JP2008298652A - ビーム照射装置およびレーザレーダ - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の走査領域を予め設定された矩形形状とすることができるビーム照射装置およびレーザレーダを提供する。
【解決手段】レーザ光源（半導体レーザ１０１）と、レーザ光源から出射されたレーザ光が入射されるミラー１３と、ミラー１３を第１の回動軸と当該第１の回動軸に垂直な第２の回動軸をもってそれぞれ第１および第２の方向に回動させる駆動機構（ミラーアクチュエータ１００）と、駆動機構を制御してレーザ光を２次元方向に走査させる制御回路（ＤＳＰ制御回路２０１、等）を備える。制御回路は、レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、ミラーを第１の方向および第２の方向に回動制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ビーム照射装置およびそれを搭載するレーザレーダに関するものである。

近年、走行時の安全性を高めるために、レーザレーダが家庭用乗用車等に搭載されている。レーザレーダには、レーザ光を車両前方に向けて照射するビーム照射装置が搭載されている。車両前方にレーザ光を照射したときの反射光の有無により障害物の有無が検出される。また、レーザ光の発光タイミングと反射光の受光タイミングの時間差から障害物までの距離が測定される。

ここで、ビーム照射装置には、予め設定されたターゲット領域内においてレーザ光を走査させるための手段が配されている。たとえば、以下の特許文献１、２には、レンズ駆動方式によるビーム走査機構が示されている。この方式は、ワイヤー等によって支持されたビーム走査用レンズを２次元駆動することにより、レーザ光をターゲット領域内において２次元方向に走査するものである。この方式によれば、信頼性の高いビーム走査を実現することができる。

しかし、この方式には、レンズおよびその駆動機構が大型化し、また、レンズ駆動に大きな推進力が必要になるとの課題がある。

レーザ光を走査させるための他の手段として、ジンバル方式によるアクチュエータが検討されている。この方式は、ビーム走査用のミラーを、互いに直交する２つの回転軸を軸として回動させることにより、レーザ光をターゲット領域内において２次元方向に走査させるものである。この方式によれば、上述のレンズ駆動方式に比べ、アクチュエータを小型化することができ、また、ミラー駆動に必要な推進力を小さくすることができる。
特開平１１−８３９８８号公報 国際公開第０２／００８８１８号パンフレット

一般に、ジンバル方式のアクチュエータでは、鉛直方向におけるミラーの回動位置を固定した状態で水平方向にミラーを回動させ、レーザ光を水平方向に走査させている。１ライン分の水平走査が終わると、鉛直方向にミラーを所定角度だけ回動させ、その後、ミラーを水平方向に回動して、次のラインの水平走査が行われる。この動作を繰り返すことにより、目標領域全体の走査が行われる。

しかしながら、上記のように、鉛直方向におけるミラーの回動位置を固定しながらミラーを水平方向に回動させると、走査領域は矩形形状とならず、左右方向または上下方向に歪んだ輪郭の形状となる。他方、レーザレーダでは、一般に、走査領域として矩形（横長長方形等）の領域が設定される。このため、上記のようにミラーを駆動する場合には、走査領域が所期の矩形形状とならず、このため、障害物の検出や距離の測定を適正に行い得ない惧れがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ光の走査領域を予め設定された矩形形状とすることができるビーム照射装置およびレーザレーダを提供することを課題とする。

本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射されるミラーと、前記ミラーを第１の回動軸と当該第１の回動軸に垂直な第２の回動軸をもってそれぞれ第１および第２の方向に回動させる駆動機構と、前記駆動機構を制御して前記レーザ光を２次元方向に走査させる制御回路を備える。ここで、前記制御回路は、前記レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、前記ミラーを前記第１の方向および前記第２の方向に回動制御する。

本発明において、レーザ光は、水平方向または鉛直方向からミラーに入射させることができる。以下に示す実施例１には、レーザ光を水平方向からミラーに入射させる際の構成例が例示され、実施例２には、レーザ光を鉛直方向からミラーに入射させる際の構成例が例示されている。

なお、本発明は、レーザ光の走査位置を監視することなくオープンループにてレーザ光を走査させる方式の他、逐次レーザ光の走査位置を検出し、その検出結果を走査系にフィードバックして、レーザ光の走査位置を所期の軌道に追従させる方式のビーム照射装置にも適用可能である。

後者の方式の場合、ビーム照射装置には、さらに、光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器と、ミラーの回動位置に応じて光検出器上におけるサーボ光の照射位置を変化させるサーボ光学系が配される。このとき、制御回路は、レーザ光の走査領域が矩形形状となるようミラーを駆動したときの光検出器上におけるサーボ光の軌道と、実動作時に光検出器からの信号をもとに検出される光検出器上のサーボ光の照射位置とを比較し、この照射位置が前記軌道を追従するよう、ミラーを駆動制御するよう構成され得る。

本発明に係るレーザレーダは、上記構成を有するビーム照射装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、制御回路によってミラーを第１の方向および第２の方向に回動制御することにより、レーザ光の走査領域を予め設定された矩形形状とすることができる。よって、目標領域における障害物検出および距離測定等を漏れなく適正に行うことができる。

本発明の効果ないし意義は、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、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に何ら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。本実施の形態は、乗用車に搭載されるレーザレーダに本発明を適用したものである。本実施の形態では、乗用車前方からビームがスキャン照射されることにより、走査領域内の障害物の有無が検出され、同時に、障害物までの距離が測定される。

本実施例は、レーザ光を水平方向からミラーに入射させ、ミラーを水平方向および垂直方向に回動させることにより、レーザ光を目標領域において２次元方向に走査させるレーザレーダに関するものである。

図１に、本実施例に係るミラーアクチュエータの構成を示す。同図（ａ）はアクチュエータの分解斜視図、同図（ｂ）はアセンブル状態にあるアクチュエータの斜視図である。

同図（ａ）において、１０は、ミラーホルダである。ミラーホルダ１０には、端部に抜け止めを有する支軸１１、１２が形成されている。また、ミラーホルダ１０の前面にはミラー１３が装着されており、背面にはコイル１４が装着されている。なお、コイル１４は、方形状に巻回されている。

２０は、ミラーホルダ１０を支軸１１、１２を軸として回動可能に支持する可動枠である。可動枠２０には、ミラーホルダ１０を収容するための開口２１が形成されており、また、ミラーホルダ１０の支軸１１、１２と係合する溝２２、２３が形成されている。さらに、可動枠２０の側面には、端部に抜け止めを有する支軸２４、２５が形成され、背面には、コイル２６が装着されている。コイル２６は、方形状に巻回されている。

３０は、可動枠２０を支軸２４、２５を軸として回動可能に支持する固定枠である。固定枠３０には、可動枠２０を収容するための凹部３１が形成され、また、可動枠２０の支軸２４、２５と係合する溝３２、３３が形成されている。さらに、固定枠３０の内面には、コイル１４に磁界を印加するマグネット３４と、コイル２６に磁界を印加するマグネット３５が装着されている。なお、溝３２、３３は、それぞれ固定枠３０の前面から上下２つのマグネット３５間の隙間内まで延びている。

４０は、可動枠２０の支軸２４、２５が溝３２、３３から脱落しないよう、支軸２４、２５を前方から押さえる押さえ板である。なお、ミラーホルダ１０の支軸１１、１２を可動枠２０の溝２２、２３から脱落しないよう規制する押さえ板は、図示省略されている。

アクチュエータをアセンブルする際には、ミラーホルダ１０の支軸１１、１２を可動枠２０の溝２２、２３に係合させ、さらに、支軸１１、１２の前面を押さえるようにして、押さえ板（図示せず）を可動枠２０の前面に装着する。これにより、ミラーホルダ１０が、可動枠２０によって、回動可能に支持される。

このようにしてミラーホルダ１０を可動枠２０に装着した後、可動枠２０の支軸２４、２５を固定枠３０の溝３２、３３に係合させ、さらに、支軸３２、３３の前面を押さえるようにして、押さえ板４０をマグネット３５の前面に装着する。これにより、可動枠２０が、回動可能に固定枠３０に装着され、アクチュエータのアセンブルが完了する。

ミラーホルダ１０が可動枠２０に対し支軸１１、１２を軸として回動すると、これに伴ってミラー１３が回動する。また、可動枠２０が固定枠３０に対し支軸２４、２５を軸として回動すると、これに伴ってミラーホルダ１０が回動し、ミラーホルダ１０と一体的にミラー１３が回動する。このように、ミラーホルダ１０は、互いに直交する支軸１１、１２と支軸２４、２５によって、２次元方向に回動可能に支持され、ミラーホルダ１０の回動に伴って、ミラー１３が２次元方向に回動する。

なお、同図（ｂ）に示すアセンブル状態において、２つのマグネット３４は、コイル１４に電流を印加することにより、ミラーホルダ１０に支軸１１、１２を軸とする回動力が生じるよう配置および極性が調整されている。したがって、コイル１４に電流を印加すると、コイル１４に生じる電磁駆動力によって、ミラーホルダ１０が、支軸１１、１２を軸として回動する。

また、同図（ｂ）に示すアセンブル状態において、２つのマグネット３５は、コイル２６に電流を印加することにより、可動枠２０に支軸２４、２５を軸とする回動力が生じるよう配置および極性が調整されている。したがって、コイル２６に電流を印加すると、コイル２６に生じる電磁駆動力によって、可動枠２０が、支軸２４、２５を軸として回動する。

このように、コイル１４とコイル２６に電流を印加することにより、ミラーホルダ１０と可動枠２０がそれぞれ支軸１１、１２と支軸２４、２５を軸として回動する。これにより、ミラー１３が、ミラーホルダ１０と一体となって、２次元方向に回動する。

図２に、本実施例に係るレーザレーダの構成を示す。

図示の如く、レーザレーダは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）制御回路２０１と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０２と、レーザ駆動回路２０３と、アクチュエータ駆動回路２０４と、ビーム照射ヘッド２０５と、ＰＤ（Photo Detector）信号処理回路２０６と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０７を備えている。

ＤＳＰ制御回路２０１は、レーザ駆動回路２０３およびアクチュエータ駆動回路２０４を駆動制御するためのデジタル信号をＤＡＣ２０２に出力する。また、ＡＤＣ２０７から入力されるデジタル信号をもとに、スキャン領域内に含まれる障害物の位置と障害物までの距離を検出する。ＤＳＰ制御回路２０１には、スキャン制御部２０１ａと距離測定部２０１ｂが配備されている。

スキャン制御部２０１ａは、ミラーアクチュエータ１００を制御するための制御信号を生成し、これを、ＤＡＣ２０２を介してアクチュエータ駆動回路２０４に供給する。これにより、レーザ光が走査領域において２次元方向に走査される。また、スキャン制御部２０１ａは、レーザ駆動回路２０３を駆動して、後述のごとく、半導体レーザ１０１からの出力を制御する。

距離測定部２０１ｂは、ＡＤＣ２０７から入力される受光信号に基づいて、障害物までの距離を測定する。距離測定部２０１ｂには、高周波の内部クロックが入力されている。距離測定部２０１ｂは、各スキャン位置において出力されるパルス光の出力タイミングからその反射光の受光タイミングまでのクロック数Ｎをカウントする。そして、カウントしたクロック数Ｎをもとに、当該スキャン位置における障害物の有無と障害物までの距離Ｌを検出する。たとえば、内部クロックの周期をＴとして、Ｌ＝Ｃ（光速）×Ｔ×Ｎ／２を演算することにより障害物までの距離を検出する。なお、予め決められた時間内に反射光を受光できない場合、当該スキャン位置には障害物が存在しないとされる。

ＤＡＣ２０２は、ＤＳＰ制御回路２０１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２０３およびアクチュエータ駆動回路２０４に出力する。レーザ駆動回路２０３は、ＤＡＣ２０２から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド２０５内の半導体レーザ１０１を駆動する。アクチュエータ駆動回路２０４は、ＤＡＣ２０２から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド２０５内のミラーアクチュエータ１００（図１参照）を駆動する。

ビーム照射ヘッド２０５は、前方空間に設定された走査領域においてレーザ光を走査させる。図示の如く、ビーム照射ヘッド２０５は、ミラーアクチュエータ１００の他に、半導体レーザ１０１と、コリメートレンズ１０２と、収差板１０３と、受光レンズ１０４と、光検出器１０５を備えている。

半導体レーザ１０１は、所定波長のレーザ光を出力する。半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）は、コリメートレンズ１０２によって平行光に変換され、さらに、収差板１０３によって光学的に調整された後、ミラーアクチュエータ１００に支持された平板状のミラー１３に入射される。

ミラー１３は、上記の如く、２軸を軸として回動可能にミラーアクチュエータ１００によって支持されている。ここで、ミラーアクチュエータ１００は、図１に示す支軸１１、１２を軸として、ミラー１３が、図２のｘ−ｚ平面方向（水平方向）に回動するよう配置されている。ミラー１３が中立位置にあるとき、走査用レーザ光は、ｚ軸方向（水平方向）からミラー１３に入射し、ｘ軸方向に反射される。

ＤＳＰ制御回路２０１には、走査用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。スキャン制御部２０１ａ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２０４を制御するための信号をＤＡＣ２０２に出力する。

さらに、スキャン制御部２０１ａは、走査用レーザ光の走査位置が、スキャン軌道上の障害物検出および距離検出を行うための位置（以下、「測距位置」という）として予め設定され位置に到達したタイミングにて、半導体レーザ１０１の出力を、一定期間だけパルス状にレベルＰｗａからレベルＰｗｂに立ち上げるための信号を、ＤＡＣ２０２を介してレーザ駆動回路２０３に出力する。

ここで、レベルＰｗａは、測距位置の到来に応じて半導体レーザ１０１の出力を円滑にレベルＰｗｂに立ち上げることができる程度のレベルに設定される。また、レベルＰｗｂは、障害物検出および距離検出を円滑に行い得るレベルに設定される。

図３に、半導体レーザ１０１に対する出射パワーの調整例を示す。

同図に示す如く、半導体レーザ１０１の出力は、測距位置に対応する期間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２において、パルス状にレベルＰｗａからレベルＰｗｂに立ち上げられる。しかして、走査用レーザ光は、目標領域内をスキャンしながら、測距位置に到達したタイミングにてパルス状に発光される。

図２に戻り、目標領域内の各スキャン位置に障害物が存在するとき、高パワーにて発光された走査用レーザ光は、障害物によって反射され、その反射光が、受光レンズ１０４を介して光検出器１０５に入射される。光検出器１０５は、受光量に応じた大きさの電気信号をＰＤ信号処理回路２０６に出力する。ＰＤ信号処理回路２０６は、光検出器１０５から入力された電気信号を増幅およびノイズ除去してＡＤＣ２０７に出力する。ＡＤＣ２０７は、入力された信号をデジタル信号に変換して距離測定部２０１ｂに出力する。

距離測定部２０１ｂは、ＡＤＣ２０７から入力されたデジタル信号をもとに反射光の受光タイミングを検出し、この受光タイミングと、スキャン制御部２０１ａから入力される高パワーのパルスレーザ光の出力タイミングとから、上記の如く、当該スキャン位置における障害物までの距離を検出する。また、予め設定された時間内に反射光を受光できない場合は、当該スキャン位置には障害物が存在しないと判定する。

次に、図４を参照して、本実施例におけるスキャン制御について説明する。

まず、図４（ａ）を参照して、比較例におけるスキャン制御について説明する。この場合、ミラー１３は、鉛直方向の回動位置が固定された状態で支軸１１、１２を軸として回動される。この回動に伴って、走査用レーザ光が水平方向に走査される。１ライン分の走査が終わると、ミラー１３が、支軸２４、２５を軸として鉛直方向に所定角度だけ回動される。そして、その状態からミラー１３が支軸１１、１２を軸として回動され、次のラインに対する水平方向の走査が行われる。この動作を繰り返すことにより、走査領域全体の走査が行われる。

この比較例では、同図（ａ）に模式的に示す如く、走査領域が、中央から水平方向の左右端に向かうにつれて徐々に鉛直方向の幅が拡大および縮小する形状となる。これは、水平方向への走査時に、鉛直方向におけるミラー１３の回動位置が固定されているため、支軸１１、１２を軸とする回動が進むにつれて、ミラー１３に対する鉛直方向の走査用レーザ光の入射角が変化し、これにより、鉛直方向における走査用レーザ光の振り角が変化し、走査領域上における各走査ラインが水平方向に対して傾くことによるものである。ここで、水平方向に対する走査ラインの傾きの程度は、走査ライン毎に相違することとなる。このため、走査領域は、同図（ａ）に示す如く、鉛直方向の幅が左右で相違することとなる。

また、支軸１１、１２を軸としてミラー１３を各走査ラインに対する走査において一律に回動させると、水平方向における走査用レーザ光の振れ具合が走査ライン毎に相違するため、各走査ラインの始端と終端が鉛直方向に並ばなくなる。このため、走査領域は、同図（ａ）に示す如く、左右の辺が水平方向に丸みを帯びた形状となる。

本実施例では、同図（ｂ）に模式的に破線で示す如く、走査領域が矩形形状（横長長方形）となるよう、ミラー１３を駆動制御する。すなわち、本実施例では、水平方向における各ラインの走査時に、ミラー１３を、支軸１１、１２を軸とする回動方向（第１の回動方向）のみならず、支軸２４、２５を軸とする回動方向（第２の回動方向）にも回動させる。

具体的には、走査領域の中央から水平方向左端に向かうほど第２の回動方向におけるミラー１３の回動量を小さくさせ、中央から水平方向右端に向かうほど第２の回動方向におけるミラー１３の回動量を大きくさせる。このとき、第２の回動方向におけるミラー１３の回動量は、第１の回動方向におけるミラー１３の各回動位置において、ミラー１３に対する鉛直方向の走査用レーザ光の入射角が変化しないよう調整される。これにより、第１の回動方向におけるミラー１３の各回動位置において、鉛直方向における走査用レーザ光の振り角が変化せず、よって、走査用レーザ光は、各水平走査ラインにおいて、水平方向に直進するようになる。これにより、鉛直方向における走査領域の幅は全領域に渡って一様となる。

また、第１の回動方向におけるミラー１３の回動は、各走査ラインにおける始端と終端が鉛直方向に並ぶように制御される。これにより、走査領域の左右の辺は、水平方向に丸みを帯びることなく、鉛直方向に沿った直線状となる。

このようにミラー１３を第１の回動方向と第２の回動方向に同時に駆動制御することにより、走査用レーザ光の走査領域は、図４（ｂ）に破線で示す如く矩形形状となる。

なお、上記スキャンテーブルには、第１の回動方向におけるミラー１３の回動位置と第２の回動方向におけるミラー１３の回動位置に対応するパラメータ値が、走査開始位置から走査順に順次対応付けられて記述されている。スキャン制御部２０１ａは、スキャンテーブルに記述された第１および第２の回動方向のパラメータ値を順次参照し、互いに対応付けられた第１および第２の回動方向の回動位置となるよう、ミラーアクチュエータ１００を駆動制御する。これにより、走査用レーザ光は、矩形形状の走査領域内を水平方向の各走査ラインに沿って順次走査されることとなる。なお、スキャンテーブルに記述されるパラメータ値は、たとえば、コイル１４、２６に印加される電流値とすることができる。

以上のとおり、本実施例によれば、ミラー１３を第１および第２の回動方向に同時に駆動制御することにより、走査領域を矩形形状（横長長方形）とすることができる。よって、走査領域が矩形形状から歪むことによる障害物の検出漏れや距離の測定漏れ等を抑制することができ、障害物検出および距離測定を適正に行うことができる。

＜変更例＞
上記では、走査位置を監視することなくオープンループにて走査用レーザ光を走査させるようにしたが、本変更例では、走査用レーザ光の走査位置がＤＳＰ制御回路２０１にフィードバックされ、走査位置が所期の軌道を追従するようミラーアクチュエータ１００にサーボが掛けられる。

図５に、本変更例に係るミラーアクチュエータ１００の構成を示す。ここでは、支軸１２に、反射面がミラー１３の反射面と平行となるようにして、平板状のミラー１５が装着されている。その他の構成は、図１の構成と同様である。

図５の構成例では、ミラー１５が、ミラー１３と一体的に回動される。ミラー１３が支軸１１、１２を軸として回動すると、これに伴ってミラー１５が回動し、また、ミラー１３がミラーホルダ１０とともに支軸２４、２５を軸として回動すると、これに伴ってミラー１５が回動する。

図６に、本変更例に係るレーザレーダの構成を示す。ここでは、ビーム照射ヘッド２０５に、所定波長のレーザ光（以下、「サーボ用レーザ光」という）を出射する半導体レーザ１０６と、集光レンズ１０７と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）１０８が配されている。また、回路構成として、ＰＳＤ１０８からの信号を処理するＰＳＤ信号処理回路２０８と、ＡＤＣ２０９が追加されている。

半導体レーザ１０６は、ミラー１３が中立位置にあるときに、サーボ用レーザ光がｘ軸方向からミラー１５に入射するように配置されている。ミラー１５によって反射されたサーボ用レーザ光は、集光レンズ１０７によってＰＳＤ１０８の受光面上に集光される。上記の如く、ミラー１５はミラー１３と一体的に回動するため、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の受光位置と、走査領域における走査用レーザ光の走査位置は一対一に対応する。よって、ＰＳＤ１０８からの信号をもとに、走査用レーザ光の走査位置を検出することができる。

ＰＳＤ１０８は、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置に応じた電流を出力する。ＰＳＤ１０８からの出力電流はＰＳＤ信号処理回路２０８に入力される。ＰＳＤ信号処理回路２０８は、入力された電流からサーボ用レーザ光の収束位置を表す電圧信号を生成し、これをＡＤＣ２０９に出力する。ＡＤＣ２０９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２０１内のスキャン制御部２０１ａに供給する。

スキャン制御部２０１ａは、スキャン動作時において、ＡＤＣ２０９から入力された信号をもとに受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置を検出する。そして、その検出位置が所期の軌道に引き込まれるよう、ＤＡＣ２０２を介して、アクチュエータ駆動回路２０４に制御信号を出力する。これにより、走査用レーザ光は、所期の軌道に沿うよう走査領域内を走査する。

なお、スキャン制御部２０１ａは、走査用レーザ光のスキャン動作時、半導体レーザ１０６をパワーレベルＰｗｃにて常時発光させるための信号を、ＤＡＣ２０２を介してレーザ駆動回路２０３に出力する。図７（ａ）は半導体レーザ１０１のパワーレベルを示す図、図７（ｂ）は半導体レーザ１０６のパワーレベルを示す図である。

図８は、本変更例において、支軸２４、２５を軸とする回動位置を固定した状態で支軸１１、１２を軸としてミラー１３を回動させて走査用レーザ光を走査させたときの、走査用レーザ光およびサーボ用レーザ光の走査領域を模式的に示す図である。ここでは、同図（ａ）に示す如く、レーザ光軸が互いに垂直となるようにして、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光がミラー１３とミラー１５に入射される。

同図（ｂ）に示す如く、走査用レーザ光の走査領域は、図４（ａ）の場合と同様、中央から水平方向の左右端に向かうにつれて徐々に鉛直方向の幅が拡大および縮小する形状となる。また、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域も、走査用レーザ光の走査領域と同様、同図（ｃ）に示す如く、中央から左右端に向かうにつれて徐々に幅が縮小および拡大する形状となる。なお、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光では、走査領域の拡大／縮小方向が逆転している。

本変更例においても、図４の場合と同様、図９（ａ）に模式的に破線で示す如く、走査用レーザ光の走査領域が矩形形状（横長長方形）となるよう、ミラー１３が駆動制御される。すなわち、水平方向における各ラインの走査時に、ミラー１３が、支軸１１、１２を軸とする第１の回動方向のみならず、支軸２４、２５を軸とする第２の回動方向にも回動される。この場合、ミラー１３と一体的にミラー１５が駆動されるため、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域も、図８（ｃ）の状態から変化する。

図９（ｃ）は、走査用レーザ光の走査領域を矩形形状に補正したときの、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域を模式的に示す図である。この場合、サーボ用レーザ光の走査領域は、走査用レーザ光の走査領域を矩形形状に補正することにより、同図（ｂ）の状態から同図（ｃ）の状態へと変化する。すなわち、走査用レーザ光の走査領域を矩形形状に補正することにより、サーボ用レーザ光の走査領域は、補正前よりも、左右端における幅の差が大きくなる。

本変更例では、図９（ｂ）の走査領域を基準として、以下の如く、ミラーアクチュエータ１００にサーボが掛けられる。

スキャン制御部２０１ａは、走査領域が図９（ｃ）となるときのＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の軌道（基準軌道）を予め保持している。スキャン制御部２０１ａは、スキャン動作時に、この基準軌道と、ＡＤＣ２０９から入力される信号をもとに検出されるＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置とを比較し、検出した収束位置がこの基準軌道に引き込まれるよう、ミラーアクチュエータ１００に対する制御信号を調整する。そして、調整後の制御信号を、ＤＡＣ２０２を介してアクチュエータ駆動回路２０４に供給する。これにより、走査用レーザ光は、図９（ａ）に破線で示す矩形領域上を走査することとなる。

本変更例によれば、図１ないし図４の場合と同様、走査領域を矩形形状（横長長方形）とすることができるため、走査領域が矩形形状から歪むことによる障害物の検出漏れや距離の測定漏れ等を抑制することができる。

また、この変更例によれば、走査用レーザ光の走査位置にサーボが掛けられるため、外乱等によって走査用レーザ光の走査位置にずれが生じても、これを所期の軌道に復帰させることができる。よって、図１ないし図４の場合よりもさらに円滑に走査位置を所期の軌道に追従させることができ、障害物検出および距離測定をより適正に行うことができる。

本実施例は、図１０に示す如く、走査用レーザ光を鉛直方向からミラー１３に入射させ、この状態でミラー１３を水平方向および垂直方向に回動させることにより、レーザ光を目標領域において２次元方向に走査させるレーザレーダに関するものである。ミラーアクチュエータ１００の構成は、図１と同様である。

なお、レーザレーダの構成は、基本的に図２と同様であるが、走査用レーザ光の入射方向が鉛直方向に変更されていることに基づいて、ミラー１３の駆動制御が、実施例１に比べて変更されている。

図１１（ａ）は、支軸２４、２５を軸とする回動位置を固定した状態で支軸１１、１２を軸としてミラー１３を回動させて走査用レーザ光を走査させたときの走査用レーザ光の走査領域を模式的に示す図である。

図示の如く、走査用レーザ光の走査領域は、中央に対し左右端が鉛直方向にシフトした形状となる。これは、図４の場合と同様、支軸１１、１２を軸とするミラー１３の回動に伴って、ミラー１３に対する鉛直方向の走査用レーザ光の入射角が変化し、また、水平方向における走査用レーザ光の振り角が走査ライン毎に異なることによるものである。

本実施例においても、上記実施例１と同様、図１１（ｂ）に模式的に破線で示す如く、走査領域が矩形形状（横長長方形）となるよう、ミラー１３が駆動制御される。すなわち、水平方向における各ラインの走査時に、ミラー１３を、支軸１１、１２を軸とする第１の回動方向のみならず、支軸２４、２５を軸とする第２の回動方向にも回動させる。

具体的には、走査領域の鉛直方向上側に向かうほど、第１の回動方向におけるミラー１３の回動量を小さくし、逆に、鉛直方向下側に向かうほど、第１の回動方向におけるミラー１３の回動量を大きくする。また、第２の回動方向においては、走査領域中央部の走査用レーザ光の振り方向を鉛直方向上側にシフトさせ、逆に、左右端に向かうにつれて、走査用レーザ光の振り方向を鉛直方向下側にシフトさせる。このとき、第１および第２の回動方向におけるミラー１３の回動量は、矩形状の走査領域内において走査用レーザ光が水平方向に直進するよう調整される。

本実施例によれば、このようにミラー１３を駆動制御することにより、上記実施例１と同様、走査領域を矩形形状（横長長方形）とすることができる。よって、走査領域が矩形形状から歪むことによる障害物の検出漏れや距離の測定漏れ等を抑制することができ、障害物検出および距離測定を適正に行うことができる。

＜変更例＞
本実施例においても、上記実施例１と同様、サーボ用レーザ光を用いて走査用レーザ光の走査位置を検出し、その検出結果に基づき、サーボ用レーザ光の走査にサーボを掛けるようにすることもできる。

図１２は、支軸２４、２５を軸とする回動位置を固定した状態で支軸１１、１２を軸としてミラー１３を回動させて走査用レーザ光を走査させたときの、目標領域における走査用レーザ光の走査領域と、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域を模式的に示す図である。ここでは、同図（ａ）に示す如く、サーボ用レーザ光は、図８の場合と同様、水平方向からミラー１５に入射されている。走査用レーザ光は、図１０に示す如く、鉛直方向からミラー１３に入射されている。

上述の如く、走査用レーザ光の走査領域は、図１２（ｂ）に示す形状となる。他方、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域は、図１２（ｃ）に示す形状となる。

本変更例においても、図１３（ａ）に模式的に破線で示す如く、走査用レーザ光の走査領域が矩形形状（横長長方形）となるよう、ミラー１３が駆動制御される。この場合、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域は、同図（ｂ）の状態から同図（ｃ）の状態へと変化する。すなわち、走査用レーザ光の走査領域を矩形形状に補正することにより、サーボ用レーザ光の走査領域は、補正前よりも、不規則に歪んだ形状となる。したがって、本変更例では、図１３（ｂ）の走査領域を基準として、ミラーアクチュエータ１００にサーボが掛けられる。

サーボ制御の方法は、図９の場合と同様である。すなわち、スキャン制御部２０１ａは、予め保持した基準軌道（走査領域が図１３（ｃ）の状態にあるときのサーボ用レーザ光の軌道）にサーボ用レーザ光の収束位置が引き込まれるよう、ミラーアクチュエータ１００に対する制御信号を調整する。そして、調整後の制御信号を、ＤＡＣ２０２を介してアクチュエータ駆動回路２０４に供給する。これにより、走査用レーザ光は、図１３（ａ）に破線で示す矩形領域内を走査することとなる。

本変更例によれば、図５ないし図９の場合と同様、走査用レーザ光の走査位置にサーボが掛けられるため、外乱等によって走査用レーザ光の走査位置にずれが生じても、これを所期の軌道に復帰させることができる。よって、図１０および図１１の場合よりも、さらに円滑に走査位置を所期の軌道に追従させることができ、障害物検出および距離測定をより適正に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態によって制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態は、車載用のレーザレーダの本発明を適用したものであったが、本発明は、たとえば、大気中のエアロゾル計測用など、他の用途のレーザレーダに適用することも可能である。また、上記実施の形態では、サーボに用いるレーザ光を出射する光源として半導体レーザを用いたが、これに代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等、他の光源を用いることもできる。さらに、走査用レーザ光の走査位置を検出するための光学系は上記のものに限定されるものではなく、これ以外の手法・構成により、走査用レーザ光の走査位置を検出するようにしても良い。

この他、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。

実施例１に係るミラーアクチュエータの構成を示す図 実施例１に係るレーザレーダの構成を示す図 実施例１に係る走査用レーザ光のパルス発光について説明する図 実施例１に係るミラー制御方法を説明する図 実施例１の変更例に係るミラーアクチュエータの構成を示す図 実施例１の変更例に係るレーザレーダの構成を示す図 実施例１に係るレーザ光のパワー制御を説明する図 実施例１の変更例に係るミラー制御方法を説明する図 実施例１の変更例に係るミラー制御方法を説明する図 実施例２における走査用レーザ光の入射方向を示す図 実施例２に係るミラーアクチュエータの制御方法を説明する図 実施例２の変更例に係るミラー制御方法を説明する図 実施例２の変更例に係るミラー制御方法を説明する図

符号の説明

１３ ミラー
１５ ミラー（サーボ光学系）
１００ ミラーアクチュエータ（駆動機構）
１０１ 半導体レーザ（レーザ光源）
１０６ 半導体レーザ（サーボ光学系）
１０７ 集光レンズ（サーボ光学系）
１０８ ＰＳＤ（光検出器）
２０１ ＤＳＰ制御回路（制御回路）
２０２ ＤＡＣ（制御回路）
２０４ アクチュエータ駆動回路（制御回路）
２０８ ＰＳＤ信号処理回路（制御回路）
２０９ ＡＤＣ（制御回路）

Claims (4)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射されるミラーと、
   前記ミラーを第１の回動軸と当該第１の回動軸に垂直な第２の回動軸をもってそれぞれ第１および第２の方向に回動させる駆動機構と、
   前記駆動機構を制御して前記レーザ光を２次元方向に走査させる制御回路を備え、
   前記制御回路は、前記レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、前記ミラーを前記第１の方向および前記第２の方向に回動制御する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
2. 請求項１において、
   前記レーザ光は、水平方向または鉛直方向から前記ミラーに入射される、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
3. 請求項１または２において、
   光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器と
   前記ミラーの回動位置に応じて前記光検出器上におけるサーボ光の照射位置を変化させるサーボ光学系とを備え、
   前記制御回路は、前記レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう前記ミラーを駆動したときの前記光検出器上における前記サーボ光の軌道と、実動作時に前記光検出器からの信号をもとに検出される前記サーボ光の前記照射位置とを比較し、前記照射位置が前記軌道を追従するよう、前記ミラーの駆動を制御する、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載のビーム照射装置を備えるレーザレーダ。

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