レーザレーダ
【課題】迷光が入射される場合にも、回路規模の増大を招くことなく、障害物までの距離を精度よく測定することができるレーザレーダを提供する。
【解決手段】レーザレーダ１は、レーザ光を出射するレーザ光源２１と、目標領域においてレーザ光を走査させるミラーアクチュエータ２３と、目標領域において反射されたレーザ光の反射光を受光する光検出器３３と、光検出器３３を移動させる光検出器駆動部３４を有する。光検出器駆動部３４は、光検出器３３を反射光の入射位置に移動させる。光検出器３３を反射光の入射位置に移動させることにより、複数の光検出器および回路部を用いずに、反射光を精度よく検出することができる。
【解決手段】レーザレーダ１は、レーザ光を出射するレーザ光源２１と、目標領域においてレーザ光を走査させるミラーアクチュエータ２３と、目標領域において反射されたレーザ光の反射光を受光する光検出器３３と、光検出器３３を移動させる光検出器駆動部３４を有する。光検出器駆動部３４は、光検出器３３を反射光の入射位置に移動させる。光検出器３３を反射光の入射位置に移動させることにより、複数の光検出器および回路部を用いずに、反射光を精度よく検出することができる。
【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したときの反射光をもとに目標領域の状況を検出するレーザレーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行時の安全性を高めるために、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、各スキャン位置における障害物までの距離が検出される（特許文献１）。
【０００３】
目標領域からの反射光は、レーザレーダ内の光検出器によって受光される。光検出器からは、受光光量に応じた大きさの信号が出力される。この信号が所定の閾値を超えると、当該スキャン位置に障害物が存在すると判定される。また、この信号が前記閾値を超えたタイミングが反射光の受光タイミングとされて、上記のように、当該スキャン位置における障害物までの距離が計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
上記構成において、対向車両のライト等、反射光以外の迷光が光検出器に入射することが考えられる。この場合、光検出器からの信号が飽和し、障害物までの距離の測定精度が低下する惧れがある。
【０００６】
かかる問題は、幅の狭い複数の光検出器を一定の間隔で反射光の移動方向に配置し、反射光の入射が想定される位置にある光検出器からの出力信号のみを障害物の検出に用いるようにすることで解消できると考えられる。しかし、この場合、各光検出器に個別に増幅回路等の回路部を配置する必要があり、回路規模の増大を招くこととなってしまう。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、迷光が入射される場合にも、回路規模の増大を招くことなく、障害物までの距離を精度よく測定することができるレーザレーダ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】
本発明の主たる局面に係るレーザレーダは、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走査駆動部と、前記走査駆動部を制御する走査制御部と、前記目標領域において反射された前記レーザ光の反射光を受光する光検出器と、前記レーザ光が所定の走査軌道に沿って前記目標領域を走査したときの前記反射光の入射位置の軌道に沿って前記光検出器を移動させる検出器駆動部と、前記レーザ光の走査時に、前記反射光の入射位置に前記光検出器が位置付けられるよう、前記検出器駆動部を制御する検出器制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、迷光が入射される場合にも、回路規模の増大を招くことなく、障害物
までの距離を精度よく測定することができるレーザレーダ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】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係るミラーアクチュエータの構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組み立て過程を示す図である。
【図４】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組み立て過程を示す図である。
【図５】実施の形態にビーム照射装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態に係るサーボ光学系の構成および作用を説明する図である。
【図７】実施の形態に係るレーザレーダの回路構成を示す図である。
【図８】実施の形態に係るレーザ光の走査制御を説明する図である。
【図９】実施の形態に係るレーザ光の走査と反射光の入射位置の変化を説明する図である。
【図１０】実施の形態に係るレーザ光の照射タイミングと光検出器の駆動制御タイミングを説明する図である。
【図１１】実施の形態に係る光検出器駆動部の制御動作図および光検出器駆動部の制御動作フローチャートである。
【図１２】変更例に係る光検出器駆動部の制御動作図および光検出器駆動部の制御動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態に係るレーザレーダ１の構成を模式的に示す図である。同図（ａ）は、レーザレーダ１の内部を上面から透視した図、同図（ｂ）は、投射窓５０と受光窓６０を装着する前のレーザレーダ１の正面図、同図（ｃ）は、光検出器駆動部３４の構成を模式的に示す図である。
【００１４】
同図（ａ）を参照して、レーザレーダ１は、筐体１０と、投射光学系２０と、受光光学系３０と、回路ユニット４０と、投射窓５０と、受光窓６０を備える。本実施の形態では、投射に関する構成と受光に関する構成が一つの筐体１０に収容されているが、これら２つの構成が別々の筐体に収容され、両構成を電気的に接続することで、レーザレーダ１が構成されても良い。
【００１５】
筐体１０は、立方体形状をしており、内部に、投射光学系２０と、受光光学系３０と、回路ユニット４０とを収容する。同図（ｂ）に示す如く、筐体１０の正面には、開口１１、１３が形成され、これら開口１１、１３の周囲には、投射窓５０と受光窓６０を嵌め込むための凹部１２、１４がそれぞれ形成されている。投射窓５０と受光窓６０は、それぞれ、その周囲を凹部１２、１４に嵌め込んで接着固定することにより、筐体１０の正面に装着される。
【００１６】
投射光学系２０は、レーザ光源２１と、ビーム整形レンズ２２と、ミラーアクチュエータ２３とを備える。
【００１７】
レーザ光源２１は、波長９００ｎｍ程度のレーザ光を出射する。
【００１８】
ビーム整形レンズ２２は、レーザ光源２１から出射されたレーザ光が、目標領域において所定の形状となるよう、レーザ光を収束させる。たとえば、目標領域（本実施の形態では、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、縦２ｍ、横０．２ｍ程度の楕円形状となるように、ビーム整形レンズ２２が設計される。
【００１９】
ミラーアクチュエータ２３は、ビーム整形レンズ２２を透過したレーザ光が入射するミラー１５０と、このミラー１５０を２つの軸の周りに回転させるための機構とを備える。ミラー１５０が回転することにより、目標領域においてレーザ光が走査される。ミラーアクチュエータ２３の詳細については、追って、図２ないし６を参照して説明する。
【００２０】
受光光学系３０は、フィルタ３１と、受光レンズ３２と、光検出器３３と、光検出器駆動部３４とを備える。フィルタ３１は、レーザ光源２１から出射されるレーザ光の波長帯域の光のみを透過するバンドパスフィルタである。受光レンズ３２は、目標領域から反射された光を集光する。光検出器３３は、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）またはＰＩＮフォトダイオードからなり、受光光量に応じた大きさの電気信号を回路ユニット４０に出力する。また、光検出器３３は、迷光の影響を抑えるため、幅が狭く構成されている（例えば１ｍｍ前後）。
【００２１】
同図（ｃ）に示すように、光検出器駆動部３４は、光検出器３３を駆動するためのステッピングモータ３４ａと、光検出器３３を水平方向に変位可能に案内するガイド部３４ｄと、光検出器３３を支持する支持部３４ｅと、光検出器３３の駆動開始位置を検出するための位置検出センサ３４ｆを備えている。
【００２２】
ステッピングモータ３４ａの回転軸にはリードスクリュー３４ｂが装着され、リードスクリュー３４ｂが支持部３４ｅの軸受け３４ｃに噛合している。回路ユニット４０から入力される信号に応じて、ステッピングモータ３４ａが駆動されることにより、光検出器３３がステップ送りされる。ガイド部３４ｄは、レーザ光の走査範囲に応じた反射光の移動範囲に亘って光検出器３３を移動させることができるような長さ（例えば１５ｍｍ前後）を有する。位置検出センサ３４ｆは、フォトインタラプタ等からなり、発光部から発光される光が遮られたことを検知し、電気信号を回路ユニット４０に出力する。位置検出センサ３４ｆは、ガイド部３４ｄの片端の位置に配置され、光検出器３３の駆動開始位置を検出する。
【００２３】
なお、本実施の形態では、後述の如く、水平方向に設定された３段の走査ラインＬ１〜Ｌ３（図８参照）に沿って、レーザ光が目標領域を走査する。このため、受光レンズ３２によって集光された反射光もまた、光検出器３３の受光面を広げた面上において、鉛直方向に分かれた３つの軌道に沿って移動する。しかし、ミラー１５０の鉛直方向の駆動角度は、小さく、また、レーザ光は、ビーム整形レンズ２２によって縦長の楕円形状に整形されるため、光検出器３３の移動方向は、水平方向のみでよい。光検出器３３の受光面は、反射光の上記３つの軌道をカバー可能なよう、鉛直方向に長細い形状を有する。光検出器駆動部３４の制御は、追って図９ないし図１１を参照して説明する。
【００２４】
回路ユニット４０は、ＣＰＵやメモリ等を備え、レーザ光源２１およびミラーアクチュエータ２３を制御する。また、回路ユニット４０は、光検出器３３からの信号に基づいて、目標領域における障害物の有無および障害物までの距離を測定する。具体的には、目標領域における所定の走査位置において、レーザ光源２１からレーザ光が出射される。このときに光検出器３３から信号が出力されると、この走査位置に障害物が存在することが検出される。また、この走査位置においてレーザ光が出射されたタイミングと、光検出器３３から信号が出力されたタイミングの時間差から、この障害物までの距離が測定される。
回路ユニット４０の構成は、追って図７を参照して説明する。
【００２５】
投射窓５０は、均一な厚みを有する透明な平板からなっている。受光窓６０も、投射窓５０と同様、均一な厚みを有する透明な平板からなっている。投射窓５０および受光窓６０は、透明性の高い材料からなり、また、入射面と出射面に反射防止膜（ＡＲコート）が付されている。
【００２６】
図２は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ２３の構成を示す分解斜視図である。
【００２７】
ミラーアクチュエータ２３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１６０とを備えている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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３（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３（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。
【００３１】
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。
【００３２】
図２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。
【００３３】
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１６０を嵌め込むための凹部１２１ｇが形成されている。透過板１６０は、凹部１２１ｇに下方向から嵌め込まれ、透過板固定金具１６１で透過板１６０がパンフレーム１２１の足部１２１ｆに固定される。支軸１２２の上端には、バランサ１２２ｄが装着されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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１３３のネジ穴１３１ｄに対応する位置に、ネジ穴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。
【００３６】
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側のネジ穴１４１ｄに対応する位置に孔１４２ｆが形成されている。
【００３７】
ミラーアクチュエータ２３の組み立て時には、上記の如くして、図３（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３（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。
【００３８】
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２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１４１ａ、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３（ｂ）に示す構成体がヨークユニット１４０に装着される。
【００３９】
こうして、図４（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。
【００４０】
こうして組み立てられた図４（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のネジ穴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４（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４（ｂ）に示すように、ミラーアクチュエータ２３の組み立てが完了する。
【００４１】
図４（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、１２２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、１２２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１６０も、ミラー１５０の回動に伴って回動する。
【００４２】
なお、バランサ１２２ｄは、図３（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１２２ｄの重さによって調整される。この他、バランサ１２２ｄが上下に変位可能であれば、上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。
【００４３】
図４（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のマグネット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、コイル１１３に電流を印加すると、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１６０が回動する。
【００４４】
また、図４（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のマグネット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１６０が回動する。
【００４５】
図５は、ミラーアクチュエータ２３が装着された状態の光学系の構成を示す図である。
【００４６】
図５において、５００は、光学系を支持するベースである。ベース５００には、ミラーアクチュエータ２３の設置位置に開口５０３ａが形成され、この開口５０３ａに透過板１６０が挿入されるようにして、ミラーアクチュエータ２３がベース５００上に装着されている。
【００４７】
ベース５００の上面には、レーザ光源２１と、ビーム整形レンズ２２が配置されている。レーザ光源２１は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の回路基板４００に装着されている。
【００４８】
レーザ光源２１から出射されたレーザ光は、ビーム整形レンズ２２によって水平方向および鉛直方向の収束作用を受け、目標領域において所定の形状に整形される。ビーム整形レンズ２２を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ２３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２３によってミラー１５０が駆動されることにより、レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
【００４９】
ミラーアクチュエータ２３は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、ビーム整形レンズ２２からの走査レーザ光がミラー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。
【００５０】
ベース５００の上面には、回路基板４００の他、ミラーアクチュエータ２３の背後に、ミラーアクチュエータ２３のコイル１１３、１２３に駆動信号を供給するための回路基板（図示せず）が配置されている。また、ベース５００の下面には、回路基板３００が配置され、さらに、ベース５００の裏面と側面にも回路基板３０１、３０２が配置されている。これら回路基板は、図１（ａ）の回路ユニット４０に含まれる。
【００５１】
図６（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の裏側のうちミラーアクチュエータ２３が装着された位置の近傍が示されている。
【００５２】
図示の如く、ベース５００の裏側周縁には、壁５０１、５０２が形成されており、壁５０１、５０２よりも中央側は、壁５０１、５０２よりも一段低い平面５０３となっている。壁５０１には、半導体レーザ３０３を装着するための開口が形成されている。この開口に半導体レーザ３０３を挿入するようにして、半導体レーザ３０３が装着された回路基板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、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）３０８が装着された回路基板３０２が装着されている。
【００５３】
ベース５００裏側の平面５０３には、取り付け具３０７によって集光レンズ３０４と、アパーチャ３０５と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３０６が装着されている。さらに、この平面５０３には開口５０３ａが形成されており、この開口５０３ａを介して、ミラーアクチュエータ２３に装着された透過板１６０がベース５００の裏側に突出している。ここで、透過板１６０は、ミラーアクチュエータ２３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３０３の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。
【００５４】
半導体レーザ３０３から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）は、集光レンズ３０４を透過した後、アパーチャ３０５によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３０１によって減光される。その後、サーボ光は、透過板１６０に入射し、透過板１６０によって屈折作用を受ける。しかる後、透過板１６０を透過したサーボ光は、ＰＳＤ３０８によって受光され、ＰＳＤ３０８から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
【００５５】
図６（ｂ）は、透過板１６０の回動位置がＰＳＤ３０８によって検出されることを模式的に示す図である。
【００５６】
サーボ光は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透過板１６０により屈折作用を受ける。ここで、透過板１６０が破線の位置から矢印方向に回動すると、サーボ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、ＰＳＤ３０８上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３０８にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透過板１６０の回動位置を検出することができる。そして、透過板１６０の回動位置をもって、目標領域における走査レーザ光の走査位置を検出できる。
【００５７】
図７は、レーザレーダ１の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、投射光学系２０と受光光学系３０の主要な構成が併せて示されている。図示の如く、レーザレーダ１は、ＰＳＤ信号処理回路４１と、サーボＬＤ駆動回路４２と、アクチュエータ駆動回路４３と、スキャンＬＤ駆動回路４４と、ＰＤ駆動回路４５と、ＰＤ信号処理回路４６と
、ＤＳＰ４７を備えている。これらの回路は、図１の回路ユニット４０に含まれている。
【００５８】
ＰＳＤ信号処理回路４１は、ＰＳＤ３０８からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をＤＳＰ４７に出力する。サーボＬＤ駆動回路４２は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、半導体レーザ３０３に駆動信号を供給する。アクチュエータ駆動回路４３は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ２３を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ２３に供給される。
【００５９】
スキャンＬＤ駆動回路４４は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、レーザ光源２１に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域にレーザ光を照射するタイミングで、パルス状の駆動信号（電流信号）がレーザ光源２１に供給される。
【００６０】
ＰＤ駆動回路４５は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、光検出器駆動部３４に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域にレーザ光を照射するタイミングにあわせて、反射光の入射位置に光検出器３３が駆動されるよう、パルス状の駆動信号（パルス信号）が光検出器駆動部３４のステッピングモータ３４ａに供給される。また、ＰＤ駆動回路４５は、光検出器駆動部３４に備えられた位置検出センサ３４ｆ（図１参照）から入力される信号をデジタル変換し、ＤＳＰ４７に送信する。
【００６１】
ＰＤ信号処理回路４６は、光検出器３３の受光光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してＤＳＰ４７に供給する。
【００６２】
ＤＳＰ４７は、ＰＳＤ信号処理回路４１から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ２３の駆動制御や、レーザ光源２１の駆動制御等を実行する。また、ＤＳＰ４７は、レーザ光源２１の駆動タイミングと、光検出器駆動部３４の位置検出センサ３４ｆ（図１参照）から出力された検出信号に基づいて、光検出器駆動部３４の駆動制御を実施する。さらに、ＤＳＰ４７は、ＰＤ信号処理回路４６から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に障害物が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源２１から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器３３にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、障害物までの距離を測定する。
【００６３】
図８は、目標領域におけるレーザ光の走査制御を示す図である。
【００６４】
本実施の形態では、水平方向の３つの走査ラインＬ１〜Ｌ３が、目標領域に設定される。ＤＳＰ４７は、これら走査ラインＬ１〜Ｌ３をレーザ光が左から右に走査するよう、ミラーアクチュエータ２３を制御する。レーザ光は、各走査ラインＬ１〜Ｌ３を一定の速度で走査する。また、レーザ光は、各走査ラインＬ１〜Ｌ３の開始位置Ｐｓよりも前方の位置から終了位置Ｐｅよりも後方の位置まで、各走査ラインＬ１〜Ｌ３を走査する。かかる制御は、ＤＳＰ４７が、ＰＳＤ３０８上に設定された目標軌道をサーボ光が追従するように、ミラーアクチュエータ２３を制御することにより行われる。すなわち、図８に示す３つの走査ラインＬ１〜Ｌ３に沿ってレーザ光が目標領域を走査すると、サーボ光も、３つの軌道に沿ってＰＳＤ３０８上を走査する。ＤＳＰ４７は、かかる軌道を目標軌道としてテーブル等により保持し、この目標軌道をサーボ光が追従するように、ミラーアクチュエータ２３を制御する。
【００６５】
目標領域におけるレーザ光の走査は、最上段の走査ラインＬ１から始められ、次に走査ラインＬ２、最後に走査ラインＬ３へと移行する。走査ラインＬ１から走査ラインＬ３まで走査が終わると、走査ラインＬ１に戻って、目標領域に対する次の走査が行われる。
【００６６】
ＤＳＰ４７は、走査位置が各走査ラインＬ１〜Ｌ３の開始位置Ｐｓに到達したタイミングで、レーザ光源２１をパルス状に発光させる。そして、その後、走査位置が終了位置Ｐｅに到達するまで、一定の時間間隔Δｔ毎に、レーザ光源２１をパルス状に発光させる。なお、図８中の黒丸は、レーザ光の照射タイミングを模式的に示すものである。
【００６７】
なお、本実施の形態では、レーザ光が一定の速度で走査されながら、一定の時間間隔Δｔ毎にパルス状に発光されるため、レーザ光の照射位置の変位ΔＰも一定となる。また、ミラーアクチュエータ２３によって一定の時間間隔Δｔ毎に制御されるミラー１５０の角度も、一定となる。
【００６８】
図９は、レーザ光の走査による反射光の入射位置の変化を示す模式図である。同図において、Ｐｔ−１、Ｐｔ、Ｐｔ＋１は、レーザ光の連続する照射タイミングにおける走査位置を示している。
【００６９】
走査位置Ｐｔに対するミラー１５０の中立位置からの傾きをθ１、次のレーザ光の照射タイミングＰｔ＋１における、ミラー１５０の中立位置からの傾きをθ２とすると、レーザ光の走査位置Ｐｔ〜Ｐｔ＋１に対応する反射光の入射位置の変位ΔＱは、以下の式によって算出される。
【００７０】
ΔＱ＝ｆｔａｎθ２−ｆｔａｎθ１ … （１）
【００７１】
本実施の形態では、ミラー１５０は、上述したように、一定の時間間隔Δｔ毎に、一定の角度変位で制御されるため、走査位置Ｐｔ〜Ｐｔ＋１間の変位ΔＰと反射光の入射位置の変位ΔＱは、１対１に対応し、それぞれ、一定量の変位となる。したがって、レーザ光の照射タイミングに合わせて、光検出器３３の位置を一定間隔の変位ΔＱで走査方向に駆動させれば、光検出器３３を反射光の入射位置に位置づけることができる。
【００７２】
図１０は、レーザ光の走査位置と、レーザ光の照射タイミングと、反射光の入射位置と、光検出器３３の駆動制御タイミングを説明する図である。図１０（ａ）は、レーザ光の走査ラインＬ１における走査位置と、パルス発光タイミングを模式的に示している。また、図１０（ｂ）は、光検出器３３の駆動位置と、光検出器３３を駆動させるステッピングモータ３４ａに対して送信されるパルス信号のタイミングを模式的に示している。
【００７３】
図１０（ａ）、（ｂ）に示す如く、走査ラインＬ１に対応するように、光検出器駆動部３４において、光検出器３３の駆動ラインＬ’１が設定される。すなわち、レーザ光の走査位置が、走査ラインＬ１上の開始位置Ｐｓ、終了位置Ｐｅ、走査位置Ｐｔ−１〜Ｐｔ＋２であるとき、光検出器３３の駆動位置が、それぞれ、駆動ラインＬ’１上の開始位置Ｑｓ、終了位置Ｑｅ、入射位置Ｑｔ−１〜Ｑｔ＋２となる。なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動ラインＬ’１における光検出器３３の駆動方向は、走査ラインＬ１上におけるレーザ光の走査方向と一致している。
【００７４】
光検出器３３を一定間隔の変位ΔＱで駆動させるためのパルス信号は、レーザ光の発光間隔Δｔ毎に、ＤＳＰ４７からＰＤ駆動回路４５に送信される。また、式（１）に示した光検出器３３の変位ΔＱに相当するステッピングモータ３４ａのステップ数分のパルス（本実施の形態では２個）が、レーザ光の発光間隔Δｔ毎に、ＰＤ駆動回路４５からステッピングモータ３４ａに送信される。これにより、レーザ光の照射タイミングにあわせて、光検出器３３が反射光の入射位置に位置づけられる。
【００７５】
なお、パルス信号は、一定周期のパルス列となっている。パルス信号の周期は、レーザ
光の発光間隔Δｔの間に上記ステップ数分のパルス（本実施の形態では２個）が含まれるように設定される。また、より精度を高めるため、ミラーの傾きによりパルス信号の周期を漸次可変にしてもよい。
【００７６】
次に、ステッピングモータ３４ａに送信されるパルスが既定のパルス数となったとき、光検出器３３が開始位置Ｑｓから終了位置Ｑｅまで移動したとして、光検出器３３の駆動方向への駆動が終了される。なお、ＤＳＰ４７には、走査ラインＬ１の開始位置Ｐｓから終了位置Ｐｅまでのレーザ光が走査されるときにステッピングモータ３４ａに送信されるパルス数があらかじめ設定されている。そして、終了位置Ｑｅから開始位置Ｑｓへ光検出器３３を変位させるためのパルス信号が、ＤＳＰ４７からＰＤ駆動回路４５に送信される。また、ステッピングモータ３４ａを逆回転させるパルス信号が、ＰＤ駆動回路４５からステッピングモータ３４ａに送信される。これにより、光検出器３３が終了位置Ｑｅから開始位置Ｑｓに戻される。
【００７７】
光検出器３３が開始位置Ｑｓに到達すると、位置検出センサ３４ｆによる検出信号がＤＳＰ４７に入力され、ＤＳＰ４７からＰＤ駆動回路４５へのパルス信号の供給が停止される。これにより、光検出器３３が開始位置Ｑｓに位置づけられる。
【００７８】
その後、レーザ光が図８に示す走査ラインＬ２、Ｌ３に沿って走査され、上記同様に光検出器３３がレーザ光の走査に追従して、反射光の入射位置に位置づけられる。
【００７９】
このように、レーザ光のパルス発光の周波数とステッピングモータ３４ａを駆動させるパルス信号の周波数とによって、レーザ光の走査タイミングと光検出器３３の駆動タイミングを同期させつつ、光検出器３３を一定の変位ΔＱだけ駆動させることで、レーザ光の走査に応じて、光検出器３３を反射光の入射位置に追従させることができる。
【００８０】
図１１は、光検出器駆動部３４の制御動作を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）は、光検出器駆動部３４の構成と光検出器３３の駆動の流れを模式的に示す図、同図（ｄ）は、光検出器駆動部３４の制御動作を示すフローチャートである。
【００８１】
同図（ａ）〜（ｃ）は、レーザ光の走査位置が、それぞれ、図９に示す開始位置Ｐｓと、走査位置Ｐｔと、終了位置Ｐｅに位置付けられるときの光検出器３３の位置を示している。光検出器３３は、レーザ光の走査位置が開始位置Ｐｓと終了位置Ｐｅに位置付けられるときに、それぞれ、ガイド部３４ｄの左端（開始位置Ｑｓ）と右端（終了位置Ｑｅ）に位置づけられるよう設定される。なお、レーザ光の走査範囲が広範囲となった場合においても、ガイド部３４ｄの長さを調整することで、光検出器３３による反射光の受光可能な範囲を広げることができる。
【００８２】
同図（ｄ）を参照して、レーザ光の走査位置が開始位置Ｐｓに位置付けられると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ＤＳＰ４７は、光検出器３３を終了位置Ｑｅまで駆動させるよう、ステッピングモータ３４ａに上記パルス信号を送信する（Ｓ１０２）。これにより、光検出器３３は、ステッピングモータ３４ａによって、終了位置Ｑｅの方向に、一定の速度でステップ送りされる（Ｓ１０３）。これにより、光検出器３３は、レーザ光の各照射タイミングにおいて、反射光の入射位置に位置づけられる。そして、ＤＳＰ４７は、ステップ送りのために送信したパルス数をカウントし（Ｓ１０４）、カウントしたステップ数が既定の回数を超えたかを判断する（Ｓ１０５）。ステップ数が既定の回数を超えない間（Ｓ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１０３とＳ１０４が繰り返される。これにより、光検出器３３が同図（ａ）に示す位置から同図（ｃ）に示す位置まで、ステップ送りされる。
【００８３】
ステップ数が既定の回数となったとき（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、光検出器３３は終了位置
Ｑｅに位置付けられる。これに応じて、ＤＳＰ４７は、光検出器３３を開始位置Ｑｓに向けて駆動させるよう、ステッピングモータ３４ａに、ステッピングモータ３４ａを逆回転させる逆パルスの信号を送信する（Ｓ１０６）。これにより、光検出器３３は、ステッピングモータ３４ａによって、開始位置Ｑｓの方向にステップ送りされる（Ｓ１０７）。
【００８４】
続いて、ＤＳＰ４７は、位置検出センサ３４ｆの検出信号に基づいて、光検出器３３が同図（ａ）に示す開始位置Ｑｓに戻されたかを判定する（Ｓ１０８）。光検出器３３が開始位置Ｑｓに戻されていないと（Ｓ１０８：ＮＯ）、再度Ｓ１０６、Ｓ１０７の処理が行われる。これにより、光検出器３３は、同図（ｃ）に示す状態から、同図（ａ）に示す状態まで繰り返しステップ送りされる。なお、光検出器３３が開始位置Ｑｓを過ぎた場合は、開始位置Ｑｓに戻すためのパルス信号がステッピングモータ３４ａに供給される。
【００８５】
光検出器３３が開始位置Ｑｓに戻されると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ＤＳＰ４７は、レーザ光の走査が終了したかを判定する（Ｓ１０９）。走査が終了していないと（Ｓ１０９：ＮＯ）、処理がＳ１０１に戻される。そして、レーザ光の走査位置が開始位置Ｑｓに到達すると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、上記と同様に、光検出器３３の駆動が行われる。走査が終了すると（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、光検出器駆動部３４の制御動作が終了する。
【００８６】
以上、本実施の形態によれば、一定速度で走査されるレーザ光の照射タイミングに合わせて、反射光の入射位置に光検出器３３が移動されるため、複数の光検出器を配する必要がなく、また、各光検出器に対して個別に増幅回路等の回路部を配する必要もない。本実施の形態によれば、回路規模の増大を回避しながら、幅の狭い単一の光検出器のみで、反射光を精度よく検出することができる。よって、レーザレーダのコスト削減、小型化を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態では、光検出器駆動部３４の光検出器３３を駆動させる範囲を調整することで、光検出器を追加せずとも反射光の受光可能な範囲を広げることができる。これにより、レーザ光の走査範囲を広げる場合においても、コストを抑えつつ、反射光の検出精度を保つことができる。
【００８８】
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。
【００８９】
たとえば、上記実施の形態では、光検出器３３が終了位置Ｑｅに到達したことを、所定のパルス数をカウントすることにより検出したが、開始位置Ｑｓの検出と同様に、位置検出センサを用いて、終了位置Ｑｅを検出してもよい。
【００９０】
図１２は、光検出器３３の終了位置Ｑｅに位置検出センサを配置した場合の光検出器駆動部３４の制御動作を説明する図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、光検出器駆動部３４の構成と光検出器３３の駆動の流れを模式的に示す図、図１２（ｄ）は、光検出器駆動部３４の制御動作を示すフローチャートである。
【００９１】
同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、本変更例では、ガイド部３４ｄの右端（終了位置Ｑｅ）に位置検出センサ３４ｇが配置されている。位置検出センサ３４ｇは、レーザ光の走査終了位置Ｐｅにおける、反射光の入射位置となるように位置づけられている。その他は、上記実施の形態と同様に構成されている。
【００９２】
次に、本変更例における光検出器駆動部３４の制御動作について、同図（ｄ）を参照して説明する。なお、同図（ｄ）に示すフローチャートのステップＳ２０５〜Ｓ２０８は、図１１（ｄ）におけるステップＳ１０６〜Ｓ１０９と同様である。
【００９３】
同図（ｄ）を参照して、レーザ光の走査位置が開始位置Ｐｓに位置付けられると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ＤＳＰ４７は、光検出器３３を終了位置Ｑｅ方向に駆動させるよう、ステッピングモータ３４ａにパルス信号を送信する（Ｓ２０２）。その後、光検出器３３は、ステッピングモータ３４ａによって、終了位置Ｑｅの方向にステップ送りされる（Ｓ２０３）。これにより、光検出器３３は、反射光の入射位置に位置づけられる。そして、ＤＳＰ４７は、位置検出センサ３４ｇの検出信号に基づいて、光検出器３３が同図（ｃ）に示す終了位置Ｑｅに進められたかを判定する（Ｓ２０４）。光検出器が終了位置Ｑｅに進められていないと（Ｓ２０４：ＮＯ）、再度Ｓ２０２、Ｓ２０３の処理が行われる。これにより、光検出器３３は、同図（ａ）に示す状態から、同図（ｃ）に示す状態まで繰り返しステップ送りされる。
【００９４】
続いて、本実施の形態における図１１のＳ１０６〜Ｓ１０９と同様に、光検出器３３が、終了位置Ｑｅから開始位置Ｑｓ方向に向かって、同図（ｃ）に示す状態から、同図（ａ）に示す状態まで繰り返しステップ送りされる（Ｓ２０５〜Ｓ２０７）。そして、光検出器３３の駆動処理（Ｓ２０１〜Ｓ２０７）が、レーザ光の走査終了（Ｓ２０８：ＹＥＳ）まで繰り返される。
【００９５】
このように、本変更例においても、上記の実施形態同様、レーザ光の照射タイミングで、光検出器を反射光の受光位置に追従させることができ、幅の狭い単一の光検出器のみで、反射光を精度よく検出することができる。
【００９６】
また、上記実施の形態では、光検出器３３の走査開始位置（開始位置Ｑｓ）を位置検出センサ３４ｆによって、検出したが、位置検出センサ３４ｆを用いず、走査終了位置（終了位置Ｑｅ）の検出と同様に、所定のパルス数で検出させてもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態では、光検出器３３の駆動にステッピングモータ３４ａを用いたが、リニアモータを利用してもよい。この場合、レーザ光の照射タイミング間隔Δｔにおいて、反射光の入射位置がΔＱだけ変位するよう、光検出器３３の駆動速度が調整される。これにより、上記実施の形態と同様、レーザ光の照射タイミングと同期して、光検出器３３を反射光の入射位置に位置づけることができる。
【００９８】
また、上記実施の形態では、光検出器３３を水平方向にのみ変位させたが、レーザ光の走査方向に応じて、鉛直方向に変位させてもよい。すなわち、レーザ光の走査位置が目標領域において鉛直方向に変化することに合わせて、受光光学系３０における反射光の入射位置も鉛直方向に変化する。このように鉛直方向に変化する反射光の入射位置に合わせて、光検出器３３が鉛直方向に変位されるようにしても良い。
【００９９】
また、上記実施の形態では、走査ラインＬ１〜L３にレーザ光が走査されたときの反射光の受光位置に追従させるよう、単一の光検出器３３が用いられたが、走査ラインＬ１〜Ｌ３に対応するように、光検出器３３に比べ、鉛直方向の長さが短い３つの光検出器が用いられてもよい。この場合、各光検出器は、たとえば、上記実施の形態の支持部３４ｅに装着され、支持部３４ｅの移動に伴って同時に移動される。光検出器駆動部３４に対する制御は、上記実施の形態と同様である。こうすると、走査ラインＬ１に対応する光検出器には、走査ラインＬ１の反射光以外の光が入射されにくくなり、また、走査ラインＬ２、Ｌ３に対応する光検出器にも同様に、対応する走査ライン以外の光が入射されにくくなる。これにより、上記実施の形態と比べ、さらに反射光を精度よく検出することができる。
【０１００】
さらに、上記実施の形態では、２つの軸の周りにミラーが回転するミラーアクチュエータの構成例を示したが、本発明は、上記以外の構成のミラーアクチュエータや、レンズを
駆動してレーザ光を走査するタイプのアクチュエータ、あるいは、ポリゴンミラーを用いたアクチュエータにも適用可能である。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１ … レーザレーダ
２１ … レーザ光源
２３ … ミラーアクチュエータ（走査駆動部）
３３ … 光検出器
３４ … 光検出器駆動部（検出器駆動部）
３４ａ … ステッピングモータ（検出器駆動部、ステッピングモータ）
３４ｆ …位置検出センサ
４０ … 回路ユニット（走査制御部、検出器制御部）
４３ … アクチュエータ駆動回路（走査制御部）
４５ … ＰＤ駆動回路（検出器制御部）
４７ … ＤＳＰ（走査制御部、検出器制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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の状況を検出するレーザレーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、走行時の安全性を高めるために、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、各スキャン位置における障害物までの距離が検出される（特許文献１）。
【０００３】
目標領域からの反射光は、レーザレーダ内の光検出器によって受光される。光検出器からは、受光光量に応じた大きさの信号が出力される。この信号が所定の閾値を超えると、当該スキャン位置に障害物が存在すると判定される。また、この信号が前記閾値を超えたタイミングが反射光の受光タイミングとされて、上記のように、当該スキャン位置における障害物までの距離が計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
上記構成において、対向車両のライト等、反射光以外の迷光が光検出器に入射することが考えられる。この場合、光検出器からの信号が飽和し、障害物までの距離の測定精度が低下する惧れがある。
【０００６】
かかる問題は、幅の狭い複数の光検出器を一定の間隔で反射光の移動方向に配置し、反射光の入射が想定される位置にある光検出器からの出力信号のみを障害物の検出に用いるようにすることで解消できると考えられる。しかし、この場合、各光検出器に個別に増幅回路等の回路部を配置する必要があり、回路規模の増大を招くこととなってしまう。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、迷光が入射される場合にも、回路規模の増大を招くことなく、障害物までの距離を精度よく測定することができるレーザレーダ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】
本発明の主たる局面に係るレーザレーダは、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走査駆動部と、前記走査駆動部を制御する走査制御部と、前記目標領域において反射された前記レーザ光の反射光を受光する光検出器と、前記レーザ光が所定の走査軌道に沿って前記目標領域を走査したときの前記反射光の入射位置の軌道に沿って前記光検出器を移動させる検出器駆動部と、前記レーザ光の走査時に、前記反射光の入射位置に前記光検出器が位置付けられるよう、前記検出器駆動部を制御する検出器制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、迷光が入射される場合にも、回路規模の増大を招くことなく、障害物
までの距離を精度よく測定することができるレーザレーダ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】実施の形態に係るレーザレーダの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係るミラーアクチュエータの構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組み立て過程を示す図である。
【図４】実施の形態に係るミラーアクチュエータの組み立て過程を示す図である。
【図５】実施の形態にビーム照射装置の構成を示す図である。
【図６】実施の形態に係るサーボ光学系の構成および作用を説明する図である。
【図７】実施の形態に係るレーザレーダの回路構成を示す図である。
【図８】実施の形態に係るレーザ光の走査制御を説明する図である。
【図９】実施の形態に係るレーザ光の走査と反射光の入射位置の変化を説明する図である。
【図１０】実施の形態に係るレーザ光の照射タイミングと光検出器の駆動制御タイミングを説明する図である。
【図１１】実施の形態に係る光検出器駆動部の制御動作図および光検出器駆動部の制御動作フローチャートである。
【図１２】変更例に係る光検出器駆動部の制御動作図および光検出器駆動部の制御動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態に係るレーザレーダ１の構成を模式的に示す図である。同図（ａ）は、レーザレーダ１の内部を上面から透視した図、同図（ｂ）は、投射窓５０と受光窓６０を装着する前のレーザレーダ１の正面図、同図（ｃ）は、光検出器駆動部３４の構成を模式的に示す図である。
【００１４】
同図（ａ）を参照して、レーザレーダ１は、筐体１０と、投射光学系２０と、受光光学系３０と、回路ユニット４０と、投射窓５０と、受光窓６０を備える。本実施の形態では、投射に関する構成と受光に関する構成が一つの筐体１０に収容されているが、これら２つの構成が別々の筐体に収容され、両構成を電気的に接続することで、レーザレーダ１が構成されても良い。
【００１５】
筐体１０は、立方体形状をしており、内部に、投射光学系２０と、受光光学系３０と、回路ユニット４０とを収容する。同図（ｂ）に示す如く、筐体１０の正面には、開口１１、１３が形成され、これら開口１１、１３の周囲には、投射窓５０と受光窓６０を嵌め込むための凹部１２、１４がそれぞれ形成されている。投射窓５０と受光窓６０は、それぞれ、その周囲を凹部１２、１４に嵌め込んで接着固定することにより、筐体１０の正面に装着される。
【００１６】
投射光学系２０は、レーザ光源２１と、ビーム整形レンズ２２と、ミラーアクチュエータ２３とを備える。
【００１７】
レーザ光源２１は、波長９００ｎｍ程度のレーザ光を出射する。
【００１８】
ビーム整形レンズ２２は、レーザ光源２１から出射されたレーザ光が、目標領域において所定の形状となるよう、レーザ光を収束させる。たとえば、目標領域（本実施の形態では、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、縦２ｍ、横０．２ｍ程度の楕円形状となるように、ビーム整形レンズ２２が設計される。
【００１９】
ミラーアクチュエータ２３は、ビーム整形レンズ２２を透過したレーザ光が入射するミラー１５０と、このミラー１５０を２つの軸の周りに回転させるための機構とを備える。ミラー１５０が回転することにより、目標領域においてレーザ光が走査される。ミラーアクチュエータ２３の詳細については、追って、図２ないし６を参照して説明する。
【００２０】
受光光学系３０は、フィルタ３１と、受光レンズ３２と、光検出器３３と、光検出器駆動部３４とを備える。フィルタ３１は、レーザ光源２１から出射されるレーザ光の波長帯域の光のみを透過するバンドパスフィルタである。受光レンズ３２は、目標領域から反射された光を集光する。光検出器３３は、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）またはＰＩＮフォトダイオードからなり、受光光量に応じた大きさの電気信号を回路ユニット４０に出力する。また、光検出器３３は、迷光の影響を抑えるため、幅が狭く構成されている（例えば１ｍｍ前後）。
【００２１】
同図（ｃ）に示すように、光検出器駆動部３４は、光検出器３３を駆動するためのステッピングモータ３４ａと、光検出器３３を水平方向に変位可能に案内するガイド部３４ｄと、光検出器３３を支持する支持部３４ｅと、光検出器３３の駆動開始位置を検出するための位置検出センサ３４ｆを備えている。
【００２２】
ステッピングモータ３４ａの回転軸にはリードスクリュー３４ｂが装着され、リードスクリュー３４ｂが支持部３４ｅの軸受け３４ｃに噛合している。回路ユニット４０から入力される信号に応じて、ステッピングモータ３４ａが駆動されることにより、光検出器３３がステップ送りされる。ガイド部３４ｄは、レーザ光の走査範囲に応じた反射光の移動範囲に亘って光検出器３３を移動させることができるような長さ（例えば１５ｍｍ前後）を有する。位置検出センサ３４ｆは、フォトインタラプタ等からなり、発光部から発光される光が遮られたことを検知し、電気信号を回路ユニット４０に出力する。位置検出センサ３４ｆは、ガイド部３４ｄの片端の位置に配置され、光検出器３３の駆動開始位置を検出する。
【００２３】
なお、本実施の形態では、後述の如く、水平方向に設定された３段の走査ラインＬ１〜Ｌ３（図８参照）に沿って、レーザ光が目標領域を走査する。このため、受光レンズ３２によって集光された反射光もまた、光検出器３３の受光面を広げた面上において、鉛直方向に分かれた３つの軌道に沿って移動する。しかし、ミラー１５０の鉛直方向の駆動角度は、小さく、また、レーザ光は、ビーム整形レンズ２２によって縦長の楕円形状に整形されるため、光検出器３３の移動方向は、水平方向のみでよい。光検出器３３の受光面は、反射光の上記３つの軌道をカバー可能なよう、鉛直方向に長細い形状を有する。光検出器駆動部３４の制御は、追って図９ないし図１１を参照して説明する。
【００２４】
回路ユニット４０は、ＣＰＵやメモリ等を備え、レーザ光源２１およびミラーアクチュエータ２３を制御する。また、回路ユニット４０は、光検出器３３からの信号に基づいて、目標領域における障害物の有無および障害物までの距離を測定する。具体的には、目標領域における所定の走査位置において、レーザ光源２１からレーザ光が出射される。このときに光検出器３３から信号が出力されると、この走査位置に障害物が存在することが検出される。また、この走査位置においてレーザ光が出射されたタイミングと、光検出器３３から信号が出力されたタイミングの時間差から、この障害物までの距離が測定される。
回路ユニット４０の構成は、追って図７を参照して説明する。
【００２５】
投射窓５０は、均一な厚みを有する透明な平板からなっている。受光窓６０も、投射窓５０と同様、均一な厚みを有する透明な平板からなっている。投射窓５０および受光窓６０は、透明性の高い材料からなり、また、入射面と出射面に反射防止膜（ＡＲコート）が付されている。
【００２６】
図２は、本実施の形態に係るミラーアクチュエータ２３の構成を示す分解斜視図である。
【００２７】
ミラーアクチュエータ２３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１６０とを備えている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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３（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３（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。
【００３１】
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。
【００３２】
図２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。
【００３３】
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１６０を嵌め込むための凹部１２１ｇが形成されている。透過板１６０は、凹部１２１ｇに下方向から嵌め込まれ、透過板固定金具１６１で透過板１６０がパンフレーム１２１の足部１２１ｆに固定される。支軸１２２の上端には、バランサ１２２ｄが装着されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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１３３のネジ穴１３１ｄに対応する位置に、ネジ穴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。
【００３６】
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側のネジ穴１４１ｄに対応する位置に孔１４２ｆが形成されている。
【００３７】
ミラーアクチュエータ２３の組み立て時には、上記の如くして、図３（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３（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。
【００３８】
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２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１４１ａ、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３（ｂ）に示す構成体がヨークユニット１４０に装着される。
【００３９】
こうして、図４（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。
【００４０】
こうして組み立てられた図４（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のネジ穴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４（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４（ｂ）に示すように、ミラーアクチュエータ２３の組み立てが完了する。
【００４１】
図４（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、１２２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、１２２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１６０も、ミラー１５０の回動に伴って回動する。
【００４２】
なお、バランサ１２２ｄは、図３（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１２２ｄの重さによって調整される。この他、バランサ１２２ｄが上下に変位可能であれば、上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。
【００４３】
図４（ｂ）に示すアセンブル状態において、８個のマグネット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、コイル１１３に電流を印加すると、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１６０が回動する。
【００４４】
また、図４（ｂ）に示すアセンブル状態において、２個のマグネット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１６０が回動する。
【００４５】
図５は、ミラーアクチュエータ２３が装着された状態の光学系の構成を示す図である。
【００４６】
図５において、５００は、光学系を支持するベースである。ベース５００には、ミラーアクチュエータ２３の設置位置に開口５０３ａが形成され、この開口５０３ａに透過板１６０が挿入されるようにして、ミラーアクチュエータ２３がベース５００上に装着されている。
【００４７】
ベース５００の上面には、レーザ光源２１と、ビーム整形レンズ２２が配置されている。レーザ光源２１は、ベース５００の上面に配されたレーザ光源用の回路基板４００に装着されている。
【００４８】
レーザ光源２１から出射されたレーザ光は、ビーム整形レンズ２２によって水平方向および鉛直方向の収束作用を受け、目標領域において所定の形状に整形される。ビーム整形レンズ２２を透過したレーザ光は、ミラーアクチュエータ２３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２３によってミラー１５０が駆動されることにより、レーザ光が目標領域内においてスキャンされる。
【００４９】
ミラーアクチュエータ２３は、ミラー１５０が中立位置にあるときに、ビーム整形レンズ２２からの走査レーザ光がミラー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。
【００５０】
ベース５００の上面には、回路基板４００の他、ミラーアクチュエータ２３の背後に、ミラーアクチュエータ２３のコイル１１３、１２３に駆動信号を供給するための回路基板（図示せず）が配置されている。また、ベース５００の下面には、回路基板３００が配置され、さらに、ベース５００の裏面と側面にも回路基板３０１、３０２が配置されている。これら回路基板は、図１（ａ）の回路ユニット４０に含まれる。
【００５１】
図６（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の裏側のうちミラーアクチュエータ２３が装着された位置の近傍が示されている。
【００５２】
図示の如く、ベース５００の裏側周縁には、壁５０１、５０２が形成されており、壁５０１、５０２よりも中央側は、壁５０１、５０２よりも一段低い平面５０３となっている。壁５０１には、半導体レーザ３０３を装着するための開口が形成されている。この開口に半導体レーザ３０３を挿入するようにして、半導体レーザ３０３が装着された回路基板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、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）３０８が装着された回路基板３０２が装着されている。
【００５３】
ベース５００裏側の平面５０３には、取り付け具３０７によって集光レンズ３０４と、アパーチャ３０５と、ＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタ３０６が装着されている。さらに、この平面５０３には開口５０３ａが形成されており、この開口５０３ａを介して、ミラーアクチュエータ２３に装着された透過板１６０がベース５００の裏側に突出している。ここで、透過板１６０は、ミラーアクチュエータ２３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３０３の出射光軸に対し４５度傾くように位置づけられる。
【００５４】
半導体レーザ３０３から出射されたレーザ光（以下、「サーボ光」という）は、集光レンズ３０４を透過した後、アパーチャ３０５によってビーム径が絞られ、さらにＮＤフィルタ３０１によって減光される。その後、サーボ光は、透過板１６０に入射し、透過板１６０によって屈折作用を受ける。しかる後、透過板１６０を透過したサーボ光は、ＰＳＤ３０８によって受光され、ＰＳＤ３０８から、受光位置に応じた位置検出信号が出力される。
【００５５】
図６（ｂ）は、透過板１６０の回動位置がＰＳＤ３０８によって検出されることを模式的に示す図である。
【００５６】
サーボ光は、レーザ光軸に対し傾いて配置された透過板１６０により屈折作用を受ける。ここで、透過板１６０が破線の位置から矢印方向に回動すると、サーボ光の光路が図中の点線から実線のように変化し、ＰＳＤ３０８上におけるサーボ光の受光位置が変化する。これにより、ＰＳＤ３０８にて検出されるサーボ光の受光位置によって、透過板１６０の回動位置を検出することができる。そして、透過板１６０の回動位置をもって、目標領域における走査レーザ光の走査位置を検出できる。
【００５７】
図７は、レーザレーダ１の回路構成を示す図である。なお、同図には、便宜上、投射光学系２０と受光光学系３０の主要な構成が併せて示されている。図示の如く、レーザレーダ１は、ＰＳＤ信号処理回路４１と、サーボＬＤ駆動回路４２と、アクチュエータ駆動回路４３と、スキャンＬＤ駆動回路４４と、ＰＤ駆動回路４５と、ＰＤ信号処理回路４６と
、ＤＳＰ４７を備えている。これらの回路は、図１の回路ユニット４０に含まれている。
【００５８】
ＰＳＤ信号処理回路４１は、ＰＳＤ３０８からの出力信号をもとに求めた位置検出信号をＤＳＰ４７に出力する。サーボＬＤ駆動回路４２は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、半導体レーザ３０３に駆動信号を供給する。アクチュエータ駆動回路４３は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、ミラーアクチュエータ２３を駆動する。具体的には、目標領域においてレーザ光を所定の軌道に沿って走査させるための駆動信号がミラーアクチュエータ２３に供給される。
【００５９】
スキャンＬＤ駆動回路４４は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、レーザ光源２１に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域にレーザ光を照射するタイミングで、パルス状の駆動信号（電流信号）がレーザ光源２１に供給される。
【００６０】
ＰＤ駆動回路４５は、ＤＳＰ４７からの信号をもとに、光検出器駆動部３４に駆動信号を供給する。具体的には、目標領域にレーザ光を照射するタイミングにあわせて、反射光の入射位置に光検出器３３が駆動されるよう、パルス状の駆動信号（パルス信号）が光検出器駆動部３４のステッピングモータ３４ａに供給される。また、ＰＤ駆動回路４５は、光検出器駆動部３４に備えられた位置検出センサ３４ｆ（図１参照）から入力される信号をデジタル変換し、ＤＳＰ４７に送信する。
【００６１】
ＰＤ信号処理回路４６は、光検出器３３の受光光量に応じた電圧信号を増幅およびデジタル化してＤＳＰ４７に供給する。
【００６２】
ＤＳＰ４７は、ＰＳＤ信号処理回路４１から入力された位置検出信号をもとに、目標領域におけるレーザ光の走査位置を検出し、ミラーアクチュエータ２３の駆動制御や、レーザ光源２１の駆動制御等を実行する。また、ＤＳＰ４７は、レーザ光源２１の駆動タイミングと、光検出器駆動部３４の位置検出センサ３４ｆ（図１参照）から出力された検出信号に基づいて、光検出器駆動部３４の駆動制御を実施する。さらに、ＤＳＰ４７は、ＰＤ信号処理回路４６から入力される電圧信号に基づいて、目標領域内のレーザ光照射位置に障害物が存在するかを判定し、同時に、レーザ光源２１から出力されるレーザ光の照射タイミングと、光検出器３３にて受光される目標領域からの反射光の受光タイミングの間の時間差をもとに、障害物までの距離を測定する。
【００６３】
図８は、目標領域におけるレーザ光の走査制御を示す図である。
【００６４】
本実施の形態では、水平方向の３つの走査ラインＬ１〜Ｌ３が、目標領域に設定される。ＤＳＰ４７は、これら走査ラインＬ１〜Ｌ３をレーザ光が左から右に走査するよう、ミラーアクチュエータ２３を制御する。レーザ光は、各走査ラインＬ１〜Ｌ３を一定の速度で走査する。また、レーザ光は、各走査ラインＬ１〜Ｌ３の開始位置Ｐｓよりも前方の位置から終了位置Ｐｅよりも後方の位置まで、各走査ラインＬ１〜Ｌ３を走査する。かかる制御は、ＤＳＰ４７が、ＰＳＤ３０８上に設定された目標軌道をサーボ光が追従するように、ミラーアクチュエータ２３を制御することにより行われる。すなわち、図８に示す３つの走査ラインＬ１〜Ｌ３に沿ってレーザ光が目標領域を走査すると、サーボ光も、３つの軌道に沿ってＰＳＤ３０８上を走査する。ＤＳＰ４７は、かかる軌道を目標軌道としてテーブル等により保持し、この目標軌道をサーボ光が追従するように、ミラーアクチュエータ２３を制御する。
【００６５】
目標領域におけるレーザ光の走査は、最上段の走査ラインＬ１から始められ、次に走査ラインＬ２、最後に走査ラインＬ３へと移行する。走査ラインＬ１から走査ラインＬ３まで走査が終わると、走査ラインＬ１に戻って、目標領域に対する次の走査が行われる。
【００６６】
ＤＳＰ４７は、走査位置が各走査ラインＬ１〜Ｌ３の開始位置Ｐｓに到達したタイミングで、レーザ光源２１をパルス状に発光させる。そして、その後、走査位置が終了位置Ｐｅに到達するまで、一定の時間間隔Δｔ毎に、レーザ光源２１をパルス状に発光させる。なお、図８中の黒丸は、レーザ光の照射タイミングを模式的に示すものである。
【００６７】
なお、本実施の形態では、レーザ光が一定の速度で走査されながら、一定の時間間隔Δｔ毎にパルス状に発光されるため、レーザ光の照射位置の変位ΔＰも一定となる。また、ミラーアクチュエータ２３によって一定の時間間隔Δｔ毎に制御されるミラー１５０の角度も、一定となる。
【００６８】
図９は、レーザ光の走査による反射光の入射位置の変化を示す模式図である。同図において、Ｐｔ−１、Ｐｔ、Ｐｔ＋１は、レーザ光の連続する照射タイミングにおける走査位置を示している。
【００６９】
走査位置Ｐｔに対するミラー１５０の中立位置からの傾きをθ１、次のレーザ光の照射タイミングＰｔ＋１における、ミラー１５０の中立位置からの傾きをθ２とすると、レーザ光の走査位置Ｐｔ〜Ｐｔ＋１に対応する反射光の入射位置の変位ΔＱは、以下の式によって算出される。
【００７０】
ΔＱ＝ｆｔａｎθ２−ｆｔａｎθ１ … （１）
【００７１】
本実施の形態では、ミラー１５０は、上述したように、一定の時間間隔Δｔ毎に、一定の角度変位で制御されるため、走査位置Ｐｔ〜Ｐｔ＋１間の変位ΔＰと反射光の入射位置の変位ΔＱは、１対１に対応し、それぞれ、一定量の変位となる。したがって、レーザ光の照射タイミングに合わせて、光検出器３３の位置を一定間隔の変位ΔＱで走査方向に駆動させれば、光検出器３３を反射光の入射位置に位置づけることができる。
【００７２】
図１０は、レーザ光の走査位置と、レーザ光の照射タイミングと、反射光の入射位置と、光検出器３３の駆動制御タイミングを説明する図である。図１０（ａ）は、レーザ光の走査ラインＬ１における走査位置と、パルス発光タイミングを模式的に示している。また、図１０（ｂ）は、光検出器３３の駆動位置と、光検出器３３を駆動させるステッピングモータ３４ａに対して送信されるパルス信号のタイミングを模式的に示している。
【００７３】
図１０（ａ）、（ｂ）に示す如く、走査ラインＬ１に対応するように、光検出器駆動部３４において、光検出器３３の駆動ラインＬ’１が設定される。すなわち、レーザ光の走査位置が、走査ラインＬ１上の開始位置Ｐｓ、終了位置Ｐｅ、走査位置Ｐｔ−１〜Ｐｔ＋２であるとき、光検出器３３の駆動位置が、それぞれ、駆動ラインＬ’１上の開始位置Ｑｓ、終了位置Ｑｅ、入射位置Ｑｔ−１〜Ｑｔ＋２となる。なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動ラインＬ’１における光検出器３３の駆動方向は、走査ラインＬ１上におけるレーザ光の走査方向と一致している。
【００７４】
光検出器３３を一定間隔の変位ΔＱで駆動させるためのパルス信号は、レーザ光の発光間隔Δｔ毎に、ＤＳＰ４７からＰＤ駆動回路４５に送信される。また、式（１）に示した光検出器３３の変位ΔＱに相当するステッピングモータ３４ａのステップ数分のパルス（本実施の形態では２個）が、レーザ光の発光間隔Δｔ毎に、ＰＤ駆動回路４５からステッピングモータ３４ａに送信される。これにより、レーザ光の照射タイミングにあわせて、光検出器３３が反射光の入射位置に位置づけられる。
【００７５】
なお、パルス信号は、一定周期のパルス列となっている。パルス信号の周期は、レーザ
光の発光間隔Δｔの間に上記ステップ数分のパルス（本実施の形態では２個）が含まれるように設定される。また、より精度を高めるため、ミラーの傾きによりパルス信号の周期を漸次可変にしてもよい。
【００７６】
次に、ステッピングモータ３４ａに送信されるパルスが既定のパルス数となったとき、光検出器３３が開始位置Ｑｓから終了位置Ｑｅまで移動したとして、光検出器３３の駆動方向への駆動が終了される。なお、ＤＳＰ４７には、走査ラインＬ１の開始位置Ｐｓから終了位置Ｐｅまでのレーザ光が走査されるときにステッピングモータ３４ａに送信されるパルス数があらかじめ設定されている。そして、終了位置Ｑｅから開始位置Ｑｓへ光検出器３３を変位させるためのパルス信号が、ＤＳＰ４７からＰＤ駆動回路４５に送信される。また、ステッピングモータ３４ａを逆回転させるパルス信号が、ＰＤ駆動回路４５からステッピングモータ３４ａに送信される。これにより、光検出器３３が終了位置Ｑｅから開始位置Ｑｓに戻される。
【００７７】
光検出器３３が開始位置Ｑｓに到達すると、位置検出センサ３４ｆによる検出信号がＤＳＰ４７に入力され、ＤＳＰ４７からＰＤ駆動回路４５へのパルス信号の供給が停止される。これにより、光検出器３３が開始位置Ｑｓに位置づけられる。
【００７８】
その後、レーザ光が図８に示す走査ラインＬ２、Ｌ３に沿って走査され、上記同様に光検出器３３がレーザ光の走査に追従して、反射光の入射位置に位置づけられる。
【００７９】
このように、レーザ光のパルス発光の周波数とステッピングモータ３４ａを駆動させるパルス信号の周波数とによって、レーザ光の走査タイミングと光検出器３３の駆動タイミングを同期させつつ、光検出器３３を一定の変位ΔＱだけ駆動させることで、レーザ光の走査に応じて、光検出器３３を反射光の入射位置に追従させることができる。
【００８０】
図１１は、光検出器駆動部３４の制御動作を説明する図である。同図（ａ）〜（ｃ）は、光検出器駆動部３４の構成と光検出器３３の駆動の流れを模式的に示す図、同図（ｄ）は、光検出器駆動部３４の制御動作を示すフローチャートである。
【００８１】
同図（ａ）〜（ｃ）は、レーザ光の走査位置が、それぞれ、図９に示す開始位置Ｐｓと、走査位置Ｐｔと、終了位置Ｐｅに位置付けられるときの光検出器３３の位置を示している。光検出器３３は、レーザ光の走査位置が開始位置Ｐｓと終了位置Ｐｅに位置付けられるときに、それぞれ、ガイド部３４ｄの左端（開始位置Ｑｓ）と右端（終了位置Ｑｅ）に位置づけられるよう設定される。なお、レーザ光の走査範囲が広範囲となった場合においても、ガイド部３４ｄの長さを調整することで、光検出器３３による反射光の受光可能な範囲を広げることができる。
【００８２】
同図（ｄ）を参照して、レーザ光の走査位置が開始位置Ｐｓに位置付けられると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ＤＳＰ４７は、光検出器３３を終了位置Ｑｅまで駆動させるよう、ステッピングモータ３４ａに上記パルス信号を送信する（Ｓ１０２）。これにより、光検出器３３は、ステッピングモータ３４ａによって、終了位置Ｑｅの方向に、一定の速度でステップ送りされる（Ｓ１０３）。これにより、光検出器３３は、レーザ光の各照射タイミングにおいて、反射光の入射位置に位置づけられる。そして、ＤＳＰ４７は、ステップ送りのために送信したパルス数をカウントし（Ｓ１０４）、カウントしたステップ数が既定の回数を超えたかを判断する（Ｓ１０５）。ステップ数が既定の回数を超えない間（Ｓ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１０３とＳ１０４が繰り返される。これにより、光検出器３３が同図（ａ）に示す位置から同図（ｃ）に示す位置まで、ステップ送りされる。
【００８３】
ステップ数が既定の回数となったとき（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、光検出器３３は終了位置
Ｑｅに位置付けられる。これに応じて、ＤＳＰ４７は、光検出器３３を開始位置Ｑｓに向けて駆動させるよう、ステッピングモータ３４ａに、ステッピングモータ３４ａを逆回転させる逆パルスの信号を送信する（Ｓ１０６）。これにより、光検出器３３は、ステッピングモータ３４ａによって、開始位置Ｑｓの方向にステップ送りされる（Ｓ１０７）。
【００８４】
続いて、ＤＳＰ４７は、位置検出センサ３４ｆの検出信号に基づいて、光検出器３３が同図（ａ）に示す開始位置Ｑｓに戻されたかを判定する（Ｓ１０８）。光検出器３３が開始位置Ｑｓに戻されていないと（Ｓ１０８：ＮＯ）、再度Ｓ１０６、Ｓ１０７の処理が行われる。これにより、光検出器３３は、同図（ｃ）に示す状態から、同図（ａ）に示す状態まで繰り返しステップ送りされる。なお、光検出器３３が開始位置Ｑｓを過ぎた場合は、開始位置Ｑｓに戻すためのパルス信号がステッピングモータ３４ａに供給される。
【００８５】
光検出器３３が開始位置Ｑｓに戻されると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ＤＳＰ４７は、レーザ光の走査が終了したかを判定する（Ｓ１０９）。走査が終了していないと（Ｓ１０９：ＮＯ）、処理がＳ１０１に戻される。そして、レーザ光の走査位置が開始位置Ｑｓに到達すると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、上記と同様に、光検出器３３の駆動が行われる。走査が終了すると（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、光検出器駆動部３４の制御動作が終了する。
【００８６】
以上、本実施の形態によれば、一定速度で走査されるレーザ光の照射タイミングに合わせて、反射光の入射位置に光検出器３３が移動されるため、複数の光検出器を配する必要がなく、また、各光検出器に対して個別に増幅回路等の回路部を配する必要もない。本実施の形態によれば、回路規模の増大を回避しながら、幅の狭い単一の光検出器のみで、反射光を精度よく検出することができる。よって、レーザレーダのコスト削減、小型化を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態では、光検出器駆動部３４の光検出器３３を駆動させる範囲を調整することで、光検出器を追加せずとも反射光の受光可能な範囲を広げることができる。これにより、レーザ光の走査範囲を広げる場合においても、コストを抑えつつ、反射光の検出精度を保つことができる。
【００８８】
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。
【００８９】
たとえば、上記実施の形態では、光検出器３３が終了位置Ｑｅに到達したことを、所定のパルス数をカウントすることにより検出したが、開始位置Ｑｓの検出と同様に、位置検出センサを用いて、終了位置Ｑｅを検出してもよい。
【００９０】
図１２は、光検出器３３の終了位置Ｑｅに位置検出センサを配置した場合の光検出器駆動部３４の制御動作を説明する図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、光検出器駆動部３４の構成と光検出器３３の駆動の流れを模式的に示す図、図１２（ｄ）は、光検出器駆動部３４の制御動作を示すフローチャートである。
【００９１】
同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、本変更例では、ガイド部３４ｄの右端（終了位置Ｑｅ）に位置検出センサ３４ｇが配置されている。位置検出センサ３４ｇは、レーザ光の走査終了位置Ｐｅにおける、反射光の入射位置となるように位置づけられている。その他は、上記実施の形態と同様に構成されている。
【００９２】
次に、本変更例における光検出器駆動部３４の制御動作について、同図（ｄ）を参照して説明する。なお、同図（ｄ）に示すフローチャートのステップＳ２０５〜Ｓ２０８は、図１１（ｄ）におけるステップＳ１０６〜Ｓ１０９と同様である。
【００９３】
同図（ｄ）を参照して、レーザ光の走査位置が開始位置Ｐｓに位置付けられると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ＤＳＰ４７は、光検出器３３を終了位置Ｑｅ方向に駆動させるよう、ステッピングモータ３４ａにパルス信号を送信する（Ｓ２０２）。その後、光検出器３３は、ステッピングモータ３４ａによって、終了位置Ｑｅの方向にステップ送りされる（Ｓ２０３）。これにより、光検出器３３は、反射光の入射位置に位置づけられる。そして、ＤＳＰ４７は、位置検出センサ３４ｇの検出信号に基づいて、光検出器３３が同図（ｃ）に示す終了位置Ｑｅに進められたかを判定する（Ｓ２０４）。光検出器が終了位置Ｑｅに進められていないと（Ｓ２０４：ＮＯ）、再度Ｓ２０２、Ｓ２０３の処理が行われる。これにより、光検出器３３は、同図（ａ）に示す状態から、同図（ｃ）に示す状態まで繰り返しステップ送りされる。
【００９４】
続いて、本実施の形態における図１１のＳ１０６〜Ｓ１０９と同様に、光検出器３３が、終了位置Ｑｅから開始位置Ｑｓ方向に向かって、同図（ｃ）に示す状態から、同図（ａ）に示す状態まで繰り返しステップ送りされる（Ｓ２０５〜Ｓ２０７）。そして、光検出器３３の駆動処理（Ｓ２０１〜Ｓ２０７）が、レーザ光の走査終了（Ｓ２０８：ＹＥＳ）まで繰り返される。
【００９５】
このように、本変更例においても、上記の実施形態同様、レーザ光の照射タイミングで、光検出器を反射光の受光位置に追従させることができ、幅の狭い単一の光検出器のみで、反射光を精度よく検出することができる。
【００９６】
また、上記実施の形態では、光検出器３３の走査開始位置（開始位置Ｑｓ）を位置検出センサ３４ｆによって、検出したが、位置検出センサ３４ｆを用いず、走査終了位置（終了位置Ｑｅ）の検出と同様に、所定のパルス数で検出させてもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態では、光検出器３３の駆動にステッピングモータ３４ａを用いたが、リニアモータを利用してもよい。この場合、レーザ光の照射タイミング間隔Δｔにおいて、反射光の入射位置がΔＱだけ変位するよう、光検出器３３の駆動速度が調整される。これにより、上記実施の形態と同様、レーザ光の照射タイミングと同期して、光検出器３３を反射光の入射位置に位置づけることができる。
【００９８】
また、上記実施の形態では、光検出器３３を水平方向にのみ変位させたが、レーザ光の走査方向に応じて、鉛直方向に変位させてもよい。すなわち、レーザ光の走査位置が目標領域において鉛直方向に変化することに合わせて、受光光学系３０における反射光の入射位置も鉛直方向に変化する。このように鉛直方向に変化する反射光の入射位置に合わせて、光検出器３３が鉛直方向に変位されるようにしても良い。
【００９９】
また、上記実施の形態では、走査ラインＬ１〜L３にレーザ光が走査されたときの反射光の受光位置に追従させるよう、単一の光検出器３３が用いられたが、走査ラインＬ１〜Ｌ３に対応するように、光検出器３３に比べ、鉛直方向の長さが短い３つの光検出器が用いられてもよい。この場合、各光検出器は、たとえば、上記実施の形態の支持部３４ｅに装着され、支持部３４ｅの移動に伴って同時に移動される。光検出器駆動部３４に対する制御は、上記実施の形態と同様である。こうすると、走査ラインＬ１に対応する光検出器には、走査ラインＬ１の反射光以外の光が入射されにくくなり、また、走査ラインＬ２、Ｌ３に対応する光検出器にも同様に、対応する走査ライン以外の光が入射されにくくなる。これにより、上記実施の形態と比べ、さらに反射光を精度よく検出することができる。
【０１００】
さらに、上記実施の形態では、２つの軸の周りにミラーが回転するミラーアクチュエータの構成例を示したが、本発明は、上記以外の構成のミラーアクチュエータや、レンズを
駆動してレーザ光を走査するタイプのアクチュエータ、あるいは、ポリゴンミラーを用いたアクチュエータにも適用可能である。
【０１０１】
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】
【０１０２】
１ … レーザレーダ
２１ … レーザ光源
２３ … ミラーアクチュエータ（走査駆動部）
３３ … 光検出器
３４ … 光検出器駆動部（検出器駆動部）
３４ａ … ステッピングモータ（検出器駆動部、ステッピングモータ）
３４ｆ …位置検出センサ
４０ … 回路ユニット（走査制御部、検出器制御部）
４３ … アクチュエータ駆動回路（走査制御部）
４５ … ＰＤ駆動回路（検出器制御部）
４７ … ＤＳＰ（走査制御部、検出器制御部）
【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走査駆動部と、
前記走査駆動部を制御する走査制御部と、
前記目標領域において反射された前記レーザ光の反射光を受光する光検出器と、
前記レーザ光が所定の走査軌道に沿って前記目標領域を走査したときの前記反射光の入射位置の軌道に沿って前記光検出器を移動させる検出器駆動部と、
前記レーザ光の走査時に、前記反射光の入射位置に前記光検出器が位置付けられるよう、前記検出器駆動部を制御する検出器制御部と、を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザレーダにおいて、
前記検出器制御部は、前記レーザ光の各発光タイミングに対応する前記反射光の前記入射位置に前記光検出器が位置付けられるよう、前記レーザ光の走査に同期して前記光検出器を移動させる、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザレーダにおいて、
前記走査制御部は、前記レーザ光が第１の速度で前記目標領域を直線状に走査するよう前記走査駆動部を制御し、
前記検出器駆動部は、前記入射位置の軌道に沿って直線状に前記光検出器を駆動し、
前記検出器制御部は、前記光検出器が第２の速度で移動するよう前記検出器駆動部を制御する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザレーダにおいて、
前記検出器制御部は、目標領域において前記レーザ光が走査開始位置から走査を開始するタイミングで、前記走査開始位置に対応する前記光検出器の移動開始位置から、前記第２の速度で、前記光検出器を移動させる、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
前記検出器駆動部は、ステッピングモータによって前記光検出器を駆動する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザレーダにおいて、
前記レーザ光の走査開始位置に対応する前記光検出器の移動開始位置を検出する位置検出センサをさらに備え、
前記検出器駆動部は、前記移動開始位置から、前記レーザ光の走査終了位置に対応する前記光検出器の移動終了位置までに要するステップ数だけ、前記ステッピングモータを駆動する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【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走査駆動部と、
前記走査駆動部を制御する走査制御部と、
前記目標領域において反射された前記レーザ光の反射光を受光する光検出器と、
前記レーザ光が所定の走査軌道に沿って前記目標領域を走査したときの前記反射光の入射位置の軌道に沿って前記光検出器を移動させる検出器駆動部と、
前記レーザ光の走査時に、前記反射光の入射位置に前記光検出器が位置付けられるよう、前記検出器駆動部を制御する検出器制御部と、を備える、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザレーダにおいて、
前記検出器制御部は、前記レーザ光の各発光タイミングに対応する前記反射光の前記入射位置に前記光検出器が位置付けられるよう、前記レーザ光の走査に同期して前記光検出器を移動させる、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザレーダにおいて、
前記走査制御部は、前記レーザ光が第１の速度で前記目標領域を直線状に走査するよう前記走査駆動部を制御し、
前記検出器駆動部は、前記入射位置の軌道に沿って直線状に前記光検出器を駆動し、
前記検出器制御部は、前記光検出器が第２の速度で移動するよう前記検出器駆動部を制御する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザレーダにおいて、
前記検出器制御部は、目標領域において前記レーザ光が走査開始位置から走査を開始するタイミングで、前記走査開始位置に対応する前記光検出器の移動開始位置から、前記第２の速度で、前記光検出器を移動させる、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載のレーザレーダにおいて、
前記検出器駆動部は、ステッピングモータによって前記光検出器を駆動する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザレーダにおいて、
前記レーザ光の走査開始位置に対応する前記光検出器の移動開始位置を検出する位置検出センサをさらに備え、
前記検出器駆動部は、前記移動開始位置から、前記レーザ光の走査終了位置に対応する前記光検出器の移動終了位置までに要するステップ数だけ、前記ステッピングモータを駆動する、
ことを特徴とするレーザレーダ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１７９０４（Ｐ２０１２−１１７９０４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７５０６（Ｐ２０１０−２６７５０６）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【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２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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