ビーム照射装置
【課題】光検出器上におけるサーボ光の理想軌道を線形に近づけることができ、且つ、サーボ光によるミラーの制御を円滑に行うことができるビーム照射装置を提供する。
【解決手段】ビーム照射装置は、走査用レーザ光を出射する走査用レーザ光源２０１と、サーボ光を出射する半導体レーザ３０１と、走査用レーザ光とサーボ光の進行方向を一致させるダイクロイックミラー４０１と、走査用レーザ光を走査させるミラー１５０と、サーボ光を分離するダイクロイックミラー４０２と、サーボ光を受光するＰＳＤ３１１と、ＰＳＤ３１１からの信号に基づいて位置検出信号を生成する位置信号生成回路８と、位置検出信号に基づいてミラー１５０を駆動するマイコン１２とを備える。走査用レーザ光とサーボ光がミラー１５０に入射するため、走査用レーザ光が目標領域を水平に走査すると、サーボ光はＰＳＤ３１１上を線形に走査する。
【解決手段】ビーム照射装置は、走査用レーザ光を出射する走査用レーザ光源２０１と、サーボ光を出射する半導体レーザ３０１と、走査用レーザ光とサーボ光の進行方向を一致させるダイクロイックミラー４０１と、走査用レーザ光を走査させるミラー１５０と、サーボ光を分離するダイクロイックミラー４０２と、サーボ光を受光するＰＳＤ３１１と、ＰＳＤ３１１からの信号に基づいて位置検出信号を生成する位置信号生成回路８と、位置検出信号に基づいてミラー１５０を駆動するマイコン１２とを備える。走査用レーザ光とサーボ光がミラー１５０に入射するため、走査用レーザ光が目標領域を水平に走査すると、サーボ光はＰＳＤ３１１上を線形に走査する。
【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、ミラーと一体的に駆動される透過板を介して、サーボ光をＰＳＤ（Position Sensitive 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２０１０−１７５８５６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、レーザ光を目標領域において水平に走査させる場合、ミラーは、水平方向のみならず鉛直方向にも回動される。このため、光検出器上におけるサーボ光の理想の受光位置の軌道（理想軌道）は、非線形な形状になり易い。このように理想軌道が非線形になると、理想軌道を規定するために、多数のテーブル値をメモリに保持しておく必要がある。また、多数のテーブル値に基づいて、サーボ光を理想の受光位置に近付けるよう制御するためには、複雑かつ頻繁な演算処理が必要となり、処理負担が大きくなってしまう。
【０００７】
かかる問題は、サーボ光の理想軌道を線形に近づけることにより解消できる。そのための方法として、目標領域に照射されるレーザ光の一部をビームスプリッタ等により分離し、分離されたレーザ光をサーボ光として用いる構成を採ることができる。しかしながら、レーザ光は、目標領域に連続的に照射されず、所定のタイミングで間欠的に照射される。このため、この構成では、光検出器に対するサーボ光の照射も間欠的なものとなる。ところが、目標領域におけるレーザ光の照射期間は、通常、極めて微小（数１０ｎｓｅc程度）に設定されるため、このように微小な期間しか発光されないレーザ光をサーボ光として利用して制御を行うのは、極めて困難である。さらに、この構成では、レーザ光の一部が
分離されるため、目標領域におけるレーザ光のパワーを損ねる惧れがある。
【０００８】
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、光検出器上におけるサーボ光の理想軌道を線形に近づけることができ、且つ、サーボ光によるミラーの制御を円滑に行うことができ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】
【０００９】
本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射する第１のレーザ光源と、サーボ光を出射する第２のレーザ光源と、前記レーザ光と前記サーボ光の進行方向を一致させる第１の光学素子と、前記第１の光学素子を経由した前記レーザ光および前記サーボ光が入射するともに、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、前記アクチュエータを経由した前記サーボ光を前記レーザ光から分離する第２の光学素子と、前記第２の光学素子によって分離された前記サーボ光を受光して受光位置に応じた第１の検出信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の検出信号に基づいて位置検出信号を生成する信号処理部と、前記位置検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光検出器上におけるサーボ光の理想軌道を線形に近づけることができ、且つ、サーボ光によるミラーの制御を円滑に行うことができるビーム照射装置を提供することができる。
【００１１】
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】
【００１２】
【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】実施の形態に係るノイズキャンセル回路の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態に係るノイズキャンセル回路の制御動作フローを示す図である。
【図１２】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１３】実施の形態の変更例に係るマイコンの補間制御処理フローを示す図である。
【図１４】実施の形態の変更例に係るビーム照射装置の回路とマイコンの構成を示す図である。
【図１５】実施の形態の変更例に係るマイコンの照射位置信号の生成および補間制御処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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を備えている。
【００１５】
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。これら溝１１１ａには、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂが嵌め込まれる。
【００１６】
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。また、チルトフレーム１１２には、支軸１１１を嵌め込むための溝１１２ｂと、上下に並ぶ２つの孔１１２ｃが形成されている。
【００１７】
支軸１１１は、両端に軸受け１１６ａ、１１６ｂ、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂおよび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、チルトフレーム１１２の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。なお、図２（ａ）には、支軸１１１に、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、３つのポリスライダーワッシャ１１８が装着された状態が示されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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が組み立てられる。その後、チルトフレーム１１２がパンフレーム１２１の凹部１２１ａ内に収容される。このとき、２つの軸受け１１２ｄおよび３つのポリスライダーワッシャ１１２ｅ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。そして、その状態で、２つの軸受け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。これにより、図２（ｂ）に示す構成体が形成される。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に嵌め込む。そして、この状態で、軸受け１１６ａ、１１６ｂが凹部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（ａ）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。
【００２９】
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が回動する。
【００３０】
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が回動する。
【００３１】
図４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。
【００３２】
図４において、５００は、光学系を支持するベースである。ベース５００の上面には、走査用レーザ光源２０１と、ビーム整形レンズ２０２と、半導体レーザ３０１と、集光レンズ３０２と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）３１１と、高速フォトダイオード３１２と、ダイクロイックミラー４０１、４０２とが配置されている。なお、集光レンズ３０２の後段には、アパーチャ３０３と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３０４（図４には図示せず）が配されている。
【００３３】
図５（ａ）は、ベース５００の一部上面図である。
【００３４】
図５（ａ）を参照して、走査用レーザ光源２０１は、９００ｎｍ程度の波長のレーザ光を出射する。走査用レーザ光源２０１は、ベース５００の上面に配された回路基板２０１ａに装着されている。また、走査用レーザ光源２０１は、光軸が水平方向と平行となるように配置されている。ビーム整形レンズ２０２は、走査用レーザ光源２０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）を所定の形状に整形する。
【００３５】
半導体レーザ３０１は、走査用レーザ光源２０１と異なる波長（たとえば、６５０ｎｍ程度）のレーザ光を出射する。半導体レーザ３０１は、ベース５００の上面に配された回路基板３０１ａに装着されている。また、半導体レーザ３０１は、光軸が水平方向と平行となるように配置されている。集光レンズ３０２は、半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）をＰＳＤ３１１の受光面上に収束させる。アパーチャ３０３は、サーボ光のビーム径を絞りこみ、ＮＤフィルタ３０４は、サーボ光を減光する。
【００３６】
ＰＳＤ３１１は、サーボ光の受光位置に応じた信号を出力する。ＰＳＤ３１１は、ベース５００の上面に配された回路基板３１１ａに装着されている。高速フォトダイオード３１２は、受光光量に応じた信号を出力する。高速フォトダイオード３１２は、ベース５００の上面に配された回路基板３１２ａに装着されている。高速フォトダイオード３１２は、ＰＳＤ３１１の横に並ぶように配置されている。
【００３７】
走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１は、それぞれの光軸が互いに直交するように配置されている。また、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の光軸が直交する位置に、ダイクロイックミラー４０１が配置されている。ダイクロイックミラー４０１は、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の光軸に対して、それぞれ、４５度傾いている。
【００３８】
ダイクロイックミラー４０１は、入射された光のうち、走査用レーザ光源２０１から出射されたレーザ光を透過し、半導体レーザ３０１から出射されたサーボ光を反射する。かかるダイクロイックミラー４０１の作用により、走査用レーザ光とサーボ光は、ダイクロイックミラー４０１を通ると、互いの光軸が整合される。ダイクロイックミラー４０２は、入射された光のうち、走査用レーザ光を透過し、サーボ光を反射する。これにより、サ
ーボ光が走査用レーザ光から分離される。分離されたサーボ光は、ＰＳＤ３１１に入射する。ＰＳＤ３１１の受光面は、ダイクロイックミラー４０２の受光面に対して、水平方向に４５度傾いている。
【００３９】
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、ダイクロイックミラー４０１を経由した走査用レーザ光およびサーボ光がミラー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、走査用レーザ光およびサーボ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。ミラー１５０が中立位置にあるとき、走査用レーザ光とサーボ光の光軸は、ダイクロイックミラー４０２の受光面に対して、４５度の角度を持つ。ミラーアクチュエータ１００によってミラー１５０が駆動されると、走査用レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。このとき、同時に、サーボ光がＰＳＤ３１１の受光面上を走査する。
【００４０】
図５（ｂ）は、ミラー１５０の回動位置とサーボ光の光路の関係を模式的に示す図、図５（ｃ）は、ミラー１５０の回動位置と走査用レーザ光の光路の関係を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）、（ｃ）では、便宜上、同図（ａ）のミラー１５０、走査用レーザ光源２０１、半導体レーザ３０１、ＰＳＤ３１１、ダイクロイックミラー４０１、４０２のみが図示されている。
【００４１】
図５（ｂ）を参照して、サーボ光は、２つのダイクロイックミラー４０１、４０２とミラー１５０によって反射され、ＰＳＤ３１１に受光される。ここで、ミラー１５０が破線の位置から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、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３１１にて検出されるサーボ光の受光位置によって、ミラー１５０の回動位置を検出することができる。
【００４２】
図５（ｃ）を参照して、走査用レーザ光は、ダイクロイックミラー４０１を透過し、ミラー１５０によって反射され、さらに、ダイクロイックミラー４０２を透過して、目標領域に照射される。ここで、ミラー１５０が破線の位置から矢印のように回動すると、走査用レーザ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、走査用レーザ光の進行方向が変化する。これにより、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】
ここで、ミラー１５０の回動位置と、目標領域における走査用レーザ光の走査位置は、一対一に対応する。また、ミラー１５０の回動位置とＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の照射位置も、１対１に対応する。よって、ＰＳＤ３１１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容易に検出することができる。
【００４４】
図６（ａ）は、ＰＳＤ３１１の構成を示す図（側断面図）、図６（ｂ）はＰＳＤ３１１の受光面を示す図である。
【００４５】
図６（ａ）を参照して、ＰＳＤ３１１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【数１】
【００４９】
図８は、ミラー１５０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ＰＳＤ３１１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。図８（ｂ）は、ミラー１５０の駆動状態を示し、図８（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の軌道を示す。なお、本実施の形態において、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１２２を軸とするミラー１５０の回動方向をＰａｎ方向といい、支軸１１１を軸とするミラー１５０の回動方向をＴｉｌｔ方向という。
【００５０】
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。
【００５１】
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）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。このため、目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ）に示すように、水平方向に直線状（線形）になるのが望ましい。
【００５２】
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）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。
【００５３】
本実施の形態では、走査用レーザ光の光軸とサーボ光の光軸が一致するため、走査用レーザ光とサーボ光が、ミラー１５０の駆動によって、同じ挙動を取る。このため、走査用レーザ光を同図（ａ）のように水平に走査させると、ＰＳＤ３１１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、同図（ｃ）中のＬｃ１〜Ｌｃ３のように直線状（線形）になる。
【００５４】
したがって、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｃ）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）に示す如く水平方向に直線状（線形）となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、走査用レーザ光の光軸とサーボ光の光軸とを一致させたが、ダイクロイックミラー４０１を通った後の走査用レーザ光の光軸とサーボ光の光軸が平行であれば、上記と同様、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の走査軌道を線形にすることができる。すなわち、ダイクロイックミラー４０１を通った後の走査用レーザ光と前記サーボ光の進行方向が一致していれば、走査用レーザ光を目標領域において水平に走査させたときのＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の走査軌道を線形にすることができる。
【００５６】
ところで、本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、ＰＳＤ３１１が、走査用レーザ光源２０１に対面するよう配置されているため、走査用レーザ光の一部が迷光となってＰＳＤ３１１に入射することが起こり得る。走査用レーザ光源２０１の発光強度（数１０Ｗ程度）は、ＰＳＤ３１１に入射する際のサーボ光の強度（数１０μＷ程度）に比べて顕著に大きいため、このように迷光がＰＳＤ３１１に入射すると、ＰＳＤ３１１から出力される信号が劣化する。また、このように迷光がＰＳＤ３１１に入射すると、ＰＳＤ３１１から高レベルの電流信号が出力され、この電流信号が後段側の回路に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００５７】
本実施の形態では、かかる迷光の影響を抑えるため、ＰＳＤ３１１に隣接した位置に、高速フォトダイオード３１２が配されている。高速フォトダイオード３１２を用いた迷光の影響を抑制するための構成については、図９および図１０を参照して説明する。
【００５８】
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）に示す走査用レーザ光とサーボ光のための光学系１が、その主要な構成とともに示されている。
【００５９】
図示の如く、ビーム照射装置は、ノイズキャンセル回路２と、Ｉ／Ｖ変換回路３〜７と、位置信号生成回路８と、マイコン１２と、走査レーザ駆動回路１３と、サーボレーザ駆動回路１４と、アクチュエータ駆動回路１５とを備えている。
【００６０】
半導体レーザ３０１から出射されたサーボ光は、上記の如く、ダイクロイックミラー４０１、４０２と、ミラー１５０によって反射された後、ＰＳＤ３１１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ＰＳＤ３１１から出力され、それぞれ、ノイズキャンセル回路２に入力される。
【００６１】
走査用レーザ光源２０１から出射された走査用レーザ光にかかる迷光が、高速フォトダイオード３１２に入射されると、迷光の光量に応じた電流信号が高速フォトダイオード３１２から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路３に入力される。
【００６２】
Ｉ／Ｖ変換回路３は、アナログ回路からなっており、高速フォトダイオード３１２から出力される電流信号を電圧信号（以下、「モニタ電圧信号」という）に変換し、ノイズキャンセル回路２に出力する。
【００６３】
ノイズキャンセル回路２は、Ｉ／Ｖ変換回路３から出力されるモニタ電圧信号を受信する。ノイズキャンセル回路２は、受信したモニタ電圧信号が、一定の閾値を超えると、ＰＳＤ３１１から出力される電流信号を遮断し、一定の閾値を超えない場合には、ＰＳＤ３
１１から出力される電流信号をＩ／Ｖ変換回路４〜７へ出力する。
【００６４】
Ｉ／Ｖ変換回路４〜７は、アナログ回路からなっており、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（以下、「位置電圧信号」という）に変換し、位置信号生成回路８に出力する。
【００６５】
位置信号生成回路８は、アナログ回路からなっており、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７から出力される位置電圧信号を図５で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、Ａ／Ｄ変換回路１０、１１に出力される。
【００６６】
Ａ／Ｄ変換回路１０、１１は、位置信号生成回路８から出力される照射位置信号をデジタル信号に変換し、マイコン１２に出力する。
【００６７】
マイコン１２は、位置信号生成回路８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、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の駆動制御等を実行する。
【００６８】
すなわち、マイコン１２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１３に出力する。これにより、走査用レーザ光源２０１がパルス発光され、目標領域にレーザ光が照射される。
【００６９】
また、マイコン１２は、図８（ａ）に示す走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３を走査用レーザ光が追従するよう、アクチュエータ駆動回路１５に、サーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を出力する。具体的には、マイコン１２は、図８（ｃ）に示す照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を走査用レーザ光が追従するよう、アクチュエータ駆動回路１５に、サーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を出力する。これを受けてアクチュエータ駆動回路１５は、ミラーアクチュエータ１００を駆動し、これにより、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１２は、サーボレーザ駆動回路１４に制御信号を出力する。これにより、半導体レーザ３０１が、一定パワーレベルにて連続的に発光される。
【００７０】
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１２には、各制御タイミングにおけるＰＳＤ３１１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）参照）上に位置している。マイコン１２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。
【００７１】
図９の構成において、ノイズキャンセル回路２は、走査用レーザ光が迷光となってＰＳＤ３１１に入射したときの悪影響を抑制するために配されている。上述のように、高パワーの走査用レーザ光が迷光となってＰＳＤ３１１に入射すると、高レベルの電流信号がＰＳＤ３１１から出力される。図９の構成において、ノイズキャンセル回路２が配されていないと、この電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に直接入力される。ところが、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７はアナログ回路であるため、このように迷光による高レベルの電流信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に入力されると、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７において不要輻射や反射等が起こり、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の動作が不安定になる惧れがある。また、図９の構成では、位置信号生成回路８もアナログ回路からなっているため、迷光による高レベルの電流信号による影響は、位置信号生成回路８にも波及する。このため、位置信号生成回路８の動作が、迷光による高レベルの電流信号によって不安定になる惧れがある。
【００７２】
そこで、図９の構成では、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の前段にノイズキャンセル回路２を配置し、迷光による高レベルの電流信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に入力されないようになっている。
【００７３】
図１０は、ノイズキャンセル回路２の回路構成を示す図である。
【００７４】
図示の如く、ノイズキャンセル回路２は、比較回路２１と、スイッチング回路２２〜２５とを備える。
【００７５】
スイッチング回路２２は、それぞれ端子２２ａ、２２ｂを備えている。端子２２ａは、ＰＳＤ３１１からＩ／Ｖ変換回路４〜７への出力ラインに接続されており、端子２２ｂは、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。また、他のスイッチング回路２３〜２５についてもスイッチング回路２２と同様に構成されている。
【００７６】
比較回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路３によって変換されたモニタ電圧信号と閾値Ｖｓｈとを比較し、モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路２２〜２５へ出力する。
【００７７】
スイッチング回路２２〜２５は、比較回路２１からエラー信号を受信すると、端子２２ａと端子２２ｂを導通させ、ＰＳＤ３１１から入力された電流信号をＧＮＤ（グランド）へと導く。こうして、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する電流信号の供給が一時的に遮断される。
【００７８】
図１１は、迷光受光時におけるノイズキャンセル回路の動作を示すフローチャートである。
【００７９】
高速フォトダイオード３１２が迷光を受光すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｉ／Ｖ変換回路３によって変換されたモニタ電圧信号が取得され（Ｓ１２）、取得されたモニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えたかが、比較回路２１により判別される（Ｓ１３）。モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、比較回路２１からエラー信号が出力され、スイッチング回路２２〜２５により、一時的に、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する電流信号の供給が遮断される（Ｓ１４）。
【００８０】
これにより、ＰＳＤ３１１に迷光等が入射された場合においても、ＰＳＤ３１１に隣接した位置に配置された高速フォトダイオード３１２が迷光を検知し、ノイズキャンセル回路２によって、迷光による高レベルの電流信号を遮断することができる。したがって、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７および位置信号生成回路８における迷光による悪影響（不要輻射や反射等）を抑えることができる。なお、迷光が、走査用レーザ光源２０１以外の原因によるものであっても、同様に、迷光による悪影響を回避できる。
【００８１】
図１２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＋３は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋３における目標照射位置であり、Ｑｎ〜Ｑｎ＋３は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋３におけるサーボ光の実際の照射位置である。
【００８２】
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１２は、ずれ量Ｘｎ、Ｙｎに基づくＰＩＤ制御により、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１５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１２は、ずれ量Ｘｎ＋１、Ｙｎ＋１に基づくＰＩＤ制御により、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１５に出力する。
【００８３】
制御タイミングｔｎ＋２は、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なっている。このとき、ＰＳＤ３１１が走査用レーザ光の迷光を受光すると、上記のように、ノイズキャンセル回路２により、ＰＳＤ３１１からの電流信号が遮断される。この場合、位置信号生成回路８は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜６からそれぞれグランドレベルの位置電圧信号を受けるため、原点位置（ミラー１５０の中立位置）の照射位置信号を生成する。マイコン１２は、原点位置Ｐと目標照射位置Ｐｎ＋２のずれ量Ｘｍに基づくＰＩＤ制御により、Ｐａｎ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１５に出力する。これにより、ミラー１５０は、実際の照射位置Ｑｎ＋２からのずれ量Ｘｎ＋２、Ｙｎ＋２とは異なった位置へ補正するよう動作するが、走査用レーザ光のパルス発光期間（数１０ｎｓｅc程度）は、極めて微小であり、また、ＰＩＤ制御によって制御タイミングｔｎ＋２より前の制御タイミングにおける補正値が引き継がれるため、サーボ信号が一時的に遮断されることによる影響は軽微である。
【００８４】
なお、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと制御タイミングｔｎ＋２が重なる場合に、マイコン１２にて、位置信号生成回路８から入力されたＸ成分とＹ成分の照射位置信号を、直前のタイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間してもよい。
【００８５】
図１３は、この場合のマイコン１２の処理を示すフローチャートである。
【００８６】
マイコン１２は、制御タイミングｔｎ＋２になると（Ｓ２１）、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なるかを判定する（Ｓ２２）。具体的には、制御タイミングｔｎ＋２が、出射タイミングｔｓから所定の時間Δｔの間に含まれるかが判定される。ここで、時間Δｔは、走査用レーザの発光期間よりもやや長く設定される。
【００８７】
制御タイミングｔｎ＋２が走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重ならない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、マイコン１２は、照射位置信号Ｘ、Ｙを位置信号生成回路８から取得する（Ｓ２３）。他方、制御タイミングｔｎ＋２が走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、マイコン１２は、照射位置信号Ｘ、Ｙを前回の制御タイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間する（Ｓ２４）。すなわち、マイコン１２は、今回の照射位置信号Ｘ、Ｙとして前回の制御タイミングｔｎ＋１における照射位置信号を用いる。これにより、マイコン１２は、当該制御タイミングｔｎ＋２におけるサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号）を、直前の制御タイミングｔｎ＋１における照射位置信号に基づきＰＩＤ制御により生成し、生成したサーボ信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
【００８８】
ステップＳ２４にて補間された照射位置信号またはステップＳ２３にて位置信号生成回路８から取得された照射位置信号は、当該制御タイミングｔｎ＋２における照射位置信号として、マイコン１２の内蔵メモリに保持される（Ｓ２５）。保持された照射位置信号は、次回の制御タイミングｔｎ＋３において、処理がステップＳ２３に進んだときに、直前の制御タイミングの照射位置信号として用いられる。
【００８９】
これにより、走査用レーザ光の発光タイミング時に、ＰＳＤ３１１が迷光を受光した場合においても、走査用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。
【００９０】
このように、マイコン１２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１５に出力する。アクチュエータ駆動回路１５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）のように駆動される。
【００９１】
以上、本実施の形態によれば、走査用レーザ光源２０１とは別に半導体レーザ３０１が配されているため、走査用レーザ光のパワーを損ねずに、サーボ光をＰＳＤ３１１に導くことができる。また、サーボ光を連続的に発光できるため、適切に、ミラーアクチュエータ１００に対するサーボを実行することができる。
【００９２】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー４０１により、走査用レーザ光とサーボ光の光軸が一致されるため、図８（ｃ）に示すように、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を直線状（線形）とすることができる。これにより、照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を規定するためにマイコン１２に保持されるべき目標照射位置の数を少なくすることができ、目標照射位置を規定するテーブルを簡素なものにすることができる。また、目標照射位置と実際の照射位置との間の差分の算出およびそれに基づく制御処理の頻度を削減でき、マイコン１２の処理負担を軽減することができる。
【００９３】
なお、マイコン１２に目標照射位置をテーブル値として保持せずに、各制御タイミングにおける目標照射位置Ｐｎを、マイコン１２により、演算により求めてもよい。本実施の形態では、サーボ光の照射軌道が直線状（線形）となるため、各制御タイミングにおける目標照射位置Ｐｎは簡単な演算により求めることができる。
【００９４】
また、本実施の形態によれば、ＰＳＤ３１１が走査用レーザ光源２０１による迷光等を受光した場合、ＰＳＤ３１１に隣接した位置に配置された高速フォトダイオード３１２にて、迷光が検出される。高速フォトダイオード３１２にて、迷光を検出した場合、迷光の光量に応じたモニタ電圧信号がノイズキャンセル回路２に出力され、モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超える場合に、ノイズキャンセル回路２によって、迷光による高レベルの電流信号が一時的に遮断される。さらに、電流信号が遮断された場合においても、マイコン１２によってＰＩＤ制御が実施されるため、ミラー１５０が大きく振られることはない。よって、走査用レーザ光源がサーボ光の光検出器に対面する配置にあっても、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７、位置信号生成回路８に対する迷光の影響を回避しながら、走査用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。
【００９５】
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。
【００９６】
たとえば、上記実施の形態の変更例として、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと制御タイミングｔｎ＋２が重なる場合に、マイコン１２にて、位置信号生成回路８から入力されたＸ成分とＹ成分の照射位置信号を、直前のタイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間してもよいことに言及した（図１３）。しかしながら、このように、照射位置信号の補間を、制御タイミングと走査用レーザ光の出射タイミングとが重なった場合に行う方法に代えて、高速フォトダイオード３１２からの信号に基づいて迷光がＰＳＤ３１１に入射した期間を把握し、この期間において補間を行うようにしてもよい。
【００９７】
図１４は、高速フォトダイオード３１２からの信号に基づいて補間を行う場合の回路構成である。なお、同図中のノイズキャンセル回路２は、図１０と同様に構成されている。
【００９８】
図１４に示す如く、本構成例では、Ａ／Ｄ変換回路１６が、ノイズキャンセル回路２と並列の位置に接続されている。また、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０が、Ｉ／Ｖ変換回路４〜
７とマイコン１２との間に接続されている。なお、本変更例では、図９の構成に比べて位置信号生成回路８が省略されている。すなわち、本構成例では、マイコン１２におけるデジタル演算処理にて、照射位置信号の生成が行われる。
【００９９】
高速フォトダイオード３１２から出力される電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路３によって電圧信号（モニタ電圧信号）に変換され、ノイズキャンセル回路２とＡ／Ｄ変換回路１６に出力される。モニタ電圧信号によるノイズキャンセル回路２の動作は、図９の場合と同様である。
【０１００】
Ａ／Ｄ変換回路１６は、Ｉ／Ｖ変換回路３により電圧信号に変換されたモニタ電圧信号をデジタル信号（以下、「デジタルモニタ信号」という）に変換し、マイコン１２に出力する。
【０１０１】
上記実施の形態と同様、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７は、アナログ回路からなっており、ＰＳＤ３１１から出力されるサーボ光の照射位置に応じた電流信号（Ｘ１出力、Ｘ２出力、Ｙ１出力、Ｙ２出力）を電圧信号（位置電圧信号）に変換する。変換された位置電圧信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０に出力される。
【０１０２】
Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７から出力される位置電圧信号をデジタル信号（以下、「デジタル位置信号」という）に変換し、マイコン１２に出力する。
【０１０３】
マイコン１２は、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０から出力される位置信号から、上記式（１）、（２）に基づき、Ｘ軸およびＹ軸方向の照射位置を示す照射位置信号を生成する。そして、マイコン１２は、生成した照射位置信号に基づき、目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出し、図１２を参照して説明したように、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御を実行し、さらに、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の駆動制御等を実行する。
【０１０４】
さらに、図１２に示す制御において、マイコン１２は、Ａ／Ｄ変換回路１６から出力されたデジタルモニタ信号に基づき、照射位置信号の補間制御を行う。
【０１０５】
図１５は、マイコン１２の照射位置信号の生成および補間制御処理を示すフローチャートである。
【０１０６】
高速フォトダイオード３１２が迷光を受光すると、Ｉ／Ｖ変換回路３からの電圧信号が大きくなり、Ａ／Ｄ変換回路１０によってデジタル変換されたデジタルモニタ信号が大きくなる。マイコン１２は、制御タイミングＴｋになると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力されたデジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えたかを判定する（Ｓ３２）。デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、マイコン１２は、照射位置信号Ｘ、Ｙを一回前の制御タイミングＴｋ−１における照射位置信号で補間する（Ｓ３３）。デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０から入力されたデジタル位置信号から照射位置信号Ｘ、Ｙを生成する（Ｓ３４）。これにより、マイコン１２は、当該制御タイミングＴｋにおけるサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号）を、直前の制御タイミングＴｋ−１における照射位置信号に基づきＰＩＤ制御により生成し、生成したサーボ信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
【０１０７】
ステップＳ３３にて補間された照射位置信号またはステップＳ３４にて生成された照射位置信号は、当該制御タイミングＴｋにおける照射位置信号として、マイコン１２の内蔵メモリに保持される（Ｓ３５）。保持された照射位置信号は、次回の制御タイミングＴｋ
＋１において、処理がステップＳ３３に進んだときに、一回前の制御タイミングの照射位置信号として用いられる。
【０１０８】
図１４および図１５の構成例によれば、上記実施の形態と同様、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する迷光の影響を回避しながら、走査用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。さらに、この構成例では、高速フォトダイオード３１２の受光量が大きくなって、ノイズキャンセル回路２によってグランドレベルの信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に供給されたような場合にも、一回前の制御タイミングにおける照射位置信号を用いて制御がおこなわれるため、安定した制御動作を実現することができる。なお、この構成例では、走査レーザ光の発光タイミングに拘わらず、高速フォトダイオード３１２からの出力信号が大きくなったことによって補間が行われるため、走査用レーザ光以外が原因の迷光によっても、照射位置信号の補間を行うことができる。また、この構成例では、高速フォトダイオード３１２が迷光を受光すると補間が行われるため、迷光が受光された制御タイミングにおいて、照射位置信号の生成処理を停止させることができ、回路の処理負担を軽減することができる。
【０１０９】
なお、図１４の構成例では、迷光の受光時に、一回前の制御タイミングにおける照射位置信号を用いてサーボ信号を生成するようにしたが、迷光の受光時に、一回前の制御タイミングにおけるＡ／Ｄ変換回路１７〜２０の出力値を用いてサーボ信号を生成するようにしてもよい。この場合、マイコン１２は、制御タイミングＴｋにおいて、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力されるデジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えると、Ａ／Ｄ変換回路１７〜１８から入力される電圧信号（デジタル電圧信号）を、一回前の制御タイミングＴｋ−１においてＡ／Ｄ変換回路１７〜１８から入力されたデジタル電圧信号で補間する。そして、マイコン１２は、補間したデジタル電圧信号を用いて照射位置信号を生成し、生成した照射位置信号に基づいて、ミラーアクチュエータ１００を制御するためのサーボ信号を生成する。
【０１１０】
また、上記実施の形態では、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１のそれぞれの光軸が互いに直交するよう走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１を配置し、ダイクロイックミラーにて、走査用レーザ光とサーボ光の進行方向を一致させたが、サーボ光が斜めに入射するように配置した屈折レンズにて、走査用レーザ光と前記サーボ光の進行方向を一致させてもよい。
【０１１１】
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３０１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。
【０１１２】
また、上記実施の形態では、迷光の光量の検出に高速フォトダイオード３１２を用いたが、これに替えて、フォトトランジスタを用いることもできる。
【０１１３】
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ＰＳＤ３１１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。
【０１１４】
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】
【０１１５】
２ … ノイズキャンセル回路（制御補正部）
４〜７ … Ｉ／Ｖ変換回路（信号処理部）
８ … 位置信号生成回路（信号処理部）
１２ … マイコン（制御部）
２２ … スイッチング回路（遮断部）
１００ … ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
２０１ … 走査用レーザ光源（第１のレーザ光源）
３０１ … 半導体レーザ（第２のレーザ光源）
３１１ … ＰＳＤ（第１の光検出器）
３１２ … 高速フォトダイオード（第２の光検出器）
４０１ … ダイクロイックミラー（第１の光学素子、第１のダイクロイックミラー）
４０２ … ダイクロイックミラー（第２の光学素子、第２のダイクロイックミラー）
【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、ミラーと一体的に駆動される透過板を介して、サーボ光をＰＳＤ（Position Sensitive 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２０１０−１７５８５６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、レーザ光を目標領域において水平に走査させる場合、ミラーは、水平方向のみならず鉛直方向にも回動される。このため、光検出器上におけるサーボ光の理想の受光位置の軌道（理想軌道）は、非線形な形状になり易い。このように理想軌道が非線形になると、理想軌道を規定するために、多数のテーブル値をメモリに保持しておく必要がある。また、多数のテーブル値に基づいて、サーボ光を理想の受光位置に近付けるよう制御するためには、複雑かつ頻繁な演算処理が必要となり、処理負担が大きくなってしまう。
【０００７】
かかる問題は、サーボ光の理想軌道を線形に近づけることにより解消できる。そのための方法として、目標領域に照射されるレーザ光の一部をビームスプリッタ等により分離し、分離されたレーザ光をサーボ光として用いる構成を採ることができる。しかしながら、レーザ光は、目標領域に連続的に照射されず、所定のタイミングで間欠的に照射される。このため、この構成では、光検出器に対するサーボ光の照射も間欠的なものとなる。ところが、目標領域におけるレーザ光の照射期間は、通常、極めて微小（数１０ｎｓｅc程度）に設定されるため、このように微小な期間しか発光されないレーザ光をサーボ光として利用して制御を行うのは、極めて困難である。さらに、この構成では、レーザ光の一部が
分離されるため、目標領域におけるレーザ光のパワーを損ねる惧れがある。
【０００８】
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、光検出器上におけるサーボ光の理想軌道を線形に近づけることができ、且つ、サーボ光によるミラーの制御を円滑に行うことができ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】
【０００９】
本発明に係るビーム照射装置は、レーザ光を出射する第１のレーザ光源と、サーボ光を出射する第２のレーザ光源と、前記レーザ光と前記サーボ光の進行方向を一致させる第１の光学素子と、前記第１の光学素子を経由した前記レーザ光および前記サーボ光が入射するともに、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、前記アクチュエータを経由した前記サーボ光を前記レーザ光から分離する第２の光学素子と、前記第２の光学素子によって分離された前記サーボ光を受光して受光位置に応じた第１の検出信号を出力する第１の光検出器と、前記第１の検出信号に基づいて位置検出信号を生成する信号処理部と、前記位置検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光検出器上におけるサーボ光の理想軌道を線形に近づけることができ、且つ、サーボ光によるミラーの制御を円滑に行うことができるビーム照射装置を提供することができる。
【００１１】
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】
【００１２】
【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】実施の形態に係るノイズキャンセル回路の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態に係るノイズキャンセル回路の制御動作フローを示す図である。
【図１２】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１３】実施の形態の変更例に係るマイコンの補間制御処理フローを示す図である。
【図１４】実施の形態の変更例に係るビーム照射装置の回路とマイコンの構成を示す図である。
【図１５】実施の形態の変更例に係るマイコンの照射位置信号の生成および補間制御処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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を備えている。
【００１５】
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。これら溝１１１ａには、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂが嵌め込まれる。
【００１６】
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。また、チルトフレーム１１２には、支軸１１１を嵌め込むための溝１１２ｂと、上下に並ぶ２つの孔１１２ｃが形成されている。
【００１７】
支軸１１１は、両端に軸受け１１６ａ、１１６ｂ、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂおよび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、チルトフレーム１１２の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。なお、図２（ａ）には、支軸１１１に、軸受け１１６ａ、１１６ｂと、Ｅリング１１７ａ、１１７ｂと、３つのポリスライダーワッシャ１１８が装着された状態が示されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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が組み立てられる。その後、チルトフレーム１１２がパンフレーム１２１の凹部１２１ａ内に収容される。このとき、２つの軸受け１１２ｄおよび３つのポリスライダーワッシャ１１２ｅ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。そして、その状態で、２つの軸受け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。これにより、図２（ｂ）に示す構成体が形成される。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に嵌め込む。そして、この状態で、軸受け１１６ａ、１１６ｂが凹部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（ａ）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。
【００２９】
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が回動する。
【００３０】
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が回動する。
【００３１】
図４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。
【００３２】
図４において、５００は、光学系を支持するベースである。ベース５００の上面には、走査用レーザ光源２０１と、ビーム整形レンズ２０２と、半導体レーザ３０１と、集光レンズ３０２と、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）３１１と、高速フォトダイオード３１２と、ダイクロイックミラー４０１、４０２とが配置されている。なお、集光レンズ３０２の後段には、アパーチャ３０３と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３０４（図４には図示せず）が配されている。
【００３３】
図５（ａ）は、ベース５００の一部上面図である。
【００３４】
図５（ａ）を参照して、走査用レーザ光源２０１は、９００ｎｍ程度の波長のレーザ光を出射する。走査用レーザ光源２０１は、ベース５００の上面に配された回路基板２０１ａに装着されている。また、走査用レーザ光源２０１は、光軸が水平方向と平行となるように配置されている。ビーム整形レンズ２０２は、走査用レーザ光源２０１から出射されたレーザ光（以下、「走査用レーザ光」という）を所定の形状に整形する。
【００３５】
半導体レーザ３０１は、走査用レーザ光源２０１と異なる波長（たとえば、６５０ｎｍ程度）のレーザ光を出射する。半導体レーザ３０１は、ベース５００の上面に配された回路基板３０１ａに装着されている。また、半導体レーザ３０１は、光軸が水平方向と平行となるように配置されている。集光レンズ３０２は、半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）をＰＳＤ３１１の受光面上に収束させる。アパーチャ３０３は、サーボ光のビーム径を絞りこみ、ＮＤフィルタ３０４は、サーボ光を減光する。
【００３６】
ＰＳＤ３１１は、サーボ光の受光位置に応じた信号を出力する。ＰＳＤ３１１は、ベース５００の上面に配された回路基板３１１ａに装着されている。高速フォトダイオード３１２は、受光光量に応じた信号を出力する。高速フォトダイオード３１２は、ベース５００の上面に配された回路基板３１２ａに装着されている。高速フォトダイオード３１２は、ＰＳＤ３１１の横に並ぶように配置されている。
【００３７】
走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１は、それぞれの光軸が互いに直交するように配置されている。また、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の光軸が直交する位置に、ダイクロイックミラー４０１が配置されている。ダイクロイックミラー４０１は、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の光軸に対して、それぞれ、４５度傾いている。
【００３８】
ダイクロイックミラー４０１は、入射された光のうち、走査用レーザ光源２０１から出射されたレーザ光を透過し、半導体レーザ３０１から出射されたサーボ光を反射する。かかるダイクロイックミラー４０１の作用により、走査用レーザ光とサーボ光は、ダイクロイックミラー４０１を通ると、互いの光軸が整合される。ダイクロイックミラー４０２は、入射された光のうち、走査用レーザ光を透過し、サーボ光を反射する。これにより、サ
ーボ光が走査用レーザ光から分離される。分離されたサーボ光は、ＰＳＤ３１１に入射する。ＰＳＤ３１１の受光面は、ダイクロイックミラー４０２の受光面に対して、水平方向に４５度傾いている。
【００３９】
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、ダイクロイックミラー４０１を経由した走査用レーザ光およびサーボ光がミラー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、走査用レーザ光およびサーボ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。ミラー１５０が中立位置にあるとき、走査用レーザ光とサーボ光の光軸は、ダイクロイックミラー４０２の受光面に対して、４５度の角度を持つ。ミラーアクチュエータ１００によってミラー１５０が駆動されると、走査用レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。このとき、同時に、サーボ光がＰＳＤ３１１の受光面上を走査する。
【００４０】
図５（ｂ）は、ミラー１５０の回動位置とサーボ光の光路の関係を模式的に示す図、図５（ｃ）は、ミラー１５０の回動位置と走査用レーザ光の光路の関係を模式的に示す図である。なお、同図（ｂ）、（ｃ）では、便宜上、同図（ａ）のミラー１５０、走査用レーザ光源２０１、半導体レーザ３０１、ＰＳＤ３１１、ダイクロイックミラー４０１、４０２のみが図示されている。
【００４１】
図５（ｂ）を参照して、サーボ光は、２つのダイクロイックミラー４０１、４０２とミラー１５０によって反射され、ＰＳＤ３１１に受光される。ここで、ミラー１５０が破線の位置から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、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３１１にて検出されるサーボ光の受光位置によって、ミラー１５０の回動位置を検出することができる。
【００４２】
図５（ｃ）を参照して、走査用レーザ光は、ダイクロイックミラー４０１を透過し、ミラー１５０によって反射され、さらに、ダイクロイックミラー４０２を透過して、目標領域に照射される。ここで、ミラー１５０が破線の位置から矢印のように回動すると、走査用レーザ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、走査用レーザ光の進行方向が変化する。これにより、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】
ここで、ミラー１５０の回動位置と、目標領域における走査用レーザ光の走査位置は、一対一に対応する。また、ミラー１５０の回動位置とＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の照射位置も、１対１に対応する。よって、ＰＳＤ３１１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容易に検出することができる。
【００４４】
図６（ａ）は、ＰＳＤ３１１の構成を示す図（側断面図）、図６（ｂ）はＰＳＤ３１１の受光面を示す図である。
【００４５】
図６（ａ）を参照して、ＰＳＤ３１１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
【数１】
【００４９】
図８は、ミラー１５０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ＰＳＤ３１１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。図８（ｂ）は、ミラー１５０の駆動状態を示し、図８（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、目標領域における走査用レーザ光の軌道およびＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の軌道を示す。なお、本実施の形態において、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１２２を軸とするミラー１５０の回動方向をＰａｎ方向といい、支軸１１１を軸とするミラー１５０の回動方向をＴｉｌｔ方向という。
【００５０】
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。
【００５１】
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）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。このため、目標領域における走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３は、同図（ａ）に示すように、水平方向に直線状（線形）になるのが望ましい。
【００５２】
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）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。
【００５３】
本実施の形態では、走査用レーザ光の光軸とサーボ光の光軸が一致するため、走査用レーザ光とサーボ光が、ミラー１５０の駆動によって、同じ挙動を取る。このため、走査用レーザ光を同図（ａ）のように水平に走査させると、ＰＳＤ３１１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、同図（ｃ）中のＬｃ１〜Ｌｃ３のように直線状（線形）になる。
【００５４】
したがって、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の照射位置が、同図（ｃ）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）に示す如く水平方向に直線状（線形）となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、走査用レーザ光の光軸とサーボ光の光軸とを一致させたが、ダイクロイックミラー４０１を通った後の走査用レーザ光の光軸とサーボ光の光軸が平行であれば、上記と同様、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の走査軌道を線形にすることができる。すなわち、ダイクロイックミラー４０１を通った後の走査用レーザ光と前記サーボ光の進行方向が一致していれば、走査用レーザ光を目標領域において水平に走査させたときのＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の走査軌道を線形にすることができる。
【００５６】
ところで、本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、ＰＳＤ３１１が、走査用レーザ光源２０１に対面するよう配置されているため、走査用レーザ光の一部が迷光となってＰＳＤ３１１に入射することが起こり得る。走査用レーザ光源２０１の発光強度（数１０Ｗ程度）は、ＰＳＤ３１１に入射する際のサーボ光の強度（数１０μＷ程度）に比べて顕著に大きいため、このように迷光がＰＳＤ３１１に入射すると、ＰＳＤ３１１から出力される信号が劣化する。また、このように迷光がＰＳＤ３１１に入射すると、ＰＳＤ３１１から高レベルの電流信号が出力され、この電流信号が後段側の回路に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００５７】
本実施の形態では、かかる迷光の影響を抑えるため、ＰＳＤ３１１に隣接した位置に、高速フォトダイオード３１２が配されている。高速フォトダイオード３１２を用いた迷光の影響を抑制するための構成については、図９および図１０を参照して説明する。
【００５８】
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）に示す走査用レーザ光とサーボ光のための光学系１が、その主要な構成とともに示されている。
【００５９】
図示の如く、ビーム照射装置は、ノイズキャンセル回路２と、Ｉ／Ｖ変換回路３〜７と、位置信号生成回路８と、マイコン１２と、走査レーザ駆動回路１３と、サーボレーザ駆動回路１４と、アクチュエータ駆動回路１５とを備えている。
【００６０】
半導体レーザ３０１から出射されたサーボ光は、上記の如く、ダイクロイックミラー４０１、４０２と、ミラー１５０によって反射された後、ＰＳＤ３１１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ＰＳＤ３１１から出力され、それぞれ、ノイズキャンセル回路２に入力される。
【００６１】
走査用レーザ光源２０１から出射された走査用レーザ光にかかる迷光が、高速フォトダイオード３１２に入射されると、迷光の光量に応じた電流信号が高速フォトダイオード３１２から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路３に入力される。
【００６２】
Ｉ／Ｖ変換回路３は、アナログ回路からなっており、高速フォトダイオード３１２から出力される電流信号を電圧信号（以下、「モニタ電圧信号」という）に変換し、ノイズキャンセル回路２に出力する。
【００６３】
ノイズキャンセル回路２は、Ｉ／Ｖ変換回路３から出力されるモニタ電圧信号を受信する。ノイズキャンセル回路２は、受信したモニタ電圧信号が、一定の閾値を超えると、ＰＳＤ３１１から出力される電流信号を遮断し、一定の閾値を超えない場合には、ＰＳＤ３
１１から出力される電流信号をＩ／Ｖ変換回路４〜７へ出力する。
【００６４】
Ｉ／Ｖ変換回路４〜７は、アナログ回路からなっており、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（以下、「位置電圧信号」という）に変換し、位置信号生成回路８に出力する。
【００６５】
位置信号生成回路８は、アナログ回路からなっており、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７から出力される位置電圧信号を図５で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、Ａ／Ｄ変換回路１０、１１に出力される。
【００６６】
Ａ／Ｄ変換回路１０、１１は、位置信号生成回路８から出力される照射位置信号をデジタル信号に変換し、マイコン１２に出力する。
【００６７】
マイコン１２は、位置信号生成回路８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、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の駆動制御等を実行する。
【００６８】
すなわち、マイコン１２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１３に出力する。これにより、走査用レーザ光源２０１がパルス発光され、目標領域にレーザ光が照射される。
【００６９】
また、マイコン１２は、図８（ａ）に示す走査軌道Ｌａ１〜Ｌａ３を走査用レーザ光が追従するよう、アクチュエータ駆動回路１５に、サーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を出力する。具体的には、マイコン１２は、図８（ｃ）に示す照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を走査用レーザ光が追従するよう、アクチュエータ駆動回路１５に、サーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の駆動信号）を出力する。これを受けてアクチュエータ駆動回路１５は、ミラーアクチュエータ１００を駆動し、これにより、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１２は、サーボレーザ駆動回路１４に制御信号を出力する。これにより、半導体レーザ３０１が、一定パワーレベルにて連続的に発光される。
【００７０】
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１２には、各制御タイミングにおけるＰＳＤ３１１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）参照）上に位置している。マイコン１２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。
【００７１】
図９の構成において、ノイズキャンセル回路２は、走査用レーザ光が迷光となってＰＳＤ３１１に入射したときの悪影響を抑制するために配されている。上述のように、高パワーの走査用レーザ光が迷光となってＰＳＤ３１１に入射すると、高レベルの電流信号がＰＳＤ３１１から出力される。図９の構成において、ノイズキャンセル回路２が配されていないと、この電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に直接入力される。ところが、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７はアナログ回路であるため、このように迷光による高レベルの電流信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に入力されると、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７において不要輻射や反射等が起こり、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の動作が不安定になる惧れがある。また、図９の構成では、位置信号生成回路８もアナログ回路からなっているため、迷光による高レベルの電流信号による影響は、位置信号生成回路８にも波及する。このため、位置信号生成回路８の動作が、迷光による高レベルの電流信号によって不安定になる惧れがある。
【００７２】
そこで、図９の構成では、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７の前段にノイズキャンセル回路２を配置し、迷光による高レベルの電流信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に入力されないようになっている。
【００７３】
図１０は、ノイズキャンセル回路２の回路構成を示す図である。
【００７４】
図示の如く、ノイズキャンセル回路２は、比較回路２１と、スイッチング回路２２〜２５とを備える。
【００７５】
スイッチング回路２２は、それぞれ端子２２ａ、２２ｂを備えている。端子２２ａは、ＰＳＤ３１１からＩ／Ｖ変換回路４〜７への出力ラインに接続されており、端子２２ｂは、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。また、他のスイッチング回路２３〜２５についてもスイッチング回路２２と同様に構成されている。
【００７６】
比較回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路３によって変換されたモニタ電圧信号と閾値Ｖｓｈとを比較し、モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えるときに、エラー信号をスイッチング回路２２〜２５へ出力する。
【００７７】
スイッチング回路２２〜２５は、比較回路２１からエラー信号を受信すると、端子２２ａと端子２２ｂを導通させ、ＰＳＤ３１１から入力された電流信号をＧＮＤ（グランド）へと導く。こうして、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する電流信号の供給が一時的に遮断される。
【００７８】
図１１は、迷光受光時におけるノイズキャンセル回路の動作を示すフローチャートである。
【００７９】
高速フォトダイオード３１２が迷光を受光すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、Ｉ／Ｖ変換回路３によって変換されたモニタ電圧信号が取得され（Ｓ１２）、取得されたモニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えたかが、比較回路２１により判別される（Ｓ１３）。モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超えると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、比較回路２１からエラー信号が出力され、スイッチング回路２２〜２５により、一時的に、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する電流信号の供給が遮断される（Ｓ１４）。
【００８０】
これにより、ＰＳＤ３１１に迷光等が入射された場合においても、ＰＳＤ３１１に隣接した位置に配置された高速フォトダイオード３１２が迷光を検知し、ノイズキャンセル回路２によって、迷光による高レベルの電流信号を遮断することができる。したがって、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７および位置信号生成回路８における迷光による悪影響（不要輻射や反射等）を抑えることができる。なお、迷光が、走査用レーザ光源２０１以外の原因によるものであっても、同様に、迷光による悪影響を回避できる。
【００８１】
図１２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＋３は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋３における目標照射位置であり、Ｑｎ〜Ｑｎ＋３は、それぞれ、制御タイミングｔｎ〜ｔｎ＋３におけるサーボ光の実際の照射位置である。
【００８２】
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１２は、ずれ量Ｘｎ、Ｙｎに基づくＰＩＤ制御により、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１５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１２は、ずれ量Ｘｎ＋１、Ｙｎ＋１に基づくＰＩＤ制御により、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１５に出力する。
【００８３】
制御タイミングｔｎ＋２は、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なっている。このとき、ＰＳＤ３１１が走査用レーザ光の迷光を受光すると、上記のように、ノイズキャンセル回路２により、ＰＳＤ３１１からの電流信号が遮断される。この場合、位置信号生成回路８は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜６からそれぞれグランドレベルの位置電圧信号を受けるため、原点位置（ミラー１５０の中立位置）の照射位置信号を生成する。マイコン１２は、原点位置Ｐと目標照射位置Ｐｎ＋２のずれ量Ｘｍに基づくＰＩＤ制御により、Ｐａｎ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１５に出力する。これにより、ミラー１５０は、実際の照射位置Ｑｎ＋２からのずれ量Ｘｎ＋２、Ｙｎ＋２とは異なった位置へ補正するよう動作するが、走査用レーザ光のパルス発光期間（数１０ｎｓｅc程度）は、極めて微小であり、また、ＰＩＤ制御によって制御タイミングｔｎ＋２より前の制御タイミングにおける補正値が引き継がれるため、サーボ信号が一時的に遮断されることによる影響は軽微である。
【００８４】
なお、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと制御タイミングｔｎ＋２が重なる場合に、マイコン１２にて、位置信号生成回路８から入力されたＸ成分とＹ成分の照射位置信号を、直前のタイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間してもよい。
【００８５】
図１３は、この場合のマイコン１２の処理を示すフローチャートである。
【００８６】
マイコン１２は、制御タイミングｔｎ＋２になると（Ｓ２１）、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なるかを判定する（Ｓ２２）。具体的には、制御タイミングｔｎ＋２が、出射タイミングｔｓから所定の時間Δｔの間に含まれるかが判定される。ここで、時間Δｔは、走査用レーザの発光期間よりもやや長く設定される。
【００８７】
制御タイミングｔｎ＋２が走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重ならない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、マイコン１２は、照射位置信号Ｘ、Ｙを位置信号生成回路８から取得する（Ｓ２３）。他方、制御タイミングｔｎ＋２が走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと重なると（Ｓ２２：ＹＥＳ）、マイコン１２は、照射位置信号Ｘ、Ｙを前回の制御タイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間する（Ｓ２４）。すなわち、マイコン１２は、今回の照射位置信号Ｘ、Ｙとして前回の制御タイミングｔｎ＋１における照射位置信号を用いる。これにより、マイコン１２は、当該制御タイミングｔｎ＋２におけるサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号）を、直前の制御タイミングｔｎ＋１における照射位置信号に基づきＰＩＤ制御により生成し、生成したサーボ信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
【００８８】
ステップＳ２４にて補間された照射位置信号またはステップＳ２３にて位置信号生成回路８から取得された照射位置信号は、当該制御タイミングｔｎ＋２における照射位置信号として、マイコン１２の内蔵メモリに保持される（Ｓ２５）。保持された照射位置信号は、次回の制御タイミングｔｎ＋３において、処理がステップＳ２３に進んだときに、直前の制御タイミングの照射位置信号として用いられる。
【００８９】
これにより、走査用レーザ光の発光タイミング時に、ＰＳＤ３１１が迷光を受光した場合においても、走査用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。
【００９０】
このように、マイコン１２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１５に出力する。アクチュエータ駆動回路１５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）のように駆動される。
【００９１】
以上、本実施の形態によれば、走査用レーザ光源２０１とは別に半導体レーザ３０１が配されているため、走査用レーザ光のパワーを損ねずに、サーボ光をＰＳＤ３１１に導くことができる。また、サーボ光を連続的に発光できるため、適切に、ミラーアクチュエータ１００に対するサーボを実行することができる。
【００９２】
また、本実施の形態によれば、ダイクロイックミラー４０１により、走査用レーザ光とサーボ光の光軸が一致されるため、図８（ｃ）に示すように、ＰＳＤ３１１上におけるサーボ光の照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を直線状（線形）とすることができる。これにより、照射軌道Ｌｃ１〜Ｌｃ３を規定するためにマイコン１２に保持されるべき目標照射位置の数を少なくすることができ、目標照射位置を規定するテーブルを簡素なものにすることができる。また、目標照射位置と実際の照射位置との間の差分の算出およびそれに基づく制御処理の頻度を削減でき、マイコン１２の処理負担を軽減することができる。
【００９３】
なお、マイコン１２に目標照射位置をテーブル値として保持せずに、各制御タイミングにおける目標照射位置Ｐｎを、マイコン１２により、演算により求めてもよい。本実施の形態では、サーボ光の照射軌道が直線状（線形）となるため、各制御タイミングにおける目標照射位置Ｐｎは簡単な演算により求めることができる。
【００９４】
また、本実施の形態によれば、ＰＳＤ３１１が走査用レーザ光源２０１による迷光等を受光した場合、ＰＳＤ３１１に隣接した位置に配置された高速フォトダイオード３１２にて、迷光が検出される。高速フォトダイオード３１２にて、迷光を検出した場合、迷光の光量に応じたモニタ電圧信号がノイズキャンセル回路２に出力され、モニタ電圧信号が閾値Ｖｓｈを超える場合に、ノイズキャンセル回路２によって、迷光による高レベルの電流信号が一時的に遮断される。さらに、電流信号が遮断された場合においても、マイコン１２によってＰＩＤ制御が実施されるため、ミラー１５０が大きく振られることはない。よって、走査用レーザ光源がサーボ光の光検出器に対面する配置にあっても、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７、位置信号生成回路８に対する迷光の影響を回避しながら、走査用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。
【００９５】
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。
【００９６】
たとえば、上記実施の形態の変更例として、走査用レーザ光の出射タイミングｔｓと制御タイミングｔｎ＋２が重なる場合に、マイコン１２にて、位置信号生成回路８から入力されたＸ成分とＹ成分の照射位置信号を、直前のタイミングｔｎ＋１における照射位置信号で補間してもよいことに言及した（図１３）。しかしながら、このように、照射位置信号の補間を、制御タイミングと走査用レーザ光の出射タイミングとが重なった場合に行う方法に代えて、高速フォトダイオード３１２からの信号に基づいて迷光がＰＳＤ３１１に入射した期間を把握し、この期間において補間を行うようにしてもよい。
【００９７】
図１４は、高速フォトダイオード３１２からの信号に基づいて補間を行う場合の回路構成である。なお、同図中のノイズキャンセル回路２は、図１０と同様に構成されている。
【００９８】
図１４に示す如く、本構成例では、Ａ／Ｄ変換回路１６が、ノイズキャンセル回路２と並列の位置に接続されている。また、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０が、Ｉ／Ｖ変換回路４〜
７とマイコン１２との間に接続されている。なお、本変更例では、図９の構成に比べて位置信号生成回路８が省略されている。すなわち、本構成例では、マイコン１２におけるデジタル演算処理にて、照射位置信号の生成が行われる。
【００９９】
高速フォトダイオード３１２から出力される電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路３によって電圧信号（モニタ電圧信号）に変換され、ノイズキャンセル回路２とＡ／Ｄ変換回路１６に出力される。モニタ電圧信号によるノイズキャンセル回路２の動作は、図９の場合と同様である。
【０１００】
Ａ／Ｄ変換回路１６は、Ｉ／Ｖ変換回路３により電圧信号に変換されたモニタ電圧信号をデジタル信号（以下、「デジタルモニタ信号」という）に変換し、マイコン１２に出力する。
【０１０１】
上記実施の形態と同様、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７は、アナログ回路からなっており、ＰＳＤ３１１から出力されるサーボ光の照射位置に応じた電流信号（Ｘ１出力、Ｘ２出力、Ｙ１出力、Ｙ２出力）を電圧信号（位置電圧信号）に変換する。変換された位置電圧信号は、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０に出力される。
【０１０２】
Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０は、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７から出力される位置電圧信号をデジタル信号（以下、「デジタル位置信号」という）に変換し、マイコン１２に出力する。
【０１０３】
マイコン１２は、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０から出力される位置信号から、上記式（１）、（２）に基づき、Ｘ軸およびＹ軸方向の照射位置を示す照射位置信号を生成する。そして、マイコン１２は、生成した照射位置信号に基づき、目標領域における走査用レーザ光の走査位置を検出し、図１２を参照して説明したように、ミラーアクチュエータ１００の駆動制御を実行し、さらに、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１の駆動制御等を実行する。
【０１０４】
さらに、図１２に示す制御において、マイコン１２は、Ａ／Ｄ変換回路１６から出力されたデジタルモニタ信号に基づき、照射位置信号の補間制御を行う。
【０１０５】
図１５は、マイコン１２の照射位置信号の生成および補間制御処理を示すフローチャートである。
【０１０６】
高速フォトダイオード３１２が迷光を受光すると、Ｉ／Ｖ変換回路３からの電圧信号が大きくなり、Ａ／Ｄ変換回路１０によってデジタル変換されたデジタルモニタ信号が大きくなる。マイコン１２は、制御タイミングＴｋになると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力されたデジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えたかを判定する（Ｓ３２）。デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、マイコン１２は、照射位置信号Ｘ、Ｙを一回前の制御タイミングＴｋ−１における照射位置信号で補間する（Ｓ３３）。デジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、Ａ／Ｄ変換回路１７〜２０から入力されたデジタル位置信号から照射位置信号Ｘ、Ｙを生成する（Ｓ３４）。これにより、マイコン１２は、当該制御タイミングＴｋにおけるサーボ信号（Ｐａｎ方向およびＴｉｌｔ方向の制御信号）を、直前の制御タイミングＴｋ−１における照射位置信号に基づきＰＩＤ制御により生成し、生成したサーボ信号をアクチュエータ駆動回路１５に出力する。
【０１０７】
ステップＳ３３にて補間された照射位置信号またはステップＳ３４にて生成された照射位置信号は、当該制御タイミングＴｋにおける照射位置信号として、マイコン１２の内蔵メモリに保持される（Ｓ３５）。保持された照射位置信号は、次回の制御タイミングＴｋ
＋１において、処理がステップＳ３３に進んだときに、一回前の制御タイミングの照射位置信号として用いられる。
【０１０８】
図１４および図１５の構成例によれば、上記実施の形態と同様、Ｉ／Ｖ変換回路４〜７に対する迷光の影響を回避しながら、走査用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。さらに、この構成例では、高速フォトダイオード３１２の受光量が大きくなって、ノイズキャンセル回路２によってグランドレベルの信号がＩ／Ｖ変換回路４〜７に供給されたような場合にも、一回前の制御タイミングにおける照射位置信号を用いて制御がおこなわれるため、安定した制御動作を実現することができる。なお、この構成例では、走査レーザ光の発光タイミングに拘わらず、高速フォトダイオード３１２からの出力信号が大きくなったことによって補間が行われるため、走査用レーザ光以外が原因の迷光によっても、照射位置信号の補間を行うことができる。また、この構成例では、高速フォトダイオード３１２が迷光を受光すると補間が行われるため、迷光が受光された制御タイミングにおいて、照射位置信号の生成処理を停止させることができ、回路の処理負担を軽減することができる。
【０１０９】
なお、図１４の構成例では、迷光の受光時に、一回前の制御タイミングにおける照射位置信号を用いてサーボ信号を生成するようにしたが、迷光の受光時に、一回前の制御タイミングにおけるＡ／Ｄ変換回路１７〜２０の出力値を用いてサーボ信号を生成するようにしてもよい。この場合、マイコン１２は、制御タイミングＴｋにおいて、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力されるデジタルモニタ信号が閾値Ｖｓｈａを超えると、Ａ／Ｄ変換回路１７〜１８から入力される電圧信号（デジタル電圧信号）を、一回前の制御タイミングＴｋ−１においてＡ／Ｄ変換回路１７〜１８から入力されたデジタル電圧信号で補間する。そして、マイコン１２は、補間したデジタル電圧信号を用いて照射位置信号を生成し、生成した照射位置信号に基づいて、ミラーアクチュエータ１００を制御するためのサーボ信号を生成する。
【０１１０】
また、上記実施の形態では、走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１のそれぞれの光軸が互いに直交するよう走査用レーザ光源２０１と半導体レーザ３０１を配置し、ダイクロイックミラーにて、走査用レーザ光とサーボ光の進行方向を一致させたが、サーボ光が斜めに入射するように配置した屈折レンズにて、走査用レーザ光と前記サーボ光の進行方向を一致させてもよい。
【０１１１】
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３０１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。
【０１１２】
また、上記実施の形態では、迷光の光量の検出に高速フォトダイオード３１２を用いたが、これに替えて、フォトトランジスタを用いることもできる。
【０１１３】
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ＰＳＤ３１１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。
【０１１４】
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】
【０１１５】
２ … ノイズキャンセル回路（制御補正部）
４〜７ … Ｉ／Ｖ変換回路（信号処理部）
８ … 位置信号生成回路（信号処理部）
１２ … マイコン（制御部）
２２ … スイッチング回路（遮断部）
１００ … ミラーアクチュエータ（アクチュエータ）
２０１ … 走査用レーザ光源（第１のレーザ光源）
３０１ … 半導体レーザ（第２のレーザ光源）
３１１ … ＰＳＤ（第１の光検出器）
３１２ … 高速フォトダイオード（第２の光検出器）
４０１ … ダイクロイックミラー（第１の光学素子、第１のダイクロイックミラー）
４０２ … ダイクロイックミラー（第２の光学素子、第２のダイクロイックミラー）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
サーボ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記レーザ光と前記サーボ光の進行方向を一致させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子を経由した前記レーザ光および前記サーボ光が入射するともに、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、
前記アクチュエータを経由した前記サーボ光を前記レーザ光から分離する第２の光学素子と、
前記第２の光学素子によって分離された前記サーボ光を受光して受光位置に応じた第１の検出信号を出力する第１の光検出器と、
前記第１の検出信号に基づいて位置検出信号を生成する信号処理部と、
前記位置検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える、
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、
前記第１の光学素子は、前記サーボ光の光路が前記レーザ光の光路に直交する位置に配置されるとともに、これら２つの光路を統合する第１のダイクロイックミラーであり、
前記第２の光学素子は、前記サーボの光路を前記レーザ光の光路から分離する第２のダイクロイックミラーである、
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、
受光光量に応じた第２の検出信号を出力する第２の光検出器が前記第１の検出器に隣接した位置に配され、
前記第２の検出信号が所定の閾値を超えると、前記第１の検出信号に基づく前記アクチュエータの制御を中止するための制御補正部を備える、
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、
前記制御補正部は、前記信号処理部に対して前記第１の検出信号を遮断する遮断部を備え、前記第２の検出信号が前記閾値を超えると、前記遮断部によって、前記第１の検出信号を遮断する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のビーム照射装置において、
前記制御補正部は、前記第２の検出信号が前記閾値を超えると、前記第２の検出信号が前記閾値を超える前の前記第１の検出信号に基づいて、前記アクチュエータを制御する、ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項６】
請求項５に記載のビーム照射装置において、
前記制御補正部は、前記第２の検出信号が前記閾値を超えると、直前の制御タイミングにおける前記位置検出信号を用いて、前記アクチュエータを制御する、
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第１のレーザ光源と、
サーボ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記レーザ光と前記サーボ光の進行方向を一致させる第１の光学素子と、
前記第１の光学素子を経由した前記レーザ光および前記サーボ光が入射するともに、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、
前記アクチュエータを経由した前記サーボ光を前記レーザ光から分離する第２の光学素子と、
前記第２の光学素子によって分離された前記サーボ光を受光して受光位置に応じた第１の検出信号を出力する第１の光検出器と、
前記第１の検出信号に基づいて位置検出信号を生成する信号処理部と、
前記位置検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える、
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、
前記第１の光学素子は、前記サーボ光の光路が前記レーザ光の光路に直交する位置に配置されるとともに、これら２つの光路を統合する第１のダイクロイックミラーであり、
前記第２の光学素子は、前記サーボの光路を前記レーザ光の光路から分離する第２のダイクロイックミラーである、
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、
受光光量に応じた第２の検出信号を出力する第２の光検出器が前記第１の検出器に隣接した位置に配され、
前記第２の検出信号が所定の閾値を超えると、前記第１の検出信号に基づく前記アクチュエータの制御を中止するための制御補正部を備える、
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、
前記制御補正部は、前記信号処理部に対して前記第１の検出信号を遮断する遮断部を備え、前記第２の検出信号が前記閾値を超えると、前記遮断部によって、前記第１の検出信号を遮断する、
ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のビーム照射装置において、
前記制御補正部は、前記第２の検出信号が前記閾値を超えると、前記第２の検出信号が前記閾値を超える前の前記第１の検出信号に基づいて、前記アクチュエータを制御する、ことを特徴とするビーム照射装置。
【請求項６】
請求項５に記載のビーム照射装置において、
前記制御補正部は、前記第２の検出信号が前記閾値を超えると、直前の制御タイミングにおける前記位置検出信号を用いて、前記アクチュエータを制御する、
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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１２−１１２６８３（Ｐ２０１２−１１２６８３Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９５６０（Ｐ２０１０−２５９５６０）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【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２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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