JP2008122437A - レーザ走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の出射位置をライン走査の先頭位置に戻す戻し走査のためにレンズあるいは反射ミラーの変位動作を必要とするため、この戻し走査の期間がレーザ光により目標領域を走査する際の高速化の阻害要因となる。
【解決手段】走査光学部品の走査ミラー６を円筒曲面状の凹面６ａ（あるいは６ｃ）及び凸面６ｂが交互に積層される形態としており、走査ミラー６により反射されるレーザ光の向きを１ラインを走査するライン走査方向及びこのライン走査方向と略直交する方向に変位させるべく前記走査ミラーを互いに直交する２軸方向に駆動されるようにすることで前記凹面及び凸面を交互に順次レーザ光によりトレースするようにしている。これにより１ライン走査が完了した時点でライン走査方向における走査ミラー６の変位位置がライン走査の先頭位置に対応するレーザ光の出射位置になるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光によるライン走査を位置をずらしながら繰り返して２次元的に目標領域を走査するレーザ走査装置に関する。

自車両より前方にレーザ光を出射し、その出射されたレーザ光が他車両や障害物などの対象物で反射されて戻されるレーザ光を受光して前記対象物までの距離、位置あるいは相対速度等を認識する情報を得る車両用のレーザレーダ装置が知られている。

このようなレーザレーダ装置は、自車両の前方の対象物を検知するためにレーザ光によるライン走査を位置をずらしながら複数回繰り返して２次元的に目標領域を走査させるレーザ走査装置を備えている。

レーザ走査装置としては、回転するポリゴンミラーにレーザ光を反射させてレーザ光の出射方向を変える方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このポリゴンミラーを使用するレーザ走査装置は、要求するレーザ光の走査精度を確保する為にポリゴンミラーを回転させるモータに回転ムラ及び軸ぶれの少ない高精度のものが要求されたり、ミラー面をポリゴンミラーの全周に渡って形成する必要があり、製造コスト、小型化に不利であった。

その為、レーザ走査装置としては、レンズの光軸方向と直交する２軸方向にレンズを変位させてレーザ光の出射方向を変える方法が提案されたり（例えば、特許文献２参照）、また、平板状の反射ミラーを回動させてレーザ光の出射方向を変える方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−１６２５３３号公報 特開平１１−８３９８８号公報 特開平９−２１１１０８号公報

ところで、レーザ走査装置は、図８に示す如く、レーザ光の出射位置を水平方向に１ライン走査したら、次のライン走査の先頭位置に戻し、再度ライン走査を行う、というようにライン走査（実線）と先頭位置への戻し走査（破線）とを交互に繰り返してレーザ光を所定領域内で２次元的に走査する。

前述のレンズを変位させてレーザ光の出射方向を変える方法や反射ミラーを回動させてレーザ光の出射方向を変える方法のポリゴンミラーを使用しない方式のレーザ走査装置は、レーザ光の出射位置をライン走査の先頭位置に戻す戻し走査のためにレンズあるいは反射ミラーの変位動作を必要とする。その為、このようなポリゴンミラーを使用しない方式のレーザ走査装置においては、前記戻し走査の期間がレーザ光により目標領域を走査する際の高速化の阻害要因となっていた。

請求項１に係る発明は、レーザ光源により発光されるレーザ光を目標領域に向けて出射されるように反射する走査ミラーと、該走査ミラーを互いに直交する２軸方向に駆動するアクチュエータとを備え、前記走査ミラーを円筒曲面状の凹面及び凸面が交互に積層される形態とし、前記走査ミラーにより反射されるレーザ光の向きをライン走査するライン走
査方向及びこのライン走査方向と略直交する方向に変位させるべく前記アクチュエータにより走査ミラーを２軸方向に駆動可能とし、前記走査ミラーを一方の軸方向に変位させてレーザ光が照射される走査ミラーの位置を所定の凹面あるいは凸面に沿ってトレースさせると共に、前記走査ミラーを他方の軸方向に変位させてレーザ光が照射される走査ミラーの位置を選択的に所定の凹面及び凸面に切り替えることによりレーザ光により目標領域を走査するようにしている。

本発明に依れば、走査光学部品の走査ミラーを円筒曲面状の凹面及び凸面が交互に積層される形態としており、前記走査ミラーを一方の軸方向に変位させてレーザ光が照射される走査ミラーの位置を所定の凹面あるいは凸面に沿ってトレースさせると共に、前記走査ミラーを他方の軸方向に変位させてレーザ光が照射される走査ミラーの位置を選択的に所定の凹面及び凸面に切り替えることによりレーザ光により２次元的に目標領域を走査するレーザ走査装置が提供でき、特に、前記凹面及び凸面を交互に順次レーザ光によりトレースするようにすることで、１本のライン走査が完了した時点でライン走査方向における走査ミラーの変位位置がライン走査の先頭位置に対応するレーザ光の出射位置になり、次に走査するラインの先頭にレーザ光の出射位置を設定する際に、レーザ光のトレース位置が凹面及び凸面間で切り替わるように走査ミラーを変位させるだけで良く、１ライン走査ごとにレーザ光の出射位置をライン走査の先頭位置に戻す際の走査ミラーのライン走査方向の変位を必要とせずにレーザ光の走査を高速化するのに有利である。

また、本発明に依れば、走査ミラーの凹面及び凸面の積層段数を出射するレーザ光をライン走査方向と略直交する方向に走査する範囲に対応させると共に、走査ミラーの凹面及び凸面の各面の仰角により出射するレーザ光の走査位置がライン走査方向と略直交する方向に順次変化するように設定しているので、レーザ光をライン走査方向と略直交する方向に走査させる走査光学部品を必要としない。

更に、本発明に依れば、ガルバノミラーの回動により出射するレーザ光の走査位置をライン走査方向と略直交する方向に順次変化させるようにしているので、走査ミラーの凹面及び凸面を最低それぞれ１段ずつ形成することによりレーザ光の走査位置をライン走査方向と略直交する方向に所望の範囲で変位させることが出来ると共に、ライン走査方向と略直交する方向へのレーザ光の走査範囲の自由度が高く、また、走査ミラーの構成を簡略化するのに有利となる。

図１は本発明にかかるレーザ走査装置をレーザレーダ装置に用いた一例を示す説明図である。

レーザ光照射ヘッド１は、レーザダイオード２と、レーザダイオード２から発光されたレーザ光の光軸を折曲する折り曲げミラー３と、折り曲げミラー３により折曲されたレーザ光を平行光にするコリメートレンズ４と、レーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光のビーム形状を整形、例えば矩形に整形するための収差を付与する収差板５と、収差板５を介したレーザ光を反射させて２次元的に走査する走査ミラー６と、走査ミラー６により反射されたレーザ光の一部（１％未満から１~２％程度）を反射させて分離するビームスプリッタ７と、ビームスプリッタ７により分離された分離レーザ光を集光する集光レンズ８と、集光レンズ８により集光された分離レーザ光を受光するＰＳＤ（Position Sensitive Detector）９とを備えている。

前記走査ミラー６は、図２の拡大斜視図に示す如く、ミラー面が円筒曲面状の凹面及び凸面が交互に積層される形態となっており、この実施例の場合、上から順に段数が積層さ
れるように第１の凹面６ａ、凸面６ｂ及び第２の凹面６ｃにより構成されている。そして、凹面６ａ、凸面６ｂ及び凹面６ｃは図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す図３に示す如く、それぞれ仰角が各段ごとに徐々に相違しており、この場合、凸面６ｂの面方向の垂直方向を基準として凹面６ａ及び凹面６ｃのそれぞれ面方向の垂直方向をそれぞれ逆向きに角度αに設定している。この凹面６ａ、凸面６ｂ及び凹面６ｃの各仰角の相違によりレーザ光をライン方向に走査した際の走査線の高さが相違するようになっており、これによりレーザ光をライン方向と直交する方向に走査する範囲に対応させている。走査ミラー６は、例えばプラスチック成形により形成される成形体に、凹面６ａ、凸面６ｂ及び凹面６ｃをアルミニウム又は銀の薄膜のコーティングによりミラー面にして構成される。

また、走査ミラー６は、図４の分解斜視図に示す如く、アクチュエータに組み込まれており、走査ミラー６を装着するミラーホルダ１０を介して互いに直交する２軸方向に駆動される。

アクチュエータの構成に関して詳細に説明すると、ミラーホルダ１０には、４つの側面にそれぞれ矩形状に巻回されるコイル１１ａ〜１１ｄが装着されており、各コイル１１ａ〜１１ｄ内に断面ヨの字状ヨーク１２ａ〜１２ｄのそれぞれ中央の突出片が図示矢印のように挿入される。各ヨーク１２ａ〜１２ｄは、両側の舌片がミラーホルダ１０の両側に配置される一対のヨーク固定部材１３，１４の凹部に嵌入される。それぞれのヨーク固定部材１３，１４には、各ヨーク１２ａ〜１２ｄの舌片を挟持するように磁石１５，１６がミラーホルダ１０の両側に配置されて固着される。この場合、磁石１５，１６は厚み方向に着磁されており互いに相対する磁極面が同極性に設定されている。そして、ミラーホルダ１０の対辺にある各コイル同士が対になっており、コイル１１ａ，１１ｃに駆動電流を供給するとミラーホルダ１０にＸ軸方向の電磁駆動力が発生されるようになっていると共に、コイル１１ｂ，１１ｄに駆動電流を供給するとミラーホルダ１０にＹ軸方向の電磁駆動力が発生されるようになっている。

更に、ヨーク固定部材１３，１４はそれぞれワイヤー支持部材１７，１８に固着され、これらの一対のワイヤー支持部材１７，１８間には互いに平行に配置される４本のワイヤー１９ａ〜１９ｄが架設されており、この４本のワイヤー１９ａ〜１９ｄのそれぞれ中間部がミラーホルダ１０の四隅に形成された孔に嵌入されて固着されることによりミラーホルダ１０は４本のワイヤー１９ａ〜１９ｄにより懸架されている。ここで、４本のワイヤー１９ａ〜１９ｄのそれぞれ一端がワイヤー支持部材１７に固着され、４本のワイヤー１９ａ〜１９ｄのそれぞれ他端がワイヤー支持部材１８に形成される各孔に摺動自在に挿入支持されている。その為、ワイヤー１９ａ〜１９ｄ自体に伸縮性を有していなくても、ミラーホルダ１０がワイヤー１９ａ〜１９ｄを介して一対のワイヤー支持部材１７，１８に弾性支持される。因みにワイヤー１９ａ〜１９ｄはリン青銅などの金属線により構成される。

このように構成されるアクチュエータは、ヨーク固定部材１３，１４がベース（図示せず）に装着され、所定の２本のワイヤー１９ａ，１９ｃを介して一対のコイル１１ａ，１１ｃに駆動電流を供給することによりミラーホルダ１０を介して走査ミラー６がＸ軸方向に駆動され、所定の２本のワイヤー１９ｄ，１９ｄを介してもう一対のコイル１１ｂ，１１ｄに駆動電流を供給することによりミラーホルダ１０を介して走査ミラー６がＹ軸方向に駆動され、これにより走査ミラー６がベースに対して２次元駆動される。尚、Ｘ軸方向とは図２における矢印ｘ１方向及びその逆方向の矢印ｘ２方向の両方向を意味し、Ｙ軸方向とは図２における矢印ｙ１方向及びその逆方向の矢印ｙ２方向の両方向を意味する。

以上のように構成されるレーザ光照射ヘッド１は、走査ミラー６が２次元駆動されることによりレーザ光を垂直方向に変位させて高さ方向の位置を相違させながら繰り返し水平
方向のライン走査が行われるようにレーザ光の出射角度が変化されて２次元的に目標領域を走査するレーザ光を出射する。

レーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光は、出射される手前でビームスプリッタ７によってその一部が分離され集光レンズ８を介してＰＳＤ９の受光面上に収束される。ＰＳＤ９はレーザ光が受光される受光面の位置に応じた受光出力を発生する。ここで、レーザ光照射ヘッド１から出射されて目標領域上におけるレーザ光の照射位置は、ＰＳＤ９の受光面上におけるレーザ光の受光位置と一対一に対応している。それ故、ＰＳＤ９からの受光出力は、目標領域に向けてレーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光の照射位置に対応するものとなっている。

ＰＳＤ９からの受光出力はＰＳＤ信号処理回路２０に入力される。ＰＳＤ信号処理回路２０は、入力されたＰＳＤ９の受光出力からＰＳＤ９の受光面上におけるレーザ光の受光位置を表す位置電圧信号を生成し、この位置電圧信号をＡＤＣ（Analog Digital Converter）２１に出力する。ＡＤＣ２１は、入力された位置電圧信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路２２に出力する。ＤＳＰ回路２２は、入力された位置電圧信号をもとに、ＰＳＤ９の受光面上におけるレーザ光の受光位置を検出する。

ＤＳＰ回路２２には、レーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光の照射位置を目標領域内に走査させるための走査テーブルと、この走査テーブルに従ってレーザ光を走査させたときの、ＰＳＤ９の受光面上におけるレーザ光の受光位置の軌道を示す軌道テーブルが配備されている。

ＤＳＰ回路２２は、レーザ光の走査動作時、走査テーブルを参照しながらアクチュエータ駆動回路２３を制御するための制御信号をＤＡＣ（Digital Analog Converter）２４に出力する。また、同時に、ＡＤＣ２１から入力された位置電圧信号をもとにＰＳＤ９の受光面上におけるレーザ光の受光位置を検出し、この検出受光位置と軌道テーブルにて規定された所期の目標受光位置とを比較して、検出受光位置が目標受光位置に引き込まれるよう、アクチュエータ駆動回路２３を制御するための制御信号をＤＡＣ２４に出力する。かかるサーボ動作によって、レーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光は、走査テーブルにて規定された軌道に沿って目標領域内を走査される。

ＤＳＰ回路２２は、レーザ光の走査動作時にレーザダイオード２の出射パワーを低レベルに設定するための制御信号をＤＡＣ２４を介してレーザ駆動回路２５に出力する。また、これと同時に、ＤＳＰ回路２２はＰＳＤ９におけるレーザ光の受光位置である検出受光位置を監視し、前記検出受光位置によりレーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光の照射位置が障害物検出や距離検出等を行うための目標位置として予め設定された位置に到達したことを判断する。ＤＳＰ回路２２は、レーザ光の照射位置が目標位置に到達したと判断されるタイミングにて、レーザダイオード２の出射パワーを一定期間だけパルス状に高レベルに設定するための制御信号をＤＡＣ２４を介してレーザ駆動回路２５に出力する。

ここで、レーザダイオード２の高レベルの出射パワーは、少なくとも、ＰＳＤ９におけるレーザ光の受光位置の検出を行える程度の出力電流がＰＳＤ９から発生されるように設定されると共に、所期の障害物検出や距離検出等を行うのに十分であるように設定される。しかして、レーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光は、目標領域内を低レベルの出射パワーにて走査されながら、目標位置に到達したタイミングにて高レベルの出射パワーにて走査されるようになる。

ところで、この実施例におけるレーザ走査装置において、レーザ光照射ヘッド１からの
レーザ光により走査される目標領域はレーザ光照射ヘッド１からレーザ光が出射される出射点を基点として、図９（ａ）に示す如く、水平方向に３６度、垂直方向に４．４度の範囲に規定されている。ここで、走査ミラー６がＸ軸方向に駆動されることによりレーザ光照射ヘッド１からのレーザ光は水平方向に走査され、走査ミラー６がＹ軸方向に駆動されることによりレーザ光照射ヘッド１からのレーザ光は垂直方向に走査される。

目標領域が垂直方向に４．４度の範囲に規定されている場合、図３において、走査ミラー６の凸面６ｂの面方向の垂直方向を基準として凹面６ａ及び凹面６ｃのそれぞれ面方向の垂直方向との角度αを１．１度に設定する。

図９（ａ）に示すように、レーザ光照射ヘッド１の前方空間に設定された目標領域をマトリクス状に分割したとき、レーザ光照射ヘッド１からのレーザ光は、目標領域の全てのマトリクスを順番に照射するようにして走査される。ここで、目標領域の走査軌道は、ＤＳＰ回路２２内に規定される走査テーブルによって任意に設定できる。

図９（ｂ）に示す如く、左上隅のマトリクス位置から順次、１ラインずつ走査するようにＤＳＰ回路２２の走査テーブルが設定される場合、ＰＳＤ９の受光面上におけるレーザ光の収束位置は、図９（ｃ）に示す軌道に沿って移動する。ここで、図９（ｃ）の軌道は、図９（ｂ）の走査軌道に対し、一対一に対応している。図９（ｃ）の軌道は、ＤＳＰ回路２２の走査テーブルに従うようになっているので、図９（ｃ）の軌道上におけるレーザ光の収束位置からレーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光の走査位置を識別することができる。

レーザ光照射ヘッド１から出射されるレーザ光が、図９（ｂ）に示す如く、目標領域内を左上隅のマトリクス位置から順次１ラインずつ走査される場合、レーザ光は最上段の１ライン分の水平方向のライン走査から開始され、この１ライン分のライン走査が行われた後、垂直方向に１段下げながら水平方向のライン走査の始点位置に戻されて次のライン走査が行われ、このようなライン走査が垂直方向に相違する３段において行われてレーザ光が目標領域内を走査される。

この場合、走査ミラー６の１段目の凹面６ａにおける有効面の左端から右端に向けてレーザ光を凹面６ａの曲面に沿ってトレースさせるように走査ミラー６がＸ軸方向に駆動され、これにより走査ミラー６の凹面６ａにより反射されたレーザ光が目標領域内の左端の始点位置から右に水平方向にライン走査される。

レーザ光が目標領域内の右端に到達し１段目のライン走査が終了すると、走査ミラー６がＹ軸方向にのみ駆動され、レーザ光が走査ミラー６の２段目の凸面６ｂに照射されるようになる。その為、目標領域内において１段目のライン走査位置より所定間隔下方にずれた位置にレーザ光が照射されるようになる。そして、１段目のライン走査と逆向きに前記凸面６ｂにおける有効面の右端から左端に向けてレーザ光を凸面６ｂの曲面に沿ってトレースさせるように走査ミラー６がＸ軸方向に駆動され、これにより凸面６ｂにより反射されたレーザ光が目標領域内の左端の始点位置から右に水平方向にライン走査される。

図５は、１段目の凹面６ａから２段目の凸面６ｂまでをレーザ光がトレースしている状態、及びその状態において凹面６ａ及び凸面６ｂにより反射されるレーザ光の向きを示している。

レーザ光が目標領域内の左端に到達し２段目のライン走査が終了すると、走査ミラー６がＹ軸方向にのみ駆動され、レーザ光が走査ミラー６の３段目の凹面６ｃに照射されるようになる。その為、目標領域内において２段目のライン走査位置より更に所定間隔下方に
ずれた位置にレーザ光が照射されるようになる。そして、２段目のライン走査と逆向きに前記凹面６ｃにおける有効面の左端から右端に向けてレーザ光を凹面６ｃの曲面に沿ってトレースさせるように走査ミラー６がＸ軸方向に駆動され、これにより凹面６ｃにより反射されたレーザ光が目標領域内の左端の始点位置から右に水平方向にライン走査される。

以上のような走査ミラー６の駆動によりレーザ光による３段のライン走査が行われ、レーザ光が目標領域内を走査される。この目標領域内の全範囲をレーザ光により一回走査する際において、ライン走査の段数を切り替えるときに走査ミラー６をＹ軸方向にのみ駆動することによりトレースする走査ミラー６の面を切り替えるだけで良く、１ライン走査ごとにレーザ光の照射位置をライン走査の先頭位置に戻す際に走査ミラー６のＸ軸方法の駆動を必要としない。

但し、この実施例の場合、ライン走査の段数が３段になっており、それに対応して走査ミラー６が凹面６ａ、凸面６ｂ及び凹面６ｃの３段重ねになっていることから目標領域内の全範囲をレーザ光により一回走査した後に次の目標領域内をレーザ光により走査する場合に最下段の凹面６ｃから最上段凹面６ａにトレース位置を戻す際にはライン走査の先頭位置に戻すために走査ミラー６のＹ軸方向の駆動だけでなくＸ軸方法の駆動も必要となる。

尚、ライン走査の段数を偶数にして走査ミラーの段数が偶数になると、目標領域内の全範囲をレーザ光により一回走査した後に次の目標領域内をレーザ光により走査する場合にもライン走査の先頭位置に戻すために走査ミラー６のＹ軸方向の駆動だけでＸ軸方法の駆動を必要としない。

また、車両用のレーザレーダ装置として本レーザ走査装置を用いた場合、マトリクスを順番に照射するように基本走査させ、障害物等を検知した場合は、始点位置に戻る前に再度障害物近辺のみをランダム走査させることも可能である。

図６は図１とは別の実施例のレーザ走査装置を示す説明図である。図６において、レーザ光照射ヘッド３１は、図１に示すレーザ光照射ヘッドとは相違し、走査ミラー３６が図７に示す如く凹面３６ａ及び凸面３６ｂの２段重ねになっており、また、ビームスプリッタ７を透過して外部に出射されるレーザ光の出射角を目標領域の垂直方向に変位させるべく回動可能なガルバノミラー３７を備えている。

走査ミラー３６は、実施例１のレーザ光照射ヘッドと同様に図４に示したアクチュエータに組み込まれており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に２次元駆動される。

また、ガルバノミラー３７が回動されることによりレーザ光の出射角を目標領域の垂直方向に変位させるようにしているので、走査ミラー３６は凹面３６ａ及び凸面３６ｂのそれぞれの仰角を相違させる構成となっていない。

ガルバノミラー３７は回転角を変えられるように軸支されており、ガルバノミラー３７のアクチュエータ（図示せず）はＤＳＰ回路３２からＤＡＣ３４を介してガルバノミラー駆動回路３３に供給される制御信号によりＰＳＤ９の受光面上における検出受光位置が垂直方向に対応する方向において目標受光位置に引き込まれるように制御され、これによりガルバノミラー３７はレーザ光の出射角を目標領域の垂直方向に変位させるように回動駆動される。

一方、走査ミラー３６はＤＳＰ回路３２からＤＡＣ３４を介してアクチュエータ駆動回
路２３に供給される制御信号によりＰＳＤ９の受光面上における検出受光位置が水平方向に対応する方向において目標受光位置に引き込まれるように制御され、これにより走査ミラー３６はレーザ光の出射角を目標領域の垂直方向に変位させるように駆動される。

このような走査ミラー３６の駆動及びガルバノミラー３７の回動駆動によって、レーザ光照射ヘッド３１から出射されるレーザ光は、ＤＳＰ回路３２に走査テーブルにて規定された軌道に沿って目標領域内を走査される。尚、図６において図１と同一部品若しくは実質同一部品には同一の図番を付している。

レーザ光照射ヘッド３１から出射するレーザ光により目標領域内を走査する場合、ガルバノミラー３７による回動角により目標領域内の垂直方向のライン走査する位置を設定し、走査ミラー３６のＸ軸方向に駆動による凹面３６ａあるいは凸面３６ｂにおけるレーザ光のトレース位置により目標領域内の水平方向のライン走査する位置を設定している。

レーザ光により目標領域内を走査する場合、ガルバノミラー３７を回動させて目標領域内の最上ライン走査を行う位置設定を行うと共に、走査ミラー３６の凹面３６ａにおける有効面の左端から右端にレーザ光を凹面３６ａの曲面に沿ってトレースさせるように走査ミラー３６をＸ軸方向に駆動する。これにより走査ミラー３６の凹面３６ａにより反射されたレーザ光が目標領域内の左端の始点位置から右に水平方向にライン走査され、１段目の最上ライン走査が行われる。

レーザ光が目標領域内の右端に到達し１段目のライン走査が終了すると、走査ミラー３６がＹ軸方向にのみ駆動され、レーザ光が走査ミラー３６の凸面３６ｂに照射されるようになる。同時にガルバノミラー３７が回動され、レーザ光が目標領域内の垂直方向の２段目のライン走査する位置に設定される。その為、目標領域内において１段目のライン走査位置より所定間隔下方にずれた２段目のライン走査位置にレーザ光が照射されるようになる。そして、１段目のライン走査と逆向きに走査ミラー３６の凸面３６ｂにおける有効面の右端から左端にレーザ光を凸面３６ｂの曲面に沿ってトレースさせるように走査ミラー３６がＸ軸方向に駆動され、これにより凸面３６ｂにより反射されたレーザ光が目標領域内の左端の始点位置から右に水平方向にライン走査される。

レーザ光が目標領域内の左端に到達し２段目のライン走査が終了すると、走査ミラー３６がＹ軸方向に上向きにのみ駆動され、レーザ光が１段目のライン走査時と同様に再び走査ミラー３６の凹面３６ａに照射されるようになる。同時にガルバノミラー３７が回動され、レーザ光が目標領域内の垂直方向の３段目のライン走査する位置に設定される。その為、目標領域内において２段目のライン走査位置より更に所定間隔下方にずれた３段目のライン走査位置にレーザ光が照射されるようになる。そして、２段目のライン走査と逆向きに前記凹面３６ａにおける有効面の左端から右端にレーザ光をトレースさせるように走査ミラー３６がＸ軸方向に駆動され、これにより凹面３６ａにより反射されたレーザ光が目標領域内の左端の始点位置から右に水平方向にライン走査される。

以上のような走査ミラー３６の駆動及びガルバノミラー３７の回動によりレーザ光による３段のライン走査が行われ、レーザ光が目標領域内を走査される。この目標領域内の全範囲をレーザ光により走査する際において、１ライン走査ごとにレーザ光の出射位置をライン走査の先頭位置に戻す際に走査ミラー３６のＸ軸方法の駆動を必要としない。

また、ガルバノミラー３７を用いているので、レーザ光を走査させる目標領域を垂直方向に拡大するのに有利であると共に、ライン走査の垂直方向の間隔の自由度が高い。

本発明にかかるレーザ走査装置をレーザレーダ装置に用いた一例を示す説明図である。 走査ミラー６のミラー面である円筒曲面状の凹面及び凸面を説明する拡大斜視図である。 図２のＡ−Ａ’断面を模式的に示す走査ミラー６のミラー面の説明図である。 走査ミラー６を組み込むアクチュエータを説明する分解斜視図である。 １段目の凹面６ａから２段目の凸面６ｂまでをレーザ光がトレースしている状態、及びその状態において凹面６ａ及び凸面６ｂにより反射されるレーザ光の向きを示す説明図である。 図１とは別の実施例のレーザ走査装置を示す説明図である。 走査ミラー２６のミラー面である円筒曲面状の凹面及び凸面を説明する拡大斜視図である。 レーザ走査装置によるレーザ光の走査方法を説明する説明図である。 本発明にかかるレーザ走査装置によりレーザ光を目標領域内で２次元的に走査させる走査方法を説明する説明図である。

符号の説明

１ レーザ光照射ヘッド
６ 走査ミラー
６ａ、６ｃ 凹面
６ｂ 凸面
９ ＰＳＤ
１０ ミラーホルダ
２０ ＰＳＤ信号処理回路
２２ ＤＳＰ回路
２３ アクチュエータ駆動回路
３１ レーザ光照射ヘッド
３３ ガルバノミラー駆動回路
３６ 走査ミラー
３６ａ 凹面
３６ｂ 凸面
３７ ガルバノミラー

Claims (4)

1. レーザ光によるライン走査を位置をずらしながら繰り返して２次元的に目標領域を走査するレーザ走査装置であって、レーザ光を発光するレーザ光源と、該レーザ光源により発光されるレーザ光を目標領域に向けて出射されるように反射する走査ミラーと、該走査ミラーを互いに直交する２軸方向に駆動するアクチュエータとを備え、前記走査ミラーは円筒曲面状の凹面及び凸面が交互に積層される形態となっており、前記アクチュエータは前記走査ミラーにより反射されるレーザ光の向きをライン走査するライン走査方向及びこのライン走査方向と略直交する方向に変位させるべく前記走査ミラーを２軸方向に駆動し、前記走査ミラーを一方の軸方向に変位させてレーザ光が照射される走査ミラーの位置を所定の凹面あるいは凸面に沿ってトレースさせると共に、前記走査ミラーを他方の軸方向に変位させてレーザ光が照射される走査ミラーの位置を選択的に所定の凹面及び凸面に切り替えることによりレーザ光により目標領域を走査するようにしたことを特徴とするレーザ走査装置。
2. 前記走査ミラーの位置を、レーザ光の１ラインの走査が終了した時点で凹面から凸面に、あるいは凸面から凹面に切り替えると共に、前記走査ミラーのレーザ光をライン走査する一方の軸方向の変位を、直前の１ライン走査時における走査ミラーの変位と逆向きにしてレーザ光が凹面あるいは凸面上をトレースされるようにしたことを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
3. 前記走査ミラーの凹面及び凸面の積層段数は出射するレーザ光をライン走査と略直交する方向に走査する範囲に対応し、前記走査ミラーの凹面及び凸面の各面の仰角は各段ごとに徐々に相違し、これら走査ミラーの凹面及び凸面の各面の仰角により出射するレーザ光の走査位置がライン走査方向と略直交する方向に順次変化するように設定されることを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
4. 走査光学部品の走査ミラーにより反射されたレーザ光をライン走査方向と略直交する方向に走査するべく回動するガルバノミラーを設け、該ガルバノミラーの回動により出射するレーザ光の走査位置をライン走査方向と略直交する方向に順次変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。

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