JP2007108155A - ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査レンズの変位量を小さく抑えながらスキャンの振り幅を大きくできるようにする。
【解決手段】走査レンズ３０１の後段にアタッチメントレンズ７００を配する。走査レンズ３０１によってレーザ光を収束させた後、アタッチメントレンズ７００にてレーザ光を平行光に変換する。走査レンズ３０１をレーザ光の光軸に垂直な方向に変位させると、走査レンズ通過直後の照射レーザ光の進行方向が所定角度だけ曲げられる。その後、照射レーザ光は、アタッチメントレンズ７００を通過することにより、その進行方向がさらに同一方向に所定角度だけ曲げられる。したがって、最終的に出射窓８００から出射される照射レーザ光の振れ角は、アタッチメントレンズ７００が配されていない場合に比べて、このアタッチメントレンズ７００によって付与される振れ角の分だけ大きくなる。
【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。かかる検出装置は、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、その反射光の受光状態から、障害物とそこまでの距離を検出するものである。

かかる検出装置には、レーザ光をスキャンさせるための、いわゆるビーム照射装置が配備されている。ここで、レーザ光のスキャンには、たとえば、特許文献１に示すレンズアクチュエータを用いることができる。このアクチュエータでは、光源からのレーザ光（拡散光）が、走査レンズによって、平行光またはこれより少し拡散した光に変換される。アクチュエータの駆動に応じて走査レンズがレーザ光の光軸に垂直な方向に２次元駆動されることにより、レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
特開平１１−８３９８８号公報

しかしながら、かかる従来技術によれば、レーザ光の振り幅がアクチュエータの駆動量によって制限されるとの問題が生じる。この場合、アクチュエータの駆動量には一定の限界があるため、それよりも大きく走査レンズを変位させようとすると、アクチュエータを更に大きくするか、あるいは、マグネットとコイルからなる電磁回路の駆動力を引き上げる必要がある。しかし、こうすると、ビーム照射装置が大型化し、また、消費電力が増大する等の問題が生じる。

そこで、本発明は、このような問題を解消し、走査レンズの変位量を小さく抑えながら、簡素な構成にて、レーザ光の振り幅を大きく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。

第１の発明は、レーザ光を目標領域に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、前記光源から出射されたレーザ光の進行方向を該レーザ光の光軸に垂直な方向に変位させる第１のレンズ手段と、前記第１のレンズ手段を駆動する駆動手段と、前記第１のレンズ手段が変位されることによって生じる前記光軸の振り角に広角作用を付与する第２のレンズ手段とを有することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１のレンズ手段は、前記レーザ光を平行光よりも収束させ、前記第２のレンズ手段は、前記第１のレンズ手段によって収束されたレーザ光を略平行な状態に拡散させることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記駆動手段は、前記第１のレンズ手段を前記レーザ光の光軸に垂直な第１の方向と該第１の方向および前記光軸に垂直な第２の方向に２次元駆動し、前記第２のレンズ手段は、少なくとも前記第１の方向または第２の方向の何れかにおいて前記レーザ光に前記広角作用を付与することを特徴とする。

第４の発明は、第１ないし第３の何れかの発明において、前記第２のレンズ手段は、前記レーザ光に前記広角作用を付与する第１のレンズ面と、前記レーザ光の輪郭を調整する第２のレンズ面を有することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、前記第２のレンズ面は、前記レーザ光の輪郭が一方向に長細くなるように、前記レーザ光に光学作用を付与することを特徴とする。

第６の発明は、第１ないし第３の発明のうち何れかにおいて、前記第１のレンズ手段を通過した前記レーザ光を前記第２のレンズ手段に向かう第１の光とこれと異なる方向に向かう第２の光に分割する光分割手段と、前記光分割手段によって分割された第２の光を受光して前記第２のレンズを通過した前記レーザ光の照射位置に応じた信号を出力する位置センサーと、前記位置センサーと前記光分割手段の間に配され前記第２の光を前記位置センサー上に収束させる第３のレンズ手段をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、第２のレンズ手段にて付与される広角作用によって、レーザ光をスキャンさせる際の振り幅を、上記従来例の場合に比べて、数段大きくすることができる。

たとえば、第２のレンズ手段から出射されるレーザ光が平行光であり、且つ、そのビーム径（光線追跡法によるもの）が第１のレンズ手段に入射するときのビーム径（同じく、光線追跡法によるもの）の１／ｎである場合、本発明によれば、上記従来例に比べ、ｎ倍の振り幅にて、レーザ光をスキャンさせることができる。

本発明の意義ないし効果は、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、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの例示形態であって、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。

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。

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。なお、同図には、ビーム照射装置のヘッド部分（ビーム照射ヘッド）が示されており、制御回路の構成は図示省略されている。

ビーム照射ヘッドは、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と、ビームスプリッタ４００と、サーボレンズ５００と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）６００と、アタッチメントレンズ７００と、出射窓８００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、走査レンズ３０１に入射される。走査レンズ３０１は、両面非球面の凸レンズから構成されており、半導体レーザ１００から入射されたレーザ光を平行光よりもさらに収束させる。この走査レンズ３０１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。走査レンズ３０１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。なお、走査レンズ３０１は、中立位置にあるときに、その中心軸がアタッチメントレンズ７００の中心軸に一致するよう、レンズアクチュエータ３００によって調整される。

レーザ光は、走査レンズ３０１を通過した後、ビームスプリッタ４００によってその一部が反射され、目標領域に照射されるレーザ光（以下、“照射レーザ光”という）から分離される。分離されたレーザ光（以下、“分離光”という）は、サーボレンズ（集束レンズ）５００を介してＰＳＤ６００上に収束される。

ＰＳＤ６００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、ＰＳＤ６０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。

この電流信号が信号処理回路（図示せず）にて処理されて、照射レーザ光の照射位置が検出される。そして、この検出結果をもとに、照射レーザ光のスキャン制御がなされる。なお、ＰＳＤ６００の構成および電流の出力動作については、追って、図４および図５を参照して詳述する。

ビームスプリッタ４００を通過した照射レーザ光は、アタッチメントレンズ７００に入射される。アタッチメントレンズ７００は、全周方向においてレーザ光に拡散作用を付与する凹レンズから構成されており、収束光として入射される照射レーザ光を平行光に変換する。アタッチメントレンズ７００にて平行光とされた照射レーザ光は、出射窓８００を通過して、目標領域に照射される。

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、走査レンズ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、アクチュエータ駆動回路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、走査レンズ３０１がレンズホルダーとともに２次元駆動される。

図３（ａ）は、走査レンズ３０１を矢印Ａ方向に変位させたときの照射レーザ光の振れ具合を光線追跡法にてシミュレーションしたものである。また、図３（ｂ）は、走査レンズ３０１を図３（ａ）と同一方向（矢印Ａ方向）に変位させたときの分離光の振れ具合を光線追跡法にてシミュレーションしたものである。なお、図３（ｂ）には、サーボレンズ５００に入射するレーザ光の軌跡のみが示されている。

同図（ａ）に示す如く、走査レンズ３０１を変位させることにより、走査レンズ通過直後の照射レーザ光の進行方向が所定角度だけ曲げられる。その後、照射レーザ光は、アタッチメントレンズ７００を通過することにより、その進行方向がさらに同一方向に所定角度だけ曲げられる。したがって、最終的に出射窓８００から出射される照射レーザ光の振れ角は、アタッチメントレンズ７００が配されていない場合に比べて、このアタッチメントレンズ７００によって付与される振れ角の分だけ大きくなる。なお、アタッチメントレンズ７００は、全周方向においてレーザ光に拡散作用を付与する凹レンズから構成されているため、かかる振れ角の増大効果（広角作用）も、アタッチメントレンズ７００の全周方向において生じる。かかる振れ角の増大効果（広角作用）については、追って、図６を参照して検証する。

図４に、ＰＳＤ６００の構造を示す。なお、同図は、図１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１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１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５（ａ）は、ＰＳＤ６００の有効受光面を示す図である。また、図５（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５（ａ）では有効受光面を正方形としている。また、図５（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。

信号処理回路は、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、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）を介してＤＳＰ（Digital Signal Processor）制御回路に出力する。ＤＳＰ制御回路は、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６は、上記図１の構成において、走査レンズ３０１の移動量と照射レーザ光の走査角度の関係を一定条件下でシミュレーションしたときのシミュレーション結果である。なお、縦軸の走査角度は、半導体レーザ１００から出射されるレーザ光の光軸と出射窓８００から出射される際のレーザ光の光軸の間の角度である。また、同図には、比較例として、アタッチメントレンズ７００を省略したときの走査レンズ３０１の移動量と走査角度の関係が示されている。

シミュレーションの条件は、次の通りである。
＜走査レンズ３０１＞
両面非球面
焦点距離：13.4912 ｍｍ
有効径 ： Φ16 ｍｍ（アパーチャ）
中心厚さ： 5 ｍｍ
屈折率 ： 1.517
＜アタッチメントレンズ７００＞
入射側 ：球面／出射側：球面
焦点距離：−23.0474 ｍｍ
有効径 ： Φ14.0 ｍｍ
中心厚さ： 1 ｍｍ
屈折率 ： 1.517
＜その他＞
半導体レーザからアタッチメントレンズまでの距離：52.81 mm
走査レンズの変位量：± 2 mm

なお、走査レンズ３０１とアタッチメントレンズ７００は、両レンズの中心軸が一致しているとき、すなわち、走査レンズ３０１が中立位置にあるときに、アタッチメントレンズ７００から出射されるレーザ光が平行光となり、且つ、そのビーム径（光線追跡法によるもの）が走査レンズ３０１に入射するときのビーム径（同じく、光線追跡法によるもの）の１／２となる位置に配置されているものとする。

同図に示す如く、本実施例を採用すると、比較例に比べ、各走査レンズ位置において約２倍の走査角を得ることができる。すなわち、本実施例によれば走査レンズ３０１を小さく変位させても大きな振り角にて照射レーザ光をスキャンさせることができる。

なお、本シミュレーション条件に従う各レンズは、以下のレンズデータをもとに形成できる。
＜走査レンズ３０１＞
ａ．入射面（非球面）
・曲率半径 16.8777649771835 mm
・非球面係数（非球面生成多項式）：
コーニック定数(K) −8.48832199279343
４次の係数(A) −4.27096033316007e-007
６次の係数(B) 1.17521904684828e-006
８次の係数(C) −2.111559547426e-008
ｂ．出射面（非球面）
・曲率半径 −10.4603963534906 mm
・非球面係数（非球面生成多項式）：
コーニック定数(K) 0.0947470811575341
４次の係数(A) 7.4254388113816e-005
６次の係数(B) 2.33700944147862e-006
８次の係数(C) −1.55061157703029e-008
ｃ．材料：ガラス／BK７（屈折率＝1.517）
＜アタッチメントレンズ７０１＞
ａ．入射面（球面）
・曲率半径 −60.3114453703036 mm
ｂ．出射面（球面）
・曲率半径 14.68847686175 mm
ｃ．中心面間隔 1 mm
ｄ．材料 ガラス／BK７（屈折率＝1.517）

なお、本検証例では、走査レンズ３０１が中立位置にあるときに、アタッチメントレンズ７００から出射されるレーザ光が平行光となり、且つ、そのビーム径（光線追跡法によるもの）が走査レンズ３０１に入射するときのビーム径（同じく、光線追跡法によるもの）の１／２となるような条件にてシミュレーションを行ったが、アタッチメントレンズ７００から出射されるレーザ光のビーム径（光線追跡法によるもの）が走査レンズ３０１に入射するときのビーム径（同じく、光線追跡法によるもの）の１／ｎになるように光学系の条件を設定した場合には、比較例に比べてｎ倍の振れ角にて、照射レーザ光をスキャンさせることができるようになる。つまり、アタッチメントレンズ７００から出射されるレーザ光のビーム径を小さくすればするほど、走査レンズ３０１の変位量に対する照射レーザ光の振れ角を大きくすることができる。

しかし、アタッチメントレンズ７００から出射されるレーザ光のビーム径をあまりに小さくしすぎると、出射窓８００に付着した水滴や粉塵によって照射レーザ光に散乱等が生じ、照射レーザ光が目標領域に円滑に照射されないとの問題が生じる。したがって、走査レンズ３０１に入射するときのビーム径の大きさは、かかる悪影響と、照射レーザ光のスキャンに必要な振れ角とを考慮しながら、適正なものに設定するようにする必要がある。

なお、上記シミュレーションにおける条件を光学系に設定した場合には、水滴や粉塵等による悪影響が生じることなく、照射レーザ光を目標領域に円滑に照射することができる。

ところで、本実施例のように走査レンズを中立位置から変位させると、走査レンズの中心軸と入射レーザ光の光軸の間のずれに応じて収差が生じる。図７〜図９は、上記シミュレーションにおける条件を光学系に設定しつつ走査レンズ３０１を変位させたときの収差の発生状態（強度分布）をシミュレーションしたものである。なお、同図に示す強度分布は、アタッチメントレンズ７００から１００ｍ先にある目標領域において照射レーザ光の強度分布を求めたときのものである。

各図には、走査レンズを変位させつつ照射レーザ光を水平方向に所定角度だけ振らせたときのビーム強度分布（左図）と、各ビーム強度分布に対する水平方向（図面左右方向）のビームプロファイル（中図）と、垂直方向（図面上下方向）のビームプロファイル（右図）が示されている。なお、ビームプロファイルの横軸はビーム中心位置（ビーム強度が最も高い位置）からの離間距離であり、縦軸は最大強度を１００とした時の強度レベルである。また、横軸は、ビーム中心位置がゼロになるよう設定されている。

図７〜図９を参照して分かるとおり、本シミュレーションにおける条件を光学系に設定した場合、照射レーザ光を中立位置から水平方向に１５°程度走査させたあたり（図８（ｂ）参照）から収差の発生状態が目立って大きくなり、照射レーザ光の強度分布が水平方向に歪んだ状態となる。さらに、走査角度が２０°程度になると（図９参照）、強度分布の歪みはかなり大きなものとなっている。かかる歪の発生は、照射レーザ光を垂直方向に走査させたときも同様に生じる。

この歪を低減するには、走査レンズ３０１またはアタッチメントレンズ７００のレンズ面を、走査レンズの変位によって生じる収差を抑制し得るものに設定するか、あるいは、かかる収差を抑制するための補正レンズを別途光路中に配置する方法を用いることができる。本実施例に係るビーム照射装置が搭載される装置側において、上記強度分布の歪が問題となる場合には、別途、このような手段を講じて、歪を低減する必要がある。

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、上記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なものである。

たとえば、上記実施の形態では、全周方向においてレーザ光に広角作用を付与する凹レンズにてアタッチメントレンズ７００を構成したが、一方向にのみレーザ光に広角作用を付与するレンズにてアタッチメントレンズ７００を構成することもできる。この場合、かかるアタッチメントレンズ７００は、図１の構成において、たとえば、その広角作用の方向が同図のＺ軸方向またはＹ軸方向の何れかに一致するようにして配置される。

たとえば、アタッチメントレンズ７００による広角作用の方向を、図１のＺ軸方向に一致させた場合には、照射レーザ光の走査角は、走査レンズ３０１をＺ軸方向に変位させたときにのみ、アタッチメントレンズ７００による広角作用によって増幅される。この場合、走査レンズ３０１をＹ軸方向に変位させても、照射レーザ光の走査角は、アタッチメントレンズ７００の作用によって影響されず、走査レンズ３０１の変位によってのみ生じることとなる。

なお、この場合には、走査レンズ３０１は、図１のＺ軸方向においてレーザ光を平行光からさらに収束させ、図１のＹ軸方向においてはレーザ光を平行光とするようレンズ面を設定すると良い。また、アタッチメントレンズ７００は、走査レンズによって付与されたＺ軸方向の収束状態を平行光に変換するようレンズ面を設定すると良い。こうすると、アタッチメントレンズ７００を通過した後の照射レーザ光を平行光とすることができる。

なお、この変更例は、一方向における走査範囲を特に大きく取りたいときに有効となる。たとえば、ビーム照射装置を車載用として用いる場合には、上下方向よりも水平方向における走査範囲を大きく設定し、側方にある障害物や、側方からの急な飛び出しを迅速に検出する必要がある。この変更例は、このような場合に用いて好適なものである。

なお、この変更例では、Ｚ軸方向における走査角度の変更度合いがＹ軸方向における走査角度の変更度合いよりも大きくなるため、ＰＳＤ６００上に収束される分離光もこの変更度合いを反映するようにして受光面上を移動するのが望ましい。したがって、この変更例では、このように分離光の収束位置が受光面上を移動するよう、サーボレンズ５００のレンズ面を設計するのが望ましい。

ところで、上記実施の形態では、アタッチメントレンズ７００の入射面と出射面を共に球面とし、全周方向において一様な拡散作用をレーザ光に付与する構成としたが、入射面と出射面の何れか一方に、照射レーザ光のビーム形状を調整する機能を持たせるようにすることもできる。たとえば、入射面と出射面の何れか一方をトロイダル面として、照射レーザ光のビーム形状を、上記の例よりもさらに長細くすることもできる。

図１０〜１１に、アタッチメントレンズ７００の入射面をトロイダル面としたときのシミュレーション結果を示す。本シミュレーションは、以下の条件を光学系に設定しつつ走査レンズ３０１を変位させたときの照射レーザ光の強度分布をシミュレーションしたものである。なお、同図に示す強度分布は、アタッチメントレンズ７００から１００ｍ先にある目標領域において照射レーザ光の強度分布を求めたときのものである。
＜走査レンズ３０１＞
両面非球面
焦点距離：13.4912 ｍｍ
有効径 ： Φ16 ｍｍ（アパーチャ）
中心厚さ： 5 ｍｍ
屈折率 ： 1.517
＜アタッチメントレンズ７００＞
入射側 ：トロイダル面 ／ 出射側：球面
焦点距離：水平方向 −23.0359 ｍｍ、垂直方向 −20.9278 ｍｍ
有効径 ： Φ14.0 ｍｍ
中心厚さ： 1 ｍｍ
屈折率 ： 1.517
＜その他＞
半導体レーザからアタッチメントレンズまでの距離：52.81 mm
走査レンズの変位量：± 2 mm

なお、走査レンズ３０１とアタッチメントレンズ７００は、両レンズの中心軸が一致しているとき、すなわち、走査レンズ３０１が中立位置にあるときに、アタッチメントレンズ７００から出射されるレーザ光が水平方向において平行光となり、且つ、そのビーム径（光線追跡法によるもの）が、水平方向において、走査レンズ３０１に入射するときのビーム径（同じく、光線追跡法によるもの）の略１／２となるような位置に配置されているものとする。

図１０〜１２を参照して分かるとおり、アタッチメントレンズ７００の入射面をトロイダル面とすることにより、照射レーザ光のビーム形状を、上記の例よりもさらに上下方向に細長くすることができる。こうすると、上記の例に比べ、上下方向における照射レーザ光のカバー範囲を広げることができる。したがって、この構成を障害物検出装置に用いた場合には、図１３（ｂ）に示す如く、目標領域における上下方向のスキャン段数を削減することができる。よって、スキャン制御の簡素化を図ることができる。

本シミュレーション条件に従うアタッチメントレンズ７００は、以下のレンズデータをもとに形成され得る。なお、走査レンズ３０１のレンズデータは、先のシミュレーションにて示したものと同じであるので、ここでは説明を省略する。
＜アタッチメントレンズ７０１＞
ａ．入射面（トロイダル面）
・曲率半径：
水平方向 −60.16068895769 mm
垂直方向 −40 mm
ｂ．出射面（球面）
・曲率半径 14.68847686175 mm
ｃ．材料 ガラス／BK７（屈折率＝1.517）

なお、本シミュレーション条件に従う場合にも、上記図６に示す場合と略同様の広角作用を実現できる。

また、図１０〜１２を参照して分かるとおり、本シミュレーション条件に従う場合にも、上記と同様、照射レーザ光に収差が発生する。すなわち、本シミュレーションにおける条件を光学系に設定した場合、照射レーザ光を中立位置から水平方向に１５°程度走査させたあたり（図１１（ｂ）参照）から収差の発生状態が目立って大きくなり、照射レーザ光の強度分布が水平方向に歪んだ状態となる。さらに、走査角度が２０°程度になると（図１２参照）、強度分布の歪みはかなり大きなものとなっている。かかる歪の発生は、照射レーザ光を垂直方向に走査させたときも同様に生じる。

この歪を低減するには、走査レンズ３０１のレンズ面を、走査レンズの変位によって生じる収差を抑制し得るものに設定するか、あるいは、かかる収差を抑制するための補正レンズを別途光路中に配置する方法を用いることができる。本実施例に係るビーム照射装置が搭載される装置側において、上記強度分布の歪が問題となる場合には、別途、このような手段を講じて、歪を低減する必要がある。

このようにアタッチメントレンズ７００の面形状を調整することにより、上記広角効果に加え、照射レーザ光の整形効果を奏することができる。すなわち、簡素な構成にて振り角を増大できるとの効果と、スキャン制御を簡素化できるとの効果を同時に奏することができる。

本発明は、車載用の他、様々な用途のビーム照射装置に適用可能である。障害物検出装置、距離検出装置の他、画像読み取り装置等にも搭載可能なものである。

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 実施の形態に係る走査レンズ３０１を一方向に変位させたときの照射レーザ光と分離光の振れ具合を光線追跡法にてシミュレーションした結果を示す図 実施形態に係るＰＳＤの構造を示す図 実施の形態に係るＰＳＤの構造と電圧特性を説明する図 実施の形態に係る走査レンズの移動量と走査角度の関係を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光変位時のレーザ光の強度分布を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光変位時のレーザ光の強度分布を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光変位時のレーザ光の強度分布を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光変位時のレーザ光の強度分布を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光変位時のレーザ光の強度分布を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光変位時のレーザ光の強度分布を示す図 実施の形態に係る照射レーザ光の状態とスキャン軌道を例示する図

符号の説明

３０１ 走査レンズ
５００ サーボレンズ
６００ ＰＳＤ
７００ アタッチメントレンズ

Claims (6)

1. レーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射されたレーザ光の進行方向を該レーザ光の光軸に垂直な方向に変位させる第１のレンズ手段と、
   前記第１のレンズ手段を駆動する駆動手段と、
   前記第１のレンズ手段が変位されることによって生じる前記光軸の振り角に広角作用を付与する第２のレンズ手段と、
   を有することを特徴とするビーム照射装置。
2. 請求項１において、
   前記第１のレンズ手段は、前記レーザ光を平行光よりも収束させ、
   前記第２のレンズ手段は、前記第１のレンズ手段によって収束されたレーザ光を略平行な状態に拡散させる、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
3. 請求項１において、
   前記駆動手段は、前記第１のレンズ手段を前記レーザ光の光軸に垂直な第１の方向と該第１の方向および前記光軸に垂直な第２の方向に２次元駆動し、
   前記第２のレンズ手段は、少なくとも前記第１の方向または第２の方向の何れかにおいて前記レーザ光に前記広角作用を付与する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項において、
   前記第２のレンズ手段は、前記レーザ光に前記広角作用を付与する第１のレンズ面と、前記レーザ光の輪郭を調整する第２のレンズ面を有する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
5. 請求項４において、
   前記第２のレンズ面は、前記レーザ光の輪郭が一方向に長細くなるように、前記レーザ光に光学作用を付与する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
6. 請求項１ないし５の何れかにおいて、
   前記第１のレンズ手段を通過した前記レーザ光を前記第２のレンズ手段に向かう第１の光とこれと異なる方向に向かう第２の光に分割する光分割手段と、
   前記光分割手段によって分割された第２の光を受光して前記第２のレンズを通過した前記レーザ光の照射位置に応じた信号を出力する位置センサーと、
   前記位置センサーと前記光分割手段の間に配され前記第２の光を前記位置センサー上に収束させる第３のレンズ手段をさらに有する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。

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