(57)【要約】【課題】大きな偏向角をもつ２次元走査型レーザビーム放射装置の実現を課題とする。【解決手段】２次元走査型レーザビーム放射装置は、２次元的に偏向するレーザビームを放射するレーザビーム放射装置であって、レーザビームＬＦを放射するレーザ光源１０、１２と、該レーザ光源から放射されたレーザビームを２次元的に偏向走査する偏向装置１４と、該偏向装置により２次元的に偏向走査されたレーザビームＬＦ１を、反射レーザビームＬＦ２として反射する反射面部材１６と、を有し、前記反射面部材１６は、反射レーザビームＬＦ２の偏向角を、水平方向および鉛直方向のうちの少なくとも一方において、所望の偏向角範囲に変倍する曲面形状の反射面部分１６０を有するものであることを特徴とする。【選択図】図１
2015090463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に偏向するレーザビームを放射するレーザビーム放射装置であって、
レーザビームを放射するレーザ光源と、
該レーザ光源から放射されたレーザビームを２次元的に偏向走査する偏向装置と、
該偏向装置により２次元的に偏向走査されたレーザビームを反射レーザビームとして反射する反射面部材と、を有し、
前記反射面部材は、前記反射レーザビームの偏向角を、水平方向および鉛直方向のうちの少なくとも一方において、所望の偏向角範囲に変倍する曲面形状の反射面部分を有するものであることを特徴とする２次元走査型レーザビーム放射装置。
【請求項２】
請求項１記載の２次元走査型レーザビーム放射装置において、
反射面部材は、反射レーザビームの偏向角を、水平方向および鉛直方向のうち、少なくとも水平方向において、所望の偏向角範囲に変倍する曲面形状の反射面部分を有するものであることを特徴とする２次元走査型レーザビーム放射装置。
【請求項３】
請求項１記載の２次元走査型レーザビーム放射装置において、
反射面部材は、反射レーザビームの偏向角を、水平方向および鉛直方向において、所望の偏向角範囲に変倍する曲面の反射面部分を有するものであることを特徴とする２次元走査型レーザビーム放射装置。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の２次元走査型レーザビーム放射装置において、
レーザ光源から放射されたレーザビームを２次元的に偏向走査する偏向装置は、反射鏡を互いに直交する軸の回りに揺動させるものであることを特徴とする２次元走査型レーザビーム放射装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載の２次元走査型レーザビーム放射装置において、
反射面部材は、反射面の形状が、凸のシリンダ面もしくは凸の円錐面であることを特徴とする２次元走査型レーザビーム放射装置。
【請求項６】
請求項１〜４の任意の１に記載の２次元走査型レーザビーム放射装置において、
反射面部材は、反射面の形状が、凹のシリンダ面もしくは凹の円錐面であることを特徴とする２次元走査型レーザビーム放射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２次元走査型レーザビーム放射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的に走査されるレーザビームを物体に照射し、物体で拡散反射されたレーザ光を検出し、物体までの距離を２次元的に測定する２次元測距装置が種々知られている。
【０００３】
このような２次元測距装置は、車載用やロボット、製品検査等のものが実用化されているが、視野を適正化したいという要請がある。
【０００４】
此処に言う「視野」とは、物体に照射されるレーザビームが２次元的に走査されるときの「２次元の偏向角」である。
【０００５】
例えば、車載用に用いられる２次元測距装置では、設置された車両の外周の全域での安全確認が求められ、そのために広い視野が求められる。
【０００６】
また、ロボット用に用いられる場合であれば、より広い検知領域の確保のために、広い視野が求められる。
【０００７】
また、製品検査に用いられる２次元測距装置の場合であれば、検査対象である製品に適正にフィットする視野範囲の設定が求められる。
【０００８】
従来、レーザビームを走査する方法としては、ポリゴンミラーや「ＭＥＭＳによる偏向手段」が知られている。特許文献１には「２軸可動型の偏向手段」が開示されている。
【０００９】
これら、従来から知られた「レーザビームの偏向を利用する偏向手段」は、偏向角が固定されている場合が多く、偏向手段自体の偏向角を変更することが困難である。
【００１０】
特に、偏向手段自体の偏向角を拡大することは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、所望の偏向角をもつ２次元走査型レーザビーム放射装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の「２次元走査型レーザビーム放射装置」は、２次元的に偏向するレーザビームを放射するレーザビーム放射装置であって、レーザビームを放射するレーザ光源と、該レーザ光源から放射されたレーザビームを２次元的に偏向走査する偏向装置と、該偏向装置により２次元的に偏向走査されたレーザビームを反射レーザビームとして反射する反射面部材と、を有し、前記反射面部材は、前記反射レーザビームの偏向角を、水平方向および鉛直方向のうちの少なくとも一方において、所望の偏向角範囲に変倍する曲面形状の反射面部分を有するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の２次元走査型レーザビーム放射装置は、偏向装置により２次元的に偏向されたレーザビームの偏向角を反射面部材により「所望の偏向角範囲に変倍」する。  
従って、所望の視野範囲の設定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】２次元走査型レーザビーム放射装置の実施の１形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、２次元走査型レーザビーム放射装置の、実施の１形態を説明するための図である。同図（ａ）は、実施の形態の要部を説明図的に示している。
【００１７】
この図において、符号１０は「光源」、符号１２は「カップリングレンズ」、符号１４は「偏向装置」、符号１６は「反射面部材」をそれぞれ示している。
【００１８】
光源１０は、この実施の形態においては「半導体レーザ」が用いられており、以下、ＬＤ１０と略記する。
【００１９】
ＬＤ１０から放射される発散性のレーザ光束は、カップリングレンズ１２に入射する。
【００２０】
カップリングレンズ１２は正の屈折力を持ち、入射してくるレーザ光束の発散性を抑制する。この例では、カップリングレンズ１２は「コリメート機能」を有する。
【００２１】
従って、カップリングレンズ１２からは、平行光束化されたレーザビームＬＦが射出する。射出したレーザビームＬＦは、偏向装置１４に入射する。
【００２２】
即ち、ＬＤ１０とカップリングレンズ１２とは「レーザビームＬＦを放射するレーザ光源」を構成する。
【００２３】
偏向装置１４は、入射してくるレーザビームＬＦを「２次元的に偏向走査」する。  
この実施の形態において、偏向装置１４は、直交する２方向に揺動可能な反射面を有し、該反射面によりレーザビームＬＦを反射し、反射面の揺動により偏向走査を行う。
【００２４】
このような偏向装置は良く知られているが、説明中の実施形態では、図１（ｂ）に示す如きものが用いられている。  
即ち、偏向装置１４は、反射鏡１４０と第１枠体１４２と第２枠体１４４を有する。
【００２５】
反射鏡１４０は平面鏡で、レーザビームＬＦの光束径よりも若干大きい反射面を有し、レーザビームＬＦの全体を受光して反射できるようになっている。
【００２６】
第１枠体１４２、第２枠体１４４は共に長方形形状の枠体であり、反射鏡１４０は、第１枠体１４２に、揺動軸を共有する軸ｊ１、ｊ２により固定されている。
【００２７】
軸ｊ１、ｊ２は、捩れ弾性を有し、捩れ変形の復元力により、反射鏡１４０を軸ｊ１、ｊ２に共有される揺動軸の回りに揺動させることができるようになっている。
【００２８】
第１枠体１４２は、第２枠体１４４に、軸ｊ３、ｊ４により固定されている。  
軸Ｊ３、ｊ４も、揺動軸を共有している。
【００２９】
軸ｊ３、ｊ４も捩れ弾性を有し、捩れ変形の復元力により、第１枠体１４２を軸ｊ３、ｊ４に共有される揺動軸の回りに揺動させることができるようになっている。
【００３０】
第２枠体１４４は、２次元走査型レーザビーム放射装置の装置空間に固定的に設けられて不動である。
【００３１】
軸ｊ１、ｊ２に共有される揺動軸と、軸ｊ３、ｊ４に共有される揺動軸とは互いに直交している。  
従って、反射鏡１４０を「互いに直交する２方向（即ち、水平方向と鉛直方向）において独立して揺動させる」ことができる。
【００３２】
揺動は、図示されない駆動手段により行われる。  
駆動手段は、例えば圧電素子を用いることができる。  
第１枠体１４２に固定した圧電素子を反射鏡１４０に連結して、反射鏡１４０を揺動する駆動を行うことができる。
【００３３】
同様に、第２枠体１４４に固定した圧電素子を第１枠体１４２に連結して、反射鏡１４０を有する第１枠体１４２を揺動する駆動を行うことができる。
【００３４】
なお、偏向装置１４は「ＭＥＭＳ」により構成することができる。
【００３５】
レーザビームＬＦは、偏向装置１４の反射鏡１４０で反射され、反射鏡１４０が２次元的に揺動すると、２次元的に偏向するレーザビームＬＦ１となる。
【００３６】
以下、２次元的に偏向するレーザビームＬＦ１を「偏向レーザビームＬＦ１」と呼ぶ。
【００３７】
反射面部材１６は、偏向装置１４により２次元的に偏向走査された偏向レーザビームＬＦ１が入射する反射面を持つ。
【００３８】
図１の実施の形態においては、反射面部材１６は、「円錐状の反射面」を有する。
【００３９】
２次元的に偏向走査された偏向レーザビームＬＦ１は、反射面部材１６の反射面に「該反射面を２次元的に走査する」ように入射する。
【００４０】
図１（ｃ）は、反射面部材１６の「偏向レーザビームＬＦ１で２次元的に走査」される反射面部分１６０を示している。図の左右方向が水平方向、上下方向が鉛直方向である。
【００４１】
偏向レーザビームＬＦ１が、反射面部材１６の「鉛直方向の最上部」を走査するときは、偏向レーザビームＬＦ１は、図１（ｃ）の弧状部分ＡＢを走査する。
【００４２】
「鉛直方向の中ほど」を走査するときは、弧状部分ＣＤを走査する。また「鉛直方向の最下部」を走査するときは、弧状部分ＥＦを走査する。
【００４３】
図１（ｄ）は、弧状部分ＣＤを走査するときの様子を、反射面部分１６０の対称軸方向から見た状態を示している。
【００４４】
この図に示すように、偏向レーザビームＬＦ１が、弧状部分ＣＤを走査するときの「水平方向の偏向角はθ１」である。
【００４５】
反射面部分１６０は円錐状の反射面であるので、反射面部分１６０で反射レーザビームＬＦ２のように反射される。
【００４６】
従って、反射レーザビームＬＦ２の水平方向の偏向角は「θ２」である。  
図１（ｄ）から明らかに「偏向角：θ２＞偏向角：θ１」である。
【００４７】
即ち、反射レーザビームＬＦ２の水平方向の偏向角：θ２は、偏向装置１４による偏向レーザビームＬＦ１の偏向角：θ１を「拡大変倍」したものとなっている。
【００４８】
図１（ｅ）は、反射面部分１６０を水平方向から見た状態において、偏向レーザビームＬＦ１が「鉛直方向において反射される状態」を示している。
【００４９】
図中、符号ａで示す部分は、偏向レーザビームＬＦ１の、弧状部分ＡＢ上の入射位置であり、符号ｆで示す部分は「弧状部分ＥＦ上の入射位置」である。
【００５０】
反射面部分１６０は、鉛直方向には曲率を持たないので、反射レーザビームＬＦ２の鉛直方向の偏向角は、偏向装置１４による鉛直方向の偏向角を拡大しない。
【００５１】
即ち、図１に実施の形態を示した「２次元走査型レーザビーム放射装置」は、２次元的に偏向するレーザビーム（反射レーザビームＬＦ２）を放射する装置である。
【００５２】
そして、レーザビームＬＦを放射するレーザ光源１０、１２と、該レーザ光源から放射されたレーザビームＬＦを２次元的に偏向走査する偏向装置１４を有する。
【００５３】
さらに、偏向装置１４により２次元的に偏向走査されたレーザビーム（偏向レーザビームＬＦ１）を反射する反射面部材１６を有する。
【００５４】
反射面部材１６は、反射レーザビームＬＦ２の偏向角を、水平方向に拡大変倍する曲面形状をもつ反射面部分１６０を有するものである。
【００５５】
反射面部材１６の反射面部分１６０の水平断面内での曲率を「強く（弱く）」すれば、水平方向の拡大変倍の倍率を「高く（低く）」することができる。
【００５６】
従って、反射面部分１６０の形状を適宜の設定することにより「反射レーザビームＬＦ２の偏向角を、水平方向において所望の偏向角範囲に拡大変倍」することができる。
【００５７】
図１の例では、反射面部材１６の反射面部分１６０を「反射レーザビームＬＦ２の偏向角を、水平方向において所望の偏向角範囲に拡大変倍」する形状として凸円錐面とした。
【００５８】
しかし、これに限らず、反射面部材の反射面の形状は種々のものが考えられる。例えば「凸のシリンダ面」とすることができる。
【００５９】
また、反射面部材の反射面部分の曲面形状は、凸に限られない。  
例えば、反射面部分の形状を水平方向の断面形状を「凹形状」とすれば、水平方向の偏向角を縮小倍率で変倍し、水平方向の視野を「狭める」ことも、可能である。
【００６０】
また、反射面部材の鉛直方向の形状を「凹形状（凸形状）」とすれば、鉛直方向の偏向角を縮小（拡大）倍率で変倍し、鉛直方向の視野を狭める（広げる）こともできる。
【００６１】
反射面部材は、反射面の形状が「凹のシリンダ面もしくは凹の円錐面」であることもできる。
【００６２】
反射面形状を「凹面形状」とする場合、凹面の曲率を大きくすれば、水平方向や鉛直方向の偏向角を狭めて、反射レーザビームが空間内で一度交点を結び、その後拡大偏向角となるようにすることもできる。
【００６３】
反射面部分の形状如何により、偏向装置により偏向される偏向レーザビームＬＦ１の水平方向および鉛直方向の少なくとも一方の偏向角に対する変倍率を適宜に設定できる。
【００６４】
従って、反射レーザビームＬＦ２の水平方向および鉛直方向の少なくとも一方の偏向角を所望の偏向角範囲に設定できる。
【００６５】
即ち、反射面部材は、反射レーザビームの偏向角を、水平方向および鉛直方向のうち少なくとも一方において所望の偏向角範囲に変倍する曲面の反射面部分を有するものであることが出来る。
【００６６】
上に説明した偏向装置１４は、反射鏡１４０を互いに「直交する軸の回りに揺動」させるものである。
【００６７】
しかし。これに限らず、反射面を軸の回りに振動もしくは回転させる１次元反射偏向装置を２個、軸を直交させて組み合わせたものであることもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１０        光源  
１２        カップリングレンズ  
１４        偏向装置  
１６        反射面部材  
ＬＦ        レーザビーム  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６９】
【特許文献１】特開２０１２−５８１７８号公報
【図１】
2015090463.tif 000003