JP2009098129A - Beam irradiation apparatus - Google Patents
Beam irradiation apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009098129A JP2009098129A JP2008231572A JP2008231572A JP2009098129A JP 2009098129 A JP2009098129 A JP 2009098129A JP 2008231572 A JP2008231572 A JP 2008231572A JP 2008231572 A JP2008231572 A JP 2008231572A JP 2009098129 A JP2009098129 A JP 2009098129A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- incident
- light
- servo
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 59
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置に関し、特に、目標領域にレーザ光を照射したときの反射光をもとに、目標領域内における障害物の有無や障害物までの距離を検出する、いわゆるレーザレーダに搭載されるビーム照射装置に用いて好適なものである。 The present invention relates to a beam irradiation apparatus that irradiates a target area with laser light, and in particular, based on reflected light when the target area is irradiated with laser light, the presence or absence of an obstacle in the target area and the distance to the obstacle. It is suitable for use in a beam irradiation device mounted on a so-called laser radar.
近年、走行時の安全性を高めるために、走行方向前方にレーザ光を照射し、その反射光の状態から、目標領域内における障害物の有無や障害物までの距離を検出するレーザレーダが、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。 In recent years, in order to improve safety during traveling, a laser radar that irradiates laser light forward in the traveling direction and detects the presence or absence of an obstacle in the target area and the distance to the obstacle from the state of the reflected light, It is installed in home passenger cars. In general, a laser radar scans a laser beam within a target area, detects the presence or absence of an obstacle at each scan position from the presence or absence of reflected light at each scan position, and further determines from the irradiation timing of the laser light at each scan position. Based on the time required to receive the reflected light, the distance to the obstacle at the scan position is detected.
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、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次元駆動するレンズ駆動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。
In order to increase the detection accuracy of the laser radar, it is necessary to appropriately scan the laser beam within the target area, and it is necessary to appropriately detect each scan position of the laser beam. Conventionally, as a laser beam scanning mechanism, a scanning mechanism using a polygon mirror and a lens driving type scanning mechanism for driving a scanning lens two-dimensionally (for example, see
また、これらスキャン機構とは異なる新たなスキャン機構として、出願人は、先に特願2006−121762号を出願し、ミラー回動タイプのスキャン機構を提案している。このスキャン機構では、ミラーが2軸駆動可能に支持され、コイルとマグネット間の電磁駆動力によって、ミラーが各駆動軸を軸として回動される。レーザ光は、ミラーに斜め方向から入射され、その反射光が目標領域に向けて照射される。ミラーが各駆動軸を軸として2次元駆動されることにより、レーザ光が、目標領域内において、2次元方向に走査される。 As a new scanning mechanism different from these scanning mechanisms, the applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 2006-121762 and has proposed a mirror rotation type scanning mechanism. In this scan mechanism, the mirror is supported so that it can be driven in two axes, and the mirror is rotated about each drive shaft by an electromagnetic drive force between the coil and the magnet. The laser light is incident on the mirror from an oblique direction, and the reflected light is irradiated toward the target area. The mirror is driven two-dimensionally around each drive axis, whereby the laser beam is scanned in a two-dimensional direction within the target area.
このスキャン機構では、目標領域におけるレーザ光のスキャン位置がミラーの回動位置に一対一に対応する。よって、レーザ光のスキャン位置はミラーの回動位置を検出することにより検出できる。ここで、ミラーの回動位置は、たとえば、ミラーに伴って回動する別部材の回動位置を検出することにより検出することができる。 In this scanning mechanism, the scanning position of the laser beam in the target area corresponds one-to-one with the rotational position of the mirror. Therefore, the scan position of the laser beam can be detected by detecting the rotational position of the mirror. Here, the rotation position of the mirror can be detected, for example, by detecting the rotation position of another member that rotates with the mirror.
図13は、ミラーの回動位置を検出するための構成例を示す図である。同図(a)は、別部材として平行平板状の透明体を用いる場合の構成例、同図(b)は、別部材としてミラーを用いる場合の構成例である。 FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example for detecting the rotational position of the mirror. FIG. 5A shows a configuration example when a parallel plate-shaped transparent body is used as another member, and FIG. 4B shows a configuration example when a mirror is used as another member.
同図(a)において、601は半導体レーザ、602は透明体、603は光検出器(PSD:Position Sensing Device)である。半導体レーザ601から出射されたレーザ光(サーボ光)は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透明体602によって屈折され、光検出器603に受光される。ここで、透明体602が矢印のように回動すると、サーボ光の光路が図中の点線のように変化し、光検出器603上におけるサーボ光の受光位置が変化する。よって、光検出器603にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透明体602の回動位置を検出することができる。
In FIG. 6A,
同図(b)において、611は半導体レーザ、612はミラー、613は光検出器(PSD)である。半導体レーザ611から出射されたレーザ光(サーボ光)は、レーザ光軸に対し傾いて配置されたミラー612によって反射され、光検出器613に受光される。ここで、ミラー612が矢印のように回動すると、サーボ光の光路が図中の点線のように変化し、光検出器613上におけるサーボ光の受光位置が変化する。よって、光検出器613にて検出されるサーボ光の受光位置によって、ミラー612の回動位置を検出することができる。
In FIG. 6B, 611 is a semiconductor laser, 612 is a mirror, and 613 is a photodetector (PSD). Laser light (servo light) emitted from the
ここで、ミラー612が、同図(b)にように角度αだけ回動すると、ミラー612によって反射された後のサーボ光の振り角は2αとなる。このため、これを受光する光検出器613の受光面は比較的大きなものとなる。これに対し、同図(a)のように透明体602を用いると、透明体602が回動しても、これを透過した後のサーボ光の振れ幅はあまり大きくならない。よって、同図(b)の場合に比べ、光検出器603の受光面をかなり小さくすることができ、光検出器に掛かるコストを抑制することができる。
一般に、レーザレーダでは、レーザ光が目標領域において水平にスキャンされる。また、水平方向の走査ラインは鉛直方向に複数段設定される。このため、目標領域中央から鉛直方向にずれた位置にある走査ラインでは、レーザ光を、水平方向から所定角度(目標の走査ラインに応じた角度)だけ鉛直方向に振った状態で、水平方向に走査させる必要がある。 Generally, in laser radar, laser light is scanned horizontally in a target area. Further, a plurality of horizontal scanning lines are set in the vertical direction. For this reason, in a scanning line at a position shifted in the vertical direction from the center of the target area, the laser beam is moved in the horizontal direction while being swung in the vertical direction by a predetermined angle (an angle corresponding to the target scanning line) from the horizontal direction. It needs to be scanned.
しかし、上記ミラー回動方式のスキャン機構では、一方の軸を固定軸としてミラーを鉛直方向に固定させた状態で、他方の軸を回動軸としてミラーを水平方向に回動させると、目標領域におけるレーザ光の走査軌跡は水平とはならず、水平から傾いた状態となる。このため、かかるスキャン機構では、各走査ラインに対するスキャン動作時に、スキャン軌跡が水平となるよう、ミラーを、2軸周りに同時に回動させる必要がある。 However, in the mirror rotation type scanning mechanism, when one of the axes is a fixed axis and the mirror is fixed in the vertical direction, the other axis is the rotation axis and the mirror is rotated in the horizontal direction. The scanning trajectory of the laser beam at is not horizontal but tilted from the horizontal. For this reason, in such a scanning mechanism, it is necessary to simultaneously rotate the mirror around two axes so that the scanning locus is horizontal during the scanning operation for each scanning line.
ここで、ミラーの回動位置を検出するための構成として図13(a)の構成を用いると、目標領域上における各走査ラインに対応して、光検出器603上に、サーボ光の走査軌跡が複数現れることとなる。ところが、この場合、半導体レーザ601の配置如何によっては、光検出器603上におけるサーボ光の各走査軌跡が互いに平行とはならず、たとえば図7に示すように互いに傾いた状態となる。このため、ミラー回動位置の検出を適正に行うためには、光検出器603からの検出信号に対して、走査軌跡毎に、その傾き角に応じた演算処理を施す必要があり、処理の複雑化を招くとの問題が生じる。
Here, if the configuration shown in FIG. 13A is used as a configuration for detecting the rotational position of the mirror, the scanning locus of the servo light on the
本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、ミラー回動位置の検出を、簡易な演算処理によっても適正に行い得るビーム照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a beam irradiation apparatus that can appropriately detect a mirror rotation position even by simple arithmetic processing.
上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。 In view of the above problems, the present invention has the following features.
請求項1の発明は、目標領域においてレーザ光を走査させるビーム照射装置において、前記レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射されるミラーと、前記ミラーを第1の軸と当該第1の軸に垂直な第2の軸を回動軸としてそれぞれ第1の方向および第2の方向に回動させるアクチュエータと、前記アクチュエータに配され前記ミラーの回動に伴って前記第1の方向および第2の方向に回動する光屈折素子と、前記光屈折素子にサーボ光を照射するサーボ光源と、前記光屈折素子によって屈折された前記サーボ光を受光してその受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを備え、前記ミラーに入射する際の前記レーザ光の光軸から前記ミラーの入射面を臨む角度方向と、前記光屈折素子に入射する際の前記サーボ光の光軸から前記光屈折素子の入射面を臨む角度方向とが互いに相反するように、前記レーザ光と前記サーボ光が前記ミラーと前記光屈折素子に入射されることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, in a beam irradiation apparatus that scans laser light in a target region, a laser light source that emits the laser light, a mirror that receives the laser light emitted from the laser light source, and the
請求項2の発明は、請求項1に記載のビーム照射装置において、前記光屈折素子は、前記サーボ光の入射面と出射面が互いに平行な透明体からなっていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the beam irradiation device according to the first aspect, the photorefractive element is made of a transparent body in which the incident surface and the emission surface of the servo light are parallel to each other.
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のビーム照射装置において、前記サーボ光は、前記ミラーが中立位置にあるときに、前記第1の軸に垂直で、且つ、前記光屈折素子の前記入射面に対して光軸が45度以下の傾きを有するようにして前記光屈折素子に入射することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the beam irradiation apparatus according to the first or second aspect, the servo light is perpendicular to the first axis and the photorefractive element when the mirror is in a neutral position. The optical axis is incident on the photorefractive element such that the optical axis has an inclination of 45 degrees or less with respect to the incident surface.
請求項4の発明は、請求項3に記載のビーム照射装置において、前記サーボ光は、前記目標領域において前記レーザ光を水平に走査したときの各走査ラインに対応する前記光検出器上における走査軌跡が最も平行に近づく角度にて、前記光屈折素子の入射面に入射することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the beam irradiation apparatus according to the third aspect, the servo light scans on the photodetector corresponding to each scanning line when the laser light is horizontally scanned in the target area. The trajectory is incident on the incident surface of the photorefractive element at an angle that approaches the most parallel.
請求項5の発明は、請求項ないし4の何れか一項に記載のビーム照射装置において、前記レーザ光は、前記ミラーが中立位置にあるときに、前記ミラーの前記入射面に対して光軸が45度以下の傾きを有するようにして前記ミラーに入射することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the beam irradiation apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the laser beam has an optical axis with respect to the incident surface of the mirror when the mirror is in a neutral position. Is incident on the mirror so as to have an inclination of 45 degrees or less.
請求項1の発明によれば、レーザ光の光軸からミラーの入射面を臨む角度方向と、サーボ光の光軸から光屈折素子の入射面を臨む角度方向とが一致している場合に比べ、光検出器上におけるサーボ光の各走査軌跡を互いに平行な状態に近づけることができる。よって、これら走査軌跡が互いに平行であると近似して処理を行った場合にも、ミラー回動位置の検出を適正に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, the angle direction facing the incident surface of the mirror from the optical axis of the laser light and the angle direction facing the incident surface of the photorefractive element from the optical axis of the servo light coincide with each other. The scanning trajectories of the servo light on the photodetector can be brought close to being parallel to each other. Therefore, even when processing is performed by approximating that these scanning trajectories are parallel to each other, the mirror rotation position can be properly detected.
請求項3の発明によれば、光検出器上におけるサーボ光の各走査軌跡を互いに略平行な状態とすることができる。このため、これら走査軌跡が互いに平行であると近似して処理を行っても、ミラーの回動位置を高精度に検出することができる。
According to invention of
請求項4の発明によれば、光検出器上におけるサーボ光の各走査軌跡を最も平行な状態とすることができる。このため、これら走査軌跡が互いに平行であると近似した場合のミラー回動位置の検出精度を最も高めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the scanning trajectories of the servo light on the photodetector can be in the most parallel state. For this reason, the detection accuracy of the mirror rotation position when these scanning trajectories are approximated to be parallel to each other can be maximized.
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、以下に示す実施の形態は、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記載されたものに何ら制限されるものではない。
The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.
図1に、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ100の構成を示す。なお、同図(a)はミラーアクチュエータ100の分解斜視図、同図(b)はアセンブル状態にあるミラーアクチュエータ100の斜視図である。
FIG. 1 shows a configuration of a
同図(a)において、110は、ミラーホルダである。ミラーホルダ110には、端部に抜け止めを有する支軸111、112が形成されている。また、ミラーホルダ110の前面には平板状のミラー113が装着されており、背面にはコイル114が装着されている。なお、コイル114は、方形状に巻回されている。
In FIG. 1A,
支軸112には、平行平板状の透明体200が装着される。ここで、透明体200は、2つの平面がミラー113の鏡面に平行となるようにして支軸112に装着される。
A parallel plate-shaped
120は、ミラーホルダ110を支軸111、112を軸として回動可能に支持する可動枠である。可動枠120には、ミラーホルダ110を収容するための開口121が形成されており、また、ミラーホルダ110の支軸111、112と係合する溝122、123が形成されている。さらに、可動枠120の側面には、端部に抜け止めを有する支軸124、125が形成され、背面には、コイル126が装着されている。コイル126は、方形状に巻回されている。
130は、可動枠120を支軸124、125を軸として回動可能に支持する固定枠である。固定枠130には、可動枠120を収容するための凹部131が形成され、また、可動枠120の支軸124、125と係合する溝132、133が形成されている。さらに、固定枠130の内面には、コイル114に磁界を印加するマグネット134と、コイル126に磁界を印加するマグネット135が装着されている。なお、溝132、133は、それぞれ固定枠130の前面から上下2つのマグネット135間の隙間内まで延びている。
A fixed
140は、ミラーホルダ110の支軸111、112が可動枠120の溝122、123から脱落しないよう、支軸111、112を前方から押さえる板バネである。また、141は、可動枠120の支軸124、125が固定枠130の溝132、133から脱落しないよう、支軸124、125を前方から押さえる板バネである。
ミラーアクチュエータ100をアセンブルする際には、ミラーホルダ110の支軸111、112を可動枠120の溝122、123に係合させ、さらに、支軸111、112の前面を押さえるようにして、板バネ140を可動枠120の前面に装着する。これにより、ミラーホルダ110が、可動枠120によって、回動可能に支持される。
When assembling the
このようにしてミラーホルダ110を可動枠120に装着した後、可動枠120の支軸124、125を固定枠130の溝132、133に係合させ、さらに、支軸132、133の前面を押さえるようにして、板バネ141を固定枠130の前面に装着する。これにより、可動枠120が、回動可能に固定枠130に装着され、ミラーアクチュエータ100のアセンブルが完了する。
After mounting the
ミラーホルダ110が可動枠120に対し支軸111、112を軸として回動すると、これに伴ってミラー113が回動する。また、可動枠120が固定枠130に対し支軸124、125を軸として回動すると、これに伴ってミラーホルダ110が回動し、ミラーホルダ110と一体的にミラー113が回動する。このように、ミラーホルダ110は、互いに直交する支軸111、112と支軸124、125によって、2次元方向に回動可能に支持され、ミラーホルダ110の回動に伴って、ミラー113が2次元方向に回動する。このとき、支軸112に装着された透明体200も、ミラー113の回動に伴って回動する。
When the
なお、同図(b)に示すアセンブル状態において、2つのマグネット134は、コイル114に電流を印加することにより、ミラーホルダ110に支軸111、112を軸とする回動力が生じるよう配置および極性が調整されている。したがって、コイル114に電流を印加すると、コイル114に生じる電磁駆動力によって、ミラーホルダ110が、支軸111、112を軸として回動し、これに伴って、透明体200が回動する。
In the assembled state shown in FIG. 6B, the two
また、同図(b)に示すアセンブル状態において、2つのマグネット135は、コイル126に電流を印加することにより、可動枠120に支軸124、125を軸とする回動力が生じるよう配置および極性が調整されている。したがって、コイル126に電流を印加すると、コイル126に生じる電磁駆動力によって、可動枠120が、支軸124、125を軸として回動し、これに伴って、透明体200が回動する。
Further, in the assembled state shown in FIG. 5B, the two
図2は、ミラーアクチュエータ100が装着された状態の光学系の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the optical system in a state where the
図2において、500は、光学系を支持するベースである。ベース500には、ミラーアクチュエータ100の設置位置に開口(図2には図示せず)が形成され、この開口に透明体200が挿入されるようにして、ミラーアクチュエータ100がベース500上に装着されている。
In FIG. 2,
ベース500の上面には、ミラー113にレーザ光を導くための光学系400が装着されている。この光学系400は、2つのミラー401、402と、ビーム整形用のレンズ403、404と、半導体レーザ(図2には図示せず)からなっている。
An
半導体レーザ(図示せず)から上向きに出射されたレーザ光は、ミラー401によって水平方向に反射された後、さらにミラー402によって、進行方向が水平方向に90度折り曲げられる。その後、レーザ光は、レンズ403、404によって、それぞれ、水平方向および鉛直方向の収束作用を受ける。なお、レンズ403、404は、目標領域(たとえば、ビーム照射装置のビーム出射口から前方150m程度の位置に設定される)におけるビーム形状が、所定の大きさ(たとえば、縦2m、横1m程度の大きさ)になるようレンズ面が設計されている。
Laser light emitted upward from a semiconductor laser (not shown) is reflected in the horizontal direction by the
レンズ403、404を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ100のミラー113に入射し、ミラー113によって目標領域に向かって反射される。ミラーアクチュエータ100によってミラー113が2次元駆動されることにより、レーザ光が目標領域内において2次元方向にスキャンされる。
The laser light transmitted through the
ミラーアクチュエータ100は、ミラー113が中立位置にあるときに、レンズ404からのレーザ光がミラー113のミラー面に対し水平方向において45度の入射角で入射するよう配置されている。なお、「中立位置」とは、ミラー面が鉛直方向に対し平行で、且つ、レーザ光がミラー面に対し水平方向において45度の入射角で入射するときのミラー113の位置をいう。
The
図3は、ベース500を裏面側から見たときの一部平面図である。図3には、ベース500の裏側のうちミラーアクチュエータ100が装着された位置近傍の部分が示されている。
FIG. 3 is a partial plan view of the base 500 when viewed from the back side. FIG. 3 shows a portion near the position where the
図示の如く、ベース500の裏側周縁には、壁501、502が形成されており、壁501、502よりも中央側は、壁501、502よりも一段低い平面503となっている。壁501には、半導体レーザ303を装着するための開口が形成されている。この開口に半導体レーザ303を挿入するようにして、半導体レーザ303が装着された基板301が壁501の外側面に装着されている。
As shown in the drawing,
他方、壁502には、切欠き502aが形成されており、この切欠き502aにPSD306が収まるようにして、PSD306が装着された基板302が壁502の外側面に装着されている。
On the other hand, a
ベース500裏側の平面503には、取り付け具305によって集光レンズ304が装着されている。さらに、この平面503には開口503aが形成されており、この開口503aを介して、ミラーアクチュエータ100に装着された透明体200がベース500の裏側に突出している。ここで、透明体200は、ミラーアクチュエータ100のミラー113が中立位置にあるときに、2つの平面が、鉛直方向に平行で、且つ、半導体レーザ300の出射光軸に対し45度傾くように位置づけられる。
A condensing
半導体レーザ303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304を透過した後、透明体200に入射され、同図(b)に示す如く、透明体200によって屈折作用を受ける。しかる後、透明体200を透過したサーボ光は、PSD306によって受光され、PSD306から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
Laser light emitted from the semiconductor laser 303 (hereinafter referred to as “servo light”) passes through the
図4は、目標領域におけるレーザ光の走査状態と、PSD306上におけるサーボ光の走査状態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a scanning state of the laser light in the target area and a scanning state of the servo light on the
本実施の形態では、図4(a)に示すように、レーザ光が目標領域において水平にスキャンされる。また、水平方向の走査ラインは鉛直方向に5段設定されている。このため、目標領域中央(走査ライン3)から鉛直方向にずれた位置にある4つの走査ラインでは、同図(b)に示すように、レーザ光を、水平方向から所定角度(目標の走査ラインに応じた角度)だけ鉛直方向(+α方向または−α方向)に振った状態で、水平方向に走査させる必要がある。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the laser beam is scanned horizontally in the target area. Further, the horizontal scanning lines are set in five stages in the vertical direction. For this reason, in the four scanning lines that are shifted in the vertical direction from the center of the target region (scanning line 3), as shown in FIG. It is necessary to scan in the horizontal direction while swinging in the vertical direction (+ α direction or −α direction) by an angle corresponding to the angle.
ところが、本実施の形態に係るミラーアクチュエータでは、一方の軸(支軸124、125)を固定軸としてミラー113を鉛直方向に固定させた状態で、他方の軸(支軸111、112)を回動軸としてミラー113を水平方向に回動させると、目標領域におけるレーザ光の走査軌跡は図4(a)のように水平とはならず、水平から傾いた状態となる。このため、このミラーアクチュエータでは、各走査ラインに対するスキャン動作時に、スキャン軌跡が水平となるよう、ミラー113を、支軸111、112を回動軸として水平方向に回動させると同時に、支軸124、125を回動軸として鉛直方向に回動させる必要がある。
However, in the mirror actuator according to the present embodiment, the other shaft (
このとき、本実施の形態では、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸が、ミラー113に入射する際のレーザ光の光軸に対して垂直となっているため、図4(c)に示す如く、PSD306上におけるサーボ光の各走査軌跡が互いに略平行な状態となる。なお、同図(c)に図示された5本の点線矢印は、同図(a)の各走査ラインに対応するサーボ光の走査軌跡を表している。このため、これら走査軌跡が互いに平行であると近似して処理を行った場合にも、ミラー回動位置の検出を適正に行うことができる。
At this time, in this embodiment, since the optical axis of the servo light when entering the
<検証1>
以下、この効果の検証結果(シミュレーション)について説明する。
<
Hereinafter, the verification result (simulation) of this effect will be described.
図5(a)は、実施例における光学系を示す図、図5(b)は、比較例における光学系を示す図である。図において、405は、目標領域に照射されるレーザ光を出射する半導体レーザである。その他の付番の構成部材は、上記実施の形態にて用いた付番の構成部材と同じである。
FIG. 5A is a diagram showing the optical system in the example, and FIG. 5B is a diagram showing the optical system in the comparative example. In the figure,
なお、ここでは、ミラー113の直下位置に透明体200が配置されている。ミラー113と透明体200は、実施例においても比較例においても、共に、中立位置においてレーザ光とサーボ光が入射面に45度の傾きをもって入射するよう配置されている。また、同図(a)の実施例では、上記実施の形態と同様、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸とミラー113に入射する際のレーザ光の光軸が互いに垂直となっている。これに対し、同図(b)の比較例では、Z軸方向からサーボ光が透明体200に入射され、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸とミラー113に入射する際のレーザ光の光軸が互いに平行となっている。
Here, the
その他のシミュレーション条件は、以下のとおりである。 Other simulation conditions are as follows.
a.サーボ光の波長:650nm
b.透明体の屈折率:1.5
c.透明体の厚み :3mm
a. Servo light wavelength: 650 nm
b. Refractive index of transparent body: 1.5
c. Transparent body thickness: 3 mm
この条件により、レーザ光を、図4(a)の各走査ラインにおいて、走査ラインの中点から±22.5度の範囲で水平方向に走査させたとして、PSD306上におけるサーボ光の走査軌跡をシミュレーションにより求めた。ここで、中央にある走査ライン3ではレーザ光の光軸が水平であるとし、走査ライン2と走査ライン4では、それぞれ、レーザ光の光軸が水平から図4(b)の+α方向と−α方向に2.5度ずつ傾いているとし、また、走査ライン1と走査ライン5では、それぞれ、レーザ光の光軸が水平から図4(b)の+α方向と−α方向に5度ずつ傾いているとした。
Under this condition, assuming that the laser beam is scanned in the horizontal direction within a range of ± 22.5 degrees from the midpoint of the scan line at each scan line in FIG. Obtained by simulation. Here, it is assumed that the optical axis of the laser beam is horizontal in the
図6は、実施例に対するシミュレーション結果を示す図、図7は、比較例に対するシミュレーション結果を示す図である。図中、“5”、“2.5”、“0”、“−2.5”、“−5”と示された線図は、それぞれ、レーザ光が目標領域において鉛直方向に“5度”、“2.5度”、“0度”、“−2.5度”、“−5度”だけ振られた状態で水平方向に走査されたときのPSD306上におけるサーボ光の走査軌跡を示している。すなわち、“5”、“2.5”、“0”、“−2.5”、“−5”と示された線図は、それぞれ、レーザ光が、図4(a)の走査ライン1、走査ライン2、走査ライン3、走査ライン4、走査ライン5を走査したときのPSD306上におけるサーボ光の走査軌跡を示している。
FIG. 6 is a diagram showing a simulation result for the example, and FIG. 7 is a diagram showing a simulation result for the comparative example. In the figure, the diagrams indicated as “5”, “2.5”, “0”, “−2.5”, “−5” indicate that the laser beam is “5 degrees in the vertical direction in the target area, respectively. ”,“ 2.5 degrees ”,“ 0 degrees ”,“ −2.5 degrees ”,“ −5 degrees ”with the scanning trajectory of the servo light on the
まず、図7を参照すると、比較例では、PSD306上におけるサーボ光の各走査軌跡が互いに平行とはならず、目標領域上の走査ラインが中央の走査ライン3から鉛直方向に離れるにしたがって、PSD306上におけるサーボ光の走査軌跡の傾きが大きくなることが分かる。
First, referring to FIG. 7, in the comparative example, the scanning trajectories of the servo light on the
これに対し、実施例では、図6に示す如く、PSD306上におけるサーボ光の各走査軌跡が互いに略平行となっており、目標領域上の走査ラインが中央の走査ライン3から鉛直方向に離れても、PSD306上におけるサーボ光の走査軌跡がさほど傾くことはないことが分かる。
In contrast, in the embodiment, as shown in FIG. 6, the scanning trajectories of the servo light on the
かかるシミュレーション結果から、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸を、ミラー113に入射する際のレーザ光の光軸に対して垂直とすることにより、PSD306上におけるサーボ光の各走査軌跡を互いに略平行とすることができることが確認された。
From this simulation result, each scanning locus of the servo light on the
よって、上記本実施の形態のように、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸を、ミラー113に入射する際のレーザ光の光軸に対して垂直となるよう光学系を構成すれば、PSD306上におけるサーボ光の各走査軌跡を互いに略平行な状態とすることができる。したがって、本実施の形態によれば、これら走査軌跡が互いに平行であると近似して処理を行っても、ミラーの回動位置を適正に検出することができる。よって、簡素な処理にて適正に、ミラーの回動位置ないし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。
Therefore, as in the present embodiment, the optical system is configured so that the optical axis of the servo light when entering the
なお、上記実施の形態では、ミラー113と透明体200を互いに平行となるように配置したが、図8に示すように、半導体レーザ303、集光レンズ304、透明体200およびPSD306からなるサーボ用の光学系を、これら光学部品の位置関係を保ちながら、ミラー113に対し傾くようにX−Z平面方向に回転させて配置しても、上記と同様の効果が得られる。同図(a)および(b)は、それぞれ、サーボ用の光学系を反時計方向および時計方向に回転させた場合の配置例である。
In the above embodiment, the
<検証2>
ところで、上記実施の形態では、透明体200が中立位置にあるときのサーボ光の光軸と透明体200の入射面の間の角度を45度としたが、この角度を変化させると、それに応じて、PSD306上におけるサーボ光の走査軌跡に変化が起こり得る。
<
In the above embodiment, the angle between the optical axis of the servo light and the incident surface of the
そこで、発明者らは、上記図5(a)と同様の条件にて、図9に示す如く、透明体200を初期位置(ミラー113と平行な位置)からX−Z平面の面内方向に回転させ、各回転位置において、PSD306上におけるサーボ光の走査軌跡がどのように変化するかをシミュレーションにより求めた。以下に、これについて説明する。
Therefore, the inventors set the
図10は、図9における角度θを変化させたときのPSD306上におけるサーボ光の走査軌跡を示す図である。ここで、角度θは、図9のおける時計方向をプラス、反時計方向をマイナスとされている。また、各角度における走査軌跡は、図4における角度αを+5度としたときのもの、すなわち、走査ライン1を走査したときのものである。その他のシミュレーション条件は、図5(a)の場合(検証1)と同じである。
FIG. 10 is a diagram illustrating a scanning locus of servo light on the
図10を参照すると、透明体200がミラー113に平行な状態(図中、θ=0度の線図)から透明体200を図9の時計方向に回転させると、PSD306上におけるサーボ光の傾きが徐々に大きくなり、逆に、透明体200を図9の時計方向に回転させると、PSD306上におけるサーボ光の傾きが初期位置の場合に比べ小さくなっていることが分かる。したがって、この検証結果から、各走査ラインに対応するサーボ光の走査軌跡をより平行に近付けるには、透明体200を、ミラー113に平行な状態から図9の反時計方向に回転させ、サーボ光と透明体200の間の角度を45度よりも小さくするのが有利であることが分かる。
Referring to FIG. 10, when the
図11は、PSD306上のサーボ光の軌跡におけるY方向の変位量を、図9に示す角度θを変化させて求めたものである。ここで、変位量(縦軸)は、
変位量=(Y方向位置の最大値−Y方向位置の最小値)/Y方向位置の最小値
により求めた(百分率にて算出)。横軸は、図9における角度θであり、上記と同様、時計方向をプラスとしている。また、各角度における変位量は、図10の場合と同様、図4における角度αを+5度としたときのもの、すなわち、走査ライン1を走査したときのものである。
FIG. 11 shows the amount of displacement in the Y direction in the locus of the servo light on the
Displacement amount = (maximum value in Y direction position−minimum value in Y direction position) / minimum value in Y direction position (calculated as a percentage). The horizontal axis is the angle θ in FIG. 9, and the clockwise direction is positive as described above. Similarly to the case of FIG. 10, the displacement amount at each angle is that when the angle α in FIG. 4 is +5 degrees, that is, when the
同図を参照すると、角度θを大きくするにつれて変位量が大きくなっており、したがって、PSD306上におけるサーボ光の走査軌跡の傾きが大きくなっていることが分かる。この点は、上記図10における検証と一致する。
Referring to the figure, it can be seen that the displacement amount increases as the angle θ increases, and therefore the inclination of the servo light scanning locus on the
これに対し、角度θを小さくすると、−15度を過ぎるあたりまでは変位量が徐々に低下するが、そこを超えると、逆に、変位量が徐々に増加し、角度θが−45となると、変位量は、初期状態(θ=0)と略同じになることが分かる。したがって、各走査ラインに対応するサーボ光の走査軌跡を最も平行に近づけるには、図9におけるθが−18度程度となるように透明体200を配置するのが好ましいと言える。
On the other hand, when the angle θ is reduced, the amount of displacement gradually decreases until it exceeds −15 degrees, but when the angle θ is exceeded, the amount of displacement gradually increases and the angle θ becomes −45. It can be seen that the amount of displacement is substantially the same as in the initial state (θ = 0). Therefore, it can be said that the
以上の検証を総括すると、以下の事項が導かれる。 Summarizing the above verification, the following matters can be derived.
(1) 図6と図7の検証結果(検証1)から、透明体200とミラー113が平行である場合には、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸とミラー113に入射する際のレーザ光の光軸が垂直となっているとサーボ光の走査軌跡を平行化できる。ただし、図8に示すように半導体レーザ303、集光レンズ304、透明体200およびPSD306からなるサーボ用の光学系を、これら光学部品の位置関係を保ちながら、ミラー113に対し傾くようにX−Z平面方向に回転させて配置しても同様の効果が得られる。
(1) From the verification results (Verification 1) in FIGS. 6 and 7, when the
結局のところ、この効果は、図12(a)および(c)に示すように、ミラー113に入射する際のレーザ光の光軸からミラー113の入射面を臨む角度方向A1と、透明体200に入射する際のサーボ光の光軸から透明体200の入射面を臨む角度方向A2とが互いに相反するように、レーザ光とサーボ光をそれぞれミラー113と透明体200に入射させることにより奏される。
After all, as shown in FIGS. 12A and 12C, the effect is that the angle direction A1 that faces the incident surface of the
すなわち、図12(b)および(d)のように、レーザ光の光軸からミラー113の入射面を臨む角度方向A1と、サーボ光の光軸から透明体200の入射面を臨む角度方向A2とが互いに同じ方向(ここでは、半時計方向)となるように、レーザ光とサーボ光をそれぞれミラー113と透明体200に入射させると、検証1における比較例と同様、図7に示すように、サーボ光の走査軌跡が互いに平行とはならない。
That is, as shown in FIGS. 12B and 12D, an angular direction A1 that faces the incident surface of the
よって、サーボ光の走査軌跡を平行化するには、図12(a)および(c)に示すように、角度方向A1(反時計方向)と角度方向A2(時計方向)とを互いに相反させるのが好ましい。 Therefore, in order to parallelize the scanning trajectory of the servo light, as shown in FIGS. 12A and 12C, the angular direction A1 (counterclockwise) and the angular direction A2 (clockwise) are made opposite to each other. Is preferred.
(2) 図10および図11の検証結果(検証2)から、サーボ光の走査軌跡をさらに平行化するには、ミラー113(透明体200)が中立位置にあるときに、透明体200の入射面に対して光軸が45度以下の傾きを有するようにして、サーボ光を透明体200に入射させるのが好ましい。
(2) From the verification results (Verification 2) of FIGS. 10 and 11, in order to further parallelize the scanning trajectory of the servo light, the incidence of the
(3) 図11の検証結果(検証2)から、サーボ光の走査軌跡を最も平行化するには、ミラー113(透明体200)が中立位置にあるときに、透明体200の入射面に対して光軸が20度前後の傾きを有するようにして、サーボ光を透明体200に入射させると良い。
(3) From the verification result of FIG. 11 (Verification 2), in order to make the scanning trace of the servo light most parallel, when the mirror 113 (transparent body 200) is in the neutral position, the incident surface of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態によって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の他に種々の変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and the embodiment of the present invention can be variously modified in addition to the above.
たとえば、上記実施の形態では、サーボ光用の光源として半導体レーザを用いたが、これに替えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることもできる。また、上記実施の形態では、サーボ光を受光する光検出器としてPSDを用いたが、光検出器として4分割センサ310を用いることもできる。 For example, in the above embodiment, a semiconductor laser is used as a light source for servo light, but instead of this, an LED (Light Emitting Diode) may be used. In the above-described embodiment, PSD is used as a photodetector that receives servo light. However, a quadrant sensor 310 may be used as a photodetector.
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。 In addition, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the technical idea shown in the claims.
100 ミラーアクチュエータ
110 ミラーホルダ
111 支軸
112 支軸
113 ミラー
120 可動枠
124 支軸
125 支軸
130 固定枠
200 透明体
303 半導体レーザ
306 PSD
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射されるミラーと、
前記ミラーを第1の軸と当該第1の軸に垂直な第2の軸を回動軸としてそれぞれ第1の方向および第2の方向に回動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに配され前記ミラーの回動に伴って前記第1の方向および第2の方向に回動する光屈折素子と、
前記光屈折素子にサーボ光を照射するサーボ光源と、
前記光屈折素子によって屈折された前記サーボ光を受光してその受光位置に応じた信号を出力する光検出器とを備え、
前記ミラーに入射する際の前記レーザ光の光軸から前記ミラーの入射面を臨む角度方向と、前記光屈折素子に入射する際の前記サーボ光の光軸から前記光屈折素子の入射面を臨む角度方向とが互いに相反するように、前記レーザ光と前記サーボ光が前記ミラーと前記光屈折素子に入射される、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In a beam irradiation apparatus that scans a laser beam in a target area,
A laser light source for emitting the laser light;
A mirror on which laser light emitted from the laser light source is incident;
An actuator for rotating the mirror in a first direction and a second direction about a first axis and a second axis perpendicular to the first axis as a rotation axis;
A photorefractive element disposed in the actuator and rotating in the first direction and the second direction as the mirror rotates;
A servo light source for irradiating the photorefractive element with servo light;
A photodetector that receives the servo light refracted by the photorefractive element and outputs a signal corresponding to the light receiving position;
The angle direction facing the incident surface of the mirror from the optical axis of the laser beam when entering the mirror, and the incident surface of the photorefractive element from the optical axis of the servo light when entering the photorefractive element The laser beam and the servo beam are incident on the mirror and the photorefractive element so that the angular directions are opposite to each other.
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記光屈折素子は、前記サーボ光の入射面と出射面が互いに平行な透明体からなっている、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In claim 1,
The photorefractive element is made of a transparent body in which the incident surface and the emission surface of the servo light are parallel to each other.
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記サーボ光は、前記ミラーが中立位置にあるときに、前記第1の軸に垂直で、且つ、前記光屈折素子の前記入射面に対して光軸が45度以下の傾きを有するようにして前記光屈折素子に入射する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In claim 1 or 2,
When the mirror is in a neutral position, the servo light is perpendicular to the first axis and has an optical axis having an inclination of 45 degrees or less with respect to the incident surface of the photorefractive element. Incident on the photorefractive element;
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記サーボ光は、前記目標領域において前記レーザ光を水平に走査したときの各走査ラインに対応する前記光検出器上における走査軌跡が最も平行に近づく角度にて、前記光屈折素子の入射面に入射する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In claim 3,
The servo light is incident on the incident surface of the photorefractive element at an angle at which the scanning locus on the photodetector corresponding to each scanning line when the laser light is scanned horizontally in the target area is closest to the parallel. Incident,
A beam irradiation apparatus characterized by that.
前記レーザ光は、前記ミラーが中立位置にあるときに、前記ミラーの前記入射面に対して光軸が45度の傾きを有するようにして前記ミラーに入射する、
ことを特徴とするビーム照射装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The laser light is incident on the mirror such that the optical axis has an inclination of 45 degrees with respect to the incident surface of the mirror when the mirror is in a neutral position.
A beam irradiation apparatus characterized by that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008231572A JP2009098129A (en) | 2007-09-25 | 2008-09-09 | Beam irradiation apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007247231 | 2007-09-25 | ||
| JP2008231572A JP2009098129A (en) | 2007-09-25 | 2008-09-09 | Beam irradiation apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009098129A true JP2009098129A (en) | 2009-05-07 |
Family
ID=40701261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008231572A Withdrawn JP2009098129A (en) | 2007-09-25 | 2008-09-09 | Beam irradiation apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009098129A (en) |
-
2008
- 2008-09-09 JP JP2008231572A patent/JP2009098129A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7773277B2 (en) | Beam irradiation apparatus | |
| JP2019128232A (en) | Lidar apparatus | |
| JP2009014639A (en) | Beam radiation unit and laser radar | |
| JP2009014698A (en) | Beam irradiation device and laser radar | |
| JP2008225285A (en) | Beam radiation apparatus | |
| US8102514B2 (en) | Beam irradiation apparatus | |
| US11878367B2 (en) | Optical device and article manufacturing method | |
| JP2010210708A (en) | Beam irradiation device and position detecting device | |
| JP2009210557A (en) | Beam irradiation device and laser radar system | |
| JP2011047833A (en) | Beam irradiation apparatus | |
| JP2020190495A (en) | Distance measurement device | |
| JP7035558B2 (en) | Rider device | |
| JP2011047832A (en) | Beam irradiation apparatus and laser radar | |
| JP2009085947A (en) | Beam irradiation device | |
| JP2009098129A (en) | Beam irradiation apparatus | |
| JP2016080899A (en) | Optical scanner | |
| JP2010032221A (en) | Beam irradiation apparatus | |
| US20040145979A1 (en) | Light pickup device and optical disk apparatus | |
| WO2021044505A1 (en) | Object transfer apparatus and processing system | |
| JP2007334990A (en) | Optical pickup device | |
| JP2025141277A (en) | Multiple reflection apparatus | |
| JP2007073133A5 (en) | ||
| US8289604B2 (en) | Optical path control device | |
| JP7379145B2 (en) | Light emitting devices and optical devices | |
| WO2022185367A1 (en) | Light source device and sensor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20110829 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20120926 |