JP2008191098A - 投光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標となる投射方向へ正しく光線を発射することができるレーダ装置での投光装置を提供することである。
【解決手段】上記レーザダイオード３１より放射した投射光６１の投射方向が、アクチュエータ４０で移動される投射レンズ３７により設定される。この投射レンズ３７の位置は、位置検出器４３ａ、４３ｂで検出される。上記投射光６１の投射方向は、スキャナ制御部２５よりアクチュエータ４０が駆動されて投射レンズ３７の移動により追従される。上記スキャナ制御部２５は、投射光６１が所定の方向範囲を走査可能なように、投射レンズ３７を移動させながら、複数の所定方向に対応する位置で該投射レンズ３７を停止するように上記アクチュエータ４０を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光等の光源から光束を発生し、対象物体からの反射光を受光して、対象物体からの距離を検出する自動車搭載光レーダ装置の投光装置に関する発明であり、特に出射光の方向を制御する装置に関するものである。

近年、自動車運転時のドライバの安全性向上を目指した技術開発への取り組みが進んでいる。その１つの手段として、先行車両及び自動車前方に存在する物体の位置情報を、レーダを使って検知する装置が実用化されている。具体的には、レーダ装置によって得られる車両前方物体の位置検出情報を基に、走行中、前方車両との衝突回避等の安全支援を行うといったものである。

レーダ方式は、現在様々な方式が提案されており、装置コストを抑えつつ、十分な検出性能が得られることが要求されている。その中で１つの方式として、レーザ光を走査して物体検出する光レーダ装置が実用化されている。

例えば、光レーダスキャナ装置としては、下記特許文献１にあるように、レーザ光を所定角度で走査して前方物体に向かって投射され、物体によって発生する反射光を受光器で検出し、投射から受光検出までの時間差を検出することによって、前方物体の位置を算出する装置が提案されている。

図７は、下記特許文献１に記載された従来技術の光レーダ装置の構成を示したブロック図である。

図７に於いて、この物体検出装置１は、投光部２と、受光部３と、オフセット位置記憶回路５と、複数の傾きセンサ６が接続されたＣＰＵ４とを有して成る。そして、投光部２内の発振回路１１により駆動されて発光素子１２から出射される光を、レンズ１３、アクチュエータ１４及びアクチュエータ（ＡＣＴ）駆動回路１５によって、水平または垂直方向へ移動させることによって、投射光方向を可変させる。

ＣＰＵ４は、レンズ１３が投射方向に対応した位置に移動させるに必要な、アクチュエータ駆動量の指示を与える。上記アクチュエータ１４の駆動量を、逐次増加または減少させた指示をＡＣＴ駆動回路１５に与えることによって、レンズ１３を走査させる。投射用のレンズ１３の走査中に、ＣＰＵ４から発振回路１１を介して発光素子１２から投射光を出力する。そして、反射光を受光レンズ１７、受光素子１８及び検出回路１９によって検出することにより、物体を検出するものである。
特開２００２−１６２４７０号公報

上述したレーダ装置の投光装置は、投射レンズを、目標となる投射方向に対応した位置へ連続的に移動させることによって、出射ビームを連続的に走査し、一定周期毎に光線を発射する方法である。上記特許文献１のレーダ装置での投光装置では、アクチュエータの駆動指示から、投射レンズ位置及びそれに対応する発射ビーム角度を推定する。このため、実際に存在する投射レンズ位置をリアルタイムに検出することができない。そのため、自動車走行時の振動外乱が投射レンズに印加して、投射レンズ位置が指示位置からずれる場合に、異常を検出することができない。

また、光源の位置ずれが発生した場合でもビームを発光してしまうため、目的方向以外に存在する物体に対して、誤った光線投射をさせてしまうという問題を有していた。

したがって本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、目標となる投射方向へ正しく光線を発射することができるレーダ装置での投光装置を提供することである。

すなわち請求項１に記載の発明は、第１の光源から放射された光線を物体に投射する投光装置であって、上記第１の光源が放射した光線の投射方向を設定する光学素子と、上記光学素子を移動させるアクチュエータと、上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、上記光線の投射方向を指定し、上記光学素子を上記アクチュエータにより追従駆動制御する方向制御手段と、を具備し、上記方向制御手段は、上記光線が所定の方向範囲を走査可能なように上記光学素子を移動させながら、複数の所定方向に対応する位置で上記光学素子を停止するように上記アクチュエータを制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、投射光学素子の位置をフィードバック制御により停止制御を行い、停止時にパルスを発光することにより、振動等の外乱に対して一定の投射方向を保持することができ、検出信号の位置分解能を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記方向制御手段は、上記光線が上下左右に移動可能なように上記アクチュエータを制御することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、投射光学素子を上下左右に移動制御し、投射光線を上下左右の方向に走査することによって、物体の上下左右位置情報を検出することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記位置検出手段により、上記投射方向との偏差を検出し、所定の範囲内にある場合に、上記光源に発光動作可能を通知し、また、上記投射方向が所定の範囲から外れる場合には、上記光源へ発光停止を通知することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、投射方向が、所定範囲から越える際に、発光を停止することによって、目標投射角度以外の方向へ誤発光することで発生する、誤検出を防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記位置検出手段は、第２の光源と、受光位置検出素子と、上記光学素子と連動するスリットとを有し、上記光学素子位置の検出出力を得ることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、実際の投射光学素子の位置を常時検出することによって、目標投射方向に対応する位置に、投射光学素子の存在を確認して投射することが可能になり、投射角度精度を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、所定の光線を放射する第１の光源と、上記第１の光源から放射された光線の投射方向を設定するための移動可能な光学素子と、上記第１の光源から放射された光線の投射方向を変えて所定の範囲を走査するために、上記光学素子を、上記第１の光源の光軸方向に対して垂直な方向に２次元的に移動させるアクチュエータと、上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、上記光線の投射方向を指定し、上記光学素子を上記アクチュエータにより追従駆動制御するもので、上記光線が上記所定の範囲を走査可能なように上記光学素子を移動させながら、複数の所定方向に対応する位置で上記光線を停止するように上記アクチュエータを制御する方向制御手段と、を具備することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、投射光学素子の位置をフィードバック制御により停止制御を行い、停止時にパルスを発光することにより、振動等の外乱に対して一定の投射方向を保持することができ、検出信号の位置分解能を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明に於いて、上記方向制御手段は、上記光線が上記第１の光源の光軸方向に対して垂直な面方向に移動可能なように上記アクチュエータを制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、投射光学素子を第１の光源の光軸方向に対して垂直な面方向に移動制御し、投射光線も同方向に走査することによって、２次元方向について、物体までの距離を検出することが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明に於いて、上記方向制御手段は、上記位置検出手段により上記投射方向との偏差を検出して、上記投射方向が上記所定の範囲外の場合には上記第１の光源へ発光停止を通知することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、投射方向が、所定範囲から越える際に、発光を停止することによって、目標投射角度以外の方向へ誤発光することで発生する、誤検出を防止できる。

請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の発明に於いて、上記方向制御手段は、上記位置検出手段により上記投射方向との偏差を検出して、上記投射方向が上記所定の範囲内にある場合には上記第１の光源に発光動作可能を通知することを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、投射方向が所定範囲内にある場合は発光が可能であることを通知することによって、安全に発光することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の発明に於いて、上記位置検出手段は、上記第１の光源とは異なる第２の光源と、受光位置検出素子と、上記光学素子の移動と連動して移動するスリットと、上記第２の光源から放射された光を上記スリットを介して受光して上記光学素子の位置を検出する受光位置検出素子と、を備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、実際の投射光学素子の位置を常時検出することによって、目標投射方向に対応する位置に、投射光学素子の存在を確認して投光することが可能になり、投射角度精度を向上することができる。

本発明の投光装置にあっては、光源が発生する光束が光学素子に入射され、該光学素子で透過された光が、対象物体に向けて投射される。上記光学素子は、入射光の中心位置と光学素子の中心位置との位置ずれ量に応じて、入射光を屈折させて投射光として出射させる。この投射光は、上記入射光の進行方向に対して、屈折角度分ずれた方向に投射される。また、上記屈折角は、入射光の中心位置と光学素子の中心位置との位置ずれ量が大きくなるに従って増大する。そして、光学素子が上下、左右方向に移動されることにより、投射光の方向が水平方向、垂直方向共に、所望の方向に向けることができる。

上記光学素子の移動量は、投射光を向けたい方向の角度に比例して設定される。制御部は、上記移動量に応じて、光学駆動部に移動指示を出力し、光学素子を移動させる。移動位置検出素子では、第２の光源からの光線が光学素子と連動して移動するスリットに入射され、該スリットへの透過光のスポット中心位置が検出されることによって、光学素子の移動量が検出される。そして、制御部では、上記検出された位置と目標移動値との偏差に対し、偏差を補正する方向へ、光学素子を移動させるようにフィードバック制御が行われる。上記光学素子の目標位置と検出された位置との偏差が所定の範囲内となるように移動が完了すると、その光学素子は目標位置に保持するように制御され、制御部から光源制御装置へ、通知が行われる。

光源制御装置では、制御部からの通知を受けてビーム光を発光し、上記対象物体からの反射光を検出して、投射から受光までの時間差より対象物体までの距離の検出が行われる。距離検出の実施後、次の移動位置へ光学素子を移動させる。次いで、移動、停止、投光が繰り返されることによって、走査が行われる。

また、ビーム発光、受光時に、光学素子の位置を所定位置に保持する制御が行われるが、自動車走行中の振動等によって、光学素子位置が所定範囲を外れる場合には、ビーム制御装置に発光、受光停止が通知される。これによって、目標方向外へのビーム発光、受光動作による誤検出を防止することができる。

本発明によれば、目標となる投射方向へ正しく光線を発射することができるレーダ装置での投光装置を提供することができる。

本発明の投光装置によって、光ビーム走査時、振動などの外乱が印加される場合であっても、目標と外れた方向へ誤って、投射することなく、目標となる投射方向へ、正しく光線を投射することが可能になった。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の投光装置が適用されたレーザレーダの全体構成を示すブロック構成図である。

図１に於いて、このレーザレーダは、該レーザレーダ全体の動作を制御するレーザ制御部２１と、発光素子であるレーザダイオード３１の光出力をビームに成形し、光学素子であるレンズ３２、３３及び３７を用いてビームを任意の角度に投射するスキャナ部２４と、該スキャナ部２４の位置検出器の出力とレーザ制御部２１から指示される目標角度を比較してレンズの動き量を制御するスキャナ制御部２５と、対象物体６２からの反射光を検出する受光部２７と、レーザダイオード３１の発光動作を制御するレーザ発光装置２３とから構成されている。

上記レーザ制御装置２１は、レーザ発光装置２３への発光指示と、受光部２７に於ける対象物体６２からの反射光の検出と、スキャナ制御部２５へのビーム投射方向の目標角度指示、角度オフセット指示信号の出力、スキャナ部２４の移動完了信号の入力と、を行う。

スキャナ部２４は、レンズホルダ３０内に固定されたレーザダイオード３１及びリレーレンズ３２、３３と、第１の光源であるレーザダイオード３１より投射された光を走査するための投射レンズ３７を支持する支持部材３６と、上記レンズホルダ３０と支持部材３６とを接続する複数のワイヤバネ３５と、上記支持部材３６の両側面にあって該支持部材３６と共に投射レンズ３７を移動させるための従動部材３８ａ及び３８ｂと、該従動部材３８ａ及び３８ｂを直接移動させるアクチュエータ４０と、従動部材３８ａ及び３８ｂの位置を検出するための第２の光源である光源４１ａ、４１ｂ及び位置検出器４３ａ、４３ｂとを有して構成される。

スキャナ部２４では、リレーレンズ３２、３３が用いられて、レーザダイオード３１からの光出力を適当な広がり角を持ったレーザレーダに好適なビームに成形される。レーザダイオード３１は、レーザ制御部２１からのレーザ発光命令に従って、レーザ発光装置２３の駆動により発光される。そして、レーザダイオード３１からリレーレンズ３２、３３を介して投射されたビームは、更に支持部材３６に搭載された投射レンズ３７を通して、レーザレーダの外部へ投射される。

支持部材３６は、アクチュエータ４０によって従動部材３８ａ及び３８ｂと共に、水平方向（Ｘ方向）、垂直方向（Ｙ方向）の２次元方向へ移動される。これにより、支持部材３６に搭載された投射レンズ３７が２次元方向に移動されるので、投射レンズ３７で屈折したビームを２次元に走査することができる。

従動部材３８ａ及び３８ｂにはＸ方向及びＹ方向に、それぞれ延出された２つのスリット３９ａ及び３９ｂが形成されている。そして、これらスリット３９ａ及び３９ｂを挟んで、従動部材３８ａ及び３８ｂの両側には、それぞれ光源４１ａ及び４１ｂと、位置検出器４３ａ及び４３ｂが配置されている。位置検出器４３ａ、４３ｂは、図示されないが、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）や、分割フォトダイオード等の光電変換素子で構成される。

上記アクチュエータ４０による支持部材３６の動きは、Ｘ方向の動きを検出する位置検出器４３ａと、Ｙ方向の動きを検出する位置検出器４３ｂの、独立して設けられた２つの位置検出器によって検出され、スキャナ制御部２５へ送られる。本実施形態では、ＰＳＤ等の光学的な位置検出器を使用しているので、各位置検出器４３ａ及び４３ｂを照射する光源４１ａ及び４１ｂが配置されている。これらの光源４１ａ及び４１ｂは、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオードを使用するのが一般的である。

投射レンズ３７と、その支持部材３６は、図２に示されるように、光軸に垂直な平面内で上下方向（Ｙ方向）及び、左右方向（Ｘ方向）に移動が可能であり、アクチュエータ４０が、投射レンズ３７をそれぞれ中立位置から移動する方向に駆動すると、ワイヤバネ３５によって移動方向と反対方向へ復元力を作用させる。投射レンズ３７は、アクチュエータ４０の駆動力と、ワイヤバネ３５の復元力が平衡する位置で保持される。

投射レンズ３７は、レンズ中心に対する光線の入射位置のズレ量に比例した屈折角度を持って出射する特性を有している。アクチュエータ４０は、図示されないが、ボイルコイルモータ等の電磁アクチュエータで構成され、電磁コイルヘの供給電流によって発生する磁界と、永久磁石による磁界との吸引・反発作用により、水平、上下方向に駆動力を生じる。

投射レンズ３７の支持部材３６の両側面には、上述したように従動部材３８ａ、３８ｂが配設され、それぞれスリット形状の導光部材（スリット）３９ａ、３９ｂが形成されている。第２の光源４１ａ、４１ｂは、スリット３９ａ、３９ｂのそれぞれ正面となる位置に配置される。第２の光源４１ａ、４１ｂから発光する光線は、スリット３９ａ、３９ｂに入射し、透過した光線４２ａ、４２ｂが位置検出器４３ａ、４３ｂそれぞれに入射される。

投射レンズ３７が移動することによって、上記スリット３９ａ、３９ｂの透過光４２ａ、４２ｂの中心位置が変化し、位置検出器４３ａ、４３ｂへの入射スポット位置が変化する。位置検出器４３ａ、４３ｂは、上記入射スポット光を受光することによって、上記投射レンズ３７の移動量を電気信号に変換し、投射レンズ３７の位置に対応する検出位置信号をスキャナ制御部２５に出力する。

方向制御部であるスキャナ制御部２５は、レーザ制御部２１から目標角度指示値と角度オフセット指示を受け取って投射レンズ３７の移動位置に変換するレンズ位置指示演算部４５と、位置検出器４３ａ、４３ｂの検出信号から投射レンズ３７の移動量を算出する位置センサ演算部５１と、位置指示値と位置検出結果のずれを検出する位置偏差検出部４６と、位置ずれ量を比較判定する判定部４７と、アクチュエータ４０に駆動電力を供給するリニアモータドライバ５０と、位置偏差量からリニアモータドライバ５０へ駆動指示を与える制御演算部４８とで構成される。

上記判定部４７は、投射レンズ３７の位置偏差が所定内にあるか否かを判定するためのもので、その判定結果をレーザ制御部２１に出力する。

上記レーザ発光装置２３は、レーザ制御部２１の指示により、所定のパルス時間幅でレーザダイオード３１を点灯及び消灯させる。レーザダイオード３１から発光される光束Ｌ１は、リレーレンズ３２、３３を透過させて、平行光束Ｌ２を得る。平行光束Ｌ２は、投射レンズ３７に入射され、投射レンズ３７を透過する投射光６１が対象物体６２に向かって照射される。投射光６１は、上記平行光束Ｌ２の光軸中心と、投射レンズ３７入射位置の関係によって光線が図１に矢印Ａ方向に屈折された光束であり、投射レンズ３７を、左右方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）へ移動させることで、出射光の投射方向を水平方向（図２に示されるＡｘ方向）及び垂直方向（図２に示されるＡｙ方向）の２次元に走査する。

投射光６１は対象物体６２に照射され、ここで反射された反射光６３が、受光部２７内の受光レンズ５５に入射され、光検出素子である受光センサ５６にて、反射光強度の時間変化が検出される。そして、検出された受光検出信号が、レーザ制御部２１に出力される。

次に、投射レンズ３７の移動方向と投射光６１の方向との関係について、図２を参照して説明する。

投射レンズ３７を左右方向（図示矢印Ｂ方向）に平行移動すると、移動量に応じて水平方向（図２のＡｙ方向）の投射方向を変えることができる。同様に、投射レンズ３７を上下方向（図示矢印Ｃ方向）に平行移動すると、移動量に応じて垂直方向（図のＡｙ方向）の投射方向を変えることができる。

投射レンズ３７の左右、上下の移動量に対して、投射角度変化量は比例関係にある。目標となる投射方向から投射レンズ３７の目標移動量を算出し、投射レンズ３７をアクチュエータ４０によって駆動させ、上記目標位置と一致させるように移動制御することによって、投射方向を制御する。

水平、垂直方向の走査角度は、図２に示される照射範囲６５内を走査するように制御される。

次に、投射レンズ移動動作と光源発光の制御タイミングについて、図３及び図４のタイミングチャートを参照して説明する。

図３は本実施形態に於けるレーザレーダの投射レンズ移動制御動作と光源発光制御タイミングを説明するためのタイミングチャート、図４は、水平方向、垂直方向に於ける投射レンズの移動タイミングと、レーザパルス発光タイミングを示したタイミングチャートである。

図３（ａ）は、横軸を時間、縦軸を投射レンズ位置及びそれに対応する投射角度で表しており、スキャナ制御部２５の投射レンズ３７の位置制御動作時の位置制御指示曲線Ｅと制御位置応答曲線Ｆの時間変化を示している。図３（ａ）では、投射レンズ位置を目標レンズ位置１に移動、停止動作した後に、目標レンズ位置１から目標レンズ位置２へ移動、及び停止制御する際の制御目標位置と制御位置応答を示している。

図３（ｂ）のグラフは、スキャナ制御装置で送受信される移動トリガ信号、移動完了信号、投射の発光、受信信号のタイミングを示している。移動トリガ信号は、レーザ制御部２１よりスキャナ制御部２５に出力される論理信号であって、上記信号の論理が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへ切り替わる時を開始タイミングとし、投射レンズ３７の位置の指示を目標位置となる点まで変化させ、投射レンズ３７を目標位置へ移動させる。移動完了信号は、スキャナ制御部２５が投射レンズ３７の位置を検出し、目標位置との偏差が所定の範囲内にある場合に“Ｈ”レベル、範囲外にある場合を“Ｌ”レベルとして、レーザ制御部２１に上記論理信号を出力する。

上記移動完了信号が“Ｈ”レベルを出力する際、レーザ制御部２５は、投射レンズ位置が目標位置に到達したとして、移動トリガ信号論理を“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化させる。スキャナ制御部２５が上記移動完了信号に“Ｈ”レベルを通知するとき、レーザダイオード３１の投光が許可される。レーザ制御部２１は、上記投光の許可を受けて、図３にあるタイミングで、レーザ発光及び反射光の検出を行う。

上記レーザパルス発光と反射光の検出を行った後、レーザ制御部２１は、スキャナ制御部２５に対して、次の投射レンズ３７の目標位置を（図３の）レンズ位置２に指示し、移動トリガ信号の論理を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに出力する。上記信号を受けて、スキャナ制御部２５は、レンズ位置１からレンズ位置２へ移動開始させる。

図３では、レンズ位置２の位置に投射レンズ３７を保持制御中に、所定偏差範囲を超える位置変動が生じた場合の動作タイミングも示している。図３（ａ）のＰ１に示されるように、投射レンズ３７がレンズ位置２にあり、レーザパルス出力中に、外乱によって所定範囲を超える場合、スキャナ制御部２５がこれを検知して、図３（ｂ）のＰ２に示されるタイミングで、移動完了信号を“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに切り替えて出力し、レーザ制御部２１に、目標位置から外れたという異常を通知する。

レーザ制御部２１は、移動完了信号が“Ｌ”レベルになったことで、異常通知を受けて、図３（ｂ）のＰ３に示されるタイミングで、レーザ出力を停止する。

上記異常検出に於いて、投射レンズ３７の位置が、移動位置判定閾値を所定期間（Ｔｍａｓｋ）以上超える場合に、移動完了信号を“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに切り替えて出力する。このことで、位置検出器４３ａ、４３ｂから得られる、位置検出信号の雑音による誤検出を防止している。

スキャナ制御部２５は、投射レンズ３７の現在の目標位置とのずれを検出し、目標位置に一致するようにフィードバック制御を行い、再び投射レンズ３７の位置が移動位置判定閾値内に移動されると、移動完了信号出力を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに遷移させ、再びレーザダイオード３１の投光を許可する。

図４は、水平方向、垂直方向の角度走査タイミングと、レーザパルス発光タイミングを示している。

図４の上側のグラフは水平方向の投射レンズ位置、下側は垂直方向の投射レンズ位置の時間変化を示している。

水平方向の投射レンズ移動指示は、所定の開始位置から目標位置への移動と、目標位置への保持停止の制御を所定回数行い、それぞれ目標位置に保持制御中レーザパルス発光を行う。上記水平方向への移動及び保持動作を所定の終了位置まで行った後、上記開始位置に移動を行い、水平方向への走査を終了する。

垂直方向の投射レンズ位置の移動は、上記水平方向への１回の走査毎に投射レンズ３７の位置指示を変える。垂直方向の移動は、上記水平方向の走査終了位置から、走査開始位置に移動する際のタイミングで行う。水平方向と垂直方向の走査を合わせて行うことによって、レーザパルスの投射範囲は、図２の照射範囲６５に示されるとおりとなる。水平方向と垂直方向の走査タイミングは、各投射方向の必要検出精度に応じて変えてもよい。

次に、このように構成された本実施形態のレーザレーダが出射光軸を走査する処理動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。

図５に於いて、左側部分がレーザ制御部２１の動作フローであり、右側部分がスキャナ制御部２５の動作フローである。上記レーザ制御部２１とスキャナ制御部２５の処理は、並行して行われるものである。

最初に、ステップＳ１１にて、スキャナ制御部２５では、サブルーチン「投射レンズ位置の追従制御」が実行される。これは、後述する追値制御ルーチン（図６のフローチャートのステップＳ３１〜Ｓ３５）の処理を、一定インターバル毎に常時行うものである。

追値制御ルーチンは、図６のフローチャートに示されるように、先ずステップＳ３１にて、現在の投射レンズ位置が検出され、次いでステップＳ３２にて目標位置とのずれ量が算出される。そして、ステップＳ３３にて、投射レンズ位置が所定範囲内にあるか否かが判定される。ステップＳ３４では、上記ステップＳ３２の演算結果より、制御演算部４８によりアクチュエータ４０の操作量が算出される。次に、ステップＳ３５にて、上記ステップＳ３４の結果より、リニアモータドライバ５０に対して指示がなされ、アクチュエータ４０に駆動出力が行われる。これによって、位置指示値に対して、投射レンズ３７の位置が追従制御される。

このように、サブルーチン「追従制御」は、図５のフローチャートに於けるステップＳ１に於いて、インターバル割り込み開始により実行され、インターバル割り込み解除によって元のルーチンに戻る。

次に、ステップＳ１で目標投射方向となる移動角度指示が設定され、ステップＳ２でレーザ制御部２１からスキャナ制御部２５へ移動開始指令（Ｓｉｇ．１）が送信される。スキャナ制御部２５では、ステップＳ１２にてレーザ制御部２１からの指令が受信されると、続くステップＳ１３にて、レンズ位置指示演算部４５で移動角度指示から移動目標位置指示が算出され、設定される。

ステップＳ１４では、上記移動目標位置指示から、現在の投射レンズ３７の指示位置との移動量が算出され、移動量に応じて移動位置指示値の移動プロファイルが算出される。次いで、ステップＳ１５にて、スキャナ制御部２５では、上記移動プロファイル演算結果に沿って位置指示値が定時間周期毎に出力される。そして、ステップＳ１６に於いて上記位置指示値が移動目標位置と一致した時点で、ステップＳ１７に移行して位置指示値が移動目標位置に固定される。

上記ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の処理と並行して、一定インターバル毎に、上述した追従制御ルーチン（図６のフローチャートのステップＳ３１〜Ｓ３５）が常時行われているため、位置指示値に対して、投射レンズ３７の位置が追従移動される。

ステップＳ１７では、（図６のフローチャートの）ステップＳ３３で処理された結果より、投射レンズ３７が目標位置に移動され、続くステップＳ１８に於いて、位置センサ演算部５１で検出された位置と、移動目標位置とが比較される。そして、両者の偏差が、所定範囲内になった時点で、ステップＳ１９に移行して、レーザ制御部２１に移動完了信号（Ｓｉｇ．２）が通知される。

スキャナ制御部２５では、上記ステップＳ１９での移動完了通知後、ステップＳ２０に移行して、投射レンズ３７の位置が目標位置に保持制御される。この保持制御が実施されている間、一定インターバル毎に上述したステップＳ３３の処理結果が確認される。その結果、ステップＳ２１に於いて、レンズ位置ずれ量が所定範囲にある状態では、ステップＳ２２に移行して、スキャナ制御部２５からレーザ制御部２１へ、移動完了通知（Ｓｉｇ．４）が常時出力される。

また、上記ステップＳ３３の処理結果より、ステップＳ２１にて、レンズ位置ずれ量が所定範囲を超えたことが検出された場合は、ステップＳ２３に移行して、スキャナ制御部２５からレーザ制御部２１へ、レンズ位置はずれ指示（Ｓｉｇ．５）が通知される。

レーザ制御部２１では、ステップＳ６に於いてレンズ位置はずれ指示（Ｓｉｇ．５）の受信時に、ステップＳ７に移行してレーザ発光が停止される。その後、上記ステップＳ３に移行して、再度スキャナ制御部２５から移動完了通知（Ｓｉｇ．４）を受信するまで、待機する。一方、スキャナ制御部２５では、ステップＳ２４に於いて、レーザ制御部２１から次の移動指令を受信するまで、上述したステップＳ２０〜２４の処理動作が繰り返し行われる。そして、次の移動指令が受信されたならば、上記ステップＳ１２に移行して、以降の処理動作が繰り返される。

上記処理の間、レーザ制御部２１は、上記移動完了信号（Ｓｉｇ．２）の受信待ちの状態にある。ステップＳ３にて上記移動完了信号が受信された後、ステップＳ４にてレーザダイオード３１へ発光の実施がなされて投射光６１が照射される。投射光６１が対象物体６２に照射されると、その反射光６３が受光部２７の受光レンズ５５に入射される。ステップＳ５では、この受光レンズ５５に入射された光が、受光センサ５６によって光強度に応じた電気信号として検出される。

その後、ステップＳ６に於いて、スキャナ制御部２５からの後述する移動完了通知（Ｓｉｇ．３）またはレンズ位置はずれ通知（Ｓｉｇ．５）の受信状態が判定される。レンズ位置ずれ量が所定範囲にある状態では、スキャナ制御部２５から、レーザ制御部２１へ、移動完了通知（Ｓｉｇ４）が常時出力され、ステップＳ８に移行して上述したレーザダイオード３１の発光及び受光の処理動作が所定回数実施されたか否かが判定される。そして、所定回数になるまで、上記ステップＳ４〜Ｓ８の処理が繰り返し行われる。

また、上記ステップＳ８にて、上記処理動作が所定回数実施されたならば、ステップＳ９に移行して、上記ステップＳ５で検出された電気信号により、レーザ発光開始タイミングとから、反射光の受光タイミングの時間差が検出されて、時間差結果から、対象物体６２との距離が算出される。

レーザ制御部２１では、上述したステップＳ９までの処理動作が完了後、上記ステップＳ１に移行して、以降の処理動作が行われ、スキャナ制御部２５へ、次の投射角度位置に対する指示が行われる。水平及び垂直方向へ投射レンズ３７を移動させ、同様の操作が繰り返し実施されることで、ビーム角度が水平及び垂直方向に走査される。

上記処理のように、投射レンズ３７に対し、移動、停止が所定回数繰り返されて実施された後、ビーム走査角度初期位置に移動され、再度走査が実施される。

尚、上述した実施形態では、移動指示時での目標レンズ位置指示の時間変化、移動量、軌道は、毎回の走査で一定としているが、走査時の投射範囲に応じて、逐次、移動時の移動指示の時間変化、移動量、軌道を変えてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。

更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の投光装置が適用されたレーザレーダの全体構成を示すブロック構成図である。 投射レンズ３７の移動方向と投射光６１の方向との関係について説明する図である。 本発明の一実施形態に於けるレーザレーダの投射レンズ移動制御動作と光源発光制御タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 水平方向、垂直方向に於ける投射レンズの移動タイミングと、レーザパルス発光タイミングを示したタイミングチャートである。 本発明の一実施形態のレーザレーダが出射光軸を走査する処理動作について説明するためのフローチャートである。 図５のフローチャートに於けるステップＳ１１のサブルーチン「追従制御」の動作を説明するためのフローチャートである。 従来技術の光レーダ装置の構成を示したブロック図である。

符号の説明

２１…レーザ制御部、２３…レーザ発光装置、２４…スキャナ部、２５…スキャナ制御部、２７…受光部、３０…レンズホルダ、３１…レーザダイオード、３２、３３…リレーレンズ、３５…ワイヤバネ、３６…支持部材、３７…投射レンズ、３８ａ、３８ｂ…従動部材、３９ａ、３９ｂ…スリット、４０…アクチュエータ、４１ａ、４１ｂ…光源、４３ａ、４３ｂ…位置検出器（ＰＳＤ）、４５…レンズ位置指示演算部、４６…位置偏差検出部、４７…判定部、４８…制御演算部、５０…リニアモータドライバ、５１…位置センサ演算部、５３…メモリ、６１…投射光、６２…対象物体、６３…反射光。

Claims (9)

1. 第１の光源から放射された光線を物体に投射する投光装置であって、
   上記第１の光源が放射した光線の投射方向を設定する光学素子と、
   上記光学素子を移動させるアクチュエータと、
   上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、
   上記光線の投射方向を指定し、上記光学素子を上記アクチュエータにより追従駆動制御する方向制御手段と、
   を具備し、
   上記方向制御手段は、上記光線が所定の方向範囲を走査可能なように上記光学素子を移動させながら、複数の所定方向に対応する位置で上記光学素子を停止するように上記アクチュエータを制御することを特徴とする投光装置。
2. 上記方向制御手段は、上記光線が上下左右に移動可能なように上記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記載の投光装置。
3. 上記位置検出手段により、上記投射方向との偏差を検出し、所定の範囲内にある場合に、上記光源に発光動作可能を通知し、また、上記投射方向が所定の範囲から外れる場合には、上記光源へ発光停止を通知することを特徴とする請求項１に記載の投光装置。
4. 上記位置検出手段は、第２の光源と、受光位置検出素子と、上記光学素子と連動するスリットとを有し、上記光学素子位置の検出出力を得ることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。
5. 所定の光線を放射する第１の光源と、
   上記第１の光源から放射された光線の投射方向を設定するための移動可能な光学素子と、
   上記第１の光源から放射された光線の投射方向を変えて所定の範囲を走査するために、上記光学素子を、上記第１の光源の光軸方向に対して垂直な方向に２次元的に移動させるアクチュエータと、
   上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、
   上記光線の投射方向を指定し、上記光学素子を上記アクチュエータにより追従駆動制御するもので、上記光線が上記所定の範囲を走査可能なように上記光学素子を移動させながら、複数の所定方向に対応する位置で上記光線を停止するように上記アクチュエータを制御する方向制御手段と、
   を具備することを特徴とする投光装置。
6. 上記方向制御手段は、上記光線が上記第１の光源の光軸方向に対して垂直な面方向に移動可能なように上記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項５に記載の投光装置。
7. 上記方向制御手段は、上記位置検出手段により上記投光方向との偏差を検出して、上記投光方向が上記所定の範囲外の場合には上記第１の光源へ発光停止を通知することを特徴とする請求項５に記載の投光装置。
8. 上記方向制御手段は、上記位置検出手段により上記投光方向との偏差を検出して、上記投光方向が上記所定の範囲内にある場合には上記第１の光源に発光動作可能を通知することを特徴とする請求項５に記載の投光装置。
9. 上記位置検出手段は、上記第１の光源とは異なる第２の光源と、受光位置検出素子と、上記光学素子の移動と連動して移動するスリットと、上記第２の光源から放射された光を上記スリットを介して受光して上記光学素子の位置を検出する受光位置検出素子と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の投光装置。

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