JP2009098129A - ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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がミラー１１３と透明体２００に入射される。これにより、サーボ光の走査軌跡が平行化される。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。
【選択図】図１２

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平１１−８３９８８号公報

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。

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。

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。

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。

上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

その他のシミュレーション条件は、以下のとおりである。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上の検証を総括すると、以下の事項が導かれる。

（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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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 実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図 実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図 実施の形態に係るレーザ光とサーボ光の走査状態を説明する図 検証１に係る実施例と比較例の光学系を示す図 検証１に係る実施例の検証結果を示す図 検証１に係る比較例の検証結果を示す図 実施の形態に係るサーボ光学系の変更例を示す図 検証２に係る光学系と透明体の回転状態を説明する図 検証２に係る検証結果を示す図 検証２に係る検証結果を示す図 実施の形態に係るレーザ光とサーボ光の関係を示す図 光屈折素子およびミラーを用いた位置検出方法を説明する図

符号の説明

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

Claims (5)

1. 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、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
2. 請求項１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、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
3. 請求項１または２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、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
4. 請求項３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、
   ことを特徴とするビーム照射装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項において、
   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。

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