(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。【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と、ＰＳＤ信号処理回路３０８からの信号に基づいてレーザ光の走査位置を検出するＤＳＰ８を備える。ＤＳＰ８は、レーザ光の発光期間以外の期間（位置検出期間）においてレーザ光の走査位置の検出を行う。【選択図】図７
2010071869.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、
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、
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、
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、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項２において、
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、
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、
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、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載のビーム照射装置を備えるレーザレーダ。
【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、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。
【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】
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。
【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およびレーザレーダ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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ベース５００の下面には、回路基板３０１が配されている。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
【数１】
2010071869.tif 000003
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
【数２】
2010071869.tif 000004
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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】
【００９０】
【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サーボ光学系を示す図
【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】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図
【図７】実施の形態に係るＤＳＰの制御動作を説明するための図
【図８】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
【図９】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
【図１０】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
【符号の説明】
【００９１】
３  ＰＳＤ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）
８  ＤＳＰ（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）
３０８  ＰＳＤ（光検出器）
３１０  ４分割センサ（光検出器）
【図１】
2010071869.tif 000005
【図２】
2010071869.tif 000006
【図３】
2010071869.tif 000007
【図４】
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【図５】
2010071869.tif 000009
【図６】
2010071869.tif 000010
【図７】
2010071869.tif 000011
【図８】
2010071869.tif 000012
【図９】
2010071869.tif 000013
【図１０】
2010071869.tif 000014