JP2010071869A

JP2010071869A - Beam irradiation apparatus and laser radar

Info

Publication number: JP2010071869A
Application number: JP2008241071A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Maeno; 良昭前納; Atsushi Yamaguchi; 山口　　淳
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Optec Design Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electronic Device Sales Co Ltd
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a beam irradiation apparatus and a laser radar can reduce the effects of a laser beam (disturbance light) to position detection signals and heighten position detection accuracy. <P>SOLUTION: The beam irradiation apparatus includes both a PSD signal processing circuit 3 for generating signals according to the position of light reception of servo light on the basis of output signals from a PSD 308 and a DSP 8 for detecting the scanning position of a laser beam on the basis of signals from the PSD signal processing circuit 308. The DSP 8 detects the scanning position of the laser beam during the period (position detection period) except the period of light emission of the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置、および、目標領域にレーザ光を照射したときの反射光をもとに目標領域の状況を検出するレーザレーダに関するものである。 The present invention relates to a beam irradiation apparatus that irradiates a target area with laser light, and a laser radar that detects the state of the target area based on reflected light when the target area is irradiated with laser light.

近年、走行時の安全性を高めるために、走行方向前方にレーザ光を照射し、その反射光の状態から、目標領域内における障害物の有無や障害物までの距離を検出するレーザレーダが、家庭用乗用車等に搭載されている。一般に、レーザレーダは、レーザ光を目標領域内でスキャンさせ、各スキャン位置における反射光の有無から、各スキャン位置における障害物の有無を検出し、さらに、各スキャン位置におけるレーザ光の照射タイミングから反射光の受光タイミングまでの所要時間をもとに、そのスキャン位置における障害物までの距離を検出するものである。 In recent years, in order to improve safety during traveling, a laser radar that irradiates laser light forward in the traveling direction and detects the presence or absence of an obstacle in the target area and the distance to the obstacle from the state of the reflected light, It is installed in home passenger cars. In general, a laser radar scans a laser beam within a target area, detects the presence or absence of an obstacle at each scan position from the presence or absence of reflected light at each scan position, and further determines from the irradiation timing of the laser light at each scan position. Based on the time required to receive the reflected light, the distance to the obstacle at the scan position is detected.

レーザレーダの検出精度を高めるには、レーザ光を目標領域内において適正にスキャンさせる必要があり、また、レーザ光の各スキャン位置を適正に検出する必要がある。これまで、レーザ光のスキャン機構として、ポリゴンミラーを用いるスキャン機構と、走査用レンズを２次元駆動するレンズ駆動タイプのスキャン機構（たとえば、以下の特許文献１参照）が知られている。 In order to increase the detection accuracy of the laser radar, it is necessary to appropriately scan the laser beam within the target area, and it is necessary to appropriately detect each scan position of the laser beam. Conventionally, as a laser beam scanning mechanism, a scanning mechanism using a polygon mirror and a lens driving type scanning mechanism for driving a scanning lens two-dimensionally (for example, see Patent Document 1 below) are known.

この他、ミラーを２軸駆動させることによりレーザ光を走査させることもできる。このスキャン機構では、ミラーが２軸駆動可能に支持され、コイルとマグネット間の電磁駆動力によって、ミラーが各駆動軸を軸として回動される。レーザ光は、ミラーに斜め方向から入射され、ミラーが各駆動軸を軸として２軸駆動されることにより、ミラーによるレーザ光の反射光が、目標領域内において、２次元方向に走査される。 In addition, the laser beam can be scanned by driving the mirror in two axes. In this scan mechanism, the mirror is supported so that it can be driven in two axes, and the mirror is rotated about each drive shaft by an electromagnetic drive force between the coil and the magnet. The laser light is incident on the mirror from an oblique direction, and the mirror is driven biaxially around each drive axis, so that the reflected light of the laser light from the mirror is scanned in a two-dimensional direction within the target area.

これらスキャン機構において、レーザ光のスキャン位置は、たとえば、レーザ光を出射する光源の他にサーボ光を出射する光源を配置し、このサーボ光をＰＳＤ（Position Sensing Device）等の光検出器で受光することにより検出することができる。この場合、レーザ光の走査に追従するようサーボ光を光検出器上で変位させるための構成が配される。 In these scanning mechanisms, for example, a laser light source that emits servo light is arranged in addition to a light source that emits laser light, and the servo light is received by a photodetector such as a PSD (Position Sensing Device). This can be detected. In this case, a configuration for displacing the servo light on the photodetector so as to follow the scanning of the laser light is arranged.

たとえば、上記ミラー回動タイプのスキャン機構では、ミラーとともに回動するサーボ用ミラーを配置し、サーボ用ミラーにサーボ光を入射させる構成を用いることができる。あるいは、サーボ用ミラーに替えて平板状の透明部材を配置し、この透明部材にサーボ光を入射させる構成とすることもできる。サーボ用ミラーを用いる場合には、サーボ用ミラーにより反射されたサーボ光がＰＳＤ等で受光され、透明部材を用いる場合には、透明部材を透過したサーボ光がＰＳＤ等で受光される。レーザ光の走査時にミラーが回動すると、これに伴って、サーボ用ミラーあるいは透明部材が回動し、ＰＳＤ上においてサーボ光が変位する。ＰＳＤからの出力信号をもとに、目標領域上におけるレーザ光の走査位置を求めることができる。
特開平１１−８３９８８号公報 For example, in the above-described mirror rotation type scanning mechanism, it is possible to use a configuration in which a servo mirror that rotates together with the mirror is arranged and servo light is incident on the servo mirror. Alternatively, a flat transparent member may be disposed instead of the servo mirror, and servo light may be incident on the transparent member. When using a servo mirror, the servo light reflected by the servo mirror is received by PSD or the like, and when using a transparent member, the servo light transmitted through the transparent member is received by PSD or the like. When the mirror rotates during the scanning of the laser beam, the servo mirror or the transparent member rotates accordingly, and the servo beam is displaced on the PSD. Based on the output signal from the PSD, the scanning position of the laser beam on the target area can be obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-83988

ところで、上記構成のビーム照射装置では、目標領域に対して、レーザ光が、所定のタイミングでパルス光として照射される。この場合、目標領域に向けて照射されるレーザ光のパワーは、ＰＳＤに入射されるサーボ光のパワーに比べて顕著に高い（１０万倍程度）ものとなる。このため、レーザ光が外乱光としてＰＳＤに入射すると、ＰＳＤからの出力信号が大きく変化し、位置検出信号に誤差が含まれてしまうとの問題が起こる。通常、サーボ光の波長はレーザ光の波長と相違するよう設定されるが、上記のようにレーザ光のパワーはサーボ光のパワーに比べ顕著に高いため、フィルタ等でレーザ光をＰＳＤに対し完全に遮断することは極めて困難である。フィルタ等を用いても、レーザ光が外乱光として位置検出信号に少なからず影響し、位置検出信号の精度が劣化するとの問題が生じる。 By the way, in the beam irradiation apparatus having the above-described configuration, laser light is irradiated as pulsed light to the target region at a predetermined timing. In this case, the power of the laser light irradiated toward the target region is significantly higher (about 100,000 times) than the power of the servo light incident on the PSD. For this reason, when the laser beam is incident on the PSD as disturbance light, the output signal from the PSD changes greatly, causing a problem that an error is included in the position detection signal. Normally, the wavelength of the servo light is set to be different from the wavelength of the laser light. However, as described above, the power of the laser light is significantly higher than the power of the servo light. It is extremely difficult to shut off. Even if a filter or the like is used, there is a problem that the laser beam influences the position detection signal as disturbance light and the accuracy of the position detection signal deteriorates.

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、位置検出信号に対するレーザ光（外乱光）の影響を抑制し、位置検出信号の精度を高め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目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem. A beam irradiation apparatus and a laser radar capable of suppressing the influence of laser light (disturbance light) on a position detection signal and increasing the accuracy of the position detection signal are provided. The purpose is to provide.

本発明の第１の局面は、ビーム照射装置に関する。この局面に係るビーム照射装置は、目標領域においてレーザ光を走査させるアクチュエータと、サーボ光を受光してその受光位置に応じた信号を出力する光検出器と、前記アクチュエータの駆動に伴って前記サーボ光を前記光検出器上において変位させる光学ユニットと、前記光検出器からの出力信号に基づいて前記サーボ光の受光位置に応じた信号を生成する位置信号生成回路と、前記位置信号生成回路にて生成された信号に基づいて前記目標領域における前記レーザ光の走査位置を検出する走査位置検出回路とを備える。ここで、前記走査位置検出回路は、前記レーザ光の発光期間以外の期間において前記レーザ光の走査位置の検出を行う。 A first aspect of the present invention relates to a beam irradiation apparatus. The beam irradiation apparatus according to this aspect includes an actuator that scans laser light in a target region, a photodetector that receives servo light and outputs a signal corresponding to the light receiving position, and the servo that is driven by the actuator. An optical unit that displaces light on the photodetector, a position signal generation circuit that generates a signal corresponding to a light receiving position of the servo light based on an output signal from the photodetector, and a position signal generation circuit; And a scanning position detection circuit for detecting a scanning position of the laser beam in the target area based on the signal generated in this manner. Here, the scanning position detection circuit detects the scanning position of the laser light in a period other than the light emission period of the laser light.

第１の局面に係るビーム照射装置によれば、少なくともレーザ光が発光されている期間には走査位置の検出が行われないため、走査位置検出に対する外乱光の影響を抑制することができる。 According to the beam irradiation apparatus according to the first aspect, since the scanning position is not detected at least during the period in which the laser light is emitted, the influence of disturbance light on the scanning position detection can be suppressed.

なお、第１の局面に係るビーム照射装置において、前記走査位置検出回路は、前記レーザ光の発光によって前記光検出器からの信号が影響を受ける第１の期間以外の第２の期間において、前記走査位置の検出を行うよう構成され得る。こうすると、外乱光による影響が抑制された信号をもとに走査位置の検出が行われるため、走査位置の検出精度を高めることができる。 In the beam irradiation apparatus according to the first aspect, the scanning position detection circuit may include the scanning position detection circuit in a second period other than the first period in which a signal from the photodetector is affected by the emission of the laser light. It may be configured to perform scanning position detection. In this case, since the scanning position is detected based on the signal in which the influence of disturbance light is suppressed, the detection accuracy of the scanning position can be improved.

なお、図７および図８のタイミングチャートにおける「外乱期間」が上記「第１の期間」に相当し、また、図７および図８のタイミングチャートにおける「位置検出期間」が上記「第２の期間」に相当する。図７のタイミングチャートでは、外乱信号の影響を確実に回避するために外乱期間よりもやや広めの停止期間が設定され、この期間を除く期間が「位置検出期間」に設定されている。よって、この場合には、上記「第２の期間」（図７の“位置検出期間”に相当）は、上記「第１の期間」（図７の“外乱期間”に相当）を除く期間よりも短くなる。同様に、図７のタイミングチャートにおいても、上記「第２の期間」（図８の“位置検出期間”に相当）は、上記「第１の期間」（図８の“外乱期間”に相当）を除く期間よりも短くなる。 The “disturbance period” in the timing charts of FIGS. 7 and 8 corresponds to the “first period”, and the “position detection period” in the timing charts of FIGS. 7 and 8 is the “second period”. Is equivalent to. In the timing chart of FIG. 7, a stop period slightly wider than the disturbance period is set in order to surely avoid the influence of the disturbance signal, and a period excluding this period is set as a “position detection period”. Therefore, in this case, the “second period” (corresponding to “position detection period” in FIG. 7) is longer than the period excluding the “first period” (corresponding to “disturbance period” in FIG. 7). Will also be shorter. Similarly, in the timing chart of FIG. 7, the “second period” (corresponding to the “position detection period” in FIG. 8) is the “first period” (corresponding to the “disturbance period” in FIG. 8). It becomes shorter than the period excluding.

ここで、「第１の期間」は、走査位置検出回路が予め保持していても良く、あるいは、その時々の温度条件等をもとに走査位置検出回路が外乱期間を逐次求め、その広狭に応じて適宜設定するようにしても良い。 Here, the “first period” may be held in advance by the scanning position detection circuit, or the scanning position detection circuit sequentially obtains the disturbance period based on the temperature conditions at that time, and the width thereof is broadened. You may make it set suitably according to it.

第１の局面に係るビーム照射装置は、前記サーボ光を出射するサーボ用光源と、前記サーボ用光源を制御するサーボ制御回路とを備える構成とされ得る。この場合、前記サーボ制御回路は、前記第１の期間以外の期間であって前記第２の期間を含む第３の期間において前記サーボ用光源を発光させる構成とされ得る。 The beam irradiation apparatus according to the first aspect may include a servo light source that emits the servo light and a servo control circuit that controls the servo light source. In this case, the servo control circuit may be configured to cause the servo light source to emit light in a third period other than the first period and including the second period.

なお、この構成は、図８のタイミングチャートに対応するものである。図８のタイミングチャートにおける「発光期間」が上記「第３の期間」に相当する。上記のとおり、図８のタイミングチャートにおける「外乱期間」と「位置検出期間」がそれぞれ「第１の期間」および「第２の期間」に相当する。 This configuration corresponds to the timing chart of FIG. The “light emission period” in the timing chart of FIG. 8 corresponds to the “third period”. As described above, the “disturbance period” and the “position detection period” in the timing chart of FIG. 8 correspond to the “first period” and the “second period”, respectively.

さらに、前記位置信号生成回路は、前記第１の期間と前記第３の期間の間の第４の期間に前記光検出器から出力された信号を前記第３の期間に前記光検出器から出力された信号から差し引いた信号に基づいて前記サーボ光の受光位置に応じた信号を生成する構成とされ得る。こうすると、光検出器からの信号から暗電流成分を差し引いた信号をもとに、サーボ光の受光位置に応じた信号が生成される。よって、位置検出精度を高めることができる。 Further, the position signal generation circuit outputs a signal output from the photodetector in the fourth period between the first period and the third period from the photodetector in the third period. A signal corresponding to the light receiving position of the servo light may be generated based on a signal subtracted from the received signal. In this way, a signal corresponding to the light receiving position of the servo light is generated based on the signal obtained by subtracting the dark current component from the signal from the photodetector. Therefore, the position detection accuracy can be increased.

ここで、図８のタイミングチャートにおける「外乱期間」と「発光期間」の間の期間が上記「第４の期間」に相当する。 Here, the period between the “disturbance period” and the “light emission period” in the timing chart of FIG. 8 corresponds to the “fourth period”.

なお、第３の期間は、第２の期間と同じであっても良いが、少なくとも、第２の期間を包含する必要がある。また、第３の期間に検出された信号から第４の期間に検出された信号を差し引く場合には、当該第３の期間の直前の第４の期間の信号を用いる他、それよりさらに前の第４の期間の信号を用いるようにしても良く、また、一つの第４の期間の信号を、その後の複数の第３の期間の信号に対する減算用の信号として共用するようにしても良い。 Note that the third period may be the same as the second period, but it is necessary to include at least the second period. In addition, when the signal detected in the fourth period is subtracted from the signal detected in the third period, the signal of the fourth period immediately before the third period is used, and further earlier than that. A signal in the fourth period may be used, and one signal in the fourth period may be shared as a signal for subtraction with respect to a plurality of signals in the subsequent third period.

本発明の第２の局面は、レーザレーダに関する。この局面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。よって、この局面に係るレーザレーダによれば、上記と同様の効果が奏され得る。 The second aspect of the present invention relates to a laser radar. The laser radar according to this aspect includes a beam irradiation device having the above configuration. Therefore, according to the laser radar according to this aspect, the same effect as described above can be obtained.

以上のとおり、本発明によれば、位置検出信号に対するレーザ光（外乱光）の影響を抑制でき、位置検出信号の精度を高めることができる。 As described above, according to the present invention, the influence of laser light (disturbance light) on the position detection signal can be suppressed, and the accuracy of the position detection signal can be increased.

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、以下に示す実施の形態は、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記載されたものに何ら制限されるものではない。
The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施の形態では、目標領域においてレーザ光を走査させるための手段として、ミラー回動方式のアクチュエータが用いられている。また、ミラーの回動位置を検出するための構成として、サーボ光を出射するレーザ光源と、サーボ光が入射される透明体と、透明体を透過したサーボ光を受光するＰＳＤが用いられている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, a mirror rotation type actuator is used as means for scanning the target region with laser light. Further, as a configuration for detecting the rotational position of the mirror, a laser light source that emits servo light, a transparent body on which the servo light is incident, and a PSD that receives the servo light transmitted through the transparent body are used. .

図１に、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００の構成を示す。同図（ａ）はミラーアクチュエータ１００の分解斜視図、同図（ｂ）はアセンブル状態にあるミラーアクチュエータ１００の斜視図である。 FIG. 1 shows a configuration of a mirror actuator 100 according to the present embodiment. 2A is an exploded perspective view of the mirror actuator 100, and FIG. 2B is a perspective view of the mirror actuator 100 in an assembled state.

同図（ａ）において、１１０は、ミラーホルダである。ミラーホルダ１１０には、端部に抜け止めを有する支軸１１１と、端部に受け部１１２ａを有する支軸１１２が形成されている。受け部１１２ａには透明体２００の厚みと略同じ寸法の凹部が配され、この凹部に透明体２００の上部が装着される。さらに、ミラーホルダ１１０の前面には平板状のミラー１１３が装着されており、背面にはコイル１１４が装着されている。なお、コイル１１４は、方形状に巻回されている。 In FIG. 1A, reference numeral 110 denotes a mirror holder. The mirror holder 110 is formed with a support shaft 111 having a stopper at the end and a support shaft 112 having a receiving portion 112a at the end. The receiving portion 112a is provided with a recess having the same dimension as the thickness of the transparent body 200, and the upper portion of the transparent body 200 is mounted in the recess. Further, a flat mirror 113 is mounted on the front surface of the mirror holder 110, and a coil 114 is mounted on the back surface. The coil 114 is wound in a square shape.

支軸１１２には、上記の如く、受け部１１２ａを介して平行平板状の透明体２００が装着される。ここで、透明体２００は、２つの平面がミラー１１３の鏡面に平行となるようにして支軸１１２に装着される。 As described above, the parallel plate-like transparent body 200 is attached to the support shaft 112 via the receiving portion 112a. Here, the transparent body 200 is mounted on the support shaft 112 so that the two planes are parallel to the mirror surface of the mirror 113.

１２０は、支軸１１１、１１２を軸としてミラーホルダ１１０を回動可能に支持する可動枠である。可動枠１２０には、ミラーホルダ１１０を収容するための開口１２１が形成されており、また、ミラーホルダ１１０の支軸１１１、１１２と係合する溝１２２、１２３が形成されている。さらに、可動枠１２０の側面には、端部に抜け止めを有する支軸１２４、１２５が形成され、背面には、コイル１２６が装着されている。コイル１２６は、方形状に巻回されている。 Reference numeral 120 denotes a movable frame that rotatably supports the mirror holder 110 about the support shafts 111 and 112. An opening 121 for accommodating the mirror holder 110 is formed in the movable frame 120, and grooves 122 and 123 that engage with the support shafts 111 and 112 of the mirror holder 110 are formed. Further, support shafts 124 and 125 having stoppers at the ends are formed on the side surface of the movable frame 120, and a coil 126 is mounted on the back surface. The coil 126 is wound in a square shape.

１３０は、支軸１２４、１２５を軸として可動枠１２０を回動可能に支持する固定枠である。固定枠１３０には、可動枠１２０を収容するための凹部１３１が形成され、また、可動枠１２０の支軸１２４、１２５と係合する溝１３２、１３３が形成されている。さらに、固定枠１３０の内面には、コイル１１４に磁界を印加するマグネット１３４と、コイル１２６に磁界を印加するマグネット１３５が装着されている。なお、溝１３２、１３３は、それぞれ固定枠１３０の前面から上下２つのマグネット１３５間の隙間内まで延びている。 Reference numeral 130 denotes a fixed frame that rotatably supports the movable frame 120 about the support shafts 124 and 125. The fixed frame 130 has a recess 131 for accommodating the movable frame 120, and grooves 132 and 133 that engage with the support shafts 124 and 125 of the movable frame 120. Further, a magnet 134 for applying a magnetic field to the coil 114 and a magnet 135 for applying a magnetic field to the coil 126 are mounted on the inner surface of the fixed frame 130. The grooves 132 and 133 respectively extend from the front surface of the fixed frame 130 into the gap between the upper and lower two magnets 135.

１４０は、ミラーホルダ１１０の支軸１１１、１１２が可動枠１２０の溝１２２、１２３から脱落しないよう、支軸１１１、１１２を前方から押さえる押さえ板である。また、１４１は、可動枠１２０の支軸１２４、１２５が固定枠１３０の溝１３２、１３３から脱落しないよう、支軸１２４、１２５を前方から押さえる押さえ板である。 Reference numeral 140 denotes a pressing plate that presses the support shafts 111 and 112 from the front so that the support shafts 111 and 112 of the mirror holder 110 do not fall out of the grooves 122 and 123 of the movable frame 120. Reference numeral 141 denotes a pressing plate that presses the support shafts 124 and 125 from the front so that the support shafts 124 and 125 of the movable frame 120 do not fall out of the grooves 132 and 133 of the fixed frame 130.

ミラーアクチュエータ１００をアセンブルする際には、ミラーホルダ１１０の支軸１１１、１１２を可動枠１２０の溝１２２、１２３に係合させ、さらに、支軸１１１、１１２の前面を押さえるようにして、押さえ板１４０を可動枠１２０の前面に装着する。これにより、ミラーホルダ１１０が、可動枠１２０によって、回動可能に支持される。 When assembling the mirror actuator 100, the support shafts 111 and 112 of the mirror holder 110 are engaged with the grooves 122 and 123 of the movable frame 120, and the front surfaces of the support shafts 111 and 112 are further pressed to hold down the press plate. 140 is attached to the front surface of the movable frame 120. Thereby, the mirror holder 110 is rotatably supported by the movable frame 120.

このようにしてミラーホルダ１１０を可動枠１２０に装着した後、可動枠１２０の支軸１２４、１２５を固定枠１３０の溝１３２、１３３に係合させ、さらに、支軸１３２、１３３の前面を押さえるようにして、押さえ板１４１を固定枠１３０の前面に装着する。これにより、可動枠１２０が、回動可能に固定枠１３０に装着され、ミラーアクチュエータ１００のアセンブルが完了する。 After mounting the mirror holder 110 on the movable frame 120 in this way, the support shafts 124 and 125 of the movable frame 120 are engaged with the grooves 132 and 133 of the fixed frame 130, and further, the front surfaces of the support shafts 132 and 133 are pressed. In this way, the holding plate 141 is attached to the front surface of the fixed frame 130. Thereby, the movable frame 120 is rotatably attached to the fixed frame 130, and the assembly of the mirror actuator 100 is completed.

ミラーホルダ１１０が可動枠１２０に対し支軸１１１、１１２を軸として回動すると、これに伴ってミラー１１３が回動する。また、可動枠１２０が固定枠１３０に対し支軸１２４、１２５を軸として回動すると、これに伴ってミラーホルダ１１０が回動し、ミラーホルダ１１０と一体的にミラー１１３が回動する。このように、ミラーホルダ１１０は、互いに直交する支軸１１１、１１２と支軸１２４、１２５によって回動可能に支持され、ミラーホルダ１１０の回動に伴ってミラー１１３が回動する。このとき、支軸１１２に装着された透明体２００も、ミラー１１３の回動に伴って回動する。 When the mirror holder 110 rotates about the support shafts 111 and 112 with respect to the movable frame 120, the mirror 113 rotates accordingly. When the movable frame 120 rotates about the support shafts 124 and 125 with respect to the fixed frame 130, the mirror holder 110 rotates accordingly, and the mirror 113 rotates integrally with the mirror holder 110. As described above, the mirror holder 110 is rotatably supported by the support shafts 111 and 112 and the support shafts 124 and 125 orthogonal to each other, and the mirror 113 rotates as the mirror holder 110 rotates. At this time, the transparent body 200 attached to the support shaft 112 also rotates as the mirror 113 rotates.

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１３４は、コイル１１４に電流を印加することにより、ミラーホルダ１１０に支軸１１１、１１２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１１４に電流を印加すると、コイル１１４に生じる電磁駆動力によって、ミラーホルダ１１０が、支軸１１１、１１２を軸として回動する。 In the assembled state shown in FIG. 6B, the two magnets 134 are arranged and polarized so that turning current about the support shafts 111 and 112 is generated in the mirror holder 110 by applying a current to the coil 114. Has been adjusted. Therefore, when a current is applied to the coil 114, the mirror holder 110 rotates about the support shafts 111 and 112 by the electromagnetic driving force generated in the coil 114.

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１３５は、コイル１２６に電流を印加することにより、可動枠１２０に支軸１２４、１２５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１２６に電流を印加すると、コイル１２６に生じる電磁駆動力によって、可動枠１２０が、支軸１２４、１２５を軸として回動し、これに伴って、透明体２００が回動する。 Further, in the assembled state shown in FIG. 5B, the two magnets 135 are arranged and polarized so that when a current is applied to the coil 126, rotational force about the support shafts 124 and 125 is generated in the movable frame 120. Has been adjusted. Therefore, when a current is applied to the coil 126, the movable frame 120 is rotated about the support shafts 124 and 125 by the electromagnetic driving force generated in the coil 126, and the transparent body 200 is rotated accordingly.

図２は、ミラーアクチュエータ１００が装着された状態の光学系の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the optical system in a state where the mirror actuator 100 is mounted.

図２において、５００は、光学系を支持するベースである。ベース５００には、ミラーアクチュエータ１００の設置位置に開口５００ａが形成され、この開口５００ａに透明体２００が挿入されるようにして、ミラーアクチュエータ１００がベース５００上に装着されている。 In FIG. 2, reference numeral 500 denotes a base that supports the optical system. In the base 500, an opening 500a is formed at the installation position of the mirror actuator 100, and the mirror actuator 100 is mounted on the base 500 so that the transparent body 200 is inserted into the opening 500a.

ベース５００の上面には、ミラー１１３にレーザ光を導くための光学系４００が装着されている。この光学系４００は、レーザ光源４０１と、ビーム整形用のレンズ４０２、４０３からなっている。レーザ光源４０１は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の基板４０１ａに装着されている。レーザ光源４０１からは、赤外波長（波長８５０〜９１０ｎｍ）のレーザ光が出射される。 An optical system 400 for guiding the laser beam to the mirror 113 is mounted on the upper surface of the base 500. The optical system 400 includes a laser light source 401 and beam shaping lenses 402 and 403. The laser light source 401 is mounted on a laser light source substrate 401 a disposed on the upper surface of the base 500. Laser light with an infrared wavelength (wavelength 850 to 910 nm) is emitted from the laser light source 401.

レーザ光源４０１から出射されたレーザ光は、レンズ４０２、４０３によって、それぞれ、水平方向および鉛直方向の収束作用を受ける。レンズ４０２、４０３は、目標領域（たとえば、ビーム出射口から前方１００ｍ程度の位置に設定される）におけるビーム形状が、所定の大きさ（たとえば、縦２ｍ、横１ｍ程度の大きさ）になるよう設計されている。 Laser light emitted from the laser light source 401 is subjected to a convergence action in the horizontal direction and the vertical direction by the lenses 402 and 403, respectively. The lenses 402 and 403 have a predetermined beam shape (for example, a size of about 2 m in the vertical direction and a size of about 1 m in the horizontal direction) in the target region (for example, set at a position about 100 m in front of the beam exit). Designed.

レンズ４０２は、鉛直方向にレンズ効果があるシリンドリカルレンズであり、レンズ４０３は、レーザ光を略平行光とするための非球面レンズである。レーザ光源から出射されたビームは、鉛直方向と水平方向で広がり角が異なる。１つ目のレンズ４０２は、鉛直方向と水平方向におけるレーザ光の広がり角の比率を変える。２つ目のレンズ４０３は、出射ビームの広がり角(鉛直方向と水平方向の両方）の倍率を変える。 The lens 402 is a cylindrical lens having a lens effect in the vertical direction, and the lens 403 is an aspherical lens for making laser light substantially parallel light. The beam emitted from the laser light source has different spread angles in the vertical direction and the horizontal direction. The first lens 402 changes the ratio of the spread angle of the laser light in the vertical direction and the horizontal direction. The second lens 403 changes the magnification of the divergence angle (both vertical and horizontal) of the outgoing beam.

レンズ４０２、４０３を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１１３に入射し、ミラー１１３によって目標領域に向かって反射される。ミラーアクチュエータ１００によってミラー１１３が２軸駆動されることにより、レーザ光が目標領域内において２次元方向にスキャンされる。 The laser light that has passed through the lenses 402 and 403 enters the mirror 113 of the mirror actuator 100 and is reflected by the mirror 113 toward the target area. When the mirror 113 is driven in two axes by the mirror actuator 100, the laser light is scanned in a two-dimensional direction within the target region.

ミラーアクチュエータ１００は、ミラー１１３が中立位置にあるときに、レンズ４０３からのレーザ光がミラー１１３のミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射するよう配置されている。なお、「中立位置」とは、ミラー面が鉛直方向に対し平行で、且つ、レーザ光がミラー面に対し水平方向において４５度の入射角で入射するときのミラー１１３の位置をいう。 The mirror actuator 100 is arranged so that the laser light from the lens 403 is incident on the mirror surface of the mirror 113 at an incident angle of 45 degrees in the horizontal direction when the mirror 113 is in the neutral position. The “neutral position” refers to the position of the mirror 113 when the mirror surface is parallel to the vertical direction and the laser beam is incident at an incident angle of 45 degrees in the horizontal direction with respect to the mirror surface.

ベース５００の下面には、回路基板３０１が配されている。 A circuit board 301 is disposed on the lower surface of the base 500.

図３は、ベース５００の裏面側に配されたサーボ光学系の構成を示す図である。図示の如く、サーボ光学系は、上記開口５００ａからベース５００の裏面側に飛び出した透明体２００の他に、半導体レーザ３０３と、集光レンズ３０４と、アパーチャ３０５と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３０６と、ＩＲカットフィルタ３０７と、ＰＳＤ３０８とを備えている。透明体２００は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１１３が中立位置にあるときに、２つの平面が、鉛直方向に平行で、且つ、半導体レーザ３０３の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。ＩＲカットフィルタ３０７は赤外波長の光をカットするために配されている。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the servo optical system arranged on the back surface side of the base 500. As shown in the drawing, the servo optical system includes a semiconductor laser 303, a condenser lens 304, an aperture 305, and an ND (neutral density) filter 306 in addition to the transparent body 200 protruding from the opening 500 a to the back side of the base 500. And an IR cut filter 307 and a PSD 308. The transparent body 200 is positioned such that when the mirror 113 of the mirror actuator 100 is in the neutral position, the two planes are parallel to the vertical direction and inclined by 45 degrees with respect to the emission optical axis of the semiconductor laser 303. The IR cut filter 307 is arranged to cut light having an infrared wavelength.

半導体レーザ３０３からは、波長６５０ｎｍ程度のレーザ光（以下、「サーボ光」という）が出射される。半導体レーザ３０３から出射されたサーボ光は、集光レンズ３０４により集光された後、アパーチャ３０５によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３０６によって減光される。その後、サーボ光は、透明体２００に入射され、透明体２００によって屈折作用を受ける。しかる後、透明体２００を透過したサーボ光は、ＩＲカットフィルタ３０７を透過し、ＰＳＤ３０８によって受光される。なお、サーボ光は、ＩＲカットフィルタ３０７を透過する波長であれば、６５０ｎｍ以外の波長としてもよい。 Laser light having a wavelength of about 650 nm (hereinafter referred to as “servo light”) is emitted from the semiconductor laser 303. The servo light emitted from the semiconductor laser 303 is condensed by the condenser lens 304, the beam diameter is reduced by the aperture 305, and the light is further reduced by the ND filter 306. Thereafter, the servo light is incident on the transparent body 200 and is refracted by the transparent body 200. Thereafter, the servo light that has passed through the transparent body 200 passes through the IR cut filter 307 and is received by the PSD 308. The servo light may have a wavelength other than 650 nm as long as it is a wavelength that transmits the IR cut filter 307.

目標領域走査時に、ミラーアクチュエータ１００が駆動されると、ミラー１１３の回動に伴って透明体２００が回動する。こうして透明体２００が回動すると、サーボ光の進行方向が変化し、ＰＳＤ３０８上におけるサーボ光の照射位置が変化する。ＰＳＤ３０８は、サーボ光の受光位置に応じた位置検出信号を出力する。 When the mirror actuator 100 is driven during the target area scanning, the transparent body 200 rotates with the rotation of the mirror 113. When the transparent body 200 rotates in this way, the traveling direction of the servo light changes, and the irradiation position of the servo light on the PSD 308 changes. The PSD 308 outputs a position detection signal corresponding to the light receiving position of the servo light.

なお、目標領域走査時には、ベース５００上面に配されたレーザ光源４０１から、所定のタイミングで、レーザ光がパルス状に出射される。このとき、このレーザ光の一部が、開口５００ａを通過して、ベース５００裏面側のサーボ光学系へ侵入する。このうち、ＰＳＤ３０８に向かうレーザ光は、ＩＲカットフィルタ３０７により減衰されるが、レーザ光源４０１から出射されるレーザ光のパワーは、ＰＳＤ３０８に入射されるサーボ光のパワーに比べて顕著に高い（１０万倍程度）ため、サーボ光学系に侵入したレーザ光をＩＲカットフィルタ３０７で完全にカットすることはできず、レーザ光が外乱光としてＰＳＤ３０８に入射してしまう。これにより、レーザ光（外乱光）がＰＳＤ３０８の出力信号に影響を及ぼし、位置検出信号の精度が劣化するとの問題が生じる。 During scanning of the target area, laser light is emitted in a pulse shape from the laser light source 401 disposed on the upper surface of the base 500 at a predetermined timing. At this time, a part of the laser light passes through the opening 500a and enters the servo optical system on the back side of the base 500. Among these, the laser light directed to the PSD 308 is attenuated by the IR cut filter 307, but the power of the laser light emitted from the laser light source 401 is significantly higher than the power of the servo light incident on the PSD 308 (10 Therefore, the laser light that has entered the servo optical system cannot be completely cut by the IR cut filter 307, and the laser light enters the PSD 308 as disturbance light. This causes a problem that the laser light (disturbance light) affects the output signal of the PSD 308 and the accuracy of the position detection signal deteriorates.

本実施の形態では、かかる不都合を回避するために、レーザ光（外乱光）により生じる外乱信号を、ＰＳＤ３０８の出力信号から除去するための手段が用いられている。これについては、追って、図６および図７を参照して説明する。 In this embodiment, in order to avoid such inconvenience, means for removing a disturbance signal generated by laser light (disturbance light) from the output signal of PSD 308 is used. This will be described later with reference to FIGS. 6 and 7.

図４（ａ）は、ＰＳＤ３０８の構成を示す図（側断面図）、図４（ｂ）はＰＳＤ３０８の受光面を示す図である。 4A is a diagram (side sectional view) showing a configuration of the PSD 308, and FIG. 4B is a diagram showing a light receiving surface of the PSD 308. As shown in FIG.

図４（ａ）を参照して、ＰＳＤ３０８は、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なっている。抵抗層表面には、同図（ｂ）の横方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、縦方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図（ａ）では図示省略）が形成されている。また、裏面側には共通電極が形成されている。 Referring to FIG. 4A, PSD 308 has a structure in which a P-type resistance layer serving as a light-receiving surface and a resistance layer is formed on the surface of an N-type high-resistance silicon substrate. On the surface of the resistance layer, electrodes X1 and X2 for outputting a photocurrent in the horizontal direction of FIG. 2B and electrodes Y1 and Y2 for outputting a photocurrent in the vertical direction (shown in FIG. 1A). (Omitted) is formed. A common electrode is formed on the back side.

受光面にレーザ光が照射されると、照射位置に光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、各電極までの距離に逆比例して分割されて、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される。ここで、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流は、レーザ光の照射位置から各電極までの距離に逆比例して分割された大きさを有している。よって、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流値をもとに、受光面上における光の照射位置を検出することができる。 When the light receiving surface is irradiated with laser light, an electric charge proportional to the amount of light is generated at the irradiation position. This electric charge reaches the resistance layer as a photocurrent, is divided in inverse proportion to the distance to each electrode, and is output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2. Here, the current output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2 has a magnitude divided in inverse proportion to the distance from the laser light irradiation position to each electrode. Therefore, the light irradiation position on the light receiving surface can be detected based on the current values output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2.

たとえば、図５（ａ）の位置Ｐにサーボ光が照射されたとする。この場合、受光面のセンターを基準点とする位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流量をそれぞれＩｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｘ方向およびＹ方向における電極間の距離をＬｘ、Ｌｙとすると、たとえば、以下の式によって算出される。 For example, it is assumed that the servo light is irradiated to the position P in FIG. In this case, the coordinates (x, y) of the position P with the center of the light receiving surface as the reference point are the current amounts output from the electrodes X1, X2, Y1, Y2, respectively, in the Ix1, Ix2, Iy1, Iy2, X direction and When the distance between the electrodes in the Y direction is Lx and Ly, for example, it is calculated by the following equation.

図５（ｂ）は、この算出式を実現する回路の構成を示す図である。電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２は、アンプ１１、１２、１３、１４によって増幅される。その後、電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２は、Ａ／Ｄ変換回路１５に入力され、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２は、演算回路１６に入力される。 FIG. 5B is a diagram illustrating a configuration of a circuit that realizes this calculation formula. Current signals Ix1, Ix2, Iy1, and Iy2 output from the electrodes X1, X2, Y1, and Y2 are amplified by amplifiers 11, 12, 13, and 14, respectively. Thereafter, the current signals Ix1, Ix2, Iy1, and Iy2 are input to the A / D conversion circuit 15 and converted into digital signals. The current signals Ix1, Ix2, Iy1, Iy2 converted into digital signals are input to the arithmetic circuit 16.

演算回路１６は、たとえば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）により構成され、入力された電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２をもとに、上記式（１）および式（２）の左辺の演算を行い、サーボ光の受光位置Ｐにおけるｘ方向位置（２ｘ／Ｌｘ）とｙ方向位置（２ｙ／Ｌｙ）を示す位置検出信号を生成する。そして、生成した位置検出信号を、後述のＤＳＰ（Digital Signal Processor）に出力する。 The arithmetic circuit 16 is configured by, for example, an MPU (Micro Processing Unit), and performs arithmetic operations on the left side of the above formulas (1) and (2) based on the input current signals Ix1, Ix2, Iy1, and Iy2. A position detection signal indicating the x-direction position (2x / Lx) and the y-direction position (2y / Ly) at the servo light receiving position P is generated. Then, the generated position detection signal is output to a DSP (Digital Signal Processor) described later.

かかる演算処理において、上記の如くレーザ光がＰＳＤ３０８に入射すると、ＰＳＤ３０８からの出力信号に乱れが生じ、これに起因して、演算回路１６にて生成される位置検出信号に誤差が含まれるようになる。 In such arithmetic processing, when the laser beam is incident on the PSD 308 as described above, the output signal from the PSD 308 is disturbed, and as a result, the position detection signal generated by the arithmetic circuit 16 includes an error. Become.

本実施の形態では、かかる問題を解消するべく、レーザ光（外乱光）により生じる不要な信号（外乱信号）を、サーボ光の位置検出から排除するようにしている。具体的には、ＤＳＰ３０８によるサーボ光の位置検出処理をレーザ光の出射タイミング以外の期間において行い、サーボ光位置検出に対する外乱光の影響を排除するようにしている。 In this embodiment, in order to solve this problem, unnecessary signals (disturbance signals) generated by laser light (disturbance light) are excluded from the position detection of the servo light. Specifically, the servo light position detection processing by the DSP 308 is performed in a period other than the laser light emission timing so as to eliminate the influence of disturbance light on the servo light position detection.

図６は、レーザレーダの構成を示す図である。図示の如く、レーザレーダは、ビーム照射ヘッド１と、受光光学系２と、ＰＳＤ信号処理回路３と、サーボＬＤ駆動回路４と、アクチュエータ駆動回路５と、スキャンＬＤ駆動回路６と、ＰＤ信号処理回路７と、ＤＳＰ８を備えている。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the laser radar. As shown, the laser radar includes a beam irradiation head 1, a light receiving optical system 2, a PSD signal processing circuit 3, a servo LD driving circuit 4, an actuator driving circuit 5, a scan LD driving circuit 6, and a PD signal processing. A circuit 7 and a DSP 8 are provided.

ビーム照射ヘッド１は、図２に示す走査光学系と、図３に示すサーボ光学系を備えている。なお、図６には、便宜上、ビーム照射ヘッド１の構成として、レーザ光源４０１、ミラーアクチュエータ１００、半導体レーザ３０３およびＰＳＤ３０８のみが図示されている。受光光学系２は、目標領域から反射されたレーザ光を集光する集光レンズ４０４と、集光されたレーザ光を受光するＰＤ（Photo Detector）４０５を備えている。 The beam irradiation head 1 includes a scanning optical system shown in FIG. 2 and a servo optical system shown in FIG. 6 shows only the laser light source 401, the mirror actuator 100, the semiconductor laser 303, and the PSD 308 as a configuration of the beam irradiation head 1 for convenience. The light receiving optical system 2 includes a condensing lens 404 that condenses the laser light reflected from the target region, and a PD (Photo Detector) 405 that receives the condensing laser light.

ＰＳＤ信号処理回路３は、図５（ｂ）に示す構成を備え、ＰＳＤ３０８からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をＤＳＰ８に出力する。ＰＳＤ信号処理回路３には、後述の如く、ＤＳＰ８からウィンドウ信号が供給される。ＰＳＤ信号処理回路３は、ウィンドウ信号が立ち上がっている期間のみ、ＰＳＤ３０８からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をＤＳＰ８に出力する。 The PSD signal processing circuit 3 has the configuration shown in FIG. 5B and outputs a position detection signal obtained based on the output signal from the PSD 308 to the DSP 8. As will be described later, a window signal is supplied from the DSP 8 to the PSD signal processing circuit 3. The PSD signal processing circuit 3 outputs the position detection signal obtained based on the output signal from the PSD 308 to the DSP 8 only during the period when the window signal rises.

サーボＬＤ駆動回路４は、ＤＳＰ８からの信号をもとに、半導体レーザ３０３に駆動信号を供給する。 The servo LD drive circuit 4 supplies a drive signal to the semiconductor laser 303 based on a signal from the DSP 8.

アクチュエータ駆動回路５は、ＤＳＰ８からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ１００を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ１００に供給される。 The actuator drive circuit 5 drives the mirror actuator 100 based on a signal from the DSP 8. Specifically, a drive signal for scanning the laser beam along a predetermined trajectory in the target area is supplied to the mirror actuator 100.

スキャンＬＤ駆動回路６は、ＤＳＰ８からの信号をもとに、レーザ光源４０１に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域にレーザ光を照射するタイミングで、パルス状の駆動信号がレーザ光源４０１に供給される。 The scan LD drive circuit 6 supplies a drive signal to the laser light source 401 based on the signal from the DSP 8. Specifically, a pulsed drive signal is supplied to the laser light source 401 at the timing of irradiating the target region with the laser light.

ＰＤ信号処理回路７は、ＰＤ４０５からの信号を増幅およびデジタル化してＤＳＰ８に供給する。 The PD signal processing circuit 7 amplifies and digitizes the signal from the PD 405 and supplies it to the DSP 8.

ＤＳＰ８は、ＰＳＤ信号処理回路３から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御や、レーザ光源４０１の駆動制御等を実行する。また、ＤＳＰ８は、ＰＤ処理回路７から入力される信号にもとづいて、目標領域内のレーザ光照射位置に障害物が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源４０１から出力されるレーザ光の照射タイミングと、ＰＤ４０５にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、障害物までの距離を測定する。 The DSP 8 detects the scanning position of the laser light in the target area based on the position detection signal input from the PSD signal processing circuit 3, and executes drive control of the mirror actuator 100, drive control of the laser light source 401, and the like. . Further, the DSP 8 determines whether there is an obstacle at the laser light irradiation position in the target area based on the signal input from the PD processing circuit 7, and at the same time, irradiation of the laser light output from the laser light source 401. Based on the time difference between the timing and the light reception timing of the reflected light from the target area received by the PD 405, the distance to the obstacle is measured.

次に、本実施の形態におけるＤＳＰ８の処理について、図７のタイミングチャートを参照して説明する。 Next, the processing of the DSP 8 in this embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG.

同図中、（ａ）の信号波形はレーザ光源４０１に供給される駆動信号を示し、（ｂ）の波形信号は半導体レーザ３０３に供給される駆動信号を示す。（ａ）に示す如く、レーザ光源４０１には、目標領域に対するレーザ光の照射タイミングにおいて、パルス状の駆動信号が供給され、このタイミングにおいて、レーザ光源４０１から高パワー（７５Ｗ）のレーザ光が出射される。また、（ｂ）に示す如く、半導体レーザ３０３には一定レベルの駆動信号が供給され、半導体レーザ３０３からは、低パワー（５ｍＷ未満に設定）のサーボ光が常時出射される。 In the figure, the signal waveform of (a) shows the drive signal supplied to the laser light source 401, and the waveform signal of (b) shows the drive signal supplied to the semiconductor laser 303. As shown in (a), a pulsed drive signal is supplied to the laser light source 401 at the irradiation timing of the laser light to the target region, and at this timing, a high-power (75 W) laser beam is emitted from the laser light source 401. Is done. Further, as shown in (b), a certain level of driving signal is supplied to the semiconductor laser 303, and low power (set to less than 5 mW) servo light is always emitted from the semiconductor laser 303.

こうしてサーボ光が出射されると、図５のＡＭＰ１１〜１４からは、（ｃ）に示す如く、ＰＳＤ３０８上におけるサーボ光の照射位置に応じた信号が出力される。この信号は、通常、サーボ光のパワーに応じたレベルとなる。ところが、レーザ光源４０１から高パワーのレーザ光が出射されると、このレーザ光の一部がＰＳＤ３０８に入射し、これに起因して、（ｃ）に示すように、ＡＭＰ１１〜１４の出力信号上にパルス状の外乱信号が現れる。 When the servo light is emitted in this way, signals corresponding to the irradiation position of the servo light on the PSD 308 are output from the AMPs 11 to 14 in FIG. 5 as shown in (c). This signal usually has a level corresponding to the power of the servo light. However, when high-power laser light is emitted from the laser light source 401, a part of this laser light enters the PSD 308, and as a result, as shown in (c), on the output signal of the AMPs 11-14. A pulse-like disturbance signal appears at.

かかる外乱信号は、レーザ光源４０１からのレーザ光出射が終了した後も、ＡＭＰ１１〜１４やＰＳＤ３０８の応答特性に応じて所定の期間（以下、「外乱期間」という）だけ現れる。かかる外乱期間においては、適正な位置検出を行い得ない。 Such a disturbance signal appears only for a predetermined period (hereinafter referred to as “disturbance period”) according to the response characteristics of the AMPs 11 to 14 and the PSD 308 even after the laser light emission from the laser light source 401 is finished. In such a disturbance period, proper position detection cannot be performed.

そこで、ＤＳＰ８は、外乱期間にはＰＳＤ信号処理回路３に位置検出信号の生成処理を中止させ、外乱期間を除く期間においてのみ、ＰＳＤ信号処理回路３からの位置検出信号を受け付ける。すなわち、ＤＳＰ８は、図７の（ｄ）に示すウィンドウ信号をＰＳＤ信号処理回路３に供給して、ＰＳＤ信号処理回路３を制御する。 Therefore, the DSP 8 causes the PSD signal processing circuit 3 to stop generating the position detection signal during the disturbance period, and accepts the position detection signal from the PSD signal processing circuit 3 only during the period excluding the disturbance period. That is, the DSP 8 supplies the window signal shown in FIG. 7D to the PSD signal processing circuit 3 to control the PSD signal processing circuit 3.

ＰＳＤ信号処理回路３は、ウィンドウ信号が立ち上がっている期間（位置検出期間）のみ位置検出信号の生成を実行し、生成した位置検出信号をＤＳＰ８に出力する。ＤＳＰ８は、入力された位置検出信号を有効な信号として受付け、これをもとに、走査位置の検出を行う。他方、ＰＳＤ信号処理回路３は、ウィンドウ信号が立ち上がっていない期間（停止期間）は位置検出信号の生成を行わず、ＤＳＰ８も、停止期間中は走査位置の検出を行わない。なお、停止期間中にＰＳＤ信号処理回路３から何らかの信号がＤＳＰ８に入力されても、ＤＳＰ８は、この信号を有効な信号として扱わず、この信号に基づく走査位置の検出を行わない。 The PSD signal processing circuit 3 generates a position detection signal only during a period when the window signal rises (position detection period), and outputs the generated position detection signal to the DSP 8. The DSP 8 accepts the input position detection signal as a valid signal, and detects the scanning position based on this signal. On the other hand, the PSD signal processing circuit 3 does not generate a position detection signal during a period when the window signal does not rise (stop period), and the DSP 8 does not detect a scanning position during the stop period. Even if any signal is input to the DSP 8 from the PSD signal processing circuit 3 during the stop period, the DSP 8 does not treat this signal as a valid signal and does not detect the scanning position based on this signal.

なお、停止期間は、ＰＳＤ３０８やアンプ１１、１２、１３、１４の時定数等を考慮して、外乱期間よりも長めに設定されている。また、停止期間は、温度変化によるレーザ光源４０１の出力変動や、ＰＳＤ３０８およびアンプ１１、１２、１３、１４の特性の経時変化等によって外乱期間が変化しても、これをカバーできる時間長となるように設定される。すなわち、外乱期間は、外乱光の強さやＰＳＤ３０８の温度、特性劣化等によって変化し得る。停止期間は、かかる外乱期間の変化要素を総合的に考慮して、これらの変化要素によって外乱期間が変化しても、変化後の外乱期間を十分にカバーできる期間に設定される。 The stop period is set longer than the disturbance period in consideration of the time constants of the PSD 308 and the amplifiers 11, 12, 13, and 14. In addition, the stop period is a time length that can cover even if the disturbance period changes due to fluctuations in the output of the laser light source 401 due to temperature changes, changes in the characteristics of the PSD 308 and the amplifiers 11, 12, 13, and 14, etc. Is set as follows. That is, the disturbance period can be changed by the intensity of disturbance light, the temperature of the PSD 308, characteristic deterioration, and the like. The stop period is set to a period that can sufficiently cover the changed disturbance period even if the disturbance period changes due to these change elements, comprehensively considering the change factors of the disturbance period.

本実施の形態において、停止期間は、予めＤＳＰ８に保持されている。この他、外乱期間の変化要素をもとに外乱期間の予測値をＤＳＰ８において算出し、算出結果にもとづいて停止期間を逐次設定するようにしても良い。 In the present embodiment, the stop period is held in the DSP 8 in advance. In addition, the predicted value of the disturbance period may be calculated by the DSP 8 based on the change element of the disturbance period, and the stop period may be sequentially set based on the calculation result.

なお、図７のタイミングチャートでは、停止期間の開始時点が外乱期間の開始時点に一致しているが、停止期間の開始時点を外乱期間の開始時点よりも早めるようにしても良い。また、図７のタイミングチャートでは、位置検出期間の方が停止期間よりも長くなっているが、逆に、停止期間の方が位置検出期間よりも長くなるように設定されても良い。 In the timing chart of FIG. 7, the start time of the stop period coincides with the start time of the disturbance period, but the start time of the stop period may be set earlier than the start time of the disturbance period. In the timing chart of FIG. 7, the position detection period is longer than the stop period, but conversely, the stop period may be set longer than the position detection period.

以上、本実施の形態によれば、レーザ光による外乱信号がＰＳＤ３０８からの出力信号に影響する期間を除く期間において、サーボ光に基づく走査位置検出が行われるため、目標領域におけるレーザ光の走査位置を精度よく検出することができ、安定したスキャン動作および障害物検出動作を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the scanning position detection based on the servo light is performed in the period excluding the period in which the disturbance signal due to the laser light affects the output signal from the PSD 308, the scanning position of the laser light in the target region. Can be detected with high accuracy, and a stable scanning operation and obstacle detection operation can be realized.

なお、本発明は、上記実施の形態に何ら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。 In addition, this invention is not restrict | limited to the said embodiment at all, Moreover, various changes besides the above are possible for embodiment of this invention.

たとえば、上記実施の形態では、位置検出期間以外の期間においてもサーボ光を発光させ続けたが、たとえば、図８に示すように、外乱期間を除く期間（発光期間）においてのみサーボ光を発光させるようにし、発光期間内に、ウィンドウ信号の位置検出期間を設定するようにしても良い。この場合、位置検出の自由度を高めるためには、位置検出期間を発光期間になるべく近づけるのが好ましい。ただし、発光期間の開始タイミングと終了タイミングはサーボ光の出力とＰＳＤ３０８からの出力が不安定になり易いため、この点を考慮して、位置検出期間は、開始タイミングと終了タイミングを除いた期間に設定するのが望ましい。 For example, in the above embodiment, the servo light is continuously emitted during a period other than the position detection period. For example, as shown in FIG. 8, the servo light is emitted only during a period (light emission period) excluding the disturbance period. In this way, the window signal position detection period may be set within the light emission period. In this case, in order to increase the degree of freedom of position detection, it is preferable to make the position detection period as close as possible to the light emission period. However, the start timing and end timing of the light emission period are likely to cause the servo light output and the output from the PSD 308 to become unstable. Therefore, in consideration of this point, the position detection period is a period excluding the start timing and end timing. It is desirable to set.

なお、このようにサーボ光をパルス状に発光させると、以下のように、ＰＳＤ３０８の信号から暗電流を除去することが可能となる。 When the servo light is emitted in a pulse shape in this way, dark current can be removed from the signal of PSD 308 as follows.

すなわち、ＰＳＤ３０８から出力される信号は、ＰＳＤ３０８に照射されたサーボ光に起因する電流成分（光電流成分）と、サーボ光の照射に関係なく常に流れている電流成分（暗電流成分）に分解できる。ここで、上記のようにサーボ光をパルス状に発光させると、ＰＳＤ３０８にサーボ光が照射されている期間では、ＰＳＤ３０８から光電流成分に暗電流成分が重畳された電流信号が出力され、他方、ＰＳＤ３０８にサーボ光が照射されていない期間では、ＰＳＤ３０８から暗電流成分のみの電流信号が出力される。よって、サーボ光が照射されていない期間の電流量（暗電流成分）をサーボ光が照射されている期間の電流量（光電流成分＋暗電流成分）から差し引く演算を演算回路１６に行わせることにより、暗電流成分の影響が除去された高品位の電流信号を取得することができ、この電流信号をもとに演算回路１６に位置検出信号の演算を行わせることで、精度の良い位置検出信号を求めることができる。 That is, the signal output from the PSD 308 can be decomposed into a current component (photocurrent component) caused by the servo light applied to the PSD 308 and a current component (dark current component) that always flows regardless of the servo light irradiation. . Here, when the servo light is emitted in a pulse shape as described above, a current signal in which the dark current component is superimposed on the photocurrent component is output from the PSD 308 during the period in which the PSD 308 is irradiated with the servo light, In the period when the PSD 308 is not irradiated with servo light, the PSD 308 outputs a current signal of only a dark current component. Therefore, the arithmetic circuit 16 performs an operation of subtracting the current amount (dark current component) during the period when the servo light is not applied from the current amount (photocurrent component + dark current component) during the period when the servo light is applied. Thus, it is possible to obtain a high-quality current signal from which the influence of the dark current component has been removed, and by causing the arithmetic circuit 16 to calculate the position detection signal based on this current signal, accurate position detection is possible. A signal can be determined.

なお、この場合には、図８に示す発光期間と外乱期間の間の期間において暗電流成分を取得する必要がある。たとえば、演算回路１６は、発光期間の直前にＰＳＤ３０８から出力された電流信号（暗電流成分）をホールドし、この電流信号を、当該発光期間にＰＳＤ３０８から出力された電流信号（光電流成分＋暗電流成分）から差し引いて、当該発光期間における電流信号とする。そして、この電流信号をもとに位置検出信号の演算を行い、求めた位置検出信号をＤＳＰ８に出力する。 In this case, it is necessary to acquire the dark current component in the period between the light emission period and the disturbance period shown in FIG. For example, the arithmetic circuit 16 holds a current signal (dark current component) output from the PSD 308 immediately before the light emission period, and uses this current signal as a current signal (photocurrent component + dark current) output from the PSD 308 during the light emission period. The current signal is subtracted from the current component to obtain a current signal in the light emission period. Then, the position detection signal is calculated based on the current signal, and the obtained position detection signal is output to the DSP 8.

なお、発光期間は、少なくとも、位置検出期間を包含する必要がある。また、発光期間に検出された電流信号から暗電流成分を差し引く場合には、当該発光期間の直前に検出された電流信号を用いる他、それよりさらに前に外乱期間と位置検出期間の間の期間において検出された電流信号を用いるようにしても良く、また、外乱期間と位置検出期間の間の期間において検出された一つの電流信号をその後の複数の発光期間の信号に対する減算用の信号として共用するようにしても良い。 Note that the light emission period needs to include at least the position detection period. In addition, when the dark current component is subtracted from the current signal detected during the light emission period, the current signal detected immediately before the light emission period is used, and the period between the disturbance period and the position detection period is further before that. The current signal detected in step 1 may be used, and one current signal detected in the period between the disturbance period and the position detection period is used as a subtraction signal for the signals in the subsequent light emission periods. You may make it do.

なお、上記実施の形態では、透明体２００によってサーボ光を変位させるようにしたが、透明体２００に替えてミラーを配置し、サーボ光をミラーにより反射させることによって、サーボ光をＰＳＤ３０８上において変位させるようにしてもよい。 In the above embodiment, the servo light is displaced by the transparent body 200. However, the servo light is displaced on the PSD 308 by arranging a mirror instead of the transparent body 200 and reflecting the servo light by the mirror. You may make it make it.

また、上記実施の形態では、サーボ光用の光源として半導体レーザ３０３を用いたが、これに替えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることもできる。 In the above embodiment, the semiconductor laser 303 is used as a light source for servo light. However, instead of this, an LED (Light Emitting Diode) may be used.

さらに、上記実施の形態では、サーボ光を受光する光検出器としてＰＳＤ３０８を用いたが、図９に示す如く、光検出器として４分割センサ３１０を用いることもできる。この場合、サーボ光は、ミラー１１３が中立位置にあるときに、４分割センサ３１０の中央位置に照射される。また、ビームスポットのＸ方向位置とＹ方向位置は、図示の如く各センサからの出力信号をＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とすると、たとえば次式から求められる。 Further, in the above embodiment, the PSD 308 is used as the photodetector that receives the servo light. However, as shown in FIG. 9, a quadrant sensor 310 can also be used as the photodetector. In this case, the servo light is applied to the center position of the four-divided sensor 310 when the mirror 113 is in the neutral position. Further, the X-direction position and the Y-direction position of the beam spot can be obtained from the following equations, for example, when output signals from the sensors are S1, S2, S3, and S4 as shown in the figure.

図９には、この算出式を実現する回路の構成が併せて示されている。各センサから出力される信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、アンプ３１、３２、３３、３４によって増幅される。その後、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、Ａ／Ｄ変換回路３５に入力され、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、演算回路３６に入力される。 FIG. 9 also shows the configuration of a circuit that realizes this calculation formula. Signals S1, S2, S3, S4 output from each sensor are amplified by amplifiers 31, 32, 33, 34. Thereafter, the signals S1, S2, S3, and S4 are input to the A / D conversion circuit 35 and converted into digital signals. The signals S1, S2, S3, S4 converted into digital signals are input to the arithmetic circuit 36.

演算回路３６は、たとえば、ＭＰＵにより構成され、入力された信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４をもとに、上記式（３）および式（４）の左辺の演算を行い、ｘ方向およびｙ方向におけるサーボ光の受光位置を示す位置検出信号（出力ｘ、ｙ）を生成する。そして、生成した位置検出信号を、上述のＤＳＰ８に出力する。 The arithmetic circuit 36 is composed of, for example, an MPU, and performs the arithmetic operation on the left side of the above equations (3) and (4) based on the input signals S1, S2, S3, and S4, and the x direction and the y direction A position detection signal (output x, y) indicating the light receiving position of the servo light is generated. Then, the generated position detection signal is output to the above-described DSP 8.

かかる演算処理においても、上記実施の形態と同様、高出力のレーザ光が４分割センサ３１０に入射すると、演算回路３６にて生成される位置検出信号に誤差が含まれるようになる。よって、この構成例においても、かかる問題を解消するべく、ＤＳＰ８は、レーザ光（外乱光）の入射によって不要な信号（外乱信号）が現れる期間（外乱期間）を除く期間において、Ａ／Ｄ変換回路３５と演算回路３６に位置検出信号の生成処理を行わせる。これにより、目標領域におけるレーザ光の走査位置を精度よく検出することができ、安定したスキャン動作および障害物検出動作を実現することができる。 Also in such calculation processing, as in the above embodiment, when high-power laser light is incident on the quadrant sensor 310, an error is included in the position detection signal generated by the calculation circuit 36. Therefore, also in this configuration example, the DSP 8 performs A / D conversion in a period excluding a period (disturbance period) in which an unnecessary signal (disturbance signal) appears due to incidence of laser light (disturbance light) in order to solve such a problem. The circuit 35 and the arithmetic circuit 36 perform position detection signal generation processing. Thereby, the scanning position of the laser beam in the target area can be detected with high accuracy, and a stable scanning operation and obstacle detection operation can be realized.

なお、上記では、位置検出期間が外乱期間以外の期間に設定されたが、たとえば、図１０のように、一部が外乱期間に掛かるように位置検出期間を設定することも可能である。ただし、この場合も、走査用レーザが発光している期間には、位置検出期間が掛からないようにし、少なくとも走査用レーザ光が発光していない期間において、レーザ光の走査位置の検出を行うようにする必要がある。この場合、少なくとも走査用レーザ（外乱光）の入射により大きく乱れた信号に基づいて、レーザ光の走査位置の検出が行われることが回避される。なお、この場合には、外乱期間の終端近傍、すなわち、アンプ出力がやや不安定な期間の信号をもとにレーザ光の走査位置検出が行われることが起こり得るが、アンプ出力の乱れは小さいと想定されるため、位置検出の誤差は左程生じない。 In the above description, the position detection period is set to a period other than the disturbance period. However, for example, as shown in FIG. 10, the position detection period can be set so that a part of the position detection period is applied to the disturbance period. However, in this case as well, the position detection period is not applied during the period in which the scanning laser is emitting light, and the laser beam scanning position is detected at least during the period in which the scanning laser light is not emitted. It is necessary to. In this case, the detection of the scanning position of the laser beam is avoided based on at least a signal greatly disturbed by the incidence of the scanning laser (disturbance light). In this case, the scanning position of the laser beam may be detected in the vicinity of the end of the disturbance period, that is, a signal during a period when the amplifier output is slightly unstable, but the disturbance of the amplifier output is small. Therefore, the position detection error does not occur as much as the left.

また、ＰＳＤおよびアンプの特性改善により、外乱期間が走査用レーザの出力期間に略整合するようになれば、走査用レーザの発光期間を除く全ての期間を位置検出期間としても、ほぼ走査用レーザ光の入射による影響なく、レーザ光の走査位置を検出することが可能となる。 In addition, if the disturbance period is substantially matched with the scanning laser output period due to the improvement of the characteristics of the PSD and the amplifier, the scanning laser is almost the same even if all the periods except the light emission period of the scanning laser are set as the position detection period. The scanning position of the laser beam can be detected without being affected by the incident light.

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。 In addition, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.

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The figure which shows the structure of the mirror actuator which concerns on embodiment 実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図The figure which shows the optical system of the beam irradiation apparatus which concerns on embodiment 実施の形態に係るビーム照射装置のサーボ光学系を示す図The figure which shows the servo optical system of the beam irradiation apparatus which concerns on embodiment 実施の形態に係るＰＳＤの構成を示す図The figure which shows the structure of PSD which concerns on embodiment 実施の形態に係る位置検出信号の生成方法を説明する図The figure explaining the production | generation method of the position detection signal which concerns on embodiment 実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図The figure which shows the structure of the laser radar which concerns on embodiment 実施の形態に係るＤＳＰの制御動作を説明するための図The figure for demonstrating the control action of DSP which concerns on embodiment 実施の形態に係るＤＳＰの制御動作の変更例を説明するための図The figure for demonstrating the example of a change of the control action of DSP which concerns on embodiment 実施の形態に係る位置検出信号を生成する構成の変更例を示す図The figure which shows the example of a change of the structure which produces | generates the position detection signal which concerns on embodiment 実施の形態に係るＤＳＰの制御動作の他の変更例を説明するための図The figure for demonstrating the other example of a change of control operation of DSP which concerns on embodiment

Explanation of symbols

３ＰＳＤ信号処理回路（位置信号生成回路）
４サーボＬＤ駆動回路（サーボ制御回路）
８ＤＳＰ（走査位置検出回路／サーボ制御回路）
１００ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
２００透明体（光学ユニット）
３０３半導体レーザ（サーボ用光源）
３０８ＰＳＤ（光検出器）
３１０４分割センサ（光検出器）
3 PSD signal processing circuit (position signal generation circuit)
4 Servo LD drive circuit (servo control circuit)
8 DSP (scanning position detection circuit / servo control circuit)
100 mirror actuator (actuator)
200 Transparent body (optical unit)
303 Semiconductor laser (light source for servo)
308 PSD (Photodetector)
310 Quadrant sensor (photodetector)

Claims

An actuator for scanning a laser beam in a target area;
A photodetector that receives servo light and outputs a signal corresponding to the light receiving position;
An optical unit for displacing the servo light on the photodetector as the actuator is driven;
A position signal generation circuit that generates a signal corresponding to the light receiving position of the servo light based on an output signal from the photodetector;
A scanning position detection circuit for detecting a scanning position of the laser beam in the target region based on a signal generated by the position signal generation circuit;
With
The scanning position detection circuit detects the scanning position of the laser beam in a period other than the emission period of the laser beam;
A beam irradiation apparatus characterized by that.

In claim 1,
The scanning position detection circuit detects the scanning position in a second period other than the first period in which a signal from the photodetector is affected by the emission of the laser light.
A beam irradiation apparatus characterized by that.

In claim 2,
A servo light source for emitting the servo light;
A servo control circuit for controlling the servo light source;
The servo control circuit causes the servo light source to emit light in a third period other than the first period and including the second period;
A beam irradiation apparatus characterized by that.

In claim 3,
The position signal generation circuit outputs a signal output from the photodetector during the fourth period between the first period and the third period from the photodetector during the third period. Based on the signal subtracted from the signal, a signal corresponding to the light receiving position of the servo light is generated.
A beam irradiation apparatus characterized by that.

A laser radar comprising the beam irradiation device according to any one of claims 1 to 4.