(57)【要約】      （修正有）【課題】シリンドリカルレンズ等のビーム整形用レンズを用いることなく、安定したビームプロファイルにて、ビームを目標領域に照射可能なビーム照射装置を提供する。【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源４１０と、レーザ光源４１０から出射されたレーザ光が入射される収束レンズ４３０と、収束レンズ４３０を透過したレーザ光を目標領域において走査させるためのミラーアクチュエータ１００を備える。レーザ光源４１０は、レーザチップのｐｎ接合面が鉛直方向に平行となるように配される。レーザ光源４１０の発光部の鉛直方向に平行な方向の長さによって、目標領域におけるレーザ光の鉛直方向の長さが設定される。また、レーザ光に対する収束レンズ４３０の波面収差が０．１５λｒｍｓ以下に設定されている。【選択図】図７
2011047832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光が入射される収束レンズと、
前記収束レンズを透過した前記レーザ光を目標領域において走査させるための走査部と、を備え、
レーザチップのｐｎ接合面が鉛直方向に平行となるように前記レーザ光源が配されるとともに、前記レーザ光源の発光部の鉛直方向に平行な方向の長さによって、前記目標領域における前記レーザ光の鉛直方向の長さが設定され、
前記レーザ光に対する前記収束レンズの波面収差が０．１５λｒｍｓ以下に設定されている、
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、
前記目標領域における前記レーザ光の鉛直方向の長さを所定の長さとするときの、前記収束レンズを通過した後の前記レーザ光の発散角がθであるとき、鉛直方向に平行な方向における前記発光部の長さの半値ｙが、ｙ＝ｆ・ｔａｎθとなるように、鉛直方向に平行な方向における前記発光部の長さが設定されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のビーム照射装置において、
前記光源から出射されたレーザ光は、アパーチャを介することなく前記収束レンズに入射される、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載のビーム照射装置と、
前記目標領域からの光を受光する受光部と、を備える
ことを特徴とするレーザレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域に光を照射するビーム照射装置および当該ビーム照射装置を搭載したレーザレーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行時の安全性を高めるために、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する。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、障害物までの距離が検出される。
【０００３】
レーザレーダには、目標領域においてレーザ光を走査させるためのビーム照射装置が組み込まれる。レーザレーダが乗用車に搭載される場合、鉛直方向に比べ水平方向の検出精度が高められる。このため、この種のレーザレーダに搭載されるビーム照射装置は、鉛直方向に長く、水平方向に狭い形状のビームを目標領域に照射する。
【０００４】
ビーム照射装置の光源として、半導体レーザが用いられる場合、出射されるレーザ光の発散角は、ｐｎ接合面に垂直な方向（以下、「短手方向」という）が大きく、ｐｎ接合面に平行な方向（以下、「長手方向」という）が小さい。このため、光源として半導体レーザが用いられる場合には、目標領域におけるビームの形状を所望の形状に整えるための構成が必要となる。この場合、収束レンズの他に、シリンドリカルレンズ等のビーム整形用レンズが用いられ得る。ビーム整形用レンズを用いる場合の構成例が、たとえば、以下の特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４０１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記構成では、収束レンズの他に、シリンドリカルレンズ等のビーム調整用のレンズが必要となるため、シリンドリカルレンズ等により生じる収差によって、目標領域におけるビームプロファイルに歪が生じるとの問題が起こり得る。目標領域におけるビームプロファイルに歪が生じると、障害物の検出精度が低下する惧れがある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、シリンドリカルレンズ等のビーム整形用のレンズを用いることなく、安定したビームプロファイルにて、レーザ光を目標領域に照射可能なビーム照射装置を提供することを目的とする。また、本発明は、当該ビーム照射装置を搭載することで、目標領域における障害物の検出精度を高め得る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】
【０００８】
本発明の第１の態様は、ビーム照射装置に関する。この態様に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光が入射される収束レンズと、前記収束レンズを透過した前記レーザ光を目標領域において走査させるための走査部とを備える。前記レーザ光源は、レーザチップのｐｎ接合面が鉛直方向に平行となるように前記レーザ光源が配される。前記レーザ光源の発光部の鉛直方向に平行な方向の長さによって、前記目標領域における前記レーザ光の鉛直方向の長さが設定される。また、前記レーザ光に対する前記収束レンズの波面収差が０．１５λｒｍｓ以下に設定されている。
【０００９】
本発明の第２の態様は、レーザレーダに関する。この態様に係るレーザレーダは、上記第１の態様に係るビーム照射装置と、前記目標領域からの光を受光する受光部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るビーム照射装置よれば、シリンドリカルレンズ等のビーム整形用レンズを用いることなく、安定したビームプロファイルにて、レーザ光を目標領域に照射することができる。また、本発明に係るレーザレーダによれば、当該ビーム照射装置を搭載することにより、目標領域における障害物の検出精度を高めることができる。
【００１１】
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】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るレーザ光源の構成方法を説明する図である。
【図２】実施の形態に係る収束レンズの構成方法を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る収束レンズの構成方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る収束レンズの構成方法を説明する図である。
【図５】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６】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７】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系の構成を示す図である。
【図８】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系の構成を示す図である。
【図９】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、車載用のレーザレーダに本発明に係るビーム照射装置を搭載したときのものである。
【００１４】
図１は、ビーム照射装置におけるレーザ光源の構成方法を説明する図である。
【００１５】
同図（ａ）に示す如く、レーザ光源（半導体レーザ）のレーザチップを収束レンズの焦点位置に配置すると、収束レンズを透過した後の、長手方向（ｐｎ接合面に平行な方向）におけるレーザ光の発散角θＬ０と、レーザチップの長手方向の長さ（発光部の長さ）の半値Ｙ０および収束レンズの焦点距離ｆ０との間には、次の関係が成り立つ。ただし、次の関係式は、発散角θＬ０がゼロに近い場合に成り立つものである。
【００１６】
Ｙ０＝ｆ０・ｔａｎ（θＬ０）  …（１）
θＬ０＝ｔａｎ−１（Ｙ０／ｆ０）  …（２）
【００１７】
この場合、収束レンズを透過した後の、短手方向（ｐｎ接合面に垂直な方向）におけるレーザ光の発散角はゼロとなる。すなわち、短手方向に広がって出射されたレーザ光は、収束レンズを透過した後、光軸に平行に進む。このとき、レーザ光は、レンズに対して、たとえば、同図（ｂ）に示すように入射する。
【００１８】
同図（ｃ）は、目標領域におけるレーザ光の走査形態を示す図である。目標領域には、鉛直方向に３段の照射ブロックが設定される。各ブロックは、鉛直方向に細長い形状となっている。ビーム照射装置から出射されたレーザ光は、たとえば、目標領域の各ブロックを水平方向の一列ずつ左から右に順次走査する。図示の如く、目標領域におけるレーザ光の照射領域はブロックよりもやや広めになっている。ビーム照射装置は、走査位置が各ブロックの位置になったタイミングで、レーザ光をパルス発光させる。
【００１９】
上記式（１）、（２）から、レーザチップを収束レンズの焦点位置に配置すると、レーザ光は長手方向において所定の発散角θＬ０を持つことになる。よって、図１（ｃ）に示す如く目標領域におけるレーザ光の形状を鉛直方向に細長い形状とするためには、長手方向が鉛直方向に平行となるようにレーザチップを配置するのが望ましい。こうすると、長手方向（鉛直方向）におけるレーザチップの長さの半値Ｙ０またはレンズの焦点距離ｆ０を調整することにより、目標領域における鉛直方向のレーザ光の長さを所望の長さに設定することができる。
【００２０】
この場合、目標領域における水平方向のレーザ光の幅は、レーザチップの位置を、同図（ａ）の位置、すなわち、収束レンズの焦点距離ｆ０の位置から、収束レンズに近づく方向に移動させることによって調整され得る。すなわち、レーザチップの位置を、収束レンズの焦点位置から収束レンズに近づけると、収束レンズを透過した後の、短手方向（水平方向）におけるレーザ光の発散角θｓ０は、次式で求まる。
【００２１】
θｓ０＝λ／（πω）  …（３）
【００２２】
ここで、λはレーザ光の波長、ωは虚像位置におけるビームウエスト半径である。また、この式は、短手方向におけるレーザチップの幅が小さく、レーザチップが点光源と見なされる場合に成り立つものである。
【００２３】
上記式（３）から、レーザチップの位置を、収束レンズの焦点位置から収束レンズに近づけて短手方向（水平方向）における発散角θｓ０を調整することにより、目標領域における水平方向のレーザ光の幅を所望の幅に設定することができる。
【００２４】
なお、この場合、レーザチップの位置を、収束レンズの焦点距離の位置から僅かに移動させることで、発散角θｓ０を、所望の値に設定できる。このため、このようにレーザチップの位置を移動させても、同図（ａ）に示す長手方向（鉛直方向）のレーザ光の発散角θＬ０は、レーザチップが焦点距離の位置にある場合とそれほど変わらない。よって、短手方向（水平方向）における発散角θｓ０の調整の際にレーザチップの位置を移動させても、目標領域における鉛直方向のレーザ光の長さを所望の長さに維持することができる。
【００２５】
上記の如く、長手方向が鉛直方向に平行となるようにレーザチップを配置することにより、目標領域におけるレーザ光の形状を鉛直方向に細長い形状とすることができる。また、上記式（１）、（２）より、長手方向（鉛直方向）におけるレーザチップの長さの半値Ｙ０またはレンズの焦点距離ｆ０を調整することによって、目標領域における鉛直方向のレーザ光の長さを所望の長さに設定することができる。このとき、レーザチップの位置を、収束レンズの焦点位置から収束レンズに近づけることにより、目標領域における水平方向のレーザ光の長さを所望の長さに調整することができる。
【００２６】
本実施の形態では、目標領域におけるレーザ光の照射領域が所定のサイズになるように、長手方向（鉛直方向）におけるレーザチップの長さの半値Ｙ０またはレンズの焦点距離ｆ０が調整され、収束レンズの焦点位置に対するレーザチップの位置が調整される。本実施の形態では、このようにレーザチップの構成および配置によってビーム形状が設定されるため、ビーム整形用のレンズが不要となる。このため、ビーム整形レンズによる収差によって、目標領域におけるレーザ光のビームプロファイルが劣化するようなことがない。また、レーザチップから出射されるレーザ光は、ビーム整形用のアパーチャを介することなく収束レンズに入射される。このため、アパーチャによる回折によって、目標領域におけるレーザ光のビームプロファイルが劣化するようなこともない。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、以下のように収束レンズの特性を設定することで、目標領域におけるレーザ光のビームプロファイルのさらなる安定化が図られている。
【００２８】
図２ないし図４は、収束レンズの特性を設定するために、発明者により為されたシミュレーションの結果を示す図である。本シミュレーションの条件は以下の通りである。
【００２９】
＜条件１＞
【００３０】
【表１】
2011047832.tif 000003
【００３１】
＜条件２＞
【００３２】
【表２】
2011047832.tif 000004
【００３３】
上記条件２に示す収束レンズの焦点距離は、現在車載用のビーム照射装置における標準的なサイズ（レンズ有効径＝１３ｍｍ程度）の収束レンズに対し、レーザチップからのレーザ光を取り込むために必要な焦点距離である。すなわち、焦点距離が１６ｍｍ以下の場合、収束レンズは、上記条件２のＦに示す発散角のレーザ光を全て取り込むことができ、焦点距離が１６ｍｍよりも大きいと、当該発散角のレーザ光の一部が取り込まれなくなる。
【００３４】
なお、シミュレーションは、図１（ａ）に示すように、レーザチップと収束レンズの間にビーム整形用レンズやアパーチャ等の他の光学素子が全く配置されていないとして行われた。
【００３５】
図２（ａ）、図３（ａ）は、それぞれ、上記の条件１、条件２で構成された光学系においてレーザチップからレーザ光を出射させたときの短手方向におけるビームプロファイルを、収束レンズから１０ｍ先の位置において求めたシミュレーション結果である。横軸は、ビーム中心からの距離、縦軸は、各距離におけるレーザ光の強度である。なお、各シミュレーション結果は、ビーム中心の強度を１として規格化されている。また、各図には、収束レンズの波面収差を９段階に変更したときのシミュレーション結果が示されている。
【００３６】
ここで、シミュレーションにて設定された収束レンズの波面収差は、０．４（λｒｍｓ）、０．３（λｒｍｓ）、０．２（λｒｍｓ）、０．１４（λｒｍｓ）、０．１（λｒｍｓ）、０．０８（λｒｍｓ）、０．０６（λｒｍｓ）、０．０４（λｒｍｓ）、０．０２（λｒｍｓ）である。各図において、最も外側の波形が波面収差０．４（λｒｍｓ）のときのシミュレーション結果であり、最も内側の波形が波面収差０．０２（λｒｍｓ）のときのシミュレーション結果である。内側の波形ほど波面収差が小さくなっている。
【００３７】
本シミュレーションでは、相対強度が１．０×１０−４となる微弱な強度までビームプロファイルを求めた。ビーム照射装置を車載用のレーザレーダに搭載する場合には、高い検出精度が求められる。この場合、このように微弱な強度のビームも検出精度に影響し得る。
【００３８】
レーザレーダにおいては、ビーム周辺にボケのない、クリアな輪郭のレーザ光を、目標領域に照射するのが望ましい。したがって、図２（ａ）、図３（ａ）に示すシミュレーション結果においては、裾野が左右方向に広がらず、なるべく急瞬な山型のビームプロファイルとなるのが望ましい。各シミュレーション結果において、波面収差が０．０２（λｒｍｓ）の場合は略無収差と考えられる。この場合のビームプロファイルは、裾野があまり広がらず急瞬な山型の波形となっている。収束レンズの波面収差が大きくなるにつれて、ビームプロファイルは、裾野が広がったなだらかな山型の波形となる。すなわち、目標領域に照射されるレーザ光は、収束レンズの波面収差が大きくなるにつれて、周辺がぼけたものとなる。
【００３９】
図２（ｂ）、図３（ｂ）は、それぞれ、図２（ａ）、図３（ａ）における各波面収差のビームプロファイルの強度を、理想波形である波面収差が０．０２（λｒｍｓ）のビームプロファイルの強度で除算したときシミュレーション結果を示す図である。これらのシミュレーション結果からも、収束レンズの波面収差が大きくなるにつれて、ビームプロファイルは、裾野が広がったなだらかな山型の波形となることが分かる。また、各波形における山の大きさによって、ビームプロファイルの広がり具合、すなわち、目標領域におけるレーザ光のボケ具合が分かる。山が大きいほど、目標領域においてレーザ光がぼけていると評価できる。
【００４０】
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図２（ｂ）、図３（ｂ）における山の高さ（縦軸の最大値）を、波面収差毎にプロットしたものである。図中には、便宜上、破線で直線が付記されている。
【００４１】
図４（ａ）を参照して、収束レンズの焦点距離が１０ｍｍの場合、波面収差が０．１８（λｒｍｓ）あたりまでは、図２（ｂ）における波形の最大値が直線状に変化し、０．１８（λｒｍｓ）を超えるあたりから、図２（ｂ）における波形の最大値が、指数関数的に大きくなる。
【００４２】
図４（ｂ）を参照して、収束レンズの焦点距離が１６ｍｍの場合、波面収差が０．１５（λｒｍｓ）あたりまでは、図３（ｂ）における波形の最大値が直線状に変化し、０．１５（λｒｍｓ）を超えるあたりから、図３（ｂ）における波形の最大値が、指数関数的に大きくなる。
【００４３】
収束レンズの波面収差は、光学系に対する設置誤差や、収束レンズの温度等によって変化する。よって、収束レンズの波面収差は、このように設置誤差や温度の変化等により波面収差が変化しても、図２（ｂ）における波形の最大値が大きく変化しないような範囲に設定するのが望ましい。
【００４４】
この観点より、焦点距離が１０ｍｍの場合には、図４（ａ）から、収束レンズの波面収差は０．１８（λｒｍｓ）以下の範囲に設定するのが望ましい。こうすると、光学系に対する設置誤差や温度の変化等により波面収差が変化しても、図２（ｂ）における波形の最大値が大きく変化せず、目標領域におけるレーザ光の急激なボケを抑制することができる。また、収束レンズの波面収差を０．１８（λｒｍｓ）以下の範囲に設定すると、図２（ｂ）における波形の最大値が３以下となるため、ビーム周辺のボケが抑制された、クリアな輪郭のレーザ光を目標領域に照射できる。
【００４５】
したがって、焦点距離が１０ｍｍの場合には、収束レンズの波面収差を０．１８（λｒｍｓ）以下の範囲に設定することにより、ビーム周辺のボケが抑制された、クリアな輪郭のレーザ光を目標領域に照射でき、且つ、光学系に対する収束レンズの設置誤差や、収束レンズの温度の変化等によって、収束レンズの波面収差が変化しても、目標領域におけるレーザ光の急激なボケを抑制することができる。
【００４６】
また、同様の観点より、焦点距離が１６ｍｍの場合には、図４（ｂ）から、収束レンズの波面収差は０．１５（λｒｍｓ）以下の範囲に設定するのが望ましい。こうすると、光学系に対する設置誤差や温度の変化等により波面収差が変化しても、図３（ｂ）における波形の最大値が大きく変化せず、目標領域におけるレーザ光の急激なボケを抑制することができる。また、収束レンズの波面収差を０．１５（λｒｍｓ）以下の範囲に設定すると、図３（ｂ）における波形の最大値が３以下となるため、ビーム周辺のボケが抑制された、クリアな輪郭のレーザ光を目標領域に照射できる。
【００４７】
したがって、焦点距離が１６ｍｍの場合には、収束レンズの波面収差を０．１５（λｒｍｓ）以下の範囲に設定することにより、ビーム周辺のボケが抑制された、クリアな輪郭のレーザ光を目標領域に照射でき、且つ、光学系に対する収束レンズの設置誤差や、収束レンズの温度の変化等によって、収束レンズの波面収差が変化しても、目標領域におけるレーザ光の急激なボケを抑制することができる。
【００４８】
以上２つの検討結果から、焦点距離が１６ｍｍ以下にして、レーザチップからのレーザ光を全て取り込む場合には、収束レンズの波面収差を０．１５（λｒｍｓ）以下に設定するのが望ましい。これにより、高強度かつクリアな輪郭のレーザ光を目標領域に照射でき、さらに、目標領域におけるレーザ光の急激なボケを抑制することができる。よって、目標領域における障害物の検出を安定かつ高精度に行うことができ、安全性を高めることができる。なお、レーザ光の波長が８００±１００ｎｍあたりであれば、上記と同様の傾向が得られる。
【００４９】
＜具体的構成例＞
以下、本実施の形態に係るビーム照射装置の具体的構成例について説明する。
【００５０】
まず、図５を参照して、目標領域においてレーザ光を走査させるためのミラーアクチュエータ１００の構成について説明する。
【００５１】
図５において、１１０は、チルトユニットである。チルトユニット１１０は、支軸１１１と、支軸１１１に回動可能に装着された軸受部１１２と、軸受部１１２に対して左右対称な位置に配されたコイル支持板１１３、１１４と、コイル支持板１１３、１１４に装着されるコイル１１５、１１６と、軸受部１１２とコイル支持板１１３、１１４を連結する連結部１１７とを備えている。
【００５２】
軸受部１１２には、左右方向に貫通する軸孔１１２ａが設けられている。この軸孔１１２ａに、支軸１１１が通される。軸受部１１２は、支軸１１１の中央部分に装着される。また、軸受部１１２の上面には、孔１１２ｂが設けられている。
【００５３】
コイル支持板１１３、１１４の上部側面には、それぞれ、左右方向に突出する鍔部が形成されており、これら鍔部に、それぞれ、留め孔１１３ａ、１１４ａが設けられている。留め孔１１３ａ、１１４ａは、軸受部１１２に対して左右方向に対称となる位置に設けられ、また、上下方向および前後方向の位置は同じである。
【００５４】
コイル支持板１１３、１１４には、それぞれ、方形状に巻回されたコイル１１５、１１６が装着される。コイル１１５の出力端は、信号線（図示せず）によりコイル１１６の入力端に接続されている。
【００５５】
１２０は、パンユニットである。パンユニット１２０は、チルトユニット１１０を収容するための凹部１２１と、凹部１２１の上部に連接された軸受部１２２と、凹部１２１の下部に連接された受け部１２３と、凹部１２１の背面に装着されるコイル１２４と、支軸１２５と、Ｅリング１２６と、バランサ１２７とを備えている。
【００５６】
軸受部１２２には、上下方向に貫通する軸孔１２２ａが設けられている。軸孔１２２ａには、後述のように、チルトユニット１１０とパンユニット１２０のアセンブルの際に、支軸１２５が上下方向に通される。支軸１２５には、図示の如く、Ｅリング１２６が留められるための溝１２５ａが形成されており、支軸１２５の上部には、バランサ１２７が装着されるためのネジ溝１２５ｂが形成されている。
【００５７】
受け部１２３には、留め孔１２３ａ、１２３ｂが設けられている。留め孔１２３ａ、１２３ｂは、支軸１２５に対して左右方向に対称となる位置に設けられ、また、上下方向および前後方向の位置は同じである。また、受け部１２３には、下端に凹部１２３ｃが形成されている。凹部１２３ｃの前後方向のギャップは、透明体２００の厚みと略同じ寸法となっており、この凹部１２３ｃに透明体２００の上部が装着される。
【００５８】
パンユニット１２０の背面には、コイル装着部（図示せず）が形成されている。このコイル装着部に、方形状に巻回されたコイル１２４が装着される。
【００５９】
１３０は、マグネットユニットである。マグネットユニット１３０は、パンユニット１２０を収容するための凹部１３１と、支軸１１１の両端に係合する溝１３２、１３３と、コイル１１５、１１６に磁界を印加する８個のマグネット１３４と、コイル１２４に磁界を印加する２個のマグネット１３５とを備えている。
【００６０】
８個のマグネット１３４は、凹部１３１の左右の内側面に、上下２段に分けて装着されている。また、２個のマグネット１３５は、図示の如く、凹部１３１の内側面に、前後方向に傾くように装着されている。さらに、凹部１３１には、給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂが挿入される孔１３６、１３７が形成されている。
【００６１】
ミラーアクチュエータ１００のアセンブル時には、まず、チルトユニット１１０のアセンブルが行われる。すなわち、軸孔１１２ａに支軸１１１が装着され、さらにコイル１１５、１１６がコイル支持板１１３、１１４に装着される。
【００６２】
その後、アセンブルされたチルトユニット１１０が、パンユニット１２０の凹部１２１に入れられる。そして、チルトユニット１１０の孔１１２ｂと、パンユニット１２０の軸孔１２２ａが、上下方向に合わせられた状態で、支軸１２５が上から通される。支軸１２５の下端は、孔１１２ｂに固定される。しかる後、Ｅリング１２６が、溝１２５ａに留められる。こうすると、支軸１２５が、パンユニット１２０に対してＥリング１２６が留められた位置から下方向に移動しなくなる。こうして、パンユニット１２０が、チルトユニット１１０に対し、支軸１２５により回動自在に支持される。
【００６３】
しかる後、バランサ１２７が、支軸１２５のネジ溝１２５ｂに留められる。また、凹部１２３ｃに透明体２００が装着される。さらに、パンユニット１２０の前面にミラー１４０が装着される。こうして、図６（ａ）に示す如く、チルトユニット１１０と、パンユニット１２０と、ミラー１４０のアセンブルが完了する。
【００６４】
なお、バランサ１２７は、支軸１１１のまわりを回動するミラーアクチュエータ１００の構成部品が、支軸１１１を軸として回動するとき、かかる回動がバランス良く行われるよう調整するためのものである。かかる回動のバランスは、バランサ１２７の重さによって調整される他、バランサ１２７が、支軸１２５のネジ溝１２５ｂにより上下方向の位置を微調整されることにより行われる。
【００６５】
しかる後、図６（ａ）に示す構成体がマグネットユニット１３０に装着される。
【００６６】
図５に戻って、まず、支軸１１１の両端が、上方向から、マグネットユニット１３０の溝１３２、１３３に固定される。支軸１１１の両端には、溝１３２、１３３に係合する係合部が形成されており、これら係合部が溝１３２、１３３に嵌め込まれることにより、支軸１１１が回動することなく溝１３２、１３３に固定される。
【００６７】
続いて、給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂが、凹部１３１の背面側から孔１３６、１３７に通される。このとき、給電バネ１５１ａ、１５１ｂの先端が、それぞれ、チルトユニット１１０の留め孔１１３ａ、１１４ａに係止される。さらに、係止された給電バネ１５１ａ、１５１ｂの先端が、それぞれ、半田等によって、コイル１１５の入力端とコイル１１６の出力端に電気的に接続される。給電バネ１５１ａ、１５１ｂの後端は、マグネットユニット１３０の背面側に設けられた留め孔に係止される。
【００６８】
また、給電バネ１５２ａ、１５２ｂの先端は、それぞれ、パンユニット１２０の留め孔１２３ａ、１２３ｂに係止される。さらに、係止された給電バネ１５２ａ、１５２ｂの先端が、それぞれ、半田等によって、コイル１２４の入力端と出力端に電気的に接続される。給電バネ１５２ａ、１５２ｂの後端は、マグネットユニット１３０の背面側に設けられた留め孔に係止される。
【００６９】
なお、マグネットユニット１３０の背面に中継基板が配される場合には、この中継基板に形成された留め孔に、給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂの後端が係止される。
【００７０】
なお、給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂの素材には、抵抗値が小さく耐久性に優れたベリリウム銅等が用いられる。本実施の形態では、給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂとして、導電性に優れた線材がコイル状に巻かれたコイルバネが用いられている。
【００７１】
こうして、図６（ｂ）に示す如く、ミラーアクチュエータ１００のアセンブルが完了する。アセンブルされたミラーアクチュエータ１００を、図５に示す上下方向が鉛直方向に平行となるように設置すると、支軸１１１と支軸１２５が、それぞれ、図５に示す左右方向と上下方向に平行となり、ミラー１４０は正面前方を向く。
【００７２】
給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂは、アセンブル後にミラーアクチュエータ１００のミラー１４０が正面前方を向くように、長さやバネ係数等が設定される。さらに、給電バネ１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂは、ミラーアクチュエータ１００のアセンブル後に、ミラー１４０の回動許容範囲で伸びしろと縮みしろを有するように設定される。
【００７３】
図５および図６を参照して、パンユニット１２０がチルトユニット１１０に対し、支軸１２５を軸として回動すると、これに伴ってミラー１４０が回動する。また、チルトユニット１１０がマグネットユニット１３０に対し、支軸１１１を軸として回動すると、これに伴ってパンユニット１２０が回動し、パンユニット１２０と一体的にミラー１４０が回動する。このように、ミラー１４０は、互いに直交する支軸１１１、１２５によって回動可能に支持され、コイル１１５、１１６、１２４への通電によって、支軸１１１、１２５の周りに回動する。このとき、パンユニット１２０に装着された透明体２００も、ミラー１４０の回動に伴って回動する。
【００７４】
なお、図６（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のマグネット１３４は、給電バネ１５１ａ、１５１ｂを介して、コイル１１５、１１６に電流を印加することにより、チルトユニット１１０に支軸１１１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１１５、１１６に電流を印加すると、コイル１１５、１１６に生じる電磁駆動力によって、チルトユニット１１０が、支軸１１１を軸として回動する。
【００７５】
また、図６（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のマグネット１３５は、コイル１２４に電流を印加することにより、パンユニット１２０に支軸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１２４に電流を印加すると、コイル１２４に生じる電磁駆動力によって、パンユニット１２０が、支軸１２５を軸として回動し、これに伴って、透明体２００が回動する。
【００７６】
次に、図７および図８を参照して、ビーム照射装置の光学系について説明する。
【００７７】
まず、図７を参照して、走査光学系について説明する。図中、５００は、ベースである。同図では、ベース５００の上面が水平になっている。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５０３ａが形成され、この開口５０３ａ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。ミラーアクチュエータ１００は、図５に示す上下方向が、図７に示す鉛直方向となるように、ベース５００に装着される。
【００７８】
ベース５００の上面には、レーザ光源４１０と、収束レンズ４３０が配置されている。レーザ光源４１０は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の基板４２０に装着されている。レーザ光源４１０は、波長９００ｎｍ程度のレーザ光を出射する。収束レンズ４３０は、所定の焦点距離を持つ凸レンズである。収束レンズ４３０のレンズ面は、光軸を軸として回転対象な形状を有している。
【００７９】
収束レンズ４３０は、上記図１に示す収束レンズに相当する。収束レンズ４３０の焦点距離および波面収差は、上記図２から図４を参照して説明した範囲に設定されている。すなわち、収束レンズ４３０として標準サイズの両面非球面単レンズが用いられ、その焦点距離は１６ｍｍ以下、その波面収差（理想設計値）は０．１５（λｒｍｓ）に設定されている。
【００８０】
同図（ｂ）に模式的に示すように、レーザ光源４１０のＣＡＮ内には、レーザチップ４１１が配されており、レーザチップ４１１の長手方向が鉛直方向に平行となるように、レーザ光源４１０が配置されている。ここで、レーザチップ４１１の長手方向の長さＬは、上記図１を参照して説明したように、目標領域においてレーザ光が所望の形状となるよう調整されている。また、レーザチップ４１１は、収束レンズ４３０を透過したレーザ光が水平方向に所定の角度だけ広がるよう、収束レンズ４３０の焦点距離の位置から僅かに収束レンズ４３０に近づいた位置に位置づけられる。
【００８１】
なお、ここでは、レーザ光源４１０のＣＡＮ内に１つのレーザチップ４１１が配されたが、ＣＡＮ内に複数のレーザチップが、長手方向に並ぶように配置されても良い。この場合、これらレーザチップからなる発光部の鉛直方向の全長Ｌは、目標領域においてレーザ光が所望の形状となるよう調整される。こうすると、収束レンズ４３０に対する鉛直方向のレーザ光の入射領域を広げることができる。
【００８２】
レーザ光源４１０から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）は、ビーム整形用のレンズおよびアパーチャ等の他の光学素子を介することなく収束レンズ４３０に入射する。収束レンズ４３０を透過したレーザ光は、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）において、所定の大きさ（たとえば、縦２ｍ、横１ｍ程度の大きさ）となるよう、鉛直方向および水平方向にやや発散した状態で、目標領域へと進む。
【００８３】
収束レンズ４３０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１４０に入射し、ミラー１４０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１４０が二軸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スキャンされる。
【００８４】
ミラーアクチュエータ１００は、ミラー１４０が中立位置にあるときに、収束レンズ４３０からの走査用レーザ光がミラー１４０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１４０の位置をいう。ミラー１４０は、上記コイル１１５、１１６、１２４に通電されていない状態で、この中立位置に位置づけられる。
【００８５】
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。
【００８６】
図８（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の裏側に配されたサーボ光学系とその周辺の構成が示されている。
【００８７】
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５０３となっている。壁５０１には、半導体レーザ３０３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３０３を挿入するようにして、半導体レーザ３０３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、ＰＳＤ３０８が装着された回路基板３０２が装着されている。
【００８８】
ベース５００裏側の平面５０３には、取り付け具３０７によって集光レンズ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が装着されている。さらに、この平面５０３には上記開口５０３ａが形成されており、この開口５０３ａ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１４０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。
【００８９】
半導体レーザ３０３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３０４を透過した後、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、ＰＳＤ３０８によって受光され、ＰＳＤ３０８から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
【００９０】
図８（ｂ）は、透明体２００の回動位置がＰＳＤ３０８によって検出されることを模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）では、便宜上、同図（ａ）の透明体２００、半導体レーザ３０３、ＰＳＤ３０８のみが図示されている。
【００９１】
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によって屈折され、ＰＳＤ３０８に受光される。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、ＰＳＤ３０８上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３０８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。透明体２００の回動位置は、目標領域における走査用レーザ光の走査位置に対応する。よって、ＰＳＤ３０８からの信号をもとに目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出することができる。
【００９２】
図９は、上記構成を有するビーム照射装置を搭載した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、上記構成を備えたビーム照射装置１と、受光部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。
【００９３】
なお、図６には、便宜上、ビーム照射装置１の構成として、レーザ光源４１０、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。受光部２は、目標領域から反射された走査用レーザ光を集光する集光レンズ４４０と、集光された走査用レーザ光を受光するＰＤ（Photo Detector）４５０を備えている。
【００９４】
ＰＳＤ信号処理回路３は、ＰＳＤ３０８からの出力信号から位置検出信号を生成してＤＳＰ８に出力する。
【００９５】
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、ビーム照射装置１の作動時において、一定出力のサーボ光が、半導体レーザ３０３から出力される。
【００９６】
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、目標領域において走査用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。
【００９７】
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４１０に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域内において走査用レーザ光のスキャン位置が所定の位置になったタイミングで半導体レーザ３０３がパルス発光される。
【００９８】
ＰＤ信号処理回路７は、ＰＤ４５０からの信号を増幅およびデジタル化してＤＳＰ８に供給する。
【００９９】
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、目標領域における走査用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４１０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、目標領域内の走査用レーザ光の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４１０から出力される走査用レーザ光の照射タイミングと、ＰＤ４５０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。
【０１００】
以上、本実施の形態によれば、レーザチップのｐｎ接合面が鉛直方向に平行となるようレーザ光源を配置することにより、鉛直方向におけるレーザ光の発散角を容易に調整することができる。このとき、レーザチップからのレーザ光は、ビーム整形用のレンズやアパーチャ等の他の光学素子を介することなく収束レンズに入射される。よって、本実施の形態によれば、ビーム整形用のレンズによる収差やアパーチャによる回折等によってレーザ光に歪みが生じることがなく、目標領域に適正にレーザ光を照射することができる。
【０１０１】
また、本実施の形態によれば、収束レンズの波面収差が上記図２ないし図４を参照して説明したように調整されているため、高強度かつクリアな輪郭のレーザ光を目標領域に照射でき、さらに、目標領域におけるレーザ光の急激なボケを抑制することができる。よって、目標領域における障害物の検出を安定かつ高精度に行うことができ、安全性を高めることができる。
【０１０２】
このように、本実施の形態によれば、安定したビームプロファイルにて、レーザ光を目標領域に照射することができ、目標領域における障害物の検出精度を高めることができる。
【０１０３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、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、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【０１０４】
たとえば、上記実施の形態および具体的構成例では、レーザチップの位置を収束レンズの焦点距離の位置から収束レンズに近づけることにより、水平方向におけるレーザ光の発散角を調整するようにしたが、長手方向と同様、短手方向における発光部の長さを調整することにより、水平方向におけるレーザ光の発散角を調整するようにしても良い。この場合、短手方向における発光部の長さは、たとえば、レーザチップを短手方向にスタックすることにより調整することができる。
【０１０５】
また、図９に示す構成のうち、ＰＳＤ信号処理回路３、サーボＬＤ駆動回路４、アクチュエータ駆動回路５およびスキャンＬＤ駆動回路６の全部または一部が、ビーム照射装置１の構成として含まれても良い。
【０１０６】
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲内において、適宜、変更することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  …  ビーム照射装置
１００  …  ミラーアクチュエータ（走査部）
４１０  …  レーザ光源（光源）
４１１、４１２  …  レーザチップ  
４３０  …  収束レンズ  
【図１】
2011047832.tif 000005
【図２】
2011047832.tif 000006
【図３】
2011047832.tif 000007
【図４】
2011047832.tif 000008
【図５】
2011047832.tif 000009
【図６】
2011047832.tif 000010
【図７】
2011047832.tif 000011
【図８】
2011047832.tif 000012
【図９】
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