ビーム照射装置
【課題】光検出器からの信号に基づいて検出されたサーボ光の受光位置と理想の受光位置との差分に、迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、適正に、レーザ光を目標領域において走査させ得るビーム照射装置を提供する。
【解決手段】マイコン７は、ＰＳＤ３１５からの検出信号に基づいて取得されたサーボ光の受光位置と、理想の受光位置との差分を示す差分信号に基づいて、レーザ光が目標領域上の目標軌道を追従するよう、ミラーアクチュエータ１００を制御する。また、マイコン７は、差分信号に外乱成分が含まれるエラー期間を検出し、検出したエラー期間において、差分信号に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を停止させる。
【解決手段】マイコン７は、ＰＳＤ３１５からの検出信号に基づいて取得されたサーボ光の受光位置と、理想の受光位置との差分を示す差分信号に基づいて、レーザ光が目標領域上の目標軌道を追従するよう、ミラーアクチュエータ１００を制御する。また、マイコン７は、差分信号に外乱成分が含まれるエラー期間を検出し、検出したエラー期間において、差分信号に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を停止させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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する。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が検出される。
【０００３】
目標領域においてレーザ光をスキャンさせるための構成として、ミラーを２軸駆動する構成を用いることができる（特許文献１）。このスキャン機構では、レーザ光を水平方向斜めからミラーに入射させる。ミラーを水平方向と鉛直方向に２軸駆動することにより、レーザ光が目標領域を走査する。
【０００４】
ミラーの駆動制御は、たとえば、レーザ光の動きを反映したサーボ光を、ＰＳＤ（PositionSensitive Detector）等の光検出器で受光することによって行われる。この場合、予め設定された理想の受光位置とサーボ光の実際の受光位置とが比較され、両者の差分に応じて、ミラーが２軸駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記スキャン機構において、ＰＳＤ等の光検出器にサーボ光以外の光（迷光）が入射し、あるいは、光検出器からの検出信号に大きな電気的ノイズが重畳されると、検出信号に基づいて検出されるサーボ光の受光位置が、正規の位置から大きくずれることが起こり得る。この場合、このように検出された受光位置と理想の受光位置との差分に基づいてミラーが駆動されると、ミラーが、不所望な位置に大きく振られる惧れがある。こうなると、目標領域において、レーザ光の照射位置が正規の位置から大きく外れ、レーザレーダの検出精度が劣化する。
【０００７】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、光検出器からの信号に基づいて検出されたサーボ光の受光位置と理想の受光位置との差分に、迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、適正に、レーザ光を目標領域において走査させ得るビーム照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、目標領域において前記レーザ光を走査させるアクチュエータと、前記目標領域における前記レーザ光の走査
に伴ってサーボ光の進行方向を変化させるサーボ光学系と、前記サーボ光を受光して受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、前記検出信号に基づいて取得された前記サーボ光の前記受光位置と、理想の受光位置との差分に基づいて、前記レーザ光が前記目標領域上の目標軌道を追従するよう、前記アクチュエータを制御する制御回路とを備える。前記制御回路は、前記差分に外乱成分が含まれるエラー期間を検出し、検出した前記エラー期間において、前記差分に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を停止させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光検出器からの信号に基づいて検出されたサーボ光の受光位置と理想の受光位置との差分に、迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、適正に、レーザ光を目標領域において走査させ得るビーム照射装置を提供することができる。
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るミラーアクチュエータの分解斜視図を示す図である。
【図２】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組立過程を示す図である。
【図３】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組立過程を示す図である。
【図４】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図５】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図６】実施の形態に係るＰＳＤの構成を示す図である。
【図７】実施の形態に係る位置検出信号の生成方法を説明する図である。
【図８】実施の形態に係るミラーの駆動状態と目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ上におけるサーボ光の軌道との関係を示す図である。
【図９】実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。
【図１０】実施の形態に係るミラーアクチュエータの制御方法を説明する図である。
【図１１】実施の形態に係るマイコンの要部構成を示す図である。
【図１２】実施の形態に係る目標軌道テーブルの構成および制御動作フローを示す図である。
【図１３】実施の形態に係るミラーアクチュエータのサーボ動作例を示す図である。
【図１４】実施の形態の変更例に係る光検出器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００の分解斜視図である。
【００１３】
ミラーアクチュエータ１００は、チルトユニット１１０と、パンユニット１２０と、マグネットユニット１３０と、ヨークユニット１４０と、ミラー１５０と、透過板２００とを備えている。
【００１４】
チルトユニット１１０は、支軸１１１と、チルトフレーム１１２と、２つのチルトコイル１１３とを備えている。支軸１１１には、両端部近傍に２つの溝１１１ａが形成されている。
【００１５】
チルトフレーム１１２には、左右に、チルトコイル１１３を装着するためのコイル装着部１１２ａが形成されている。チルトフレーム１１２には、支軸１１１が嵌め込まれる溝１１２ｂが形成され、さらに、上下に並ぶ２つの孔１１２ｃが形成されている。
【００１６】
支軸１１１は、両端に軸受け１１６ａ、１１６ｂ、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂ、ポリスライダーワッシャ１１８が取り付けられた状態で、チルトフレーム１１２に形成された溝１１２ｂに嵌め込まれ、接着固定される。さらに、２つの孔１１２ｃに、それぞれ、上下から軸受け１１２ｄが嵌め込まれる。これにより、図２（ａ）に示すように、チルトユニット１１０の組み立てが完了する。
【００１７】
完成したチルトユニット１１０には、後述の如くして、パンユニット１２０が装着される。その後、チルトユニット１１０は、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、ポリスライダーワッシャ１１８と、軸固定部材１４２を用いて、後述の如く、ヨーク１４１に取り付けられる。
【００１８】
図１に戻り、パンユニット１２０は、パンフレーム１２１と、支軸１２２と、パンコイル１２３を備えている。パンフレーム１２１には、凹部１２１ａを挟んで上板部１２１ｂと下板部１２１ｃが形成されている。これら上板部１２１ｂと下板部１２１ｃには、支軸１２２を通すための孔１２１ｄが上下に並ぶように形成されている。また、上板部１２１ｂと下板部１２１ｃの前面には、ミラー１５０を嵌め込むための段部１２１ｅが形成されている。さらに、下板部１２１ｃからは、下方向に足部１２１ｆが形成され、この足部１２１ｆに、透過板２００を嵌め込むための凹部１２１ｇが形成されている。なお、パンフレーム１２１の背面には、パンコイル１２３を装着するためのコイル装着部（図示せず）が形成されている。支軸１２２の上端には、バランサ１２２ａが装着されている。
【００１９】
マグネットユニット１３０は、フレーム１３１と、２つのパンマグネット１３３と、８つのチルトマグネット１３２とを備えている。フレーム１３１は、前側に凹部１３１ａを有する形状となっている。フレーム１３１の上板部１３１ｂには、前後方向に、２つの切り欠き１３１ｃが形成され、さらに、中央に、ネジ穴１３１ｄが形成されている。８つのチルトマグネット１３２は、フレーム１３１の左右の内側面に、上下２段に分けて装着されている。また、２つのパンマグネット１３３は、図示の如く、フレーム１３１の内側面に、前後方向に傾くように装着されている。
【００２０】
ヨークユニット１４０は、ヨーク１４１と、軸固定部材１４２を備えている。ヨーク１４１は、磁性部材からなっている。ヨーク１４１には、左右に壁部１４１ａが形成され、これら壁部１４１ａの下端には、チルトユニット１１０の支軸１１１を装着するための凹部１４１ｂが形成されている。ヨーク１４１の上部には上下に貫通する２つのネジ穴１４１ｃが形成され、さらに、マグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに対応する位置に、孔１４１ｄが形成されている。２つの壁部１４１ａの内側面間の距離は、支軸１１１の２つの溝１１１ａ間の距離よりも大きくなっている。
【００２１】
軸固定部材１４２は、可撓性を有する金属性の薄板部材である。軸固定部材１４２の前側には、板ばね部１４２ａ、１４２ｂが形成され、これら板ばね部１４２ａ、１４２ｂの下端には、それぞれ、チルトユニット１１０の軸受け１１６ａ、１１６ｂの脱落を規制するための受け部１４２ｃ、１４２ｄが形成されている。また、軸固定部材１４２の上板部には、ヨーク１４１側の２つのネジ穴１４１ｃに対応する位置にそれぞれ孔１４２ｅが形成され、さらに、ヨーク１４１側の孔１４１ｄに対応する位置に孔１４２ｆが形成されている。
【００２２】
ミラーアクチュエータ１００の組み立て時には、上記の如くして、図２（ａ）に示すチルトユニット１１０が組み立てられた後、以下のようにして、パンユニット１２０がチルトユニット１１０に装着される。
【００２３】
まず、チルトフレーム１１２がパンフレーム１２１の凹部１２１ａ内に収容され、チル
トフレーム１１２の孔１１２ｃに装着された２つ軸受け１１２ｄとパンフレーム１２１の孔１２１ｄとが上下に並ぶように、パンフレーム１２１が位置づけられる。このとき、上側の軸受け１１２ｄと上板部１２１ｂとの間に、ポリスライダーワッシャ１１２ｅが介挿される。そして、その状態で、２つ軸受け１１２ｄとパンフレーム１２１の孔１２１ｄに支軸１２２が通され、支軸１２２がパンフレーム１２１に接着剤により固定される。
【００２４】
しかる後、パンフレーム１２１の背面にパンコイル１２３が装着される。さらに、パンフレーム１２１の凹部１２１ｇに透過板２００を嵌め込み、透過板固定金具２０１で透過板２００をパンフレーム１２１の足部１２１ｆに固定する。これにより、図２（ｂ）に示すように、パンユニット１２０がチルトユニット１１０に装着される。この状態で、パンフレーム１２１は、支軸１２２の周りに回動可能となり、また、支軸１２２に沿って上下に僅かに移動可能となる。
【００２５】
こうしてパンユニット１２０が装着された後、パンフレーム１２１の段部１２１ｅにミラー１５０が嵌め込まれて固定される。その後、チルトユニット１１０の支軸１１１の両端に装着された軸受け１１６ａ、１１６ｂを、図１に示すヨーク１４１の凹部１４１ｂ、１４１ｂに嵌め込む。そして、この状態で、軸受け１１６ａ、１１６ｂが凹部１４１ｂ、１４１ｂから脱落しないように、軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。すなわち、受け部１４２ｃが軸受け１１６ａを下から支え、且つ、受け部１４２ｄが軸受け１１６ｂを前方から挟むようにして軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。この状態で、軸固定部材１４２の２つの孔１４２ｅを介して２つのネジ１４３をヨーク１４１のネジ穴１４１ｃに螺着する。これにより、図２（ｂ）に示す構成体がヨークユニット１４０に装着される。
【００２６】
こうして、図３（ａ）に示す構成体が完成する。この状態で、チルトフレーム１１２は、パンフレーム１２１と一体的に、支軸１１１の周りに回動可能となり、また、支軸１１１に沿って左右に僅かに移動可能となる。なお、支軸１１１の両端は、上記の如く、軸固定部材１４２によって、弾性変位可能に、ヨーク１４１の凹部１４１ｂに取り付けられている。
【００２７】
こうして組み立てられた図３（ａ）の構成体は、ヨーク１４１の２つの壁部１４１ａが、それぞれ、マグネットユニット１３０側のフレーム１３１の切り欠き１３１ｃに挿入されるようにして、マグネットユニット１３０に装着される。そして、この状態で、軸固定部材１４２の孔１４２ｆを介して、ネジ１４４が、ヨーク１４１の孔１４１ｄとマグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに螺着される。これにより、図３に示す構成体が、マグネットユニット１３０に固着される。こうして、図３（ｂ）に示すように、ミラーアクチュエータ１００の組み立てが完了する。
【００２８】
図３（ｂ）に示す組み立て状態において、パンフレーム１２１が支軸１２２を軸として回動すると、これに伴ってミラー１５０が回動する。また、チルトフレーム１１２が支軸１１１を軸として回動すると、これに伴ってパンユニット１２０が回動し、パンユニット１２０と一体的にミラー１５０が回動する。このように、ミラー１５０は、互いに直交する支軸１１１によって回動可能に支持され、チルトコイル１１３およびパンコイル１２３への通電によって、支軸１１１の周りに回動する。このとき、パンユニット１２０に装着された透過板２００も、ミラー１５０の回動に伴って回動する。
【００２９】
なお、バランサ１２２ａは、図２（ｂ）に示す構成体が、支軸１１１を軸として回動するとき、かかる回動がバランス良く行われるよう調整するためのものである。かかる回動のバランスは、バランサ１２２ａの重さによって調整される。この他、バランサ１２２ａが上下に変位可能であれば、下方向の位置を微調整することにより、回動のバランスを調
整可能である。
【００３０】
図３（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のチルトマグネット１３２は、チルトコイル１１３に電流を印加することにより、チルトフレーム１１２に支軸１１１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、チルトコイル１１３に電流を印加すると、チルトコイル１１３に生じる電磁駆動力によって、チルトフレーム１１２が、支軸１１１を軸として回動し、これに伴って、ミラー１５０と透過板２００が回動する。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のパンマグネット１３３は、パンコイル１２３に電流を印加することにより、パンフレーム１２１に支軸１２２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、パンコイル１２３に電流を印加すると、パンコイル１２３に生じる電磁駆動力によって、パンフレーム１２１が、支軸１２２を軸として回動し、これに伴って、ミラー１５０と透過板２００が回動する。
【００３２】
なお、図２に示す構成体は、支軸１２２の周りにおける重量バランスが取れるように各部の配置が調整されている。よって、パンコイル１２３に電流を印加してパンフレーム１２１を回動させた後、パンコイル１２３への電流印加を停止すると、パンフレーム１２１は、電流印加停止時の位置から慣性によりやや回転した位置に停止する。また、図２に示す構成体は、バランサ１２２ａによって、支軸１１１の周りにおける重量バランスが取れるように各部の配置が調整されている。よって、チルトコイル１１３に電流を印加してチルトフレーム１１２とパンフレーム１２１を一体的に回動させた後、チルトコイル１１３への電流印加を停止すると、チルトフレーム１１２とパンフレーム１２１は、電流印加停止時の位置から慣性によりやや回転した位置に停止する。
【００３３】
このように、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００では、チルトコイル１１３とパンコイル１２３に電流を印加するとミラー１５０が回動し、電流の印加を停止すると、略その位置に、ミラー１５０が停止する。
【００３４】
ところで、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００では、支軸１１１が、左右方向に移動可能となっている。これにより、温度変化によってヨーク１４１が変形し、ヨーク１４１の２つの壁部１４１ａの傾き（開き具合）が変化しても、支軸１１１に対し左右方向に不所望な力が掛かることが防止され、支軸１１１を円滑に回動させることができる。同様の観点から、支軸１２２も上下方向に移動可能となっている。ミラーアクチュエータ１００が車載用のレーザレーダに搭載される場合には、特に、温度変化が大きいため、このように支軸１１１を移動可能にしておく必要がある。
【００３５】
しかし、このように支軸１１１が左右に移動可能になっていると、ミラー１５０の駆動時に、ミラー１５０の左右方向（パン方向）の回動に伴って、支軸１１１の端部が左右方向に移動して、軸受け１１６ａ、１１６ｂに衝突するとの問題が生じる。ミラーアクチュエータ１００がレーザレーダに搭載される場合、ミラー１５０が高速かつ短周期でパン方向に回動する。このため、ミラー１５０の駆動時には、短周期で軸受け１１６ａ、１１６ｂに対する支軸１１１の衝突が繰り返される。かかる衝突が繰り返されると、騒音が発生し、また、ミラーアクチュエータ１００の特性に劣化が生じる惧れもある。なお、支軸１２２は、重力により下方向の力を受けるため、このような衝突は起こりにくい。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、２つのＥリング１１７ａ、１１７ｂのうち、右側のＥリング１１７ａのみを磁性材料により形成し、左側のＥリング１１７ｂは、非磁性材料により形成されている。このように右側のＥリング１１７ａのみを磁性材料により形成すると、
このＥリング１１７ａとマグネットユニット１３０の右側のチルトマグネット１３２との間に磁力が生じ、この磁力により、支軸１１１が右方向に付勢される。この付勢によって、ポリスライダーワッシャ１１８がＥリング１１７ａに押されて、軸受け１１６ａに押し付けられる。これにより、ミラー１５０がパン方向に回動された際の、支軸１１１の左右の移動が抑制される。
【００３７】
なお、Ｅリング１１７ａと軸受け１１６ａとの間には、３枚のポリスライダーワッシャ１１８が配されているため、このように支軸１１１が付勢されても、支軸１１１は円滑に回動できる。よって、ミラー１５０の上下方向（チルト方向）の回動は、良好に行われ得る。
【００３８】
図４および図５は、上記ミラーアクチュエータ１００が配されたビーム照射装置の構成を示す図である。
【００３９】
図４は、走査光学系を示す図である。図中、５００は、ベースである。同図では、ベース５００の上面が水平になっている。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５０３ａが形成され、この開口５０３ａに透過板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。ミラーアクチュエータ１００は、図１に示す上下方向が、図４に示す鉛直方向となるように、ベース５００に装着される。
【００４０】
ベース５００の上面には、レーザ光源４０１と、ビーム整形用のレンズ４０２、４０３が配置されている。レーザ光源４０１は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の基板４０１ａに装着されている。
【００４１】
レーザ光源４０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）は、レンズ４０２、４０３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。レンズ４０２、４０３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１００ｍ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）になるよう設計されている。
【００４２】
レンズ４０２、４０３を透過した走査用レーザ光は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１５０に入射し、ミラー１５０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１５０が二軸駆動されることにより、走査用レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
【００４３】
ミラーアクチュエータ１００は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、レンズ４０３からの走査用レーザ光がミラー１５０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、走査用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１５０の位置をいう。
【００４４】
ベース５００の下面には、回路基板３００が配されている。さらに、ベース５００の裏面と側面にも回路基板３０１、３０２が配されている。
【００４５】
図５（ａ）は、ベース５００を裏面側から見たときの一部平面図である。同図（ａ）には、ベース５００の裏側に配されたサーボ光学系とその周辺の構成が示されている。
【００４６】
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３１０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３１０を挿入するようにして、半導体レーザ３１０が装着された回路基板３０１が壁５０１の外側面に装着されている。他方、壁５０２の近傍には、ＰＳＤ３１５が装着された回路基板３０２が装着されている。
【００４７】
ベース５００裏側の平面５０３には、取り付け具３１４によって集光レンズ３１１と、アパーチャ３１２と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３１３が装着されている。さらに、この平面５０３には上記開口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に装着された透過板２００がベース５００の裏側に突出している。ここで、透過板２００は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１５０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３１０の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。
【００４８】
半導体レーザ３１０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３１１を透過した後、アパーチャ３１２によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３１３によって減光される。その後、サーボ光は、透過板２００に入射され、透過板２００によって屈折作用を受ける。しかる後、透過板２００を透過したサーボ光は、ＰＳＤ３１５によって受光され、ＰＳＤ３１５から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
【００４９】
図５（ｂ）は、透過板２００の回動位置とサーボ光の光路との関係を模式的に示す図である。なお、同図では、便宜上、図５（ａ）の透過板２００、半導体レーザ３１０、ＰＳＤ３１５のみが図示されている。
【００５０】
サーボ光は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透過板２００によって屈折され、ＰＳＤ３１５に受光される。ここで、透過板２００が破線の位置から破線矢印のように回動すると、サーボ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、ＰＳＤ３１５上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３１５にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透過板２００の回動位置を検出することができる。透過板２００の回動位置は、目標領域における走査用レーザ光の走査位置に対応する。よって、ＰＳＤ３１５からの信号をもとに目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出することができる。
【００５１】
図６（ａ）は、ＰＳＤ３１５の構成を示す図（側断面図）、図６（ｂ）はＰＳＤ３１５の受光面を示す図である。
【００５２】
図６（ａ）を参照して、ＰＳＤ３１５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、同図（ｂ）の横方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、縦方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図（ａ）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。
【００５３】
受光面にレーザ光が照射されると、照射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、レーザ光の照射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、受光面上における光の照射位置を検出することができる。
【００５４】
たとえば、図７の位置Ｐにサーボ光が照射されたとする。この場合、受光面のセンターを基準点とする位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される
電流量をそれぞれＩｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｘ方向およびＹ方向における電極間の距離をＬｘ、Ｌｙとすると、たとえば、以下の式によって算出される。
【００５５】
【数１】
図８は、ミラーの駆動状態と目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ上におけるサーボ光の軌道との関係を模式的に示す図である。なお、本実施の形態では、走査用レーザ光の走査は、目標領域において水平方向に伸びた３つの走査軌道に沿って行われる。以下では、支軸１１１を軸とするミラー１５０の回動方向をＰａｎ方向といい、支軸１２２を軸とするミラー１５０の回動方向をＴｉｌｔ方向という。
【００５６】
各図の中段のラインは、ミラー１５０を、中立位置から水平方向にのみ回動させた場合を示している。また、図中の破線は、Ｐａｎ方向のミラーの回動位置が中立位置と同じ位置にある場合を示している。各図の中段のラインよりも上の領域では、ミラー１５０が水平方向よりも上を向いており、中段のラインよりも下の領域では、ミラー１５０が水平方向よりも下を向いている。
【００５７】
たとえば、同図（ｂ−１）のように、Ｔｉｌｔ方向の角度がＬｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３に固定された状態で、ミラー１５０をＰａｎ方向に回動させると、目標領域における走査用レーザ光の軌道（以下、「走査軌道」という）は、角度Ｌｂ１〜Ｌｂ３に対応して、同図（ａ−１）中のＬａ１〜Ｌａ３のようになる。また、このようにミラー１５０が駆動されると、ＰＳＤ３１５の受光面上におけるサーボ光の軌道（以下、「照射軌道」という）は、角度Ｌｂ１〜Ｌｂ３に対応して、同図（ｃ−１）中のＬｃ１〜Ｌｃ３のようになる。
【００５８】
同図（ａ−１）のように走査軌道Ｌａ１、Ｌａ３が曲線状になると、目標領域内における障害物の検出精度が低下する惧れがある。目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ−２）に示すように、それぞれ、水平方向に直線状になるのが望ましい。
【００５９】
このように走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３を水平方向に直線状とするには、ミラー１５０を、同図（ｂ−２）に示すように駆動する必要がある。すなわち、Ｐａｎ方向の回動に伴い、ミラー１５０を、Ｔｉｌｔ方向にも駆動する必要がある。この場合、ＰＳＤ３１５上における照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３は、同図（ｃ−２）のようになる。
【００６０】
換言すれば、ＰＳＤ３１５上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｃ−２）に示す照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を追従するように、ミラーアクチュエータ１００を制御することで、目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ−２）に示す如く水平方向に直線状となる。
【００６１】
本実施の形態では、ＰＳＤ３１５上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｃ−２）に示す照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を追従するように、ミラーアクチュエータ１００が制御される。この制御によって、ミラー１５０は、同図（ｂ−２）のように、Ｐａｎ方向とＴｉｌｔ方向に駆動される。
【００６２】
図９は、本実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、図５（ａ）に示すサーボ光学系１の主要な構成が示されている。
【００６３】
図示の如く、ビーム照射装置は、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５と、位置信号生成回路６と、マイコン７と、アクチュエータ駆動回路８と、サーボレーザ駆動回路９と、走査レーザ駆動回路１０、スイッチング回路１１とを備えている。
【００６４】
サーボ光学系１において、半導体レーザ３１０から出射されたサーボ光は、上記の如く、透過板２００によって屈折された後、ＰＳＤ３１５の受光面に入射される。これにより、サーボ光の照射位置に応じた電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２（図５中の電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号）がＰＳＤ３１５から出力され、それぞれ、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５に入力される。
【００６５】
Ｉ／Ｖ変換回路２〜５は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２を電圧信号に変換し、位置信号生成回路６に出力する。位置信号生成回路６は、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５から出力される電圧信号をデジタル信号に変換し、さらに、図５を参照して説明した式（１）、（２）に基づき、Ｘ軸およびＹ軸方向の照射位置を示す信号を生成する。かかる照射位置信号は、マイコン７に出力される。
【００６６】
マイコン７は、位置信号生成回路６から出力される信号に基づき、目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御や、半導体レーザ３１０とレーザ光源４０１の駆動制御等を実行する。
【００６７】
すなわち、マイコン７は、走査位置が所定の位置に到達したタイミングで、パルス駆動信号を、走査レーザ駆動回路１０に出力する。これにより、レーザ光源４０１がパルス発光され、目標領域にレーザ光が照射される。
【００６８】
また、マイコン７は、走査位置を所期の軌道に追従させるためのサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を、アクチュエータ駆動回路８に出力する。これを受けてアクチュエータ駆動回路８はミラーアクチュエータ１００を駆動し、走査用レーザ光が所期の軌道に追従するよう目標領域を走査する。さらに、マイコン７は、サーボレーザ駆動回路９に制御信号を出力する。これにより、サーボ光学系１内の半導体レーザ３１０が、一定パワーレベルにて発光される。
【００６９】
本実施の形態では、一定周期Ｔ毎に、ミラーアクチュエータ１００の制御が行われる。マイコン７には、各制御タイミングにおけるＰＳＤ３１５上の理想の照射位置（以下、「目標照射位置」という）が保持されている。かかる目標照射位置は、走査用レーザ光が適正な走査軌道上に沿って水平方向に走査されるときのサーボ光の照射軌道（図８（ｃ−２）参照）上に位置している。マイコン７は、かかる照射軌道に沿ってサーボ光の照射位置が進むよう、ミラーアクチュエータ１００を駆動する。
【００７０】
図１０は、ミラーアクチュエータ１００の制御方法を説明する図である。図中、Ｐｎ〜Ｐｎ＋２は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋２における目標照射位置であり、Ｑｎ〜Ｑｎ＋２は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋２におけるサーボ光の実際の照射位置である。
【００７１】
ある制御タイミングｔｎにおけるサーボ光の実際の照射位置Ｑｎが、目標照射位置ＰｎからＸ軸方向にＸｎ、Ｙ軸方向にＹｎずれていると、マイコン７は、ずれ量Ｘｎ、Ｙｎに基づき、次の制御タイミングにおいて照射位置Ｑｎ＋１を目標照射位置Ｐｎ＋１により接近させるためのＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路８に出力する。同様に、制御タイミングｔｎ＋１において、マイコン７は、ずれ量Ｘｎ＋１、Ｙｎ＋１に基づいてＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路８に出力する。
【００７２】
このように、マイコン７は、制御タイミングごとに、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成して、アクチュエータ駆動回路８に出力する。アクチュエータ駆動回路８は、入力されたＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号に応じて、ミラー１５０を、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向に駆動する。これにより、ミラー１５０は、図８（ｂ−２）のように駆動される。
【００７３】
なお、本実施の形態では、図９に示す如く、アクチュエータ駆動回路８からの駆動信号が、スイッチング回路１１を介して、ミラーアクチュエータ１００に供給される。スイッチング回路１１は、マイコン７からの制御信号に応じて、アクチュエータ駆動回路８からの駆動信号をミラーアクチュエータ１００に供給し、あるいは、ミラーアクチュエータ１００に対する駆動信号の供給を遮断する。
【００７４】
図１１は、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御に関するマイコン７内の構成を示す図である。
【００７５】
図示の如く、マイコン７は、状態管理部２１と、目標値生成回路２２と、バッファ２３、２４と、減算回路２５、２６と、ＰＩＤ制御回路２７、２８と、比較回路２９、３０とを備える。
【００７６】
状態管理部２１は、タイマ２１ａと、ステップカウンタ２１ｂを含んでいる。ステップカウンタ２１ｂは、タイマ２１ａが１００μｓｅｃを計測するごとに、目標値生成回路２２に、制御タイミングを規定する信号を出力する。
【００７７】
目標値生成回路２２は、図１２（ａ）に示す目標軌道テーブルを有している。かかる目標軌道テーブルには、各制御タイミングにおけるＸ軸方向およびＹ軸方向の目標照射位置が格納されている。目標軌道テーブルは、図８（ｃ−２）の３つの目標軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３について準備されている。目標値生成回路２２は、ステップカウンタ２１ｂから指定された各制御タイミングにおけるＸ軸方向およびＹ軸方向の目標照射位置を、それぞれ、目標軌道テーブルから読み出してバッファ２３、２４に出力する。
【００７８】
バッファ２３、２４は、それぞれ、目標値生成回路２２から出力されるＸ軸方向およびＹ軸方向の目標照射位置を格納する。減算回路２５は、バッファ２３から読み出したＸ軸方向の目標照射位置から、位置信号生成回路６から出力されるＸ軸方向の照射位置を減算した差分信号を、ＰＩＤ制御回路２７と比較回路２９に出力する。減算回路２６は、バッファ２４から読み出したＹ軸方向の目標照射位置から、位置信号生成回路６から出力されるＹ軸方向の照射位置を減算した差分信号を、ＰＩＤ制御回路２８と比較回路３０に出力する。
【００７９】
ＰＩＤ制御回路２７は、減算回路２５から出力される差分信号に基づいて、ＰＩＤ制御の演算により、ミラーアクチュエータ１００をＰａｎ方向に制御するための制御信号を生成する。かかるＰａｎ方向の制御信号は、アクチュエータ駆動回路８に出力される。ＰＩ
Ｄ制御回路２８は、減算回路２６から出力される差分信号に基づいて、ＰＩＤ制御の演算により、ミラーアクチュエータ１００をＴｉｌｔ方向に制御するための制御信号を生成する。
【００８０】
ＰＩＤ制御回路２７、２８からは、一定周期のパルス信号が出力される。ＰＩＤ制御回路２７、２８は、減算回路２５、２６から入力される差分信号に基づいて、パルス信号のデューティ比を調整する。かかる調整は、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御により行われる。アクチュエータ駆動回路８は、入力されたＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向のパルス信号（制御信号）をそれぞれ積分してアナログの駆動信号を生成し、生成したＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号（電流信号）を、それぞれ、ミラーアクチュエータ１００のパンコイル１２３およびチルトコイル１１３に供給する。これにより、図１０を参照して説明したように、ＰＳＤ３１５のサーボ光の照射位置が目標軌道を追従するように、ミラーアクチュエータ１００が制御される。
【００８１】
比較回路２９は、減算回路２５からの差分信号と閾値Ｖｓｈｘとを比較し、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路１１に出力する。また、比較回路２９は、減算回路２５からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘを超えた後、再度、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘ以下になったときに、ＰＩＤ制御回路２７にリセット信号を出力する。このリセット信号により、ＰＩＤ制御回路２７は、ＰＩＤ制御における積分項と微分項がクリアされる。
【００８２】
比較回路３０は、減算回路２６からの差分信号と閾値Ｖｓｈｙとを比較し、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路１１に出力する。また、比較回路３０は、減算回路２６からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙを超えた後、再度、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙ以下になったときに、ＰＩＤ制御回路２８にリセット信号を出力する。このリセット信号により、ＰＩＤ制御回路２８は、ＰＩＤ制御における積分項と微分項がクリア（初期化）される。
【００８３】
なお、比較回路２９、３０からスイッチング回路１１にエラー信号が出力されると、スイッチング回路１１は、ミラーアクチュエータ１００に対するアクチュエータ駆動回路８からの駆動信号の供給を遮断する。ここで、比較回路２９のみからエラー信号が入力された場合には、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給が遮断され、チルトコイル１１３に対する駆動信号の供給は継続される。また、比較回路３０のみからエラー信号が入力された場合には、チルトコイル１１３に対する駆動信号の供給が遮断され、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給は継続される。
【００８４】
図１２（ｂ）は、サーボ動作時におけるサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御を示すフローチャートである。
【００８５】
制御タイミングになると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、減算回路２５、２６により差分信号が取得され（Ｓ１２）、取得された差分信号の絶対値が閾値ＶＳｈｘ、Ｖｓｈｙを超えたかが、比較回路２９、３０により判別される（Ｓ１３）。差分信号の絶対値が閾値ＶＳｈｘ、Ｖｓｈｙを超えると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、比較回路２９、３０からエラー信号が出力され、スイッチング回路１１により、対応するコイルに対する駆動信号の供給が遮断される。これにより、サーボがＯＦＦされる（Ｓ１４）。かかるサーボのＯＦＦは、対応する差分信号の絶対値が閾値（ＶＳｈｘまたはＶｓｈｙ）以下となるまで継続される（Ｓ１４、Ｓ１５）。
【００８６】
その後、対応する差分信号の絶対値が閾値（ＶＳｈｘまたはＶｓｈｙ）以下になると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＰＩＤ制御回路２８または３０にリセット信号が出力され、対応する
ＰＩＤ制御における積分項と微分項がクリア（初期化）される（Ｓ１６）。同時に、比較回路２９または３０からスイッチング回路１１に対するエラー信号の出力が停止され、対応するコイルに対する駆動信号の供給が再開される。こうしてサーボが再びＯＮされる（Ｓ１７）。
【００８７】
図１３は、スイッチング回路１１によるサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御の一例を示す図である。なお、同図には、Ｐａｎ方向におけるサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御が例示されている。
【００８８】
同図（ａ）は、減算回路２５から出力される差分信号の絶対値が示されている。同図中の各プロットは、各制御タイミングにおける差分信号の絶対値に対応している。同図（ｂ）は、スイッチング回路１１によるＰａｎ方向のサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御を示す。同図中、各プロットは、各制御タイミングにおいてＰａｎ方向の駆動信号がパンコイル１２３に供給されているか否かを示している。プロットがＯＮのレベルにあると、Ｐａｎ方向の駆動信号がパンコイル１２３に供給され、プロットがＯＦＦのレベルにあると、パンコイル１２３に対するＰａｎ方向の駆動信号の供給が遮断されている。
【００８９】
同図の例では、期間ＴＥにおいて、差分信号の絶対値が高くなっている。このように差分信号の絶対値が高くなる原因として、ＰＳＤ３１５に対する迷光の入射や、電気的なノイズ等が考えられる。この場合、差分信号Ｓａが閾値Ｖｓｈｘを超える。よって、このタイミングで、スイッチング回路１１にエラー信号が入力され、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給が遮断される。これにより、Ｐａｎ方向のサーボがＯＦＦとなる。Ｐａｎ方向のサーボのＯＦＦは、その後、５回の制御タイミングにおいて継続される。そして、差分信号Ｓｂが閾値Ｖｓｈｘ以下となるタイミングで、スイッチング回路１１に対するエラー信号の入力が停止され、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給が開始される。これにより、Ｐａｎ方向のサーボがＯＮとなる。Ｔｉｌｔ方向のサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御も、かかるＰａｎ方向のサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御と同様に行われる。
【００９０】
以上のように、本実施の形態では、減算回路２５からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘを超えると、スイッチング回路１１によって、Ｐａｎ方向のサーボがオフとされる。これにより、Ｐａｎ方向におけるミラー１５０の位置は、サーボがオフとされたタイミングの位置と略同じ位置に保持される。同様に、減算回路２６からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙを超えると、スイッチング回路１１によって、Ｔｉｌｔ方向のサーボがオフとされる。これにより、Ｔｉｌｔ方向におけるミラー１５０の位置は、サーボがオフとされたタイミングの位置と略同じ位置に保持される。
【００９１】
したがって、本実施の形態によれば、ＰＳＤ３１５に対する迷光の入射や、電気的なノイズ等によって、減算回路２５、２６からの差分信号が急峻に変化しても、これにサーボが追従することがない。よって、これらの現象が消滅した後に、ミラー１５０のサーボを、円滑かつ迅速に、復帰させることができる。
【００９２】
なお、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、少なくとも、ミラー１５０に対するサーボが適正に行われているときの差分信号の変動レンジよりも大きく設定される。たとえば、図１３（ａ）では、差分信号の変動レンジの２倍よりやや低く設定されている。この場合、変動レンジは、実験等によって確認される。そして、この変動レンジを若干上回る値に、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙが設定される。閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙが変動レンジをどの程度上回れば良いかは、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを変えながら測定を行うことによって、経験的に、設定される。
【００９３】
なお、走査用レーザ光の照射位置を、図８（ａ−２）の走査軌道Ｌａ１の終端から次の走査軌道Ｌａ２の始端へと移すような場合にも、図１０に示す目標軌道が設定され、上記
と同様、ミラーアクチュエータ１００にサーボが掛けられる。この場合、この目標軌道に対する目標軌道テーブル（図１２（ａ）参照）が、目標値生成回路２２に保持される。
【００９４】
ただし、この期間のサーボは、比較的ラフで良い。このため、この期間において、サーボ光をＰＳＤ３１５に照射しないときにＰＳＤ３１５から出力されるオフセット電流（暗電流）の計測が行われる場合がある。この場合、サーボ光が一時的に消灯され、この間、ミラーアクチュエータ１００に対するサーボがＯＦＦされる。暗電流の計測が終わると、再び、サーボ光が消灯されミラーアクチュエータ１００に対するサーボがＯＮされる。こうして、サーボが再開されたタイミングでは、その前にサーボのＯＦＦ期間があるために、減算回路２５、２６から出力される差分信号（絶対値）が、通常動作時に比べ大きくなる。したがって、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、この場合の差分信号の値よりも大きく設定する必要がある。
【００９５】
このように暗電流の計測を行う場合、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、暗電流の計測後にサーボを復帰させる直前の制御タイミングにおける差分信号の値（絶対値）を若干上回る値に設定され得る。閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、暗電流の計測を行う度に、設定し直しても良く、あるいは、実験等により想定され得る差分信号のレンジをもとに、固定的に設定されても良い。これらの場合も、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙがサーボ再開直前の差分信号の値（絶対値）をどの程度上回れば良いかは、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを変えながら測定を行うことによって、経験的に、設定される。たとえば、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、かかる差分信号の値（絶対値）の１．２倍程度に設定される。
【００９６】
なお、図８（ａ）に示す通常の走査（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）と、走査位置を次の走査ラインの開始位置へと移動させる間の走査とにおいて、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを変えても良い。たとえば、通常の走査時には、当該走査の際の差分信号の変動レンジに基づいて閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを設定し、走査位置を次の走査ラインの開始位置へと移動させる期間には、当該走査の際の差分信号の変動レンジ（暗電流の測定を行う場合は、サーボ再開直前の差分信号の値）に基づいて閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを設定するようにしても良い。
【００９７】
以上、本発明の実施の形態によれば、差分信号が閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを超える期間はサーボがＯＦＦとされるため、差分信号に迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、ミラー１５０が大きく振られることはない。よって、レーザ光を目標領域において適正に走査させることができる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、ミラーアクチュエータ１００に対するアクチュエータ駆動回路８からの駆動信号の入力が中止されると、入力中止前の位置に、ミラー１５０が保持されるため、上記のようにサーボをＯＦＦとするのみで、ミラー１５０をサーボＯＦＦ時の位置の近傍に保持しておくことができる。よって、サーボを再開したときに、ミラー１５０の位置がサーボ再開時の制御タイミングの位置から大きくずれることがなく、よって、サーボ再開時に、円滑かつ迅速に、サーボを復帰させることができる。
【００９９】
さらに、本実施の形態によれば、サーボ再開時の制御が、ＰＩＤ制御の積分項と微分項を初期化した状態で実行されるため、積分項と微分項に迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれた状態でＰＩＤ制御が再開されるのを回避することができる。よって、サーボ再開後のサーボ動作を適正かつ精度良く行うことができる。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【０１０１】
たとえば、上記実施の形態では、差分信号の値が閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを超える期間において、アクチュエータ駆動回路８からの駆動信号を、スイッチング回路１１により遮断するようにしたが、スイッチング回路１１を設けずに、図１１のＰＩＤ制御回路２７または２８から出力されるパルス信号のデューティ比を、この期間において、５０％になるように制御しても良い。こうすると、アクチュエータ駆動回路８から出力されるＰａｎ方向またはチルト方向の駆動信号がゼロとなるため、ミラーアクチュエータ１００は対応する方向に駆動されず、上記実施の形態と同様の動作が実現される。
【０１０２】
また、上記実施の形態では、差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを超える場合にサーボをＯＦＦにするようにしたが、たとえば、差分信号の絶対値の急激な変化点を検出することに応じて、サーボをＯＦＦするようにしても良い。たとえば、制御タイミング毎に、差分信号の絶対値の傾きを求め、この傾きが、正の方向において、所定の値を超える（差分信号の絶対値が急激に大きくなる）とサーボをＯＦＦし、その後、この傾きが、負の方向において、所定の値を超える（差分信号の絶対値が急激に小さくなる）とサーボを再びＯＮにする。ここで、傾きは、たとえば、傾きを求める制御タイミングの差分信号の絶対値から、それより一つ前の制御タイミングにおける差分信号の絶対値を減算したときの差分値とされる。このように制御しても、上記実施の形態のように閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙをもとに制御する場合と略同様の効果が実現される。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、チルトコイル１１３とパンコイル１２３に対する通電を停止させるとミラー１５０が通電停止時の位置に保持されるように、ミラーアクチュエータ１００が構成されたが、たとえば、チルトコイル１１３とパンコイル１２３に対する通電を停止させるとミラー１５０が、バネ等の付勢によって原点位置に復帰するようミラーアクチュエータ１００が構成される場合にも、本発明を適用可能である。この場合、上記差分信号に基づくサーボはＯＦＦとされ、サーボＯＦＦ期間には、対応するコイルに、サーボがＯＦＦとされる直前の駆動信号が印加され続ける。こうすると、ミラー１５０を、サーボがＯＦＦされる直前の位置に保持することができ、再びサーボがＯＮされたときに、迅速かつ円滑に、サーボを復帰させることができる。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、サーボ光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。
【０１０５】
また、上記実施の形態では、透過板２００を用いてサーボ光の進行方向を変化させるようにしたが、透過板２００に替えてサーボ用のミラーをミラーアクチュエータ１００のパンフレーム１２１に装着し、かかるサーボ用のミラーによってサーボ光を反射させることによりサーボ光の進行方向を変化させるようにしても良い。この他、パンフレーム１２１にサーボ光を発光する光源を配置するようにしても良い。
【０１０６】
なお、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ＰＳＤ３１５を用いたが、これに替えて、４分割センサを用いることもできる。
【０１０７】
図１４は、サーボ光を受光する光検出器として４分割センサ３２０を用いる場合の構成を示す図である。サーボ光は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、４分割センサ３２０の中央位置に照射される。サーボ光が４分割センサ３２０に照射されると、各センサは、図示の如く、電流信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を出力する。
【０１０８】
電流信号Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５に出力された後、上記実施の形態と同様の信号処理がなされる。すなわち、電流信号Ｓ１〜Ｓ４は、まず、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５によって電圧信号に変換され、電圧信号Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｖ３、Ｓｖ４となる。続いて、位置信号生成回路６は、電圧信号Ｓｖ１〜Ｓｖ４に基づき、サーボ光のＸ方
向の入射位置ｘとＹ方向の入射位置ｙを、たとえば次式によって求める。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】
こうして得られたサーボ光の入射位置を示す位置信号が、マイコン７に出力される。マイコン７は、かかる位置信号に基づき、後段のアクチュエータ駆動回路８と、サーボレーザ駆動回路９と、走査レーザ駆動回路１０を制御する。
【０１１１】
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。
【符号の説明】
【０１１２】
１ … サーボ光学系
７ … マイコン（制御回路）
８ … アクチュエータ駆動回路（制御回路）
１１ … スイッチング回路（制御回路）
１００ … ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
１１０ … チルトユニット（支持部）
１２０ … パンユニット（支持部）
１２２ａ … バランサ
１３０ … マグネットユニット（固定部）
１４０ … ヨークユニット（固定部）
１５０ … ミラー
２００ … 透過板（サーボ光学系）
３１０ … 半導体レーザ（サーボ光学系）
３１５ … ＰＳＤ（光検出器）
３２０ … ４分割センサ（光検出器）
４０１ … レーザ光源
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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する。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が検出される。
【０００３】
目標領域においてレーザ光をスキャンさせるための構成として、ミラーを２軸駆動する構成を用いることができる（特許文献１）。このスキャン機構では、レーザ光を水平方向斜めからミラーに入射させる。ミラーを水平方向と鉛直方向に２軸駆動することにより、レーザ光が目標領域を走査する。
【０００４】
ミラーの駆動制御は、たとえば、レーザ光の動きを反映したサーボ光を、ＰＳＤ（PositionSensitive Detector）等の光検出器で受光することによって行われる。この場合、予め設定された理想の受光位置とサーボ光の実際の受光位置とが比較され、両者の差分に応じて、ミラーが２軸駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記スキャン機構において、ＰＳＤ等の光検出器にサーボ光以外の光（迷光）が入射し、あるいは、光検出器からの検出信号に大きな電気的ノイズが重畳されると、検出信号に基づいて検出されるサーボ光の受光位置が、正規の位置から大きくずれることが起こり得る。この場合、このように検出された受光位置と理想の受光位置との差分に基づいてミラーが駆動されると、ミラーが、不所望な位置に大きく振られる惧れがある。こうなると、目標領域において、レーザ光の照射位置が正規の位置から大きく外れ、レーザレーダの検出精度が劣化する。
【０００７】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、光検出器からの信号に基づいて検出されたサーボ光の受光位置と理想の受光位置との差分に、迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、適正に、レーザ光を目標領域において走査させ得るビーム照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、目標領域において前記レーザ光を走査させるアクチュエータと、前記目標領域における前記レーザ光の走査
に伴ってサーボ光の進行方向を変化させるサーボ光学系と、前記サーボ光を受光して受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、前記検出信号に基づいて取得された前記サーボ光の前記受光位置と、理想の受光位置との差分に基づいて、前記レーザ光が前記目標領域上の目標軌道を追従するよう、前記アクチュエータを制御する制御回路とを備える。前記制御回路は、前記差分に外乱成分が含まれるエラー期間を検出し、検出した前記エラー期間において、前記差分に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を停止させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光検出器からの信号に基づいて検出されたサーボ光の受光位置と理想の受光位置との差分に、迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、適正に、レーザ光を目標領域において走査させ得るビーム照射装置を提供することができる。
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るミラーアクチュエータの分解斜視図を示す図である。
【図２】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組立過程を示す図である。
【図３】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組立過程を示す図である。
【図４】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図５】実施の形態に係るビーム照射装置の光学系を示す図である。
【図６】実施の形態に係るＰＳＤの構成を示す図である。
【図７】実施の形態に係る位置検出信号の生成方法を説明する図である。
【図８】実施の形態に係るミラーの駆動状態と目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ上におけるサーボ光の軌道との関係を示す図である。
【図９】実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。
【図１０】実施の形態に係るミラーアクチュエータの制御方法を説明する図である。
【図１１】実施の形態に係るマイコンの要部構成を示す図である。
【図１２】実施の形態に係る目標軌道テーブルの構成および制御動作フローを示す図である。
【図１３】実施の形態に係るミラーアクチュエータのサーボ動作例を示す図である。
【図１４】実施の形態の変更例に係る光検出器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００の分解斜視図である。
【００１３】
ミラーアクチュエータ１００は、チルトユニット１１０と、パンユニット１２０と、マグネットユニット１３０と、ヨークユニット１４０と、ミラー１５０と、透過板２００とを備えている。
【００１４】
チルトユニット１１０は、支軸１１１と、チルトフレーム１１２と、２つのチルトコイル１１３とを備えている。支軸１１１には、両端部近傍に２つの溝１１１ａが形成されている。
【００１５】
チルトフレーム１１２には、左右に、チルトコイル１１３を装着するためのコイル装着部１１２ａが形成されている。チルトフレーム１１２には、支軸１１１が嵌め込まれる溝１１２ｂが形成され、さらに、上下に並ぶ２つの孔１１２ｃが形成されている。
【００１６】
支軸１１１は、両端に軸受け１１６ａ、１１６ｂ、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂ、ポリスライダーワッシャ１１８が取り付けられた状態で、チルトフレーム１１２に形成された溝１１２ｂに嵌め込まれ、接着固定される。さらに、２つの孔１１２ｃに、それぞれ、上下から軸受け１１２ｄが嵌め込まれる。これにより、図２（ａ）に示すように、チルトユニット１１０の組み立てが完了する。
【００１７】
完成したチルトユニット１１０には、後述の如くして、パンユニット１２０が装着される。その後、チルトユニット１１０は、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、ポリスライダーワッシャ１１８と、軸固定部材１４２を用いて、後述の如く、ヨーク１４１に取り付けられる。
【００１８】
図１に戻り、パンユニット１２０は、パンフレーム１２１と、支軸１２２と、パンコイル１２３を備えている。パンフレーム１２１には、凹部１２１ａを挟んで上板部１２１ｂと下板部１２１ｃが形成されている。これら上板部１２１ｂと下板部１２１ｃには、支軸１２２を通すための孔１２１ｄが上下に並ぶように形成されている。また、上板部１２１ｂと下板部１２１ｃの前面には、ミラー１５０を嵌め込むための段部１２１ｅが形成されている。さらに、下板部１２１ｃからは、下方向に足部１２１ｆが形成され、この足部１２１ｆに、透過板２００を嵌め込むための凹部１２１ｇが形成されている。なお、パンフレーム１２１の背面には、パンコイル１２３を装着するためのコイル装着部（図示せず）が形成されている。支軸１２２の上端には、バランサ１２２ａが装着されている。
【００１９】
マグネットユニット１３０は、フレーム１３１と、２つのパンマグネット１３３と、８つのチルトマグネット１３２とを備えている。フレーム１３１は、前側に凹部１３１ａを有する形状となっている。フレーム１３１の上板部１３１ｂには、前後方向に、２つの切り欠き１３１ｃが形成され、さらに、中央に、ネジ穴１３１ｄが形成されている。８つのチルトマグネット１３２は、フレーム１３１の左右の内側面に、上下２段に分けて装着されている。また、２つのパンマグネット１３３は、図示の如く、フレーム１３１の内側面に、前後方向に傾くように装着されている。
【００２０】
ヨークユニット１４０は、ヨーク１４１と、軸固定部材１４２を備えている。ヨーク１４１は、磁性部材からなっている。ヨーク１４１には、左右に壁部１４１ａが形成され、これら壁部１４１ａの下端には、チルトユニット１１０の支軸１１１を装着するための凹部１４１ｂが形成されている。ヨーク１４１の上部には上下に貫通する２つのネジ穴１４１ｃが形成され、さらに、マグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに対応する位置に、孔１４１ｄが形成されている。２つの壁部１４１ａの内側面間の距離は、支軸１１１の２つの溝１１１ａ間の距離よりも大きくなっている。
【００２１】
軸固定部材１４２は、可撓性を有する金属性の薄板部材である。軸固定部材１４２の前側には、板ばね部１４２ａ、１４２ｂが形成され、これら板ばね部１４２ａ、１４２ｂの下端には、それぞれ、チルトユニット１１０の軸受け１１６ａ、１１６ｂの脱落を規制するための受け部１４２ｃ、１４２ｄが形成されている。また、軸固定部材１４２の上板部には、ヨーク１４１側の２つのネジ穴１４１ｃに対応する位置にそれぞれ孔１４２ｅが形成され、さらに、ヨーク１４１側の孔１４１ｄに対応する位置に孔１４２ｆが形成されている。
【００２２】
ミラーアクチュエータ１００の組み立て時には、上記の如くして、図２（ａ）に示すチルトユニット１１０が組み立てられた後、以下のようにして、パンユニット１２０がチルトユニット１１０に装着される。
【００２３】
まず、チルトフレーム１１２がパンフレーム１２１の凹部１２１ａ内に収容され、チル
トフレーム１１２の孔１１２ｃに装着された２つ軸受け１１２ｄとパンフレーム１２１の孔１２１ｄとが上下に並ぶように、パンフレーム１２１が位置づけられる。このとき、上側の軸受け１１２ｄと上板部１２１ｂとの間に、ポリスライダーワッシャ１１２ｅが介挿される。そして、その状態で、２つ軸受け１１２ｄとパンフレーム１２１の孔１２１ｄに支軸１２２が通され、支軸１２２がパンフレーム１２１に接着剤により固定される。
【００２４】
しかる後、パンフレーム１２１の背面にパンコイル１２３が装着される。さらに、パンフレーム１２１の凹部１２１ｇに透過板２００を嵌め込み、透過板固定金具２０１で透過板２００をパンフレーム１２１の足部１２１ｆに固定する。これにより、図２（ｂ）に示すように、パンユニット１２０がチルトユニット１１０に装着される。この状態で、パンフレーム１２１は、支軸１２２の周りに回動可能となり、また、支軸１２２に沿って上下に僅かに移動可能となる。
【００２５】
こうしてパンユニット１２０が装着された後、パンフレーム１２１の段部１２１ｅにミラー１５０が嵌め込まれて固定される。その後、チルトユニット１１０の支軸１１１の両端に装着された軸受け１１６ａ、１１６ｂを、図１に示すヨーク１４１の凹部１４１ｂ、１４１ｂに嵌め込む。そして、この状態で、軸受け１１６ａ、１１６ｂが凹部１４１ｂ、１４１ｂから脱落しないように、軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。すなわち、受け部１４２ｃが軸受け１１６ａを下から支え、且つ、受け部１４２ｄが軸受け１１６ｂを前方から挟むようにして軸固定部材１４２をヨーク１４１に装着する。この状態で、軸固定部材１４２の２つの孔１４２ｅを介して２つのネジ１４３をヨーク１４１のネジ穴１４１ｃに螺着する。これにより、図２（ｂ）に示す構成体がヨークユニット１４０に装着される。
【００２６】
こうして、図３（ａ）に示す構成体が完成する。この状態で、チルトフレーム１１２は、パンフレーム１２１と一体的に、支軸１１１の周りに回動可能となり、また、支軸１１１に沿って左右に僅かに移動可能となる。なお、支軸１１１の両端は、上記の如く、軸固定部材１４２によって、弾性変位可能に、ヨーク１４１の凹部１４１ｂに取り付けられている。
【００２７】
こうして組み立てられた図３（ａ）の構成体は、ヨーク１４１の２つの壁部１４１ａが、それぞれ、マグネットユニット１３０側のフレーム１３１の切り欠き１３１ｃに挿入されるようにして、マグネットユニット１３０に装着される。そして、この状態で、軸固定部材１４２の孔１４２ｆを介して、ネジ１４４が、ヨーク１４１の孔１４１ｄとマグネットユニット１３０のネジ穴１３１ｄに螺着される。これにより、図３に示す構成体が、マグネットユニット１３０に固着される。こうして、図３（ｂ）に示すように、ミラーアクチュエータ１００の組み立てが完了する。
【００２８】
図３（ｂ）に示す組み立て状態において、パンフレーム１２１が支軸１２２を軸として回動すると、これに伴ってミラー１５０が回動する。また、チルトフレーム１１２が支軸１１１を軸として回動すると、これに伴ってパンユニット１２０が回動し、パンユニット１２０と一体的にミラー１５０が回動する。このように、ミラー１５０は、互いに直交する支軸１１１によって回動可能に支持され、チルトコイル１１３およびパンコイル１２３への通電によって、支軸１１１の周りに回動する。このとき、パンユニット１２０に装着された透過板２００も、ミラー１５０の回動に伴って回動する。
【００２９】
なお、バランサ１２２ａは、図２（ｂ）に示す構成体が、支軸１１１を軸として回動するとき、かかる回動がバランス良く行われるよう調整するためのものである。かかる回動のバランスは、バランサ１２２ａの重さによって調整される。この他、バランサ１２２ａが上下に変位可能であれば、下方向の位置を微調整することにより、回動のバランスを調
整可能である。
【００３０】
図３（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のチルトマグネット１３２は、チルトコイル１１３に電流を印加することにより、チルトフレーム１１２に支軸１１１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、チルトコイル１１３に電流を印加すると、チルトコイル１１３に生じる電磁駆動力によって、チルトフレーム１１２が、支軸１１１を軸として回動し、これに伴って、ミラー１５０と透過板２００が回動する。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のパンマグネット１３３は、パンコイル１２３に電流を印加することにより、パンフレーム１２１に支軸１２２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、パンコイル１２３に電流を印加すると、パンコイル１２３に生じる電磁駆動力によって、パンフレーム１２１が、支軸１２２を軸として回動し、これに伴って、ミラー１５０と透過板２００が回動する。
【００３２】
なお、図２に示す構成体は、支軸１２２の周りにおける重量バランスが取れるように各部の配置が調整されている。よって、パンコイル１２３に電流を印加してパンフレーム１２１を回動させた後、パンコイル１２３への電流印加を停止すると、パンフレーム１２１は、電流印加停止時の位置から慣性によりやや回転した位置に停止する。また、図２に示す構成体は、バランサ１２２ａによって、支軸１１１の周りにおける重量バランスが取れるように各部の配置が調整されている。よって、チルトコイル１１３に電流を印加してチルトフレーム１１２とパンフレーム１２１を一体的に回動させた後、チルトコイル１１３への電流印加を停止すると、チルトフレーム１１２とパンフレーム１２１は、電流印加停止時の位置から慣性によりやや回転した位置に停止する。
【００３３】
このように、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００では、チルトコイル１１３とパンコイル１２３に電流を印加するとミラー１５０が回動し、電流の印加を停止すると、略その位置に、ミラー１５０が停止する。
【００３４】
ところで、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ１００では、支軸１１１が、左右方向に移動可能となっている。これにより、温度変化によってヨーク１４１が変形し、ヨーク１４１の２つの壁部１４１ａの傾き（開き具合）が変化しても、支軸１１１に対し左右方向に不所望な力が掛かることが防止され、支軸１１１を円滑に回動させることができる。同様の観点から、支軸１２２も上下方向に移動可能となっている。ミラーアクチュエータ１００が車載用のレーザレーダに搭載される場合には、特に、温度変化が大きいため、このように支軸１１１を移動可能にしておく必要がある。
【００３５】
しかし、このように支軸１１１が左右に移動可能になっていると、ミラー１５０の駆動時に、ミラー１５０の左右方向（パン方向）の回動に伴って、支軸１１１の端部が左右方向に移動して、軸受け１１６ａ、１１６ｂに衝突するとの問題が生じる。ミラーアクチュエータ１００がレーザレーダに搭載される場合、ミラー１５０が高速かつ短周期でパン方向に回動する。このため、ミラー１５０の駆動時には、短周期で軸受け１１６ａ、１１６ｂに対する支軸１１１の衝突が繰り返される。かかる衝突が繰り返されると、騒音が発生し、また、ミラーアクチュエータ１００の特性に劣化が生じる惧れもある。なお、支軸１２２は、重力により下方向の力を受けるため、このような衝突は起こりにくい。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、２つのＥリング１１７ａ、１１７ｂのうち、右側のＥリング１１７ａのみを磁性材料により形成し、左側のＥリング１１７ｂは、非磁性材料により形成されている。このように右側のＥリング１１７ａのみを磁性材料により形成すると、
このＥリング１１７ａとマグネットユニット１３０の右側のチルトマグネット１３２との間に磁力が生じ、この磁力により、支軸１１１が右方向に付勢される。この付勢によって、ポリスライダーワッシャ１１８がＥリング１１７ａに押されて、軸受け１１６ａに押し付けられる。これにより、ミラー１５０がパン方向に回動された際の、支軸１１１の左右の移動が抑制される。
【００３７】
なお、Ｅリング１１７ａと軸受け１１６ａとの間には、３枚のポリスライダーワッシャ１１８が配されているため、このように支軸１１１が付勢されても、支軸１１１は円滑に回動できる。よって、ミラー１５０の上下方向（チルト方向）の回動は、良好に行われ得る。
【００３８】
図４および図５は、上記ミラーアクチュエータ１００が配されたビーム照射装置の構成を示す図である。
【００３９】
図４は、走査光学系を示す図である。図中、５００は、ベースである。同図では、ベース５００の上面が水平になっている。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５０３ａが形成され、この開口５０３ａに透過板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。ミラーアクチュエータ１００は、図１に示す上下方向が、図４に示す鉛直方向となるように、ベース５００に装着される。
【００４０】
ベース５００の上面には、レーザ光源４０１と、ビーム整形用のレンズ４０２、４０３が配置されている。レーザ光源４０１は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の基板４０１ａに装着されている。
【００４１】
レーザ光源４０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）は、レンズ４０２、４０３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。レンズ４０２、４０３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１００ｍ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）になるよう設計されている。
【００４２】
レンズ４０２、４０３を透過した走査用レーザ光は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１５０に入射し、ミラー１５０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１５０が二軸駆動されることにより、走査用レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
【００４３】
ミラーアクチュエータ１００は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、レンズ４０３からの走査用レーザ光がミラー１５０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、走査用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１５０の位置をいう。
【００４４】
ベース５００の下面には、回路基板３００が配されている。さらに、ベース５００の裏面と側面にも回路基板３０１、３０２が配されている。
【００４５】
図５（ａ）は、ベース５００を裏面側から見たときの一部平面図である。同図（ａ）には、ベース５００の裏側に配されたサーボ光学系とその周辺の構成が示されている。
【００４６】
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３１０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３１０を挿入するようにして、半導体レーザ３１０が装着された回路基板３０１が壁５０１の外側面に装着されている。他方、壁５０２の近傍には、ＰＳＤ３１５が装着された回路基板３０２が装着されている。
【００４７】
ベース５００裏側の平面５０３には、取り付け具３１４によって集光レンズ３１１と、アパーチャ３１２と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３１３が装着されている。さらに、この平面５０３には上記開口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に装着された透過板２００がベース５００の裏側に突出している。ここで、透過板２００は、ミラーアクチュエータ１００のミラー１５０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３１０の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。
【００４８】
半導体レーザ３１０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３１１を透過した後、アパーチャ３１２によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３１３によって減光される。その後、サーボ光は、透過板２００に入射され、透過板２００によって屈折作用を受ける。しかる後、透過板２００を透過したサーボ光は、ＰＳＤ３１５によって受光され、ＰＳＤ３１５から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
【００４９】
図５（ｂ）は、透過板２００の回動位置とサーボ光の光路との関係を模式的に示す図である。なお、同図では、便宜上、図５（ａ）の透過板２００、半導体レーザ３１０、ＰＳＤ３１５のみが図示されている。
【００５０】
サーボ光は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透過板２００によって屈折され、ＰＳＤ３１５に受光される。ここで、透過板２００が破線の位置から破線矢印のように回動すると、サーボ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、ＰＳＤ３１５上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３１５にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透過板２００の回動位置を検出することができる。透過板２００の回動位置は、目標領域における走査用レーザ光の走査位置に対応する。よって、ＰＳＤ３１５からの信号をもとに目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出することができる。
【００５１】
図６（ａ）は、ＰＳＤ３１５の構成を示す図（側断面図）、図６（ｂ）はＰＳＤ３１５の受光面を示す図である。
【００５２】
図６（ａ）を参照して、ＰＳＤ３１５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、同図（ｂ）の横方向における光電流を出力するための電極Ｘ１、Ｘ２と、縦方向における光電流を出力するための電極Ｙ１、Ｙ２（同図（ａ）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。
【００５３】
受光面にレーザ光が照射されると、照射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、レーザ光の照射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、受光面上における光の照射位置を検出することができる。
【００５４】
たとえば、図７の位置Ｐにサーボ光が照射されたとする。この場合、受光面のセンターを基準点とする位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される
電流量をそれぞれＩｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２、Ｘ方向およびＹ方向における電極間の距離をＬｘ、Ｌｙとすると、たとえば、以下の式によって算出される。
【００５５】
【数１】
図８は、ミラーの駆動状態と目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ上におけるサーボ光の軌道との関係を模式的に示す図である。なお、本実施の形態では、走査用レーザ光の走査は、目標領域において水平方向に伸びた３つの走査軌道に沿って行われる。以下では、支軸１１１を軸とするミラー１５０の回動方向をＰａｎ方向といい、支軸１２２を軸とするミラー１５０の回動方向をＴｉｌｔ方向という。
【００５６】
各図の中段のラインは、ミラー１５０を、中立位置から水平方向にのみ回動させた場合を示している。また、図中の破線は、Ｐａｎ方向のミラーの回動位置が中立位置と同じ位置にある場合を示している。各図の中段のラインよりも上の領域では、ミラー１５０が水平方向よりも上を向いており、中段のラインよりも下の領域では、ミラー１５０が水平方向よりも下を向いている。
【００５７】
たとえば、同図（ｂ−１）のように、Ｔｉｌｔ方向の角度がＬｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３に固定された状態で、ミラー１５０をＰａｎ方向に回動させると、目標領域における走査用レーザ光の軌道（以下、「走査軌道」という）は、角度Ｌｂ１〜Ｌｂ３に対応して、同図（ａ−１）中のＬａ１〜Ｌａ３のようになる。また、このようにミラー１５０が駆動されると、ＰＳＤ３１５の受光面上におけるサーボ光の軌道（以下、「照射軌道」という）は、角度Ｌｂ１〜Ｌｂ３に対応して、同図（ｃ−１）中のＬｃ１〜Ｌｃ３のようになる。
【００５８】
同図（ａ−１）のように走査軌道Ｌａ１、Ｌａ３が曲線状になると、目標領域内における障害物の検出精度が低下する惧れがある。目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ−２）に示すように、それぞれ、水平方向に直線状になるのが望ましい。
【００５９】
このように走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３を水平方向に直線状とするには、ミラー１５０を、同図（ｂ−２）に示すように駆動する必要がある。すなわち、Ｐａｎ方向の回動に伴い、ミラー１５０を、Ｔｉｌｔ方向にも駆動する必要がある。この場合、ＰＳＤ３１５上における照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３は、同図（ｃ−２）のようになる。
【００６０】
換言すれば、ＰＳＤ３１５上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｃ−２）に示す照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を追従するように、ミラーアクチュエータ１００を制御することで、目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ−２）に示す如く水平方向に直線状となる。
【００６１】
本実施の形態では、ＰＳＤ３１５上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｃ−２）に示す照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を追従するように、ミラーアクチュエータ１００が制御される。この制御によって、ミラー１５０は、同図（ｂ−２）のように、Ｐａｎ方向とＴｉｌｔ方向に駆動される。
【００６２】
図９は、本実施の形態に係るビーム照射装置の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、図５（ａ）に示すサーボ光学系１の主要な構成が示されている。
【００６３】
図示の如く、ビーム照射装置は、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５と、位置信号生成回路６と、マイコン７と、アクチュエータ駆動回路８と、サーボレーザ駆動回路９と、走査レーザ駆動回路１０、スイッチング回路１１とを備えている。
【００６４】
サーボ光学系１において、半導体レーザ３１０から出射されたサーボ光は、上記の如く、透過板２００によって屈折された後、ＰＳＤ３１５の受光面に入射される。これにより、サーボ光の照射位置に応じた電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２（図５中の電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号）がＰＳＤ３１５から出力され、それぞれ、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５に入力される。
【００６５】
Ｉ／Ｖ変換回路２〜５は、電極Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２から出力される電流信号Ｉｘ１、Ｉｘ２、Ｉｙ１、Ｉｙ２を電圧信号に変換し、位置信号生成回路６に出力する。位置信号生成回路６は、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５から出力される電圧信号をデジタル信号に変換し、さらに、図５を参照して説明した式（１）、（２）に基づき、Ｘ軸およびＹ軸方向の照射位置を示す信号を生成する。かかる照射位置信号は、マイコン７に出力される。
【００６６】
マイコン７は、位置信号生成回路６から出力される信号に基づき、目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御や、半導体レーザ３１０とレーザ光源４０１の駆動制御等を実行する。
【００６７】
すなわち、マイコン７は、走査位置が所定の位置に到達したタイミングで、パルス駆動信号を、走査レーザ駆動回路１０に出力する。これにより、レーザ光源４０１がパルス発光され、目標領域にレーザ光が照射される。
【００６８】
また、マイコン７は、走査位置を所期の軌道に追従させるためのサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を、アクチュエータ駆動回路８に出力する。これを受けてアクチュエータ駆動回路８はミラーアクチュエータ１００を駆動し、走査用レーザ光が所期の軌道に追従するよう目標領域を走査する。さらに、マイコン７は、サーボレーザ駆動回路９に制御信号を出力する。これにより、サーボ光学系１内の半導体レーザ３１０が、一定パワーレベルにて発光される。
【００６９】
本実施の形態では、一定周期Ｔ毎に、ミラーアクチュエータ１００の制御が行われる。マイコン７には、各制御タイミングにおけるＰＳＤ３１５上の理想の照射位置（以下、「目標照射位置」という）が保持されている。かかる目標照射位置は、走査用レーザ光が適正な走査軌道上に沿って水平方向に走査されるときのサーボ光の照射軌道（図８（ｃ−２）参照）上に位置している。マイコン７は、かかる照射軌道に沿ってサーボ光の照射位置が進むよう、ミラーアクチュエータ１００を駆動する。
【００７０】
図１０は、ミラーアクチュエータ１００の制御方法を説明する図である。図中、Ｐｎ〜Ｐｎ＋２は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋２における目標照射位置であり、Ｑｎ〜Ｑｎ＋２は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋２におけるサーボ光の実際の照射位置である。
【００７１】
ある制御タイミングｔｎにおけるサーボ光の実際の照射位置Ｑｎが、目標照射位置ＰｎからＸ軸方向にＸｎ、Ｙ軸方向にＹｎずれていると、マイコン７は、ずれ量Ｘｎ、Ｙｎに基づき、次の制御タイミングにおいて照射位置Ｑｎ＋１を目標照射位置Ｐｎ＋１により接近させるためのＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路８に出力する。同様に、制御タイミングｔｎ＋１において、マイコン７は、ずれ量Ｘｎ＋１、Ｙｎ＋１に基づいてＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成し、生成した制御信号をアクチュエータ駆動回路８に出力する。
【００７２】
このように、マイコン７は、制御タイミングごとに、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号を生成して、アクチュエータ駆動回路８に出力する。アクチュエータ駆動回路８は、入力されたＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号に応じて、ミラー１５０を、Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向に駆動する。これにより、ミラー１５０は、図８（ｂ−２）のように駆動される。
【００７３】
なお、本実施の形態では、図９に示す如く、アクチュエータ駆動回路８からの駆動信号が、スイッチング回路１１を介して、ミラーアクチュエータ１００に供給される。スイッチング回路１１は、マイコン７からの制御信号に応じて、アクチュエータ駆動回路８からの駆動信号をミラーアクチュエータ１００に供給し、あるいは、ミラーアクチュエータ１００に対する駆動信号の供給を遮断する。
【００７４】
図１１は、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御に関するマイコン７内の構成を示す図である。
【００７５】
図示の如く、マイコン７は、状態管理部２１と、目標値生成回路２２と、バッファ２３、２４と、減算回路２５、２６と、ＰＩＤ制御回路２７、２８と、比較回路２９、３０とを備える。
【００７６】
状態管理部２１は、タイマ２１ａと、ステップカウンタ２１ｂを含んでいる。ステップカウンタ２１ｂは、タイマ２１ａが１００μｓｅｃを計測するごとに、目標値生成回路２２に、制御タイミングを規定する信号を出力する。
【００７７】
目標値生成回路２２は、図１２（ａ）に示す目標軌道テーブルを有している。かかる目標軌道テーブルには、各制御タイミングにおけるＸ軸方向およびＹ軸方向の目標照射位置が格納されている。目標軌道テーブルは、図８（ｃ−２）の３つの目標軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３について準備されている。目標値生成回路２２は、ステップカウンタ２１ｂから指定された各制御タイミングにおけるＸ軸方向およびＹ軸方向の目標照射位置を、それぞれ、目標軌道テーブルから読み出してバッファ２３、２４に出力する。
【００７８】
バッファ２３、２４は、それぞれ、目標値生成回路２２から出力されるＸ軸方向およびＹ軸方向の目標照射位置を格納する。減算回路２５は、バッファ２３から読み出したＸ軸方向の目標照射位置から、位置信号生成回路６から出力されるＸ軸方向の照射位置を減算した差分信号を、ＰＩＤ制御回路２７と比較回路２９に出力する。減算回路２６は、バッファ２４から読み出したＹ軸方向の目標照射位置から、位置信号生成回路６から出力されるＹ軸方向の照射位置を減算した差分信号を、ＰＩＤ制御回路２８と比較回路３０に出力する。
【００７９】
ＰＩＤ制御回路２７は、減算回路２５から出力される差分信号に基づいて、ＰＩＤ制御の演算により、ミラーアクチュエータ１００をＰａｎ方向に制御するための制御信号を生成する。かかるＰａｎ方向の制御信号は、アクチュエータ駆動回路８に出力される。ＰＩ
Ｄ制御回路２８は、減算回路２６から出力される差分信号に基づいて、ＰＩＤ制御の演算により、ミラーアクチュエータ１００をＴｉｌｔ方向に制御するための制御信号を生成する。
【００８０】
ＰＩＤ制御回路２７、２８からは、一定周期のパルス信号が出力される。ＰＩＤ制御回路２７、２８は、減算回路２５、２６から入力される差分信号に基づいて、パルス信号のデューティ比を調整する。かかる調整は、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御により行われる。アクチュエータ駆動回路８は、入力されたＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向のパルス信号（制御信号）をそれぞれ積分してアナログの駆動信号を生成し、生成したＰａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号（電流信号）を、それぞれ、ミラーアクチュエータ１００のパンコイル１２３およびチルトコイル１１３に供給する。これにより、図１０を参照して説明したように、ＰＳＤ３１５のサーボ光の照射位置が目標軌道を追従するように、ミラーアクチュエータ１００が制御される。
【００８１】
比較回路２９は、減算回路２５からの差分信号と閾値Ｖｓｈｘとを比較し、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路１１に出力する。また、比較回路２９は、減算回路２５からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘを超えた後、再度、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘ以下になったときに、ＰＩＤ制御回路２７にリセット信号を出力する。このリセット信号により、ＰＩＤ制御回路２７は、ＰＩＤ制御における積分項と微分項がクリアされる。
【００８２】
比較回路３０は、減算回路２６からの差分信号と閾値Ｖｓｈｙとを比較し、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路１１に出力する。また、比較回路３０は、減算回路２６からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙを超えた後、再度、この差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙ以下になったときに、ＰＩＤ制御回路２８にリセット信号を出力する。このリセット信号により、ＰＩＤ制御回路２８は、ＰＩＤ制御における積分項と微分項がクリア（初期化）される。
【００８３】
なお、比較回路２９、３０からスイッチング回路１１にエラー信号が出力されると、スイッチング回路１１は、ミラーアクチュエータ１００に対するアクチュエータ駆動回路８からの駆動信号の供給を遮断する。ここで、比較回路２９のみからエラー信号が入力された場合には、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給が遮断され、チルトコイル１１３に対する駆動信号の供給は継続される。また、比較回路３０のみからエラー信号が入力された場合には、チルトコイル１１３に対する駆動信号の供給が遮断され、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給は継続される。
【００８４】
図１２（ｂ）は、サーボ動作時におけるサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御を示すフローチャートである。
【００８５】
制御タイミングになると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、減算回路２５、２６により差分信号が取得され（Ｓ１２）、取得された差分信号の絶対値が閾値ＶＳｈｘ、Ｖｓｈｙを超えたかが、比較回路２９、３０により判別される（Ｓ１３）。差分信号の絶対値が閾値ＶＳｈｘ、Ｖｓｈｙを超えると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、比較回路２９、３０からエラー信号が出力され、スイッチング回路１１により、対応するコイルに対する駆動信号の供給が遮断される。これにより、サーボがＯＦＦされる（Ｓ１４）。かかるサーボのＯＦＦは、対応する差分信号の絶対値が閾値（ＶＳｈｘまたはＶｓｈｙ）以下となるまで継続される（Ｓ１４、Ｓ１５）。
【００８６】
その後、対応する差分信号の絶対値が閾値（ＶＳｈｘまたはＶｓｈｙ）以下になると（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＰＩＤ制御回路２８または３０にリセット信号が出力され、対応する
ＰＩＤ制御における積分項と微分項がクリア（初期化）される（Ｓ１６）。同時に、比較回路２９または３０からスイッチング回路１１に対するエラー信号の出力が停止され、対応するコイルに対する駆動信号の供給が再開される。こうしてサーボが再びＯＮされる（Ｓ１７）。
【００８７】
図１３は、スイッチング回路１１によるサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御の一例を示す図である。なお、同図には、Ｐａｎ方向におけるサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御が例示されている。
【００８８】
同図（ａ）は、減算回路２５から出力される差分信号の絶対値が示されている。同図中の各プロットは、各制御タイミングにおける差分信号の絶対値に対応している。同図（ｂ）は、スイッチング回路１１によるＰａｎ方向のサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御を示す。同図中、各プロットは、各制御タイミングにおいてＰａｎ方向の駆動信号がパンコイル１２３に供給されているか否かを示している。プロットがＯＮのレベルにあると、Ｐａｎ方向の駆動信号がパンコイル１２３に供給され、プロットがＯＦＦのレベルにあると、パンコイル１２３に対するＰａｎ方向の駆動信号の供給が遮断されている。
【００８９】
同図の例では、期間ＴＥにおいて、差分信号の絶対値が高くなっている。このように差分信号の絶対値が高くなる原因として、ＰＳＤ３１５に対する迷光の入射や、電気的なノイズ等が考えられる。この場合、差分信号Ｓａが閾値Ｖｓｈｘを超える。よって、このタイミングで、スイッチング回路１１にエラー信号が入力され、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給が遮断される。これにより、Ｐａｎ方向のサーボがＯＦＦとなる。Ｐａｎ方向のサーボのＯＦＦは、その後、５回の制御タイミングにおいて継続される。そして、差分信号Ｓｂが閾値Ｖｓｈｘ以下となるタイミングで、スイッチング回路１１に対するエラー信号の入力が停止され、パンコイル１２３に対する駆動信号の供給が開始される。これにより、Ｐａｎ方向のサーボがＯＮとなる。Ｔｉｌｔ方向のサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御も、かかるＰａｎ方向のサーボのＯＮ／ＯＦＦ制御と同様に行われる。
【００９０】
以上のように、本実施の形態では、減算回路２５からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘを超えると、スイッチング回路１１によって、Ｐａｎ方向のサーボがオフとされる。これにより、Ｐａｎ方向におけるミラー１５０の位置は、サーボがオフとされたタイミングの位置と略同じ位置に保持される。同様に、減算回路２６からの差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｙを超えると、スイッチング回路１１によって、Ｔｉｌｔ方向のサーボがオフとされる。これにより、Ｔｉｌｔ方向におけるミラー１５０の位置は、サーボがオフとされたタイミングの位置と略同じ位置に保持される。
【００９１】
したがって、本実施の形態によれば、ＰＳＤ３１５に対する迷光の入射や、電気的なノイズ等によって、減算回路２５、２６からの差分信号が急峻に変化しても、これにサーボが追従することがない。よって、これらの現象が消滅した後に、ミラー１５０のサーボを、円滑かつ迅速に、復帰させることができる。
【００９２】
なお、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、少なくとも、ミラー１５０に対するサーボが適正に行われているときの差分信号の変動レンジよりも大きく設定される。たとえば、図１３（ａ）では、差分信号の変動レンジの２倍よりやや低く設定されている。この場合、変動レンジは、実験等によって確認される。そして、この変動レンジを若干上回る値に、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙが設定される。閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙが変動レンジをどの程度上回れば良いかは、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを変えながら測定を行うことによって、経験的に、設定される。
【００９３】
なお、走査用レーザ光の照射位置を、図８（ａ−２）の走査軌道Ｌａ１の終端から次の走査軌道Ｌａ２の始端へと移すような場合にも、図１０に示す目標軌道が設定され、上記
と同様、ミラーアクチュエータ１００にサーボが掛けられる。この場合、この目標軌道に対する目標軌道テーブル（図１２（ａ）参照）が、目標値生成回路２２に保持される。
【００９４】
ただし、この期間のサーボは、比較的ラフで良い。このため、この期間において、サーボ光をＰＳＤ３１５に照射しないときにＰＳＤ３１５から出力されるオフセット電流（暗電流）の計測が行われる場合がある。この場合、サーボ光が一時的に消灯され、この間、ミラーアクチュエータ１００に対するサーボがＯＦＦされる。暗電流の計測が終わると、再び、サーボ光が消灯されミラーアクチュエータ１００に対するサーボがＯＮされる。こうして、サーボが再開されたタイミングでは、その前にサーボのＯＦＦ期間があるために、減算回路２５、２６から出力される差分信号（絶対値）が、通常動作時に比べ大きくなる。したがって、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、この場合の差分信号の値よりも大きく設定する必要がある。
【００９５】
このように暗電流の計測を行う場合、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、暗電流の計測後にサーボを復帰させる直前の制御タイミングにおける差分信号の値（絶対値）を若干上回る値に設定され得る。閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、暗電流の計測を行う度に、設定し直しても良く、あるいは、実験等により想定され得る差分信号のレンジをもとに、固定的に設定されても良い。これらの場合も、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙがサーボ再開直前の差分信号の値（絶対値）をどの程度上回れば良いかは、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを変えながら測定を行うことによって、経験的に、設定される。たとえば、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙは、かかる差分信号の値（絶対値）の１．２倍程度に設定される。
【００９６】
なお、図８（ａ）に示す通常の走査（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）と、走査位置を次の走査ラインの開始位置へと移動させる間の走査とにおいて、閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを変えても良い。たとえば、通常の走査時には、当該走査の際の差分信号の変動レンジに基づいて閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを設定し、走査位置を次の走査ラインの開始位置へと移動させる期間には、当該走査の際の差分信号の変動レンジ（暗電流の測定を行う場合は、サーボ再開直前の差分信号の値）に基づいて閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを設定するようにしても良い。
【００９７】
以上、本発明の実施の形態によれば、差分信号が閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを超える期間はサーボがＯＦＦとされるため、差分信号に迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれる場合にも、ミラー１５０が大きく振られることはない。よって、レーザ光を目標領域において適正に走査させることができる。
【００９８】
また、本実施の形態によれば、ミラーアクチュエータ１００に対するアクチュエータ駆動回路８からの駆動信号の入力が中止されると、入力中止前の位置に、ミラー１５０が保持されるため、上記のようにサーボをＯＦＦとするのみで、ミラー１５０をサーボＯＦＦ時の位置の近傍に保持しておくことができる。よって、サーボを再開したときに、ミラー１５０の位置がサーボ再開時の制御タイミングの位置から大きくずれることがなく、よって、サーボ再開時に、円滑かつ迅速に、サーボを復帰させることができる。
【００９９】
さらに、本実施の形態によれば、サーボ再開時の制御が、ＰＩＤ制御の積分項と微分項を初期化した状態で実行されるため、積分項と微分項に迷光や電気的ノイズ等による外乱成分が含まれた状態でＰＩＤ制御が再開されるのを回避することができる。よって、サーボ再開後のサーボ動作を適正かつ精度良く行うことができる。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【０１０１】
たとえば、上記実施の形態では、差分信号の値が閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを超える期間において、アクチュエータ駆動回路８からの駆動信号を、スイッチング回路１１により遮断するようにしたが、スイッチング回路１１を設けずに、図１１のＰＩＤ制御回路２７または２８から出力されるパルス信号のデューティ比を、この期間において、５０％になるように制御しても良い。こうすると、アクチュエータ駆動回路８から出力されるＰａｎ方向またはチルト方向の駆動信号がゼロとなるため、ミラーアクチュエータ１００は対応する方向に駆動されず、上記実施の形態と同様の動作が実現される。
【０１０２】
また、上記実施の形態では、差分信号の絶対値が閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙを超える場合にサーボをＯＦＦにするようにしたが、たとえば、差分信号の絶対値の急激な変化点を検出することに応じて、サーボをＯＦＦするようにしても良い。たとえば、制御タイミング毎に、差分信号の絶対値の傾きを求め、この傾きが、正の方向において、所定の値を超える（差分信号の絶対値が急激に大きくなる）とサーボをＯＦＦし、その後、この傾きが、負の方向において、所定の値を超える（差分信号の絶対値が急激に小さくなる）とサーボを再びＯＮにする。ここで、傾きは、たとえば、傾きを求める制御タイミングの差分信号の絶対値から、それより一つ前の制御タイミングにおける差分信号の絶対値を減算したときの差分値とされる。このように制御しても、上記実施の形態のように閾値Ｖｓｈｘ、Ｖｓｈｙをもとに制御する場合と略同様の効果が実現される。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、チルトコイル１１３とパンコイル１２３に対する通電を停止させるとミラー１５０が通電停止時の位置に保持されるように、ミラーアクチュエータ１００が構成されたが、たとえば、チルトコイル１１３とパンコイル１２３に対する通電を停止させるとミラー１５０が、バネ等の付勢によって原点位置に復帰するようミラーアクチュエータ１００が構成される場合にも、本発明を適用可能である。この場合、上記差分信号に基づくサーボはＯＦＦとされ、サーボＯＦＦ期間には、対応するコイルに、サーボがＯＦＦとされる直前の駆動信号が印加され続ける。こうすると、ミラー１５０を、サーボがＯＦＦされる直前の位置に保持することができ、再びサーボがＯＮされたときに、迅速かつ円滑に、サーボを復帰させることができる。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、サーボ光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。
【０１０５】
また、上記実施の形態では、透過板２００を用いてサーボ光の進行方向を変化させるようにしたが、透過板２００に替えてサーボ用のミラーをミラーアクチュエータ１００のパンフレーム１２１に装着し、かかるサーボ用のミラーによってサーボ光を反射させることによりサーボ光の進行方向を変化させるようにしても良い。この他、パンフレーム１２１にサーボ光を発光する光源を配置するようにしても良い。
【０１０６】
なお、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ＰＳＤ３１５を用いたが、これに替えて、４分割センサを用いることもできる。
【０１０７】
図１４は、サーボ光を受光する光検出器として４分割センサ３２０を用いる場合の構成を示す図である。サーボ光は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、４分割センサ３２０の中央位置に照射される。サーボ光が４分割センサ３２０に照射されると、各センサは、図示の如く、電流信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を出力する。
【０１０８】
電流信号Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５に出力された後、上記実施の形態と同様の信号処理がなされる。すなわち、電流信号Ｓ１〜Ｓ４は、まず、Ｉ／Ｖ変換回路２〜５によって電圧信号に変換され、電圧信号Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｖ３、Ｓｖ４となる。続いて、位置信号生成回路６は、電圧信号Ｓｖ１〜Ｓｖ４に基づき、サーボ光のＸ方
向の入射位置ｘとＹ方向の入射位置ｙを、たとえば次式によって求める。
【０１０９】
【数２】
【０１１０】
こうして得られたサーボ光の入射位置を示す位置信号が、マイコン７に出力される。マイコン７は、かかる位置信号に基づき、後段のアクチュエータ駆動回路８と、サーボレーザ駆動回路９と、走査レーザ駆動回路１０を制御する。
【０１１１】
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。
【符号の説明】
【０１１２】
１ … サーボ光学系
７ … マイコン（制御回路）
８ … アクチュエータ駆動回路（制御回路）
１１ … スイッチング回路（制御回路）
１００ … ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
１１０ … チルトユニット（支持部）
１２０ … パンユニット（支持部）
１２２ａ … バランサ
１３０ … マグネットユニット（固定部）
１４０ … ヨークユニット（固定部）
１５０ … ミラー
２００ … 透過板（サーボ光学系）
３１０ … 半導体レーザ（サーボ光学系）
３１５ … ＰＳＤ（光検出器）
３２０ … ４分割センサ（光検出器）
４０１ … レーザ光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
目標領域において前記レーザ光を走査させるアクチュエータと、
前記目標領域における前記レーザ光の走査に伴ってサーボ光の進行方向を変化させるサーボ光学系と、
前記サーボ光を受光して受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、
前記検出信号に基づいて取得された前記サーボ光の前記受光位置と、理想の受光位置との差分に基づいて、前記レーザ光が前記目標領域上の目標軌道を追従するよう、前記アクチュエータを制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記差分に外乱成分が含まれるエラー期間を検出し、検出した前記エラー期間において、前記差分に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を停止させる、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のビーム照射装置において、
前記制御回路は、前記差分と閾値とを比較して前記エラー期間を検出する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のビーム照射装置において、
前記アクチュエータは、前記制御回路からの制御信号の入力が中止されると、中止前の位置に、前記アクチュエータの被駆動部の位置が保持される構成を備え、
前記制御回路は、前記エラー期間において、前記アクチュエータに対する前記制御信号の入力を中止する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項３に記載のビーム照射装置において、
前記アクチュエータは、前記レーザ光が入射されるミラーと、前記ミラーを第１の軸の周りに回動可能に支持する支持部と、前記支持部を前記第１の軸に垂直な第２の軸の周りに回動可能に支持する固定部と、前記制御回路からの制御信号の入力が中止されると、中止前の位置に、前記ミラーの位置を保持するためのバランサとを備える、
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に記載のビーム照射装置において、
前記制御回路は、前記エラー期間が終了すると、前記差分に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を再開させる、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項６】
請求項５に記載のビーム照射装置において、
前記制御回路は、前記差分を用いたＰＩＤ制御により前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を行い、前記エラー期間終了後の制御を、前記ＰＩＤ制御の積分項と微分項を初期化した状態で実行する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
目標領域において前記レーザ光を走査させるアクチュエータと、
前記目標領域における前記レーザ光の走査に伴ってサーボ光の進行方向を変化させるサーボ光学系と、
前記サーボ光を受光して受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、
前記検出信号に基づいて取得された前記サーボ光の前記受光位置と、理想の受光位置との差分に基づいて、前記レーザ光が前記目標領域上の目標軌道を追従するよう、前記アクチュエータを制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記差分に外乱成分が含まれるエラー期間を検出し、検出した前記エラー期間において、前記差分に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を停止させる、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のビーム照射装置において、
前記制御回路は、前記差分と閾値とを比較して前記エラー期間を検出する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のビーム照射装置において、
前記アクチュエータは、前記制御回路からの制御信号の入力が中止されると、中止前の位置に、前記アクチュエータの被駆動部の位置が保持される構成を備え、
前記制御回路は、前記エラー期間において、前記アクチュエータに対する前記制御信号の入力を中止する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項４】
請求項３に記載のビーム照射装置において、
前記アクチュエータは、前記レーザ光が入射されるミラーと、前記ミラーを第１の軸の周りに回動可能に支持する支持部と、前記支持部を前記第１の軸に垂直な第２の軸の周りに回動可能に支持する固定部と、前記制御回路からの制御信号の入力が中止されると、中止前の位置に、前記ミラーの位置を保持するためのバランサとを備える、
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に記載のビーム照射装置において、
前記制御回路は、前記エラー期間が終了すると、前記差分に応じて前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を再開させる、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項６】
請求項５に記載のビーム照射装置において、
前記制御回路は、前記差分を用いたＰＩＤ制御により前記レーザ光を前記目標軌道に追従させる制御を行い、前記エラー期間終了後の制御を、前記ＰＩＤ制御の積分項と微分項を初期化した状態で実行する、
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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２４７６１９（Ｐ２０１１−２４７６１９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８２１５（Ｐ２０１０−１１８２１５）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【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２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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