JP5192917B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子を移動させることにより光線を所定の方向に照射する光照射装置に関し、特にレーザレーダ装置等においてレーザビームを照射するのに好適な光照射装置に関する。

近年、先進安全自動車（ＡＳＶ）の開発が進められている。「先進安全自動車」とは、さらなる安全性向上を目指して、国土交通省と国内自動車・２輪車メーカーとで開発を推進している自動車のことである。先進安全自動車の開発に関連して、最新のＩＴ技術を用いた運転の支援機能や、万一の際の衝撃軽減機能、被害拡大の防止機能等の開発・研究も進められてきている。各社とも２０００年度からは公道での実験も実施する等、開発は着実に進んでおり、中にはすでに市販車にフィードバックされた技術も存在する。レーダを用いて前走車との車間距離を検出し、車間距離に応じて衝突を予測して自動的にブレーキをかける「追突軽減ブレーキ」等はその一例である。

ここで、車間距離を測定するための提案に関し、例えば特許文献１においては、パルスレーザビームを投光して測定角度範囲内をスキャンし、被検出物からの反射光を受光器で受光して反射光の戻り時間を計測することにより被検出物との距離を算出する装置が提案されている。

また、特許文献２では、パルスレーザビームをスキャンするための具体的な手段について述べている。即ち、特許文献２では、キャリッジに乗せた送光用のレンズをボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと略記する）で駆動させ、これにより、レーザダイオードから出力されるパルス光の投射方向を連続的に可変して、一定の角度を繰り返しスキャンすることができるような投光器の構成が提案されている。この特許文献２の例においては、送光用のレンズの位置を検出する検出器を設け、台形速度パターンの指示に追従するようにＶＣＭに供給する電流をフィードバック制御することにより、光の投射方向を正確に保つことができる。
特開平７−２７０５３５号公報 特開２００１−１０８７４６号公報

ここで、ボイスコイルモータを用いる場合、フィードバック制御により送光用のレンズを動かすためには、以下の（１）及び（２）に示す条件を満足することが望ましい。

（１） 自動車の走行中にレーザレーダで前方の障害物を検出して事故を防止するためには、自動車の走行状況や道路状況により、障害物を検出するのに最も適したスキャンパターンでレーザビームがスキャンされるようにする必要がある。例えば、自動車が高速道路を高速で走行している最中は、レーザビームのスキャン角度を狭めて比較的遠方の物体を重点的に検出できるようにすることが必要である。逆に、渋滞等により自動車の速度が落ちてきた場合には、進行方向正面の自動車に加えて、至近距離で隣接車線から車線変更してくる自動車等も的確に検出できるようにするために、レーザビームのスキャン角度を広くすることが必要である。これらのような場合は何れも、レーザビームのスキャン動作を継続しつつ、スキャン角度を徐々に変化させる必要がある。即ち、レーザビームのスキャンパターンを切り替えるにあたっては、ＶＣＭにより送光用のレンズの動きを制御するフィードバック制御を保った状態でレーザビームのスキャンパターンを徐々に変更させる必要がある。

（２） ＰＳＤ等の位置検出素子により送光用のレンズの位置を検出して照射方向を認識する光照射装置の場合、位置決めフィードバック制御における位置決め精度（位置指示値とアクチュエータの実際の位置との差）は、ＰＳＤ等の位置検出素子の精度が支配的に影響することが知られている。さらに、実際の光照射装置では、ＰＳＤの照明光学系の収差や迷光等の影響によりＰＳＤの位置検出特性が理想的な直線特性を持つことはなく、アクチュエータの位置に依存した誤差を持つ。このような誤差を補正するためには、レーザビームのスキャン幅の大きさやスキャン方向等に応じて、レーザビームのスキャンパターンを補正する必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、レーザビームのスキャンパターンを徐々に変更することができ、且つ位置検出素子の精度誤差を補正して正確なアクチュエータの位置制御を行うことができる光照射装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の光照射装置は、光線を出力する光源と、前記光源から出力される光線の方向を変化させる光学素子と、前記光学素子が配置され、前記光源が出力する光線に対して垂直な平面内を移動するアクチュエータと、前記アクチュエータの位置を示す位置検出信号を生成する位置検出部と、前記光線が所定のスキャンパターンでスキャンされるように前記アクチュエータの位置を指示するための制御信号を生成し、該制御信号と前記位置検出信号とに基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と、前記制御信号を生成するための制御パラメータを複数組記憶するメモリと、部からの指示に応じて前記メモリに記憶された複数組の制御パラメータの中から前記制御信号を生成するための制御パラメータを選択して前記制御部に出力する選択部とを具備し、前記外部から前記所定のスキャンパターンを第１のスキャンパターンから第２のスキャンパターンに移行させるように指示がなされた場合に、前記選択部は、前記第１のスキャンパターンから前記第２のスキャンパターンへの移行過程において、前記第１のスキャンパターンと前記第２のスキャンパターンとの間のスキャンパターンに対応した制御パラメータの組をさらに選択することを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、レーザビームのスキャンパターンを徐々に変更することができ、且つ位置検出素子の精度誤差を補正して正確なアクチュエータの位置制御を行うことができる光照射装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光照射装置を備えるレーザレーダの構成を示す図である。図１に示すレーザレーダは、システム制御部１００と、スキャナ部２００と、スキャナ制御部３００と、受光部４００と、発光装置５００とを有している。

システム制御部１００は、スキャナ制御部３００、受光部４００、発光装置５００と接続され、スキャナ制御部３００にスキャンパターンの指示を行ったり、発光装置５００に発光指示を行ったりする等、レーザレーダ全体の動作を制御する。

スキャナ部２００は、レンズホルダ２０１と、アクチュエータ２０２と、光源２０３ａ及び２０３ｂと、ＰＳＤ２０４ａ及び２０４ｂとを有し、スキャナ制御部３００の制御の下、レーザビームを任意の方向（角度）に投射する。

レンズホルダ２０１は、内部に、発光素子２０１ａと、リレーレンズ２０１ｂとを有している。発光素子２０１ａは、例えばレーザダイオードであり、発光装置５００から供給される電流に応じた光をリレーレンズ２０１ｂの側に投射する。リレーレンズ２０１ｂは、発光素子２０１ａからの光出力を、適当な広がり角を持った、レーザレーダに好適なレーザビームに成形して出射する。

アクチュエータ２０２は、光学素子としてのレンズ２０２ａが配置されている。本実施形態のアクチュエータ２０２は、例えばＶＣＭの一種であるが、可動範囲が小さいので、ガイドロッド等のレール上を移動するような構造ではない。即ち、本実施形態のアクチュエータ２０２は、ワイヤバネ２０２ｂによってレンズホルダ２０１に支持され、図示矢印で示すＸ軸方向とＸ軸方向に直交するＹ軸方向とを移動自在に構成されている。

アクチュエータ２０２は、ワイヤバネ２０２ｂから給電される電流を駆動コイル２０２ｃに流すことにより、駆動コイル２０２ｃと磁石２０２ｄとの間に発生する電磁力を受けてＸ軸方向の任意の位置に移動する。なお、Ｙ軸方向については駆動コイルと磁石を図示していないが、Ｘ軸方向と同様の構造・原理に従ってＹ軸方向の任意の位置に移動する。このアクチュエータ２０２の移動に伴って、アクチュエータ２０２に配置されたレンズ２０２ａも、レーザビームの光軸に垂直な平面内を移動する。

以上の動作により、リレーレンズ２０１ｂから出射され、レンズ２０２ａで屈折したレーザビームを、２次元状にスキャンさせることが可能である。

ここで、アクチュエータ２０２の動きは、アクチュエータ２０２のＸ軸方向に沿った動きを検出するためのＰＳＤ２０４ａと、アクチュエータ２０２のＹ軸方向に沿った動きを検出するためのＰＳＤ２０４ｂとによって検出される。即ち、光源２０３ａとＰＳＤ２０４ａ、及び光源２０３ｂとＰＳＤ２０４ｂはそれぞれアクチュエータ２０２を挟むように配置されている。またアクチュエータ２０２にはスリット２０２ｅ、２０２ｆが形成されている。このような構成において、アクチュエータ２０２の動きに連動してスリットの位置が移動することにより、各光源からの光はスリットを通過して、ＰＳＤに入射する光スポットの入射位置が移動する。このときの各ＰＳＤからの出力電流に基づき、アクチュエータ２０２の位置を示す位置検出信号が生成され、この位置検出信号がスキャナ制御部３００に送られる。

スキャナ制御部３００は、システム制御部１００から指示されるレーザビームのスキャンパターンに応じてアクチュエータ２０２、即ちレンズ２０２ａの動き量を制御する。詳細は後述するが、スキャナ制御部３００は、スキャナ部２００の各ＰＳＤからの出力とレーザビームのスキャンパターンに応じて生成されるアクチュエータ２０２の位置指示値とを比較してアクチュエータ２０２の位置制御を行う。

受光部４００は、受光レンズ４０１と、受光センサ４０２とを有している。受光レンズ４０１は、レンズ２０２ａから出射されたレーザビームの、物体６００からの反射光を集光して受光センサ４０２に入射させる。受光センサ４０２は、受光レンズ４０１を介して入射された物体６００からの反射光を電気信号に変換し、反射光の光量を示す受光検出信号をシステム制御部１００に出力する。システム制御部１００は、受光センサ４０２からの受光検出信号に応じて発光装置５００に対して発光指示を行う。

発光装置５００は、システム制御部１００からの発光指示に従った所定の発光量で発光素子２０１ａを発光させる。

以下、本実施形態において、レーザビームのスキャンパターンを切り替える方法について述べる。図１において、アクチュエータ２０２に発生する力を考えると、フレミングの法則により、
Ｆ＝ｎ×Ｂ×Ｌ×ｉ （１）
Ｆ［Ｎ］：力
ｎ［回］：駆動コイルの巻き数
Ｂ［Ｔ］：磁束密度
Ｌ［ｍ］：駆動コイル内の導体の磁気回路内有効長
ｉ［Ａ］：駆動コイルを流れる電流
となる。

ここで、レーザレーダの装置寸法やアクチュエータ２０２の必要可動範囲、磁石のコスト等の制約により、駆動コイルの寸法や磁束密度の上限が決まる。また、駆動コイルの最大許容電流は、駆動コイルの発熱の制約を受ける。即ち、駆動コイルを構成している電線の絶縁層の耐熱限度を超えるほどの電流を流すと、駆動コイルの絶縁層が破壊されて故障の原因となるため、最大許容電流は絶縁層の耐熱限界を超えない範囲となる。これらの理由により、アクチュエータ２０２に発生する最大の力（Ｆｍａｘ）には上限が存在する。

一方、アクチュエータ２０２を動かすために必要な力は、
Ｆ＝Ｍ×α （２）
Ｆ［Ｎ］：力
Ｍ［Ｋｇ］：アクチュエータの可動部の質量
α［ｍ/ｓ^２］：加速度
で決まる。したがって、アクチュエータ２０２に発生可能な加速度の上限値αｍａｘは、Ｆｍａｘと（２）式より、
αｍａｘ＝Ｆｍａｘ/Ｍ
となる。

以上より、サーボ動作を保ったままスキャンパターンを切り替えるためには、アクチュエータ２０２に発生させる加速度を、上限値αｍａｘを超えない範囲で切り替える必要があることが分かる。

図２は、スキャンパターンを不連続に切り替えた場合のアクチュエータ２０２の挙動を模式的に示す図である。ここで、スキャンパターンは複数のテーブルパターンによって構成される。１つのテーブルパターンによってレーザビームの右から左或いは左から右のスキャンが行われる。

図２は、レーザビームを左から右にスキャンさせる時のテーブルパターンＬ１と右から左にスキャンさせる時のテーブルパターンＲ１の組からなるスキャンパターンによってレーザビームを左右交互にスキャンさせている状態から、スキャン幅を広げたテーブルパターンＬ２及びＲ２の組からなるスキャンパターンへ移行させる場合の例を示している。

レーザビームのスキャン幅を広げるためにはアクチュエータ２０２の移動範囲を広げる必要がある。ここで、アクチュエータ２０２の移動範囲を広げるべく、レーザビームのスキャンパターンをＬ１及びＲ１の組からＬ２及びＲ２の組に切り替えると、テーブルパターンＲ１とテーブルパターンＬ２とではレーザビームのスキャン幅が大きく異なるため、位置指示値が瞬間的に不連続に変化する（図示Ａ点）。位置指示値が不連続に変化する場合、その位置変化に応じてアクチュエータ２０２を瞬時に移動させる必要があるため、その瞬時の移動を行うためには非常に大きな加速度が必要となる。ところが、上述したように、アクチュエータ２０２は、加速度が上限値αｍａｘを超えられないため、限りなく大きな加速度を発生することができない。したがって、位置指示値が不連続的に変化するタイミングにおいてアクチュエータ２０２の動きに乱れが発生する。この乱れが大きくなるとサーボ動作に影響を与えてしまう。

本実施形態は、このような位置指示値の不連続な変化を防止するために図３のようにしてテーブルパターンの切り替えを行う。即ち、本実施形態においては、テーブルパターンをＬ１、Ｒ１の組からＬ２、Ｒ２の組に切り替えるに先立って、それぞれ、スキャン幅がＬ１、Ｒ１よりも長くてＬ２、Ｒ２よりも短い、２組のテーブルパターンＬＴ１、ＲＴ１及びＬＴ２、ＲＴ２を挿入するようにする。これにより、位置指示値の不連続的な変化が抑えられるので、結果としてアクチュエータ２０２の加速度が上限値αｍａｘを超えることなく、即ちサーボ動作を正常としたままでＬ１、Ｒ１の組からＬ２、Ｒ２の組へのスキャンパターンの切り替えを行うことが可能である。

ここで、図３の例では、Ｌ１、Ｒ１の組とＬ２、Ｒ２の組の間に２種のテーブルパターンの組、ＬＴ１、ＲＴ１及びＬＴ２、ＲＴ２を挿入しているが、Ｒ１とＬ２の位置指示値の変化量が比較的大きい場合には３種以上のテーブルパターンの組を挿入する。逆にＲ１とＬ２の位置指示値の変化量が比較的小さい場合には１種のテーブルパターンの組を挿入するだけでも良い。

次に、ＰＳＤの出力特性における非線形誤差がサーボ動作に与える影響について説明する。図４（ａ）は、ＰＳＤと光源とを組み合わせた位置検出器の出力特性を示す図である。ここで、図４（ａ）の横軸はアクチュエータ２０２の位置（ここではＸ軸方向の位置）を示し、縦軸はＰＳＤの出力（位置検出信号）を示している。また、図４（ａ）の一点鎖線は理想的なＰＳＤの出力特性を示し、図４（ａ）の実線は実測値の例を示す。

ＰＳＤは、理想的には、図４（ａ）の一点鎖線で示すような、アクチュエータ２０２の位置に比例した出力となる。しかしながら、実際には、レンズの収差や迷光等の影響により、図４（ａ）の実線で示すような非線形誤差を持った出力となる。このような位置検出器を用いてＡＺ（方位角）方向へのレーザビームのスキャンを行っても、アクチュエータ２０２はＰＳＤの出力の実測値に従った位置制御がなされるため、アクチュエータ２０２の動きは理想値のような線形の動きとはならない。

アクチュエータ２０２の動きを理想値のような線形の動きとするためには、実測値で示される誤差を打ち消すような補正値を用いてＰＳＤの出力を補正すれば良い。この非線形誤差の補正値について簡単に説明する。

図５は、ＰＳＤの非線形誤差の補正機能を有するアクチュエータ２０２の位置制御系のモデル図である。図５に示す系は、レーザビームの投射角度を示す角度指示値θ（ｓ）を入力とし、該角度指示値に従って所望の位置にアクチュエータ２０２が移動するように、アクチュエータ２０２の位置のフィードバック制御を行う系である。

ここで、図５において、Ｋｖは電圧（角度）−距離変換係数、Ｇ（ｓ）はゲイン（実際にはゲインと位相補償の積）、Ｈ（ｓ）はＰＳＤの検出ゲイン、Ｅ（ｓ）はＨ（ｓ）の誤差（図４（ａ）に示す非線形誤差）、Ｃ（ｓ）はＨ（ｓ）を打ち消すための補正値である。

図５の系において、入力θ（ｓ）と出力Ｙ（ｓ）との関係は以下の（３）式に示すものとなる。

Ｇ（ｓ）>>１とすると、

となる。ここで、Ｃ（ｓ）Ｋｖ＝Ｅ（ｓ）となるようにＣ（ｓ）を決定すれば、

となり、誤差Ｅ（ｓ）が打ち消されることになる。即ち、図４（ａ）に示す非線形誤差を打ち消す補正値Ｃ（ｓ）は、Ｅ（ｓ）/Ｋｖとなる。なお、実際には、角度指示値θ（ｓ）と補正値Ｃ（ｓ）との積を、アクチュエータ２０２の位置制御を行うための制御パラメータとして、予めスキャナ制御部３００のメモリに記憶させておく。また、補正値は、理想値の直線に対して実測値の曲線と対称な曲線を折れ線近似等の手法で求めることで求めるようにしても良い。

次に、ＡＺ方向のレーザビームのスキャン幅及びスキャン幅のオフセット（スキャンの開始位置）を変更する場合の補正値の選択手法について、図４（ｂ）〜図４（ｄ）を参照して説明する。

上述したように、ＰＳＤの非線形誤差はアクチュエータ２０２の位置によって異なる。ここで、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示すように、ＰＳＤの非線形誤差の補正範囲は、レーザビームのスキャン幅とスキャン幅のオフセットとによって変化するので、レーザビームのスキャン幅やスキャン幅のオフセットを変更した場合には、補正値も補正範囲に応じたものを取得する必要がある。例えば、スキャン幅の広い図４（ｂ）の状態では図４（ｃ）、図４（ｄ）の状態に比べて広い範囲に渡って補正値を取得する必要がある。また、オフセットがある場合にはそのオフセット分だけずらした位置に対応した範囲の補正値を取得する必要がある。

このように、本実施形態では、レーザビームのスキャン幅やスキャン幅のオフセットに従った補正値を取得することで、どのようなスキャン幅及びオフセットであってもアクチュエータ２０２の動き量を理想値とすることができる。

次に、図６を参照して、スキャナ制御部３００についてさらに説明する。図６は、第１の実施形態におけるスキャナ制御部３００の内部の構成を示す図である。ここで、図６はスキャナ制御部３００をＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成した場合の例である。

図６に示すように、スキャナ制御部３００は、ＤＳＰ３０１と、アクチュエータドライバ３０２と、信号処理部３０３とを有している。また、ＤＳＰ３０１は、インタフェース３０１ａと、アクセス処理部３０１ｂと、テーブル切替部３０１ｃと、メモリ３０１ｄと、目標角度指示テーブル設定部３０１ｅと、角度・位置変換部３０１ｆと、減算器３０１ｇと、アナログ/デジタル（ＡＤ）変換部３０１ｈと、ゲイン調整部（ＡＧＣ）３０１ｉと、位相補償フィルタ３０１ｊと、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御部３０１ｋとを有している。

以下、図７を参照して図６のスキャナ制御部３００の動作について説明する。図７は、第１の実施形態のスキャナ制御部３００によるアクチュエータ２０２の位置制御動作について示すフローチャートである。

まず、システム制御部１００は、インタフェース３０１ａを介して所望のスキャンパターンへの移行指示をアクセス処理部３０１ｂに伝達する（ステップＳ１）。アクセス処理部３０１ｂはシステム制御部１００からのスキャンパターンの移行指示を解析し、システム制御部１００からのスキャンパターンの移行に必要なテーブルパターンの組み合わせである移行パターンを求める。その後、求めた移行パターンをテーブル切替部３０１ｃに通知し、制御パラメータとしての角度指示値の読み出しを指示する（ステップＳ２）。テーブル切替部３０１ｃは、アクセス処理部３０１ｂからの指示を受けて、移行パターンに応じてメモリ３０１ｄに記憶されている角度指示値（実際には角度指示値と補正値との積）の読出し順を決定する（ステップＳ３）。その後、テーブル切替部３０１ｃは、メモリ３０１ｄから移行パターンに応じた読出し順で複数の角度指示値を読出し、読出した複数の角度指示値をテーブルデータとしてセットするように目標角度指示テーブル設定部３０１ｅに指示する（ステップＳ４）。これにより、テーブルパターンが更新される。

続いて、アクセス処理部３０１ｂは、レーザビームのスキャンの停止の割込が検出されたかを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５の判定において、停止の割込が検出された場合には、停止処理を実行してレーザビームのスキャンを停止させる。一方、ステップＳ５の判定において、停止の割込が検出されていない場合に、アクセス処理部３０１ｂは、角度・位置変換部３０１ｆに、目標角度指示テーブル設定部３０１ｅにおいてセットされているテーブルデータ（角度指示値）の読出しを指示する（ステップＳ６）。

図１にも示すように、アクチュエータ２０２に配置されているレンズ２０２ａは、アクチュエータ２０２の移動に伴って直線的に移動しながら所望の角度にレーザビームを投射する。このような動作を行うために、角度・位置変換部３０１ｆは、読み出した角度指示値を、所望の角度でレーザビームを投射するために必要なアクチュエータ２０２への位置指示値に変換し、変換して得られた位置指示値（直線運動指示値）を減算器３０１ｇに出力する（ステップＳ７）。この演算は、例えば、角度指示値に対応した信号を所定の電圧（角度）−距離変換係数に対応した増幅率で増幅することで行う。

このような動作と並行して、アクチュエータ２０２の位置はＰＳＤ２０４ａ（及びＰＳＤ２０４ｂ）によって検出される。ＰＳＤ２０４ａから出力される位置検出信号は信号処理部３０３に入力される。信号処理部３０３は、ＰＳＤ２０４ａからの位置検出信号を適当な増幅率で増幅するとともにインピーダンス変換を行ってＤＳＰ３０１内部のＡＤ変換部３０１ｈに出力する。ＡＤ変換部３０１ｈは、信号処理部３０３からの位置検出信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＧＣ３０１ｉは、このデジタル信号のゲインを調整して該デジタル信号における光源２０３ａの明るさ変動の影響を除去し、この結果として得られる信号（Ａｃｔ基準化変位量）を、減算器３０１ｇに出力する。減算器３０１ｇは、角度・位置変換部３０１ｆからの位置指示値とＡＧＣ３０１ｉからのＡｃｔ基準化変位量との差分を計算し、それによって得られる位置誤差値を示す信号を位相補償フィルタ３０１ｊに出力する（ステップＳ８）。

その後、位相補償フィルタ３０１ｊは、減算器３０１ｇからの位置誤差値を位相補償し、ＰＷＭ制御部３０１ｋに出力する。ＰＷＭ制御部３０１ｋは、位相補償された位置誤差値をパルスに変換してアクチュエータドライバ３０２に入力する（ステップＳ９）。アクチュエータドライバ３０２は、ＰＷＭ制御部３０１ｋから入力されるパルスのパルス密度に応じて駆動コイル２０２ｃに電流を供給してアクチュエータ２０２を駆動する(ステップ１０)。上述したように、アクチュエータ２０２にはレンズ２０２ａが配置されている。レンズホルダ２０１内に設けられた発光素子２０１ａにおいて発生したレーザビームは、レンズ２０２ａを通して目標角度の方向に投射される。角度指示値とビーム角度が一致したかどうかは、位置誤差値を、インタフェース３０１ａを介してシステム制御部１００へ伝達することにより判定される。即ち、システム制御部１００は位置誤差値が０である場合に、角度指示値とビーム角度とが一致したと判定する。

アクチュエータ２０２が所望の位置に移動し、レーザビームが所望の角度に投射された後、アクセス処理部３０１ｂは、角度・位置変換部３０１ｆによる角度指示値の読出しが完了したかを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定において、角度指示値の読出しが完了していない場合には、処理がステップＳ５に戻る。この時点で停止の割込が検出されていない場合には、角度・位置変換部３０１ｆに、次の角度指示値の読出しを指示する。一方、ステップＳ１１の判定において、角度指示値の読出しが完了した場合には、処理がステップＳ２に戻る。この場合には、テーブルパターン１つ分のデータの読み出しが完了し、左から右若しくは右から左へのレーザビームのスキャンが完結する。その後は、テーブルパターンが更新され、更新されたテーブルパターンに応じてアクチュエータ２０２の位置制御が再開される。

ここで、ステップＳ２において、スキャンパターンの切り替え指示に応じて移行パターンを決定する際には、アクチュエータ２０２の加速度が上限値αｍａｘを超えないようにテーブルパターンを組み合わせる必要がある。例えば、図３に示す、レーザビームを左から右にスキャンする時のパターンＬ１と右から左にスキャンするときのパターンＲ１の組からなるスキャンパターンによりレーザビームを左右交互にスキャンしている状態から、スキャン速度を上げてスキャン幅を広げたテーブルパターンＬ２及びＲ２の組からなるスキャンパターンへ移行する場合には、位置指示値の変化が不連続とならないように、橋渡しをするテーブルパターンＬＴ１、ＲＴ１、ＬＴ２、ＲＴ２を経由させるようにする。メモリ３０１ｄには、異なる複数のスキャン条件に対応する角度指示値の組が記憶されており、システム制御部１００から指示されるスキャンパターンに応じて、メモリ３０１ｄから適切な角度指示値を読み出してテーブルパターンを更新することにより、アクチュエータ２０２の加速度の上限値αｍａｘを越えることなくテーブルパターンを切替えることができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、アクチュエータ２０２の動きに乱れを発生させることなくサーボ動作を正常に動作させたままスキャンパターンを切替えることができる。また、テーブルパターンとしてセットするデータ（角度指示値）をＰＳＤの非線形誤差を打ち消す補正値によって予め補正しておくことにより、スキャンパターンの種類によらず、正確な位置ヘアクチュエータ２０２を移動させることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態におけるスキャナ制御部３００の内部の構成を示す図である。第２の実施形態は、スキャナ制御部３００をマイクロコンピュータ（マイコン）３０４とアナログ信号処理回路との組み合わせで構成した例である。図８に示すように、第２の実施形態におけるスキャナ制御部３００は、マイコン３０４と、減算器３０１ｇと、位相補償フィルタ３０１ｊと、アクチュエータドライバ３０２と、信号処理部３０３と、ＡＧＣ３０１ｉとを有している。また、マイコン３０４は、インタフェース３０１ａと、アクセス処理部３０１ｂと、テーブル切替部３０１ｃと、メモリ３０１ｄと、目標角度指示テーブル設定部３０１ｅと、角度・位置変換部３０１ｆと、デジタル/アナログ（ＤＡ）コンバータ３０１ｌと、アナログ/デジタル（ＡＤ）コンバータ３０１ｍとを有している。

以下、図９を参照して図８のスキャナ制御部３００の動作について説明する。図９は、第２の実施形態のスキャナ制御部３００によるアクチュエータ２０２の位置制御動作について示すフローチャートである。なお、図９は、マイコン３０４内での動作について特に示している。

まず、システム制御部１００は、インタフェース３０１ａを介して所望のスキャンパターンへの移行指示をアクセス処理部３０１ｂに伝達する（ステップＳ２１）。アクセス処理部３０１ｂはシステム制御部１００からのスキャンパターンの移行指示を解析し、システム制御部１００からのスキャンパターンの移行に必要な移行パターンを求める。その後、求めた移行パターンをテーブル切替部３０１ｃに通知し、制御パラメータとしての角度指示値の読み出しを指示する（ステップＳ２２）。テーブル切替部３０１ｃは、アクセス処理部３０１ｂからの指示を受けて、移行パターンに応じてメモリ３０１ｄに記憶されている角度指示値の読出し順を決定する（ステップＳ２３）。その後、テーブル切替部３０１ｃは、メモリ３０１ｄから移行パターンに応じた読出し順で複数の角度指示値を読出し、読出した複数の角度指示値をテーブルデータとしてセットするように目標角度指示テーブル設定部３０１ｅに指示する（ステップＳ２４）。これにより、テーブルパターンが更新される。

続いて、アクセス処理部３０１ｂは、レーザビームのスキャンの停止の割込が検出されたかを判定する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５の判定において、停止の割込が検出された場合には、停止処理を実行してレーザビームのスキャンを停止させる。一方、ステップＳ５の判定において、停止の割込が検出されていない場合には、アクセス処理部３０１ｂは、角度・位置変換部３０１ｆに、目標角度指示テーブル設定部３０１ｅにおいてセットされているテーブルデータ（角度指示値）の読出しを指示する（ステップＳ２６）。角度・位置変換部３０１ｆは、読み出した角度指示値を位置指示値に変換し、変換して得られた位置指示値（直線運動指示値）を、ＤＡコンバータ３０１ｌを介してアナログ信号に変換した後、減算器３０１ｇに出力する（ステップＳ２７）。

このような動作と並行して、アクチュエータ２０２の位置はＰＳＤ２０４ａ（及びＰＳＤ２０４ｂ）によって検出される。ＰＳＤ２０４ａから出力される位置検出信号は信号処理部３０３に入力される。信号処理部３０３は、ＰＳＤ２０４ａからの位置検出信号を適当な増幅率で増幅する。ＡＧＣ３０１ｉは、この信号のゲインを調整して該デジタル信号における光源２０３ａの明るさ変動の影響を除去し、この結果として得られる信号（Ａｃｔ基準化変位量）を、減算器３０１ｇに出力する。

減算器３０１ｇは、角度・位置変換部３０１ｆからの位置指示値とＡＧＣ３０１ｉからのＡｃｔ基準化変位量との差分を計算し、それによって得られる位置誤差値を示す信号を位相補償フィルタ３０１ｊ及びマイコン３０４内部のＡＤコンバータ３０１ｍに出力する。

位相補償フィルタ３０１ｊは、減算器３０１ｇからの位置誤差値を位相補償してアクチュエータドライバ３０２に入力する。これにより、サーボ性能が改善される。アクチュエータドライバ３０２は、位相補償フィルタ３０１ｊからの位置誤差値を入力としてアクチュエータ２０２を駆動する。上述したように、アクチュエータ２０２にはレンズ２０２ａが配置されている。レンズホルダ２０１内に設けられた発光素子２０１ａにおいて発生したレーザビームは、レンズ２０２ａを通して目標角度の方向に投射される。

また、角度指示値とビーム角度とが一致したかどうかは、減算器３０１ｇからの位置誤差値をマイコン３０４のＡＤコンバータ３０１ｍでデジタル信号に変換し、このデジタル信号を、インタフェース３０１ａを介してシステム制御部１００へ伝達することで判定される。

アクチュエータ２０２が所望の位置に移動し、レーザビームが所望の角度に投射された後、アクセス処理部３０１ｂは、角度・位置変換部３０１ｆによる角度指示値の読出しが完了したかを判定する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８の判定において、角度指示値の読出しが完了していない場合には、処理がステップＳ２５に戻る。この時点で停止の割込が検出されていない場合には、角度・位置変換部３０１ｆに、次の角度指示値の読出しを指示する。一方、ステップＳ２８の判定において、角度指示値の読出しが完了した場合には、処理がステップＳ２２に戻る。この場合には、テーブルパターン１つ分のデータの読み出しが完了し、左から右若しくは右から左へのレーザビームのスキャンが完結する。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、システム制御部１００から、インタフェース３０１ａを介してマイコン３０４に所望のスキャンパターンが送られてくる。ここで、テーブル切替部３０１ｃによりテーブルパターンを更新する場合には、アクチュエータ２０２の加速度が上限値αｍａｘを越えないように、スキャンパターンに応じて予め決められた複数のテーブルパターンを組み合わせることにより、アクチュエータ２０２の位置制御ループを安定的に動作させたままで異なるスキャンパターンへ切替えることが可能となる。

以上説明したような第２の実施形態によっても、アクチュエータ２０２の動きに乱れを発生させることなくサーボ動作を正常に動作させたままスキャンパターンを切替えることができるとともに、テーブルパターンとしてセットするデータ（角度指示値）をＰＳＤの誤差を打ち消す補正値によって予め補正しておくことにより、スキャンパターンの種類によらず、正確な位置ヘアクチュエータ２０２を移動させることができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、上述した各実施形態においては補正値によって補正がなされた角度指示値をＤＳＰ３０１内又はマイコン３０４内部のメモリ３０１ｄに記憶させているが、ＤＳＰ３０１又はマイコン３０４の外部のメモリに記憶させるようにしても良い。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る光照射装置を備えるレーザレーダの構成を示す図である。 スキャンパターンを不連続に切り替えた場合のアクチュエータの挙動を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるスキャンパターンの切り替えについて説明するための図である。 ＰＳＤと光源とを組み合わせた位置検出器の出力特性における非線形誤差について示す図である。 ＰＳＤの非線形誤差の補正機能を有するアクチュエータの位置制御系のモデル図である。 第１の実施形態におけるスキャナ制御部の内部の構成を示す図である。 第１の実施形態のスキャナ制御部によるアクチュエータの位置制御動作について示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるスキャナ制御部の内部の構成を示す図である。 第２の実施形態のスキャナ制御部によるアクチュエータの位置制御動作について示すフローチャートである。

符号の説明

１００…システム制御部、２００…スキャナ部、２０１…レンズホルダ、２０１ａ…発光素子、２０１ｂ…リレーレンズ、２０２…アクチュエータ、２０２ａ…レンズ、２０２ｂ…ワイヤバネ、２０２ｃ…駆動コイル、２０２ｄ…磁石、２０３ａ，２０３ｂ…光源、２０４ａ，２０４ｂ…ＰＳＤ、３００…スキャナ制御部、３０１…ＤＳＰ、３０１ａ…インタフェース、３０１ｂ…アクセス処理部、３０１ｃ…テーブル切替部、３０１ｄ…メモリ、３０１ｅ…目標角度指示テーブル設定部、３０１ｆ…角度・位置変換部、３０１ｇ…減算器、３０１ｈ…アナログ/デジタル（ＡＤ）変換部、３０１ｉ…利得調整部（ＡＧＣ）、３０１ｊ…位相補償フィルタ、３０１ｋ…パルス幅変調（ＰＷＭ）制御部、３０１ｌ…デジタル/アナログ（ＤＡ）コンバータ、３０１ｍ…アナログ/デジタル（ＡＤ）コンバータ、３０２…アクチュエータドライバ、３０３…信号処理部、３０４…マイクロコンピュータ（マイコン）、４００…受光部、４０１…受光レンズ、４０２…受光センサ、５００…発光装置

Claims (4)

1. 光線を出力する光源と、
   前記光源から出力される光線の方向を変化させる光学素子と、
   前記光学素子が配置され、前記光源が出力する光線に対して垂直な平面内を移動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの位置を示す位置検出信号を生成する位置検出部と、
   前記光線が所定のスキャンパターンでスキャンされるように前記アクチュエータの位置を指示するための制御信号を生成し、該制御信号と前記位置検出信号とに基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と、
   前記制御信号を生成するための制御パラメータを複数組記憶するメモリと、
   外部からの指示に応じて前記メモリに記憶された複数組の制御パラメータの中から前記制御信号を生成するための制御パラメータを選択して前記制御部に出力する選択部と、
   を具備し、
   前記外部から前記所定のスキャンパターンを第１のスキャンパターンから第２のスキャンパターンに移行させるように指示がなされた場合に、前記選択部は、前記第１のスキャンパターンから前記第２のスキャンパターンへの移行過程において、前記第１のスキャンパターンと前記第２のスキャンパターンとの間のスキャンパターンに対応した制御パラメータの組をさらに選択することを特徴とすることを特徴とする光照射装置。
2. 前記制御パラメータの組は、前記光線のスキャンの１周期の複数の所定位相に対応する前記光線の方向を表す値であることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記制御パラメータの組は、前記位置検出部の非線形誤差を補正するための補正値によって補正されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射装置。
4. 前記選択部は、該移行過程において、前記位置検出部の検出位置出力変化に不連続が発生しないように、前記位置検出部の補正値に対応する制御パラメータの組を選択することを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。

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