(57)【要約】【課題】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を提供する。【解決手段】ＰＳＤ３０８からの出力信号に基づいてサーボ光の受光位置に応じた信号を生成するＰＳＤ信号処理回路３を備える。ＰＳＤ信号処理回路３は、目標領域に照射されるレーザ光の一部がＰＳＤ３０８に入射することにより生じる外乱信号をＰＳＤ３０８からの出力信号から除去する信号除去回路１５、１６、１７、１８を有する。【選択図】図５
2010025600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を備え、
前記位置信号生成回路は、前記レーザ光が前記光検出器に入射することにより生じる外乱信号を前記光検出器からの出力信号から除去する信号除去回路を有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記信号除去回路は、前記光検出器からの出力信号から前記外乱信号を抽出する信号抽出回路と、抽出された前記外乱信号の極性を反転させるインバータと、極性が反転された前記外乱信号を前記光検出器からの出力信号に加算する加算回路とを有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記信号除去回路は、前記光検出器からの出力信号をミュートさせるミュート回路と、少なくとも前記レーザ光の出射期間において前記ミュート回路を作動させるミュート制御回路とを有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記位置信号生成回路は、前記ミュート回路の作動期間を除く期間において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、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記信号除去回路は、前記光検出器からの出力信号を保持するホールド回路を有し、
前記位置信号生成回路は、前記サーボ光の受光位置に応じた信号を生成するタイミングが外乱信号の発生期間に含まれる場合、前記ホールド回路に保持された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、
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。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。
【０００４】
また、出願人は、先に特願２００６−１２１７６２号を出願し、ミラー回動タイプのスキャン機構を提案した。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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開平１１−８３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【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を提供することを課題とする。
【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、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を備える。そして、前記位置信号生成回路は、前記レーザ光が前記光検出器に入射することにより生じる外乱信号を前記光検出器からの出力信号から除去する信号除去回路を有する。
【００１０】
本発明によれば、レーザ光の照射により生じる外乱信号が光検出器からの出力信号から除去される。よって、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劣化を抑制することができる。
【００１１】
本発明において、前記信号除去回路は、前記光検出器からの出力信号から前記外乱信号を抽出する信号抽出回路と、抽出された前記外乱信号の極性を反転させるインバータと、極性が反転された前記外乱信号を前記光検出器からの出力信号に加算する加算回路とを有する構成とすることができる。
【００１２】
また、本発明において、前記信号除去回路は、前記光検出器からの出力信号をミュートさせるミュート回路と、少なくとも前記レーザ光の出射期間において前記ミュート回路を作動させるミュート制御回路とを有する構成とすることもできる。この場合、前記位置信号生成回路は、前記ミュート回路の作動期間を除く期間において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よう構成され得る。
【００１３】
さらに、本発明において、前記信号除去回路は、前記光検出器からの出力信号を保持するホールド回路を有する構成とすることができ、この場合、前記位置信号生成回路は、前記サーボ光の受光位置に応じた信号を生成するタイミングが外乱信号の発生期間に含まれる場合、前記ホールド回路に保持された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よう構成され得る。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、２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２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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
ベース５００の下面には、回路基板３０１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（図示せず）が配されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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回路構成が配されている。この回路構成については、追って、図５および図６を参照して説明する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１】
2010025600.tif 000003
【００４６】
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、信号除去回路１５、１６、１７、１８を介してＡ／Ｄ変換回路１９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２０に入力される。
【００４７】
演算回路２０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。
【００４８】
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２０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。
【００４９】
本実施の形態では、かかる問題を解消するべく、図５（ｂ）に示す如く、アンプ１１、１２、１３、１４の後段に信号除去回路１５、１６、１７、１８を配し、レーザ光（外乱光）により生じる不要な信号（外乱信号）を、アンプ１１、１２、１３、１４からの信号から除去するようにしている。
【００５０】
図６（ａ）、（ｂ）は、信号除去回路１５、１６、１７、１８の構成例を示す図である。なお、図６（ａ）には、便宜上、信号除去回路１５の構成のみが図示されているが、信号除去回路１６、１７、１８もこれと同様の構成を備えている。
【００５１】
まず、図６（ａ）を参照して、信号除去回路１５は、ＨＰＦ（High Pass Filter）１５ａと、インバータ１５ｂと、ディレイ回路１５ｃと、加算回路１５ｄとを備えている。ＨＰＦ１５ａは、アンプ１１の出力から、レーザ光（外乱光）により生じる不要な信号（外乱信号）を抽出する。インバータ１５ｂは、抽出された外乱信号の極性を反転させる。ディレイ回路１５ｃは、アンプ１１から出力される信号を、ＨＰＦ１５ａとインバータ１５ｂによる処理に要する時間だけ遅延させ、アンプ１１から出力される外乱信号とインバータ１５ｂにより出力される外乱信号とを同期させる。加算回路１５ｄは、インバータ１５ｂからの信号とディレイ回路１５ｃからの信号を加算する。
【００５２】
図７は、図６（ａ）による信号除去回路１５の作用を説明する図である。
【００５３】
図７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（７５Ｗ）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（５ｍＷ未満に設定）の駆動信号が供給され、半導体レーザ３０３からは、低パワーのサーボ光が常時出射される。
【００５４】
こうしてサーボ光が出射されると、ＡＭＰ１１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の出力信号上にパルス状の外乱信号が現れる。
【００５５】
かかる外乱信号は、図６（ａ）に示すＨＰＦ１５ａによって抽出され、さらに、インバータ１５ｂによって極性が反転される。図７中、（ｄ）の信号波形は、インバータ１５ｂによって極性が反転された外乱信号（逆相信号）を示している。かかる逆相信号は、加算回路１５ｄによって、ＡＭＰ１１からの外乱信号に加算される。これにより、ＡＭＰ１１の出力信号上に現れる外乱信号がキャンセルされ、結果、加算回路１５ｄからは、（ｅ）に示す信号、すなわち、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。この信号を、後述のＤＳＰにて処理することにより、精度の高い位置検出信号を得ることができる。
【００５６】
次に、図６（ｂ）を参照して、信号除去回路１５、１６、１７、１８の他の構成例を説明する。図示の如く、この構成例では、信号除去回路１５、１６、１７、１８としてミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１が配されている。これらミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１は、ミュート信号に応じてアンプ１１、１２、１３、１４からの信号をミュートする。ミュート信号は、後述のＤＳＰからミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１に供給される。ミュート期間は、Ａ／Ｄ変換回路１９にグランドレベルの信号が供給される。
【００５７】
図８は、図６（ｂ）によるミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１の作用を説明する図である。図中、（ａ）〜（ｃ）の信号波形は、図７の（ａ）〜（ｃ）の信号波形と同様である。
【００５８】
ミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１には、図８の（ｄ）に示すミュート信号が供給される。図示の如く、ミュート信号は、（ａ）の駆動信号の立ち上がりタイミングに立ち上がり、（ｃ）の外乱信号をカバーする期間においてミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１に供給される。ミュート信号の供給期間は、ＰＳＤ３０８やアンプ１１、１２、１３、１４の時定数等を考慮して、外乱信号の発生期間よりも長めに設定されている。また、ミュート信号の供給期間は、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信号の発生期間が変化しても、これをカバーできる時間長となるように設定されている。
【００５９】
上記の如く、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、ＡＭＰ１１、１２、１３、１４の出力信号上にパルス状の外乱信号が現れる。しかし、外乱信号の発生期間においてミュート信号が供給され、ミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１がアクティブとされるため、外乱信号が、アンプ１１、１２、１３、１４の信号から除去される。したがって、ミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１からは、図８の（ｅ）に示す信号が出力され、この信号が後述のＤＳＰにて処理されて位置検出信号が生成される。
【００６０】
なお、ミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１から出力される信号は、図８（ｅ）に示す如く、ミュート期間においてグランドレベルとなっている。このため、ミュート期間においては、本来的に位置検出信号を取得することができない。演算回路２０は、ミュート期間以外の期間において位置検出信号を取得するよう構成される。具体的には、演算回路２０にミュート信号が入力され、位置検出信号の生成タイミングにおいてミュート信号が入力された場合には、位置検出信号の生成がスキップされる。
【００６１】
図９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。
【００６２】
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９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。
【００６３】
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中には、上記の如く信号除去回路１５、１６、１７、１８が配され、これら回路は、上記のとおり、図６（ａ）または（ｂ）に示す構成とされる。信号除去回路１５、１６、１７、１８が図６（ｂ）の構成とされる場合、上記の如く、ＤＳＰ８からミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１と演算回路２０にミュート信号が供給される。
【００６４】
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。具体的には、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示す信号が半導体レーザ３０３に供給される。
【００６５】
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。
【００６６】
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、図７（ａ）および図８の（ａ）に示す信号がレーザ光源４０１に供給される。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、ＰＳＤ信号処理回路３中の上記信号除去回路１５、１６、１７、１８が、上記図６（ｂ）の構成を有する場合、ＤＳＰ８は、スキャンＬＤ駆動回路６にパルス駆動信号を入力したタイミングから一定期間（ミュート期間）の間、ＰＳＤ信号処理回路３中のミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１と演算回路２０に、ミュート信号を供給する。これにより、ＰＳＤ信号処理回路３は、ミュート期間において外乱信号をミュートし、さらに、ミュート期間における位置検出信号の生成をスキップする。こうして、外乱信号の影響を受けない位置検出信号がＰＳＤ信号処理回路３からＤＳＰ８に供給される。よって、ＤＳＰ８は、目標領域における障害物の検出動作と、レーザ光の照射制御およびミラーアクチュエータ１００の駆動制御を高精度に行うことができる。
【００７０】
以上、詳述したとおり、本実施の形態によれば、図６（ａ）、（ｂ）に示す構成を用いることにより、レーザ光による外乱信号がＰＳＤ３０８からの出力信号から除去されるため、位置検出信号に対するレーザ光（外乱光）の影響を除去することができる。よって、位置検出信号の精度劣化を抑制することができ、安定したスキャン動作および障害物検出動作を提供することができる。
【００７１】
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。
【００７２】
たとえば、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。
【００７３】
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。
【００７４】
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１０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。
【００７５】
【数２】
2010025600.tif 000004
【００７６】
図１０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、信号除去回路３５、３６、３７、３８を介してＡ／Ｄ変換回路３９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４０に入力される。
【００７７】
演算回路４０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。
【００７８】
かかる演算処理においても、上記実施の形態と同様、レーザ光が４分割センサ３１０に入射すると、演算回路４０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、アンプ３１、３２、３３、３４の後段に信号除去回路３５、３６、３７、３８が配され、レーザ光（外乱光）により生じる不要な信号（外乱信号）が、アンプ３１、３２、３３、３４からの信号から除去される。信号除去回路３５、３６、３７、３８は、上記実施の形態における信号除去回路１５、１６、１７、１８と同様の構成とすることができる。
【００７９】
ところで、上記実施の形態において、信号除去回路１５、１６、１７、１８として図６（ｂ）の構成を用いると、図８（ｅ）に示すように、信号除去回路１５、１６、１７、１８からの信号がミュート期間においてグランドレベルとなるため、この期間は、位置検出信号の生成ができなくなる。このため、上記実施の形態では、位置検出信号の生成タイミングがミュート期間に含まれる場合には、位置検出信号の生成がスキップされる。
【００８０】
しかし、こうすると、スキップの際に位置検出信号が欠落するため、その分、位置検出の精度が劣化する惧れがある。かかる問題を回避するためには、この期間においても位置検出信号を生成してＤＳＰ８に供給するのが望ましい。
【００８１】
図１１は、かかる要求を実現するための構成例である。
【００８２】
この構成例では、信号除去回路１５、１６、１７、１８としてホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２が用いられている。ホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２には、外乱信号の発生期間において、上記ＤＳＰ８からホールド信号が供給される。ホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２は、ホールド信号が供給されていない間はアンプ１１、１２、１３、１４からの出力をそのままＡ／Ｄ変換回路１９に出力し、ホールド信号が供給されると、その直前にアンプ１１、１２、１３、１４から出力された出力信号をＡ／Ｄ変換回路１９に出力する。
【００８３】
図１２は、ホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２の作用を説明する図である。図中、（ａ）〜（ｃ）の信号波形は、図７の（ａ）〜（ｃ）の信号波形と同様である。また、図中、（ｄ）に示すホールド信号は、上記図８におけるミュート信号と同様の信号である。
【００８４】
レーザ光源４０１から高パワーのレーザ光が出射されると、上記の如く、ＡＭＰ１１、１２、１３、１４の出力信号上にパルス状の外乱信号が現れる。本構成例では、外乱信号の発生期間において、ホールド信号（パルス波形信号）がホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２に供給される。このため、この期間は、その直前にＡＭＰ１１、１２、１３、１４から出力された信号がホールドされてＡ／Ｄ変換回路１９に供給される。
【００８５】
演算回路２０は、位置検出信号の生成タイミングがホールド信号の供給期間に含まれる場合にも、他の期間と同様、ホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２から入力された信号をもとに位置検出信号を生成してＤＳＰ８に出力する。したがって、この構成例によれば、位置検出信号の生成タイミングがホールド信号の供給期間に含まれる場合にも、位置検出信号の生成がスキップされることはなく、正規のタイミングで必ず位置検出信号がＤＳＰ８に供給される。また、この場合には、直前にＡＭＰ１１、１２、１３、１４から出力された信号をもとに位置検出信号が生成されるため、生成された位置検出信号にさほど大きな誤差が含まれることはない。よって、この構成例によれば、ＤＳＰ８における走査位置の検出精度を高く維持することができ、目標領域におけるレーザ光のスキャン精度および障害物の検出精度を高めることができる。
【００８６】
なお、上記図５、図６、図１０および図１１の構成例では、信号除去回路１５〜１８、３５〜３８、ミュート回路１５１、１６１、１７１、１８１、および、ホールド回路１５２、１６２、１７２、１８２をＡ／Ｄ変換回路１９、３９の前段に配置したが、これら回路をＡ／Ｄ変換回路１９、３９の前段に配置し、これら回路における処理をデジタル処理にて行うようにしてもよい。
【００８７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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
【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
【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
【図４】実施の形態に係るＰＳＤの構成を示す図
【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
【図６】実施の形態に係る信号除去回路の構成を示す図
【図７】実施の形態に係る信号除去回路の作用を説明する図
【図８】実施の形態に係る信号除去回路の作用を説明する図
【図９】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図
【図１０】実施の形態に係る位置信号生成回路の変更例を示す図
【図１１】実施の形態に係る位置信号生成回路の他の変更例を示す図
【図１２】図１１に示す位置信号生成回路の作用を説明する図
【符号の説明】
【００８９】
３  …  ＰＳＤ信号処理回路（位置信号生成回路）
８  …  ＤＳＰ
１５〜１８  …  信号除去回路
２０  …  演算回路
１５ａ  …  ハイパスフィルタ
１５ｂ  …  インバータ
１５ｃ  …  ディレイ回路
１５ｄ  …  加算回路
１５１、１６１、１７１、１８１  …  ミュート回路
３５〜３８  …  信号除去回路
４０  …  演算回路
１５２、１６２、１７２、１８２  …  ホールド回路
１００  ミラーアクチュエータ
２００  透明体（光学ユニット）
３０８  ＰＳＤ（光検出器）
３１０  ４分割センサ（光検出器）
【図１】
2010025600.tif 000005
【図２】
2010025600.tif 000006
【図３】
2010025600.tif 000007
【図４】
2010025600.tif 000008
【図５】
2010025600.tif 000009
【図６】
2010025600.tif 000010
【図７】
2010025600.tif 000011
【図８】
2010025600.tif 000012
【図９】
2010025600.tif 000013
【図１０】
2010025600.tif 000014
【図１１】
2010025600.tif 000015
【図１２】
2010025600.tif 000016