JP2008299144A - 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）とを備える。ここで、ミラー１３の反射面は、第２の方向における回動位置を任意の位置に固定した状態で第１の方向にミラー１３を回動させてレーザ光を走査させる場合に、レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう構成されている。
【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を備える。ここで、前記ミラーの反射面は、前記第２の方向における回動位置を任意の位置に固定した状態で前記第１の方向に前記ミラーを回動させて前記レーザ光を走査させる場合に、前記レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう構成されている。

本発明によれば、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ため、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。

なお、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。

また、本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光の走査位置を監視するために、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さらに備える構成とすることができる。この場合、光学素子は、第２の方向における回動位置を任意の位置に固定した状態で第１の方向にミラーを回動させてレーザ光を走査させる場合に、光検出器上におけるサーボ光の走査領域が矩形形状となるよう構成することができる。

ここで、光学素子は、サーボ光が入射される反射面を備える構成とすることができる。この場合、この反射面は、上記の如くレーザ光を走査させる場合に、光検出器上におけるサーボ光の走査領域が矩形形状となるよう構成され得る。

なお、このように光検出器上におけるサーボ光の走査領域を矩形形状とすることで、光検出器上を走査するサーボ光の走査ピッチに粗密が生じるのを抑制することができる。その結果、レーザ光の走査位置を円滑かつ精度よく検出できるとの効果が奏される。

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。本発明に係るレーザレーダは、上記と同様の効果を奏することができる。

以上のとおり、本発明によれば、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。

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。

なお、ミラー１３の反射面は、支軸２４、２５を軸とする回動位置を任意の位置に固定した状態で支軸１１、１２を軸としてミラーを回動させてレーザ光を走査させる場合に、レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、形状が調整されている。

スキャン動作時、ミラーアクチュエータは、支軸２４、２５を軸とする回動位置を任意の位置に固定した状態で支軸１１、１２を軸としてミラー１３が回動するよう駆動制御される。支軸１１、１２を軸としてミラー１３が回動することでレーザ光が水平方向に走査される。１ライン分の水平走査が終了すると、支軸２４、２５を軸としてミラー１３が所定角度だけ回動され、その後、支軸１１、１２を軸としてミラー１３が回動されて次のラインに対する水平走査が行われる。この制御が繰り返されることにより、目標領域全体に渡ってレーザ光が走査される。

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、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、上記の如く、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、ミラー１３の反射面の形状について説明する。

同図（ａ）は、ミラー１３の反射面が平板状であるときの走査用レーザ光の走査状態を模式的に示す図である。上述の如くミラー１３を２次元駆動すると、走査用レーザ光の走査領域は、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を軸とするミラー１３の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（ａ）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（ａ）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（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。

本実施の形態では、同図（ｂ）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の反射面の形状が調整されている。すなわち、本実施の形態では、支軸２４、２５を軸とする回動位置を任意の位置に固定した状態でミラー１３を支軸１１、１２を軸として回動させた場合に、鉛直方向における走査用レーザ光の振り角が変化せず、且つ、この回動を上記の如く各走査ラインに対し一律に行っても各走査ラインの始端と終端が鉛直方向に並ぶよう、ミラー１３の反射面の形状が湾曲している。

このようにミラー１３の反射面の形状を調整することにより、上述の如くミラー１３を２次元方向に駆動しても、走査領域が矩形形状から歪むことはない。同図（ｃ）は、上記の如くミラー１３の反射面の形状を湾曲させた場合の走査用レーザ光の走査状態を模式的に示す図である。この場合、走査領域は、図示の如く、矩形形状（横長長方形）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。

このように、本実施の形態によれば、走査領域を所期の矩形形状（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、障害物の検出および距離の測定を適正に行うことができる。

＜変更例１＞
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、走査用レーザ光の走査位置をＤＳＰ制御回路２０１にフィードバックして、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にサーボを掛けるよう構成することもできる。

図５に、この場合のミラーアクチュエータ１００の構成を示す。ここでは、支軸１２に対し、ミラー１３と平行な状態にて、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。

この場合、ミラー１５は、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。

次に、図８および図９を参照して、ミラー１５の反射面の形状について説明する。

図８は、ミラー１３、１５の反射面の形状が共に平板状であるときの走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の走査状態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、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に入射されている。

スキャン動作時に、上述の如くしてミラー１３を２次元方向に駆動すると、走査用レーザ光の走査領域は、図８（ｂ）に示す如く、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。これについては、既に図４（ａ）を参照して説明したとおりである。

このとき、ＰＳＤ１０８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。

本変更例では、既に図４を参照して説明した如く、走査用レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、ミラー１３の反射面の形状が調整されている。したがって、同図（ｃ）に示すサーボ用レーザ光の走査軌跡を基準に走査用レーザ光の走査位置にサーボを掛ける場合には、走査用レーザ光における矩形形状の走査軌跡と、サーボ用レーザ光における同図（ｃ）の扇形状の走査軌跡とを対応づけてサーボを掛ける必要がある。

しかし、同図（ｃ）の走査軌跡では、ＰＳＤ受光面上における走査ラインのピッチが、右端に向かうほど粗となり、左端に向かうほど密となる。このため、サーボ用レーザ光の受光位置に対するＰＳＤ受光面の分解能が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との対応付けに誤差が生じる惧れがある。

そこで、本変更例では、図９（ａ）に破線で示す如く、ＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、ミラー１５の反射面の形状が調整される。すなわち、本変更例では、支軸２４、２５を軸とする回動位置を任意の位置に固定した状態でミラー１３を支軸１１、１２を軸として回動させた場合に、鉛直方向におけるサーボ用レーザ光の振り角が変化せず、且つ、走査用レーザ光を走査領域内において走査させたときに、ＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の各走査ラインの始端と終端が直線状に並ぶよう、ミラー１５の反射面の形状が湾曲している。

このようにミラー１５の反射面の形状を調整することにより、上述の如くミラー１３を２次元方向に駆動しても、サーボ用レーザ光の走査領域は矩形形状となる。同図（ｂ）は、上記の如くミラー１５の反射面の形状を湾曲させた場合のＰＳＤ受光面上におけるサーボ用レーザ光の走査状態を模式的に示す図である。

この場合、走査領域におけるサーボ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、サーボ用レーザ光の受光位置に対するＰＳＤ受光面の分解能が図８（ｃ）の場合のように低下することはなく、サーボ用レーザ光の受光位置を円滑かつ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初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、走査用レーザ光を初期の軌道に追従させることができる。

本変更例によれば、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、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。

＜変更例２＞
上記では、走査用レーザ光を水平方向からミラー１３に入射させたが、走査用レーザ光を鉛直方向からミラー１３に入射させるように構成することもできる。

この場合、上述の如く、支軸２４、２５を軸とする回動位置を任意の位置に固定した状態でミラー１３を支軸１１、１２を軸として回動させて走査用レーザ光を走査させると、前方領域における走査用レーザ光の走査領域は、上記の場合と相違する形状となる。

図１０（ａ）は、ミラー１３の反射面が平板状であるときの走査用レーザ光の走査状態を模式的に示す図である。図示の如く走査領域が歪むのは、図４の場合と同様の理由によるものである。この場合も、図４の場合と同様、走査領域における走査用レーザ光の走査軌跡は、水平方向とはならず、水平方向に対し傾いたものとなる。このため、走査領域内に障害物等の検出精度が低下する領域が生じる惧れがある。

そこで、本変更例においても、同図（ｂ）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の反射面の形状が調整される。すなわち、本変更例では、支軸２４、２５を軸とする回動位置を任意の位置に固定した状態でミラー１３を支軸１１、１２を軸として回動させた場合に、鉛直方向における走査用レーザ光の振り角が変化せず、且つ、この回動を各走査ラインに対し一律に行っても各走査ラインの始端と終端が鉛直方向に並ぶよう、ミラー１３の反射面の形状を湾曲させる。

このようにミラー１３の反射面の形状を調整することにより、上述の如くミラー１３を２次元方向に駆動しても、走査領域が矩形形状から歪むことはない。また、走査領域における走査用レーザ光の走査軌跡も、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。

本変更例においても、図５および図６の場合と同様、サーボ用レーザ光を用いて走査用レーザ光の走査位置にサーボを掛けるようにしても良い。この場合も、サーボ用レーザ光を反射するミラーの反射面は、ＰＳＤ受光面上における走査軌跡が矩形形状（横長長方形）となるよう形状を調整すると良い。

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。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。

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の面形状を説明する図 変更例１に係るミラーアクチュエータの構成を示す図 変更例１に係るレーザレーダの構成を示す図 変更例１に係るレーザ光のパワー制御を説明する図 変更例１に係るミラーの面形状を説明する図 変更例１に係るミラーの面形状を説明する図 変更例２に係るミラーの面形状を説明する図

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）
１０６ 半導体レーザ（サーボ用光源）
１０８ ＰＳＤ（光検出器）

Claims (5)

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を備え、
   前記第２の方向における回動位置を任意の位置に固定した状態で前記第１の方向に前記ミラーを回動させて前記レーザ光を走査させる場合に、前記レーザ光の走査領域が矩形形状となるよう、前記ミラーの反射面が構成されている、
   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、
   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、
   前記光学素子は、前記第２の方向における回動位置を任意の位置に固定した状態で前記第１の方向に前記ミラーを回動させて前記レーザ光を走査させる場合に、光検出器上における前記サーボ光の走査領域が矩形形状となるよう構成されている、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
4. 請求項３において、
   前記光学素子は前記サーボ光が入射される反射面を備え、前記レーザ光の走査の際に、前記光検出器上における前記サーボ光の走査領域が矩形形状となるよう、前記光学素子の反射面が構成されている、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
5. 請求項１ないし４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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