JP2008102026A - ビーム照射装置およびレーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の簡素な構成によって、レーザ光の走査の容易な制御を実現できるビーム照射装置を提供する。
【解決手段】このビーム照射装置１は、レーザ光２０を出射する光源１１を備える。また、光源１１から出射されたレーザ光２０を反射し、目標領域に向けて照射させるミラー１５を備える。また、ミラー１５を移動させてレーザ光２０を走査させる移動機構１７を備える。また、ミラー１５において分離されたレーザ光２０の一部である分離光２１を受光するとともに、受光面上における分離光２１の受光位置を検出する検出部１９を備える。また、光源１１と移動機構１７とを制御する制御回路３０を備える。そして、上記ミラー１５は曲面ミラーであり、移動機構１７は曲面ミラー１５を平行移動させるものであって、曲面ミラー１５は、レーザ光２０が入射する側の面である第１面において、レーザ光２０を反射する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ビーム照射装置およびレーザレーダ装置に関し、特に、車間検出器や距離検出器などに用いられる、ビーム照射装置およびレーザレーダ装置に関する。

近年、レーザ光を用いたレーザレーダ装置が様々な分野で注目されている。たとえば、レーザレーダ装置を車両のバンパに取り付けて、レーザ光を照射させたときの反射光を検出することによって車両前方の障害物の有無および障害物までの距離を測定する検出器が開発されている。

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上下および左右方向に走査（スキャン）される。そして、各スキャン位置において、レーザ光の照射から反射光の受光まで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。このような検出器においては、レーザ光を上下および左右方向にスキャンさせながら目標領域に照射する、ビーム照射装置が用いられる。

レーザ光を走査させるための装置として、従来、回転するポリゴンミラーに向けてレーザ光を照射し、ポリゴンミラーの各反射面における反射によりレーザ光を走査させる装置がある。また、板ばねの一端を固定し、他端を変位可能とし、レーザ光を出射するための光学素子を保持する可動部を板ばねの他端に取り付け、可動部を駆動することによりレーザ光を走査させる装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
国際公開第０２／００８８１８号パンフレット

その他のレーザ光を走査させるための装置として、レーザ光を投光するためのレンズを保持するレンズホルダにアクチュエータを取り付け、レンズおよびレンズホルダをレンズの光軸（レンズの屈折表面の曲率中心を結んだ線）と垂直な方向に平行移動することによりレーザ光を走査させる、レンズシフト方式が検討されている。さらに、ミラーに軸を取り付け、軸を回転させながらミラーにレーザ光を照射し反射させることによりレーザ光を走査させる、ジンバル方式が検討されている。

しかし、レンズシフト方式においては、レンズおよびレンズホルダを移動させるには、それらの重量が大きいことから推力の大きなアクチュエータが必要になり、アクチュエータのサイズも増大するという問題がある。また、ジンバル方式では、軽量のミラーを回転させるのでアクチュエータの推力を低減できるが、軸摺動部の摩擦力の管理が難しいため、ミラーの正確な位置決めが困難、つまりレーザ光の照射位置の制御が困難であるという問題がある。

それゆえに、この発明の目的は、小型の簡素な構成によって、レーザ光の走査の容易な制御を実現できるビーム照射装置を提供することである。

この発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射する光源を備える。また、光源から出射されたレーザ光を反射し、目標領域に向けて照射させるミラーを備える。また、ミラーを移動させてレーザ光を走査させる移動機構を備える。また、ミラーにおいて分離されたレーザ光の一部である分離光を受光するとともに、受光面上における分離光の受光位置を検出する検出部を備える。また、光源と移動機構とを制御する制御回路を備える。そして、上記ミラーは曲面ミラーであり、移動機構は曲面ミラーを平行移動させるものであって、曲面ミラーは、レーザ光が入射する側の面である第１面において、レーザ光を反射する。

この場合は、可動部となる曲面ミラーの重量は小さく、推力の大きな移動機構を必要としないため、移動機構の推力を低減することができる。また、ジンバル方式に比して小型の簡単な構成によってレーザ光を走査させることができるので、ビーム照射装置のコストの低減を達成することができる。曲面である曲面ミラーの第１面においてレーザ光を反射させるので、回転移動ではなく曲面ミラーの平行移動によってレーザ光を走査させることができ、レーザ光の角度の制御が容易である。また、検出部において分離光を検出することにより、第１面におけるレーザ光の入射位置を容易に検出できるので、レーザ光の第１面への入射位置に従って移動機構を制御することができ、レーザ光の走査に関し容易かつ精度の高い制御を実現することができる。なお、曲面ミラーの平行移動とは、曲面のいずれかの点における接平面と平行な平面上の曲面ミラーの移動である。

好ましくは、曲面ミラーの第１面は、曲面ミラーの平行移動方向に並んだ、曲率半径の異なる複数の曲面を含む。この場合は、複数の曲面の曲率半径を最適に選定することによって、曲面ミラーの平行移動による変位量に対応してレーザ光の出射角度を制御することが可能となるので、レーザ光の走査に関し、より容易かつ精度の高い制御を実現することができる。

また好ましくは、曲面ミラーは、レーザ光が入射する側の面である第１面を透過したレーザ光を、第１面と反対側の面である第２面において反射する。この場合は、レーザ光のひずみを緩和することができる。つまり、レーザ光を反射させながら曲面ミラーを平行移動させることによってレーザ光を走査させる場合、レーザ光の走査角度の感度は、曲面ミラーの曲率半径に支配される。曲面ミラーの曲率半径が小さく（すなわち曲率が大きく）なると、レーザ光のひずみが発生することがある。したがって、曲面ミラーはレーザ光の少なくとも一部が透過することができる材料である透明材料によって作製され、より曲率半径の大きい曲面ミラーの第２面においてレーザ光を反射させることによって、レーザ光のひずみを緩和することができる。

また好ましくは、曲面ミラーの第２面は、曲面ミラーの平行移動方向に並んだ、曲率半径の異なる複数の曲面を含む。この場合は、複数の曲面の曲率半径を最適に選定することによって、曲面ミラーの平行移動による変位量に対応してレーザ光の出射角度を制御することが可能となるので、レーザ光の走査に関し、より容易かつ精度の高い制御を実現することができる。

また好ましくは、移動機構は、曲面ミラーの複数箇所を支持するワイヤーを含む。この場合は、曲面ミラーの平行移動を簡単な構造によって可能とすることができ、また曲面ミラーの平行移動による変位量を精度よく制御することが可能となるので、レーザ光の走査に関し、より精度の高い制御を実現することができる。

上記ビーム照射装置において好ましくは、移動機構はミラーを球面軌道上に移動させるものであって、ミラーの複数箇所を支持する複数のワイヤーを含み、ワイヤーによって導かれることによりミラーを球面軌道上に移動させる。この場合は、球面軌道上を移動するミラーの反射面にレーザ光を照射して反射させることによって、レーザ光を走査させることができる。したがって、可動部となるミラーの重量は小さいため、移動機構の推力を低減することができる。また、ミラーを球面軌道上に移動させることからレーザ光のひずみが発生せず、良好なビームを得ることができる。

また好ましくは、複数のワイヤーは、一方端がワイヤー支点に繋止されている。この場合は、ワイヤー支点を中心とした球面軌道上に、ミラーを移動させることができる。

この発明に係るレーザレーダ装置は、上記のビーム照射装置を備える。この場合は、小型の簡素な構成によって、レーザ光の走査の容易な制御を実現できるビーム照射装置を用いて、レーザ光を走査させるので、レーザレーダ装置全体の小型化と、必要な推力の低減を実現することができる。

以上のように、この発明のビーム照射装置によれば、小型の簡素な構成によって、レーザ光の走査の容易な制御を実現することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１のビーム照射装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、このビーム照射装置１は、前方空間に設定された目標領域にレーザ光を走査させながら出射する、ビーム走査部１０を備える。ビーム走査部１０は、レーザ光２０を出射する光源として、半導体を媒体としているレーザダイオード（ＬＤ）１１を含む。ＬＤ１１から出射されたレーザ光２０は、折り返しミラー１２において反射され、曲面ミラー１５へ至る方向へ折り返されている。ＬＤ１１が曲面ミラー１５と対向するように配置され、レーザ光２０がＬＤ１１から曲面ミラー１５へ向かう方向にＬＤ１１から出射されてもよいが、折り返しミラー１２を含む構成とすることによって、ビーム走査部１０は小型化できるので有利である。

折り返しミラー１２において折り返されたレーザ光２０は、コリメートレンズ１３および収差板１４を通過するときに光学的に調整されて、曲面ミラー１５へ入射される。曲面ミラー１５のレーザ光２０が入射する側の面である第１面において、レーザ光２０は反射されて、目標領域へ向けて照射される。

曲面ミラー１５は、アクチュエータ１７によって支持されている。アクチュエータ１７は、基板２２に対して平行移動するように、サスペンションワイヤー１６によって基板２２に弾性支持されている。すなわち、アクチュエータ１７とサスペンションワイヤー１６とは、曲面ミラー１５を移動させてレーザ光２０を走査させる、移動機構を構成する。

曲面ミラー１５に入射するレーザ光２０は、曲面ミラー１５において一部分離される。図１に示すように、レーザ光２０は第１面において反射されるとともに、一部のレーザ光は曲面ミラー１５を透過している。つまり、曲面ミラー１５はレーザ光の少なくとも一部が透過することができる材料である、透明材料によって作製されている。分離された分離光２１は、集光レンズ１８によって集光されて、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１９の受光面に集光される。ＰＳＤ１９は、受光面上における分離光２１の受光位置を検出する。すなわち、ＰＳＤ１９は、検出部を構成する。ＰＳＤ１９は、分離光２１の受光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２１の受光位置と、目標領域上におけるレーザ光２０の照射位置とは、一対一に対応している。よって、ＰＳＤ１９から出力される電流は、目標領域上におけるレーザ光２０の照射位置に対応するものとなっている。

ＰＳＤ１９は、たとえば、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することができる。また、ＰＳＤ１９は、図１に示される曲面ミラー１５を透過した分離光２１を受光するような構成に限らず、たとえば曲面ミラーによって反射された、目標領域へ照射されるレーザ光２０が、ビームスプリッタを通過するときに一部分離される分離光を受光するような構成としてもよい。

また、ビーム照射装置１は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）制御回路３０と、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３１と、レーザ駆動回路３２と、アクチュエータ駆動回路３３と、ＰＳＤ信号処理回路４１と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４２とを備える。

ＤＳＰ制御回路３０は、レーザ駆動回路３２およびアクチュエータ駆動回路３３を駆動制御するためのデジタル信号３４をＤＡＣ３１に出力する。ＤＡＣ３１は、ＤＳＰ制御回路３０から入力されたデジタル信号３４をアナログ信号である制御信号３５、３７に変換してレーザ駆動回路３２およびアクチュエータ駆動回路３３に出力する。レーザ駆動回路３２は、ＤＡＣ３１から入力された制御信号３５に応じて発光電流３６を出力し、レーザ光の光源としてのビーム走査部１０のＬＤ１１を駆動する。アクチュエータ駆動回路３３は、ＤＡＣ３１から入力された制御信号３７に応じて駆動電流３８を出力し、移動機構としてのビーム走査部１０のアクチュエータ１７を駆動する。

ＰＳＤ１９からの出力電流４３は、ＰＳＤ信号処理回路４１に入力される。ＰＳＤ信号処理回路４１は、入力された出力電流４３から分離光２１の受光位置を表す電圧信号４４をＡＤＣ４２に出力する。ＡＤＣ４２は、入力された電圧信号４４をデジタル信号４５に変換してＤＳＰ制御回路３０に出力する。ＤＳＰ制御回路３０は、入力されたデジタル信号４５をもとに、受光面上における分離光２１の受光位置を検出する。

図２は、曲面ミラーの平行移動によってレーザ光を走査させる模式図である。図２において、（Ａ）はレーザ光が曲面ミラーの原点位置（たとえば、曲面ミラーの中心点）に入射するとき、（Ｂ）はレーザ光を水平方向に走査させるとき、（Ｃ）はレーザ光を垂直方向に走査させるときの状態を、それぞれ示す。図２に示すように、曲面ミラー１５はアクチュエータ１７によって支持されており、アクチュエータ１７はコイル２３を含む。コイル２３は、アクチュエータ１７の横方向（水平方向にレーザ光２０を走査させるときの曲面ミラー１５の平行移動方向であって、図２の左右方向）と、縦方向（水平方向と直交する垂直方向にレーザ光２０を走査させるときの曲面ミラー１５の平行移動方向であって、図２の上下方向）に、それぞれ対をなすように装着されている。

アクチュエータ１７には、四隅にサスペンションワイヤー１６を嵌入するための孔が形成されている。この孔にそれぞれサスペンションワイヤー１６を嵌入した後、サスペンションワイヤー１６の一方端を基板２２に固着する。これにより、アクチュエータ１７は、基板２２に対して平行移動するように、サスペンションワイヤー１６によって基板２２に弾性支持されている。

アクチュエータ１７の駆動時には、アクチュエータ１７に装着されている各コイル２３に、アクチュエータ駆動回路３３から駆動電流３８が供給される。アクチュエータ１７に供給する駆動電流３８を変化させることによって、コイル２３に流れる電流量が変化する。これにより、コイル２３に作用する電磁力が変化し、アクチュエータ１７が駆動される。アクチュエータ１７の横方向に対をなすように装着されたコイル２３に作用する電磁力を変化させ、また、アクチュエータ１７の縦方向に対をなすように装着されたコイル２３に作用する電磁力を変化させる結果、アクチュエータ１７が二次元的に駆動される。アクチュエータ１７の移動前後において、基板２２のアクチュエータ１７と対向する面である表面と、曲面ミラー１５の曲面のある一点における接平面とがなす角度は不変である。すなわち、曲面ミラー１５は、アクチュエータ１７とともに駆動され、基板２２に対して平行移動する。移動機構が、アクチュエータ１７と、アクチュエータ１７の４箇所を支持しているサスペンションワイヤー１６とによって構成されているので、簡単な構造の移動機構によって曲面ミラー１５を平行移動させることができる。

図２に示すように、曲面ミラー１５に入射するレーザ光である入射光２０ａは、曲面ミラー１５のレーザ光２０が入射する側の面である第１面において、反射される。曲面ミラーの第１面は、レーザ光２０が入射する側から見たとき中心部が窪んで見える、凹形状に形成されている。たとえば、第１面は、球面の一部の形状であってもよい。そのとき、図２（Ａ）に示すように、第１面の入射光２０ａが入射する原点位置において、第１面が最も深く窪んでいる。そのため、図２（Ｂ）に示すように、曲面ミラー１５が水平方向に平行移動すると、入射光２０ａが第１面へ入射する点における第１面の法線に対して入射光２０ａがなす角度である、入射角の角度が大きくなる。よって、曲面ミラー１５において反射され出射するレーザ光である出射光２０ｂが、第１面の法線に対してなす反射角の角度も大きくなる。

図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを比較して、図２（Ａ）における出射光２０ｂに対し、図２（Ｂ）における出射光２０ｂは、異なった反射角をなすように、第１面において反射している。つまり、曲面ミラー１５の平行移動中も固定されている基板２２から見るとき、図２（Ａ）の出射光２０ｂと図２（Ｂ）の出射光２０ｂとは、同一の水平な平面上にあって、かつ、図２（Ａ）の出射光２０ｂと基板２２の表面とがなす角度に比して、図２（Ｂ）の出射光２０ｂと基板２２の表面とがなす角度は相対的に小さくなっている。曲面ミラー１５が水平方向に平行移動する変位量によって、出射光２０ｂと基板２２とがなす角度とを変化させることができる。したがって、曲面ミラー１５の水平方向の平行移動によって、目標領域に向けて照射するレーザ光２０を水平方向に走査させることができる。

また、図２（Ｃ）に示すように、曲面ミラー１５が、図２（Ａ）に対して垂直方向下向きに平行移動すると、入射光２０ａが第１面へ入射する点において、第１面は下向きに傾斜しているので、出射光２０ｂは垂直方向下向きに反射される。曲面ミラー１５の平行移動中も固定されている基板２２から見るとき、図２（Ａ）の出射光２０ｂと図２（Ｃ）の出射光２０ｂとは、同一の垂直な平面上にあって、かつ、図２（Ａ）の出射光２０ｂに比して、図２（Ｃ）の出射光２０ｂは下向きに傾斜するように反射されている。曲面ミラー１５が垂直方向に平行移動する変位量によって、第１面の傾斜度合いは変化する。したがって、曲面ミラー１５の垂直方向の平行移動によって、目標領域に向けて照射するレーザ光２０を垂直方向に走査させることができる。

このとき、曲面ミラー１５の第１面が、曲面ミラー１５の平行移動方向に並んだ、曲率半径の異なる複数の曲面を含むように、曲面ミラー１５を形成することができる。図３は、曲面ミラーの第１面の例を示す模式図である。図３（Ｂ）は図２（Ａ）と同様に、入射光２０ａが曲面ミラー１５の原点位置に入射する状態を示す。また、図３（Ａ）および図３（Ｃ）は、曲面ミラー１５が水平方向に平行移動した状態を示すものとする。曲面ミラー１５の第１面は、曲面ミラー１５の光軸を含む垂直な面を境界として、曲率半径の異なる複数の曲面によって構成されている。つまり、図３（Ｂ）に一点鎖線で示される曲面ミラー１５の光軸を境界として、図３（Ｂ）に示す第１面の右側（すなわち入射光２０ａの光源から離れる側であり、入射光２０ａが第１面に入射するまでの光路がより長くなる側）の曲面は曲率半径Ｒ＝２０．７ｍｍであり、第１面の左側（すなわち入射光２０ａの光源に近接する側であり、入射光２０ａが第１面に入射するまでの光路がより短くなる側）の曲面は曲率半径Ｒ＝２４．３ｍｍである。なお、ミラーの光軸とは、曲率半径の異なる複数の曲面を含むミラーにおいて、当該複数の曲面が接する点における法線をいう。すなわち、半径の異なる複数の球面または円筒の側面の一部を含むミラーにおいては、光軸とは、当該複数の曲面が接する点と当該複数の曲面の曲率中心とを結んだ線である。

入射光２０ａと出射光２０ｂとのなす角度は、図３（Ｂ）において９０°である。図３（Ａ）および図３（Ｃ）における、図３（Ｂ）に対する曲面ミラー１５の変位量は、それぞれ３．５ｍｍであって、そのときの入射光２０ａと出射光２０ｂとのなす角度は、図３（Ａ）においては７２°、図３（Ｃ）においては１０８°である。つまり、曲面ミラー１５を水平方向に３．５ｍｍ平行移動させたときの、出射光２０ｂの水平方向における走査角度は、左右ともに１８°となっている。これにより、第１面の複数の曲面の曲率半径を最適に選定することによって、曲面ミラー１５の平行移動による変位量に対応してレーザ光の出射角度を制御することが可能となることが示されている。

また、車間検出器に用いられるビーム照射装置においては、水平方向には±２０°程度の走査角度が必要とされる。よって、図３に示されるような曲面ミラー１５の構造は、車間検出器用レーザレーダ装置に用いられるビーム照射装置に好適に用いられる。

図４は、レーザレーダ装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、レーザレーダ装置２は、上記説明したビーム照射装置１の他に、受光部３と、距離計測回路４とを備える。受光部３は、たとえば受光レンズとフォトダイオードとを含み、ビーム照射装置１から照射されたレーザ光が測定対象物６で反射されて戻ってくるレーザ光を集光して受光する。距離計測回路４は、たとえばパルス状に発振されるレーザ光をビーム照射装置１から照射した時刻と、当該パルスに対応するレーザ光を受光部３で受光した時刻との時間差を算出する。そして、当該時間差とレーザ光の速度に基づいて、測定対象物６までの距離を算出する。

このようなレーザレーダ装置２が、自車５の前部、たとえばバンパに搭載され、車間検出器として用いられる。そして、測定対象物６としての前方車、または中央分離帯や隣の車線にある前方車までの距離を検出することによって、前方の障害物までの距離を保つように自車５の速度を制御しながら、走行することができる。

なお、ビーム照射装置１がレーザレーダ装置として用いられる場合、±１０°程度の垂直方向の走査角度も必要とする。このような、直交する２方向へのレーザ光の走査を必要とする（つまり、直交する２方向へ曲面ミラーを平行移動させる）場合には、曲面ミラーの曲面の曲率半径を、平行移動させる２方向において、変化させることができる。たとえば、第１面の曲面ミラーの光軸を通る点（たとえば、図２に示すように、第１面の中心部）において直交する２本の線を境界とした、曲率半径の異なる複数の曲面によって、曲面ミラーの第１面を構成することができる。

以上説明したように、このビーム照射装置１においては、可動部となる曲面ミラー１５の重量は小さいため、移動機構のアクチュエータ１７の推力を低減することができる。また、移動機構は小型の簡単な構成であるので、ビーム照射装置１のコストの低減を達成することができる。曲面である曲面ミラー１５の第１面においてレーザ光２０を反射させるので、回転移動ではなく曲面ミラー１５の平行移動によってレーザ光２０を走査させることができ、レーザ光２０の角度の制御が容易である。また、検出部としてのＰＳＤ１９において分離光２１を検出することにより、第１面におけるレーザ光２０の入射位置を容易に検出できるので、レーザ光２０の第１面への入射位置に従って移動機構を制御することができ、レーザ光２０の走査に関し容易かつ精度の高い制御を実現することができる。

そして、曲面ミラー１５の第１面は、曲面ミラー１５の平行移動方向に並んだ、曲率半径の異なる複数の曲面を含むことにより、複数の曲面の曲率半径を最適に選定することによって、曲面ミラー１５の平行移動による変位量に対応してレーザ光２０の出射角度を制御することが可能となる。そのため、レーザ光２０の走査に関し、より容易かつ精度の高い制御を実現することができる。なお、曲面ミラーの第１面は、凹形状に限られず、レーザ光２０が入射する側から見たとき中心部が盛り上がって見える凸形状に形成されてもよい。また、曲面は球面に限られず、非球面形状や三次元曲面であってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態１では、レーザ光２０は曲面ミラー１５の第１面において反射され、目標領域に向けて照射されたが、第１面を透過したレーザ光を第１面と反対側の面である第２面において反射させることもできる。レーザ光を反射させながら曲面ミラー１５を平行移動させることによってレーザ光を走査させる場合、レーザ光の走査角度の感度は、曲面ミラー１５の曲率半径に支配される。このとき、曲率半径が小さく（すなわち曲率が大きく）なると、レーザ光のひずみが発生することがある。したがって、より曲率半径の大きい第２面においてレーザ光を反射させることによって、レーザ光のひずみを緩和することができる。

そのとき、第１面におけるレーザ光の表面反射がある場合がある。表面反射は曲面ミラー１５の材料の屈折率によって異なる。レーザ光の第１面の透過率を１００％に近づけるのが好ましく、曲面ミラー１５の材質および製法を調整することによって、第１面でのレーザの反射を実用上問題ないレベルまで低減させることができる。たとえば、曲面ミラー１５の材質として、透明材料としてのメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）を使用する場合、ＰＭＭＡの屈折率は１．４９であり、表面反射率は３．８％である。この第１面に反射防止膜をほどこすことによって、第１面の反射率を０．５％程度まで低減できるので、実使用上問題ない反射率に抑えることができる。

図５は、実施の形態２の曲面ミラーの第２面の構造の例を示す模式図である。図５（Ａ）は、第１面１５ａの曲率半径Ｒ＝１５ｍｍ、第２面１５ｂは平面であって、第１面１５ａと第２面１５ｂとの距離は３ｍｍである例を示す。曲面ミラー１５の光軸から３ｍｍ離れた点において、入射光２０ａがミラーの光軸に沿って入射した場合、第２面において反射された出射光２０ｂと、第１面において反射された反射光２０ｃとは大きくずれて広がっている。

図５（Ｂ）は、第１面１５ａの曲率半径Ｒ＝１５ｍｍ、第２面１５ｂの曲率半径Ｒ＝１８ｍｍであって、第１面１５ａと第２面１５ｂとの距離は３ｍｍである例を示す。曲面ミラー１５の光軸から３ｍｍ離れた点において、入射光２０ａがミラーの光軸に沿って入射した場合、第２面１５ｂを球面としても、第２面において反射された出射光２０ｂと、第１面において反射された反射光２０ｃとには依然としてずれがある。

図５（Ｃ）は、第１面１５ａの曲率半径Ｒ＝１５ｍｍ、第２面１５ｂの曲率半径Ｒ＝４８．１９８２ｍｍであって、第１面１５ａと第２面１５ｂとの距離は３ｍｍである例を示す。このように第２面１５ｂの曲率半径を調整した結果、曲面ミラー１５の光軸から３ｍｍ離れた点において、入射光２０ａがミラーの光軸と平行に入射した場合、入射光２０ａと出射光２０ｂとの軌跡を一致させることが可能となっている。

図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）に示した曲面ミラー１５と同じ形状であって、曲面ミラー１５の光軸から６．５ｍｍ離れた点において入射光２０ａがミラーの光軸と平行に入射した場合の例を示す。この場合、出射光２０ｂの入射光２０ａに対する傾斜は１．００２°に抑えられており、実使用上問題のない範囲となっている。

以上のように、第１面および第２面の形状を最適に調整することによって、第１面を透過したレーザ光を第１面と反対側の面である第２面において反射させるときに、最適な出射光２０ｂを得ることができる。なお、実施の形態１で説明した曲面ミラーの第１面と同様に、第２面は、たとえば第２面の中心部など第２面の光軸を通る点において直交する２本の線の少なくともいずれかを境界とした、曲率半径の異なる複数の曲面によって形成されていてもよい。また第２面は、凹形状に限られず、凸形状に形成されてもよい。また、曲面は球面に限られず、非球面形状や三次元曲面であってもよい。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３のビーム照射装置の構成を示す模式図である。実施の形態３のビーム照射装置と、上述した実施の形態１のビーム照射装置とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態３では、ミラー１１５は球面軌道上を移動するような構成となっている点で、実施の形態１とは異なっている。

具体的には、図６において、ミラー１１５は実施の形態１の曲面ミラーと異なり、表面（第１面）が平面である、平面ミラーである。ミラー１１５は、その複数箇所をサスペンションワイヤー１１６によって支持されているが、実施の形態１では４本のサスペンションワイヤー１６は曲面ミラー１５の光軸と略平行に設けられていたのに対し、サスペンションワイヤー１１６はミラー１１５の光軸方向に対して平行ではない。なお、ミラー１１５は平面ミラーであるため、ミラー１１５の光軸方向とは、ミラー１１５の第１面における法線の方向を示す。

そして、複数のサスペンションワイヤー１１６は、一方端がワイヤー支点１２４に繋止されている。つまり、複数のサスペンションワイヤー１１６は、一点の交点としてのワイヤー支点１２４において交差している。ミラー１１５は、ワイヤー支点１２４を中心点とした球面軌道上を移動するように設けられている。つまり、サスペンションワイヤー１１６によって導かれることによりミラー１１５を球面軌道上に移動させることができる。

図７は、アクチュエータの構造を示す斜視図である。図８は、アクチュエータの構造を示す断面模式図である。ミラー１１５は、マグネット１２２およびコイル１２３によって構成されるアクチュエータによって、球面軌道上を移動するように駆動される。つまり、各コイル１２３に駆動電流が供給され、これによりコイル１２３とマグネット１２２との相対的な位置関係が変化する。このとき、ミラー１１５は、サスペンションワイヤー１１６によって支持されながら、球面軌道上を移動する。

そして、球面軌道上を移動するミラー１１５の反射面に入射光１２０ａを照射して反射させることによって、出射光１２０ｂを走査させることができる。可動部となるミラー１１５の重量は小さいため、移動機構の推力を低減することができる。また、平面ミラーであるミラー１１５を球面軌道上に移動させることから、レーザ光のひずみが発生せず、良好なビームを得ることができる。また、サスペンションワイヤー１１６を電気伝導性のある材料で作製すれば、サスペンションワイヤー１１６を導電線として使用することもできる。

これまでの説明においては、車間検出器用レーザレーダ装置に用いられるビーム照射装置を例として説明したが、この発明のビーム照射装置を備えるレーザレーダ装置は、たとえば、大気中のエアロゾル計測用など、他の用途に用いることも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１のビーム照射装置の構成を示す模式図である。 曲面ミラーの平行移動によってレーザ光を走査させる模式図である。 曲面ミラーの第１面の例を示す模式図である。 レーザレーダ装置の構成を示す模式図である。 実施の形態２の曲面ミラーの第２面の構造の例を示す模式図である。 実施の形態３のビーム照射装置の構成を示す模式図である。 アクチュエータの構造を示す斜視図である。 アクチュエータの構造を示す断面模式図である。

符号の説明

１ ビーム照射装置、２ レーザレーダ装置、３ 受光部、４ 距離計測回路、５ 自車、６ 測定対象物、１０ ビーム走査部、１１ ＬＤ、１２ 折り返しミラー、１３ コリメートレンズ、１４ 収差板、１５ 曲面ミラー、１５ａ 第１面、１５ｂ 第２面、１６ サスペンションワイヤー、１７ アクチュエータ、１８ 集光レンズ、１９ ＰＳＤ、２０ レーザ光、２０ａ 入射光、２０ｂ 出射光、２０ｃ 反射光、２１ 分離光、２２ 基板、２３ コイル、３０ ＤＳＰ制御回路、３１ ＤＡＣ、３２ レーザ駆動回路、３３ アクチュエータ駆動回路、３４ デジタル信号、３５ 制御信号、３６ 発光電流、３７ 制御信号、３８ 駆動電流、４１ ＰＳＤ信号処理回路、４２ ＡＤＣ、４３ 出力電流、４４ 電圧信号、４５ デジタル信号、１１０ ビーム走査部、１１１ ＬＤ、１１２ 折り返しミラー、１１３ コリメートレンズ、１１４ 収差板、１１５ ミラー、１１６ サスペンションワイヤー、１１８ 集光レンズ、１１９ ＰＳＤ、１２０ａ 入射光、１２０ｂ 出射光、１２１ 分離光、１２２ マグネット、１２３ コイル、１２４ ワイヤー支点。

Claims (8)

1. レーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記レーザ光を反射し、目標領域に向けて照射させる曲面ミラーと、
   前記曲面ミラーを平行移動させて前記レーザ光を走査させる移動機構と、
   前記曲面ミラーにおいて分離された前記レーザ光の一部である分離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部と、
   前記光源と前記移動機構とを制御する制御回路とを備え、
   前記曲面ミラーは、前記レーザ光が入射する側の面である第１面において、前記レーザ光を反射することを特徴とする、ビーム照射装置。
2. 前記曲面ミラーの前記第１面は、前記曲面ミラーの平行移動方向に並んだ、曲率半径の異なる複数の曲面を含む、請求項１に記載のビーム照射装置。
3. レーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記レーザ光を反射し、目標領域に向けて照射させる曲面ミラーと、
   前記曲面ミラーを平行移動させて前記レーザ光を走査させる移動機構と、
   前記曲面ミラーにおいて分離された前記レーザ光の一部である分離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部と、
   前記光源と前記移動機構とを制御する制御回路とを備え、
   前記曲面ミラーは、前記レーザ光が入射する側の面である第１面を透過した前記レーザ光を、前記第１面と反対側の面である第２面において反射することを特徴とする、ビーム照射装置。
4. 前記曲面ミラーの前記第２面は、前記曲面ミラーの平行移動方向に並んだ、曲率半径の異なる複数の曲面を含む、請求項３に記載のビーム照射装置。
5. 前記移動機構は、前記曲面ミラーの複数箇所を支持するワイヤーを含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載のビーム照射装置。
6. レーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記レーザ光を反射し、目標領域に向けて照射させるミラーと、
   前記ミラーを移動させて前記レーザ光を走査させる移動機構と、
   前記ミラーにおいて分離された前記レーザ光の一部である分離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部と、
   前記光源と前記移動機構とを制御する制御回路とを備え、
   前記移動機構は、前記ミラーの複数箇所を支持する複数のワイヤーを含み、前記ワイヤーを操作することにより前記ミラーを球面軌道上に移動させることを特徴とする、ビーム照射装置。
7. 前記複数のワイヤーは、一方端がワイヤー支点に繋止されている、請求項６に記載のビーム照射装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のビーム照射装置を備える、レーザレーダ装置。

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