JP2005157003A - レーザー光による描写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザービームのエネルギー密度が低く、かつ小型化の容易なレーザー光による描写装置を提供する。
【解決手段】 レーザー光源１から発したレーザービームを照射して所定のパターンを描写するレーザー光による描写装置１３において、前記レーザー光源１から発したレーザービームを分離させて複数の分離ビームとする分散光学機構２と、前記各分離ビームごとに設けられ、各分離ビームの照射方向を変えて照射することにより前記所定のパターンを描写する照射位置調整機構８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レーザービームを所定箇所に照射して適宜のパターンを描写する装置に関し、特に車両に搭載されて路面に所定パターンを描写する装置に関するものである。

この種の装置が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された装置は、自車両の前方や後方もしくは側方の路面に、走行予定方向や車速もしくは減速状態などの走行状態を、二本の直線あるいは曲線などのパターンで描写するように構成されている。そのパターンは、レーザービームを照射して表示するようになっており、具体的には、ビーム発生器で発生させた半導体レーザーを、ビーム整形レンズおよび偏光成形器を介してスキャンアクチュエータに入射させるように構成されている。そのスキャンアクチュエータは、超音波偏向器やガルバノミラーなどから構成されており、そのスキャンアクチュエータを所定のコントローラによって駆動することにより、路面に向けて照射されたレーザービームが走査されて所定のパターンが路面に描写されるようになっている。

なお、所定のパターンを描写するためにレーザービームを走査する機構としてミラーを可動とした構成が特許文献２や特許文献３に記載されている。またレーザービームを分離するためのビームスプリッタを設けた装置が特許文献４に記載されている。
特開２００３−２３１４５０号公報 特開平６−２７３６９６号公報 特開平６−２８１８８２号公報 特開平５−８０２６４号公報

上記の特許文献１に記載されているように、レーザービームをスキャンアクチュエータによってある程度高速度で走査すれば、直線や曲線もしくはこれらを組み合わせた所定のパターンを描写することができ、また特許文献２もしくは３に記載されているように、可動ミラーをある程度高速で駆動することにより、その可動ミラーで反射されたレーザービームによって適宜のパターンを描写することができる。しかしながら、これらの装置では、半導体レーザー発生器などで発生させた強いエネルギーのレーザーをスキャンアクチュエータやミラーに照射するから、スキャンアクチュエータやミラーの近辺に強いレーザーエネルギーが集中することになる。また、所定箇所に照射した際に歩行者などの眼を直射した場合の安全性を考慮して弱いレーザービームを使用することになり、その結果、路面などに描かれるパターンの輝度が低下する可能性がある。さらに、パターンの輝度を確保するために強いレーザービームを使用すると、スキャンアクチュエータもしくは可動ミラーが何らかの原因で固着して動かなくなった場合には、強いレーザービームが集中して照射されてしまう可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、所定のパターンを描写するレーザー光のエネルギー密度が低く、しかも全体として小型化の容易な描写装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、レーザー光源から発したレーザービームを照射して所定のパターンを描写するレーザー光による描写装置において、前記レーザー光源から発したレーザービームを分離させて複数の分離ビームとする分散光学機構と、前記各分離ビームごとに設けられ、各分離ビームの照射方向を変えて照射することにより前記所定のパターンを描写する照射位置調整機構とを備えていることを特徴とする装置である。

その照射位置調整機構は、請求項２に記載されているように、各分離ビームごとに設けられ、かつ所定の軸線を中心に回動する可動反射鏡を備えた構成とすることができる。

また、前記照射位置調整機構は、請求項３に記載されているように、各分離ビームごとに設けられた固定反射鏡と可動反射鏡との少なくとも二枚の反射鏡を含む構成とすることができる。

その固定反射鏡の配列は、請求項４に記載されているように、前記各可動反射鏡がその可動範囲で中立位置にあるときにこれらの反射鏡で反射された前記分離ビームによって所定の基準パターンが描かれる配列に設定することができる。

さらに、上記の可動反射鏡は、請求項５に記載されているように、互いに交差する少なくとも二軸を中心に回動するよう保持した構成とすることができる。

請求項１の発明によれば、レーザー光源から発せられたレーザービームが分散光学機構によって複数の分離ビームに分離させられる。したがって、所定のパターンを描写するために必要とする複数のレーザービームすなわち複数の照射点で形成されるパターンのための複数の照射光が、この分散光学機構によって用意され、同時にそれぞれの各分離ビームのエネルギー密度が減少させられる。そして、各分離ビームがそれぞれに対応して設けられている照射位置調整機構によって照射方向を互いに変えられて照射され、各照射スポットの組み合わせによって所定のパターンが描き出される。そのため、請求項１の発明では、照射位置調整機構に入射される分離ビームのエネルギー密度が低くなるのみならず、出力される分離ビームのエネルギー密度が低くなる。

また、請求項２や請求項３の発明のように、照射位置調整機構として可動反射鏡を主体とした構成の機構を用いれば、レンズなどの光軸距離が長くなる機構を用いる必要がなくなるので、装置の全体としての構成を小型化することができる。

また特に、請求項３の発明のように、各分離ビームごとの反射光学系が固定反射鏡と可動反射鏡とを備えた構成であれば、各分離ビームごとの可動反射鏡による反射角度すなわち照射位置を異ならせることにより、多様なパターンを描写することができる。

さらに請求項４あるいは請求項５の発明では、基本パターンは固定反射鏡の配列で決まるので、可動反射鏡の制御が容易になるうえに、各可動反射鏡の角度を同一方向に一斉に変化させることにより照射位置を遠近に変化させることができ、さらには各分離ビームごとの可動反射鏡の角度を個別に変化させることにより、基本パターンからの変化の態様を、より多様化させることができる。

つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。この発明の装置は、レーザービームを走査することに替えて、複数のビーム光あるいは並行光に分離し、それらの分離ビームを路面などの所定の箇所に照射し、それらの照射部位（あるいは照射スポット）が全体として所定のパターンを形成するように構成されている。したがってこの発明に係る描写装置は、図１にその光学系を原理的に示すように、レーザービームを発する半導体レーザーあるいはＹＡＧレーザーなどのレーザービームを発振するレーザー光源１が設けられ、このレーザー光源１から発振されたレーザービームを複数の分離ビームに分離する分散光学機構２を備えている。

この分散光学機構２は、１本のレーザービームを複数の分離ビームに分離させる回折光学素子や複数枚のレンズを組み合わせたレンズ系などから構成されている。図１に示す例では、一対の分散光学機構２が設けられ、しかもこれらの分散光学機構２がレーザー光源１から離れていて各々の光軸が一致していないので、レーザー光源１から発振したレーザービームを各分散光学機構２に導くための複数のミラー３，４，５，６からなる反射光学系７が設けられている。なお、一方の分散光学機構２に対応して設けられているミラー５は、ハーフミラーなどからなるいわゆるビームスプリッタであって、入射したレーザービームの半分を一方の分散光学機構２に向けて反射させ、他の半分を他方の分散光学機構２に対応して設けられているミラー６に向けて透過させるようになっている。

上記の分散光学機構２によって分離された複数の分離ビームを、所定の照射位置に向けて照射するための照射位置調整機構８が設けられている。この照射位置調整機構８は、各分離ビームごとに各々一対設けられた複数対のミラー９，１０を備えている。図２には、その一対のミラー９，１０を模式的に示しており、分散光学機構２から入射された分離ビーム（レーザービーム）を反射する入射側ミラー９と、その入射側ミラー９によって反射された分離ビームを路面などの所定箇所に向けて反射させる照射側ミラー１０とから構成されている。これらのミラー９，１０は、少なくともいずれか一方が、反射角度を変更できる可動ミラーとされており、図に示す具体例では、照射側ミラー１０が可動反射鏡とされ、これに対して入射側ミラー９が、反射角度を変更できない固定反射鏡とされている。なお、可動反射鏡としては、一例としてガルバノミラーを採用することができる。

より具体的に説明すると、各分離ビームごとの照射側ミラー１０は、ほぼ一直線上に配列されている。また、これらの各照射側ミラー１０は、それぞれ、互いに交差する二軸（好ましくは直交する二軸）Ｘ，Ｙを中心にして回動できるように保持された構成である。ガルバノミラーの場合には、コイルに通電する電流に応じて回動角度が決まる。そして、電流を流さない状態が中立状態（ニュートラル状態）であり、各照射側ミラー１０は、中立状態での反射角度（設置角度）がほぼ同一になるように調整されている。したがって各照射側ミラー１０の反射面は、中立状態で単一の平坦面上にほぼ一致する。

入射側ミラー９によって反射された分離ビームが、照射側ミラー１０によって反射されて路面などの所定の箇所に照射され、所定のパターンを描くので、各ミラー９，１０の反射角度によって、描写されるパターンが変化する。そこで、図に示す具体例では、各照射側ミラー１０を中立状態とした状態で、直線などの所定の基本パターンが描写されるようになっている。すなわち、照射側ミラー１０は中立状態で一枚の平面をなすように配列されているので、各入射側ミラー９の設置角度を互いに異ならせ、あるいは相互に適宜に調整することにより、各分離ビームごとの照射点（照射スポット）を互いに僅かずつずらして直線などの所定のパターンが描かれるように、各入射側ミラー９が配列されている。図３にはその一例を模式的に示してあり、各入射側ミラー９の角度が次第に変化し、かつ配列方向が中心部を境に一端側と他端側とで異ならせてある。なお、この配列は、基本パターンの形状に応じて異ならせてよいことは勿論である。

上述した図１は、この発明の一例を原理的に示すものであり、車両に搭載する構成とする場合には、所定のケース１１に収容してパッケージングされる。その一例を図３に模式的な斜視図で示してあり、直方体状のケース１１における図３での中央上部に、長手方向に沿ってレーザー光源１が収容されている。そのレーザービームの発振方向の前方側に、斜め後方でかつ図３での斜め下向きに第１のミラー３が固定されており、レーザー光源１から発せられたレーザービームを後方に向けて反射するようになっている。この第１のミラー３に対応して第２のミラー４が、ケース１１の後端コーナー部に、レーザービームを平面視で直角に反射するように固定されている。すなわち、平面視で、レーザー光源１から発せられたレーザービームをレーザー光源１からの発振方向に対して反対方向に折り返すようになっている。

この第２のミラー４に対して直線上に、言い換えれば、第２のミラー４で反射されたレーザービームの光軸上に、その光軸に対して４５°の角度に設定した第３および第４のミラー５，６が配置されている。そして、第２のミラー４に近い方のミラー５がハーフミラーなどからなるビームスプリッタとされている。また、これらの第３および第４のミラー５，６の設置角度は、レーザービームをケース１１の全面側に向けて反射する角度になっている。なお、その反射したレーザービームが前記レーザー光源１に遮られないようにするために、第３および第４のミラー５，６は、ケース１１内でレーザー光源１より低い位置に配置されている。

そして、これら第３および第４の各ミラー５，６の前方側、すなわち各ミラー５，６で反射されたレーザービームを受光する位置に、前述した分散光学機構２がそれぞれ配置されている。その分散光学機構２によって分離された並行光を受光する位置に、入射側ミラー９が配列されている。したがってその配列位置は、ケース１１の前面側の図３での下側の位置である。これに対して照射側ミラー１０はケース１１の前面側の図３での上側に配置されている。すなわち、入射側ミラー９は、斜め上方に向けて配置され、また照射側ミラー１０は斜め前方に向けて配置されている。したがってケース１１の前面側に照射開口部１２が形成されている。

図４に、図３に示す描写装置の配列関係を平面図として示し、また図５に側面図として示してある。この図４に示すように、入射側ミラー９の配列方向が、一方の分散光学機構２に対応する一群と他方の分散光学機構２に対応する一群のものとで異なっている。これは、例えば照射側ミラー１０を構成しているガルバノミラーのニュートラル位置（電流をゼロとした状態での位置）で、各入射側ミラー９によって反射されたレーザービームによって描かれるパターンが予め定めた基本パターンとなるようにして決められたものである。

図３ないし図５に示すこの発明に係る描写装置１３は、図６ないし図８に示すように、車両１４におけるフロントガラス１５の上部に横向きに配置することができる。そして、各照射側ミラー１０の角度を適宜に設定することにより、例えば図６および図７に示すように、車両１４の進行方向で前方側の路面に、左右二列に並べてレーザービームを照射し、二本の平行線に類似したパターンを描写することができる。その場合、前記照射側ミラー１０の角度を一律に変化させることにより、自車両１４に近い位置にパターンを描写したり、あるいは遠い位置に描写することができる。また、各照射側ミラー１０の角度を個別に異ならせることにより、車速に対応した短いパターンを描いたり、あるいは反対に長いパターンを描くことができる。またさらに、図８に示すようにな直線以外のパターンを描くこともできる。さらに、図９に示すように、車両の操舵角度や車速に応じて各照射側ミラー１０の角度を、Ｘ軸およびＹ軸を中心にして回動させて個別に制御することにより、車両１４の旋回予定経路を路面上に曲線として描くことができる。

このように、この発明に係る描写装置１３では、レーザー光源１から発振したレーザービームを複数の分離ビームに分離した後に、ガルバノミラーなどからなる照射位置調整機構８で反射させて外部に照射し、その照射面に所定のパターンを描くように構成されているので、照射位置調整機構８に入射する分離ビームおよび外部に照射される分離ビームのエネルギー密度を低くすることができる。また、照射位置調整機構８に対するレーザービームのエネルギー密度が低いことにより、レーザー光源１から照射位置調整機構８までの光軸距離を特に長くする必要がなく、その結果、描写装置１３の全体としての構成を小型化することができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、車両に搭載する位置は、フロントガラスの左右上側であってもよく、その場合、左右のピラーに沿っていわゆる縦置きに設置してもよい。また、フロントグリルの中央部に配置し、あるいは左右のヘッドランプの上側などに配置してもよい。さらには、車両の後方路面や側方路面にパターンを描写する場合には、ボデーの後部や側面に取り付けることもできる。また一方、この発明の描写装置は車載されるものに限定されないのであって、定置式の描写装置にも適用することができる。

そしてまた、この発明における照射位置調整機構は、要は、分離ビームを個別に反射もしくは屈折させて所定の箇所に照射するように構成されていればよいのであり、したがって一本の分離ビームに対して複数の反射鏡を使用する場合、いずれか一つの反射鏡のみを可動構造にした構成であってもよい。言い換えれば、上述したいわゆる二軸構造に替えて、いわゆる一軸構造のものであってもよい。

この発明に係る描写装置の一例を原理的に示す模式図である。 その照射位置調整機構を構成する入射側ミラーと照射側ミラーとの相対位置および回転軸を示す説明図である。 この発明に係る描写装置の構成をより具体化して示す模式的な斜視図である。 その模式的な平面図である。 その模式的な側面図である。 車両に対する取付位置および照射パターンを示す説明図である。 他のパターンを示す説明図である。 更に他のパターンを示す説明図である。 曲線のパターンを示す説明図である。

符号の説明

１…レーザー光源、 ２…分散光学機構、 ５…ミラー（ビームスプリッタ）、 ８…照射位置調整機構、 ９…入射側ミラー、 １０…照射側ミラー、 １１…ケース、 １２…照射開口部、 １３…描写装置。

Claims (5)

1. レーザー光源から発したレーザービームを照射して所定のパターンを描写するレーザー光による描写装置において、
   前記レーザー光源から発したレーザービームを分離させて複数の分離ビームとする分散光学機構と、
   前記各分離ビームごとに設けられ、各分離ビームの照射方向を変えて照射することにより前記所定のパターンを描写する照射位置調整機構と
   を備えていることを特徴とするレーザー光による描写装置。
2. 前記照射位置調整機構は、各分離ビームごとに設けられ、かつ所定の軸線を中心に回動する可動反射鏡を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー光による描写装置。
3. 前記照射位置調整機構は、各分離ビームごとに設けられた固定反射鏡と可動反射鏡との少なくとも二枚の反射鏡を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー光による描写装置。
4. 前記各分離ビームごとの固定反射鏡の配列が、前記各可動反射鏡がその可動範囲で中立位置にあるときにこれらの反射鏡で反射された前記分離ビームによって所定の基準パターンが描かれる配列に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザー光による描写装置。
5. 前記各分離ビームごとの各可動反射鏡が、互いに交差する少なくとも二軸を中心に回動するよう保持されていることを特徴とする請求項３または４に記載のレーザー光による描写装置。

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