JP2008298686A - 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】ミラー１３によってレーザ光を走査領域において走査させる。ミラー１３の回動に伴って回動する光学素子（ミラー１５）によってサーボ光を光検出器（ＰＳＤ１０６）の受光面上において走査させる。ミラー１３は、レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、第１の方向および第２の方向に回動制御される。光検出器は、このようにミラーを回動制御したときの受光面上におけるサーボ光の走査領域の歪が抑制される方向に傾斜して配置される。
【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次元方向に走査させるものである。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と、前記ミラーの回動に伴って回動する光学素子と、サーボ光を発光するサーボ用光源と、前記光学素子を経由した前記サーボ光を受光するとともに受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを備える。

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。また、前記光検出器は、前記制御回路によって前記ミラーを回動制御したときの受光面上における前記サーボ光の走査領域の歪が抑制される方向に、前記ミラーが中立位置にあるときの前記サーボ光の光軸に前記受光面が直交する状態から傾斜して配置されている。

本発明において、光学素子は、平板状の反射面を備えるミラーとすることができる。この場合、サーボ光は、反射面によって反射され、光検出器へと導かれる。この他、光学素子として、光透過性の板材を用いることもできる。この場合、ミラーに伴って板材が回動することにより、板材を透過する際のサーボ光の屈折方向が変化する。これにより光検出器上をサーボ光が走査するようになる。

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。

また、上記の如く光検出器を傾けて配置することにより、受光面上におけるサーボ光の走査領域の歪を抑制することができ、その結果、レーザ光の走査位置を円滑かつ精度よく検出することができる。また、光検出器によって反射されたサーボ光が光学素子を経由して再び光検出器に入射するのを回避することができ、よって、光検出器からの信号を適正なものとすることができる。

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。

なお、本実施の形態では、レーザ光が水平方向からミラーに入射される。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、レーザ光が目標領域において２次元方向に走査される。

図１に、本実施の形態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の前面には平板状のミラー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。ミラーホルダ１０の支軸１２には、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。

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、１５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、１５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、１５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、１５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、本実施の形態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、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）信号処理回路２０６と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０７と、ＰＤ（Photo Detector）信号処理回路２０８と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０９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、ＡＤＣ２０９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、後述の如く、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、１０４からの出力を制御する。

距離測定部２０１ｂは、ＡＤＣ２０９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、１０４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、半導体レーザ１０４と、集光レンズ１０５と、ＰＳＤ１０６と、受光レンズ１０７と、光検出器１０８を備えている。

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。

半導体レーザ１０４から出射されたレーザ光（以下、「サーボ用レーザ光」という）は、ミラー１５によって反射された後、集光レンズ１０５によってＰＳＤ１０６の受光面上に集光される。

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、中立位置から図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。このとき、サーボ用レーザ光は、ｘ軸方向からミラー１５に入射しｚ軸方向に反射される。

なお、ＰＳＤ１０６は、ミラー１３が中立位置にあるときにミラー１５によって反射されるサーボ用レーザ光の光軸に対し、受光面がｘ−ｚ平面の面内方向に傾斜するようにして配置されている。ＰＳＤ１０６の配置については、追って、図４ないし図６を参照して説明する。

ＰＳＤ１０６の受光面上にサーボ用レーザ光が収束されると、その収束位置に応じた電流がＰＳＤ１０６からＰＳＤ信号処理回路２０６に入力される。ＰＳＤ信号処理回路２０６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ＡＤＣ２０７に出力する。ＡＤＣ２０７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。

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）と、このテーブルに従って走査用レーザ光をスキャンさせたときの、ＰＤＳ受光面上におけるサーボ用レーザ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。

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。また、同時に、ＡＤＣ２０７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し、検出した収束位置が軌道テーブルにて規定される軌道に引き込まれるよう、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。

かかるサーボ動作によって、走査用レーザ光は、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走査する。なお、走査用レーザ光のスキャン制御については、追って、図４を参照して詳述する。

さらに、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１０４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。また、これと同時に、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置を監視し、この収束位置が、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、１０４のパワーの調整例を示す。同図（ａ）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。半導体レーザ１０４の出力レベルは、測距位置に対応するか否かに関わらずレベルＰｗｃに維持される。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１０７を介して光検出器１０８に入射される。光検出器１０８は、受光量に応じた大きさの電気信号をＰＤ信号処理回路２０８に出力する。ＰＤ信号処理回路２０８は、光検出器１０８から入力された電気信号を増幅およびノイズ除去してＡＤＣ２０９に出力する。ＡＤＣ２０９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、ＡＤＣ２０９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、本実施の形態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。ここでは、本実施の形態と同様、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光は、レーザ光軸が互いに垂直となるようにして、ミラー１３とミラー１５に入射される。

この比較例において、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（ｂ）に模式的に示す如く、走査用レーザ光の走査領域が、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することによるものである。

なお、この場合、走査領域における走査用レーザ光の走査軌跡は、このように鉛直方向における走査用レーザ光の振り角が変化することによって、水平とはならず、同図（ｂ）に模式的に破線で示す如く、水平方向に対し傾いたものとなる。このため、この走査軌跡のピッチは、同図（ｂ）の左端に向かうほど粗となり、右端に向かうほど密となる。このため、障害物等の検出精度は、左端に向かうほど低下することとなる。

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（ｂ）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。

一方、このようにミラー１３を駆動制御すると、ＰＳＤ１０６の受光面上における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。図中、破線は、サーボ用レーザ光の走査軌跡を示している。サーボ用レーザ光の走査軌跡も、走査用レーザ光と同様、同図（ｃ）の右端に向かうほどピッチが粗となり、左端に向かうほどピッチが密となる。

本実施の形態では、図５（ａ）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、本実施の形態では、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。

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。

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、同図（ｂ）に示す如く、走査用レーザ光の走査領域が矩形形状となる。また、走査領域における走査用レーザ光の走査軌跡は、どの走査ラインにおいても水平方向となり、走査ライン間のピッチは一定となる。よって、走査領域内の何れの箇所においても、障害物の検出等を、円滑かつ精度良く行うことができる。

しかし、その一方、ミラー１３をこのように駆動制御すると、サーボ用レーザ光の走査領域は、同図（ｃ）の状態から同図（ｄ）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。

この場合、ＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査ラインのピッチは、図４（ｃ）の場合に比べ、さらに、右側が粗となり、左側が密となる。このため、サーボ用レーザ光の受光位置に対するＰＳＤ受光面の分解能は、左端に向かうほど低下し、左端近傍領域では、サーボ用レーザ光の受光位置と走査用レーザ光の走査位置の位置関係に誤差が生じる惧れがある。

このような不都合を回避するために、本実施の形態では、図６（ａ）に示す如く、ＰＳＤ１０６が同図矢印Ａ方向に傾斜して配置されている。これにより、ＰＳＤ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、このようにＰＳＤ１０６を傾斜させることにより、走査領域左右端の幅の差を小さくすることができる。したがって、走査領域左端におけるサーボ用レーザ光の走査ラインのピッチを拡張することができ、サーボ用レーザ光の受光位置に対するＰＳＤ受光面の分解能を向上させることができる。その結果、サーボ用レーザ光の受光位置を適正に検出することができる。

したがって、サーボ用レーザ光の受光位置が所期の軌道に追従するようミラーアクチュエータ１００にサーボを掛けることにより、走査用レーザ光を所期の軌道に円滑に追従させることができる。

以上のとおり、本実施の形態によれば、上記の如くミラー１３を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。

また、上記の如くＰＳＤ１０６を傾斜させることにより、サーボ用レーザ光の受光位置を適正に検出することができ、よって、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円滑に復帰させることができる。したがって、本実施の形態によれば、走査用レーザ光の走査位置を所期の軌道に円滑に追従させることができ、障害物検出および距離測定を適正に行うことができる。

なお、ＰＳＤ１０６を傾斜させるに伴ってＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域の歪を抑制させることができるが、反面、ＰＳＤ１０６を傾斜させるために確保すべきスペースを大きく取る必要がある。また、ＰＳＤ１０６の傾斜に伴って、ＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光のデフォーカス状態が進むため、ＰＳＤ１０６の検出信号に劣化が生じることが想定される。したがって、ＰＳＤ１０６の傾斜の程度は、これらスペース上の問題と検出信号上の問題等を勘案して、適宜設定する必要がある。

なお、上記のようにＰＳＤ１０６を傾斜させることにより、以下のとおり、ＰＳＤ１０６によって反射されたサーボ用レーザ光がミラー１５によって反射され、この光（以下、「迷光」という）が再びＰＳＤ１０６に入射するのを回避することができる。

図７は、ＰＳＤ１０６を傾斜させずに配置したときの迷光の光路を示す図である。図中、迷光の光路は点線矢印で示されている。

同図（ａ）は、ミラー１５が水平回動方向の中立位置にあるときの状態を示す図である。この場合、迷光は、サーボ用レーザ光の光路を逆行する。この状態から、ミラー１５が時計方向にα度だけ回動すると、迷光の光路は、同図（ｂ）のように変化する。この場合、迷光は、ミラー１５によって反射されず、よって、ＰＳＤ１０６に再入射することもない。これに対し、ミラー１５が中立位置から反時計方向にα度だけ回動すると、迷光の光路は、同図（ｃ）のように変化する。この場合、迷光は、ミラー１５によって再反射され、ＰＳＤ１０６に再入射する。

このように、迷光がＰＳＤ１０６に再入射すると、ＰＳＤ１０６の出力電流に迷光による電流成分が重畳され、ＰＳＤ１０６に誤動作が生じる。このため、ＰＳＤ受光面におけるサーボ光の受光位置と走査用レーザ光の走査位置の関係に誤差が生じ、よって、走査用レーザ光のサーボ制御に不具合が生じる惧れがある。

これに対し、本実施の形態では、ＰＳＤ１０６を傾斜させることにより、迷光がＰＳＤ１０６に再入射するのを回避することができる。

図８は、ＰＳＤ１０６を傾斜させて配置したときの迷光の光路を示す図である。図中、迷光の光路は点線矢印で示されている。同図（ａ）は、ミラー１５が水平回動方向の中立位置にあるときの状態を示す図、同図（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、ミラー１５が中立位置から時計方向および反時計方向にα度だけ回動したときの状態を示す図である。

図示の如く、ＰＳＤ１０６を傾斜して配置することにより、同図（ａ）（ｂ）（ｃ）の何れの場面においても、迷光がミラー１５によって反射されＰＳＤ１０６に再入射することはない。なお、ミラー１５の回動位置が同図（ａ）と同図（ｂ）の間の所定の位置にあるときは、迷光がミラー１５によって再反射される。しかし、この場合も、迷光はＰＳＤ１０６の下端方向に反射されるため、ＰＳＤ１０６の傾斜角や、ＰＳＤ１０６の受光面の大きさ、および、ミラー１５の反射面の大きさ等を適宜調整することにより、ミラー１５によって反射された迷光がＰＳＤ受光面に再入射するのを回避することができる。ＰＳＤ受光面に対する迷光の再入射を回避するには、ミラー１５の反射面とＰＳＤ１０６の受光面はなるべく小さい方が良い。

このように、本実施の形態によれば、ＰＳＤ１０６を傾斜させることにより、ＰＳＤ１０６の受光面に対する迷光の再入射するのを回避することができる。よって、明光によるＰＳＤ１０６の誤動作を抑制することができ、走査用レーザ光のサーボ制御を円滑かつ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。

また、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。たとえば、上記では、ミラー１５によって反射されたサーボ用レーザ光をＰＳＤによって受光するようにしたが、ミラー１５に代えて光透過性の板材を支軸１２に装着し、この板材を透過したサーボ用レーザ光をＰＳＤによって受光するようにしても良い。この場合、板材の回動に応じてサーボ用レーザ光の屈折方向が変化し、これによりＰＳＤ受光面上をサーボ用レーザ光が走査するようになる。

さらに、上記実施の形態では、走査用レーザ光を水平方向からミラー１３に入射させるようにしたが、鉛直方向から走査用レーザ光をミラー１３に入射させるよう構成することもできる。この場合も、ミラーアクチュエータ１００は走査用レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう駆動制御され、また、ＰＳＤ１０６は、サーボ用レーザ光の走査領域の歪が抑制される方向に傾斜して配置される。

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。

実施の形態に係るミラーアクチュエータの構成を示す図 実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図 実施の形態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 実施の形態に係るミラー制御方法を説明する図 実施の形態に係るミラー制御方法を説明する図 実施の形態に係るＰＳＤの配置方法を説明する図 実施の形態に係るＰＳＤの配置方法による効果を説明する図 実施の形態に係るＰＳＤの配置方法による効果を説明する図

符号の説明

１３ ミラー
１５ ミラー（光学素子）
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）
１０４ 半導体レーザ（サーボ用光源）
１０６ 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）
２０６ ＰＳＤ信号処理回路（制御回路）
２０７ ＡＤＣ（制御回路）

Claims (3)

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と、
   前記ミラーの回動に伴って回動する光学素子と、
   サーボ光を発光するサーボ用光源と、
   前記光学素子を経由した前記サーボ光を受光するとともに受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを備え、
   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、前記ミラーを前記第１の方向および前記第２の方向に回動制御し、
   前記光検出器は、前記制御回路によって前記ミラーを回動制御したときの受光面上における前記サーボ光の走査領域の歪が抑制される方向に、前記ミラーが中立位置にあるときの前記サーボ光の光軸に前記受光面が直交する状態から傾斜して配置されている、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
2. 請求項１において、
   前記光学素子は、前記サーボ光が入射される平板状の反射面を備える、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
3. 請求項１または２に記載のビーム照射装置を備えるレーザレーダ。
   

Images