JP2006284196A - ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成にて、円滑且つ安定したスキャン動作を実現できるビーム照射装置を提供する。
【解決手段】 半導体レーザ１００からのレーザ光は、レンズアクチュエータ３００に支持された照射レンズに入射される。照射レンズを通過したレーザ光は、レンズアクチュエータ３００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スキャンが行われる。このとき、ＤＳＰ制御回路１０は、レーザ光が目標照射領域に一定間隔で照射されるよう、アクチュエータ駆動回路４０から正弦波による制御信号を出力するよう制御し、前記制御信号に対応するタイミングにてレーザ光を照射するようレーザ駆動回路を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビーム照射装置に関し、たとえば、車間検出器や距離検出器等に用いて好適なものである。

近年、レーザ光を用いた車間検出器や距離検出器が様々な装置に用いられている。たとえば、車間検出器においては、車両前方からレーザ光を照射したときの反射光を検出することにより、障害物の有無と障害物までの距離が計測される。この場合、レーザ光は、予め前方空間に設定された目標領域を縦横方向に走査（スキャン）される。そして、各スキャン位置において、レーザ光の照射タイミングと反射光の受光タイミングの時間差が測定され、その測定結果から各スキャン位置前方にある障害物までの距離が算出される。

これらの検出器においては、レーザ光を縦横方向にスキャンさせながら目標領域に照射する、いわゆるビーム照射装置が用いられる。ここで、レーザ光のスキャンは、ポリゴンミラーを用いたスキャン機構や、レンズアクチュエータを用いたスキャン機構等を用いて行われる。

ポリゴンミラーを用いたスキャン機構は、ポリゴンミラーを回転させながらレーザ光をポリゴンミラー側面に照射して、レーザ光をスキャンさせるものである。ポリゴンミラーは、断面多角形となっており、且つ、各側面にミラーが形成されている。ポリゴンミラーを回転させながらレーザ光を側面に照射することにより、各側面に対するレーザ光の入射角度が変化し、これにより、反射光がポリゴンミラーの回転方向にスキャンされる。

しかし、かかるスキャン機構においては、ミラー回転軸と平行な方向にビームをスキャンさせるのが困難となる。この場合、たとえば、ミラー回転軸の傾きを変化させる機構や、ミラー回転軸に対する各側面の傾き角を予め変化させておくといった構造上の改良が別途必要となる。さらに、このスキャン機構では、ミラー面の平面精度やミラーの回転状態がビームのスキャン状態に大きく影響するため、精度の良いスキャン動作を実現するためには、高精度の平面加工技術や、高性能モータの適用が必要となる。

これに対し、たとえば、特許文献１に示すようなレンズアクチュエータを用いたスキャン機構では、レンズ駆動によってビームスキャンが行われることから、比較的簡単な構成にて、２次元方向のスキャン動作を実現できる。また、このスキャン機構では、高精度の平面加工技術や高性能モータ等の使用が不要となるため、ポリゴンミラーを用いる場合に比べ、コストの低減を図ることができる。
特開平１１−８３９８８号公報

しかし、かかるスキャン機構においては、振動や外乱等によってレンズに不所望な変位が生じ、その結果、レーザ光のスキャン軌道が所期のスキャン軌道から外れてしまうといった問題が起こり得る。このため、目標領域をくまなくスキャンすることができず、たとえば、障害物の検出モレ等の不具合が生じる恐れがある。ビーム照射装置を車間検出器等に用いる場合、障害物の検出モレは大事故につながる恐れがある。よって、車間検出器等に用いる場合には特に、安定したスキャン動作が実現される必要がある。

そこで、本発明は、簡素な構成にて、円滑且つ安定したスキャン動作を実現できるビーム照射装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

請求項１の発明は、ビーム照射装置であって、レーザ光を出射する光源と、目標領域に前記レーザ光が所定の間隔で照射されるように前記光源を制御する光源制御手段と、この光源から出射されたレーザ光を目標領域に向けて照射するレンズと、このレンズを少なくとも前記レーザ光の光軸に直交する方向に変位させる変位手段と、前記変位手段を駆動して前記レーザ光を前記目標領域内にて走査させる走査手段とを有することを特徴とする。

この特徴により、レーザ光による正確なスキャン動作を実現することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のビーム照射装置であって、前記走査手段は、前記レーザ光が目標領域内を水平方向に走査するよう前記変位手段を駆動し、前記目標領域を水平方向に走査している間、前記光源制御手段は、この目標領域に対して所定の間隔でレーザ光が照射されるように制御することを特徴とする。

この特徴により、水平方向のスキャンを行っている間、正確なスキャン動作を実現することができる。

請求項３の発明は、請求項１あるいは２に記載のビーム照射装置であって、前記所定の間隔は、前記目標領域内を一定の大きさに分割したときのブロック単位であることを特徴とする。

この特徴により、目標領域内を均一にスキャンすることができる。

請求項４の発明は、請求項１あるいは２に記載のビーム照射装置であって、前記所定の間隔は、一定の時間間隔であることを特徴とする。

この特徴により、目標領域内を均一にスキャンすることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れかに記載のビーム照射装置であって、前記変位手段は、前記走査手段からの所定の信号に基づいて駆動されることを特徴とする。

この特徴により、変位手段の動作を制御することができ、正確なレーザ光によるスキャン動作を実現することができる。

請求項６の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置であって、前記所定の信号は、正弦波信号であることを特徴とする。

この特徴により、変位手段の動作を円滑にすることができ、正確なレーザ光によるスキャン動作を実現することができる。

請求項７の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置であって、前記所定の信号は、矩形波信号であることを特徴とする。

この特徴により、変位手段の動作を円滑にすることができ、正確なレーザ光によるスキャン動作を実現することができる。

請求項８の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置であって、前記所定の信号は、のこぎり波信号であることを特徴とする。

この特徴により、変位手段の動作を円滑にすることができ、正確なレーザ光によるスキャン動作を実現することができる。

請求項９の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置であって、前記所定の信号は、山形波信号であることを特徴とする。

この特徴により、変位手段の動作を円滑にすることができ、正確なレーザ光によるスキャン動作を実現することができる。

請求項１０の発明は、請求項１ないし９の何れかに記載のビーム照射装置であって、前記レンズを通過したレーザ光の一部を分離する分離手段と、前記分離手段によって分離されたレーザ光を受光するとともに受光面上における前記分離光の受光位置を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された受光位置に基づいて前記目標領域に照射されるレーザ光の走査位置を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

この特徴により、目標領域におけるレーザ光の照射位置と受光面上における分離光の受光位置が一対一に対応するため、分離光の受光位置をもってレーザ光の照射位置をモニタすることができる。よって、検出手段によって検出された受光位置に基づいて前記目標領域に照射されるレーザ光の走査位置を補正することにより、レーザ光のスキャン軌道を所期のスキャン軌道に追従させることができる。

上記のように本発明によれば、簡素な構成にて、円滑且つ安定したスキャン動作を実現できるビーム照射装置を提供することができる。

本発明の特徴は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも実施形態の例示であって、これにより本発明ないし各構成要件の用語の意義が制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
（実施例１）
まず、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）制御回路１０と、ＤＡＣ（Digital Analog
Converter）２０と、レーザ駆動回路３０と、アクチュエータ駆動回路４０と、ビーム照射ヘッド５０を備えている。

ＤＳＰ制御回路１０は、レーザ駆動回路３０およびアクチュエータ駆動回路４０を駆動制御するためのデジタル信号をＤＡＣ２０に出力する。

ＤＡＣ２０は、ＤＳＰ制御回路１０から入力されたデジタル信号をアナログ信号（制御信号）に変換してレーザ駆動回路３０およびアクチュエータ駆動回路４０に出力する。

レーザ駆動回路３０は、ＤＡＣ２０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１００を駆動する。

アクチュエータ駆動回路４０は、ＤＡＣ２０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内のレンズアクチュエータ３００を駆動する。

ビーム照射ヘッド５０は、前方空間に設定された目標領域にレーザ光をスキャンさせながら照射する。図示の如く、ビーム照射ヘッド５０は、半導体レーザ１００と、アパーチャ２００と、レンズアクチュエータ３００を備えている。

半導体レーザ１００から出射されたレーザ光は、アパーチャ２００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３００に支持された照射レンズに入射される。ここで、照射レンズは、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３００によって支持されている。したがって、照射レンズを通過したレーザ光は、レンズアクチュエータ３００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スキャンが行われる。

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）が配備されている。

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を制御するための信号をＤＡＣ２０に出力する。かかるサーボ動作によって、照射レーザ光は、スキャンテーブルにて規定された軌道に沿うよう目標領域内をスキャンする。

さらに、ＤＳＰ制御回路１０は、レーザ光のスキャン動作時、半導体レーザ１００の出射をパルス（矩形）状に行うよう設定するための信号を、ＤＡＣ２０を介してレーザ駆動回路３０に出力する。ここで、パルス状とは、目標領域内のブロック毎に一定期間の出射と半導体レーザ１００の出力をオフにすることを繰り返し行う状態をいう。しかして、照射レーザ光は、目標領域内をブロック毎に発光する。

図２に、レンズアクチュエータ３００の構成（分解斜視図）を示す。

同図を参照して、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。

ここで、上記アクチュエータ駆動回路４０から駆動信号（VCM駆動電流）は、図３に示すような矩形波、正弦波、のこぎり波、山形波などのいずれの波形であってもよい。例えば、制御信号を矩形波とする場合、駆動パターンが単純となり、レーザ光を可変パルス間隔で照射できる。また、制御信号を正弦波とする場合、アクチュエータ３００の追従性がよく、レーザ光を可変パルス間隔で照射できる。また、制御信号を山形波やのこぎり波とする場合、レーザ光を可変パルス間隔で照射できる。

図４を参照して、本実施例におけるスキャン動作について説明する。

同図（ａ）に示すように、ビーム照射装置の前方空間に設定された目標領域をブロック状（横２００×縦３）に分割したとき、照射レーザ光は、全てのブロックを順番に照射するようにしてスキャンされる。ここで、ブロックのスキャン順序は任意に設定できる。たとえば、同図（ｂ）に示す如く、左上隅のブロック位置から順次、１ラインずつスキャンするように設定することもできる。なお、スキャン軌道（スキャン順序）は、上述の如く、ＤＳＰ制御回路１０内のスキャンテーブルによって規定される。

ビーム照射装置においては、同図（ｂ）に示すスキャン軌道に沿って照射レーザ光がスキャンされるのが最も理想的である。しかし、通常は、アクチュエータ３００の移動量によって照射レーザ光のスキャン位置が所期のスキャン軌道から外れてしまう。すなわち、図４（ｂ）において、スキャン領域の両端であるA、B付近、すなわち、アクチュエータ３００の移動方向が変わる場所での動作速度は、AからBをスキャン（移動）中の動作速度がほぼ一定であるのに対して、遅延が生じる。

このため、図５に示すように、アクチュエータ移動量が同じになるように可変時間間隔でパルス発光を行う。また、このとき、アクチュエータ駆動回路４０から駆動信号（VCM駆動電流）として、アクチュエータ３００の追従性のよい正弦波を用いることによって、安定したスキャン動作を実現することができる。なお、本図は、横２００×縦３のブロックに分割された目標領域のスキャンを、３回の水平方向のスキャンにより構成し、１回の水平方向のスキャンにおいて、２００個のブロックに対して、各々１回の発光を行うことを示している。

また、アクチュエータ３００のスキャン（移動）中の動作速度がほぼ一定である期間に目標領域の水平方向のスキャンを行うように、周期を長くした正弦波を駆動信号（VCM駆動電流）として用いることもできる。このときのレーザ光発光タイミングとアクチュエータ駆動回路４０から駆動信号（VCM駆動電流）との関係を図６に示す。同図より、このときのレーザ光は、等時間間隔で発光を行う。

なお、図５および図６において、各パルス発射領域は、目標領域の水平方向分であり、正弦波の立ち上がり部分は、目標領域の右端から左端に戻る時間に相当する。

図７に、スキャン動作時のフローチャートを示す。

Ｓ１００にてスキャン動作が開始されると、Ｓ１０２にて照射レーザ光の照射位置がホームポジションへ移動される。なお、ホームポジションは、たとえば、図６（ｂ）に示すブロックのうち、左端で且つ上端のブロック位置に設定される。

さらに、Ｓ１０４にて照射レーザ光に対する軌道サーボがＯＮとされた後、Ｓ１０６にてスキャン動作が開始される。

次に、Ｓ１０８にて、照射レーザ光が目標領域に照射される。このとき、目標領域からの反射光を受光することにより、当該ビーム照射装置を搭載した検出器において、障害物測定や距離測定等の処理が行われる。

しかる後、Ｓ１１０にてスキャン動作が終了したかが判別され、終了していなければ、Ｓ１０６に戻り、上述のスキャン動作が繰り返される。他方、スキャン動作が終了すれば、Ｓ１１２にて軌道サーボがＯＦＦとされた後、Ｓ１１４にて半導体レーザがＯＦＦとされる。
（実施例２）
本実施形態に係るビーム照射装置は、半導体レーザ１００から出射されたレーザ光をモニタし、目標領域との差分を検出し、この結果に基づいて出射レーザ光を補正する。

かかるビーム照射装置の構成を図８に示す。同図が示すように、実施例１の構成に加えて、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）信号処理回路６０と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）７０を備えている。

また、ビーム照射ヘッド５０は、実施例１でのビーム照射ヘッド５０の構成に加えて、ビームスプリッタ４００と、集光レンズ５００と、ＰＳＤ６００を備えている。

なお、以下の説明では、実施例１と同様の構成については説明を省略し、相違する点を説明する。

照射レンズを通過したレーザ光は、ビームスプリッタ４００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５００を通してＰＳＤ６００上に収束される。ＰＳＤ６００は、図８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、ＰＳＤ６００から出力される電流は、目標領域上における前記照射レーザ光の照射位置に対応するものとなっている。なお、ＰＳＤ６００の構成および電流の出力動作については、図９、図１０を参照しながら追って詳述する。

ＰＳＤ６００からの出力電流はＰＳＤ信号処理回路６０に入力される。ＰＳＤ信号処理回路６０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ＡＤＣ７０に出力する。ＡＤＣ７０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。

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を制御するための信号をＤＡＣ２０に出力する。

また、同時に、ＡＤＣ７０から入力された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、アクチュエータ駆動回路４０を制御するための信号をＤＡＣ２０に出力する。かかるサーボ動作によって、照射レーザ光は、スキャンテーブルにて規定された軌道に沿うよう目標領域内をスキャンする。なお、サーボ動作の詳細は、図１３を参照しながら追って詳述する。

さらに、ＤＳＰ制御回路１０は、レーザ光のスキャン動作時、半導体レーザ１００の出射をパルス（矩形）状に行うよう設定するための信号を、ＤＡＣ２０を介してレーザ駆動回路３０に出力する。ここで、パルス状とは、目標領域内のブロック毎に一定期間の出射と半導体レーザ１００の出力をオフにすることを繰り返し行う状態をいう。しかして、照射レーザ光は、目標領域内をブロック毎に発光する。

また、これと同時に、受光面上における分離光の収束位置を監視する。

図１１は、レンズアクチュエータ３００を駆動して照射レンズ３０１を一方向に変位させたときの、照射レーザ光の出射角度とＰＳＤ受光面上における分離光（同図ではモニター光）の収束位置の関係（シミュレーション）を示すものである。同図に示す如く、分離光の変位量は照射レーザ光の出射角度に比例して増加する。なお、同図の特性にうねりが生じているのは、照射レンズを２次元駆動することによって、ＰＳＤ受光面上の分離光に収差が生じるためである。

図９に、ＰＳＤ６００の構造を示す。なお、同図は、図８において、ＰＳＤ６００をY軸方向から見たときの構造を示すものである。

図示の如く、ＰＳＤ６００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、図８のＸ方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、図８のＹ方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図では図示省略）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。

受光面に分離光が収束されると、収束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、分離光の収束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、受光面上における収束位置を検出することができる。

図１０（ａ）は、ＰＳＤ６００の有効受光面を示す図である。また、図１０（ｂ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流をもとにＰＳＤ信号処理回路６０にて生成される位置検出電圧と、有効受光面上における分離光の収束位置の関係を示す図である。なお、図１０（ａ）では有効受光面を正方形としている。また、図１０（ｂ）では、有効受光面のセンター位置を基準位置（０位置）として、基準位置に対する収束位置のＸ方向およびＹ方向の変位量と出力電圧の関係を示している。

上記ＰＳＤ信号処理回路６０は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流をもとに、収束位置のＸ方向変位量に対応する電圧Ｘoutと、Ｙ方向変位量に対応する電圧Ｙoutを生成し、ＡＤＣ７０を介して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ＸoutとＹoutから収束位置のＸ方向変位量とＹ方向変位量を検出する。

図１２を参照して、本実施例におけるスキャン動作について説明する。

同図（ａ）に示すように、ビーム照射装置の前方空間に設定された目標領域をブロック状に分割したとき、照射レーザ光は、全てのブロックを順番に照射するようにしてスキャンされる。ここで、ブロックのスキャン順序は任意に設定できる。たとえば、同図（ｂ）に示す如く、左上隅のブロック位置から順次、１ラインずつスキャンするように設定することもできる。なお、スキャン軌道（スキャン順序）は、上述の如く、ＤＳＰ制御回路１０内のスキャンテーブルによって規定される。

同図（ｂ）のようにしてスキャンされる場合、ＰＳＤ６００の受光面上における分離光の収束位置は、同図（ｃ）に示す軌道に沿って移動する。ここで、同図（ｃ）の軌道は、同図（ｂ）のスキャン軌道に対し、一対一に対応している。したがって、同図（ｃ）の軌道上における収束位置から照射レーザ光のスキャン位置を識別することができる。なお、この場合、同図（ｃ）の軌道は、上述の如く、ＤＳＰ制御回路１０内の軌道テーブルに従うこととなる。

ビーム照射装置においては、同図（ｂ）に示すスキャン軌道に沿って照射レーザ光がスキャンされるのが最も理想的である。しかし、通常は、ビーム照射装置に対して不所望な振動や外乱等が加えられることにより、照射レーザ光のスキャン位置が所期のスキャン軌道から外れてしまう。この場合、かかるスキャン位置の外れに応じて、有効受光面上における分離光の収束位置も同図（ｃ）に示す軌道から外れることとなる。

図１３は、有効受光面上における分離光のスポット軌道の一例を示すものである。かかる場合、ＤＳＰ制御回路１０は、上述の如く、分離光の収束位置を目標軌道に引き込むよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。

今、分離光の収束位置がＰ(x,y)にあり、このとき、目標軌道上にあるべき収束位置が
Ｐ’(x',y')であるとする。ここで、目標軌道上の収束位置Ｐ’(x',y')は、ＤＳＰ制御回路１０内に設定された軌道テーブルから取得される。具体的には、照射レーザ光のスキャン位置に対応する収束位置が軌道テーブルから取得される。

このとき、ＤＳＰ制御回路１０は、Ｐ(x,y)とＰ’(x',y')をもとに、Ｅx＝ｘ−ｘ’と
Ｅy＝ｙ−ｙ’を演算し、演算結果をもとに、Ｅx＝０、Ｅy＝０になるよう、アクチュエ
ータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。これにより、照射レーザ光のスキャン位置は、当該タイミングにおいてスキャン軌道上にあるべきスキャン位置方向に引き戻される。これに応じて、分離光の収束位置も、当該タイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(x',y')の方向に引き込まれる。かかるサーボ動作によって、照射レーザ光は所期のスキャン軌道に追従するようスキャンされる。

なお、本実施例におけるスキャン動作は、実施例１と同様であるので説明を省略する。

以上のように、本発明によれば、レーザ光を適切な位置に照射し、正確なスキャン動作を実現することができる。さらに、照射レーザ光のスキャン位置が所期のスキャン軌道から外れた場合にも、これを所期のスキャン軌道に円滑に引き戻すことができ、よって、不所望な振動や外乱がビーム照射装置に加えられた場合にも、安定したスキャン動作を実現することができる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は、斯かる実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能であることは言うまでもない。

たとえば、上記実施例２では、図１３を参照して説明したように、分離光の収束位置Ｐ(x,y)を、当該タイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(x',y')に引き込むようにしてサーボを掛けるようにしたが、この他のサーボ処理にて、分離光の収束位置を目標軌道上に引き込むようにすることもできる。たとえば、図１４に示すように、当該タイミングよりΔＴだけ経過したタイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(xa',ya')に引き込むようにすることもできる。この場合、ＤＳＰ制御回路１０は、Ｐ(x,y)とＰ’(xa',ya')をもとに、Ｅx＝ｘ−ｘa’とＥy＝ｙ−ｙa’を演算し、演算結果をもとに、
Ｅx＝０、Ｅy＝０になるよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。こうすると、照射レーザ光のスキャン位置を次に予定されているスキャン位置に円滑に引き込むことができ、効率的なスキャン動作を実現することができる。

なお、上記において、想定し得ない大きさの振動や外乱がビーム照射装置に加わった場合には、サーボ外れが生じて照射レーザ光のスキャン位置が所期のスキャン位置から大きく外れる場合が起こり得る。このような場合には、たとえば、図４（ｂ），図１２（ｂ）のスキャン形態では、スキャン位置をサーボ外れが生じたときにスキャン途中であったラインの先頭位置に戻し、この位置から以降のスキャン処理を継続するようにすれば良い。

また、振動や外乱を予測する、いわゆる外乱オブザーバを併せて適用すれば、照射レーザ光の軌道追従をより円滑に行うことができる。この場合、想定し得ない大きさの振動や外乱がビーム照射装置に加わったような場合にも、サーボ外れの発生を効果的に抑制することができる。

本実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義等は、本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。

実施例１に係るビーム照射装置の構成を示す図 実施例１に係るビーム照射ヘッドの構成を示す図 実施例１に係るVCM駆動電流の例を示す図 実施例１に係るスキャン動作を説明する図 VCM駆動電流と発光タイミングとの関係を示す図 VCM駆動電流と発光タイミングとの関係を示す図 実施例１に係るスキャン動作を示すフローチャート 実施例２に係るビーム照射装置の構成を示す図 実施例２に係るＰＳＤ構造を示す図 ＰＳＤの構造と位置検出電圧の変動を説明する図 照射レーザ光の出射角度と分離光の収束位置の関係を示す図 実施例２に係るスキャン動作を説明する図 実施例２に係る軌道サーボの掛け方を説明する図 実施例２に係る軌道サーボの掛け方を説明する図

符号の説明

１０ ＤＳＰ制御回路
３０ レーザ駆動回路
４０ アクチュエータ駆動回路
５０ ビーム照射ヘッド
１００ 半導体レーザ
３００ レンズアクチュエータ
３０１ 照射レンズ

Claims (10)

1. レーザ光を出射する光源と、
   目標領域に前記レーザ光が所定の間隔で照射されるように前記光源を制御する光源制御手段と、
   この光源から出射されたレーザ光を目標領域に向けて照射するレンズと、
   このレンズを少なくとも前記レーザ光の光軸に直交する方向に変位させる変位手段と、
   前記変位手段を駆動して前記レーザ光を前記目標領域内にて走査させる走査手段とを有する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
2. 前記走査手段は、前記レーザ光が目標領域内を水平方向に走査するよう前記変位手段を駆動し、
   前記目標領域を水平方向に走査している間、前記光源制御手段は、この目標領域に対して所定の間隔でレーザ光が照射されるように制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のビーム照射装置。
3. 前記所定の間隔は、前記目標領域内を一定の大きさに分割したときのブロック単位である、
   ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のビーム照射装置。
4. 前記所定の間隔は、一定の時間間隔である、
   ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のビーム照射装置。
5. 前記変位手段は、前記走査手段からの所定の信号に基づいて駆動される
   ことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のビーム照射装置。
6. 前記所定の信号は、正弦波信号である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のビーム照射装置。
7. 前記所定の信号は、矩形波信号である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のビーム照射装置。
8. 前記所定の信号は、のこぎり波信号である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のビーム照射装置。
9. 前記所定の信号は、山形波信号である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のビーム照射装置。
10. さらに、
    前記レンズを通過したレーザ光の一部を分離する分離手段と、
    前記分離手段によって分離されたレーザ光を受光するとともに受光面上における前記分離光の受光位置を検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された受光位置に基づいて前記目標領域に照射されるレーザ光の走査位置を補正する補正手段とを有する、
    ことを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載のビーム照射装置。

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