(57)【要約】【課題】目標領域におけるレーザ光の走査位置を示す信号を精度良く検出することにより、レーザ光の走査精度を高め得るビーム照射装置を提供する。【解決手段】Ｓ／Ｈ回路３４は、サンプルタイミングごとに入力電圧信号をホールドし、ホールド電圧信号を減算器３５に出力する。減算器３５は、入力電圧信号から、ホールド電圧信号を減算した減算電圧信号を、端子３２ｂおよび比較回路３６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路３８は、減算電圧信号を、Ｓ／Ｈ回路３４におけるサンプルタイミングに同期してデジタル信号に変換し、ＰＳＤ処理回路７に出力する。こうすると、Ａ／Ｄ変換回路３８の分解能が有効に活用されるため、Ａ／Ｄ変換回路３８から入力される信号に基づいて信号演算回路７ｂにて位置検出信号を生成することにより、位置検出信号の精度が高められ得る。【選択図】図７
2010230458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
目標領域において前記レーザ光を走査させるアクチュエータと、
サーボ光を発するとともに前記アクチュエータの駆動に伴って前記サーボ光の進行方向を変化させるサーボ光学系と、
前記サーボ光を受光して受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、
前記検出信号に基づいて位置検出信号を生成する信号処理部と、
前記位置検出信号に基づいて前記レーザ光源と前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
前記信号処理部は；
連続する２つのサンプルタイミングで前記検出信号をサンプリングした２つのサンプル値の差分を取得する差分取得部と、
前記差分をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換部と、
前記第１のＡ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換された前記差分に基づいて前記位置検出信号を演算する第１の演算部と、を有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のビーム照射装置において、
前記信号処理部は；
所定のサンプルタイミングで前記検出信号をサンプリングしたサンプル値をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換部と、
前記第２のＡ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換された前記サンプル値に基づいて前記位置検出信号を演算する第２の演算部と、
前記第１の演算部と前記第２の演算部の何れか一方により演算された前記位置検出信号を前記制御部に供給する選択部と、を備え、
前記選択部は、前記レーザ光が前記目標領域を走査しているとき、前記第１の演算部にて演算された前記位置検出信号を前記制御部に供給する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項２に記載のビーム照射装置において、
前記選択部は、前記レーザ光が前記目標領域を走査しているときに、前記差分が、前記第１のＡ／Ｄ変換部の許容変換レンジの最大値以下に設定された閾値を超えると、前記第２の演算部にて演算された前記位置検出信号を前記制御部に供給する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のビーム照射装置において、
前記アクチュエータの駆動位置が参照位置にあることを検出する位置検出部と、
前記駆動位置が前記参照位置にあることが検出されたときの前記検出信号のサンプル値とその理想値との差分を誤差成分として求める誤差検出部とをさらに備え、
前記第２の演算部は、前記サンプル値から前記誤差成分を除去した信号値に基づいて前記位置検出信号を演算する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項４に記載のビーム照射装置において、
前記位置検出部は；
前記サーボ光の一部を位置検出光として受光する受光素子と、
前記アクチュエータが前記参照位置にあるときに前記位置検出光を前記受光素子に入射させる光学素子と、を備える、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関し、特に、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、いわゆるレーザレーダに搭載されるビーム照射装置に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。目標領域においてレーザ光をスキャンさせるための構成として、ミラーを２軸駆動する構成を用いることができる（特許文献１）。このスキャン機構では、レーザ光を水平方向斜めからミラーに入射させる。ミラーを水平方向と鉛直方向に２軸駆動することにより、レーザ光が目標領域を走査する。
【０００４】
このスキャン機構では、目標領域におけるレーザ光のスキャン位置がミラーの回動位置に一対一に対応するため、レーザ光のスキャン位置は、ミラーの回動位置を検出することにより検出できる。
【０００５】
ここで、ミラーの回動位置は、ミラーに伴って回動する他のミラー（サーボ用ミラー）の回動位置を検出することにより、検出することができる。すなわち、サーボ用ミラーにサーボ光を入射させ、その反射光を光検出器（ＰＳＤ：Position Sensing Device）で受光する。こうすると、ミラーの回動に伴いサーボ光が光検出器上を走査する。光検出器から出力される信号をもとに、光検出器上におけるサーボ光の入射位置を検出することにより、ミラーの回動位置が検出され、目標領域におけるレーザ光の走査位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ミラー回動時に上記光検出器から出力される信号は、連続的に変化する。通常、この信号の変動幅は、その波高値に比べて数段小さくなる。ところが、光検出器からの信号をもとに、サーボ光の位置検出を行う場合には、一般に、この信号をサンプリングしたサンプル値（波高値）がＡ／Ｄ（Analog Digital）変換され、これにより出力されるデジタル信号が演算処理される。このため、Ａ／Ｄ変換の際にＡ／Ｄ変換回路の分解能が有効に活用されず、結果、精度の高い位置検出信号を生成できないという問題を生じる。
【０００８】
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、位置検出信号の精度を高めることにより、目標領域に対するレーザ光の走査精度を高めることができるビーム照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、目標領域において前記レーザ光を走査させるアクチュエータと、サーボ光を発するとともに前記アクチュエータの駆動に伴って前記サーボ光の進行方向を変化させるサーボ光学系と、前記サーボ光を受光して受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、前記検出信号に基づいて位置検出信号を生成する信号処理部と、前記位置検出信号に基づいて前記レーザ光源と前記アクチュエータを制御する制御部とを備える。ここで、前記信号処理部は、連続する２つのサンプルタイミングで前記検出信号をサンプリングした２つのサンプル値の差分を取得する差分取得部と、前記差分をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換部と、前記第１のＡ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換された前記差分に基づいて前記位置検出信号を演算する第１の演算部とを有する。
【００１０】
本発明に係るビーム照射装置によれば、サンプル値よりも数段小さい差分値が第１のＡ／Ｄ変換部にてＡ／Ｄ変換されるため、Ａ／Ｄ変換の際に、Ａ／Ｄ変換回路の分解能を効果的に活用することができる。よって、位置検出信号の精度を高めることができ、前記目標領域に対する前記レーザ光の走査精度を高めることができる。
【００１１】
本発明に係るビーム照射装置において、前記信号処理部は、所定のサンプルタイミングで前記検出信号をサンプリングしたサンプル値をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換部と、前記第２のＡ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換された前記サンプル値に基づいて前記位置検出信号を演算する第２の演算部と、前記第１の演算部と前記第２の演算部の何れか一方により演算された前記位置検出信号を前記制御部に供給する選択部とを備える構成とされ得る。この場合、前記選択部は、前記レーザ光が前記目標領域を走査しているとき、前記第１の演算部にて演算された前記位置検出信号を前記制御部に供給するよう構成され得る。
【００１２】
こうすると、レーザ光が目標領域を走査している場合には第１の演算部にて演算された位置検出信号が用いられるため、目標領域に対する走査動作を制御良く行うことができる。また、用いる位置検出信号を第１の演算部による信号から第２の演算部による信号に適宜切り替えることができるため、たとえば、第１の演算部による位置検出信号を用いることに支障が生じたような場合にも、第２の演算部による位置検出信号を用いることにより、目標領域に対する前記レーザ光の走査を安定して行うことができる。
【００１３】
たとえば、前記選択部は、前記レーザ光が前記目標領域を走査しているときに、前記差分が、前記第１のＡ／Ｄ変換部の許容変換レンジの最大値以下に設定された閾値を超えると、前記第２の演算部にて演算された前記位置検出信号を前記制御部に供給する構成とされ得る。こうすると、前記差分が第１のＡ／Ｄ変換部の許容変換レンジを超え、第１のＡ／Ｄ変換部から適正な信号が出力されなくなるような場合にも、第２のＡ／Ｄ変換部からの信号を用いることで、適正な位置検出信号を生成することができ、目標領域に対するレーザ光の走査を安定して行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係るビーム照射装置は、前記アクチュエータの駆動位置が参照位置にあることを検出する位置検出部と、前記駆動位置が前記参照位置にあることが検出されたときの前記検出信号のサンプル値とその理想値との差分を誤差成分として求める誤差検出部とをさらに備える構成とされ得る。この場合、前記第２の演算部は、前記サンプル値から前記誤差成分を除去した信号値に基づいて前記位置検出信号を演算する構成とされ得る。
【００１５】
こうすると、光検出器からの検出信号に誤差成分が重畳されている場合でも、誤差成分が除去された信号値に基づいて位置検出信号を生成することができるため、位置検出信号の精度を高めることができる。
【００１６】
この場合、前記位置検出部は、前記サーボ光の一部を位置検出光として受光する受光素子と、前記アクチュエータが前記参照位置にあるときに前記位置検出光を前記受光素子に入射させる光学素子とを備える構成とされ得る。こうすると、簡素な構成にて適正に位置検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のとおり、本発明によれば、位置検出信号の精度を高めることができ、目標領域に対するレーザ光の走査精度を高めることができるビーム照射装置を提供することができる。
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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である。
【図２】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図３】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図４】実施の形態に係るＰＳＤの構成を示す図である。
【図５】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である。
【図６】実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。
【図７】実施の形態に係るレベル調整回路とＰＳＤ処理回路を示す図である。
【図８】実施の形態に係るＰＳＤ処理回路内の要部回路を示す図である。
【図９】実施の形態に係るサーボ光の走査軌跡を模式的に示す図である。
【図１０】実施の形態に係る各電圧信号の変化を示す図である。
【図１１】実施の形態に係る各電圧信号の変化を示す図である。
【図１２】変更例に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図１３】変更例に係るスリットを示す図である。
【図１４】変更例に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。
【図１５】変更例に係る誤差が重畳された入力電圧信号を示す図である。
【図１６】変更例に係るＰＳＤ処理回路の要部回路を示す図である。
【図１７】他の変更例に係る光検出器の変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。なお、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
１２０は、ミラーホルダ１１０を支軸１１１、１１２を軸として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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、二次元方向に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が二次元方向に回動する。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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５１０ａが形成され、この開口に透明体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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、ビーム照射装置の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。
【００３５】
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、走査用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。
【００３６】
レンズ４０２、４０３を透過した走査用レーザ光は、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が二次元駆動されることにより、走査用レーザ光が目標領域内において二次元方向にスキャンされる。
【００３７】
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からの走査用レーザ光がミラー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、走査用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。
【００３８】
ベース５００の下面には、回路基板３００が配されている。さらに、ベース５００の裏面と側面にも回路基板３０１、３０２が配されている。
【００３９】
図３（ａ）は、ベース５００を裏面側から見たときの一部平面図である。同図（ａ）には、ベース５００の裏側のうちミラーアクチュエータ１００が装着された位置の近傍が示されている。
【００４０】
図示の如く、ベース５００の裏側周縁には、壁５０１、５０２が形成されており、壁５０１、５０２よりも中央側は、壁５０１、５０２よりも一段低い平面５１０となっている。壁５０１には、半導体レーザ３１０を装着するための開口が形成されている。この開口に半導体レーザ３１０を挿入するようにして、半導体レーザ３１０が装着された回路基板３０１が壁５０１の外側面に装着されている。他方、壁５０２の近傍には、ＰＳＤ３１５が装着された回路基板３０２が装着されている。
【００４１】
ベース５００裏側の平面５１０には、取り付け具３１４によって集光レンズ３１１と、アパーチャ３１２と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３１３が装着されている。さらに、この平面５１０には開口５１０ａが形成されており、この開口５１０ａを介して、ミラーアクチュエータ１００に装着された透明体２００がベース５００の裏側に突出している。ここで、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３１０の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。
【００４２】
半導体レーザ３１０から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）は、集光レンズ３１１を透過した後、アパーチャ３１２によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３１３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、ＰＳＤ３１５によって受光され、ＰＳＤ３１５から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
【００４３】
図３（ｂ）は、透明体２００の回動位置がＰＳＤ３１５によって検出されることを模式的に示す図である。
【００４４】
サーボ光は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透明体２００の屈折作用により、入射前と入射後とで、Ｘ−Ｙ平面内での出射位置が異なる。ここで、透明体２００が破線矢印のように回動すると、サーボ光の光路が図中の点線のように変化し、光検出器３１５上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、光検出器３１５にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透明体２００の回動位置を検出することができる。
【００４５】
図４（ａ）は、ＰＳＤ３１５の構成を示す図（側断面図）、図４（ｂ）はＰＳＤ３１５の受光面を示す図である。
【００４６】
図４（ａ）を参照して、ＰＳＤ３１５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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【数１】
2010230458.tif 000003
【００５０】
図５（ｂ）は、この算出式を実現する演算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２１、２２、２３、２４によって増幅される。そして、加算回路２５、２７によって、それぞれ、（Ｉｘ２ ＋ Ｉｘ１）、（Ｉｙ２ ＋ Ｉｙ１）の演算が行われ、また、減算回路２６、２８によって、それぞれ、（Ｉｘ２ − Ｉｘ１）と（Ｉｙ２ − Ｉｙ１）の演算が行われる。さらに、除算回路２９、３０によって、それぞれ、式（１）および式（２）の左辺の除算が行われ、この除算回路２９、３０から、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が出力される。
【００５１】
なお、図５（ｂ）には、電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２を演算処理する際の回路構成を示したが、電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２をＩ／Ｖ変換した電圧信号をもとに同様の演算処理を行って、位置検出信号を生成するようにしても良い。
【００５２】
図６は、本実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、図３（ａ）に示すサーボ光学系１の主要な構成が示されている。
【００５３】
図示の如く、ビーム照射装置は、Ｉ／Ｖ変換回路２と、レベル調整回路３ないし６と、ＰＳＤ処理回路７と、制御回路８と、Ｄ／Ａ変換回路９、１１、１３と、サーボレーザ駆動回路１０、走査レーザ駆動回路１２と、アクチュエータ駆動回路１４とを備えている。
【００５４】
サーボ光学系１において、半導体レーザ３１０から出射されたサーボ光は、上記の如く、透明体２００によって屈折された後、ＰＳＤ３１５の受光面に入射される。これにより、サーボ光の受光位置に応じた電流信号（図５（ａ）中の電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号）がＰＳＤ３１５から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路２に入力される。
【００５５】
Ｉ／Ｖ変換回路２は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から入力される電流信号を電圧信号に変換し、それぞれ、レベル調整回路３、４、５、６に出力する。レベル調整回路３ないし６は、入力された電圧信号またはその差分信号の何れか一方をＡ／Ｄ変換したデジタル信号をＰＳＤ処理回路７に出力する。なお、レベル調整回路３ないし６の構成については、追って詳述する。
【００５６】
ＰＳＤ処理回路７は、レベル調整回路３ないし６から入力された電圧信号（デジタル信号）から、図５を用いて説明した演算に基づき、サーボ光の受光位置を表す信号を生成し、制御回路８に出力する。また、ＰＳＤ処理回路７は、レベル調整回路３ないし６に、サンプルタイミングを与えるクロック信号を出力するとともに、レベル調整回路３ないし６内のスイッチの切り替えを行う。ＰＳＤ処理回路７の構成および制御動作については、追って詳述する。
【００５７】
制御回路８は、入力されたサーボ光の受光位置を表す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。
【００５８】
すなわち、制御回路８は、目標領域におけるレーザ光の走査位置が所定の位置に到達したタイミングで、パルス駆動信号を、Ｄ／Ａ変換回路１１を介して走査レーザ駆動回路１２に出力する。これにより、レーザ光源４０１がパルス発光され、目標領域にレーザ光が照射される。また、制御回路８は、目標領域におけるレーザ光の走査位置を所期の軌道に追従させるためのサーボ信号を、Ｄ／Ａ変換回路１３を介してアクチュエータ駆動回路１４に出力する。これを受けてアクチュエータ駆動回路１４はミラーアクチュエータ１００を駆動し、レーザ光が所期の軌道に追従するよう目標領域を走査する。
【００５９】
さらに、制御回路８は、Ｄ／Ａ変換回路９を介して、サーボレーザ駆動回路１０に制御信号を出力する。これにより、サーボ光学系１内の半導体レーザ３１０が、一定パワーレベルにて常時発光される。
【００６０】
次に、図７を参照してレベル調整回路３ないし６の回路構成について説明する。なお、図７には、便宜上、図５の電極Ｘ２からの信号を処理するレベル調整回路４の構成が示されているが、他のレベル調整回路３、５、６の構成も、レベル調整回路４と同じである。また、他のレベル調整回路３、５、６からの信号も、ＰＳＤ処理回路７で同様に処理されてメモリ７ａに格納され信号処理される。さらに、他のレベル調整回路３、５、６内のスイッチング回路３２も同図に示すレベル調整回路４内のスイッチング回路３２と同様に切り替えられる。以下、レベル調整回路４を取り上げて説明を行い、他のレベル調整回路３、５、６の説明は省略する。
【００６１】
図示の如く、レベル調整回路４は、アンプ３１と、スイッチング回路３２と、バッファアンプ３３ａ、３３ｂと、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）回路３４と、減算器３５と、比較回路３６と、Ａ／Ｄ変換回路３７、３８を有する。
【００６２】
アンプ３１は、Ｉ／Ｖ変換回路２から入力される電極Ｘ２についての電圧信号を増幅し、バッファアンプ３３ａ、３３ｂに出力する。以下、アンプ３１から出力される電圧信号を、「入力電圧信号」と称することにする。
【００６３】
バッファアンプ３３ａは、アンプ３１から入力される電圧信号を、端子３２ａに出力し、バッファアンプ３３ｂは、アンプ３１から入力される電圧信号を、Ｓ／Ｈ回路３４および減算器３５に出力する。バッファアンプ３３ａおよび３３ｂは、スイッチング回路３２の切り替えによる負荷変動の影響を吸収するためのものである。これらバッファアンプ３３ａ、３３ｂから出力された電圧は互いに等しくなっている。
【００６４】
スイッチング回路３２は、比較回路３６またはＰＳＤ処理回路７からの信号により、端子３２ａと３２ｃが接続され、且つ端子３２ｂと３２ｄが接続されていない状態（以下、「波高値接続」という）と、端子３２ａと３２ｃが接続されておらず、且つ端子３２ｂと３２ｄが接続されている状態（以下、「差分接続」という）を切り替える。
【００６５】
Ｓ／Ｈ回路３４は、ＰＳＤ処理回路７から入力されるクロック信号によるサンプルタイミングごとに、バッファアンプ３３ｂから入力される電圧信号を保持する。すなわち、Ｓ／Ｈ回路３４は、あるサンプルタイミングにおいて保持した電圧信号を、次のサンプルタイミングまで保持し続け、次のサンプルタイミングにおいて、そのサンプルタイミング時にバッファアンプ３３ｂから入力される電圧信号を新たに保持する。以下、Ｓ／Ｈ回路３４にて保持されている電圧信号を、「ホールド電圧信号」と称することにする。
【００６６】
減算器３５は、バッファアンプ３３ｂから入力される電圧信号から、Ｓ／Ｈ回路３４から入力される電圧信号を減算した差分を、端子３２ｂおよび比較回路３６に出力する。以下、減算器３５から出力される電圧信号を、「減算電圧信号」と称することにする。
【００６７】
比較回路３６は、減算電圧信号と閾値Ｖｓｈとを比較し、減算器３５から入力される減算電圧信号の絶対値がＶｓｈより大きいとき、検出信号をスイッチング回路３２とＰＳＤ処理回路７に出力する。この検出信号によりスイッチング回路３２は、波高値接続に設定される。このとき、ＰＳＤ信号処理回路７は、この検出信号をもとに、電極Ｘ２と対となっている電極Ｘ１のレベル調整回路３のスイッチング回路を波高値接続に切り替える。同様に、信号調整回路３からの検出信号を検知した場合は、信号調整回路４のスイッチング回路を波高値接続に切り替える。さらに、電極Ｙ１、Ｙ２に関する信号調整回路５、６においても、同様にスイッチング回路を波高値接続に切り替える。
【００６８】
なお、閾値Ｖｓｈは、Ａ／Ｄ変換回路３８におけるアナログ入力信号の許容変換レンジの最大値Ｖｍａｘまたはそれより少しだけ小さな値に設定される。閾値Ｖｓｈおよび最大値Ｖｍａｘについては、追って図１１を参照して詳述する。
【００６９】
Ａ／Ｄ変換回路３７および３８は、それぞれ、端子３２ｃおよび３２ｄから入力される電圧信号を、Ｓ／Ｈ回路３４におけるサンプルタイミングに同期してデジタル変換し、ＰＳＤ処理回路７に出力する。
【００７０】
メモリ７ａは、Ａ／Ｄ変換回路３７および３８から入力される各電圧信号に基づき、後述する手順により生成された入力電圧信号（図５の電極Ｘ２からの信号に対応する電圧信号）を格納する。また、このメモリ７ａには、レベル調整回路３、５、６からの各電圧信号から生成した入力電圧信号（図５の電極Ｘ１、Ｙ１、Ｙ２からの信号に対応する電圧信号）が格納される。
【００７１】
信号演算回路７ｂは、レベル調整回路３ないし６に対応する各メモリから出力される入力電圧信号から、上記式（１）、式（２）の演算に基づき、サーボ光の受光位置を表す位置検出信号を生成し、制御回路８に出力する。
【００７２】
次に、レベル調整回路４とＰＳＤ処理回路７の動作について説明する。
【００７３】
スイッチング回路３２の接続状態が波高値接続のとき、アンプ３１から出力される入力電圧信号は、端子３２ａおよび３２ｃを介してＡ／Ｄ変換回路３７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入力電圧信号は、順次、ＰＳＤ処理回路７に出力される。
【００７４】
これに対し、スイッチング回路３２の接続状態が差分接続のときは、減算器３５からの減算電圧信号が、スイッチング回路３２の端子３２ｂと３２ｄを介してＡ／Ｄ変換回路３８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減算電圧信号は、順次、ＰＳＤ処理回路７に出力される。
【００７５】
図８は、ＰＳＤ処理回路７内の要部回路を示す図である。
【００７６】
スイッチング回路３２の接続状態が波高値接続のとき、Ａ／Ｄ変換回路３７から入力された入力電圧信号は、一旦、バッファ７ｃにストアされた後、セレクタ７ｄを介してバッファ７ｃからメモリ７ａに格納される。こうして、上記サンプルタイミング毎に、Ａ／Ｄ変換回路３７からの入力電圧信号がメモリ７ａに格納される。このとき、同時に、他のレベル調整回路３、５、７からの入力電圧信号がメモリ７ａに格納される。
【００７７】
スイッチング回路３２の接続状態が波高値接続から差分接続に切り替えられると、この切り替えの直前にバッファ７ｃにストアされていた入力電圧信号が、バッファ７ｅにストアされる。その後、次のサンプルタイミングにおいてＡ／Ｄ変換回路３８から減算電圧信号が入力されると、この減算電圧信号は、一旦バッファ７ｆにストアされ、さらに、加算回路７ｇによって、バッファ７ｅにストアされている入力電圧信号に加算される。この加算によって生成された電圧信号は、１サンプル前の入力電圧信号に減算電圧信号を加算したものであるため、当該サンプルタイミングにおける入力電圧信号の波高値を表すものとなっている。
【００７８】
この電圧信号（波高値信号）は、バッファ７ｅに上書きされ、次のサンプルタイミングまでに、当該サンプルタイミングにおける入力電圧信号として、セレクタ７ｄを介してバッファ７ｅからメモリ７ａに格納される。そして、次のサンプルタイミングでは、こうしてバッファ７ｅに格納された電圧信号（波高値信号）に、次のサンプルタイミングにおける減算電圧信号が加算され、新たな電圧信号（波高値信号）がバッファ７ｅに上書きされる。上書きされた電圧信号（波高値信号）は、次のサンプルタイミングにおける入力電圧信号として、セレクタ７ｄを介してメモリ７ａに格納される。
【００７９】
こうして、サンプルタイミング毎に、Ａ／Ｄ変換回路３８からの減算電圧信号を、スイッチング回路３２が差分接続に切り替えられる直前の入力電圧信号に順次累積加算した電圧信号（波高値信号）が、各サンプルタイミングにおける入力電圧信号として、メモリ７ａに格納される。このとき、同時に、他のレベル調整回路３、５、６からの同様の電圧信号（波高値信号）が、入力電圧信号として、メモリ７ａに格納される。
【００８０】
信号演算回路７ｂは、こうして格納された、Ａ／Ｄ変換回路３７または３８からの信号に基づく入力電圧信号を逐次読み出して、上記式（１）、式（２）に基づく演算を行う。これにより、対応するサンプルタイミングにおける位置検出信号を生成し、これを制御回路８に出力する。
【００８１】
次に、本実施の形態に係るビーム照射装置の動作について説明する。
【００８２】
図９（ａ）は、走査用レーザ光が目標領域を走査したときのＰＳＤ３１５受光面上におけるサーボ光の走査軌跡を模式的に示す図である。本実施の形態では、走査用レーザ光が水平方向に３段、目標領域内を走査することが想定されている。
【００８３】
同図（ａ）に示すＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、走査用レーザ光が目標領域内の上段、中段、下段の各走査ラインを走査したときのＰＳＤ３１５受光面上におけるサーボ光の走査軌跡である。図中、ＳからＥの区間が、目標領域の探索区間に相当する水平走査区間である。各ラインの走査軌跡において、サーボ光は、水平走査区間の開始位置Ｐｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３よりも手前の位置Ｐから走査を開始し、位置Ｓに到達するまでの間に、開始位置Ｐｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３へと追い込まれる。そして、走査位置が開始位置Ｐｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３に到達した後、終了位置Ｅまで水平方向に走査し、その後、次のラインの位置Ｐへと戻される。
【００８４】
本実施の形態では、位置Ｅから位置Ｐまで戻る区間と位置Ｐから位置Ｓまでの区間は、図７のスイッチング回路３２が波高値接続に設定され、位置Ｐから位置Ｅまでの水平走査区間では、スイッチング回路３２が差分接続に設定される。かかるスイッチング回路３２の切り替え制御は、ＰＳＤ処理回路７からスイッチング回路３２に供給される制御信号によって行われる。
【００８５】
スイッチング回路３２が波高値接続から差分接続に切り替えられたとき、切り替える直前のサンプルタイミングにおいて図８のバッファ７ｃにストアされた入力電圧信号がバッファ７ｅにストアされる。そして、スイッチング回路３２が差分接続に切り替えられた後は、各サンプルタイミングにて取得された減算電圧信号（Ａ／Ｄ変換回路３８から入力された信号）がこの入力電圧信号に累積加算され、各サンプルタイミングにおける電圧信号（波高値信号）が求められる。こうして求めた電圧信号（波高値信号）が、上記の如く、入力電圧信号としてメモリ７ａに格納され、これをもとに信号演算回路７ｂによって位置検出信号が生成される。
【００８６】
また、こうしてスイッチング回路３２が差分接続に設定された後、図９（ａ）の水平走査区間が終了するまでの間に、比較回路３６から検出信号が出力されると、スイッチング回路３２は、再び、波高値接続に切り替えられ、この状態が、次にサーボ光の走査位置が開始位置Ｐｓ１〜Ｐｓ３の何れかに達するまでの間維持される。たとえば、図９（ｂ）のように、走査軌跡Ｌ１の途中の位置Ｐｅにおいて比較回路３６から検出信号が出力されると、その後、サーボ光の走査位置が次の走査軌跡Ｌ２の開始位置Ｐｓ２に到達するまでの間、スイッチング回路３２が波高値接続に設定される。この場合、位置Ｐｅから開始位置Ｐｓ２までの間は、図８のバッファ７ｃにストアされた入力電圧信号がメモリ７ａに格納され、位置検出信号の生成に供されることとなる。
【００８７】
図１０は、減算電圧信号が閾値Ｖｓｈより大きくならない場合、すなわち、比較回路３６から検出信号が出力されていない場合の、レベル調整回路４における各電圧信号の変化を示す図である。なお、他のレベル調整回路３、５、６についても同様に考えられるため、ここではレベル調整回路４についてのみ説明する。
【００８８】
同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、入力電圧信号、ホールド電圧信号、減算電圧信号を示す図である。また、同図において、横軸はＰＳＤ処理回路７から発生されるサンプルタイミングを表し、縦軸は各電圧信号を表している。図中、入力電圧信号と減算電圧信号は、Ａ／Ｄ変換前の信号（アナログ）である。
【００８９】
同図（ａ）を参照して、サンプルタイミングｔにおいて、波高値接続により、電圧信号Ｖｔが図８のバッファ７ｃに格納されたとする。このとき、Ｓ／Ｈ回路３４によって、電圧信号Ｖｔがホールドされている。ここでは、その後に、スイッチング回路３２の接続が差分接続に切り替えられている。
【００９０】
サンプルタイミングｔからサンプルタイミングｔ＋１に至るまでの間に、入力電圧信号が、ＶｔからＶｔ＋１まで曲線状に変化したとする。このとき、Ｓ／Ｈ回路３４で保持されているホールド電圧信号は、直前のサンプルタイミングで保持されたホールド電圧信号Ｖｔのままである。また、減算電圧信号は、同図（ｃ）のサンプルタイミングｔで０となり、サンプルタイミングｔ＋１まで、入力電圧信号と同様に曲線状に上昇し、サンプルタイミングｔ＋１でΔＶｔとなる。
【００９１】
次に、サンプルタイミングｔ＋１において、信号演算回路７ｂに出力される電圧信号は、電圧信号Ｖｔに減算電圧信号を加算した値となる。すなわち、信号演算回路７ｂに出力される電圧信号Ｖｔ＋１’は、電圧信号Ｖｔと減算電圧信号ΔＶｔを用いると、
Ｖｔ＋１’＝Ｖｔ＋ΔＶｔ
と表される。
【００９２】
さらに、次のサンプルタイミングｔ＋２においても、信号演算回路７ｂに出力される電圧信号Ｖｔ＋２’は、
Ｖｔ＋２’＝Ｖｔ＋１’＋（ΔＶｔ＋１）
＝Ｖｔ＋｛ΔＶｔ＋（ΔＶｔ＋１）｝
と表される。
【００９３】
同様に、次のサンプルタイミングｔ＋３においても、信号演算回路７ｂに出力される電圧信号Ｖｔ＋３’は、
Ｖｔ＋３’＝Ｖｔ＋２’＋（ΔＶｔ＋２）
＝Ｖｔ＋｛ΔＶｔ＋（ΔＶｔ＋１）＋（ΔＶｔ＋２）｝
と表される。
【００９４】
このように、スイッチング回路３２の接続が差分接続に切り替えられた後は、各サンプルタイミングにおける減算電圧信号が初期の入力電圧信号Ｖｔに累積されて、各サンプルタイミングにおける電圧信号（波高値信号）が生成され、生成された電圧信号（波高値信号）が信号演算回路７ｂに出力される。
【００９５】
なお、このように減算電圧信号を累積加算して電圧信号を求める場合、各サンプルタイミングにてＡ／Ｄ変換される減算電圧信号の絶対値は、一般的に、入力電圧信号の波高値に比べて数段小さくなる。このため、図７におけるＡ／Ｄ変換回路３８は、Ａ／Ｄ変換回路３７に比べ、入力アナログ信号に対する許容変換レンジの最大値Ｖｍａｘが、数段小さいものに設定され得る。この場合、これら２つのＡ／Ｄ変換回路３７、３８における変換後のビット数が同じであると、減算電圧信号に対する分解能は入力電圧信号に比べて数段高いものとなる。結果、信号演算回路７ｂに入力される電圧信号は、Ａ／Ｄ変換回路３８からの減算信号を累積加算して求める方が、Ａ／Ｄ変換回路３７からの入力電圧信号を用いる場合よりも、精度の高いものとなる。
【００９６】
よって、本実施の形態のように、図９の水平走査区間においてスイッチング回路３２を差分接続に設定し、Ａ／Ｄ変換回路３８からの減算電圧信号をもとに電圧信号（波高値信号）を求めて位置検出信号を生成すると、Ａ／Ｄ変換回路３７からの入力電圧信号をもとに位置検出信号を生成する場合に比べて、位置検出精度を高めることができる。よって、目標領域に対する走査用レーザ光の走査位置を精度よく検出することができる。
【００９７】
次に、図１１を参照して、スイッチング回路３２が差分接続に設定されているときに減算電圧信号が閾値Ｖｓｈより大きくなって、比較回路３６から検出信号が出力された場合の動作について説明する。同図（ａ）は、検出信号の出力後もスイッチング回路３２の接続状態が差分接続のまま維持される場合（比較例）を示す図であり、同図（ｂ）は、スイッチング回路３２の接続状態が検出信号の出力に応じて切り替えられる場合（本実施の形態）を示す図である。
【００９８】
まず、同図（ａ）を参照して、スイッチング回路３２の接続状態が、差分接続のまま維持される場合について説明する。
【００９９】
同図（ａ）の上段を参照して、入力電圧信号は、サンプルタイミングｔとｔ＋１の間で、急激に増加している。この場合、同図（ａ）の中段を参照して、ホールド電圧信号は、入力される電圧信号によらないため、Ｖｔで一定である。
【０１００】
また、このように入力電圧信号が急激に変化すると、これに伴い、減算電圧信号も急激に大きくなる。このとき、同図（ａ）の下段を参照して、Ａ／Ｄ変換回路３８に入力される減算電圧信号が、Ａ／Ｄ変換回路３８の変換最大値Ｖｍａｘを超えると、図示の如く、Ａ／Ｄ変換回路３８から出力される減算電圧信号（デジタル信号）の大きさは、Ａ／Ｄ変換回路３８の許容変換レンジの最大値Ｖｍａｘとなる。このため、サンプルタイミングｔ＋１において、信号演算回路７ｂに出力される電圧信号Ｖｔ＋１’は、Ｖｔ＋１’＝Ｖｔ＋Ｖｍａｘとなる。
【０１０１】
よって、この場合には、信号演算回路７ｂに出力される電圧信号は、正規の入力電圧信号Ｖｔ＋１に比べて小さい値となる。そして、この誤差成分は、その後のサンプルタイミングにおける電圧信号に引き継がれて行ってしまう。すなわち、この場合には、同図（ａ）の最上段に点線で示すような入力電圧信号による電圧信号（波高値信号）を信号演算回路７ｂに供給することとなってしまう。
【０１０２】
次に、同図（ｂ）を参照して、スイッチング回路３２の接続状態が、減算電圧信号に応じて切り替えられる場合について説明する。
【０１０３】
入力電圧信号の急激な増加に伴い、減算電圧信号が急激に増加し、減算電圧信号がＶｓｈより大きくなると、比較回路３６から検出信号が出力される。これにより、スイッチング回路３２の接続状態が、差分接続から波高値接続に切り替えられる。同時に、検出信号がＰＳＤ処理回路７に出力される。これにより、ＰＳＤ処理回路７は、スイッチング回路３２が差分接続から波高値接続に切り替えられたことを検出し、上記の如く、バッファ７ｃにストアされた入力電圧信号をメモリ７ａに格納するようセレクタ７ｄを設定する。
【０１０４】
こうして、次のサンプルタイミングｔ＋１では、バッファ７ｃにストアされた、Ａ／Ｄ変換回路３７からの入力電圧信号Ｖｔ＋１がメモリ７ａに格納され、信号演算回路７ｂによる信号演算に供される。その後のサンプルタイミングｔ＋２、…でも同様に、Ａ／Ｄ変換回路３７からの入力電圧信号Ｖｔ＋２、…がメモリ７ａに格納され、信号演算回路７ｂによる信号演算に供される。
【０１０５】
このように、比較回路３６からの検出信号によってスイッチング回路３２の切り替えが行われると、同図（ａ）の比較例で述べたように、サンプルタイミングｔ＋１において、適正な入力電圧信号から大きく外れた電圧信号が信号演算回路７ｂに出力されるといった不都合を避けることができ、また、このときの誤差成分がその後のサンプルタイミングｔ＋２、…における電圧信号に引き継がれるのを抑制することができる。
【０１０６】
以上、本実施の形態によれば、減算電圧信号に基づき位置検出信号を生成するようにしたため、図９の水平走査区間における位置検出信号の精度を高めることができる。また、当該水平走査区間において減算電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えた場合には、スイッチング回路３２の接続状態を波高値接続に切り替えて、Ａ／Ｄ変換回路３７から出力される入力電圧信号に基づき位置検出信号を生成するようにしたため、減算電圧信号がＡ／Ｄ変換回路３８の許容変換レンジの最大値を超えることによる位置検出信号の劣化を未然に抑制することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、図９（ｂ）の位置Ｐｅにおいて検出信号が出力されると、サーボ光が次の走査軌跡の開始位置Ｐｓ２に到達するまで、スイッチング回路３２を波高値接続に設定するようにしたが、位置Ｐｅから終了位置Ｅまでの間に、減算電圧信号の絶対値が閾値Ｖｓｈよりも小さくなり、検出信号が出力されなくなったときに、再度、スイッチング回路３２を差分接続に戻すようにしても良い。
【０１０８】
＜変更例＞
本変更例では、上記実施の形態に比べ、ミラーアクチュエータ１００の中立位置を検出する構成が追加されている。
【０１０９】
図１２は、本変更例において、ベース５００を裏面側から見たときの一部平面図である。上記実施の形態から、図示の如く、壁５０３と、回路基板３０３と、スリット３１６と、ＰＤ（Photo Detector）３１７が追加されている。壁５０３は、ベース５００の裏側周辺に形成されている。壁５０３の近傍には、ＰＤ３１７が装着された回路基板３０３が装着されている。
【０１１０】
透明体２００に入射するサーボ光のうち、透明体２００の入射面で僅かに反射されるサーボ光（以下、「反射光」という）は、スリット３１６の入射面に入射する。ミラー１１３が中立位置にあるとき、スリット３１６に入射する反射光は、スリット３１６の入射面によって遮光されずに、スリット３１６の入射面から出射面に貫通するスリット孔を通過し、ＰＤ３１７によって受光される。これにより、ＰＤ３１７から検出信号が出力される。
【０１１１】
図１３（ａ）は、スリット３１６の構成を示す図である。スリット３１６の入射面は、遮光面となっている。また、スリット３１６は、入射面から出射面まで貫通するスリット孔３１６ａを有する。スリット孔３１６ａは、スリット３１６の中央に形成されている。図１３において、スリット孔３１６ａがＸ軸方向に長ければ長いほど、角度精度が良くなるので、必要とされる角度精度に合わせてＸ軸方向の長さが決定される。
【０１１２】
図１３（ｂ）は、スリット３１６を入射面側から見た図である。図示の如く、反射光は、ミラーアクチュエータ１００の駆動に伴ってスリット３１６の入射面上を上下左右方向に移動する。ミラー１１３が中立位置に位置づけられると、反射光がスリット孔３１６ａに入射する。スリット３１６は、ミラー１１３が中立位置にあるときに反射光の光軸がスリット孔３１６の中心を貫くように配置されている。スリット孔３１６ａは、ミラー１１３が中立位置にあるときにスリット３１６に入射される反射光のビームサイズよりやや小さくなっている。
【０１１３】
スリット３１６がこのように構成されると、ＰＤ３１７から出力される受光信号に基づいて、ミラー１１３が中立位置あることを検出することができる。すなわち、この受光信号がピークとなるときのミラー１１３の位置が中立位置として検出される。これにより、ミラーアクチュエータ１００が正確に中立位置に合わせられ得る。
【０１１４】
図１４は、本変更例に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。本変更例では、上記実施の形態からＩ／Ｖ変換回路１５およびＡ／Ｄ変換回路１６が追加されている。
【０１１５】
Ｉ／Ｖ変換回路１５は、ＰＤ３１７から入力される電流信号を電圧信号に変換し、Ａ／Ｄ変換回路１６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１６は、Ｉ／Ｖ変換回路１５から入力された電圧信号をデジタル信号に変換し、ＰＳＤ処理回路７に出力する。
【０１１６】
目標領域に対する走査用レーザ光のスキャン動作を開始する前に、制御回路８は、半導体レーザ３１０を駆動してサーボ光を出射させる。次に、制御回路８は、アクチュエータ駆動回路１４を駆動して、中立位置の探索動作を実行する。すなわち、制御回路８は、ミラー１１３の可動範囲内において隈なくミラー１１３が駆動されるようミラーアクチュエータ１００を駆動する。あるいは、ミラー１１３が略中立位置にあるため、この近傍範囲で探索動作を実行するようにしてもよい。
【０１１７】
かかる探索動作時に、ＰＳＤ処理回路７は、レベル調整回路３ないし６内のスイッチング回路３２を波高値接続に設定し、Ａ／Ｄ変換回路３７から入力される入力電圧信号を取得する。この状態で、ＰＳＤ処理回路７は、Ａ／Ｄ変換回路１６からの信号をモニタし、この信号の大きさが最大となるときの、レベル調整回路３ないし６からの入力電圧信号を中立位置の入力電圧信号として取得する。こうして、中立位置の入力電圧信号を取得すると、ＰＳＤ処理回路７は、これを表示する信号を制御回路８に出力する。
【０１１８】
次に、入力電圧信号に誤差成分が重畳されている場合について説明する。
【０１１９】
図１５（ａ）は、ＰＳＤ３１５上においてサーボ光の入射位置が変化するときの入力電圧信号の変化を示す図である。ここでは、便宜上、レベル調整回路３ないし６のうち、レベル調整回路４内のアンプ３１から出力される入力電圧信号の変化が示されている。
【０１２０】
同図（ａ）において、横軸はＰＳＤ３１５のＸ軸方向の位置を表し、縦軸は入力電圧信号を表している。また、破線は、ＰＳＤ３１５に誤差成分が重畳されていない場合の理想の入力電圧信号を表し、実線は、ＰＳＤ３１５に誤差成分が重畳され、理想の入力電圧信号から上方向にＶｃだけドリフトした場合の入力電圧信号を表している。なお、かかる誤差の発生原因として、電気的なドリフト、外乱光、サーボ光のパワー変動、ＰＳＤ３１５の暗電流、などが挙げられる。
【０１２１】
入力電圧信号に誤差成分が重畳されると、バッファ７ｃに入力される電圧信号に誤差成分が重畳され、結果、信号演算回路７ｂに入力される電圧信号にも誤差成分が重畳されることとなる。このため、信号演算回路７ｂから出力される位置検出信号は、ＰＳＤ３１５の受光面上に入射するサーボ光の実際の入射位置と異なる位置を示すものとなる惧れがある。
【０１２２】
そこで、本変更例では、上述の中立位置検出動作時に取得した入力電圧信号に基づいて、以下の補正を行うことにより、誤差成分を含まない入力電圧信号が、信号演算回路７ｂに出力されるようにする。
【０１２３】
まず、ＰＳＤ処理回路７は、上述した手順により、ミラー１１３が中立位置にあるときの入力電圧信号を取得する。同図（ａ）の例では、入力電圧信号に誤差成分が重畳されているため、入力電圧信号はＶｍとなっている。
【０１２４】
ここで、ＰＳＤ処理回路７は、ミラーアクチュエータ１００が中立位置にあるときの、誤差成分が重畳されていない理想の入力電圧信号Ｖｍｉを予め保持しており、この入力電圧信号Ｖｍｉと、上記探索動作時に取得した中立位置における入力電圧信号Ｖｍとから、Ｖｃ＝Ｖｍ−Ｖｍｉの演算を行って、誤差成分Ｖｃを取得する。
【０１２５】
同図（ａ）に示すように、ＰＳＤ３１５の特性上、こうしてミラー１１３が中立位置にあるときに検出された誤差成分は、ミラー１１３が中立位置以外の位置にある場合においても、実際の入力電圧信号と、理想の入力電圧信号との間の誤差成分に略等しいものとなる。よって、ミラー１１３が何れの位置にあっても、理想の入力電圧信号は、実際の入力電圧信号から誤差成分Ｖｃが減算されることにより取得され得る。
【０１２６】
ＰＳＤ処理回路７は、実際の入力電圧信号から誤差成分Ｖｃを減算して適正な入力電圧信号を求め、これをメモリ７ａに格納する。かかる補正により、メモリ７ａには、誤差成分のない入力電圧信号が格納される。ＰＳＤ処理回路７は、この入力電圧信号をもとに、上記式（１）、（２）の演算処理を行って、位置検出信号を生成出力する。
【０１２７】
図１６は、本変更例におけるＰＳＤ処理回路７の構成を示す図である。
【０１２８】
上記のように、ＰＳＤ処理回路７は、上記探索動作によって中立位置の入力電圧信号Ｖｍを取得し、取得したＶｍと、あらかじめ保持している理想の入力電圧信号Ｖｍｉから、誤差成分Ｖｃを取得する。なお、この取得動作は、上記のように走査用レーザ光の走査を開始する前に行う他、機器の起動直後や、走査用レーザ光が目標領域を走査していないタイミングで行われるようにしても良い。
【０１２９】
こうして誤差成分Ｖｃが取得された後、走査用レーザ光の走査が開始され、レベル調整回路４内のスイッチング回路３２が波高値接続に設定される。これにより、サンプルタイミング毎にＡ／Ｄ変換回路３７から入力電圧信号がＰＳＤ処理回路７に入力される。この入力電圧信号は、上記の如く、誤差成分Ｖｃを含んでいる。
【０１３０】
本変更例では、Ａ／Ｄ変換回路３７とバッファ７ｃの間に、減算器７ｈが配されている。この減算器７ｈには、上記探索動作によって取得された誤差成分Ｖｃが入力されている。減算器７ｈは、Ａ／Ｄ変換回路３７から入力される入力電圧信号から誤差成分Ｖｃを減算してバッファ７ｃに出力する。こうして、バッファ７ｃには、入力電圧信号から誤差成分Ｖｃが取り除かれた入力電圧信号がストアされる。これにより、メモリ７ａには、誤差成分のない入力電圧信号が格納される。
【０１３１】
しかる後、スイッチング回路３２の接続状態が波高値接続から差分接続に切り替えられると、直前にバッファ７ｃにストアされていた入力電圧信号が、バッファ７ｅにストアされる。ここで、バッファ７ｅにストアされる入力電圧信号は、既に減算器７ｈによって誤差成分が取り除かれた入力電圧信号である。また、減算電圧信号には、図１５（ｂ）に示す如く、誤差成分が重畳されない。すなわち、サンプルタイミングｔとサンプルタイミングｔ＋１の入力電圧信号の差は、誤差の有無によらずΔＶｔとなる。
【０１３２】
よって、スイッチング回路３２の接続状態が差分接続に切り替えられときは、上記実施の形態と同様、単に、バッファ７ｅにストアされた誤差成分のない入力電圧信号に、Ａ／Ｄ変換回路３８から入力された差分減算信号を累積加算するのみで良い。このため、図１６に示す如く、Ａ／Ｄ変換回路３８からバッファ７ｅまでの回路構成は、上記実施の形態と同様となる。
【０１３３】
このように、本変更例によれば、電気的なドリフト、外乱光、サーボ光のパワー変動、ＰＳＤ３１５の暗電流などにより、入力電圧信号に誤差成分が重畳された場合でも、かかる誤差成分の影響が除去された入力電圧信号をメモリ７ａに格納することができる。これにより、上記実施の形態の効果に加え、ＰＳＤ処理回路７内の信号演算回路７ｂに出力される電圧信号の精度が高められるため、さらに精度の高い位置検出信号が生成され得る。
【０１３４】
なお、図１６を参照して説明したように、本変更例において差分接続が設定される場合には、誤差成分Ｖｃを減算する処理を行わなくても、誤差成分Ｖｃのない入力電圧信号をメモリ７ａに格納することができる。よって、差分接続の設定時には、ＰＳＤ処理回路７の処理負担を軽減しながら、より精度の高い位置検出信号を制御回路８に供給することができる。
【０１３５】
以上、本発明の実施の形態および変更例について説明したが、本発明は上記実施の形態および変更例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【０１３６】
たとえば、上記実施の形態および変更例では、サーボ光の光源として半導体レーザを用いたが、これに替えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることもできる。
【０１３７】
また、上記実施の形態および変更例では、ミラー１１３を駆動することによってレーザ光を目標領域内で走査させたが、ミラー１１３の替わりにレンズを用い、レンズを二次元駆動することによってレーザ光を目標領域内で走査させるようにすることもできる。この場合、たとえば、レンズホルダにサーボ光を発光する光源を配置し、この光源からのサーボ光をＰＳＤにて受光するようにすれば良い。あるいは、レンズを透過した後のレーザ光の一部をビームスプリッタによって分岐させ、分岐したレーザ光をサーボ光としてＰＳＤで受光するようにすることができる。ただし、この場合には、サーボ光がＰＳＤに常時導かれるよう、レーザ光源を微弱発光させ、目標領域への照射タイミングで、レーザ光源の出射パワーをパルス状に高める等の構成が必要である。
【０１３８】
また、上記実施の形態および変更例では、透明体２００を用いてサーボ光の進行方向を変化させるようにしたが、透明体に替えてサーボ用のミラーをミラーアクチュエータ１００の支軸１１２に装着し、かかるサーボ用のミラーによってサーボ光を反射させることによりサーボ光の進行方向を変化させるようにしても良い。この他、ミラーホルダ１１０、支軸１１１または支軸１１２にサーボ光を発光する光源を配置するようにしても良い。
【０１３９】
また、上記実施の形態および変更例では、Ａ／Ｄ変換回路３７および３８が、ＰＳＤ処理回路７の直前に配されたが、Ａ／Ｄ変換回路３７および３８は、ＰＳＤ処理回路７の中に含まれていても良い。
【０１４０】
また、上記変更例では、スリット３１６を用いた光学系によってミラー１１３の中立位置を検出するようにしたが、ミラーアクチュエータ１００のＸ軸およびＹ軸を中心とする回動範囲の限界位置に、それぞれリミットスイッチを設けることにより、ミラー１１３の位置を検出するようにしても良い。こうすると、ミラー１１３がＸ軸またはＹ軸を中心として限界位置まで回動されたときに、リミットスイッチが押され、ミラー１１３の回動位置が限界位置にあることが分かる。この場合、ＰＳＤ処理回路７内のメモリ７ａには、ミラー１１３が限界位置にあるときの、誤差成分が重畳されていない理想の入力電圧信号が格納される。そして、探索動作時にミラー１１３が各限界位置に向かって回動され、リミットスイッチがＯＮされたときの入力電圧信号が取得される。こうして取得された入力電圧信号と理想の入力信号とが減算されて誤差成分が取得される。この誤差成分により入力電圧信号に補正を掛けることにより、上記変更例と同様の効果が奏され得る。
【０１４１】
なお、上記実施の形態および変更例では、サーボ光を受光する光検出器としてＰＳＤ３１５を用いたが、これに替えて、４分割センサを用いることもできる。
【０１４２】
図１７は、サーボ光を受光する光検出器として４分割センサ３２０を用いる場合の構成を示す図である。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３２０の中央位置に照射される。サーボ光が４分割センサ３２０に照射されると、各センサは、図示の如く、電流信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を出力する。
【０１４３】
電流信号Ｓ１ないしＳ４は、Ｉ／Ｖ変換回路２に出力された後、上記実施の形態と同様の信号処理がなされる。すなわち、電流信号Ｓ１ないしＳ４は、まず、Ｉ／Ｖ変換回路２によって電圧信号に変換され、それぞれ、レベル調整回路３ないし６に出力される。レベル調整回路３ないし６は、スイッチング回路３２の波高値接続と差分接続との切り替えにより、入力電圧信号または減算電圧信号をＰＳＤ処理回路７に出力する。ＰＳＤ処理回路７は、入力電圧信号または減算電圧信号を上記と同様に処理し、電流信号Ｓ１ないしＳ４に対応する電圧信号Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｖ３、Ｓｖ４をメモリ７ａに格納する。さらに、ＰＳＤ処理回路７内の信号演算回路７ｂは、電圧信号Ｓｖ１ないしＳｖ４に基づき、４分割センサ３２０に入射するサーボ光の位置検出信号を生成する。
【０１４４】
ここで、信号演算回路７ｂにおいて、サーボ光のＸ方向の入射位置ｘとＹ方向の入射位置ｙは、電圧信号Ｓｖ１ないしＳｖ４に基づき、たとえば次式から求められる。
【０１４５】
【数２】
2010230458.tif 000004
【０１４６】
こうして、式（３）および式（４）によって得られたサーボ光の入射位置を示す位置検出信号が、制御回路８に出力される。
【０１４７】
なお、この場合も、上記変更例と同様、ミラー１１３が中立位置にあるときにＰＳＤ処理回路７に入力される入力電圧信号と、メモリ７ａに予め保持された理想の入力電圧信号との差分に基づいて、４分割センサ３２０から出力される電流信号Ｓ１ないしＳ４に重畳された誤差成分を除去することができる。これにより、信号演算回路７ｂにおいて精度の高い位置検出信号が生成され得る。
【０１４８】
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。
【符号の説明】
【０１４９】
３〜６  …  レベル調整回路（信号処理部）
７  …  ＰＳＤ処理回路（信号処理部）
７ｂ  …  信号演算回路（第１の演算部、第２の演算部、信号処理部）
７ｄ  …  セレクタ（選択部、信号処理部）
８  …  制御回路（制御部）
３５  …  減算器（差分取得部、信号処理部）
３７  …  Ａ／Ｄ変換回路（第２のＡ／Ｄ変換部、信号処理部）
３８  …  Ａ／Ｄ変換回路（第１のＡ／Ｄ変換部、信号処理部）
１００  …  ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
２００  …  透明体（サーボ光学系）
３０３  …  半導体レーザ（サーボ光学系）
３１５  …  ＰＳＤ（光検出器）
３１６  …  スリット（光学素子、位置検出部）
３１７  …  ＰＤ（受光素子、位置検出部）
３２０  …  ４分割センサ（光検出器）
４０１  …  レーザ光源
【図１】
2010230458.tif 000005
【図２】
2010230458.tif 000006
【図３】
2010230458.tif 000007
【図４】
2010230458.tif 000008
【図５】
2010230458.tif 000009
【図６】
2010230458.tif 000010
【図７】
2010230458.tif 000011
【図８】
2010230458.tif 000012
【図９】
2010230458.tif 000013
【図１０】
2010230458.tif 000014
【図１１】
2010230458.tif 000015
【図１２】
2010230458.tif 000016
【図１３】
2010230458.tif 000017
【図１４】
2010230458.tif 000018
【図１５】
2010230458.tif 000019
【図１６】
2010230458.tif 000020
【図１７】
2010230458.tif 000021