何学式に応じて調整してある。
【００４１】
本実施例におけるＬＤ４は本発明における発光手段を、走査制御部２により制御されたスキャナ７は光走査手段を、非球面レンズ１８は走査角増大手段を、垂直コリメータ６と走査制御部２により制御された水平コリメータ５とはビーム成形手段を構成する。
【００４２】
本実施の形態は以上のように構成され、走査角を増大する凹レンズ状の非球面レンズを使用しているにもかかわらず、非球面レンズを通過したレーザビーム光は常に平行なビーム光に成形されたものであり、遠方の物体までの距離計測が、大きな走査角方位に対しても可能である。その結果、大走査角のレーザレーダの性能およびそれを適用したレーザレーダによる制御、警報システムの信頼性が向上する。
【００４３】
また、非球面レンズの走査角増大作用によりレーザビームの大きな走査角が得られることから、光走査手段であるスキャナは小さい振れ角度範囲の動作ですむ。また、スキャナの回動振動の角速度は小さくでき、スキャナの構造部材に対する曲げ応力、ねじれ応力および駆動部にかかる力が小さくなる。
その結果スキャナの構造部材および駆動部の耐久性が向上するというメリットがある。また、曲げ応力ねじれ応力が小さくなることから汎用的な材質、構造を用いたスキャナとすることで製造コストの低減にも役立つ。
【００４４】
動的機構でない簡単な構造で、かつ設計および製造が容易な非球面レンズを使用し、レーザビーム光の走査角を増大させているので、低コストのレーザレーダが製造可能となる。また、レーザレーダのビーム光照射窓部材として非球面レンズを配置できる所から、新たな窓部材が必要なく、美観上好ましく、窓部材を別個配する場合に比べて部品点数が減ることから、コスト低減が可能である。
さらに、水平コリメータの駆動用に電磁駆動アクチュエータを使用しているので、汎用的な製造装置を用いて製造が可能であり、体積あたりの発生可能な力が大きいことから、アクチュエータの小型化が容易であり、その結果光走査装置全体の小型化が可能となる。
【００４５】
第２の実施例において、スキャナミラー部１５の振れ角度は、図９の（ａ）から分かるようにスキャナ振れ角度θが０°の前後で角速度が最大になり、スキャナ振れ角度θの絶対値が最大値θ１に近づくと角速度がｃｏｓ関数的に小さくなる。
レーザビーム光が非球面レンズ１８に入射し出力する出力端面２５の出力位置の曲面の傾きは、角度θの絶対値が大きくなると大きくなり、レーザビーム光の照射方位角をより拡大する様に構成されているので、上記のようにスキャナ振れ角度θの絶対値が最大値θ１に近づくと角速度がｃｏｓ関数的に小さくなる傾向を補正できる。
ここで、非球面レンズ１８スキャナミラー部１５の振れ角度に対応したレーザビーム光出力部位の出力端面２５の曲率を、走査角速度が一定になるように設定してもよい。
【００４６】
その結果、第２の実施例の効果に加えて、スキャナ７を図９の（ａ）のように回動振動し、ＬＤ４を一定周期で発光させた場合も、レーザビーム光の走査角範囲内で一定の走査角速度でレーザビームパルスを照射でき、走査角方位の変化に対して均一なレーザレーダ反射信号をることができる。
【００４７】
第１および第２の実施例において、水平コリメートレンズ駆動アクチュエータ１２は電磁コイルによる駆動方式としたが、電磁駆動方式に限定するものではない。例えば、圧電素子の電歪効果を利用した圧電駆動方式でもよい。
圧電駆動方式の場合、コイルによる電磁駆動の場合に発生する電磁誘導ノイズが発生しにくいことから、特に受光パルス信号Ｓ６と信号周波数帯が重なる水平コリメートレンズ位置信号Ｓ３などの信号に悪影響を与えないため、安定したレーザレーダ装置が得られる。
【００４８】
またさらに水平コリメートレンズ駆動アクチュエータ１２の駆動方式として、静電駆動方式でもよい。対向する電極間のクーロン力を用いる静電駆動は、その性質から、電極板２枚のみの機構部品で構成できるため、機構が簡素化でき、その結果機構の小型化、低コスト化が可能となる。
【００４９】
ここで示した第１および第２の実施例では、ビーム成形制御方法として発光手段であるＬＤとビーム成形手段である水平コリメータのレンズの距離を変えたが、例えば水平コリメータのレンズをプラスチックなどの可撓性の材質としその曲率を変えることによってビーム光の絞込みを変えてもよい。
【００５０】
ここで示した第１および第２の実施例では、ビーム光の走査手段であるスキャナは平面鏡の回動振動によるものとしたがそれに限定されるものではなく、回転するポリゴンミラーとしてもよい。
【００５１】
また、本発明はレーザビーム光を水平方向に走査する例で説明したが、それに限定されるものではなく、垂直方向に走査する場合にも適用できる。また、第１実施例のＬＤ４、水平コリメータ５、垂直コリメータ６、スキャナ７、凸面鏡８を一つのプラットホームに載せて、プラットホーム全体を垂直に走査制御することによりレーザビームの垂直、水平両方の走査をすることもできる。
【００５２】
さらに、本発明をレーザレーダに適用した例で説明したが、レーザレーダに限定されるものではなく、大きな走査角で平行ビーム光を走査する必要のあるレーザプリンタ、バーコード読み取り装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】走査角拡大用の凸面鏡を示す図である。
【図３】スキャナの振れ角度と水平コリメータの制御を説明する図である。
【図４】スキャナ振れ角度θ０時の作用を説明する図である。
【図５】スキャナ振れ角度−θ１時の作用を説明する図である。
【図６】スキャナ振れ角度θ１時の作用を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図８】走査角拡大用の非球面レンズを示す図である。
【図９】スキャナの振れ角度と水平コリメータの制御を説明する図である。
【図１０】非球面レンズの作用を説明する図である。
【符号の説明】
１ 中央制御部
２ 走査制御部
３ レーザダイオード駆動回路（ＬＤ駆動回路）
４ レーザダイオード（ＬＤ）
５ 水平コリメータ
６ 垂直コリメータ
７ スキャナ
８ 凸面鏡
９ 光走査装置
１０ 平面反射鏡
１１ 水平コリメートレンズ
１２ 水平コリメートレンズ駆動アクチュエータ
１３ 水平コリメータアクチュエータ変位検出器
１５ スキャナミラー部
１６ スキャナアクチュエータ
１７ スキャナ角度検出器
１８ 非球面レンズ
２０ ＬＤ発光部
２１ レンズ入力端面
２２ 垂直コリメートレンズ
２３ 反射面
２４ 入力端面
２５ 出力端面
３０ 物体
３１ フォトディテクタ
３２ 受光回路
３３ 照射レーザビーム光
３４ 反射レーザ光
Ｓ１ タイミング信号
Ｓ２ 水平コリメータアクチュエータ駆動信号
Ｓ３ 水平コリメートレンズ位置信号
Ｓ４ スキャナアクチュエータ駆動信号
Ｓ５ スキャナ振れ角度信号
Ｓ６ 受光パルス信号

Claims (8)

1. 発光手段と、
   該発光手段から出射された光を偏向させて走査する光走査手段と、
   該光走査手段によって走査された光の走査角を増大させる走査角増大手段と、
   前記光走査手段および走査角増大手段を経て物体へ照射される光を平行に成形するビーム成形手段とを備え、
   前記ビーム成形手段は、前記発光手段と光走査手段の間に設けたレンズを有し、前記光走査手段の走査周期に同期して前記レンズの前記発光手段からの距離を制御し、前記走査角増大手段による走査角増大に伴う光の拡散度合いに対応して、前記レンズにより前記発光手段から出射された光を絞って、平行ビームとすることを特徴とする光走査装置。
2. 前記レンズが水平コリメートレンズおよび垂直コリメートレンズからなり、前記ビーム成形手段は、前記光走査手段の走査方向に対応するいずれかのコリメートレンズの前記発光手段からの距離を制御することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
3. 前記走査角増大手段は、前記光走査手段によって偏向された光を反射するように、前記光走査手段に対向して配置された凸面鏡であることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記走査角増大手段は、前記光走査手段によって偏向された光を凹レンズ状の非球面レンズに入射するように構成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
5. 前記光走査手段および走査角増大手段を経て出力する前記平行ビームの走査角の時間変化率が一定となるように、前記凸面鏡の反射面または非球面レンズの出力端面の曲率を設定したことを特徴とする請求項３または４に記載の光走査装置。
6. 前記ビーム成形手段は、コイルによる電磁駆動によって前記レンズを駆動し、該レンズの前記発光手段からの距離を制御する電磁駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の光走査装置。
7. 前記ビーム成形手段は、圧電素子による圧電駆動によって前記レンズを駆動し、該レンズの前記発光手段からの距離を制御する圧電駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の光走査装置。
8. 前記ビーム成形手段は、静電アクチュエータによる静電駆動によって前記レンズを駆動し、該レンズの前記発光手段からの距離を制御する静電駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の光走査装置。

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