JP2000162525A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザを発する１個の光源を用いて光形状を
変え、広範囲な検出が行える光走査装置を提供する。 【解決手段】 走査型のレーザを用い、レーザ発振器１
３からの光をポリゴンミラー７に照射して偏向させ、ポ
リゴンミラー７に当たって反射したレーザ光により前方
の物体との測距を行う光走査装置ＲＤにおいて、形状が
同一または異なる複数のレンズ８ａ，８ｂを備えた回折
光学素子８を設け、レーザ光の光形状を可変にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いた光
走査装置に関するものであり、特に、レーザ光を発する
光源からの光を反射部材により偏向させ、偏向されたレ
ーザ光の光形状を変える光走査装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、家電製品、車載製品、測量装置
等、レーザ光を使用して測距を行ったり、または、前方
の物体を検知することを目的とした電気機器において、
光を偏向させる光走査装置（通称、スキャナーともい
う）が知られており、このような光走査装置は、レーザ
ダイオード（ＬＤ）及び発光ダイオード（ＬＥＤ）等の
発光部の前にレンズ等を配設し、光の方向を変える方式
が一般的に取られており、形成された光をミラー等の反
射物に反射させ、反射物を可動させる事により、光の方
向を変える方式が知られている。

【０００３】また、発せられたレーザ光に対し、レーザ
光の偏向角度を変化させるためにポリゴンミラーを用
い、レーザ発振器から発せられたレーザ光をポリゴンミ
ラーに当て、ポリゴンミラーにより反射したレーザ光
（レーザビーム）を外部に発する装置は、例えば、特開
昭６０−１１５９１２号公報、特開昭６２−８１１９号
公報、特開平５−４５６００号公報等に開示されてい
る。

【０００４】これらの公報に示されているものでは、レ
ーザ発光体（レーザダイオード）及びレーザ発振器（光
源）と、入射する光を偏向させるポリゴンミラーを備え
ており、レーザ発振器から出力されるレーザ光をミラー
等に反射させモーターにより回転するポリゴンミラーに
対してレーザ光を当てる（照射させる）構成を取ってお
り、モーターによりポリゴンミラーを回転駆動させる事
により、レーザ光の出射方向を偏向させるものである。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
した従来技術において、レーザ光は直進性を有すること
から、ポリゴンミラーによりレーザ光（ビーム）は偏向
されるのみで、レーザ光の形状は変更されない。このよ
うに、一度形成された光形状（基本的には、レーザ発振
器内部に有するコリメータレンズにより絞り込んだビー
ム）の変更が出来ないという理由により、広範囲のデー
タを漏れなく検出するためには、細かな角度分配を必要
とし、検出角度を広めて数多くのデータ処理をしなけれ
ばならなかった。この場合には、レーザ発振器が複数個
必要となってしまう。

【０００６】よって、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、１個のレーザを発する光源を用いて
光形状を変え、広範囲な検出も行える光走査装置を提供
することを技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた技術的手段は、レーザを用い、光源から発せ
られるレーザ光を反射部材に照射して偏向させ、反射部
材に反射したレーザ光により前方の物体との測距を行う
光走査装置において、形状が同一または形状の異なる複
数のレンズを有する回折光学素子を設けたことである。

【０００８】これによれば、反射部材により走査型レー
ザのレーザ光を偏向させ、偏向させたレーザ光の形状を
光学素子により可変することが可能になる。この場合、
光源は１個で良いものとなる。また、形状が同一または
異なる複数のレンズを有する光学素子により、光学素子
へのレーザ光の入射位置を変化させ、レーザ光の形状を
変えることが可能となる。その結果、反射部材に反射し
たレーザ光は光学素子を通ることにより屈折または回折
して所定の広がりをもつものとなり、光学素子通過後の
レーザ光の照射範囲は広がるので、レーザ光を用いて測
距を行う場合においては、前方物体の検出範囲が広くな
る。

【０００９】この場合、光学素子は、反射部材に反射し
たレーザ光を外部に放出する過程、反射部材に反射させ
る過程、反射部材に反射させる前の過程のいずれかにお
いて設けられるようにすれば、光学素子を導光工程にお
いて反射部材の前に置くか後に置くかといった簡単な配
置でレーザ光の形状を計測対象に合わせて任意に可変と
することが可能となる。

【００１０】また、光学素子は、入射されるレーザ光の
形状を変化させない平面部も有するものとすれば、用途
によって平面部にレーザ光を通過させることより、レー
ザ光の形状を変化させないようにする（検出範囲を変え
ない）ことも可能となる。

【００１１】更に、反射部材は駆動装置により回転駆動
され、光学素子は反射部材と一体回転すれば、反射部材
と光学素子は一体で回転されるものとなり、簡単な構成
および方法でレーザ光の形状を可変することが可能とな
る。

【００１２】更にその上、光学素子は、反射部材に一体
で設けられるようにすれば、構成部品を少なくして、簡
単な構成でレーザ光の形状を可変することが可能とな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１４】図１は本発明の第１実施形態における光走
査装置ＲＤの構成であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はそ
の側面図を示している。本発明では、レーザを用い、レ
ーザ発振器１３から発せられた光（レーザ光）を反射ミ
ラー５に反射させた後にポリゴンミラー７に照射し、レ
ーザ光をポリゴンミラー７により偏向させた後、光形状
を変えるため回折回折光学素子（回折光学素子）８によ
りレーザ光の回折を行い、このレーザ光で前方の物体と
の距離を測る構成をとっている。尚、ここでは、レーザ
光の発振部のみを示すものとし、受信部についての説明
は省略する。

【００１５】この光走査装置ＲＤは、主として、所定の
広がりをもつ幅のレーザ光を発し、レーザ発振器１３か
ら発せられたレーザ光を反射する反射ミラー５、反射ミ
ラー５で反射したレーザ光に対しレーザ光（ビーム）の
向きを偏向するポリゴンミラー６、および、ポリゴンミ
ラー６により偏向されたレーザ光の出射形状を変える回
折光学素子８を備えている。

【００１６】この中で、レーザ発振器１３は円筒形状を
したホルダー２内の下方に、レーザダイオード（ＬＤ）
１が取付けられており、ホルダー上方には送光用レンズ
３が設けられ、ホルダー全体は回路基板４に取り付けら
れ支持されている。図１に示す左側部には反射ミラー５
がミラーホルダー６に固定された状態で取付けられてい
る。また、フレーム上部には後述する回折光学素子８が
固定されて設けられており、フレーム全体は光走査装置
ＲＤのケース体１４の中に収められている。

【００１７】この構成において、レーザ発振器１３より
発せられたレーザ光は反射ミラー５によりポリゴンミラ
ー７向けて反射される。ポリゴンミラー７により反射し
て偏向されたレーザ光は回折光学素子８により放射方向
が変えられ、ケース体１４に設けられた送光ウィンドウ
９を介して外部に放射される。

【００１８】更に、このポリゴンミラー７はモータドラ
イブ基板１２に固定されたモータ１１により回転自在と
なっており、モータ回転によりポリゴンミラー７の台形
部の側面である反射面７ａ，７ｂ・・・（図１では６面
存在）の傾斜角度がそれぞれ異なっており、ポリゴンミ
ラー７に入射されるレーザ光の偏向角度が、ポリゴンミ
ラー７を回転駆動させることにより出射方向が可変でき
るようになっている。

【００１９】次に、光走査装置ＲＤの組み付けについて
説明する。組み付けに関しては先ず最初に、レーザダイ
オード１をホルダー２に挿入する。レーザダイオード１
をホルダーに挿入後、送光用レンズ３をホルダー２に設
けられた段部に取り付ける。これらの部品の取り付いた
ホルダー２を、回路基板４の所定位置に嵌着または半田
付けにより組み付ける。

【００２０】そして、反射ミラー５をミラーホルダー６
に固定し組付けた後、フレーム１０側部の所定位置に固
定する。その後、フレーム１０のもう一方の側部の所定
位置にモーター１１を嵌め込んで固定部材により固定し
て取付け、モーター１１の出力軸にポリゴンミラー７を
取付ける。このように組み付けられたモーター部をモー
タドライブ用基板１２に対してコネクタ接続し、コネク
タ端子に電圧を外部より印加することでモータ１１に給
電がなされるようにする。

【００２１】その後、ポリゴンミラー７に対向してポリ
ゴンミラー７により反射したレーザ光が当たる位置を中
心として、回折光学素子８をフレーム１０に光学調整を
しながら取り付け、フレーム外部側に送光ウィンドウ９
を取り付けた後、フレーム全体をケース体１４の中に収
め、光走査装置ＲＤが完成する。

【００２２】以上は装置全体の概要についての説明をし
たが、以下、本発明について詳細に説明する。図２は回
折光学素子（光学素子）８によってビーム形状が変更さ
れる状態についての図である。光学的に光形状を変化さ
せる為には、レンズの曲率（回折光学素子８の場合には
輪帯数）を変える事による出射角の屈折により、出力さ
れる光形状がレンズの屈折率に基き形状が変えられると
いう方式を利用している。

【００２３】ここでは、樹脂より成り立ち、表面にアル
ミ等の金属を蒸着して反射面７ａ，７ｂが形成られたポ
リゴンミラー７を用い、ポリゴンミラー７により反射さ
れた光を回折光学素子８に入射させ、回折光学素子８の
回折を利用し（凹レンズでも可）、出射光の光形状を変
える方法をとっている。尚、この場合、ポリゴンミラー
７の反射面７ａ，７ｂ（ここでは、６面存在）を異なっ
た傾斜角度となったものを使用しているが、反射面７
ａ，７ｂの傾斜角度や反射面７ａ，７ｂの数はこれに限
定されず、同一形状、同一傾斜角度としても良いし、反
射面の数はこれより多くても少なくても良い。また、モ
ータ回転によるポリゴンミラー７の回転速度と、レーザ
光の発光状態により反射面の分割数を決定しても良い。

【００２４】次に、回折光学素子８について説明する。
図３では回折光学素子８のレンズパターンの一例を示し
ており、ここで用いる回折光学素子（回折格子ともい
う）８は中心線ＣＬの位置近傍においては入射されるレ
ーザ光の形状を変化させずに通過させる平面部８ｃを有
し、複数のレンズ８ａ，８ｂの形状が互いに異なった複
数のレンズ８ａ，８ｂを内部に有するものである。ま
た、複数のレンズ８ａ，８ｂは互いに水平方向（６行）
および垂直方向（５列）に均等で並んでおり、互いに２
組存在し、これらのレンズ８ａ，８ｂは中心線ＣＬに対
して対称となっているため、レーザ光の走査方向により
レンズ８ａ，８ｂおよび平面部８ｃに対してレーザ光が
走査されるものとなる。図４は、この回折光学素子８の
レンズ部の拡大図であり、回折光学素子８から出射され
るビーム形状を可変にするために、それぞれのレンズで
のパターンのピッチ数、形状Ｗ１〜Ｗ４、高さＨ１〜Ｈ
４をそれぞれ変更することにより、出射ビームの偏光角
度が変化するようにしている。尚、この場合、レンズの
断面形状を階段状ではなく鋸状としても良く、また、複
数のレンズ８ａ，８ｂの形状を同一としても良い。

【００２５】このようにポリゴンミラー７の反射面形状
を変え、ポリゴンミラー７に反射したレーザ光に対し、
その後、回折光学素子８を通すことにより走査線方向に
おいて、出射されるレーザ光は、図５に示す広がりをも
つものとなるため、ポリゴンミラー７および回折光学素
子８の構成により物体の検出範囲としては広くなるの
で、物体検知に用いた場合にはレーザ光での検出範囲が
広くなる。

【００２６】次に、図６〜図８を参照して、第２実施形
態について説明する。この第２実施形態においては、光
学系レンズの配置とレンズの種類を変えたものであり、
レーザ光を発する光源部およびポリゴンミラー７の形状
は第１実施形態と同じ構成をとるが、レーザダイオード
１を備えたレーザ発振器１３から発せられたレーザ光
を、ポリゴンミラー７への入射直前にディスク状の光学
レンズを備える回折光学素子（ディスク状のシリンドリ
カルレンズ）１６を設けた点が異なっている。この構成
においては、ディスク状レンズ１６をポリゴンミラー７
に固定し、両者が一体で回転するようにする。ポリゴン
ミラー７で反射したレーザ光の光形状をポリゴンミラー
７の前方に設けられたディスク状レンズ１６により、レ
ーザ光の出射形状を変更する構成をとっている。

【００２７】具体的には、ポリゴンミラー７の反射面を
第1実施形態と同様、複数面（７ａ，７ｂ）とし、ディ
スク状レンズ１６に入射したレーザ光はレーザ光が当た
った場所の形状（レンズの形状、平面部の形状）により
広がりをもって透過するか広がりをもたずに透過するか
のいずれかをとる。このように、ディスク状レンズ１６
に複数のレンズ（ここでは、１６ａ，１６ｂ）を設ける
ことでレンズ形状を互いに変え、図１と同様の効果を奏
するものとすることができる。また、円周上に設けられ
たポリゴンミラー７の反射面７ａの面数を増やすことも
可能であり、レンズ１６ａ，１６ｂは、図７の（ｂ）に
示すようにプリズム１６ｃの形状としても良い。図８の
（ａ）のようにレンズ形状とした場合には、ディスクの
板厚寸法Ｔ、レンズの曲率Ｒを変化させることにより、
入射角度θ１、ビーム幅θ２が変化するものとなる。ま
た、図８の（ｂ）のように、プリズム形状とした場合に
はプリズムの傾き角θの角度を変化させることにより、
入射角θ１のみを変化させ、ビーム幅θ２を一定にする
ことも可能であり、ディスク状レンズ１６のレンズまた
はプリズム形状により透過する光の形状を変え、光形状
を変えたレーザ光をポリゴンミラー７に反射させ垂直方
向の出射角を変えることもできる。この場合、プリズム
１６ｃにレーザ光が当たったときには、プリズムの屈折
率に応じて偏光し、一定のビーム幅でディスク状の内部
をそのまま通過するが、レンズ１６ａまたはプリズム１
６ｃとはなっていない平面部１６ｄにレーザ光が当たっ
たときにはレーザ光の形状、方向は変えられず透過し、
ポリゴンミラー７により反射するものとなる。

【００２８】このように、ディスク状レンズ１６の周方
向にレンズ１６ａ，プリズム１６ｃ，平面部１６ｄを組
み合わせて設け、これを基にレーザ光の光軸を変更する
ことにより、ポリゴンミラー７の面を一定の傾きにして
光の方向のみを変え、ディスク状レンズ１６により光の
出射幅を変える事が出来る。

【００２９】次に、図９および図１０を参照して、ポリ
ゴンミラー１７の反射部を変えた、第３実施形態につい
て説明する。これは、レーザーダイオード１を備えたレ
ーザ発振器１３から発せられたレーザ光をポリゴンミラ
ーに向けて発することは第１実施形態と同じであるが、
ポリゴンミラー１７の反射面１７ａを凸反射鏡（回折
鏡）として、偏光と同時に光の形状を自在に変更できる
ようにしている事を特徴としている。

【００３０】この場合、ポリゴンミラー１７の反射面１
７ａの面数を８面としており、絞られた光を出射させる
ために６面（垂直分割を６分割）利用し、その他2面
（垂直分割を2分割）で反射面１７ａをある曲率半径を
持たせる（凸反射鏡及び回折鏡）事により、反射面１７
ａで光形状を変え、広がった光を出射させる事ができ
る。凸反射鏡を反射面１７ａに一体で設けることによ
り、構成部品の部品点数が少なくなり、簡単な構成で光
形状を変えることができる。

【００３１】本発明では、上記した構成及び機能を持つ
ため、今までのポリゴンミラー等による二次元の光走査
線を生み出すだけでなく、その走査線の幅をポリゴンミ
ラーを回転させて制御する事により、出射されるレーザ
光の範囲を使い分ける事により、広角なスキャニングを
する事が可能となる。

【００３２】

【効果】本発明によれば、レーザを用い、光源から発せ
られるレーザ光を反射部材に照射して偏向させ、反射部
材に反射したレーザ光により前方の物体との測距を行う
光走査装置において、形状が同一または形状の異なる複
数のレンズを有する光学素子を設けたことにより、反射
部材により走査されるレーザ光を偏向させ、偏向させた
レーザ光の形状を光学素子により可変することができ
る。この場合、光源は１個で良い。また、形状が同一ま
たは異なる複数のレンズを有する光学素子により、光学
素子へのレーザ光の入射位置を変え、レーザ光の形状を
変化させることが可能となる。その結果、反射部材に反
射したレーザ光は光学素子を通ることにより屈折または
回折して所定の広がりをもつものとなり、光学素子通過
後のレーザ光の照射範囲は広がるので、レーザ光を用い
て測距を行う場合においては、前方物体の検出範囲が広
くなる。

【００３３】この場合、光学素子は、反射部材に反射し
たレーザ光を外部に放出する過程、反射部材に反射させ
る過程、反射部材に反射させる前の過程のいずれかにお
いて設けられるようにすれば、光学素子を導光工程にお
いて反射部材の前に置くか後に置くかといった簡単な配
置でレーザ光の形状を計測対象に合わせて任意に可変と
することができる。

【００３４】また、光学素子は、入射されるレーザ光の
形状を変化させない平面部も有するものとすれば、用途
によって平面部にレーザ光を通過させることより、レー
ザ光の形状を変化させないようにする（検出範囲を変え
ない）こともできる。

【００３５】更に、反射部材は駆動装置により回転駆動
され、光学素子は反射部材と一体回転すれば、反射部材
と光学素子は一体で回転されるものとなり、簡単な構成
および方法でレーザ光の形状を可変することができる。

【００３６】更にその上、光学素子は、反射部材に一体
で設けられるようにすれば、構成部品を少なくして、簡
単な構成でレーザ光の形状を可変することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態における光走査装置の
構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図
である。

【図２】 図１に示すポリゴンミラーにより反射したレ
ーザ光が、回折光学素子に入射され、出て行くときの様
子を示した図である。

【図３】 図１に示す回折光学素子の構成を示す図であ
る。

【図４】 図３に示すレンズの構成を示す要所部分拡大
図である。

【図５】 図１に示す光走査装置の前方の検出範囲を示
す図である。

【図６】 本発明の第２実施形態における光走査装置の
構成を示す図である。

【図７】 図６に示すディスク状レンズの形状を示す図
であり、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。

【図８】 図７に示すレンズ形状によりレーザ光が出射
される様子を示し、（ａ）レンズの場合、（ｂ）プリズ
ムの場合のレーザ光の様子を示した図である。

【図９】 本発明の第３実施形態における光走査装置の
構成を示す図である。

【図１０】 図９に示すポリゴンミラーにレンズを設け
た図であり、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード ７，１７ ポリゴンミラー(反射部材） ７ａ，７ｂ 反射面 ８ 回折光学素子 ８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ レンズ ８ｃ，１６ｄ 平面部 １１ モータ（駆動装置） １３ レーザ発振器（光源） １６ ディスク状レンズ（シリンドリカルレンズ） １６ａ，１６ｂ レンズ（回折光学素子） １６ｃ プリズム １７ 反射面（回折光学素子）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザを用い、光源から発せられるレー
   ザ光を反射部材に照射して偏向させ、前記反射部材に反
   射したレーザ光により前方の物体との測距を行う光走査
   装置において、 形状が同一または異なる複数のレンズを有する光学素子
   を設けたことを特徴とする光走査装置。
2. 【請求項２】 前記光学素子は、前記反射部材に反射し
   たレーザ光を外部に放射する過程、前記反射部材に反射
   させる過程、前記反射部材に反射させる前の過程のいず
   れかにおいて設けた請求項１に記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記光学素子は、レーザ光の形状を変化
   させない平面部も有する請求項２に記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 前記反射部材は、駆動装置により回転駆
   動され、前記光学素子は前記反射部材と一体回転する請
   求項３に記載の光走査装置。
5. 【請求項５】 前記光学素子は、前記反射部材に一体で
   設けられる請求項４に記載の光走査装置。