JP4484835B2

JP4484835B2 - ビーム照射装置

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Publication number: JP4484835B2
Application number: JP2006070162A
Authority: JP
Inventors: 誉久鈴木; 均寺崎
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: US20070215787A1; US7423735B2; JP2007248171A

Description

本発明は、目標領域にビームを照射するビーム照射装置に関し、たとえば、障害物検出装置や車間検出装置等に用いて好適なものである。

近年、レーザ光を目標領域に照射して、目標領域内の障害物を検出する検出装置が家庭用乗用車等に搭載されている。かかる検出装置では、レーザ光を目標領域に照射したときの反射光の状態から、目標領域内における障害物の有無と、障害物までの距離が検出される。

ここで、目標領域に対するレーザ光の照射は、通常、検出装置内に配されたビーム照射装置によって行われる。ビーム照射装置は、レーザ光を目標領域内においてスキャンさせるための構成として、ポリゴンミラーを用いたアクチュエータや、レンズアクチュエータを備えている。

以下の特許文献１には、レンズアクチュエータによるスキャン機構が紹介されている。このスキャン機構によれば、レンズを２次元駆動することにより、レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。この場合、アクチュエータに印加される駆動電流を適宜調整することにより、目標領域内におけるレーザ光の照射位置を任意に変更することができる。したがって、レーザ光のスキャンパターンを自由に設定することができる。
特開平１１−８３９８８号公報

しかし、レンズアクチュエータを用いたスキャン機構では、経年変化等から、駆動電流とレンズシフト量（ひいてはレーザ光の照射位置）の関係に誤差が生じる惧れがある。この場合、所期の駆動電流をアクチュエータに印加しても、目標位置からずれた位置にレーザ光が照射されてしまう。

本発明は、このような問題を解消することを目的とし、簡単な構成にて円滑に、スキャン動作の適正化を図り得るビーム照射装置を提供するものである。

上記課題に鑑み本発明は、それぞれ以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、目標領域にビームを照射するビーム照射装置において、レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光を前記目標領域内にて走査させるアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を印加するアクチュエータ駆動部と、前記レーザ光の通常の走査範囲よりも外側で、且つ、前記アクチュエータによる走査限界範囲よりも内側の位置に配置された反射部と、前記反射部によって反射された前記レーザ光を受光する受光素子と、前記レーザ光を前記通常の走査範囲を超えてスキャンさせたときに前記受光素子から出力される検出信号をモニタし、この検出信号が最大となるときに前記アクチュエータに印加される前記駆動信号の大きさを検出する比較部と、前記比較部によって検出された前記駆動信号の大きさに基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部を有し、前記反射部は、前記レーザ光を第１の方向に走査させたときの第１の位置と、前記レーザ光を前記第１の方向とは逆の第２の方向に走査させたときの第２の位置にそれぞれ配置されており、前記制御部は、前記第１および第２の方向における前記通常の走査範囲の中立位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて算出することを特徴とする。

本発明によれば、第１の方向および第２の方向にレーザ光を走査させたときに比較部によってそれぞれ検出された駆動信号の大きさに基づいて、第１および第２の方向における通常の走査範囲の中立位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号の大きさ等を算出し、通常の走査範囲の中立位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号の大きさを取得することができる。

たとえば、第１の位置と第２の位置が、それぞれ、通常の走査範囲の中立位置から第１の方向および第２の方向に等しい角度Ｄの位置にある場合、第１の方向および第２の方向にレーザ光を走査させたときに比較部によってそれぞれ検出された駆動信号の大きさをＩ１、Ｉ２とすると、当該中立位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号Ｉｍは、Ｉｍ＝（Ｉ１＋Ｉ２）／２として求めることができる。また、第１および第２の方向における単位駆動信号あたりのレーザ光の変位角Δｄは、Δｄ＝２Ｄ／（Ｉ１＋Ｉ２）として求めることができる。ただし、この算出手法は、駆動信号の大きさとレーザ光の走査量が線形の関係にあるとした場合のものである。

このように、本発明によれば、比較部によってそれぞれ検出された駆動信号の大きさに基づいて、動的に、レーザ光を所期の照射位置に向けるに必要なパラメータを取得することができる。よって、アクチュエータ等に経年変化が生じても、逐次取得したパラメータに基づいてアクチュエータを駆動制御することにより、レーザ光を所期の照射位置に適正に照射することができる。

本発明は、かかる作用効果を奏するために、単に反射部を配置するとの極めてシンプルな構成が採用されている。よって、ビーム照射装置の構成の複雑化を回避ことができる。

また、本発明において、反射部は、通常の走査範囲よりも外側に配置されているため、通常のスキャン走査時には、反射部にレーザ光が入射することはない。よって、通常のスキャン走査時に、反射部からの反射光が、迷光として、目標領域からの反射光を受光する光検出器に入射することはなく、よって、本発明を採用しても、障害物の検出動作等に支障が生じることもない。

請求項２の発明は、請求項１のビーム照射装置において、前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記第１および第２の方向における前記通常の走査範囲の中立位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを算出することを特徴とする。

この発明によれば、通常の走査範囲の中立位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号の大きさを、さらに適正に取得することができる。

請求項３の発明は、請求項１のビーム照射装置において、前記制御部は、前記第１および第２の方向に前記レーザ光を単位変位量だけ変位させるに必要な前記駆動信号の大きさを、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて算出することを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２の方向にレーザ光を単位変位量だけ変位させるに必要な前記駆動信号の大きさを取得することができる。

請求項４の発明は、請求項３のビーム照射装置において、前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記第１および第２の方向に前記レーザ光を単位変位量だけ変位させるに必要な前記駆動信号の大きさを算出することを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２の方向にレーザ光を単位変位量だけ変位させるに必要な前記駆動信号の大きさを、さらに適正に取得することができる。

請求項５の発明は、請求項１のビーム照射装置において、前記制御部は、前記目標領域内に設定された照射位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを当該照射位置に対応付けて記述したテーブルを備え、該テーブルに記述された前記第１および第２の方向における前記駆動信号の大きさを、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて修正することを特徴とする。

この発明によれば、目標領域内に設定された照射位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号の大きさを当該照射位置に対応付けて記述したテーブルの値を修正することができる。

請求項６の発明は、請求項５のビーム照射装置において、前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記テーブルに記述された前記第１および第２の方向における前記駆動信号の大きさを修正することを特徴とする。

この発明によれば、前記テーブルの値をより適正に修正することができる。

請求項７の発明は、請求項１のビーム照射装置において、前記制御部は、前記目標領域内に設定された照射位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを前記アクチュエータの駆動特性に基づいて算出する演算処理を実行し、この演算処理の際に用いる前記アクチュエータの駆動特性を、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて修正することを特徴とする。

この発明によれば、目標領域内に設定された照射位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号の大きさを取得することができる。

請求項８の発明は、請求項７のビーム照射装置において、前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記アクチュエータの駆動特性を修正することを特徴とする。

この発明によれば、目標領域内に設定された照射位置にレーザ光を向けるに必要な駆動信号の大きさを、より適正に取得することができる。

以上のように本発明によれば、比較部によって検出された駆動信号の大きさに基づいて、動的に、レーザ光を所期の照射位置に向けるに必要なパラメータを取得することができ、また、アクチュエータを駆動するために用いるテーブルや駆動特性を適宜修正することができる。よって、アクチュエータ等に経年変化が生じても、逐次取得されたパラメータ、テーブルあるいは駆動特性に基づいてアクチュエータを駆動することにより、レーザ光を所期の照射位置に適正に照射することができる。

本発明の特徴ないし意義は、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、以下の実施形態は、あくまでも、例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

図１に、実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す。

図示の如く、ビーム照射装置は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０と、レーザ駆動部３０と、アクチュエータ駆動部４０と、ビーム照射ヘッド５０と、ＰＤ信号処理部６０と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）７０と、リミット検出部８０と、比較部９０を備えている。

ＤＳＰ１０は、レーザ駆動部３０に制御信号を出力するとともにアクチュエータ駆動部４０を駆動制御する信号をＤＡＣ２０に出力する。また、比較部９０から入力される信号をもとに、レンズアクチュエータ５３（後述）の制御パラメータを算出するパラメータ演算ルーチン１０ａを有している。なお、パラメータ演算ルーチン１０ａの詳細は、追って説明する。

ＤＡＣ２０は、ＤＳＰ１０から入力された制御信号をアナログ信号に変換してアクチュエータ駆動部４０に出力する。同時に、アクチュエータ駆動部４０に出力する制御信号（駆動電流）を比較部９０にも出力する。

レーザ駆動部３０は、ＤＳＰ１０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内の半導体レーザ５１を駆動する。アクチュエータ駆動部４０は、ＤＡＣ２０から入力された制御信号（駆動電流）に応じて、ビーム照射ヘッド５０内のレンズアクチュエータ５３を駆動する。

ビーム照射ヘッド５０は、半導体レーザ５１と、アパーチャ５２と、レンズアクチュエータ５３と、出射窓５４と、入射窓５５と、集光レンズ５６と、ＰＤ（Photo Detector）５７を備えている。

図２にレンズアクチュエータの構成例を示す。

照射レンズ３０１は、レンズホルダー３０２中央の開口に装着される。レンズホルダー３０２には、４つの側面にそれぞれコイルが装着されており、各コイル内にヨーク３０３中央の突出部が図示矢印のように挿入される。各ヨーク３０３は、両側の舌片が一対のヨーク固定部材３０５の凹部に嵌入される。さらに、それぞれのヨーク固定部材３０５に、ヨーク３０３の舌片を挟むようにして磁石３０４が固着される。この状態にて、ヨーク固定部材３０５が磁石３０４とともにベース（図示せず）に装着される。

さらに、ベースには一対のワイヤー固定部材３０６が装着されており、このワイヤー固定部材３０６にワイヤー３０７を介してレンズホルダー３０２が弾性支持される。レンズホルダー３０２には四隅にワイヤー３０７を嵌入するための孔が設けられている。この孔にそれぞれワイヤー３０７を嵌入した後、ワイヤー３０７の両端をワイヤー固定部材３０６に固着する。これにより、レンズホルダー３０２がワイヤー３０７を介してワイヤー固定部材３０６に弾性支持される。

駆動時には、レンズホルダー３０２に装着されている各コイルに、上記アクチュエータ駆動回路４０から駆動信号が供給される。これにより、電磁駆動力が発生し、照射レンズ３０１がレンズホルダーとともに２次元駆動される。

図１に戻り、半導体レーザ５１から出射されたレーザ光は、アパーチャ５２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５３に支持された照射レンズ３０１に入射される。ここで、照射レンズ３０１は、上記の如く、同図のＹ−Ｚ平面方向に変位可能となるよう、レンズアクチュエータ５３によって支持されている。したがって、照射レンズ３０１を通過したレーザ光は、レンズアクチュエータ５３の駆動に応じて、Ｙ−Ｚ平面方向に出射角度が変化する。これにより、目標領域におけるレーザ光の照射が行われる。

目標領域からの反射光は、入射窓５５を通過した後、集光レンズ５６によってＰＤ５７上に収束される。ＰＤ５７は、受光光量に応じた信号をＰＤ信号処理部６０に出力する。なお、ＰＤ５７は、ビーム照射ヘッド５０内のミラーによって反射されたレーザ光も受光する。

図３に、ミラーの配置状態を示す。

まず、同図（ａ）を参照して、ビーム照射ヘッド５０内には、Ｚ軸方向に並ぶようにして２つのミラー２０１、２０２が配されている。ここで、ミラー２０１、２０２は、Ｚ軸方向おけるレーザ光の通常走査範囲よりも外側で、且つ、レーザ光の走査限界範囲よりも内側の位置に配置されている。すなわち、通常のスキャン動作時には、レーザ光はミラー２０１、２０２に入射されない。ミラー２０１、２０２には、後述するスキャン補正動作時にレーザ光が入射する。

ミラー２０１、２０２は、入射されたレーザ光がＰＤ５７に向かって反射されるように傾斜角度が調整されている。また、ミラー２０１、２０２は、レンズアクチュエータ５３に支持された照射レンズ３０１が出射窓５４の中心軸（Ｌ１）から同じ距離（Ｄｚ）だけＺ軸方向にそれぞれ変位したときに、ミラー２０１、２０２からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射するような位置に配置されている。したがって、ミラー２０１、２０２の一方からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射する位置から、他方からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射する位置までの照射レンズ３０１のシフト量（Ｚ軸方向）は、２Ｄｚとなる。

次に、同図（ｂ）を参照して、ビーム照射ヘッド５０内には、Ｙ軸方向に並ぶようにして２つのミラー２０３、２０４が配されている。ここで、ミラー２０３、２０４は、Ｙ軸方向おけるレーザ光の通常走査範囲よりも外側で、且つ、レーザ光の走査限界範囲よりも内側の位置に配置されている。すなわち、通常のスキャン動作時には、レーザ光はミラー２０３、２０４に入射されない。ミラー２０３、２０４には、後述するスキャン補正動作時にレーザ光が入射する。

ミラー２０３、２０４は、入射されたレーザ光がＰＤ５７に向かって反射されるように傾斜角度が調整されている。また、ミラー２０３、２０４は、レンズアクチュエータ５３に支持された照射レンズ３０１が出射窓５４の中心軸（Ｌ１）から同じ距離（Ｄｙ）だけＹ軸方向にそれぞれ変位したときに、ミラー２０３、２０４からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射するような位置に配置されている。したがって、ミラー２０３、２０４の一方からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射する位置から、他方からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射する位置までの照射レンズ３０１のシフト量（Ｙ軸方向）は、２Ｄｙとなる。

図１に戻り、ＰＤ信号処理部６０は、ＰＤ５７から受信した信号を増幅およびノイズ除去してＡＤＣ７０に出力する。ＡＤＣ７０は、ＰＤ信号処理部６０からの信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ１０とリミット検出部８０に出力する。ＤＳＰ１０は、ＡＤＣ７０から入力されたデジタル信号をもとに、目標領域内における障害物の有無を検出し、さらに、障害物までの距離を算出する。

リミット検出部８０は、後述するスキャン補正動作時に、ＡＤＣ７０から入力されたデジタル信号をもとにＰＤ５７の受光光量をモニタする。そして、ＰＤ５７の受光光量が最大となったときに検出信号を比較部９０に出力する。

比較部９０は、ＤＡＣ２０から入力される駆動電流値をデジタル値に変換するとともに、この駆動電流値とリミット検出部８０からの検出信号をモニタする。そして、リミット検出部８０から検出信号が入力されたときにアクチュエータ駆動部４０に入力された駆動電流値を検出し、検出した駆動電流値をＤＳＰ１０に入力する。

ＤＳＰ１０は、入力された駆動電流値を内蔵メモリに格納するとともに、これをもとに、パラメータ演算ルーチン１０ａにて以下の演算処理を実行し、制御パラメータを取得する。

まず、図３（ａ）の状態から、レンズをＺ軸方向（左右スキャン方向）に駆動したときに、ミラー２０１、２０２からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射するタイミングの駆動電流値をＩａ、Ｉｂとすると、レンズをＺ軸方向（左右スキャン方向）の中立位置に位置づけるための駆動電流値Ｉｚｍは次式で求まる。
Ｉｚｍ＝（Ｉａ＋Ｉｂ）／２・・・（１）

同様に、レンズをＹ軸方向に駆動したときに、ミラー２０３、２０４からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射するタイミングの駆動電流値をＩｃ、Ｉｄとすると、レンズをＹ軸方向（上下スキャン方向）の中立位置に位置づけるための駆動電流値Ｉｙｍは次式で求まる。
Ｉｙｍ＝（Ｉｃ＋Ｉｄ）／２・・・（２）

また、単位駆動電流あたりにおけるＺ軸方向（左右スキャン方向）のレンズシフト量Δｚｄは次式で求まる。
Δｚｄ＝２Ｄｚ／（Ｉａ−Ｉｂ）・・・（３）

同様に、単位駆動電流あたりにおけるＹ軸方向（上下スキャン方向）のレンズシフト量Δｙｄは次式で求まる。
Δｙｄ＝２Ｄｙ／（Ｉｃ−Ｉｄ）・・・（４）

この算出においても、上記式（３）の場合と同様、Ｚ軸方向のレンズシフト量が駆動電流に正比例するとされている。

なお、式（１）〜式（４）による算出は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向のレンズシフト量が駆動電流に正比例する（線形）とした場合のものである。本実施の形態では、Ｚ軸方向およびＹ軸方向のレンズシフト量は駆動電流に正比例すると想定している。

上述の如く、比較部９０は、リミット検出部８０から入力される検出信号とＤＡＣ２０から入力される駆動電流値をもとに、ミラー２０１、２０２、２０３、２０４からの反射光がＰＤ５７に最大光量にて入射するタイミングの駆動電流値Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを検出し、ＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０のパラメータ演算ルーチン１０ａは、比較部９０から入力された駆動電流値Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄをもとに、上記式（１）〜（４）の演算を実行し、制御パラメータＩｚｍ、Ｉｙｍ、Δｚｄ、Δｙｄを取得する。取得された制御パラメータは、ＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納される。

ＤＳＰ１０は、格納した制御パラメータをもとに、レーザ光を目標位置に照射するに必要な駆動電流値を算出し、ＤＡＣ２０に出力する。これにより、アクチュエータ駆動部４０に、目標位置に応じた駆動信号が供給され、レーザ光が目標位置に照射される。

図４に、制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍ、Δｙｄ、Δｚｄを取得する際のフローチャートを示す。

制御パラメータの取得処理が開始されると、まず、レンズアクチュエータ５３にオフセット信号が印加され、レンズが中立位置に位置づけられる（Ｓ１０１）。ここで、先の演算処理により制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍが取得されている場合には、Ｙ方向およびＺ方向のオフセット信号として、制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍの値がそのまま用いられる。制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍが未だ取得されていない場合には、ＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納されているオフセット値が用いられる。

次に、レンズの駆動方向がセットされ（Ｓ１０２）、その方向にレンズを駆動するための駆動電流がレンズアクチュエータ（Ｓ１０３）に印加される。ここで、Ｓ１０２における駆動方向は、上方向（Ｙ軸プラス方向）、下方向（Ｙ軸マイナス方向）、左方向（Ｚ軸プラス方向）、右方向（Ｚ軸マイナス方向）の何れかに設定される。

しかして、レンズに駆動電流が印加されると、ＰＤ５７によって検出された検出信号（ＰＤ信号）がＰＤ信号処理部６０およびＡＤＣ７０を介してリミット検出部８０に入力される（Ｓ１０４）。リミット検出部８０は、入力された信号を参照してＰＤ信号が最大となったかを判別する（Ｓ１０５）。そして、ＰＤ信号が最大となったタイミングにて検出信号を比較部９０に出力する。

比較部９０は、リミット検出部８０から検出信号が入力されたことに応じて、そのときにＤＡＣ２０から入力される駆動電流値（リミット駆動電流値）をＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０に入力されたリミット駆動電流値は、ＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納される（Ｓ１０６）。これにより、Ｓ１０２にてセットされた方向におけるリミット駆動電流値の取得処理が終了する。

しかして、当該駆動方向の処理が終了すると、上下左右全ての駆動方向の処理が終了したかが判別され（Ｓ１０７）、終了していなければ、Ｓ１０１に戻り、次の駆動方向における処理が行われる。これにより、次の駆動方向におけるリミット駆動電流値がＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納される。そして、全ての駆動方向におけるリミット駆動電流値（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄ）がＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納されると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、パラメータ演算部１０ａにて、これら駆動電流値（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄ）が参照され、上記式（１）〜（４）の演算が行われる（Ｓ１０８）。これにより、制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍ、Δｙｄ、Δｚｄの値が取得される。取得された制御パラメータ値は、ＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納される。

なお、上下左右の各駆動方向における処理において、ＰＤ信号のモニタ（Ｓ１０４）が開始されると、開始時から一定期間、ＰＤ信号に変化が見られるかがＤＳＰ１０において判別される（Ｓ１０９）。そして、ＰＤ信号に変化があれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ＰＤ信号のモニタが継続され（Ｓ１１０）、当該駆動方向におけるリミット駆動電流の取得処理が行われる。一方、ＰＤ信号が初めからあるいは途中から変化せず、または、その変化の度合いが閾値よりも鈍い場合には（Ｓ１０９：ＮＯ）、ＤＳＰ１０にてレンズアクチュエータ３０の故障と判別される（Ｓ１１１）。このとき、ＤＳＰ１０は、リミット駆動電流値の取得処理を中止し（Ｓ１１２）、異常を示すメッセージを表示部（図示せず）から出力する等の処理を実行する。

図４に示す制御パラメータの取得処理は、たとえば、ビーム照射装置の動作開始時およびその後一定の間隔にて行われる。これにより、レンズアクチュエータ５３に経年変化や環境変化が生じても、その時々の状態に応じた制御パラメータが取得される。よって、この制御パラメータを用いて目標領域に応じた駆動電流を求めれば、レーザ光を目標領域に適正に照射することができる。

また、ビーム照射装置が乗用車等の移動体に搭載される場合には、走行方向の変化時や駆動・停止時等、レンズに外力が掛かるような場合に制御パラメータの取得処理を行えば、外力の印加があってもなおレンズを適正位置に位置づけることができる。さらに、直前の通常走行時と走行状態の変化開始時における制御パラメータ値を比較して、走行状態の変化期間における制御パラメータを予測するようにすれば、当該走行状態変化期間におけるビーム照射動作を円滑化することができる。

なお、図４のフローチャートでは、上下左右の全ての方向における駆動電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄを全て取得した後、制御パラメータの演算処理を行うようにしたが、上下方向または左右方向の何れかについてリミット駆動電流を取得したときにその方向における制御パラメータを演算し、その後、他方の方向についてリミット駆動電流を取得したときにその方向における制御パラメータを演算するようにしても良い。

なお、ビーム照射装置を乗用車等に搭載する場合には、上下方向よりも左右方向（水平方向）におけるスキャン精度が求められる。したがって、この場合には、左右方向の制御パラメータがより適正であるのが好ましい。

この場合、まず、上下方向の処理を行って上下方向の制御パラメータＩｙｍ、Δｙｄを求め、求めたＩｙｍをＹ方向のレンズオフセット値（中立位置を与える駆動電流）として用いながら、左右方向の処理を行って左右方向の制御パラメータＩｚｍ、Δｚｄを求めるようにすると良い。こうすると、上下方向のレンズ中立位置を適正化した後に左右方向の制御パラメータの取得処理が行われるため、左右方向の制御パラメータＩｚｍ、Δｚｄをより適正化することができる。よって、左右方向のスキャン精度を高めることができる。

図５に、この場合のフローチャートを示す。

制御パラメータの取得処理が開始されると、まず、レンズアクチュエータ５３にオフセット信号が印加され、レンズが中立位置に位置づけられる（Ｓ２０１）。ここで、先の演算処理により制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍが取得されている場合には、Ｙ方向およびＺ方向のオフセット信号として、制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍの値がそのまま用いられる。制御パラメータＩｙｍ、Ｉｚｍが未だ取得されていない場合には、ＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納されているオフセット値が用いられる。

次に、レンズが中立位置から上下方向（Ｙ軸プラス方向、Ｙ軸マイナス方向）に駆動され上下方向の制御パラメータＩｙｍ、Δｙｄが取得される（Ｓ２０２）。ここでは、図３のＳ１０３〜Ｓ１０６の処理がＹ軸プラス方向とＹ軸マイナス方向について行われリミット駆動電流値Ｉｃ、Ｉｄが取得される。そして、これらをもとに、上記式（２）および（４）の処理が行われ制御パラメータＩｙｍ、Δｙｄが取得される。取得された制御パラメータＩｙｍ、ΔｙｄはＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納される（Ｓ２０３）。

しかして上下方向の制御パラメータＩｙｍ、Δｙｄが取得されると、再び、レンズアクチュエータ５３にオフセット信号が印加され、レンズが中立位置に位置づけられる（Ｓ２０４）。ここでは、上下方向のオフセット信号として、先の上下方向の処理にて取得された制御パラメータＩｙｍが設定される。左右方向のオフセット信号には、先の上下方向の処理にて設定されたオフセット信号がそのまま設定される。

そして、レンズが中立位置から左右方向（Ｚ軸プラス方向、Ｚ軸マイナス方向）に駆動され左右方向の制御パラメータＩｚｍ、Δｚｄが取得される（Ｓ２０５）。ここでは、上下方向における処理と同様、図３のＳ１０３〜Ｓ１０６の処理がＺ軸プラス方向とＺ軸マイナス方向について行われリミット駆動電流値Ｉａ、Ｉｂが取得される。そして、これらをもとに、上記式（１）および（３）の処理が行われ制御パラメータＩｚｍ、Δｚｄが取得される。取得された制御パラメータＩｚｍ、ΔｚｄはＤＳＰ１０の内蔵メモリに格納される（Ｓ２０６）。

図６に、本発明に係る他の実施形態を示す。なお、図６に示す構成のうち図１の構成と同一の部分には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図６の構成例では、ビームスプリッタ５０１と、集光レンズ５０２と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）５０３がビーム照射ヘッド５０に追加されている。また、これに伴い、ＰＳＤ信号処理回路１００とＡＤＣ１１０が追加されている。

照射レンズを通過したレーザ光は、ビームスプリッタ５０１によってその一部が反射され、照射レーザ光（目標領域に照射されるレーザ光）から分離される。分離されたレーザ光（分離光）は、集光レンズ５０２を通してＰＳＤ５０３上に収束される。ＰＳＤ５０３は、同図のＸ−Ｙ平面に平行な受光面を有しており、この受光面上における分離光の収束位置に応じた電流を出力する。ここで、受光面上における分離光の収束位置と目標領域上における前記照射レーザ光の照射位置は一対一に対応している。よって、ＰＳＤ５０３から出力される電流は、目標領域上における照射レーザ光の照射位置に対応するものとなっている。

ＰＳＤ５０３からの出力電流は、ＰＳＤ信号処理回路１００に入力される。ＰＳＤ信号処理回路１００は、入力された電流から分離光の収束位置を表す電圧信号をＡＤＣ１１０に出力する。ＡＤＣ１１０は、入力された電圧信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ制御回路１０に出力する。ＤＳＰ制御回路１０は、入力された電圧信号をもとに、受光面上における分離光の収束位置を検出する。

なお、ＤＳＰ制御回路１０には、レーザ光の照射位置を目標領域内においてスキャンさせるためのテーブル（スキャンテーブル）と、このテーブルに従ってレーザ光をスキャンさせたときの、受光面上における分離光の収束位置の軌道を示すテーブル（軌道テーブル）が配備されている。

スキャンテーブルには、レンズアクチュエータ５３に印加する一連の駆動電流値が記載されている。スキャンテーブルに記述された値の駆動電流を順次レンズアクチュエータ５３に印加することにより、スキャン軌道上に設定された各照射位置に対応する位置に照射レンズを位置づけることができる。これにより、レーザ光を、スキャン軌道上に設定された各照射位置に向けることができる。

なお、このようにスキャンテーブルを用いる場合には、レンズシフト量と駆動電流の関係が非線形である場合にも、レンズの駆動位置を目標位置に円滑に設定することができる。

ＤＳＰ制御回路１０は、レーザ光のスキャン動作時、スキャンテーブルを参照しながらアクチュエータ駆動回路４０を制御するための駆動信号をＤＡＣ２０に出力する。また、これと同時に、ＡＤＣ１１０から入力された信号をもとに、ＰＳＤ受光面上における分離光の収束位置を検出し、検出した位置と軌道テーブルにて規定された所期の収束位置とを比較して、検出位置が所期の収束位置に引き込まれるよう、スキャンテーブルに基づく駆動電流を調整する。かかるサーボ動作によって、照射レーザ光は、スキャン軌道に沿うよう目標領域内をスキャンされる。

ところで、この構成例において、レンズアクチュエータ５３等に経年変化が生じると、スキャンテーブルに記述された各照射位置に対応する駆動電流値が、実動作時にレーザ光を各照射位置に向けるに必要な駆動電流値からずれる場合がある。この場合、スキャンテーブルに従って照射レーザ光をスキャンさせると、照射レーザ光は、所期の照射位置から外れた位置にて照射されることとなる。したがって、この場合には、スキャンテーブルに記載された各駆動電流値を、上記ずれに応じて、適宜更新する必要がある。この更新処理は、ＤＳＰ１０内のテーブル更新ルーチン１０ｂによって行われる。

図７に、テーブル更新処理時の処理フローチャートを示す。同図に示すフローチャートは、図４のフローチャートに比べ、Ｓ１２１のステップが相違している。

なお、この場合、ＤＳＰ１０には、スキャンテーブルのデフォルト値が格納されている。このデフォルト値は、照射レンズを左右方向と上下方向にそれぞれ変位させたときの、駆動電流とレンズ駆動位置の関係を規定する駆動特性（非線形）（左右方向の基準駆動特性／上下方向の基準駆動特性）に基づいて設定されている。

図８は、左右方向の基準駆動特性を示すものである。

デフォルト値の設定に際しては、スキャンテーブル上の各レンズ駆動位置（照射位置）に対応する左右方向の駆動電流値が、同図の基準特性から取得される。そして、取得された各駆動電流値が、各レンズ駆動位置に対応する左右方向の駆動電流のデフォルト値としてＤＳＰ１０に格納される。上下方向の駆動電流値のデフォルト値も、同様に、上下方向の基準駆動特性をもとに取得設定される。なお、同図に示すリミット駆動電流（Ｉａｓ、Ｉｂｓ）は、この基準駆動特性に基づいてレーザ光を左右方向に走査させたときのリミット駆動電流である。

図７を参照して、Ｓ１２１では、まず、Ｓ１０１からＳ１０７の処理によって実際に取得された上下左右方向のリミット駆動電流値（Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄ）をもとに、上記左右方向の基準駆動特性と上下方向の基準駆動特性を修正する。

図９は、左右方向の基準駆動特性の修正方法を説明する図である。

同図では、Ｓ１０１からＳ１０７の処理によって取得された左右方向のリミット駆動電流値（Ｉａ、Ｉｂ）が、左右方向の基準駆動特性上のＩａｓ、Ｉｂｓから変動している。この場合、左右方向の駆動特性は、基準の駆動特性（点線）から、リミット駆動電流値（Ｉａ、Ｉｂ）を通る駆動特性（実線）に修正される。同様に、上下方向の駆動特性も、基準の駆動特性から、リミット駆動電流値（Ｉｃ、Ｉｄ）を通る駆動特性に修正される。

このようにして駆動特性が修正された後、修正後の駆動特性から、各レンズ駆動位置（照射位置）に対応する左右方向および上下方向の駆動電流が取得される。そして、取得された駆動電流が、各レンズ駆動位置（照射位置）に対応づけてスキャンテーブルに記述される。これにより、Ｓ１２１におけるスキャンテーブルの更新処理が終了する。

しかして、スキャンテーブルが更新されると、その後、次の更新処理が行われるまでの間、このスキャンテーブルをもとに、照射レーザ光のスキャン処理が行われる。すなわち、スキャンテーブルに記述された値の駆動電流を順次レンズアクチュエータ５３に印加し、照射レンズ３０１を、スキャン軌道上の各照射位置に対応する位置に順番にシフトさせる。そして、各シフト位置にてレーザ光の出力レベルが高められ、レーザ光がスキャン軌道上の目標位置に照射される。

ところで、図９では、レーザ光を左右方向に走査したときにＰＤ５７からの信号が最大となる照射レンズ３０１の駆動位置（Ｌミラー位置／Ｒミラー位置）が所期の位置からずれていないことが前提とされている。しかし、経年変化等によってミラー２０１、２０２の位置と、アクチュエータやレーザ等の光学部品の取り付け位置との関係に変化が生じる場合がある。この場合、このずれをさらに考慮して、左右方向の基準駆動特性を修正する必要がある。上下方向の基準駆動特性の修正も同様である。

図１０は、左右方向の基準駆動特性の修正方法を説明する図である。

同図では、Ｌミラー位置及びＲミラー位置と、アクチュエータやレーザ等の光学部品の取り付け位置との関係が所期の位置からシフトしている。

この場合、左右方向の駆動特性は、基準の駆動特性（点線）から、リミット駆動電流値（Ｉａ、Ｉｂ）を通る駆動特性（実線）に修正される。上下方向の駆動特性も、これと同様にして修正される。

なお、駆動特性修正後の処理は上記と同様である。すなわち、修正後の駆動特性から、各レンズ駆動位置（照射位置）に対応する左右方向および上下方向の駆動電流が取得される。そして、取得された駆動電流が、各レンズ駆動位置（照射位置）に対応づけてスキャンテーブルに記述される。しかして、Ｓ１２１（図７）におけるスキャンテーブルの更新処理が終了する。

なお、Ｌミラー位置とＲミラー位置は、ＰＳＤ５０３（図６参照）からの出力に基づいて検出される。すなわち、ＤＳＰ１０は、照射レンズ３０１を左右方向に駆動させながら、リミット検出部８０にてＰＤ信号の最大値が検出されたときの照射レンズ３０１の駆動位置を、ＡＤＣ１１０から入力される信号（ＰＳＤ信号）をもとに検出する。そして、検出したレンズ駆動位置を、Ｌミラー位置とＲミラー位置に設定する。レーザ光を上下方向に走査したときにＰＤ５７からの信号が最大となる照射レンズ３１０の駆動位置（Ｕミラー位置／Ｄミラー位置）も、同様に、ＰＳＤ５０３からの出力に基づいて検出される。

なお、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置、Ｕミラー位置およびＤミラー位置は、上記の如くＰＳＤ５０３からの信号を用いて検出する他、フォトカプラやホール素子等、種々の位置検出手段を用いて検出することができる。あるいは、静電容量特性を用いて、各ミラー位置を検出することもできる。この場合、照射レンズ３０１の側面に金属片が配置され、この金属片に対向するように、別の金属片がビーム照射ヘッド５０の筐体内に固定される。そして、照射レンズ３０１を左右上下方向に変位させたときの両金属片間の静電容量を計測することにより、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置、Ｕミラー位置およびＤミラー位置が検出される。

なお、本実施形態では、スキャンテーブルからスキャン動作時の駆動電流を取得するようにしたが、図９、図１０に示す修正後の駆動特性から直接、各照射位置（レンズ駆動位置）に対応する駆動電流を演算により求めるようにしても良い。

また、先に示した実施の形態では、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置、Ｕミラー位置およびＤミラー位置を検出することなく、式（１）〜式（４）から、中立位置を与える駆動電流値Ｉｍｚ，Ｉｍｙと、単位駆動電流あたりの駆動量Δｄｚ、Δｄｙを求めるようにしたが、本実施の形態と同様に、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置、Ｕミラー位置およびＤミラー位置の検出を行った後に、中立位置を与える駆動電流値Ｉｍｚ，Ｉｍｙと、単位駆動電流あたりの駆動量Δｄｚ、Δｄｙを求めるようにしても良い。

図１１は、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置を検出することなく、リミット駆動電流Ｉａ、Ｉｂのみから左右方向の駆動特性を求めたものである。先に示した実施の形態では、この駆動特性に、式（１）、式（３）を適用して、中立位置を与える駆動電流値Ｉｍｚと、単位駆動電流あたりの駆動量Δｄｚが算出される。

図１２は、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置とリミット駆動電流Ｉａ、Ｉｂから左右方向の駆動電流特性を求めたものである。図示のように、Ｌミラー位置、Ｒミラー位置を考慮すると、駆動特性が同図点線のものから実線のものに修正される。したがって、修正後の駆動特性に、式（１）、式（３）を適用すると、中立位置を与える駆動電流値Ｉｍｚと、単位駆動電流あたりの駆動量Δｄｚを、より適正に求めることができる。同様に、Ｕミラー位置とＤミラー位置を考慮して上下方向の駆動特性を修正し、修正後の駆動特性に式（２）、式（４）を適用することにより、中立位置を与える駆動電流値Ｉｍｙと、単位駆動電流あたりの駆動量Δｄｙを、より適正に求めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

たとえば、上記実施の形態では、上下左右の位置にミラーを配置するようにしたが、ミラーの配置位置はこれに限定されず、たとえば、右上、左上、右下、左下の４箇所にミラーを配置するようにしても良い。また、ミラーの配置数は４箇所を越えても良い。

また、上記実施の形態においては、反射部をミラーで構成したが、これに限らず、回折格子、散乱板、導波路等で構成しても良い。

さらに、上記実施の形態では、目標領域からの反射光を受光するＰＤ５７を、ミラー２０１〜２０４からの反射光を受光するための受光センサとして共用したが、ミラー２０１〜２０４からの反射光を受光するための受光センサをＰＤ５７とは別に配置するようにしても良い。

さらに、上記実施の形態では、レンズを光軸に対して上下左右方向に駆動してレーザ光をスキャンさせるタイプのアクチュエータを示したが、レンズを光軸に対して傾けることによりレーザ光をスキャンさせるようなアクチュエータとすることもできる。また、本発明は、ポリゴンミラーによるアクチュエータを用いる場合にも適用可能である。

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。

実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す図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ミラーの配置状態を説明する図実施の形態に係る制御パラメータ取得時の処理フローチャート実施の形態に係る制御パラメータ取得時の処理フローチャート他の実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す図他の実施の形態に係るスキャンテーブル更新時の処理フローチャート他の実施の形態に係る左右方向の基準駆動特性を説明する図他の実施の形態に係る左右方向の基準駆動特性の修正方法を説明する図他の実施の形態に係る左右方向の基準駆動特性の修正方法を説明する図他の実施の形態に係る左右方向の基準駆動特性の修正方法を説明する図他の実施の形態に係る左右方向の基準駆動特性の修正方法を説明する図

符号の説明

１０ＤＳＰ
１０ａパラメータ演算ルーチン
１０ｂテーブル更新ルーチン
４０アクチュエータ駆動部
５０ビーム照射ヘッド
５１半導体レーザ
５３レンズアクチュエータ
５７ＰＤ
６０ＰＤ信号処理部
８０リミット検出部
９０比較部
５０３ＰＳＤ

Claims

目標領域にビームを照射するビーム照射装置において、
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光を前記目標領域内にて走査させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに駆動信号を印加するアクチュエータ駆動部と、
前記レーザ光の通常の走査範囲よりも外側で、且つ、前記アクチュエータによる走査限界範囲よりも内側の位置に配置された反射部と、
前記反射部によって反射された前記レーザ光を受光する受光素子と、
前記レーザ光を前記通常の走査範囲を超えてスキャンさせたときに前記受光素子から出力される検出信号をモニタし、この検出信号が最大となるときに前記アクチュエータに印加される前記駆動信号の大きさを検出する比較部と、
前記比較部によって検出された前記駆動信号の大きさに基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部を有し、
前記反射部は、前記レーザ光を第１の方向に走査させたときの第１の位置と、前記レーザ光を前記第１の方向とは逆の第２の方向に走査させたときの第２の位置にそれぞれ配置されており、
前記制御部は、前記第１および第２の方向における前記通常の走査範囲の中立位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて算出する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項１において、
前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記第１および第２の方向における前記通常の走査範囲の中立位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを算出する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項１において、
前記制御部は、前記第１および第２の方向に前記レーザ光を単位変位量だけ変位させるに必要な前記駆動信号の大きさを、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて算出する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項３において、
前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記第１および第２の方向に前記レーザ光を単位変位量だけ変位
させるに必要な前記駆動信号の大きさを算出する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項１において、
前記制御部は、前記目標領域内に設定された照射位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを当該照射位置に対応付けて記述したテーブルを備え、該テーブルに記述された前記第１および第２の方向における前記駆動信号の大きさを、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて修正する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項５において、
前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記テーブルに記述された前記第１および第２の方向における前記駆動信号の大きさを修正する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項１において、
前記制御部は、前記目標領域内に設定された照射位置に前記レーザ光を向けるに必要な前記駆動信号の大きさを前記アクチュエータの駆動特性に基づいて算出する演算処理を実行し、この演算処理の際に用いる前記アクチュエータの駆動特性を、前記第１の方向および前記第２の方向に前記レーザ光を走査させたときに前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさに基づいて修正する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
請求項７において、
前記レーザ光の走査位置を検出する位置検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記比較部によってそれぞれ検出された前記駆動信号の大きさと、前記比較部によって当該検出がなされたときに前記位置検出部によってそれぞれ検出された前記走査位置に基づいて、前記アクチュエータの駆動特性を修正する、
ことを特徴とするビーム照射装置。