(57)【要約】【課題】レンズ駆動方式のビーム照射装置およびレーザレーダにおいて、安全かつ簡素な処理にて円滑にスキャン位置を検出できるようにする。【解決手段】走査レンズ１４と一体的に移動するよう光透過型もしくは光反射型のスケール１６を配する。半導体レーザ１０１から出射されるサーボ光をスケール１６に照射する。スケール１６を経由した後のサーボ光をＰＤ１０３で受光する。スケール１６は、Ｘ軸方向における走査レンズ１４の変位位置を検出するための第１の光変調パターン（位置検出用パターン）を有する。【選択図】図２
2009002804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザが入射されるビーム走査用のレンズと、
前記レンズを光軸に直交する少なくとも第１の方向に駆動するアクチュエータと、
前記レンズと一体的に移動する光透過型もしくは光反射型のスケールと、
前記スケールにサーボ光を照射するための発光素子と、
前記スケールを経由した後の前記サーボ光を受光する受光素子とを備え、
前記スケールは、前記第１の方向における前記レンズの変位位置を検出するための第１の光変調パターンを有する、
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１の光変調パターンは、透過光または反射光の強度をパルス状に変化させる一連の領域を前記第１の方向に沿って配列することにより構成されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の光変調パターンは、透過光または反射光の強度を前記レンズの変位位置に応じて変化させるよう構成されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記スケールには、少なくとも、前記第１の光変調パターンの開始位置に、当該開始位置を透過光または反射光の光変調状態によって示すための識別領域が配されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記アクチュエータは、前記第１の方向とこれに直交する第２の方向に前記レンズを駆動し、
前記識別領域には、前記第２の方向における前記レンズの位置を検出するための第２の光変調パターンが配されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の光変調パターンと前記第２の光変調パターンは、これらを経由した後の前記サーボ光の光強度が互いに相違するよう構成されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項において、
前記スケールは、前記レンズに一体的に形成されている、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載のビーム照射装置を有するレーザレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム照射装置およびレーザレーダに関し、特に、走査用レンズを変位させることによりビームを走査させるタイプのビーム照射装置およびレーザレーダ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、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。これまでに、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次元方向に駆動するレンズアクチュエータ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】
ここで、スキャン位置の検出は、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って分岐させ、分岐した光を、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector））等の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。
【０００５】
また、距離測定等の際には、通常、複数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、この出力をスキャン位置の検出に用いる場合には、別途、積分処理等の特別な処理を行う必要があり、処理系が複雑になるとの課題が生じる。
【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】
【０００６】
本発明は、レンズ駆動方式のビーム照射装置およびレーザレーダにおいて、安全かつ簡素な処理にて円滑にスキャン位置を検出できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザが入射されるビーム走査用のレンズと、前記レンズを光軸に直交する少なくとも第１の方向に駆動するアクチュエータと、前記レンズと一体的に移動する光透過型もしくは光反射型のスケールと、前記スケールにサーボ光を照射するための発光素子と、前記スケールを経由した後の前記サーボ光を受光する受光素子とを備え、前記スケールは、前記第１の方向における前記レンズの変位位置を検出するための第１の光変調パターンを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るビーム照射装置によれば、レーザ光源とは別にサーボ光用の発光素子が配されるため、レーザ光源の発光期間を、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、受光素子には、発光素子から一定レベルのサーボ光が入射されるため、受光素子からの出力を積分処理等する必要はなく、よって、受光素子からの出力の処理を簡易なものとすることができる。さらに、第１の光変調パターンによる光変調をもとにレンズ位置（スキャン位置）が検出されるため、受光素子は、光変調に応じた信号を出力できるものであれば良く、ＰＤ（Photodiode）等の安価な受光素子を用いることができる。
【０００９】
なお、前記第１の光変調パターンは、透過光または反射光の強度をパルス状に変化させる一連の領域を第１の方向に沿って配列することにより構成され得る。この場合、スキャン動作の際に、受光素子からの信号上にパルス列が現れ、このパルス列をカウントすることにより、ビーム走査用レンズの変位位置、すなわち、目標領域におけるレーザ光のスキャン位置を検出することができる。
【００１０】
また、前記第１の光変調パターンは、透過光または反射光の強度をレンズの変位位置に応じて変化させるよう構成することもできる。この場合、スキャン動作の際に受光素子からの信号がたとえばリニアに変化し、この信号レベルをモニタすることにより、ビーム走査用レンズの変位位置、すなわち、目標領域におけるレーザ光のスキャン位置を検出することができる。
【００１１】
本発明において、スケールには、少なくとも第１の光変調パターンの開始位置に、当該開始位置を透過光または反射光の光変調状態によって示すための識別領域を配すると良い。こうすると、受光素子からの信号に基づいて第１の光変調パターンの開始タイミングを適正に検出することができ、よって、第１の光変調パターンに基づくレーザ光のスキャン位置の検出を円滑かつ正確に行うことができる。
【００１２】
なお、第１の方向に直交する第２の方向にも走査用レンズを駆動して、目標領域における走査ラインを第２の方向に複数段とする場合には、第２の方向における走査用レンズの位置を検出するための第２の光変調パターンを、識別領域に配すると良い。こうすると、サーボ光が第２の光変調パターンを走査したときの光変調状態をもとに、スキャン対象の走査ラインを識別することができる。
【００１３】
なお、この場合、第１の光変調パターンと第２の光変調パターンは、たとえば、光透過率または光反射率を互いに相違させる等により、これらを経由した後のサーボ光の光強度が互いに相違するよう構成され得る。こうすると、受光素子から出力される信号のレベルをもとに、サーボ光が第１の光変調パターンと第２の光変調パターンの何れに掛かっているかを識別することができる。よって、第２の光変調パターンの他に第１の光変調パターンの開始位置を識別するためのパターンを別途配さずとも、第２の光変調パターンのみから円滑に、第１の光変調パターンの開始位置を検出することができる。
【００１４】
なお、ビーム走査用レンズをフレネルレンズ等とする場合には、レンズ成形時に、ピットや干渉パターン等をもって、スケールを一体的に形成することもできる。こうすると、部品点数を削減することができ、また、レンズとスケールの間の位置精度が高められるため、ビームのスキャン位置の検出精度を高めることができる。
【００１５】
本発明に係るレーザレーダは、上記構成のビーム照射装置を有することを特徴とする。このレーザレーダによれば、上記ビーム照射装置における効果と同様の効果が奏される。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、安全かつ簡素な処理にて円滑にスキャン位置を検出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ができる。
【００１７】
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】
【００１８】
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、水平方向の走査ラインが鉛直方向に３段設定されたレーザレーダに本発明を適用したものである。ビームは、目標領域において、各段の走査ラインに沿って同一方向に走査される。目標領域は横長長方形とされており、対向する２つの短辺間に３段の走査ラインが設定されている。なお、本実施の形態では走査ラインを３段としたが、走査ラインの段数を３段以外に設定することも適宜可能である。
【００１９】
図１に、レンズアクチュエータの構成を示す。同図を参照して、ベース部１１には、４本のサスペンションワイヤー１２を介して、可動板１３がＸ−Ｙ方向に変位可能に支持されている。可動板１３の底面には、フレネルレンズからなる走査レンズ１４と受光レンズ１５が装着されている。これら走査レンズ１４と受光レンズ１５は樹脂により一体成形されている。
【００２０】
可動板１３には、方形状の開口１３ａが形成されており、この開口１３ａにスケール１６が嵌め込まれている。スケール１６には、走査レンズ１４の変位位置、すなわち、目標領域におけるビームの走査位置を検出するための光変調パターンが形成されている。なお、スケール１６の詳細は、追って図２を参照して説明する。
【００２１】
可動板１３の背面には、コイルユニット１７が装着されている。また、ベース部材１１には、コイルユニット１７に磁界を印加するマグネットユニット１８が装着されている。ここで、コイルユニット１７を構成する各コイルとマグネットユニット１８を構成する各マグネットは、対応するコイルに電流を印加することによりそのコイルにＸ軸方向またはＹ軸方向の電磁駆動力が生じるよう構成されている。この電磁駆動力によって、走査レンズ１４と受光レンズ１５が可動部１３と一体的にＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動される。この他、ベース部材１１には、回路ユニット１９が装着されている。
【００２２】
次に、図２を参照して、スケール１６およびそれをもとに走査レンズ１４の変位位置を検出するための光学系の構成について説明する。
【００２３】
図２（ａ）に示す如く、スケール１６の前面側と背面側には、スケール１６を挟むようにして、半導体レーザ１０１、集光レンズ１０２とＰＤ（Photodiode）１０３がそれぞれ配されている。半導体レーザ１０１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１０２によって、スケール１６上に集光される。スケール１６は、光透過性部材からなっており、その上に、光変調パターンが形成されている。光変調パターンによって変調されたサーボ光は、スケール１６を透過してＰＤ１３によって受光される。
【００２４】
同図（ｂ）は、光変調パターンの構成を示す図である。図示の如く、スケール１６には、Ｙ軸方向に３段の光変調パターンが配されており、各段の光変調パターンは、位置検出用のパターン（本発明の「第１の光変調パターン」に相当）とインデックス用のパターン（本発明の「第２の光変調パターン」に相当）に区分されている。
【００２５】
位置検出用パターンは、一定幅の半透明領域１６ａが一定のピッチにてＸ軸方向に配列されることにより構成されている。図示の如く、半透明領域１６ａはＹ軸方向にも一列に並んでいる。
【００２６】
インデックス用パターンは、一定幅の不透明領域１６ｂが一定のピッチにてＸ軸方向に配列されることにより構成されている。ここで、不透明領域１６ｂの個数は、段毎に相違している。不透明領域１６ｂの個数によって、何段目の光変調パターンであるかが識別される。なお、インデックス用パターンは、位置検出用パターンの開始位置と終了位置にそれぞれ配されている。最上段の光変調パターンには、位置検出用パターンの開始位置と終了位置に１個ずつ不透明領域１６ｂが配され、２段目、３段目の光変調パターンには、それぞれ、位置検出用パターンの開始位置と終了位置に２個および３個ずつ不透明領域１６ｂが配されている。
【００２７】
不透明領域１６ｂは、サーボ光を遮光するよう構成されており、半透明領域１６ａは、不透明領域１６ｂおよび半透明領域１６ａが配されていない領域よりも低い光透過率でサーボ光を透過するよう構成されている。半透明領域１６ａは、たとえば、マスクを介して半透明膜（シリコン膜等）を蒸着またはスパッタすることによりスケール１６上に形成される。また、不透明領域１６ｂは、たとえば、マスクを介して不透明膜（クロム膜等）を蒸着またはスパッタすることによりスケール１６上に形成される。
【００２８】
目標領域に設定された３段の走査ラインのうち最上段の走査ラインをビームがスキャンするとき、サーボ光の集光スポットは、走査レンズ１４とスケール１６がＸ軸方向に一体的に駆動されるに伴って、スケール１６上の最上段の光変調パターン上をＸ軸方向に移動する。同様に、２段目および３段目の走査ラインをビームがスキャンするとき、サーボ光の集光スポットは、スケール１６上の２段目および３段目の光変調パターン上をＸ軸方向に移動する。同図（ａ）に示す半導体レーザ１０１、集光レンズ１０２およびＰＤ１０３とスケール１６は、スキャン動作の際に、上記の如くサーボ光が対応する段の光変調パターン上を走査するように、互いの位置関係が調整されている。
【００２９】
なお、同図（ｃ）に示す如く、半透明領域１６ａは、段毎に分離されずＹ軸方向に繋がっていても良い。また、ここでは、不透明領域１６ｂが段毎に分離して配置されているが、不透明領域１６ｂも、半透明領域１６ａと同様、Ｙ軸方向に繋がっていても良い。
【００３０】
図３は、サーボ光が光変調パターンを走査する際にＰＤ１０３から出力される信号波形を示す図である。なお、同図（ａ）および（ｂ）には、それぞれ、スケール１６上に図２（ｂ）および（ｃ）の光変調パターンを配した場合の信号波形が示されている。図中上段に示すライン１、２、３は、それぞれ、走査ビームが目標領域上の上段、中段、下段の走査ラインを走査するときの、スケール１６上におけるサーボ光の走査ラインを示している。同図（ａ）（ｂ）には、上側に光変調パターン上におけるサーボ光の走査状態が示され、また、下側に、サーボ光がライン１、２、３を走査したときの信号の変化が３つのタイミングチャートとして示されている。
【００３１】
図示の如く、位置検出用パターンの走査期間では、サーボ光が半透明領域１６ａを走査するタイミングにおいて、ＰＤ１０３の出力信号レベルがパルス状に立ち下がる。これにより、ＰＤ１０３の出力上に、一連のパルスが生じる。上記の如く、Ｘ軸方向における半透明領域１６ａのピッチは一定である。よって、一つのパルスから次のパルスが到来するまでのサーボ光の走査距離、すなわち、走査レンズ１４およびスケール１６の移動距離は、半透明領域１６ａのピッチに等しくなる。したがって、位置検出用パターン開始位置からのパルス数をカウントすることにより、走査レンズ１４およびスケール１６の変位位置を算出することができる。
【００３２】
なお、図示の如く、サーボ光が不透明領域１６ｂに掛かっているときもＰＤ１０３の出力信号がパルス状に立ち下がるが、不透明領域１６ｂはサーボ光を遮光するため、サーボ光が半透明領域１６ａに掛かっているときと不透明領域１６ｂに掛かっているときとでは、出力信号の立ち下がりレベルが相違する。したがって、立下りレベルを比較することにより、サーボ光が半透明領域１６ａに掛かっているか不透明領域１６ｂに掛かっているかを検出することができる。つまり、立下りレベルを比較することにより、位置検出用パターンの開始位置と終了位置を検出することができる。
【００３３】
また、ここでは、インデックス用パターンを走査する際のパルス数がライン毎に相違する。具体的には、サーボ光がライン１を走査する際には、ＰＤ信号上に１つのパルスが現れ、ライン２、３を走査する際には、ＰＤ信号上に２つおよび３つのパルスが現れる。したがって、これらパルス数をカウントすることにより、サーボ光がどのラインを走査しているか、すなわち、目標領域においてビームがどの走査ラインを走査しているかを検出することができる。
【００３４】
図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、目標領域と光変調パターンの対応関係を示す図である。
【００３５】
図示の如く、目標領域は、マトリクス状にエリア分割されおり、各分割エリアにおいて、ビームが目標領域に照射され、障害物の検出と距離の測定が行われる。Ｘ軸方向のおける目標領域の測定幅は、スケール１６上における位置検出用パターンの配置幅に対応している。また、目標領域の前後に位置するリードイン期間、リードアウト期間の幅が、スケール１６上におけるインデックス用パターンの配置幅に対応している。
【００３６】
図５に、本実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す。
【００３７】
図示の如く、レーザレーダは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）制御回路２０１と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０２と、レーザ駆動回路２０３と、アクチュエータ駆動回路２０４と、ビーム照射ヘッド２０５と、位置信号処理回路２０６と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０７と、受光信号処理回路２０８と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０９を備えている。
【００３８】
ＤＳＰ制御回路２０１は、レーザ駆動回路２０３およびアクチュエータ駆動回路２０４を駆動制御するためのデジタル信号をＤＡＣ２０２に出力する。また、ＡＤＣ２０９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。
【００３９】
さらに、ＤＳＰ制御回路２０１は、ＡＤＣ２０９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。ＤＳＰ制御回路２０１には、高周波の内部クロックが入力されている。ＤＳＰ制御回路２０１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。
【００４０】
ＤＡＣ２０２は、ＤＳＰ制御回路２０１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２０３およびアクチュエータ駆動回路２０４に出力する。レーザ駆動回路２０３は、ＤＡＣ２０２から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド２０５内の半導体レーザ１０１、１０４を駆動する。アクチュエータ駆動回路２０４は、ＤＡＣ２０２から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド２０５内のレンズアクチュエータ１０（図１参照）を駆動する。
【００４１】
ビーム照射ヘッド２０５は、前方空間に設定された走査領域においてビームを走査させる。図示の如く、ビーム照射ヘッド２０５は、レンズアクチュエータ１０の他に、図２（ａ）に示す半導体レーザ１０１、集光レンズ１０２、ＰＤ１０３を備え、さらに、走査レンズ１４に走査ビームを入射させる半導体レーザ１０４と、目標領域からの反射光を受光レンズ１５を介して受光するＰＤ１０５を備えている。
【００４２】
ＰＤ１０３からの出力信号は、位置信号処理回路２０６によって増幅およびノイズ除去され、ＡＤＣ２０７に入力される。ＡＤＣ２０７は、入力された信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ制御回路２０１に出力する。ＤＳＰ制御回路２０１は、上記の如く、インデックス用パターンに基づくパルス信号をもとに、位置検出パターンの開始位置および終了位置と、何ライン目の走査ラインが走査されているかを検出する。また、位置検出用パターンに基づくパルス信号をカウントして、走査ライン上における走査ビームの走査位置を検出する。
【００４３】
スキャン動作時、ＤＳＰ制御回路２０１は、アクチュエータ駆動回路２０４を駆動して、目標領域に設定された各走査ラインに沿って走査ビームを走査させる。このスキャン動作の際、ＤＳＰ制御回路２０１は、半導体レーザ１０１をパワーレベルＰｗｃにて常時発光させるための信号を、ＤＡＣ２０２を介してレーザ駆動回路２０３に出力する。また、上記のように、ＰＤ１０３からの信号をもとに走査ビームの走査位置を検出し、走査位置が、障害物検出および距離検出を行うための位置（図４に示す各マトリクスの位置、以下、「測定位置」という）に到達したタイミングにて、半導体レーザ１０４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、ＤＡＣ２０２を介してレーザ駆動回路２０３に出力する。
【００４４】
ここで、レベルＰｗａは、測定位置の到来に応じて半導体レーザ１０４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。
【００４５】
測定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ビーム光は、障害物によって反射され、その反射光が、受光レンズ１５を介してＰＤ１０５に入射される。ＰＤ１０５は、受光量に応じた大きさの信号を受光信号処理回路２０８に出力する。受光信号処理回路２０８は、ＰＤ１０５から入力された信号を増幅およびノイズ除去してＡＤＣ２０９に出力する。ＡＤＣ２０９は、入力された信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ制御回路２０１に出力する。
【００４６】
ＤＳＰ制御回路２０１は、ＡＤＣ２０９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、走査ビームの出力タイミングから、上記の如く、当該測定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、当該測定位置には障害物が存在しないと判定する。
【００４７】
以上、本実施の形態によれば、走査ビームを出射する半導体レーザ１０４とは別にサーボ光用の半導体レーザ１０１が配されるため、半導体レーザ１０４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、レーザレーダの安全性を高めることができる。このとき、ＰＤ１０３には、半導体レーザ１０１から一定レベルのサーボ光が入射されるため、ＰＤ１０３の出力が大きく変動することはなく、よって、ＰＤ１０３からの信号を積分処理等する必要はない。よって、ＰＤ１０３からの信号の処理を簡易なものとすることができる。さらに安価かつ配置の容易なＰＤ１０３がサーボ光の受光素子として用いられるため、構成の簡素化と、コストの低減を図ることができる。
【００４８】
さらに、本実施の形態では、位置検出用パターンとインデックス用パターンがそれぞれ半透明領域１６ａと不透明領域１６ｂから構成されているため、ＰＤ１０３からの信号のレベルによって、サーボ光が位置検出用パターンとインデックスパターンの何れを走査しているかを識別することができる。よって、インデックスパターンの他に、位置検出用パターンの開始位置と終了位置を示すためのパターンを配する必要がなく、スケール１６の簡素化を図ることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施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、本発明の実施形態も、上記以外に種々の変更が可能である。
【００５０】
＜変更例１＞
本変更例は、位置検出用の光学系を変更するものである。ここでは、図６（ａ）に示す如く、サーボ光の発光源が、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１１０に置き換えられている。また、サーボ光を集光するための集光レンズが省略されている。この場合、ＬＥＤ１１０から出射されるサーボ光は、複数の半透明領域１６ａまたは複数の不透明領域１６ｂに同時に照射される。このため、ＰＤ１０３に導かれる光を一つの半透明領域１６ａまたは不透明領域１６ｂからの光に制限する必要がある。
【００５１】
これを実現するために、この光学系では、ＰＤ１０３に導かれる光を制限するためのスリット板１１１が配されている。スリット板１１１には、一つの半透明領域１６ａまたは不透明領域１６ｂに対応する位置に開口１１１ａが配されている。
【００５２】
同図（ｂ）は、スリット板１１１とスケール１６の位置関係を示す図である。スリット板１１１は、スケール１６と共に変位せず、位置が固定されている。複数の半透明領域１６ａまたは複数の不透明領域１６ｂに同時に照射されたサーボ光のうち、一つの半透明領域１６ａまたは不透明領域１６ｂからの光のみが開口１１１ａを通過し、ＰＤ１０３に到達する。よって、集光レンズを用いずとも、一つの半透明領域１６ａまたは不透明領域１６ｂからの光をＰＤ１０３にて円滑に受光することができる。
【００５３】
なお、同図（ｃ）に示す如く半透明領域１６ａがＹ軸方向に繋がっていても、上記の如くスリット板１１１を配することにより、一本の不透明領域１６ａからの光をＰＤ１０３に円滑に導くことができる。
【００５４】
この変更例によれば、安価なＬＥＤが用いられ、且つ、集光レンズが省略されるため、コストの削減を図ることができる。
【００５５】
＜変更例２＞
本変更例は、スケール１６上の光変調パターンを変更するものである。ここでは、図７（ｂ）に示す如く、光透過率がＸ軸方向にリニアに変化する帯状の光変調領域１６ｃが位置検出用のパターンとして配されている。ここで、帯状の光変調領域１６ｃは、たとえば、富士フィルム株式会社製、商品名「モノクロ連続調チャート（透過型）」をスケール１６に貼着することによりスケール１６上に配される。位置検出用の光学系は、同図（ａ）に示す如く、上記実施の形態と同様である。また、同図（ｃ）に示す如く、帯状の光変調領域１６ｃがＹ軸方向に繋がっていても良い。
【００５６】
図８は、サーボ光が光変調パターンを走査する際にＰＤ１０３から出力される信号波形を示す図である。なお、同図（ａ）および（ｂ）には、それぞれ、スケール１６上に図７（ｂ）および（ｃ）の光変調パターンを配した場合の信号波形が示されている。
【００５７】
本変更例では、図示の如く、サーボ光が帯状の光変調領域１６ｃを走査するに伴って、ＰＤ１０３からの信号がリニアに変化する。よって、ＰＤ１０３からの信号のレベルをもとに、Ｘ軸方向における走査レンズ１４の走査位置、すなわち、走査ライン上における走査ビームのスキャン位置を検出することができる。
【００５８】
＜変更例３＞
本変更例は、スケール１６を反射型に変更するものである。図９（ａ）および(ｂ)は、それぞれ、位置検出用光学系および光変調パターンの構成を示している。本変更例では、位置検出用光学系としてフォトカプラ１２０が用いられる。なお、同図（ｂ）では、光反射率がＸ軸方向にリニアに変化するようにして各段の光変調パターン１６ｄが構成されているが、図２（ｂ）に示すようなパターンを反射型にて構成するようにしても良い。
【００５９】
同図（ｂ）において、各段の光変調パターン１６ｄには、位置検出用区間の前後に、無反射領域１６ｅと高反射領域１６ｆが配されている。図２の場合と同様、無反射領域１６ｅと高反射領域１６ｆの個数によって、何段目のラインを走査中であるかが識別される。ここで、光変調パターン１６ｄは、たとえば、富士フィルム株式会社製、商品名「モノクロ連続調チャート（反射型）」をスケール１６に貼着することによりスケール１６上に配される。また、無反射領域１６ｅおよび高反射領域１６ｆは、それぞれ、マスクを介して、無反射膜（シリコン膜やフッ化マグネシウム膜等）および高反射膜（アルミニウム膜等）を蒸着またはスパッタすることによりスケール１６上に形成される。なお、同図（ｃ）に示す如く、各段の光変調パターンがＹ軸方向に繋がっていても良い。
【００６０】
図１０は、サーボ光が光変調パターンを走査する際にＰＤ１０３から出力される信号波形を示す図である。なお、同図（ａ）および（ｂ）には、それぞれ、スケール１６上に図９（ｂ）および（ｃ）の光変調パターンを配した場合の信号波形が示されている。
【００６１】
本変更例では、図示の如く、サーボ光がそれぞれのラインを走査するに伴って、ＰＤ１０３からの信号がリニアに変化する。よって、位置検出用区間を走査する際のＰＤ１０３からの信号レベルをもとに、Ｘ軸方向における走査レンズ１４の走査位置、すなわち、走査ライン上における走査ビームのスキャン位置を検出することができる。なお、位置検出用区間の開始位置と終了位置は、無反射領域１６ｅおよび高反射領域１６ｆに対応して、ＰＤ出力がパルス状に立ち下がりまたは立ち上がることを判別することにより検出される。
【００６２】
＜変更例４＞
本変更例は、Ｙ軸方向における走査レンズ１４の変位位置を、光変調パターン以外の方法で検出する場合のものである。Ｙ軸方向における走査レンズ１４の変位位置は、たとえば、Ｙ軸方向に走査レンズ１４を駆動するためのコイル（図１に示すコイルユニット１７に含まれる）に生じる逆起電力を回路側にてモニタすることにより検出され得る。
【００６３】
図１１（ａ）は、スケール１６の構成（光透過タイプ）を示す図である。本変更例では、図２（ａ）の場合と異なり、位置検出用パターンの前後には、光変調パターンが何段目のものであるかを示すパターンが配されず、単に、位置検出用パターンの開始位置と終了位置を示すパターン（端部検出用パターン）が配されている。
【００６４】
ここで、端部検出用パターンは、不透明領域１６ｇをＸ軸方向に３個ずつ配列することにより構成される。なお、ここでは、不透明領域１６ｇの個数を３個としたが、これ以外の個数（たとえば、１個）でも良い。位置検出用パターンの開始位置と終了位置は、図２の場合と同様、ＰＤ１０３からの信号の立ち下がりレベルをモニタすることにより検出される。
【００６５】
なお、各段の半透明領域１６ａと不透明領域１６ｇは、図１１（ｂ）に示す如く、Ｙ軸方向に繋がっていても良い。
【００６６】
＜変更例５＞
本変更例は、位置検出用パターンとインデックス用パターンの光学作用を同じにしたものである。
【００６７】
図１２（ａ）は、スケール１６の構成（光透過タイプ）を示す図である。本変更例では、光を回折または散乱させる減光領域１６ｈ、１６ｉ、１６ｊが各段の光変調パターンに配されている。
【００６８】
位置検出用パターンは、一定幅の減光領域１６ｈが一定ピッチにてＸ軸方向に配列されることにより構成されている。インデックスパターンは、幅広の減光領域１６ｉと、減光領域１６ｈと同じ幅の減光領域１６ｊが配列されることにより構成されている。
【００６９】
幅広の減光領域１６ｉによって、位置検出用パターンの開始位置と終了位置が示される。また、減光領域１６ｊの配列状態によって、光変調パターンが何段目のものであるかが示される。すなわち、１段目には、減光領域１６ｉから離れた位置に減光領域１６ｊが一つ配され、２段目には、減光領域ｉに接近した位置に減光領域１６ｊが一つ配され、３段目には、減光領域ｉから離れた位置と接近した位置に減光領域１６ｊが一つずつ配されている。この配置規則をもとに、光変調パターンが何段目のものであるかが識別される。
【００７０】
減光領域１６ｈ、１６ｉ、１６ｊは、Ｘ軸方向の幅のみが相違し、同じ光学特性（減光作用）を持っている。樹脂成形によってスケール１６が形成される場合、減光領域１６ｈ、１６ｉ、１６ｊは、たとえば、対応する領域に微細な凹凸を一体形成することによりスケール１６上に配置され得る。
【００７１】
図１３は、サーボ光が光変調パターンを走査する際にＰＤ１０３から出力される信号波形を示す図である。図示の如く、減光領域１６ｉの対応する信号の立ち下が期間は他に比べて大きくなっている。よって、この信号波形をもとに、位置検出用パターンの開始位置と終了位置が検出され得る。また、減光領域１６ｊに対応するパルス信号の配列状態はライン毎に異なっている。よって、このパルス信号の配列状態によって走査対象ラインが何段目のものであるかが検出され得る。
【００７２】
なお、図１２（ｂ）に示す如く、減光領域１６ｈがＹ軸方向に繋がっていても良い。さらに、減光領域１６ｉがＹ軸方向に繋がっていても良い。何れの場合にも、図１３と同様の信号波形が得られる。
【００７３】
＜変更例６＞
本変更例は、走査レンズ１４とスケール１６を一体成形するものである。
【００７４】
図１４は、走査レンズ１４の下部にスケール１６を一体生成する場合の構成例である。スケール１６は、走査レンズ１４と受光レンズ１５を樹脂生成する際に、一体的に形成される。この場合、スケール１６上の光変調パターンは、たとえば、図１２に示すものとされる。図１２の構成例では、微細な凹凸を減光領域１６ｈ、１６ｉ、１６ｊに形成することにより光変調パターンが構成されるため、光変調パターンを走査レンズ１４と受光レンズ１５を樹脂生成する際に、一体的に形成することが可能である。
【００７５】
なお、ここでは、走査レンズ１４の下部にスケール１６を形成するようにしたが、走査レンズ１４に上部等、これ以外の箇所にスケール１６を形成するようにしても良い。また、受光レンズ１５の下部や上部等にスケール１６を形成しても良い。
【００７６】
＜スケール生成方法＞
図１５は、図２に示すスケール１６の製造方法を模式的に示す図である。なお、ここでは、説明の便宜上、位置検出用のパターンは５本とし、インデックス用のパターンは位置検出用のパターンを挟んでそれぞれ１本ずつあるものとする。また、位置検出用のパターンとインデックス用のパターンは１段のみあるものとする。
【００７７】
まず、工程１において、インデックス用パターンの位置に開口を有するマスクが、樹脂・ガラス等からなる透明基板上に置かれ、その上から、たとえばクロムが蒸着またはスパッタされる。これにより、基板上に、クロム膜（透過率≒０）からなるインデックス用のパターンが形成される。
【００７８】
次に、工程２において、位置検出用パターンの位置に開口を有するマスクが、工程１にてクロム膜が形成された面側から透明基板上に置かれ、その上から、たとえばシリコンが蒸着またはスパッタされる。これにより、基板上に、シリコン膜（半透明膜）からなる位置検出用のパターンが形成され、スケール１６の生成が完了する。
【００７９】
なお、クロムをアルミニウムに置き換えることにより、反射型のスケール１６を生成できる。
【００８０】
図２に示すスケール１６は位相型とすることもできる。図１６は、スケール１６を位相型とする場合の製造方法を模式的に示す図である。なお、ここでも、説明の便宜上、位置検出用のパターンは５本とし、インデックス用のパターンは位置検出用のパターンを挟んでそれぞれ１本ずつあるものとする。また、位置検出用のパターンとインデックス用のパターンは１段のみあるものとする。
【００８１】
まず、工程１において、透明な基板上にフォトレジスト層が形成される。その上から、インデックス用パターンの位置に開口を有するフォトマスクが置かれ、フォトレジスト層に対する露光が行われる。その後、フォトレジスト層に対する現像処理が行われ、さらに、エッチング処理が行われる。これにより、基板上に、一定の深さの溝からなるインデックス用のパターンが形成される。ここで、溝の深さは、干渉作用により光の強度が最小となるよう調整される。
【００８２】
次に、工程２において、基板上に再度フォトレジスト層が形成される。その上から、位置検出用パターンの位置に開口を有するフォトマスクが置かれ、フォトレジスト層に対する露光が行われる。その後、フォトレジスト層に対する現像処理が行われ、さらに、エッチング処理が行われる。これにより、基板上に、一定の深さの溝からなる位置検出用のパターンが形成される。ここで、溝の深さは、インデックス用パターンよりも光の強度が大きくなるよう調整される。これにより、スケール１６の生成が完了する。
【００８３】
なお、溝が形成された基板面上にアルミニウム膜を蒸着等にて形成することにより、スケール１６を反射型とすることができる。
【００８４】
ところで、図７〜１０の構成例では、富士フィルム株式会社製、商品名「モノクロ連続調チャート（透過型／反射型）」を貼着して帯状の光変調領域１６ｃ、１６ｄを形成したが、これに代えて、富士フィルム株式会社製、商品名「階段調チャート（透過型／反射型）」（濃度が階段状に配列されているチャート）を貼着して帯状の光変調領域１６ｃ、１６ｄを形成しても良い。
【００８５】
また、この構成に代えて、図１７に示す如く、反射部分（または、不透明部分）の割合がライン方向に徐々に変化するようなパターンを形成することにより光変調領域１６ｃ、１６ｄを構成するようにしても良い。
【００８６】
図１７の生成方法では、開口の面積比率がライン方向に徐々に変化するようなマスクが準備される（同図（ａ）参照）。このマスクが、樹脂・ガラス等からなる透明基板上に置かれ、その上から、たとえばアルミニウムが蒸着（またはスパッタ）される（同図（ｂ）参照）。これにより、基板上に、面積比率がライン方向に徐々に変化するミラー面が形成され、光変調領域１６ｃ、１６ｄの生成が完了する。なお、このようにして生成された光変調領域１６ｃ、１６ｄは、反射型としても透過型としても機能し得る。なお、アルミニウムに代えて、クロム（透過率≒０）を蒸着（またはスパッタ）しても良い。
【００８７】
以上、実施の形態に係る種々の変更例を示したが、これ以外にも種々の変更が可能である。
【００８８】
たとえば、上記実施の形態は、車載用のレーザレーダに適用して好ましいものであったが、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。また、上記実施の形態では、サーボ光を出射する光源として主として半導体レーザを用いたが、図６に示すＬＥＤ等、他の光源を代用することもできる。
【００８９】
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】実施の形態に係るレンズアクチュエータの構成を示す図
【図２】実施の形態に係る位置検出用光学系とスケールの構成を示す図
【図３】実施の形態に係るＰＤ信号波形のタイミングチャート
【図４】実施の形態に係る目標領域と光変調パターンの対応関係を示す図
【図５】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図
【図６】変更例１に係る位置検出用光学系とスケールの構成を示す図
【図７】変更例２に係る位置検出用光学系とスケールの構成を示す図
【図８】変更例２に係るＰＤ信号波形のタイミングチャート
【図９】変更例３に係る位置検出用光学系とスケールの構成を示す図
【図１０】変更例３に係るＰＤ信号波形のタイミングチャート
【図１１】変更例４に係るスケールの構成を示す図
【図１２】変更例５に係るスケールの構成を示す図
【図１３】変更例５に係るＰＤ信号波形のタイミングチャート
【図１４】変更例６に係るレンズアクチュエータの構成を示す図
【図１５】実施の形態に係るスケールの生成方法を説明する図
【図１６】実施の形態に係るスケールの生成方法を説明する図
【図１７】実施の形態に係るスケールの生成方法を説明する図
【符号の説明】
【００９１】
１０  レンズアクチュエータ
１４  走査レンズ
１６  スケール
１０１  半導体レーザ（発光素子）
１０４  半導体レーザ（レーザ光源）
１０３  ＰＤ（受光素子）
１１０  ＬＥＤ（発光素子）
１２０  フォトカプラ（発光素子、受光素子）  
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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