JP2008191099A - 投光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射光軸の走査振幅及び光軸調整を容易に行い、且つ高い調整精度を得ることのできる光レーダ用の投光装置を提供することである。
【解決手段】レーザダイオード３１が放射した光線の投射方向が投射レンズ３７で設定される。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。上記光線の投光方向はスキャナ制御部２５によって投射レンズ３７の位置に変換される。上記スキャナ制御部２５により得られた投射レンズ３７の目標位置と、位置検出器４３ａ、４３ｂで検出された投射レンズ３７の検出位置を基に、アクチュエータ４０の駆動がスキャナ制御部２５によって制御される。上記光線の特定の目標投射方向に対する投光装置の投射方向のずれは、スキャナ制御部２５内のメモリ５３に補正値として記憶され、この補正値でもって補正されて投射レンズ３７の位置に変換される。
【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於ける、出射光の方向制御装置及び光軸調整方法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、光レーダ用投光装置としては、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８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８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して、該投射レンズ位置を補正制御することができない。

図８の構成の場合、アクチュエータ１４の移動量感度特性に、温度変化、経時変化が生じる場合、駆動指示量に対するレンズ１３の移動量が変化するが、実際のレンズ移動量を検出して位置を補正制御しないため、ＣＰＵ４が指示する投射方向と、実際に投射される光の方向のずれを生じる。したがって、従来技術でのレーダ装置の投光装置では、投射光の光軸調整を行っても、アクチュエータ感度の温度変化、経時変化による調整ずれが発生しても、対応することができないものであった。

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、投射光軸の走査振幅及び光軸調整を容易に行い、且つ高い調整精度を得ることのできる光レーダ用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る光線を走査し、物体からの反射光を受光することで物体を検出する光レーダの投光装置に於いて、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、上記光学素子の位置を検出する位置検出器と、上記光線の投射方向を上記光学素子の位置に変換する変換手段と、上記光学素子を移動させるアクチュエータと、上記変換手段により得られた上記光学素子の目標位置と、上記位置検出器で検出された上記光学素子の検出位置を基に、上記アクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段と、上記光線の特定の目標投射方向に対する当該投光装置によって光線が投射される方向のずれを補正する調整値を記憶する調整値記憶手段と、を具備し、上記変換手段は、投射方向を上記補正値で補正して上記光学素子の位置に変換することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、投射レンズ位置をフィードバック制御して、位置調整によってオフセット指示をすることで、走査中心角度及び走査振幅を、容易に調整することができる。

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、上記光線の特定目標方向は、原点及び最大の振り幅に対応する角度であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、２次元投射方向へのオフセット調整値、及び振り幅調整値を記憶手段に保持することによって、走査の原点となる方向及び投射角度の振り幅を、常に一定に保持することができる。

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、上記位置検出手段は、第２の光源と、位置検出素子と、上記光学素子と連動して移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３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で、目標投射方向に対応する位置に投射光学素子を追従制御できることから、アクチュエータ感度特性の変化の影響を受けることなく、投射角度の調整精度を向上することができる。

請求項４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に基づいて上記光学素子を移動させるべく目標位置を算出する算出手段と、上記光線の特定の目標投射方向に対する、上記第１の光源より放射される光線の投射方向のずれを、上記算出手段により算出された上記光学素子の目標位置と、上記位置検出器で検出された上記光学素子の検出位置とに基づいて補正するべく上記アクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段と、を具備することを特徴とする。

請求項４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して、位置調整によってオフセット指示をすることで、走査中心角度及び走査振幅を、容易に調整することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明に於いて、上記光線の特定の目標投射方向に対する、上記第１の光源より放射される光線の投射方向のずれを調整値として記憶する調整値記憶手段を更に具備し、上記駆動制御手段は、上記算出手段により算出された上記光学素子の目標位置と、上記位置検出器で検出された上記光学素子の検出位置と、上記調整値記憶手段に記憶された調整値に基づいて、上記アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、２次元投射方向へのオフセット調整値、及び振り幅調整値を記憶手段に保持することによって、走査の原点となる方向及び投射角度の振り幅を、常に一定に保持することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明に於いて、上記光線の特定目標方向は、原点及び最大の振り幅に対応する角度であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、２次元投射方向へのオフセット調整値、及び振り幅調整値を記憶手段に保持することによって、走査の原点となる方向及び投射角度の振り幅を、常に一定に保持することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の発明に於いて、上記位置検出手段は、上記第１の光源とは異なる光線を放射する第２の光源と、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線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位置検出素子と、を備えることを特徴とする。

請求項７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で、目標投射方向に対応する位置に投射レンズを追従制御できることから、アクチュエータ感度特性の変化の影響を受けることなく、投射角度の調整精度を向上することができる。

本発明によれば、投射光軸の走査振幅及び光軸調整を容易に行い、且つ高い調整精度を得ることのできる光レーダ用の投光装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示すもので、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変換手段（算出手段）としての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駆動制御手段である制御演算部４８と、調整値記憶手段であるメモリ５３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。また、図３（ｃ）のグラフは、図３（ｂ）のグラフの一部を拡大して示したグラフである。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。

そして、図３（ｃ）に示されるタイミングで、レーザパルス発光が行われる。受光信号としては、上記レーザパルス発光のタイミングから反射光を検出するまでの検出時間Ｔｄ後に、パルス状の信号が検出される。上記レーザパルス発光と反射光の検出は、所定回数繰り返し行われる。上記発光及び検出が所定回数行われた後、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。

レーザ制御部２１からスキャナ制御部２５に角度オフセット指示が送信されると、目標投射角度指示に、角度オフセット指示値が加算された値を目標指示として、投射レンズ３７の位置が制御される。上記操作により、出射ビームの光軸が指示角度分オフセットされた状態で、投射レンズ３７の位置制御が行われる。

上記構成の投光装置では、位置検出器４３ａ、４３ｂの出力オフセット、位置ずれ、レーザ光源の光軸ずれ、そして、装置全体を自動車に取り付ける際の物理的な角度ずれによって、角度指示値と実際に投射される光軸とでずれが生じる場合がある。しかしながら、角度オフセット指示値に光軸ずれ量を設定すると、走査角度中心を変えることができるため、出射光軸ずれを補正することができる。また、上記角度オフセット指示値を、メモリ５３に保持することで、装置起動時に出射光軸を正しい方向へ制御することができる。

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投射光軸を走査する処理動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。

図４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により、出射光軸中心ずれの補正量に対応した、投射レンズ３７の原点位置補正値、振り幅補正値が、メモリ５３から読み出される。次いで、ステップＳ１２にて、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５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５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４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Ｓ１３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Ｓ１４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Ｓ１５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。そして、ステップＳ１６では、上記ステップＳ１１の処理結果が、レンズ位置指示演算部４５によって、オフセット位置指示量として出力される。次いで、ステップＳ１７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Ｓ１８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Ｓ１９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Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９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５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Ｓ１９では、（図５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Ｓ２０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Ｓ２１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。

上記処理の間、レーザ制御部２１は、ステップＳ３に於いて上記移動完了信号（Ｓｉｇ．２）を受信待ちの状態にある。そして、上記移動完了信号が受信された後、ステップＳ４に移行して、レーザダイオード３１の発光が実施されて投射光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。

一方、スキャナ制御部２５では、上記ステップＳ２１での移動完了通知後、ステップＳ２２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Ｓ２３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Ｓ２４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Ｓ２３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Ｓ２５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Ｓ２６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Ｓ２２〜２６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Ｓ１３に移行して、以降の処理動作が繰り返される。

その後、レーザ制御部２１では、ステップＳ６に於いて、スキャナ制御部２５からの移動完了通知（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（Ｓｉｇ．４）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。

次に、本実施形態に於ける投射ビーム光軸の調整方法について、図６及び図７を参照して説明する。

図６は、投光装置のビーム投射光軸と対象物体との距離検出との関係を示した図であり、図７は光軸調整及び走査幅調整の流れを説明するためのフローチャートである。

図６（ａ）に示されるように、投光装置２０の前方で、所定距離Ｌとなる位置に反射平面７０が設置される。先ず、ステップＳ４１に於いて、レーザ制御部２１により、角度オフセット指示が０度となるように、スキャナ制御部２５から指示される。次に、ステップＳ４２にて、レーザ制御部２１により、スキャナ制御部２５に対して、ビーム投射方向が走査角度中心、すなわち走査の原点方向となるように、角度指示が出される。すると、ステップＳ４３にて、スキャナ制御部２５により、ビーム角度指示に応じてレンズ位置目標が設定され、投射レンズ３７の検出位置と目標位置とが一致するように、フィードバック制御により、投射レンズ３７の位置が移動される。投射レンズ３７が目標位置へ移動完了後、レーザ制御部２１に完了信号が報告される。

こうして、レーザ制御部２１がスキャナ制御部２５から移動完了信号を受けると、ステップＳ４４にて、レーザダイオード３１からパルス状の光束（Ｌ１）が出力され、投射レンズ３７を通じて、反射平面７０へ投射光６１が投射される。対象物体６２により反射された反射光（光束）６３は受光部２７に入射される。

次いで、ステップＳ４５にて、受光部２７に入射された光束が、受光レンズ５５を通じて、受光センサ５６にて検出される。ステップＳ４６では、レーザダイオード３１が発光されてから反射光６３が検出されるまでの時間差ｔｄが測定されて、反射平面７０までの距離Ｌが検出される。

投射光軸が正しく調整されている時、レーザダイオード３１が発光されてから、受光部２７が反射光６３を検出するまでの時間差ｔｄは、物体間距離Ｌ、光束移動速度Ｖｐとすると、下記（１）式で算出される。
ｔｄ＝２Ｌ／Ｖｐ …（１）
したがって、上記時間差ｔｄを検出することにより、物体間距離Ｌが算出される。

投射光軸ずれの角度をδとすると、投射光６１と反射光６３を加算した光路長は２Ｌ／ｃｏｓδとなる。このときの時間差をｔｄ′とすると、上記ｔｄに対して（１／ｃｏｓδ）倍に延長され、結果として、物体距離を測定すると、理論値より（１／ｃｏｓδ）倍に検出される。このときの距離測定結果をＬ′とすると、下記（２）式の関係となる。
ｔａｎ² δ＝１＋（Ｌ′／Ｌ） …（２）
したがって、ステップＳ４７に於いて、検出距離の実測値（距離測定結果）Ｌ′と理論値Ｌとのずれから、投射光軸ずれ量δを算出する。

次に、投射光軸ずれ量δの方向を、検出するため、以下の処理が行われる。すなわち、ステップＳ４８にて、レーザ制御部２１からスキャナ制御部２５に、投射角度がθ１となるように走査角度指示がなされる。次いで、ステップＳ４９にて、上記投射角度指示に応じて、投射レンズ３７の位置が移動される。そして、ステップＳ５０にて、レーザダイオード３１が発光されて、図６（ｂ）に示されるように、反射平面７０に光束が投射される。ステップＳ５１では、受光部２７により、反射平面７０から反射された光が検出される。

ステップＳ５２に於いては、レーザダイオード３１が発光されてから受光部２７で検出されるまでの時間差が計測され、距離が検出される。ここで検出された距離がＬ１とされる。

ここで、物体間距離をＬ、光束移動速度をｖｐとすると、検出時間は下記（３）式で表される。
ｔｄ＝２Ｌ／（ｖｐ・ｃｏｓθ１） …（３）
検出距離Ｌ１は、検出時間よりＬ１＝Ｌ／ｃｏｓθ１と検出される。

また、検出距離Ｌ１と投射方向θ１の関係は、下記（４）式で表される。これにより、ステップＳ５３にて投射方向が算出される。
ｃｏｓθ１＝Ｌ／Ｌ１ …（４）
角度指示をθ１としたときに、実際に検出される角度をθ１′とする。

同様に、θ１とは光軸中心に対し絶対値は同じで、方向が逆方向となる角度指示θ２が与えられ、距離Ｌ２が検出されて、検出距離から実際の投射角度をθ２′が検出される。これらはステップＳ５４〜Ｓ５９の処理動作により行われるが、θ２、θ２′、Ｌ２がそれぞれθ１、θ１′、Ｌ１に代わる以外は上述したステップＳ４８〜Ｓ５３と同じであるので、それぞれ対応するステップ番号を参照するものとして、ここでは説明を省略する。

ステップＳ６０では、上述した処理によって算出された、実際の投射角度θ１′、θ２′の大きさが比較される。そして、ステップＳ６１にて、θ１′、θ２′の絶対値が大きい方の角度指示の方向が検出され、続くステップＳ６２にて、光軸中心ずれδの方向がオフセット調整値指示として計算され、その調整値（オフセット調整値）がメモリ５３に保持される。

次に、ステップＳ６３にて、上記θ１、θ２、θ１′、θ２′より、下記（５）式に従って、走査幅指示に対する実際の走査振幅の比が算出される。
走査振幅ずれの比率ｋ＝（θ１′−θ２′）／（θ１−θ２） …（５）
スキャナ制御部２５では、目標指示角度に対して１／ｋとなる係数が乗算されることにより、走査指示角度振り幅に対する、実際の投射角度振り幅を一致させるように調整が可能である。ステップＳ６４では、こうして算出された走査幅の比ｋが、走査ふり幅調整値としてメモリ５３に保持される。

そして、このメモリ５３に保持されたオフセット調整値と走査ふり幅調整値に基づいて、投射光６１の投光方向を補正することにより、レーザダイオード３１の投光方向を常に所望の方向に合わせることが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、投光装置を分解することなく装置を取り付けた状態で、出射光軸のふり幅と、光軸調整を容易かつ、アクチュエータ感度特性の温度変化、および経時変化による、調整ずれの影響のない、高い調整精度を得ることができる投光装置を提供することが可能になる。

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。

尚、本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。

すなわち、
（１） 光源と、
上記光源からの発光量を制御する手段と、
上下左右に移動可能な光学素子と、
上記光学素子を駆動させる手段と、
上記光学素子の位置を検出する位置検出手段と、
上記光学素子の移動量を設定する手段と、
上記位置検出手段の検出結果から、上記光学素子位置をフィードバック制御する手段と、
上記光学素子の位置を調整及び補正する手段と、
移動位置調整値の記憶手段と、
を備えたことを特徴とする投光装置。

（２） 移動角度設定手段からの角度オフセット指示値を設定することで、上記光学素子の移動量設定値に上記角度オフセット量に相当する移動量を加算した値を設定し、投射光軸の走査角度中心をオフセットさせ、投射角度の走査角度中心を調整することができ、移動角度ふり幅の指示と、実際の投射ビーム角度のずれによる、走査角度幅のずれに対して光学素子の移動量を補正することで、水平及び垂直方向の投射ビーム角度範囲を調整することができることと、上記それぞれの調整結果を保持することを特徴とする上記（１）に記載の投光装置。

（３） 投射光軸に対応した光学素子位置を検出する手段として、第１の光源から発する光線から、光学素子と連動した導光素子（スリット）を透過した光スポット位置を、位置検出素子によって検出することにより、常時光学素子の位置を検出できることを特徴とする上記（１）に記載の投光装置。

上記（１）の投光装置に於いて、投射光軸の方向は、上記光学素子の移動位置によって変化させ、上記移動量を、目標となる位置に移動させ、停止制御させることにより、任意の角度に投射角度を変化させる。上記光学素子位置の上下左右方向の移動量設定値を、定時間毎に変化させて指示し、目標位置指示に停止させたときに、光源からのビーム発射と、反射光の検出を行うことで、投射光を任意角度で、走査できるようにしたものである。

上記投光装置では、位置検出手段の出力オフセット、検出感度誤差によって、制御する光学素子の位置と、目標となる位置指示値にずれを生じ、その結果、投射角度指示と、実際に投射される光線の方向のずれを生じる場合があるが、投射角度指示と、実際の投射方向のずれを検出し、ずれ量から補正量を算出し、補正量を記憶手段に保持することができる。また、上記光学素子を位置制御する際、補正量を記憶手段から参照し、制御指示値に補正を与えることによって、投射角度指示と、実際の投射角度とのずれを、解消することができる。

上記投光装置にあっては、光源から発生する光束は、光学素子に入射し、透過した光を投射光として対象物体に向けて投射する。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の位置ずれ量に応じて入射光を屈折させ、反射光として投射する。投射光は、光学素子の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。上記屈折角は、入射光の中心位置と、光学素子の中心位置の位置ずれ量が大きくなるに従って、増大する。光学素子を上下方向、左右方向に移動することにより、投射光の進行方向を、水平方向、垂直方向共に、目標となる方向へ向けることができる。

移動位置検出部は、第１の光源からの光線を光学素子と連動する導光素子に入射させ、透過光のスポット中心位置を位置検出素子によって検出して、光学素子の移動量を求める。制御手段は、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を行う。制御手段は、目標位置とのずれが所定の範囲に入ると、上記光学素子位置を保持するように動作しつつ、光レーダ制御部へ移動完了の通知を行う。光レーダ制御部は、上記通知を受け、対象物体に向けてビーム光を発光し物体からの反射光を検出し、投射から受光までの時間差を計測することにより、物体までの距離を検出する。

次に、投射ビーム光軸の調整方法を説明する。

光軸ずれの原因には、角度によらず定量の偏差を発生するオフセット誤差と、角度指示値に略比例して増加（減少）する振幅依存誤差の２通りが存在する。

オフセット誤差の補正値を決める方法は次の通りである。投射ビームの制御手段に対して投射ビームの投光方向が光軸中心となるような指示を与えたときの、実際の投射ビームの投光方向と光軸中心とのずれ量を計測し、このずれが無くなるように光学素子のオフセットを調整する。このオフセット調整値をオフセット誤差補正値として記憶手段に記録しておく。

振幅依存誤差の補正値を決める方法は次の通りである。投射ビームの走査範囲の始めとなる角度を投射角度指示として制御手段に与えた時の、実際の投射ビームの投光角度を検出する。同様に、投射ビームの走査範囲の終わりとなる角度を投射角度指示として制御手段に与えた時の、実際の投射ビームの投光角度を検出する。これより、投射ビームの走査範囲の始めから終わりについて、制御手段に与えたビーム走査範囲の角度幅と、実際の投射ビームの投光角度幅を検出する。この角度幅が一致するように、光学素子の振り幅を調整する。この振り幅調整値を振幅依存誤差補正値として記憶手段に記録しておく。上記のオフセット誤差補正値と振幅依存誤差補正値を制御手段に与え、投射ビームの投光方向を補正することにより、投射ビームの投光方向を常に所望の方向に合わせることが可能となる。

本発明の一実施形態を示すもので、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。 本発明の一実施形態のレーザレーダが投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４のフローチャートに於けるステップＳ１２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。 投光装置のビーム投射光軸と対象物体との距離検出との関係を示した図である。 光軸調整及び走査幅調整の流れ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 (7)

1. 第１の光源から放射される光線を走査し、物体からの反射光を受光することで物体を検出する光レーダの投光装置に於いて、
   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、
   上記光学素子の位置を検出する位置検出器と、
   上記光線の投射方向を上記光学素子の位置に変換する変換手段と、
   上記光学素子を移動させるアクチュエータと、
   上記変換手段により得られた上記光学素子の目標位置と、上記位置検出器で検出された上記光学素子の検出位置を基に、上記アクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段と、
   上記光線の特定の目標投射方向に対する当該投光装置によって光線が投射される方向のずれを補正する調整値を記憶する調整値記憶手段と、
   を具備し、
   上記変換手段は、投射方向を上記補正値で補正して上記光学素子の位置に変換することを特徴とする投光装置。
2. 上記光線の特定目標方向は、原点及び最大の振り幅に対応する角度であることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。
3. 上記位置検出手段は、第２の光源と、位置検出素子と、上記光学素子と連動して移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。
4. 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に基づいて上記光学素子を移動させるべく目標位置を算出する算出手段と、
   上記光線の特定の目標投射方向に対する、上記第１の光源より放射される光線の投射方向のずれを、上記算出手段により算出された上記光学素子の目標位置と、上記位置検出器で検出された上記光学素子の検出位置とに基づいて補正するべく上記アクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段と、
   を具備することを特徴とする投光装置。
5. 上記光線の特定の目標投射方向に対する、上記第１の光源より放射される光線の放射方向のずれを調整値として記憶する調整値記憶手段を更に具備し、
   上記駆動制御手段は、上記算出手段により算出された上記光学素子の目標位置と、上記位置検出器で検出された上記光学素子の検出位置と、上記調整値記憶手段に記憶された調整値に基づいて、上記アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする請求項４に記載の投光装置。
6. 上記光線の特定の目標投射方向は、走査の原点及び最大の振り幅に対応する角度であることを特徴とする請求項４に記載の投光装置。
7. 上記位置検出手段は、上記第１の光源とは異なる光線を放射する第２の光源と、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線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位置検出素子と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の投光装置。

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