ビーム照射装置
【課題】消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ１００は、パルス発光間の期間において、レーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光する。自然放出光は、ビームスプリッタ４００によって分離され、ＰＳＤ６００に受光される。ＰＳＤ６００からの出力電流は、Ｉ／Ｖ変換回路６０にて電圧信号に変換される。ＰＳＤ信号処理回路７０は、この電圧信号をもとに、ＰＳＤ受光面上における分離光の受光位置に応じた位置電圧信号を出力する。ＡＤＣ８０は、自然放出光の発光期間にて位置電圧信号をサンプリングし、サンプル値をＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０は、このサンプル値に基づいて、各パルス発光タイミングにおけるレーザ光の照射位置を検出する。
【解決手段】半導体レーザ１００は、パルス発光間の期間において、レーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光する。自然放出光は、ビームスプリッタ４００によって分離され、ＰＳＤ６００に受光される。ＰＳＤ６００からの出力電流は、Ｉ／Ｖ変換回路６０にて電圧信号に変換される。ＰＳＤ信号処理回路７０は、この電圧信号をもとに、ＰＳＤ受光面上における分離光の受光位置に応じた位置電圧信号を出力する。ＡＤＣ８０は、自然放出光の発光期間にて位置電圧信号をサンプリングし、サンプル値をＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０は、このサンプル値に基づいて、各パルス発光タイミングにおけるレーザ光の照射位置を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム照射装置に関し、たとえば、車間検出器や距離検出器等に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を用いて前方車両との距離等を検出する検出器が家庭用乗用車等に搭載されている。この検出器には、前方空間にレーザ光を照射するためのビーム照射装置が配備されている。
【０００３】
ここで、レーザ光は、たとえば、ビーム走査用レンズをレーザ光軸に垂直な方向に変位させることにより、目標領域内において、水平方向および垂直方向にスキャンされる（特許文献１）。この他、ポリゴンミラーを用いてレーザ光をスキャンさせることもできる。
【０００４】
ところが、これらのスキャン機構では、使用環境や経年変化等のために、ビーム照射位置が所期の目標位置からずれるとの問題が起こり得る。かかる問題を解消するため、ビーム照射装置には、目標領域内におけるビームの照射位置をモニタするための構成が必要となる。
【０００５】
ビーム照射位置をモニタするための構成として、出願人は、先に、特許文献２に記載の発明を提案している。この発明では、目標領域に照射されるレーザ光の一部が分離され、分離されたレーザ光がＰＳＤ（Position Sensitive Detector）によって受光される。そして、ＰＳＤからの検出信号をもとに、目標領域上におけるレーザ光の照射位置がモニタされる。
【特許文献１】特開平１１−８３９８８号公報
【特許文献２】特願２００４−３４８９８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種のビーム照射装置では、スキャン軌道上の予め設定された位置（目標位置）において、レーザ光が目標領域に向けて照射される。つまり、目標位置に応じたタイミングにて、レーザ光がパルス状に発光される。
【０００７】
ところが、レーザ光のパルス発光期間は、通常、極めて微小（数１０nsec程度）に設定される。このため、パルス発光期間にタイミング合わせしつつ、上述の照射位置の検出処理を行うのは極めて困難である。したがって、通常は、パルス発光期間以外の期間を利用して照射位置の検出処理が行われる。
【０００８】
この場合、パルス発光期間以外の期間にもレーザ光を発光させ、そのときにＰＳＤにて検出される検出信号をもとに、照射位置の検出処理を行うよう構成することができる。しかし、こうすると、レーザ光が常時発光されることとなり、消費電力が大きくなってしまう。また、このようにレーザ光を常時発光させると、半導体レーザの寿命が短くなるとの問題も生じる。
【０００９】
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、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題に鑑み本発明は、それぞれ以下の特徴を有する。
【００１１】
請求項１の発明は、目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置において、レーザ光を出射する光源と、所定間隔にてパルス光を発光するとともに前記パルス光間の所定期間においてレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光するよう前記光源を駆動するレーザ駆動回路と、前記レーザ光の一部を分離する光学素子と、前記光学素子によって分離されたレーザ光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光素子と、前記自然放出光の発光期間に前記受光素子から出力される信号に基づいて前記目標領域におけるレーザ光の照射位置を検出する検出回路を有することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、パルス発光間に発光される自然放出光を用いてレーザ光の照射位置が検出されるため、レーザ光を常時発光させる場合に比べ、レーザ出力による消費電力を大幅に削減することができる。また、このようにパルス発光と自然放出光による発光を組み合わせることにより、常時発光する場合に比べ、光源の寿命を長期化させることができる。さらに、本発明によれば、パルス発光間の期間を利用してレーザ光の照射位置の検出が行われるため、パルス発光期間が極めて微小であっても、円滑に、照射位置の検出処理を行うことができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することができる。
【００１４】
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、前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、パルス発光間の全期間において自然放出光が発光されるため、自然放出光を用いた照射位置検出処理タイミングに、余裕を持たせることができる。よって、ビーム照射装置全体の処理制御を、流れよく行うことができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、パルス発光間の期間のうち一部の期間において自然放出光が発光されるため、パルス発光間の全期間において自然放出光が発光される場合に比べ、自然放出光の発光による消費電力をさらに削減することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか一項に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、一連の前記パルス発光のうち所定のパルス発光間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、全てのパルス発光間の期間において自然放出光を発光する場合に比べ、自然放出光の発光による消費電力をさらに削減することができる。また、全てのパルス発光間の期間において照射位置の検出処理を行う場合に比べ、当該検出処理の頻度が低下するため、検出回路の処理負担を軽減することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１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、前記レーザ駆動回路は、前記目標領域のうち、特定領域において前記パルス光と前記自然放出光を発光し、前記特定領域以外の非特定領域において前記自然放出光のみを発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、パルス発光の頻度を抑制できるため、レーザ出力による消費電力の削減と、光源の寿命の長期化をさらに進めることができる。
【００１８】
なお、特定領域とは、たとえば、目標領域のうち、障害物検出や距離測定の対象となっている領域を意味する。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、非特定領域におけるレーザ光の照射位置検出を、任意のタイミングにて行うことができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、非特定領域に対応する期間の全てにおいて自然放出光を発光する場合に比べ、自然放出光の発光による消費電力をさらに削減することができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項７に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間において前記自然放出光を所定間隔にて発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。
【００２２】
なお、上記発明における「光源」は、以下の実施形態において、半導体レーザ１００が対応する。また、上記発明における「レーザ駆動回路」は、以下の実施形態において、レーザ駆動回路３０およびＤＳＰ１０が対応する。また、上記発明における「光学素子」は、以下の実施形態において、ビームスプリッタ４００が対応する。また、上記発明における「受光素子」は、以下の実施形態において、ＰＳＤ６００が対応する。また、上記発明における「検出回路」は、以下の実施形態において、ＰＳＤ信号処理回路７０、ＡＤＣ８０およびＤＳＰ１０が対応する。
【００２３】
ただし、以下の実施形態は、本発明の技術的範囲を何ら制限するものではない。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように本発明によれば、本発明によれば、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することができる。
【００２５】
本発明の特徴ないし意義は、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、以下の実施形態は、あくまでも、例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに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】
【００２６】
図１に、実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す。
【００２７】
図示の如く、ビーム照射装置は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０と、レーザ駆動回路３０と、アクチュエータ駆動回路４０と、ビーム照射ヘッド５０と、Ｉ／Ｖ（電流／電圧）変換回路６０と、ＰＳＤ信号処理回路７０と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）８０を備えている。
【００２８】
ＤＳＰ１０は、レーザ駆動回路３０に制御信号を出力する。ここで、レーザ駆動回路３０に供給される制御信号は、半導体レーザ１００にパルス発光を行わせるための制御信号（パルス発光用制御信号）と、半導体レーザ１００にレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光させるための制御信号（微弱発光用制御信号）の２種類からなっている（以下、自然放出光の発光のことを「微弱発光」と称する）。
【００２９】
また、ＤＳＰ１０は、アクチュエータ駆動回路４０を駆動制御する信号をＤＡＣ２０に出力する。さらに、ＤＳＰ１０は、ＡＤＣ８０にサンプリング信号（後述）を供給するとともに、ＡＤＣ８０から入力された信号（位置電圧値）をもとに、目標領域におけるレーザ光の照射位置を検出する。なお、照射位置の検出処理については、追って、詳述する。
【００３０】
ＤＡＣ２０は、ＤＳＰ１０から入力された制御信号をアナログ信号に変換してアクチュエータ駆動回路４０に出力する。
【００３１】
レーザ駆動回路３０は、ＤＳＰ１０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内の半導体レーザ１００を駆動する。すなわち、パルス発光用制御信号の入力に応じて半導体レーザ１００にパルス発光を行わせ、微弱発光用制御信号の入力に応じて半導体レーザ１００に微弱発光を行わせる。
【００３２】
アクチュエータ駆動回路４０は、ＤＡＣ２０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内のレンズアクチュエータ３００を駆動する。
【００３３】
ビーム照射ヘッド５０は、前方空間に設定された目標領域にレーザ光をスキャンさせる。図示の如く、ビーム照射ヘッド５０は、半導体レーザ１００と、アパーチャ２００と、レンズアクチュエータ３００と、ビームスプリッタ４００と、集光レンズ５００と、ＰＳＤ６００を備えている。
【００３４】
半導体レーザ１００から出射されたレーザ光は、アパーチャ２００によって所望の形状に整形された後、レンズアクチュエータ３００に支持された照射レンズに入射される。ここで、照射レンズは、同図のＹ−Ｚ平面方向に変位可能となるよう、レンズアクチュエータ３００に支持されている。したがって、照射レンズを通過したレーザ光は、レンズアクチュエータ３００の駆動に応じて、Ｙ−Ｚ平面方向に出射角度が変化する。これにより、目標領域におけるレーザ光のスキャンが行われる。
【００３５】
照射レンズを通過したレーザ光は、ビームスプリッタ４００によってその一部が反射され、目標領域に照射されるレーザ光（以下、「照射レーザ光」という）から分離される。分離されたレーザ光（以下、「分離光」という）は、集光レンズ５００を通してＰＳＤ６００上に収束される。
【００３６】
なお、半導体レーザ１００からレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光が発光された場合にも、その分離光が、集光レンズ５００を通してＰＳＤ６００上に収束される。この場合、ＰＳＤ６００に収束される分離光の強度は、半導体レーザ１００がレーザ発振される場合に比べて小さい。しかし、この場合にも、ＰＳＤ６００からは、分離光の収束位置を検出できる程度の電流が出力される。
【００３７】
ＰＳＤ６００は、図１のＸ−Ｙ平面に平行な受光面を有しており、この受光面上における分離光の収束位置に応じた電流を出力する。ここで、受光面上における分離光の収束位置と目標領域上における前記照射レーザ光の照射位置は一対一に対応している。よって、ＰＳＤ６００から出力される電流は、目標領域上における前記照射レーザ光の照射位置に対応するものとなっている。なお、ＰＳＤ６００の構成および電流の出力動作については、図４、図５を参照しながら追って詳述する。
【００３８】
ＰＳＤ６００からの出力電流は、Ｉ／Ｖ変換回路６０によって電圧信号に変換されＰＳＤ信号処理回路７０に入力される。
【００３９】
ＰＳＤ信号処理回路７０は、Ｉ／Ｖ変換回路６０から入力された信号から分離光の収束位置を表す電圧信号（位置電圧）を生成し、これをＡＤＣ８０に出力する。ＡＤＣ８０は、ＰＳＤ信号処理回路７０から入力された電圧信号を、ＤＳＰ１０から供給されるサンプリング信号に応じてサンプリングし、サンプル値をデジタル信号に変換して、これをＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０は、ＡＤＣ８０から入力されたデジタル信号をもとに、受光面上における分離光の収束位置を検出する。
【００４０】
図２にレンズアクチュエータの構成例を示す。
【００４１】
照射レンズ３０１は、レンズホルダー３０２中央の開口に装着される。レンズホルダー３０２には、４つの側面にそれぞれコイルが装着されており、各コイル内にヨーク３０３中央の突出部が図示矢印のように挿入される。各ヨーク３０３は、両側の舌片が一対のヨーク固定部材３０５の凹部に嵌入される。さらに、それぞれのヨーク固定部材３０５に、ヨーク３０３の舌片を挟むようにして磁石３０４が固着される。この状態にて、ヨーク固定部材３０５が磁石３０４とともにベース（図示せず）に装着される。
【００４２】
さらに、ベースには一対のワイヤー固定部材３０６が装着されており、このワイヤー固定部材３０６にワイヤー３０７を介してレンズホルダー３０２が弾性支持される。レンズホルダー３０２には四隅にワイヤー３０７を嵌入するための孔が設けられている。この孔にそれぞれワイヤー３０７を嵌入した後、ワイヤー３０７の両端をワイヤー固定部材３０６に固着する。これにより、レンズホルダー３０２がワイヤー３０７を介してワイヤー固定部材３０６に弾性支持される。
【００４３】
駆動時には、レンズホルダー３０２に装着されている各コイルに、上記アクチュエータ駆動回路４０から駆動信号が供給される。これにより、電磁駆動力が発生し、照射レンズ３０１がレンズホルダー３０２とともに２次元駆動される。
【００４４】
図３は、レンズアクチュエータ３００を駆動して照射レンズ３０１を一方向に変位させたときの、照射レーザ光の出射角度とＰＳＤ受光面上における分離光（同図ではモニター光）の収束位置の関係（シミュレーション）を示すものである。同図に示す如く、分離光の変位量は照射レーザ光の出射角度に比例して増加する。なお、同図の特性にうねりが生じているのは、照射レンズを２次元駆動することによって、ＰＳＤ受光面上の分離光に収差が生じるためである。
【００４５】
図４に、ＰＳＤ６００の構造を示す。なお、同図は、図１において、ＰＳＤ６００をＹ軸方向から見たときの構造を示すものである。
【００４６】
図示の如く、ＰＳＤ６００は、Ｎ型高抵抗シリコン基板の表面に、受光面と抵抗層を兼ねたＰ型抵抗層を形成した構造となっている。抵抗層表面には、図１のＸ方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、図１のＹ方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図では図示省略）が形成されている。また、裏面側には共通電極が形成されている。
【００４７】
受光面に分離光が収束されると、収束位置に光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、各電極までの距離に逆比例して分割されて、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される。ここで、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流は、分離光の収束位置から各電極までの距離に逆比例して分割された大きさを有している。よって、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流値をもとに、受光面上における収束位置を検出することができる。
【００４８】
図５（ａ）は、ＰＳＤ６００の有効受光面を示す図である。また、図５（ｂ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流をもとにＰＳＤ信号処理回路７０にて生成される位置検出電圧と、有効受光面上における分離光の収束位置の関係を示す図である。なお、図５（ａ）では有効受光面を正方形としている。また、図５（ｂ）では、有効受光面のセンター位置を基準位置（０位置）として、基準位置に対する収束位置のＸ方向およびＹ方向の変位量と出力電圧の関係を示している。
【００４９】
上記Ｉ／Ｖ変換回路６０は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流を、それぞれ電圧ＶX1、ＶX2、ＶY1、ＶY2に変換する。ＰＳＤ信号処理回路７０は、電圧ＶX1とＶX2の比率から、Ｘ方向における分離光の収束位置に応じた位置検出電圧Ｘoutを生成するとともに、電圧ＶY1とＶY2の比率から、Ｙ方向における分離光の収束位置に応じた位置検出電圧Ｙoutを生成する。そして、生成した位置検出電圧Ｘout、Ｙoutを、ＡＤＣ８０に出力する。
【００５０】
ＡＤＣ８０は、位置検出電圧Ｘout、Ｙoutを、ＤＳＰ１０からのサンプリング信号をもとにサンプリングする。そして、サンプル値をデジタル信号に変換し、これをＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０は、入力された電圧ＸoutとＹoutから収束位置のＸ方向変位量とＹ方向変位量を検出する。
【００５１】
図６は、半導体レーザ１００の発光タイミングとＡＤＣ８０におけるサンプリングタイミングの関係を示すものである。
【００５２】
なお、同図（ａ）には、障害物検出や距離検出等に用いるパルス光（測定用パルス）の間の全期間において、微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。また、同図（ｂ）には、パルス光（測定用パルス）間の一部の期間において、微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。同図（ｃ）には、ＡＤＣ８０に入力されるサンプリング信号が示されている。
【００５３】
同図（ｃ）に示す如く、ＡＤＣ８０におけるサンプリングタイミングは、一つのパルス発光から次のパルス発光までの期間の略中間に設定されている。このタイミングにおいて、ＰＳＤ信号処理回路７０からの位置電圧信号Ｘout、Ｙoutは、同図（ａ）（ｂ）何れの場合においても、微弱発光に応じたものとなっている。ＤＳＰ１０は、この位置電圧信号Ｘout、Ｙoutをもとに、分離光の収束位置の検出処理を行う。なお、位置電圧信号のサンプリングタイミングは、微弱発光に応じた位置電圧信号が安定している期間内において適宜設定され得る。
【００５４】
なお、本実施の形態では、分離光の収束位置をもとに照射レーザ光の照射位置が検出される。そして、この検出結果に基づいて、照射レーザ光の照射位置にサーボを掛けるよう、ＤＳＰ１０からアクチュエータ駆動回路４０に制御信号が出力される。具体的には、ＤＳＰ１０は、ＰＳＤ受光面上における分離光の収束位置を随時モニタし、照射レーザ光の照射位置が所期のスキャン軌道に沿うよう、アクチュエータ３００にサーボ信号を出力する。
【００５５】
図７は、有効受光面上における分離光のスポット軌道の一例を示すものである。この場合、ＤＳＰ１０は、分離光の収束位置を目標軌道に引き込むよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。
【００５６】
今、所定のパルス発光タイミングにおける分離光の収束位置がＰ(x,y)にあり、このとき、目標軌道上にあるべき収束位置がＰ’(x',y')であるとする。ここで、目標軌道上の収束位置Ｐ’(x',y')は、ＤＳＰ１０内に設定された軌道テーブルから取得される。具体的には、照射レーザ光のスキャン位置に対応する収束位置が軌道テーブルから取得される。
【００５７】
このとき、ＤＳＰ１０は、Ｐ(x,y)とＰ’(x',y')をもとに、Ｅx＝ｘ−ｘ’とＥy＝ｙ−ｙ’を演算し、演算結果をもとに、Ｅx＝０、Ｅy＝０になるよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。これにより、照射レーザ光のスキャン位置は、当該タイミングにおいてスキャン軌道上にあるべきスキャン位置の方向に引き戻される。これに応じて、分離光の収束位置も、当該タイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(x',y')の方向に引き込まれる。かかるサーボ動作によって、照射レーザ光は所期のスキャン軌道に追従するようスキャンされる。
【００５８】
なお、図６に示す例では、全てのパルス発光間において微弱発光が行われ、レーザ光の照射位置の検出が行われる。このように全てのパルス発光間においてレーザ光の照射位置検出を行うようにするとたとえば、図７に示すスキャンサーボをより安定に行うことができる。
【００５９】
図８は、微弱発光タイミングとサンプリングタイミングの変更例である。
【００６０】
この例では、一連のパルス発光間期間のうち一つ飛ばし毎に微弱発光が行われ、レーザ光の照射位置検出が行われる。この場合には、上記図６の例に比べ、照射レーザ光の位置検出頻度が低下する。このため、たとえば、図７に示すサーボ動作がやや不安定となる。しかし、その反面、位置検出処理の実行間隔が長くなるため、ＤＳＰ１０の処理負担が軽減される。なお、この例では、一連のパルス発光間期間のうち一つ飛ばし毎に微弱発光を行うようにしたが、パルス発光間の期間を２つ以上飛ばしながら微弱発光を行うようにすることもできる。あるいは、一連のパルス発光間期間のうち、レーザ光の照射位置検出を微細に行うべき期間では微弱発光を密に行う等、微弱発光を行うべきパルス発光間期間を適宜設定するようにしても良い。
【００６１】
図９は、目標領域をスキャンする期間のうち、障害物検出や距離測定が行われる期間（測定期間）と、これらが行われない期間（非測定期間）における微弱発光タイミングとサンプリングタイミングの一例を示すものである。
【００６２】
なお、同図（ａ）には、非測定期間の全期間において、微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。また、同図（ｂ）には、非測定期間において、所定の間隔にて微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。同図（ｃ）には、ＡＤＣ８０に入力されるサンプリング信号が示されている。
【００６３】
この場合、非測定期間における微弱発光の間隔は、当該期間におけるレーザ光照射位置に検出頻度に応じて設定される。このように、非測定期間にもレーザ光の照射位置検出を行うことにより、たとえば、図７に示すサーボ動作を安定化させることができ、照射位置が非測定位置から測定期間へと移行する際の動作を円滑化させることができる。
【００６４】
なお、図９に示す例では、測定期間における微弱発光を、全てのパルス発光間期間にて行うようにしているが、図８を参照して説明した如く、一つあるいはそれ以上パルス発光間期間を飛ばしながら微弱発光を行うようにしても良い。
【００６５】
以上、本実施の形態によれば、レーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光させることによって、照射レーザ光の照射位置が検出されるため、レーザ光を常時発光させる場合に比べ、レーザ出力による消費電力を大幅に削減することができ、また、半導体レーザ１００の寿命を長期化させることができる。また、分離光ないし照射レーザ光の位置検出処理は、パルス発光タイミングではなく、パルス発光間の期間を利用して行われるため、レーザ光の照射位置検出処理タイミングに余裕を持たせることができ、もって、当該検出処理を円滑に行うことができる。このように、本実施の形態によれば、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することができる。
【００６６】
なお、本発明の適用形態は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
【００６７】
たとえば、上記実施の形態では、レンズアクチュエータを用いてレーザ光をスキャンさせるようにしたが、この他、ポリゴンミラーを用いたアクチュエータによりレーザ光をスキャンするようにしても良い。
【００６８】
また、パルス光と微弱発光は、必ずしも一定周期で行われる必要はなく、目標領域上におけるレーザ光のスキャン速度等に応じて適宜変化させるようにしても良い。
【００６９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す図
【図２】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３】実施の形態に係る照射レーザ光の出射角度と分離光の収束位置の関係を示す図
【図４】実施の形態に係るＰＳＤ構造を示す図
【図５】実施の形態に係るＰＳＤの構造と位置検出電圧の変動を説明する図
【図６】実施の形態に係る発光タイミングとサンプリングタイミングを示す図
【図７】実施の形態に係る軌道サーボの掛け方を説明する図
【図８】実施の形態に係る発光タイミングとサンプリングタイミングの変更例
【図９】実施の形態に係る発光タイミングとサンプリングタイミングの変更例
【符号の説明】
【００７１】
１０ ＤＳＰ
３０ レーザ駆動回路
５０ ビーム照射ヘッド
７０ ＰＳＤ信号処理回路
８０ ＡＤＣ
１００ 半導体レーザ
４００ ビームスプリッタ
５００ 集光レンズ
６００ ＰＳＤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム照射装置に関し、たとえば、車間検出器や距離検出器等に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を用いて前方車両との距離等を検出する検出器が家庭用乗用車等に搭載されている。この検出器には、前方空間にレーザ光を照射するためのビーム照射装置が配備されている。
【０００３】
ここで、レーザ光は、たとえば、ビーム走査用レンズをレーザ光軸に垂直な方向に変位させることにより、目標領域内において、水平方向および垂直方向にスキャンされる（特許文献１）。この他、ポリゴンミラーを用いてレーザ光をスキャンさせることもできる。
【０００４】
ところが、これらのスキャン機構では、使用環境や経年変化等のために、ビーム照射位置が所期の目標位置からずれるとの問題が起こり得る。かかる問題を解消するため、ビーム照射装置には、目標領域内におけるビームの照射位置をモニタするための構成が必要となる。
【０００５】
ビーム照射位置をモニタするための構成として、出願人は、先に、特許文献２に記載の発明を提案している。この発明では、目標領域に照射されるレーザ光の一部が分離され、分離されたレーザ光がＰＳＤ（Position Sensitive Detector）によって受光される。そして、ＰＳＤからの検出信号をもとに、目標領域上におけるレーザ光の照射位置がモニタされる。
【特許文献１】特開平１１−８３９８８号公報
【特許文献２】特願２００４−３４８９８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種のビーム照射装置では、スキャン軌道上の予め設定された位置（目標位置）において、レーザ光が目標領域に向けて照射される。つまり、目標位置に応じたタイミングにて、レーザ光がパルス状に発光される。
【０００７】
ところが、レーザ光のパルス発光期間は、通常、極めて微小（数１０nsec程度）に設定される。このため、パルス発光期間にタイミング合わせしつつ、上述の照射位置の検出処理を行うのは極めて困難である。したがって、通常は、パルス発光期間以外の期間を利用して照射位置の検出処理が行われる。
【０００８】
この場合、パルス発光期間以外の期間にもレーザ光を発光させ、そのときにＰＳＤにて検出される検出信号をもとに、照射位置の検出処理を行うよう構成することができる。しかし、こうすると、レーザ光が常時発光されることとなり、消費電力が大きくなってしまう。また、このようにレーザ光を常時発光させると、半導体レーザの寿命が短くなるとの問題も生じる。
【０００９】
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、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題に鑑み本発明は、それぞれ以下の特徴を有する。
【００１１】
請求項１の発明は、目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置において、レーザ光を出射する光源と、所定間隔にてパルス光を発光するとともに前記パルス光間の所定期間においてレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光するよう前記光源を駆動するレーザ駆動回路と、前記レーザ光の一部を分離する光学素子と、前記光学素子によって分離されたレーザ光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光素子と、前記自然放出光の発光期間に前記受光素子から出力される信号に基づいて前記目標領域におけるレーザ光の照射位置を検出する検出回路を有することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、パルス発光間に発光される自然放出光を用いてレーザ光の照射位置が検出されるため、レーザ光を常時発光させる場合に比べ、レーザ出力による消費電力を大幅に削減することができる。また、このようにパルス発光と自然放出光による発光を組み合わせることにより、常時発光する場合に比べ、光源の寿命を長期化させることができる。さらに、本発明によれば、パルス発光間の期間を利用してレーザ光の照射位置の検出が行われるため、パルス発光期間が極めて微小であっても、円滑に、照射位置の検出処理を行うことができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することができる。
【００１４】
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、前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、パルス発光間の全期間において自然放出光が発光されるため、自然放出光を用いた照射位置検出処理タイミングに、余裕を持たせることができる。よって、ビーム照射装置全体の処理制御を、流れよく行うことができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、パルス発光間の期間のうち一部の期間において自然放出光が発光されるため、パルス発光間の全期間において自然放出光が発光される場合に比べ、自然放出光の発光による消費電力をさらに削減することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか一項に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、一連の前記パルス発光のうち所定のパルス発光間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、全てのパルス発光間の期間において自然放出光を発光する場合に比べ、自然放出光の発光による消費電力をさらに削減することができる。また、全てのパルス発光間の期間において照射位置の検出処理を行う場合に比べ、当該検出処理の頻度が低下するため、検出回路の処理負担を軽減することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１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、前記レーザ駆動回路は、前記目標領域のうち、特定領域において前記パルス光と前記自然放出光を発光し、前記特定領域以外の非特定領域において前記自然放出光のみを発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、パルス発光の頻度を抑制できるため、レーザ出力による消費電力の削減と、光源の寿命の長期化をさらに進めることができる。
【００１８】
なお、特定領域とは、たとえば、目標領域のうち、障害物検出や距離測定の対象となっている領域を意味する。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、非特定領域におけるレーザ光の照射位置検出を、任意のタイミングにて行うことができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項５に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。この発明によれば、非特定領域に対応する期間の全てにおいて自然放出光を発光する場合に比べ、自然放出光の発光による消費電力をさらに削減することができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項７に記載のビーム照射装置において、前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間において前記自然放出光を所定間隔にて発光するよう前記光源を駆動することを特徴とする。
【００２２】
なお、上記発明における「光源」は、以下の実施形態において、半導体レーザ１００が対応する。また、上記発明における「レーザ駆動回路」は、以下の実施形態において、レーザ駆動回路３０およびＤＳＰ１０が対応する。また、上記発明における「光学素子」は、以下の実施形態において、ビームスプリッタ４００が対応する。また、上記発明における「受光素子」は、以下の実施形態において、ＰＳＤ６００が対応する。また、上記発明における「検出回路」は、以下の実施形態において、ＰＳＤ信号処理回路７０、ＡＤＣ８０およびＤＳＰ１０が対応する。
【００２３】
ただし、以下の実施形態は、本発明の技術的範囲を何ら制限するものではない。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように本発明によれば、本発明によれば、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することができる。
【００２５】
本発明の特徴ないし意義は、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、以下の実施形態は、あくまでも、例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに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】
【００２６】
図１に、実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す。
【００２７】
図示の如く、ビーム照射装置は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０と、レーザ駆動回路３０と、アクチュエータ駆動回路４０と、ビーム照射ヘッド５０と、Ｉ／Ｖ（電流／電圧）変換回路６０と、ＰＳＤ信号処理回路７０と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）８０を備えている。
【００２８】
ＤＳＰ１０は、レーザ駆動回路３０に制御信号を出力する。ここで、レーザ駆動回路３０に供給される制御信号は、半導体レーザ１００にパルス発光を行わせるための制御信号（パルス発光用制御信号）と、半導体レーザ１００にレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光させるための制御信号（微弱発光用制御信号）の２種類からなっている（以下、自然放出光の発光のことを「微弱発光」と称する）。
【００２９】
また、ＤＳＰ１０は、アクチュエータ駆動回路４０を駆動制御する信号をＤＡＣ２０に出力する。さらに、ＤＳＰ１０は、ＡＤＣ８０にサンプリング信号（後述）を供給するとともに、ＡＤＣ８０から入力された信号（位置電圧値）をもとに、目標領域におけるレーザ光の照射位置を検出する。なお、照射位置の検出処理については、追って、詳述する。
【００３０】
ＤＡＣ２０は、ＤＳＰ１０から入力された制御信号をアナログ信号に変換してアクチュエータ駆動回路４０に出力する。
【００３１】
レーザ駆動回路３０は、ＤＳＰ１０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内の半導体レーザ１００を駆動する。すなわち、パルス発光用制御信号の入力に応じて半導体レーザ１００にパルス発光を行わせ、微弱発光用制御信号の入力に応じて半導体レーザ１００に微弱発光を行わせる。
【００３２】
アクチュエータ駆動回路４０は、ＤＡＣ２０から入力された制御信号に応じて、ビーム照射ヘッド５０内のレンズアクチュエータ３００を駆動する。
【００３３】
ビーム照射ヘッド５０は、前方空間に設定された目標領域にレーザ光をスキャンさせる。図示の如く、ビーム照射ヘッド５０は、半導体レーザ１００と、アパーチャ２００と、レンズアクチュエータ３００と、ビームスプリッタ４００と、集光レンズ５００と、ＰＳＤ６００を備えている。
【００３４】
半導体レーザ１００から出射されたレーザ光は、アパーチャ２００によって所望の形状に整形された後、レンズアクチュエータ３００に支持された照射レンズに入射される。ここで、照射レンズは、同図のＹ−Ｚ平面方向に変位可能となるよう、レンズアクチュエータ３００に支持されている。したがって、照射レンズを通過したレーザ光は、レンズアクチュエータ３００の駆動に応じて、Ｙ−Ｚ平面方向に出射角度が変化する。これにより、目標領域におけるレーザ光のスキャンが行われる。
【００３５】
照射レンズを通過したレーザ光は、ビームスプリッタ４００によってその一部が反射され、目標領域に照射されるレーザ光（以下、「照射レーザ光」という）から分離される。分離されたレーザ光（以下、「分離光」という）は、集光レンズ５００を通してＰＳＤ６００上に収束される。
【００３６】
なお、半導体レーザ１００からレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光が発光された場合にも、その分離光が、集光レンズ５００を通してＰＳＤ６００上に収束される。この場合、ＰＳＤ６００に収束される分離光の強度は、半導体レーザ１００がレーザ発振される場合に比べて小さい。しかし、この場合にも、ＰＳＤ６００からは、分離光の収束位置を検出できる程度の電流が出力される。
【００３７】
ＰＳＤ６００は、図１のＸ−Ｙ平面に平行な受光面を有しており、この受光面上における分離光の収束位置に応じた電流を出力する。ここで、受光面上における分離光の収束位置と目標領域上における前記照射レーザ光の照射位置は一対一に対応している。よって、ＰＳＤ６００から出力される電流は、目標領域上における前記照射レーザ光の照射位置に対応するものとなっている。なお、ＰＳＤ６００の構成および電流の出力動作については、図４、図５を参照しながら追って詳述する。
【００３８】
ＰＳＤ６００からの出力電流は、Ｉ／Ｖ変換回路６０によって電圧信号に変換されＰＳＤ信号処理回路７０に入力される。
【００３９】
ＰＳＤ信号処理回路７０は、Ｉ／Ｖ変換回路６０から入力された信号から分離光の収束位置を表す電圧信号（位置電圧）を生成し、これをＡＤＣ８０に出力する。ＡＤＣ８０は、ＰＳＤ信号処理回路７０から入力された電圧信号を、ＤＳＰ１０から供給されるサンプリング信号に応じてサンプリングし、サンプル値をデジタル信号に変換して、これをＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０は、ＡＤＣ８０から入力されたデジタル信号をもとに、受光面上における分離光の収束位置を検出する。
【００４０】
図２にレンズアクチュエータの構成例を示す。
【００４１】
照射レンズ３０１は、レンズホルダー３０２中央の開口に装着される。レンズホルダー３０２には、４つの側面にそれぞれコイルが装着されており、各コイル内にヨーク３０３中央の突出部が図示矢印のように挿入される。各ヨーク３０３は、両側の舌片が一対のヨーク固定部材３０５の凹部に嵌入される。さらに、それぞれのヨーク固定部材３０５に、ヨーク３０３の舌片を挟むようにして磁石３０４が固着される。この状態にて、ヨーク固定部材３０５が磁石３０４とともにベース（図示せず）に装着される。
【００４２】
さらに、ベースには一対のワイヤー固定部材３０６が装着されており、このワイヤー固定部材３０６にワイヤー３０７を介してレンズホルダー３０２が弾性支持される。レンズホルダー３０２には四隅にワイヤー３０７を嵌入するための孔が設けられている。この孔にそれぞれワイヤー３０７を嵌入した後、ワイヤー３０７の両端をワイヤー固定部材３０６に固着する。これにより、レンズホルダー３０２がワイヤー３０７を介してワイヤー固定部材３０６に弾性支持される。
【００４３】
駆動時には、レンズホルダー３０２に装着されている各コイルに、上記アクチュエータ駆動回路４０から駆動信号が供給される。これにより、電磁駆動力が発生し、照射レンズ３０１がレンズホルダー３０２とともに２次元駆動される。
【００４４】
図３は、レンズアクチュエータ３００を駆動して照射レンズ３０１を一方向に変位させたときの、照射レーザ光の出射角度とＰＳＤ受光面上における分離光（同図ではモニター光）の収束位置の関係（シミュレーション）を示すものである。同図に示す如く、分離光の変位量は照射レーザ光の出射角度に比例して増加する。なお、同図の特性にうねりが生じているのは、照射レンズを２次元駆動することによって、ＰＳＤ受光面上の分離光に収差が生じるためである。
【００４５】
図４に、ＰＳＤ６００の構造を示す。なお、同図は、図１において、ＰＳＤ６００をＹ軸方向から見たときの構造を示すものである。
【００４６】
図示の如く、ＰＳＤ６００は、Ｎ型高抵抗シリコン基板の表面に、受光面と抵抗層を兼ねたＰ型抵抗層を形成した構造となっている。抵抗層表面には、図１のＸ方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、図１のＹ方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図では図示省略）が形成されている。また、裏面側には共通電極が形成されている。
【００４７】
受光面に分離光が収束されると、収束位置に光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、各電極までの距離に逆比例して分割されて、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される。ここで、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流は、分離光の収束位置から各電極までの距離に逆比例して分割された大きさを有している。よって、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流値をもとに、受光面上における収束位置を検出することができる。
【００４８】
図５（ａ）は、ＰＳＤ６００の有効受光面を示す図である。また、図５（ｂ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流をもとにＰＳＤ信号処理回路７０にて生成される位置検出電圧と、有効受光面上における分離光の収束位置の関係を示す図である。なお、図５（ａ）では有効受光面を正方形としている。また、図５（ｂ）では、有効受光面のセンター位置を基準位置（０位置）として、基準位置に対する収束位置のＸ方向およびＹ方向の変位量と出力電圧の関係を示している。
【００４９】
上記Ｉ／Ｖ変換回路６０は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流を、それぞれ電圧ＶX1、ＶX2、ＶY1、ＶY2に変換する。ＰＳＤ信号処理回路７０は、電圧ＶX1とＶX2の比率から、Ｘ方向における分離光の収束位置に応じた位置検出電圧Ｘoutを生成するとともに、電圧ＶY1とＶY2の比率から、Ｙ方向における分離光の収束位置に応じた位置検出電圧Ｙoutを生成する。そして、生成した位置検出電圧Ｘout、Ｙoutを、ＡＤＣ８０に出力する。
【００５０】
ＡＤＣ８０は、位置検出電圧Ｘout、Ｙoutを、ＤＳＰ１０からのサンプリング信号をもとにサンプリングする。そして、サンプル値をデジタル信号に変換し、これをＤＳＰ１０に出力する。ＤＳＰ１０は、入力された電圧ＸoutとＹoutから収束位置のＸ方向変位量とＹ方向変位量を検出する。
【００５１】
図６は、半導体レーザ１００の発光タイミングとＡＤＣ８０におけるサンプリングタイミングの関係を示すものである。
【００５２】
なお、同図（ａ）には、障害物検出や距離検出等に用いるパルス光（測定用パルス）の間の全期間において、微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。また、同図（ｂ）には、パルス光（測定用パルス）間の一部の期間において、微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。同図（ｃ）には、ＡＤＣ８０に入力されるサンプリング信号が示されている。
【００５３】
同図（ｃ）に示す如く、ＡＤＣ８０におけるサンプリングタイミングは、一つのパルス発光から次のパルス発光までの期間の略中間に設定されている。このタイミングにおいて、ＰＳＤ信号処理回路７０からの位置電圧信号Ｘout、Ｙoutは、同図（ａ）（ｂ）何れの場合においても、微弱発光に応じたものとなっている。ＤＳＰ１０は、この位置電圧信号Ｘout、Ｙoutをもとに、分離光の収束位置の検出処理を行う。なお、位置電圧信号のサンプリングタイミングは、微弱発光に応じた位置電圧信号が安定している期間内において適宜設定され得る。
【００５４】
なお、本実施の形態では、分離光の収束位置をもとに照射レーザ光の照射位置が検出される。そして、この検出結果に基づいて、照射レーザ光の照射位置にサーボを掛けるよう、ＤＳＰ１０からアクチュエータ駆動回路４０に制御信号が出力される。具体的には、ＤＳＰ１０は、ＰＳＤ受光面上における分離光の収束位置を随時モニタし、照射レーザ光の照射位置が所期のスキャン軌道に沿うよう、アクチュエータ３００にサーボ信号を出力する。
【００５５】
図７は、有効受光面上における分離光のスポット軌道の一例を示すものである。この場合、ＤＳＰ１０は、分離光の収束位置を目標軌道に引き込むよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。
【００５６】
今、所定のパルス発光タイミングにおける分離光の収束位置がＰ(x,y)にあり、このとき、目標軌道上にあるべき収束位置がＰ’(x',y')であるとする。ここで、目標軌道上の収束位置Ｐ’(x',y')は、ＤＳＰ１０内に設定された軌道テーブルから取得される。具体的には、照射レーザ光のスキャン位置に対応する収束位置が軌道テーブルから取得される。
【００５７】
このとき、ＤＳＰ１０は、Ｐ(x,y)とＰ’(x',y')をもとに、Ｅx＝ｘ−ｘ’とＥy＝ｙ−ｙ’を演算し、演算結果をもとに、Ｅx＝０、Ｅy＝０になるよう、アクチュエータ駆動回路４０にサーボ信号を供給する。これにより、照射レーザ光のスキャン位置は、当該タイミングにおいてスキャン軌道上にあるべきスキャン位置の方向に引き戻される。これに応じて、分離光の収束位置も、当該タイミングにおいて目標軌道上にあるべき収束位置Ｐ’(x',y')の方向に引き込まれる。かかるサーボ動作によって、照射レーザ光は所期のスキャン軌道に追従するようスキャンされる。
【００５８】
なお、図６に示す例では、全てのパルス発光間において微弱発光が行われ、レーザ光の照射位置の検出が行われる。このように全てのパルス発光間においてレーザ光の照射位置検出を行うようにするとたとえば、図７に示すスキャンサーボをより安定に行うことができる。
【００５９】
図８は、微弱発光タイミングとサンプリングタイミングの変更例である。
【００６０】
この例では、一連のパルス発光間期間のうち一つ飛ばし毎に微弱発光が行われ、レーザ光の照射位置検出が行われる。この場合には、上記図６の例に比べ、照射レーザ光の位置検出頻度が低下する。このため、たとえば、図７に示すサーボ動作がやや不安定となる。しかし、その反面、位置検出処理の実行間隔が長くなるため、ＤＳＰ１０の処理負担が軽減される。なお、この例では、一連のパルス発光間期間のうち一つ飛ばし毎に微弱発光を行うようにしたが、パルス発光間の期間を２つ以上飛ばしながら微弱発光を行うようにすることもできる。あるいは、一連のパルス発光間期間のうち、レーザ光の照射位置検出を微細に行うべき期間では微弱発光を密に行う等、微弱発光を行うべきパルス発光間期間を適宜設定するようにしても良い。
【００６１】
図９は、目標領域をスキャンする期間のうち、障害物検出や距離測定が行われる期間（測定期間）と、これらが行われない期間（非測定期間）における微弱発光タイミングとサンプリングタイミングの一例を示すものである。
【００６２】
なお、同図（ａ）には、非測定期間の全期間において、微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。また、同図（ｂ）には、非測定期間において、所定の間隔にて微弱発光が行われる場合のレーザ出力が示されている。同図（ｃ）には、ＡＤＣ８０に入力されるサンプリング信号が示されている。
【００６３】
この場合、非測定期間における微弱発光の間隔は、当該期間におけるレーザ光照射位置に検出頻度に応じて設定される。このように、非測定期間にもレーザ光の照射位置検出を行うことにより、たとえば、図７に示すサーボ動作を安定化させることができ、照射位置が非測定位置から測定期間へと移行する際の動作を円滑化させることができる。
【００６４】
なお、図９に示す例では、測定期間における微弱発光を、全てのパルス発光間期間にて行うようにしているが、図８を参照して説明した如く、一つあるいはそれ以上パルス発光間期間を飛ばしながら微弱発光を行うようにしても良い。
【００６５】
以上、本実施の形態によれば、レーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光させることによって、照射レーザ光の照射位置が検出されるため、レーザ光を常時発光させる場合に比べ、レーザ出力による消費電力を大幅に削減することができ、また、半導体レーザ１００の寿命を長期化させることができる。また、分離光ないし照射レーザ光の位置検出処理は、パルス発光タイミングではなく、パルス発光間の期間を利用して行われるため、レーザ光の照射位置検出処理タイミングに余裕を持たせることができ、もって、当該検出処理を円滑に行うことができる。このように、本実施の形態によれば、消費電力の抑制と半導体レーザの長寿命化を図りつつ、レーザ光の照射位置を円滑にモニタできるビーム照射装置を提供することができる。
【００６６】
なお、本発明の適用形態は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
【００６７】
たとえば、上記実施の形態では、レンズアクチュエータを用いてレーザ光をスキャンさせるようにしたが、この他、ポリゴンミラーを用いたアクチュエータによりレーザ光をスキャンするようにしても良い。
【００６８】
また、パルス光と微弱発光は、必ずしも一定周期で行われる必要はなく、目標領域上におけるレーザ光のスキャン速度等に応じて適宜変化させるようにしても良い。
【００６９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態に係るビーム照射装置の構成を示す図
【図２】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３】実施の形態に係る照射レーザ光の出射角度と分離光の収束位置の関係を示す図
【図４】実施の形態に係るＰＳＤ構造を示す図
【図５】実施の形態に係るＰＳＤの構造と位置検出電圧の変動を説明する図
【図６】実施の形態に係る発光タイミングとサンプリングタイミングを示す図
【図７】実施の形態に係る軌道サーボの掛け方を説明する図
【図８】実施の形態に係る発光タイミングとサンプリングタイミングの変更例
【図９】実施の形態に係る発光タイミングとサンプリングタイミングの変更例
【符号の説明】
【００７１】
１０ ＤＳＰ
３０ レーザ駆動回路
５０ ビーム照射ヘッド
７０ ＰＳＤ信号処理回路
８０ ＡＤＣ
１００ 半導体レーザ
４００ ビームスプリッタ
５００ 集光レンズ
６００ ＰＳＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置において、
レーザ光を出射する光源と、
所定間隔にてパルス光を発光するとともに前記パルス光間の所定期間においてレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光するよう前記光源を駆動するレーザ駆動回路と、
前記レーザ光の一部を分離する光学素子と、
前記光学素子によって分離されたレーザ光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光素子と、
前記自然放出光の発光期間に前記受光素子から出力される信号に基づいて前記目標領域におけるレーザ光の照射位置を検出する検出回路を有する、
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、
前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
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、
前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項において、
前記レーザ駆動回路は、一連の前記パルス発光のうち所定のパルス発光間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項において、
前記レーザ駆動回路は、前記目標領域のうち、特定領域において前記パルス光と前記自然放出光を発光し、前記特定領域以外の非特定領域において前記自然放出光のみを発光するよう前記光源を駆動する、
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、
前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間において前記自然放出光を所定間隔にて発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項１】
目標領域にレーザ光を照射するビーム照射装置において、
レーザ光を出射する光源と、
所定間隔にてパルス光を発光するとともに前記パルス光間の所定期間においてレーザ発振閾値以下の電流にて自然放出光を発光するよう前記光源を駆動するレーザ駆動回路と、
前記レーザ光の一部を分離する光学素子と、
前記光学素子によって分離されたレーザ光を受光して受光位置に応じた信号を出力する受光素子と、
前記自然放出光の発光期間に前記受光素子から出力される信号に基づいて前記目標領域におけるレーザ光の照射位置を検出する検出回路を有する、
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、
前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
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、
前記レーザ駆動回路は、前記パルス発光間の期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項において、
前記レーザ駆動回路は、一連の前記パルス発光のうち所定のパルス発光間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項において、
前記レーザ駆動回路は、前記目標領域のうち、特定領域において前記パルス光と前記自然放出光を発光し、前記特定領域以外の非特定領域において前記自然放出光のみを発光するよう前記光源を駆動する、
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、
前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する全期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間のうち一部の期間において前記自然放出光を発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記レーザ駆動回路は、前記非特定領域に対応する期間において前記自然放出光を所定間隔にて発光するよう前記光源を駆動する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２５６１７５（Ｐ２００７−２５６１７５Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８３１７５（Ｐ２００６−８３１７５）
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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