JP2017003938A - 光源装置及びこの光源装置を用いた光走査装置、物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源装置でのレンズの光軸を光源の光軸に対して精度良く一致させる。【解決手段】光源１０と、光源１０を保持する光源保持部材１１と、光源１０からの光が通過するレンズ２０と、レンズ２０を保持するレンズ保持部材２２と、光源保持部材１１とレンズ保持部材２２とを保持するベース部材２１と、を備える。レンズ保持部材２２には、レンズ２０が当接されて該レンズ光軸の向きを規制する第１及び第２基準面が各々光軸に平行かつ相互に異なる方向に形成され、ベース部材２１には、レンズ保持部材２２が当接されて該レンズ保持部材２２の位置を光軸に垂直な平面内で規制する第３及び第４基準面が各々光軸に平行かつ相互に直交する面に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置及びこの光源装置を用いた光走査装置、物体検出装置に関する。

レーザ光源装置を用いたレーザレーダや画像形成装置においては、光ビームの位置精度への要求が非常に高くなっている。

例えば、タンデム方式のフルカラーの画像形成装置の場合、４つの光源装置より射出されたそれぞれの光ビーム（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックに対応）が、各色毎に設けられた感光体ドラムを露光走査する。これら４つの感光体ドラムは、出力紙の搬送方向に並設されており、フルカラー画像を出力するために、各色の感光体上の画像を順次転写して重ね合わせる。かかるタンデム方式のフルカラー機では、複数の光源装置から射出された光ビームを各々個別の光路に導き、各々の感光体に潜像を書込み、現像後に各現像画像を重ね合わせることで、フルカラー画像を形成する。

このような方式のフルカラー機では、各色の光ビームの位置精度が画像品質向上のポイントとなる。具体的には、各色の走査位置がずれる場合、特に副走査方向へのズレが生じると、各色の画像の重ね合わせに誤差が生じ、出力画像が色ズレとなって、良好な画像が得られない。ここで、初期時における重ね合わせ誤差は、書込開始のタイミングの制御により、画像品質向上のための補正が可能である。これに対して、温度変化等の環境変化に伴う光ビーム位置精度の劣化は、画像品質の低下につながる。

光源装置において、光ビームの位置精度を向上するためには、レンズと光源との相対的な位置変動、特に副走査方向での位置変動を小さく抑える必要がある。このため、光源装置では、光源とレンズとを確実に保持することが求められる。

また、レーザレーダ装置においても、遠距離での高い分解能が求められるため、画像形成装置と同様に、光ビームの位置精度が重要である。さらに、車載環境では温湿度変化や振動も大きいため、レーザレーダ装置においては、環境変化や振動に強い光源が求められている。

従来のレンズの保持方法としては、小型化又は低コスト化の観点より、レンズが光源保持部材にＵＶ硬化接着剤で接着固定される方式が知られている。この方式は、レンズを接着する際に、初期調整作業として、レンズをＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に動かしながら、光軸方向（ピント調整）、主走査方向、副走査方向での被走査面上での光ビームの位置を調整して、レンズを固定する。

接着剤を用いないレンズ保持方式として、弾性部材によってレンズをＬ型もしくはＶ型溝に付勢して保持する方式がある（特許文献１）。この方式は、弾性部材（バネ）を跳ね上げた状態もしくは付勢した状態のままで、レンズをＬ型もしくはＶ型溝の当接面に沿って光軸方向に移動させることにより、ピント調整を行う。

接着剤を用いないでレンズを保持する他の形態として、特許文献２に開示されたレンズ保持機構がある。この機構は、ばねによりレンズをレンズ保持部材に対して押圧して固定するレンズ保持機構であって、ばねを保持部材に対して固定するための第１の締結部と、レンズを保持部材に対して押圧するための第２の締結部とを備える。

従来の光源装置におけるレンズ保持機構は、位置調整されたレンズを姿勢変化なく締結することが難しいという課題がある。また、レンズ面を直接押すなどして調整する必要があるため、調整に時間が掛かる、また、レンズ面に傷や汚れが付着する可能性がある等、調整の手間という観点において改善の余地がある。

特開平８−７２９４号公報 特開２００３−３１５６４７公報

本発明は、レンズの光軸を、例えば光源の光軸に対して精度良く一致させる等、所望の位置に精度良く調製・支持することが可能な光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、光源と、前記光源を保持する光源保持部材と、前記光源からの光が通過するレンズと、前記レンズを保持するレンズ保持部材と、前記光源保持部材と前記レンズ保持部材とを保持するベース部材と、を備え、前記レンズ保持部材には、前記レンズが当接されて該レンズの光軸の向きを規制する第１及び第２基準面が各々前記光軸に平行かつ相互に異なる方向に形成され、前記ベース部材には、前記レンズ保持部材が当接されて該レンズ保持部材の位置を前記光軸に垂直な平面内で規制する第３及び第４基準面が、各々前記光軸に平行かつ相互に直交する面に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、レンズの光軸を、例えば光源の光軸に対して精度良く一致させる等、所望の位置に精度良く調製・支持することが可能な光源装置を提供することができる。

本発明に係る光源装置の実施形態の全体構成を示す外観斜視図である。 上記光源装置の外観斜視図であり、図１からレンズ位置調整部を除いた状態を示す。 図２からＬＤ保持部材を除いた状態を示す外観斜視図である。 図３からレンズ保持モジュールを除いた状態を示す外観斜視図である。 レンズ保持モジュールの正面図である。 ＬＤ保持部材をベース部材に取付けた状態を示す外観斜視図である。 ＬＤ保持部材にＬＤ基板を取付けた状態を示す外観斜視図である。 本発明に係るレーザレーダ装置の実施形態における投光側の構成を示す光学系平面図である。 上記レーザレーダ装置の受光側の構成を示す光学系平面図である。 上記レーザレーダ装置の光学系正面図である。

本実施形態の光源装置は、光源と、前記光源を保持する光源保持部材と、前記光源からの光が通過するレンズと、レンズを保持するレンズ保持部材と、光源保持部材とレンズ保持部材とを保持するベース部材と、を備える。レンズ保持部材には、レンズが当接されて該レンズの光軸の向きを規制する第１及び第２基準面が各々光軸に平行かつ相互に異なる方向に形成される。ベース部材には、レンズ保持部材が当接されて該レンズ保持部材の位置を光軸に垂直な平面内で規制する第３及び第４基準面が、各々光軸に平行かつ相互に直交する面に形成される。

以下、図１乃至図７を参照して、光源装置の構成を詳細に説明する。なお、図中（図１、図８乃至図１０中）に表したＸＹＺ三次元座標は、それぞれ光軸方向をＺ軸、Ｚ軸に直交しＺ軸方向から見て横方向をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交しＺ軸方向から見て縦方向をＹ軸として表している。

図１に示すように、光源装置１は、光源としてのレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、以下「ＬＤ」と略記する。）１０と、ＬＤ１０を保持する光源保持部材としてのＬＤ保持部材１１を備える。また、光源装置１は、ＬＤ１０から放射されるレーザ光を通過させるレンズ２０と、レンズ２０を保持するレンズ保持部材２２を備える。さらに、光源装置１は、ＬＤ保持部材１１とレンズ保持部材２２とを保持するベース部材２１を備える。

光源のＬＤ１０は、図６に示すように、正面から見た形状が略「Ｆ」字状の平板状部材であるＬＤ保持部材１１の一端側（図６において上端側）に形成された円形の孔部１１０に圧入されることで保持されている。レンズ２０は、ＬＤ１０から放射されるレーザ光を通過させて、光軸に平行な光束を生成する。

ＬＤ保持部材１１は、保持されたＬＤ１０の発光点がレンズ２０の光軸と一致するよう、光軸と垂直な平面内で位置調整可能となっており、かかる調整後にベース部材２１に対してねじ１１１，１１２，１１３，１１４で固定される（図６参照）。位置調整されたＬＤ１０とレンズ２０の位置関係を図３に示す。また、ベース部材２１の外観及びＬＤ１０とベース部材２１との位置関係を図４に示す。

ベース部材２１は、ＬＤ保持部材１１、レンズ保持部材２２、及びレンズ位置調整用アクチュエータ２５を保持するための部材であり、図４に示すようなブロック状の外観を呈する。本実施形態では、ＬＤ保持部材１１、レンズ保持部材２２、及びレンズ位置調整用アクチュエータ２５は、それぞれ、ベース部材２１の背面部、高さ方向における略中央、及び左側面部に取り付けられる。このため、ベース部材２１の背面及び左側面は、それぞれ平面となっており、かかる２つの平面は相互に直交し、光軸に対して直交及び平行になるよう形成されている。すなわち、図１に示す光軸をＺ軸とするＸＹＺ三次元座標を基準にすると、ベース部材２１の背面にはＸＹ平面が形成され、ベース部材２１の左側面にはＹＺ平面が形成されている。

ベース部材２１の背面側には、ＬＤ保持部材１１を取り付けるための複数のねじ孔２１４が形成されている。この例ではベース部材２１の背面側にねじ孔２１４が４つ形成され、図６では、締結部材としてのねじ１１１，１１２，１１３，１１４がＬＤ保持部材１１の各孔部を通じてねじ孔２１４にねじ込まれた状態を表している。かかる締結により、ＬＤ保持部材１１がベース部材２１によって保持される。

ベース部材２１の左側面側には、レンズ位置微調整用アクチュエータ２５を取り付けるための複数のねじ孔２１５が形成されている。図１では、締結部材としてのねじ２５１がレンズ位置微調整用アクチュエータ２５の各孔部を通じてねじ孔２１５にねじ込まれた状態を表している。かかる締結により、レンズ位置微調整用アクチュエータ２５がベース部材２１によって保持されている。

さらに、ベース部材２１の略中央の高さ位置には、レンズ保持部材２２の位置調整及び取り付けを行うための平面部として、相互に直交する２つの基準面２１１，２１２が形成されている。以下、レンズ保持部材の後述する第１及び第２基準面と区別するため、ベース部材２１のかかる２つの基準面２１１，２１２を、それぞれ「第３基準面」、「第４基準面」と称する。上記のＸＹＺ三次元座標を基準にすると、第３基準面２１１はＸＺ平面であり、第４基準面２１２はＹＺ平面である。

第３基準面２１１は、レンズ保持部材２２が載せられる平面であり、レンズ保持部材２２を固定するためのねじ孔２１３が形成されている。第４基準面２１２は、第３基準面２１１に載せられたレンズ保持部材２２を光軸（Ｚ軸）方向にスライド移動させる際に基準となる面であり、第３基準面２１１から垂直に立ち上がるように形成されている。ベース部材２１の右側部には、レンズ保持部材２２を付勢して第４基準面２１２に押し当てるための付勢部材としての加圧ばね２８が設けられている。

ＬＤ保持部材１１がベース部材２１により保持されている図６の状態から、ＬＤ保持部材１１の背面側にＬＤ基板１２を取り付けた状態を図７に示す。ＬＤ基板１２は、ＬＤ１０を駆動制御するためのＣＰＵなどの各種の回路を備えた矩形状の基板であり、ＬＤ保持部材１１に設けられた複数のねじ孔１１５に対応する位置に孔部が形成されている。ＬＤ基板１２は、これら孔部を通じて締結部材としてのねじ１２１，１２２，１２３がねじ孔１１５にねじ込まれることによって、ＬＤ保持部材１１に固定される。ＬＤ１０の電極であるＬＤ脚１０１は、ＬＤ基板１２の所定の配線パターンに対して半田付けで接続されている。

レンズ保持部材２２は、図３及び図５に示すように、正面及び側面視で略Ｌ字状の外観を呈し、正面側に突起する部位に、締結部材であるねじ２４が挿入される孔部が形成されている。この孔部は、ねじ２４の径よりも若干大きい内径であり、特に、光軸（Ｚ軸）方向の径が大きい長孔状になっている。

レンズ保持部材２２は、ねじ２４が上記孔部に挿入されベース部材２１のねじ孔２１３（図４参照）にねじ込まれる（締められる）ことにより、ベース部材２１に対して固定される。ねじ２４が軽く締められた状態では、レンズ保持部材２２がベース部材２１に対して移動可能である。

レンズ保持部材２２は、上述したＬＤ基板１２の円形の孔部１１０に対応する高さ位置に、レンズ２０の側面（コバ）を載置して保持するためのＶ溝部２２１が形成されている。このＶ溝部２２１は、正面視で略Ｖ字形状を呈し、垂線を基準として等しい角度で傾斜する左右対称の平面として、第１基準面２２２と第２基準面２２３とを有する。第１基準面２２２及び第２基準面２２３は、それぞれ光軸（Ｚ軸）に対して平行であり、Ｘ及びＹ軸に対して相互に異なる方向に傾斜する平面である。

これら基準面２２２，２２３は、レンズ２０が載置される場合に、レンズ２０の回転により光軸の向きが変わらないように光軸の向きを一定に保つ役割を有する。ここで、レンズ２０の回転には、図１に示すα方向の回転及びβ方向の回転が挙げられる。α方向の回転とは、レンズ２０の光軸が所定の位置から縦軸（図１のＹ軸）を軸とした左右方向に回転することをいう。また、β方向の回転とは、レンズ２０の光軸が所定の位置から横軸（図１のＸ軸）を軸とした上下方向に回転することをいう。

レンズ２０は、レンズ保持部材２２の第１基準面２２２及び第２基準面２２３上に載置され、逆「Ｕ」字状に形成された金属製の押圧部材２３によって上方から押圧されることで、レンズ保持部材２２に保持される。押圧部材２３は、その両端部に締結部材としてのねじ２６，２７が挿入される孔部が形成され、図２及び図５に示すように、ねじ２６，２７が各孔部を通じてレンズ保持部材２２のねじ孔にねじ込まれている。かかる締結により、レンズ２０がレンズ保持部材２２によって固定及び保持され、レンズ２０の光軸の向きがα方向またはβ方向の回転により変わらないように規制される。

このようにして、レンズ２０がレンズ保持部材２２に固定されて一体化すなわちモジュール化された状態のものを、以下は「レンズ保持モジュール」と称する。

図５に示す状態のレンズ保持モジュールＭは、レンズ保持部材２２に対するレンズ２０の固定が完了しているが、ベース部材２１に対するレンズ保持部材２２の固定は未だ完了していない。すなわち、ベース部材２１に対するレンズ保持部材２２の固定は、締結部材であるねじ２４を用いて行うが、この例では、ねじ２４の頭部に付勢部材としてのばね座金２４１が介挿されている。

図５に示す状態は、未だレンズ位置の調整前であり、ばね座金２４１が十分に潰れる程度にねじ２４がねじこまれていない。したがって、この状態では、例えば手でレンズ２０を上から押して、レンズ保持部材２２の各基準面２２２，２２３に対してガタなく取り付けられているか等を確認することができる。そして、かかる確認作業および光軸整列等の各種作業を行った後に、ねじ２４を十分に締め付けることで、レンズ保持モジュールＭをベース部材２１に対して固定することができる。

より詳しく説明すると、レンズ保持モジュールＭとしてレンズ２０が一体化されたレンズ保持部材２２は、その底面が、図４に示すベース部材２１のＸＺ平面を形成する第３基準面２１１上に載置されている。レンズ保持部材２２の側部がベース部材２１の加圧ばね２８により押圧されることにより、レンズ保持部材２２の左側面は、ベース部材２１のＹＺ平面を形成する第４基準面２１２に当接する。この状態から締結部材のねじ２４を十分に締め付けると、ばね座金２４１の押圧力によりレンズ保持部材２２がベース部材２１のＸＺ平面を形成する第３基準面２１１の方に押圧（付勢）され、かかる第３基準面２１１にレンズ保持部材２２の底面が密着する。

図１では、ねじ２４が軽く締められた状態を示しており、このため、レンズ保持部材２２は、ベース部材２１の各基準面２１１，２１２とは密着しているが、光軸（Ｚ軸）方向には可動な状態となっている。この状態で、図１に示す、ベース部材２１に固定されたレンズ位置微調整用アクチュエータ２５を駆動し、レンズ保持部材２２の各基準面２２２，２２３上に搭載されたレンズ２０をレンズ保持部材２２ごと光軸方向に駆動して、レンズ位置の調整を行う。

レンズ位置微調整用アクチュエータ２５は、ねじ２５１を介してベース部材２１に固定される基台部２５０と、腕部２５５Ａを有し基台部２５０に対して相対移動する移動部２５５とを備える。レンズ位置微調整用アクチュエータ２５の移動部２５５は、内部に電磁ソレノイドなどを備え、ＣＰＵなどの制御部によって数値制御されることで、光軸（Ｚ軸）方向に往復移動する。

腕部２５５Ａは、移動部２５５の上端からＸ軸方向に伸びていて、レンズ保持部材２２の背面及び正面に当接することにより、移動部２５５の移動に伴ってレンズ保持部材２２を移動させる。簡明化のため図１では腕部２５５Ａを１本しか表していないが、実際にはレンズ保持部材２２の正面に当接する２本目の腕部がある。

したがって、レンズ位置微調整用アクチュエータ２５の移動部２５５を光軸（Ｚ軸）方向に往復移動するよう駆動制御することで、レンズ保持部材２２がベース部材２１に対して光軸と平行に往復移動する。このとき、レンズ２０が各基準面２２２，２２３上に固定されたレンズ保持部材２２が、ベース部材２１の各基準面２１１，２１２と平行方向に往復移動することで、レンズ２０の位置調整が行われる。かかる位置調整によりレンズ２０の光軸（Ｚ軸）方向の位置が決定されると、締結部材のねじ２４を十分に締めることで、レンズ保持部材２２がベース部材２１に固定される。

このような構成の本実施形態によれば、レンズ単体のサイズと比較してレンズ保持部材２２及びベース部材２１の各基準面（２２２，２２３及び２１１，２１２）の面積を広く確保でき、このため、ねじ２４を締める際にα方向に回転する不都合も生じない。

かくして、レンズ位置の調整が完了すると、レンズ位置微調整用アクチュエータ２５をベース部材２１から取り外す（図２参照）。

この例では、レンズ位置微調整用アクチュエータ２５は、ベース部材２１に対して着脱可能とし、レンズ位置の調整時にベース部材２１に固定してレンズ保持部材２２を光軸方向に移動させる構成とした。他の例として、レンズ位置微調整用アクチュエータ２５は、レンズ位置の調整時にも本光源装置とは分離して、離隔された外部位置からアクセスしてレンズ保持部材２２を移動するようにしても構わない。

ＬＤ１０の保持状態を図６に示す。ＬＤ１０は、ＬＤ保持部材１１の対応する孔部に圧入されることで保持されている。かかる保持状態から、ＬＤ保持部材１１は、ベース部材２１の背面に沿って位置調整されることで、ＬＤ１０の発光点とレンズ２０の光軸とが一致するように、光軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内の位置が調整される。

この位置調整の後、ＬＤ保持部材１１は、ねじ１１１〜１１４により、ベース部材２１に固定される。このとき、ＬＤ１０の位置が振動などで動かないように、ねじ１１１及び１１２は、できるだけＬＤ１０の近傍を固定することが好ましい。かかる位置調整の完了後、ＬＤ保持部材１１にねじ１２１，１２２，１２３でＬＤ基板１２を取り付け、ＬＤ脚１０１を半田付けした状態を図７に示す。

このように、光源装置１では、レンズ保持部材２２とベース部材２１とを別部材で構成して、レンズ２０の光軸の向きと光軸方向の位置とを別個に調整する。すなわち、レンズ保持部材２２の各基準面２２２，２２３にレンズ２０を取り付けることでレンズ２０の光軸の向きを調整し、ベース部材２１に対するレンズ保持部材２２の位置調整によってＬＤ１０に対するレンズ２０の光軸方向の位置を調整する。

このため、光源装置１によれば、レンズの光軸方向の正確な位置を気にせずに、レンズ保持部材２２の各基準面２２２，２２３にレンズ２０をガタなく強固に固定することができる。さらに、レンズ２０の固定されたレンズ保持部材２２をベース部材２１の各基準面２１１，２１２に対して位置調整することで、振動によりレンズ２０が動いてしまうこともなく強固に固定することができる。また、レンズ２０の光軸方向の位置調整も、光束の向きを正しく保持しながら行うことが可能となる。

また、本実施形態のレンズ保持部材２２では、光軸に平行な第１基準面２２２及び第２基準面２２３が形成されたＶ溝部２２１を有することから、レンズ２０のサイズやコバが小さい場合でも、レンズ取付けの際にＶ溝部２２１に対しガタなく押えられる。さらに、レンズ取付けの際にＶ溝部２２１に対しレンズ２０の光軸の向きが変化しない。

また、レンズ保持部材２２によれば、レンズ単体に比べてレンズ保持部材２２の第１及び第２基準面２２２，２２３の面積を大きく取れるので、レンズ保持部材２２における光軸の向きがベース部材２１に対して変化しない。

従って、この光源装置１によれば、レンズ２０の光軸の向きを変化させずにレンズ２０の位置調整を行うことが可能になる。その結果、レンズ２０を環境変化や振動による変動がない状態で固定できるので、良好なレーザ走査が実現される。

さらに、本実施形態では、モジュール化されたレンズ２０とモジュール化されたＬＤ１０をそれぞれベース部材２１に対して位置調整して固定する構成であることから、光軸に対する各種の調整作業が容易であり、且つしっかりと固定することができる。

本実施形態では、ベース部材２１の第３及び第４基準面２１１，２１２に対してレンズ保持モジュールを移動させることで光軸方向の調整を行い、ベース部材２１の背面に対してＬＤ保持部材１１を移動させることで光軸と直交方向の調整を行う。したがって、光軸方向の調整と光軸と直交方向の調整を独立して行うことができ、レンズ２０の光軸をＬＤ１０の光軸に対して精度良く一致させることが可能になる。さらには、レンズ２０及びＬＤ１０の位置調整の容易化および固定の確実化、迅速化が実現できる。

このため、本実施形態の光源装置を上述したタンデム方式のフルカラーの画像形成装置の４つの光源装置に用いることで、光ビームの位置精度が良好に確保され、主副の走査方向、特に副走査方向での位置変動を小さく抑えることができる。したがって、かかる画像形成装置によれば、出力画像の色ズレが防止された良好な画像出力を実現することができる。

また、本実施形態の光源装置を上述したレーザレーダ装置の光源装置に用いることで、光ビームの位置精度が良好に確保され、遠距離での高い分解能や、環境変化や振動に対する高い耐久性を実現することができる。

（レーザレーダ装置）
上述した光源装置を用いた光走査装置及び物体検出装置としてのレーザレーダ装置の構成を、図８から図１０に示して説明する。

以下は、レーザレーダ装置を、車両に搭載し、対象物（検出物体）としての他の車両に光を照射し、その反射光を受光して当該他の車両との距離を測定する例について説明する。なお、他の例として、実施形態のレーザレーダ装置を、車両以外の静止物体及び移動物体に搭載して使用してもよいし、単体で用いてもよい。また、検出物体である対象物には、車両以外の静止物体及び移動物体も含まれる。

本実施形態のレーザレーダ装置は、図８に示すように、光源のＬＤ１０と、カップリングレンズ２０と、反射ミラー３０と、偏向器としての走査ミラー４０と、を投光手段Ｐとして備える。このうち、ＬＤ１０及びカップリングレンズ２０は、上述した光源装置１の構成要素である。また、反射ミラー３０及び走査ミラー４０は、光源のＬＤ１０から出射される光を走査して投光する役割を有する。

他方、レーザレーダ装置は、図９に示すように、上記の走査ミラー４０及び反射ミラー３０と、結像光学系５０と、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）などの光検出器６０と、を受光手段Ｒとして備える。受光手段Ｒは、上述した投光手段Ｐで投光される光を受光する役割を有する。

このレーザレーダ装置では、反射ミラー３０及び走査ミラー４０が投光手段Ｐと受光手段Ｒとで兼用されるものであり、投光手段Ｐと受光手段Ｒとは、図１０に示すような位置関係となる。

さらに、レーザレーダ装置は、他の対象物との間の距離を測定するためのＣＰＵやメモリ等からなる処理装置（以下、「距離測定装置」と称する。）を備えている。この距離測定装置は、ＬＤ１０からレーザ光のパルスを所定周期で出射し、該光パルスの他の対象物からの反射光を光検出器６０で検出するタイミングに基づいて、当該他の対象物との間の距離を測定する。

以下、このレーザレーダ装置が車両に搭載され、他の車両との間の距離を測定する場合を説明する。

本実施形態では、距離測定装置が搭載されている車両の移動方向を光軸と同じＺ軸方向とし、Ｚ軸に直交する方向をＸ（横）軸及びＹ（縦）軸方向とするＸＹＺ３次元直交座標系が設定されている（図８乃至図１０参照）。光源であるＬＤ１０の１パルス当たりの発光時間は、一例として数ｎ秒から１００ｎ秒程度であり、用途に応じた任意の値に設定することができる。

他方、ＬＤ１０の発光周期は、本実施形態では３μ秒以上であることが望ましい。その理由は、この発光周期が短すぎると、レーザ光の対象物からの反射光が、１つ前の発光での対象物からの反射光と干渉し、これら２つの反射光の信号を分離できなくなる虞があるからである。

光源のＬＤ１０から光パルスを送出した時間と該光パルスの反射光を検出した時間との差をΔｔ、光速をＣとすると、対象物までの距離Ｌは、Ｌ＝Δｔ×Ｃ÷２で与えられる。例えば、Δｔが３μ秒のとき、Ｌは４５０ｍとなる。

一般に、距離測定装置では、検出可能な距離は最大２００ｍ程度であり、仮に４５０ｍ先から反射光が戻って来たとしてもその光強度は十分に小さい。このため、連続して送出された２つの光パルスの２つの反射光が干渉してもほとんど影響はない。

また、一般に、距離測定装置では、光パルスの発光周波数は１０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度に設定され、これを発光周期に換算すると１０μ秒から１００μ秒になる。これら状況に鑑みると、検出範囲を近距離に限定し、光出力を適正光量に設定すれば、遠距離からの反射光と干渉することはないので、上記１０μ秒から１００μ秒の発光周期を更に短縮することが可能である。但し、本実施形態では、上述した理由により、ＬＤ１０の発光周期を３μ秒以上とすることが望ましい。

偏向器である走査ミラー４０の回転体は、モータ等を含む駆動装置により、その軸線周りに所定の回転速度で回転駆動される。走査ミラー４０の回転体は、一例として図９及び図１０に示す矢印の方向に回転される。本実施形態では、偏向器である走査ミラー４０は１面であり、レーザ光を反射することで当該レーザ光を偏向する偏向面となっている。走査ミラー４０の回転体が回転駆動されると、該回転軸の軸線周りに走査ミラー４０が回転し、走査ミラー４０に入射したレーザ光は、他の車両に向けて投光される。

なお、発散光束の場合、走査ミラー４０での反射光は、徐々に拡散して他の車両に照射されるため、各照射領域のＹ軸（縦軸）方向の長さは、回転軸と該照射領域との距離に依存し、この距離が長いほど長くなる。そして、他の車両などの対象物に照射され反射されたレーザ光の一部は、元の光路を徐々に拡散しながら戻り、走査ミラー４０に入射され、反射ミラー３０により折り返され、結像光学系５０を経て光検出器６０に入射する。

このレーザレーダ装置では、受光手段Ｒとして、集光レンズなどの結像光学系５０、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）などの光検出器６０を有している。ここで、光検出器６０は、一例としてフォトダイオードであるが、物体からの反射光は微弱なため、高感度なフォトダイオードであるＡＰＤを用いるのが望ましい。

レーザレーダ装置では、物体からの反射光（光パルス）を光検出器６０で受光すると、光検出器６０からの受光信号が測定処理装置に出力される。かかる受光信号を受信した測定処理装置は、光パルスを送出したタイミングと、該パルスに対応する受光信号を受信したタイミングとの時間差に基づいて、照射領域との距離を算出する。

本実施形態では、走査ミラー４０の回転数は、数１００ｒｐｍ〜数１０００ｒｐｍの範囲で一定の回転数に設定される。レーザ光の発光間隔は、走査ミラー４０の回転数と、投光角度分解能によって変わり、具体的には、回転数が高くなるほど、或いは投光角度分解能が小さくなるほど、レーザ光の発光間隔が短くなる。

一例として、走査ミラー４０の回転数が５００ｒｐｍ、投光角度分解能が１°の場合、発光間隔は３３３μｓｅｃ、発光周波数は３ｋＨｚである。走査ミラー４０で−８０°〜＋８０°の範囲を走査し、３３３μｓｅｃ毎に発光させる場合には、１°毎に１６１個の測定データが得られる。

他の一例として、偏向器の回転数が６０００ｒｐｍ、投光角度分解能が０．２５°の場合、発光間隔は６．９μｓｅｃ、発光周波数は１４４ｋＨｚである。走査ミラー４０で−８０°から＋８０°まで走査し、６．９μｓｅｃ毎に発光させる場合には、０．２５°毎に６４１個の測定データが得られる。

なお、これらは例示であって、走査ミラー４０の回転数及び投光角度分解能は、用途に適した条件に、適宜設定することができる。

本実施形態のレーザレーダ装置では、投光手段Ｐの構成要素として上述した光源装置を使用していることから、精度の良い位置調整がなされたレンズ２０及びＬＤ１０によって、良好なレーザ走査が実現される。また、ＬＤ１０から放出される光ビームの位置精度が良好に確保され、遠距離での高い分解能や、環境変化や振動に対する高い耐久性を実現することができる。

１ 光源装置
１０ ＬＤ（光源）
２０ レンズ
１１ ＬＤ保持部材（光源保持部材）
２２ レンズ保持部材
２２２ 第１基準面
２２３ 第２基準面
２１ ベース部材
２１１ 第３基準面
２１２ 第４基準面

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源を保持する光源保持部材と、
   前記光源からの光が通過するレンズと、
   前記レンズを保持するレンズ保持部材と、
   前記光源保持部材と前記レンズ保持部材とを保持するベース部材と、
   を備え、
   前記レンズ保持部材には、前記レンズが当接されて該レンズの光軸の向きを規制する第１及び第２基準面が各々前記光軸に平行かつ相互に異なる方向に形成され、
   前記ベース部材には、前記レンズ保持部材が当接されて該レンズ保持部材の位置を前記光軸に垂直な平面内で規制する第３及び第４基準面が、各々前記光軸に平行かつ相互に直交する面に形成されている
   光源装置。
2. 前記レンズを固定した前記レンズ保持部材をレンズ保持モジュールとし、前記レンズ保持モジュールを前記第３及び第４基準面に当接させながら前記光軸方向に相対移動させることで前記レンズの位置調整を行う
   請求項１記載の光源装置。
3. 前記レンズ保持モジュールのレンズ位置調整は、前記レンズ保持部材の第１及び第２基準面を、前記ベース部材の第３及び第４基準面と平行方向に相対移動することにより行う
   請求項２記載の光源装置。
4. 前記レンズ保持部材の第１及び第２基準面を、前記ベース部材の第３及び第４基準面に向けて付勢する付勢部材を有する
   請求項１記載の光源装置。
5. 前記光源保持部材は、光軸に垂直な平面内で位置決め調整された状態で前記ベース部材に固定されている請求項１記載の光源装置。
6. 前記光源を駆動制御するための回路を備えた基板を有し、
   前記基板は、前記光源保持部材に固定されている請求項１記載の光源装置。
7. 前記レンズ保持部材を、前記第３及び第４基準面に沿って前記光軸に平行な方向に駆動させる駆動装置を有する
   請求項１記載の光源装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の光源装置と、
   前記光源から出射される光を走査して投光するための投光手段と、
   を有する光走査装置。
9. 請求項８記載の光走査装置と、
   前記光走査装置で投光される光を受光するための受光手段と、
   を有する物体検出装置。

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