(57)【要約】【課題】小型かつ簡素な構成にてビーム走査を容易に制御でき、さらに、レーザ光の走査位置を安全かつ簡易な処理にて検出可能な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】第１の波長のレーザ光を出射する第１の光源（半導体レーザ１０１）と、第１の光源から出射されたレーザ光を反射する曲面ミラー２００と、弾性体（サスペンションワイヤ２０２）を介して曲面ミラーを変位可能に支持するとともに曲面ミラーを駆動してレーザ光を走査させるミラーアクチュエータ１０６と、第１の光源とは別に配された第２の光源（半導体レーザ１０２）と、第２の光源から出射され曲面ミラーを経由した光を受光するとともに当該光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器（ＰＳＤ１０８）を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長のレーザ光を出射する第１の光源と、
前記第１の光源から出射された前記レーザ光を反射する曲面ミラーと、
弾性体を介して前記曲面ミラーを変位可能に支持するとともに前記曲面ミラーを駆動して前記レーザ光を走査させるミラー駆動機構と、
前記第１の光源とは別に配された第２の光源と、
前記第２の光源から出射され前記曲面ミラーを経由した光を受光するとともに当該光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の光源は、前記第１の光源とは異なる第２の波長のレーザ光を出射し、
前記曲面ミラーは、前記第１の波長に対する反射率が高く前記第２の波長のレーザ光に対する反射率が低い波長選択性のミラーによって構成されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１および第２の光源と前記曲面ミラーの間に配され、前記第１および第２の光源から出射された前記第１および第２の波長のレーザ光の光軸を互いに整合させる光学素子が配されている、
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の何れか一項において、
前記曲面ミラーは、互いに平行な複数のワイヤーを介して支持部に支持されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
レーザ光を出射する第１の光源と、
前記第１の光源から出射された前記レーザ光を反射するミラーと、
弾性体を介して前記ミラーを変位可能に支持するとともに前記ミラーを駆動して前記レーザ光を走査させるミラー駆動機構と、
前記第１の光源とは別に配された第２の光源と、
前記第２の光源から出射され前記ミラーを経由した光を受光するとともに当該光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを有する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記ミラーは、一端が支点に繋止された複数のワイヤーを介して支持されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項７】
請求項１ないし６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、ビーム照射装置およびそれを搭載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、レーザレーダが家庭用乗用車等に搭載されている。レーザレーダには、レーザ光を車両前方に向けて照射するビーム照射装置が搭載されている。車両前方にレーザ光を照射したときの反射光の有無により障害物の有無が検出される。また、レーザ光の発光タイミングと反射光の受光タイミングの時間差から障害物までの距離が測定される。
【０００３】
ここで、ビーム照射装置には、予め設定されたターゲット領域内においてレーザ光を走査させるための手段が配されている。たとえば、以下の特許文献１、２には、レンズ駆動方式によるビーム走査機構が示されている。この方式は、ワイヤー等によって支持されたビーム走査用レンズを２次元駆動することにより、レーザ光をターゲット領域内において２次元方向に走査するものである。この方式によれば、信頼性の高いビーム走査を実現することができる。
【０００４】
しかし、この方式には、ビーム走査用レンズが大型化するとの課題がある。一般に、ビーム照射装置には、防塵対策等のために、ビーム出射口に透明な窓が配される。このような理由から、この方式では、ビーム走査機構が大型化し、また、レンズ駆動に大きな推進力が必要となる。
【０００５】
レーザ光を走査させるための他の手段として、ジンバル方式によるアクチュエータが検討されている。この方式は、ビーム走査用のミラーを、互いに直交する２つの回転軸を軸として回動させることにより、レーザ光をターゲット領域内において２次元方向に走査させるものである。この方式によれば、上述のレンズ駆動方式に比べ、アクチュエータを小型化することができる。しかし、この方式では、回転軸と軸受け間に生じる摩擦力によってミラーの駆動制御が難しくなるとの課題が生じる。
【０００６】
ところで、この種のビーム照射装置においては、ターゲット領域を適正に走査して安全性を高めるために、レーザ光を予め設定された走査軌跡に精度良く追従させる必要がある。このため、ビーム照射装置には、レーザ光の走査位置を検出するための手段が配され、その検出結果をもとに、ビーム走査用のアクチュエータにサーボが掛けられる。
【０００７】
この場合、走査位置の検出は、たとえば、ターゲット領域に照射されるレーザ光の一部をビームスプリッタ等により分岐させ、分岐した光を位置検出用の光検出器にて受光することにより行うことができる。しかし、こうすると、本来発光されるべき期間（距離測定等のための発光期間）以外においても、走査位置検出のために、高出力によるレーザ光の発光を継続させねばならず、この発光により安全性が阻害される惧れがある。
【０００８】
また、距離測定等の際には、通常、複数個のパルス光が連続的に発光されるが、このようにレーザ光を分岐させて光検出器に導く場合には、光検出器からの出力がパルス光の到来に応じて変動することとなる。よって、この出力を走査サーボに用いる場合には、別途、積分処理等の特別な処理を行う必要があり、処理系が複雑化するとの課題が生じる。
【特許文献１】特開平１１−８３９８８号公報
【特許文献２】国際公開第０２／００８８１８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、小型かつ簡素な構成にてビーム走査を容易に制御でき、さらに、レーザ光の走査位置を安全にかつ簡易な処理にて検出可能なビーム照射装置およびそれを搭載するレーザレーダ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】
【００１０】
第１の発明に係るビーム照射装置は、第１の波長のレーザ光を出射する第１の光源と、前記第１の光源から出射された前記レーザ光を反射する曲面ミラーと、弾性体を介して前記曲面ミラーを変位可能に支持するとともに前記曲面ミラーを駆動して前記レーザ光を走査させるミラー駆動機構、前記第１の光源とは別に配された第２の光源と、前記第２の光源から出射され前記曲面ミラーを経由した光を受光するとともに当該光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、可動部となる曲面ミラーの重量が小さいため、曲面ミラーの駆動に大きな推進力は必要なく、よって、ミラー駆動機構の推進力を低減することができる。また、レンズ駆動方式にて用いられるレンズに比べ曲面ミラーを小さくできるため、ビーム走査のための構成を小型化することがきる。また、弾性体を介して曲面ミラーが支持されているため、ジンバル方式のように軸と軸受けとの間に摩擦力が生じることはなく、よって、ビーム走査時の制御を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、ターゲット領域に向かうレーザ光を出射する第１の光源とは別に第２の光源を配し、この第２の光源からの光をもとにレーザ光の走査位置が検出されるため、第１の光源の発光期間を、距離測定等のための、必要最小限の期間に制限することができ、ビーム照射装置の安全性を高めることができる。このとき、第２の光源は、低出力かつ一定レベルで発光させれば良いため、ターゲット領域に照射されるレーザ光を分岐させる場合のようにパルス光が光検出器に導かれることはなく、光検出器からの出力を積分処理等する必要はない。よって、光検出器からの出力の処理を簡易なものとすることができる。
【００１３】
本発明において、第２の光源は、第１の光源とは異なる第２の波長のレーザ光を出射するよう構成することができ、また、曲面ミラーは、第１の波長に対する反射率が高く第２の波長のレーザ光に対する反射率が低い波長選択性のミラーによって構成することができる。光検出器は、曲面ミラーを透過した第２の波長のレーザ光を受光する。
【００１４】
このとき、第１および第２の光源と曲面ミラーの間に、第１および第２の光源から出射された第１および第２の波長のレーザ光の光軸を互いに整合させる光学素子を配するようにすることもできる。
【００１５】
なお、曲面ミラーは、たとえば、互いに平行な複数のワイヤーを介して支持部に取り付けることができる。
【００１６】
第２の発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射する第１の光源と、前記第１の光源から出射された前記レーザ光を反射するミラーと、弾性体を介して前記ミラーを変位可能に支持するとともに前記ミラーを駆動して前記レーザ光を走査させるミラー駆動機構と、前記第１の光源とは別に配された第２の光源と、前記第２の光源から出射され前記ミラーを経由した光を受光するとともに当該光の受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、上記第１の発明と同様、可動部がミラーとされているため、ミラー駆動機構の推進力を低減することができ、また、ビーム走査のための構成を小型化することがきる。また、弾性体を介してミラーが支持されているため、ジンバル方式に比べ、ビーム走査時の制御を容易に行うことができる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、上記第１の発明と同様、第１の光源とは別にサーボ用の第２の光源が配されているため、第１の光源の発光期間を必要最小限の期間に制限することができ、ビーム照射装置の安全性を高めることができる。また、光検出器からの出力の処理を簡易なものとすることができる。
【００１９】
本発明において、ミラーは、一端が支点に繋止された複数のワイヤーを介して支持することができる。
【００２０】
本発明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ている。この場合、上記の如くビーム照射装置が小型かつ簡素化されるため、レーザレーダの構成も小型かつ簡素化される。また、上述の如く、ビーム走査時の制御を容易化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のとおり、本発明によれば、小型かつ簡素な構成にてビーム走査を容易に制御でき、さらに、レーザ光の走査位置を安全かつ簡易な処理にて検出可能なビーム照射装置およびそれを搭載するレーザレーダを提供することができる。
【００２２】
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、以下の実施の形態は、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】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態は、乗用車に搭載されるレーザレーダに本発明を適用したものである。本実施の形態では、乗用車前方からビームがスキャン照射されることにより、スキャン領域内の障害物の有無が検出され、同時に、障害物までの距離が測定される。
【００２４】
図１に実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す。
【００２５】
図示の如く、レーザレーダは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）制御回路１０と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０と、レーザ駆動回路３０と、アクチュエータ駆動回路４０と、ビーム照射ヘッド５０と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）信号処理回路６０と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）７０と、ＰＤ（Photo Detector）信号処理回路８０と、ＡＤＣ９０を備えている。
【００２６】
ＤＳＰ制御回路１０は、レーザ駆動回路３０およびアクチュエータ駆動回路４０を駆動制御するためのデジタル信号をＤＡＣ２０に出力する。また、ＡＤＣ９０から入力されるデジタル信号をもとに、スキャン領域内に含まれる障害物の位置と障害物までの距離を検出する。ＤＳＰ制御回路１０には、スキャン制御部１０ａと距離測定部１０ｂが配備されている。
【００２７】
スキャン制御部１０ａは、ＡＤＣ７０から入力される走査位置検出信号に基づいて、サーボ信号を生成し、これを、ＤＡＣ２０を介してアクチュエータ駆動回路４０に供給する。これにより、ビームの走査位置が所期の走査軌跡を追従する。また、スキャン制御部１０ａは、レーザ駆動回路３０を駆動して、後述のごとく、半導体レーザ１０１、１０２からの出力を制御する。
【００２８】
距離測定部１０ｂは、ＡＤＣ９０から入力される受光信号に基づいて、障害物までの距離を測定する。距離測定部１０ｂには、高周波の内部クロックが入力されている。距離測定部１０ｂは、各スキャン位置において出力されるパルス光の出力タイミングからその反射光の受光タイミングまでのクロック数Ｎをカウントする。そして、カウントしたクロック数Ｎをもとに、当該スキャン位置における障害物の有無と障害物までの距離Ｌを検出する。たとえば、内部クロックの周期をＴとして、Ｌ＝Ｃ（光速）×Ｔ×Ｎ／２を演算することにより障害物までの距離を検出する。なお、予め決められた時間内に反射光を受光できない場合、当該スキャン位置には障害物が存在しないとされる。
【００２９】
ＤＡＣ２０は、ＤＳＰ制御回路１０から入力されたデジタル信号をアナログ信号（制御信号）に変換してレーザ駆動回路３０およびアクチュエータ駆動回路４０に出力する。レーザ駆動回路３０は、ＤＡＣ２０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内の半導体レーザ１０１、１０２を駆動する。アクチュエータ駆動回路４０は、ＤＡＣ２０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内のミラーアクチュエータ１０６を駆動する。
【００３０】
ビーム照射ヘッド５０は、前方空間に設定された目標領域にレーザ光をスキャンさせながら照射する。図示の如く、ビーム照射ヘッド５０は、半導体レーザ１０１、１０２と、ダイクロイックミラー１０３と、コリメートレンズ１０４と、収差板１０５と、ミラーアクチュエータ１０６と、集光レンズ１０７と、ＰＳＤ１０８と、受光レンズ１０９と光検出器１１０を備えている。
【００３１】
半導体レーザ１０１、１０２は、それぞれ、波長λ１、λ２（λ１≠λ２）のレーザ光を出力する。半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）は、ダイクロイックミラー１０３によって反射され、半導体レーザ１０２から出射されたレーザ光（以下、「サーボ用レーザ光」という）は、ダイクロイックミラー１０３を透過する。かかる反射および透過によって、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の光軸が整合される。
【００３２】
しかる後、これら２つのレーザ光は、コリメートレンズ１０４によって平行光に変換され、さらに、収差板１０５によって光学的に調整された後、ミラーアクチュエータ１０６に支持された曲面ミラー２００に入射される。
【００３３】
曲面ミラー２００は、同図のｙ軸に平行で、且つ、ｘ軸とｚ軸に対し所定の角度（たとえば４５°）だけ傾斜した平面に平行に移動可能にミラーアクチュエータ１０６によって支持されている。走査用レーザ光とサーボ用レーザ光は、ｚ軸方向に沿って曲面ミラー２００に入射する。
【００３４】
曲面ミラー２００には、波長λ１の光を反射し、波長λ２の光を透過する波長選択性の反射膜が形成されている。したがって、曲面ミラー２００に入射した２つのレーザ光のうち、走査用レーザ光は、曲面ミラー２００によって反射され、目標領域へと照射される。また、サーボ用レーザ光は、曲面ミラー２００を透過し、集光レンズ１０７を介してＰＳＤ１０８上に収束される。
【００３５】
ＰＳＤ１０８は、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置に応じた電流を出力する。ここで、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置と目標領域上における走査用レーザ光の照射位置は一対一に対応する。よって、ＰＳＤ１０８から出力される電流は、目標領域上における走査用レーザ光の照射位置に対応するものとなる。
【００３６】
ＰＳＤ１０８からの出力電流はＰＳＤ信号処理回路６０に入力される。ＰＳＤ信号処理回路６０は、入力された電流からサーボ用レーザ光の収束位置を表す電圧信号を生成し、これをＡＤＣ７０に出力する。ＡＤＣ７０は、入力された電圧信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ制御回路１０内のスキャン制御部１０ａに供給する。スキャン制御部１０ａは、入力された電圧信号をもとに、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置を検出する。
【００３７】
ＤＳＰ制御回路１０には、走査用レーザ光の照射位置を目標領域内においてスキャンさせるためのテーブル（スキャンテーブル）と、このテーブルに従って走査用レーザ光をスキャンさせたときの、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置の軌道を示すテーブル（軌道テーブル）が配備されている。
【００３８】
スキャン制御部１０ａは、レーザ光のスキャン動作時、スキャンテーブルを参照しながらアクチュエータ駆動回路４０を制御するための信号をＤＡＣ２０に出力する。また、同時に、ＡＤＣ７０から入力された信号をもとに受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置を検出し、検出した位置と軌道テーブルにて規定された所期の収束位置とを比較して、検出位置が所期の収束位置に引き込まれるよう、アクチュエータ駆動回路４０を制御するための信号をＤＡＣ２０に出力する。
【００３９】
かかるサーボ動作によって、走査用レーザ光は、スキャンテーブルにて規定された軌道に沿うよう目標領域内をスキャンする。なお、サーボ動作の詳細は、追って、図６を参照して詳述する。
【００４０】
さらに、スキャン制御部１０ａは、走査用レーザ光のスキャン動作時、半導体レーザ１０２をパワーレベルＰｗｃにて常時発光させるための信号を、ＤＡＣ２０を介してレーザ駆動回路３０に出力する。また、これと同時に、受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置を監視し、この収束位置が、障害物検出および距離検出を行うための位置（以下、「測距位置」という）として予め設定され位置に到達したタイミングにて、半導体レーザ１０１の出力を、一定期間だけパルス状にレベルＰｗａからレベルＰｗｂに立ち上げるための信号を、ＤＡＣ２０を介してレーザ駆動回路３０に出力する。
【００４１】
ここで、レベルＰｗａは、測距位置の到来に応じて半導体レーザ１０１の出力を円滑にレベルＰｗｂに立ち上げることができる程度のレベルに設定される。また、レベルＰｗｂは、障害物検出および距離検出を円滑に行い得るレベルに設定される。
【００４２】
図２（ａ）（ｂ）に、半導体レーザ１０１、１０２に対する出射パワーの調整例を示す。同図（ａ）に示す如く、半導体レーザ１０１の出力は、測距位置に対応する期間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２において、パルス状にレベルＰｗａからレベルＰｗｂに立ち上げられる。半導体レーザ１０２の出力レベルは、測距位置に対応するか否かに関わらずレベルＰｗｃに維持される。しかして、走査用レーザ光は、目標領域内をスキャンしながら、測距位置に到達したタイミングにてパルス状に発光される。
【００４３】
図１に戻り、目標領域内の各スキャン位置に障害物が存在するとき、高パワーにて発光された走査用レーザ光は、障害物によって反射され、その反射光が、受光レンズ１０９を介して光検出器１１０に入射される。光検出器１１０は、受光量に応じた大きさの電気信号をＰＤ信号処理回路８０に出力する。ＰＤ信号処理回路８０は、光検出器１１０から入力された電気信号を増幅およびノイズ除去してＡＤＣ９０に出力する。ＡＤＣ９０は、入力された信号をデジタル信号に変換して距離測定部１０ｂに出力する。
【００４４】
距離測定部１０ｂは、ＡＤＣ９０から入力されたデジタル信号をもとに反射光の受光タイミングを検出し、この受光タイミングと、スキャン制御部１０ａから入力される高パワーレーザ光の出力タイミングとから、上記の如く、当該スキャン位置における障害物までの距離を検出する。また、予め設定された時間内に反射光を受光できない場合は、当該スキャン位置には障害物が存在しない判定する。
【００４５】
図３に、ミラーアクチュエータ１０６の構成（分解斜視図）を示す。
【００４６】
同図を参照して、曲面ミラー２００は、ミラーホルダ２０３に装着されている。ミラーホルダ２０３は、互いに平行な４本のサスペンションワイヤー２０２を介して、基板２０１に支持されている。さらに、ミラーホルダ２０３には、上部および下部に一対のコイル２０４が装着され、また、左部および右部に一対のコイル２０５が装着されている。これらコイル２０４、２０５には、磁気回路（図示せず）から磁界が印加されている。
【００４７】
コイル２０４に電流を流入すると、コイル２０４に上下方向の電磁力が作用し、ミラーホルダ２０３が上下方向に駆動される。また、コイル２０５に電流を流入すると、コイル２０５に左右方向の電磁力が作用し、ミラーホルダ２０３が左右方向に駆動される。コイル２０４、２０５に駆動電流を印加することにより、ミラーホルダ２０３と一体的に曲面ミラー２００を基板２０１に平行に２次元駆動することができる。
【００４８】
なお、曲面ミラー２００の反射面は、レーザ光の入射側から見て中央部が最も凹んだ凹曲面となっている。ここで、凹曲面は、たとえば、一様な球面形状とすることができ、また、非球面形状であっても良い。
【００４９】
同図（ａ）は、曲面ミラー２００が中立位置にあるときの状態を示す図である。このとき、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光は、曲面ミラー２００の中央部に入射する。走査用レーザ光は、曲面ミラー２００によって所定の方向に反射され、目標領域に照射される。
【００５０】
曲面ミラー２００が中立位置から同図（ａ）の矢印Ａ方向に変位すると、同図（ｂ）に示す如く、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の入射位置が、曲面ミラー２００の中央部から右方向（矢印Ａと反対の方向）にずれる。ここで、曲面ミラー２００の反射面は、上記の如く、中央部が最も凹んだ凹曲面となっているため、このようにレーザ光の入射位置が曲面ミラー２００の中央部から右方向にずれると、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向は、同図（ａ）に比べ、所定角度だけ左方向（矢印Ａ方向）に変化する。これとは逆に、曲面ミラー２００が中立位置から矢印Ａ方向と反対の方向に変位すると、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向は、同図（ａ）に比べ、所定角度だけ右方向（矢印Ａと反対の方向）に変化する。
【００５１】
また、曲面ミラー２００が中立位置から同図（ａ）の矢印Ｂ方向に変位すると、同図（ｃ）に示す如く、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の入射位置が、曲面ミラー２００の中央部から上方向（矢印Ｂと反対の方向）にずれる。ここで、曲面ミラー２００の反射面は、上記の如く、中央部が最も凹んだ凹曲面となっているため、このようにレーザ光の入射位置が曲面ミラー２００の中央部から上方向にずれると、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向は、同図（ａ）に比べ、所定角度だけ下方向（矢印Ｂ方向）に変化する。これとは逆に、曲面ミラー２００が中立位置から矢印Ｂ方向と反対の方向に変位すると、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向は、同図（ａ）に比べ、所定角度だけ上方向（矢印Ｂと反対の方向）に変化する。
【００５２】
このように、ミラーアクチュエータ１０６を駆動して曲面ミラー２００を変位させることにより、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向を２次元方向に変化させることができる。よって、ミラーアクチュエータ１０６を駆動制御することにより、目標領域内における走査用レーザ光の走査位置を２次元方向に変化させることができる。
【００５３】
図４は、走査用レーザ光の指向方向とＰＳＤ１０８に対するサーボ用レーザ光の収束位置の関係を模式的に示す図である。
【００５４】
同図（ｂ）は、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光が曲面ミラー２００の中央部に入射するときの状態を示しており、図３（ａ）の状態に対応する。このとき、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光は、曲面ミラー２００の中心軸Ｌ０から角度α０の方向に向かう。また、サーボ用レーザ光は、曲面ミラー２００の反射面に入射する際に屈折され、さらに、反射面と反対側の側面から出射する際に屈折される。ＰＳＤ１０８は、このように屈折された後のサーボ用レーザ光が受光面の中央部（Ｐ０）に収束されるよう配置されている。
【００５５】
同図（ａ）は、同図（ｂ）の状態から曲面ミラー２００が矢印Ａ１方向に変位し、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光がＬ１の位置において曲面ミラー２００に入射するときの状態を示す図である。この場合、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向は、上述の如く、同図（ｂ）に比べ、矢印Ａ１方向に変化する（α１＞α０）。他方、サーボ用レーザ光は、曲面ミラー２００の反射面（接平面）に対する入射角が同図（ｂ）の場合よりも大きくなるため、反射面を透過した後のサーボ用レーザ光の屈折角が同図（ｂ）よりも大きくなる。その結果、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置は、同図（ａ）に示すように、中央部Ｐ０から所定距離だけ離れた位置Ｐ１に変位する。
【００５６】
同図（ｃ）は、同図（ｂ）の状態から曲面ミラー２００が矢印Ａ２方向に変位し、走査用レーザ光とサーボ用レーザ光がＬ２の位置において曲面ミラー２００に入射するときの状態を示す図である。この場合、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向は、上述の如く、同図（ｂ）に比べ、矢印Ａ２方向に変化する（α２＜α０）。他方、サーボ用レーザ光は、曲面ミラー２００の反射面（接平面）に対する入射角が同図（ｂ）の場合よりも小さくなるため、反射面を透過した後のサーボ用レーザ光の屈折角が同図（ｂ）よりも小さくなる。その結果、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置は、同図（ｃ）に示すように、中央部Ｐ０から所定距離だけ離れた位置Ｐ２に変位する。
【００５７】
このように、曲面ミラー２００を変位させると、曲面ミラー２００によって反射された後の走査用レーザ光の指向方向と、ＰＳＤ１０８の受光面に対するサーボ用レーザ光の収束位置が変化する。このとき、サーボ用レーザ光の収束位置は、走査用レーザ光の指向方向に一対一に対応するものとなる。よって、ＰＳＤ１０８からの検出信号に基づいて、目標領域内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。
【００５８】
図５は、走査用レーザ光のスキャン動作を模式的に示す図である。
【００５９】
同図（ａ）に示すように、レーザレーダの前方空間に設定された目標領域をマトリクス状に分割したとき、走査用レーザ光は、走査軌跡上のマトリクスを順番に照射するよう走査される。ここで、マトリクスの走査順序は、任意に設定可能である。同図（ｂ）では、左上隅のマトリクス位置から順次１ラインずつ走査されるよう走査軌道が設定されている。なお、走査軌道は、上述の如く、ＤＳＰ制御回路１０内のスキャンテーブルによって規定される。
【００６０】
同図（ｂ）のようにして走査用レーザ光が走査される場合、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置は、同図（ｃ）に示す軌道上を移動する。ここで、同図（ｃ）の起動は、同図（ｂ）の走査起動に一対一に対応する。なお、同図（ｃ）の軌道は、上述の如く、ＤＳＰ制御回路１０内の軌道テーブルに規定されている。
【００６１】
スキャン動作時には、同図（ｂ）に示す走査軌道に沿って走査用レーザ光が走査されるのが理想である。しかし、通常は、ミラーアクチュエータ１０６に不所望な振動や外乱が加えられる等の事由により、走査用レーザ光の走査位置が所期の走査軌道から外れてしまう。この場合、かかる走査位置の外れに応じて、有効受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置も同図（ｃ）に示す軌道から外れることとなる。
【００６２】
図６（ａ）は、有効受光面上におけるサーボ用レーザ光の実軌跡を例示するものである。この場合、スキャン制御部１０ａは、上述の如く、サーボ用レーザ光の収束位置が目標軌道に引き込まれるよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。
【００６３】
今、サーボ用レーザ光の実際の収束位置がＰ(ｘ，ｙ)にあり、このとき、目標軌道上にあるべき収束位置がＰ’(ｘ’，ｙ’)であるとする。ここで、目標軌道上の収束位置Ｐ’(ｘ’，ｙ’)は、ＤＳＰ制御回路１０内に設定された軌道テーブルから取得される。具体的には、走査用レーザ光のスキャン位置に対応する収束位置が軌道テーブルから取得される。
【００６４】
このとき、スキャン制御部１０ａは、Ｐ(ｘ，ｙ)とＰ’(ｘ’，ｙ’)をもとに、Ｅx＝ｘ−ｘ’とＥy＝ｙ−ｙ’を演算し、演算結果をもとに、Ｅx＝０、Ｅy＝０になるよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。これにより、走査用レーザ光のスキャン位置は、当該タイミングにおいてスキャン軌道上にあるべきスキャン位置方向に引き戻される。これに応じて、サーボ用レーザ光の収束位置も、当該タイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(ｘ’,ｙ’)の方向に引き込まれる。かかるサーボ動作によって、走査用レーザ光は所期のスキャン軌道に追従するようスキャンされる。
【００６５】
このようにサーボを掛けながらスキャン動作を行っている間、スキャン制御部１０ａは、サーボ用レーザ光の収束位置が測距位置に到達したかを監視する。そして、収束位置が測距位置に到達したタイミングにて、半導体レーザ１０１の出力レベルを一定期間だけパルス状に高レベルＰｗｂに設定する。
【００６６】
ここで、収束位置が測距位置に到達したかの判別は、収束位置と測距位置の間の距離差が予め設定した距離差より小さくなったかによって行う。これにより、収束位置が目標軌道から多少外れていても、測距位置近傍で、高パワーのパルス発光を行うことができる。
【００６７】
なお、ここでは、サーボ用レーザ光の収束位置Ｐ(ｘ，ｙ)を、当該タイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(ｘ’，ｙ’)に引き込むようサーボを掛けたが、この他のサーボ処理にて、サーボ用レーザ光の収束位置を目標軌道上に引き込むこともできる。たとえば、同図（ｂ）に示すように、当該タイミングよりΔＴだけ経過したタイミングにおいて目標軌道上にあるべき位置Ｐ’(ｘａ’，ｙａ’)に収束位置を引き込むようサーボを掛けても良い。
【００６８】
この場合、ＤＳＰ制御回路１０は、Ｐ(ｘ，ｙ)とＰ’(ｘａ’，ｙａ’)から、Ｅx＝ｘ−ｘａ’とＥy＝ｙ−ｙａ’を演算し、演算結果をもとに、Ｅx＝０、Ｅy＝０になるよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。こうすると、走査用レーザ光の走査位置を次に予定されている走査位置に円滑に引き込むことができ、効率的なスキャン動作を実現することができる。
【００６９】
以上、本実施の形態によれば、曲面ミラー２００を小型・軽量にできるため、ミラーアクチュエータ１０６の駆動力を小さくでき、また、ミラーアクチュエータ１０６を小型化することができる。また、サスペンションワイヤー２０２を介して曲面ミラー２００が支持されるため、ジンバル方式のように回動軸と軸受けとの間に生じる摩擦力が走査動作に影響を与えることはなく、よって、走査制御を容易に行うことができる。
【００７０】
さらに、本実施の形態によれば、半導体レーザ１０２から出射されるサーボ用レーザ光をもとに走査用レーザ光の走査位置が検出されるため、半導体レーザ１０１の高出力パルス発光期間を、測距位置に対応する期間に制限することができる。このとき、半導体レーザ１０２は一定レベルで発光されるため、光検出器１１０からの出力に積分処理等の複雑な処理を施す必要がなく、サーボ処理を簡易なものとすることができる。
【００７１】
なお、サスペンションワイヤー２０２を電気伝導性のある材料で作製すれば、サスペンションワイヤー２０２をコイル２０４、２０５に対する導電線として使用することができる。
【００７２】
（他の実施形態）
図７は、ビーム照射ヘッド５０の変更例を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号が付されている。また、同図には、目標領域からの反射光を受光するための構成（受光レンズ１０９、光検出器１１０）が図示省略されている。
【００７３】
この構成例では、上記実施の形態における曲面ミラー２００が、平板状の反射面を有するミラー３００に置き換えられている。ここで、ミラー３００は、上記曲面ミラー２００と同様、走査用レーザ光を反射し、サーボ用レーザ光を透過する波長選択性の反射膜を有している。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、曲面ミラー２００が平行移動するよう構成されていたが、図７の構成例では、ミラー３００が球面軌道上を移動するよう構成されている。具体的には、図７において、ミラー３００は、複数のサスペンションワイヤー３０４によって支持されているが、これらサスペンションワイヤー３０４は、それぞれその一端がワイヤー支点３０３に繋止されている。ここで、これらサスペンションワイヤー３０４の端部は、一点を交点としてワイヤー支点３０３において互いに交差している。ミラー３００は、ワイヤー支点３０３を中心点とした球面軌道上を移動するように、これらサスペンションワイヤー３０４によって導かれる。
【００７５】
図８は、ミラー３００を駆動するアクチュエータの構成を示す図である。なお、同図（ａ）（ｂ）は、それぞれ、アクチュエータの斜視図および断面模式図である。
【００７６】
図示の如く、サスペンションワイヤー３０４の端部は、フレーム３０１に植設されたボス３０２の端部に取り付けられており、他端はコイル３０５、３０６に固着されている。ミラー３００は、コイル３０５、３０６とマグネット３０７、３０８によって構成されるアクチュエータによって、球面軌道上を移動するよう駆動される。
【００７７】
コイル３０５に駆動電流が印加されると、コイル３０５とマグネット３０７の間に生じる電磁力によって、ミラー３００は、サスペンションワイヤー３０４に支持されながら、上下方向に球面軌道上を移動する。また、コイル３０６に駆動電流が印加されると、コイル３０６とマグネット３０８の間に生じる電磁力によって、ミラー３００は、サスペンションワイヤー３０４に支持されながら、左右方向に球面軌道上を移動する。コイル３０５、３０６に駆動電流を印加することにより、ミラー３００を球面軌道上において移動させることができる。
【００７８】
ここで、ミラー３００には、図７に示す如く、斜め方向から走査用レーザ光とサーボ用レーザ光が入射される。したがって、コイル３０５、３０６に駆動電流を印加してミラー３００を球面軌道上において移動させることにより、目標領域内において走査用レーザ光を２次元方向に走査させることができる。
【００７９】
また、このようにミラー３００が移動すると、それに伴い、ミラー面に対するサーボ用レーザ光の入射角が変化するため、ＰＳＤ１０８の受光面上におけるサーボ用レーザ光の収束位置が変化する。ここで、サーボ用レーザ光の収束位置とミラー３００の変位位置は一対一に対応する。よって、上記実施の形態と同様、ＰＳＤ１０８からの検出信号をもとに、目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出することができる。
【００８０】
この構成例によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、ミラー３００のミラー面が平板状であるため、上記の如くミラー３００を移動させても、走査用レーザ光にひずみが発生することはなく、良好な状態にて走査用レーザ光を目標領域に照射することができる。さらに、サスペンションワイヤー３０４を電気伝導性のある材料で作製すれば、サスペンションワイヤー３０４をコイル３０５、３０６に対する導電線として使用することができる。
【００８１】
本発明は、上記実施の形態によって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。
【００８２】
たとえば、上記実施の形態は、車載用のレーザレーダの本発明を適用したものであったが、本発明は、たとえば、大気中のエアロゾル計測用など、他の用途のレーザレーダに適用することも可能である。
【００８３】
また、上記実施の形態では、曲面ミラー２００およびミラー３００として波長選択性のミラーを用いたが、これに代えて、入射光の一部を透過するミラーを用いることもできる。また、これらミラーを偏光ミラーに置き換えて、半導体レーザ１０１からのレーザ光を偏光ミラーに対してＳ偏光とし、半導体レーザ１０２からのレーザ光を偏光ミラーに対しＰ偏光となるよう調整するようにしても良い。
【００８４】
さらに、上記実施の形態では、曲面ミラー２００またはミラー３００を透過したサーボ用レーザ光をＰＳＤ１０８にて受光するようにしたが、曲面ミラー２００またはミラー３００によって反射されたサーボ用レーザ光を、ＰＳＤ１０８にて受光するようにしても良い。この場合、曲面ミラー２００およびミラー３００に波長選択性のミラー面を形成する必要はなく、両レーザ光を一様に反射する反射面とすることができる。
【００８５】
ただし、この場合には、たとえば、走査用レーザ光の光軸に対して所定の角度だけ光軸を傾けてサーボ用レーザ光を曲面ミラー２００またはミラー３００に入射させる等、これらミラーによって反射された後の走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の光路を分離するための構成上の工夫が必要となる。図９（ａ）（ｂ）は、それぞれ、ダイクロイックミラー１２０および偏光ビームスプリッタ１３１によって、サーボ用レーザ光を走査用レーザ光から分離する構成例である。
【００８６】
図９（ｂ）の構成例では、偏光ビームスプリッタ１３０にて走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の光軸が整合され、曲面ミラー２００後段の偏光ビームスプリッタ１３１によってサーボ用レーザ光が走査用レーザ光から分離される。この場合、半導体レーザ１０１からのレーザ光が偏光ビームスプリッタ１３０に対しＳ偏光となり、半導体レーザ１０２からのレーザ光が偏光ビームスプリッタに対しＰ偏光となるよう調整される。この調整は、半導体レーザ１０１、１０２をレーザ光軸を軸として回転させることにより行い得る。この他、この調整は、半導体レーザ１０１、１０２と偏光ビームスプリッタ１３０の間に１／２波長板を介在させ、この１／２波長板を回転させることにより行うこともできる。また、偏光ビームスプリッタ１３１は、走査用レーザ光がＰ偏光となりサーボ用レーザ光がＳ偏光となるよう配置される。
【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】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図
【図２】実施の形態に係るレーザ光のパワー調整例を示す図
【図３】実施の形態に係るミラーアクチュエータの構成および動作を示す図
【図４】実施の形態に係る走査用レーザ光とサーボ用レーザ光の関係を示す図
【図５】実施の形態に係る走査用レーザ光のスキャン動作を説明する図
【図６】実施の形態に係る走査用レーザ光のサーボ動作を説明する図
【図７】他の実施の形態に係るビーム照射ヘッドの構成を示す図
【図８】他の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９】実施の形態に係るビーム照射ヘッドの変更例を示す図
【符号の説明】
【００８９】
１０１  …  半導体レーザ（第１の光源）
１０２  …  半導体レーザ（第２の光源）
１０３  …  ダイクロイックミラー（光学素子）
１０６  …  ミラーアクチュエータ（ミラー駆動機構）
１０８  …  ＰＳＤ（光検出器）
１３０  …  偏光ビームスプリッタ（光学素子）
２００  …  曲面ミラー
２０１  …  基板
２０２  …  サスペンションワイヤー
２０３  …  ミラーホルダ
２０４、２０５  …  コイル
３００  …  ミラー
３０１  …  フレーム
３０２  …  ボス
３０３  …  ワイヤー支点
３０４  …  サスペンションワイヤー
３０５、３０６  …  コイル
３０７、３０８  …  マグネット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008292177.tif 000008
【図７】
2008292177.tif 000009
【図８】
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【図９】
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