專利名稱：光束照射裝置以及位置檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對目標(biāo)區(qū)域照射激光的光束照射裝置，特別適合應(yīng)用于在激光雷達中裝載的光束照射裝置。另外，本發(fā)明還涉及一種利用伺服光在光學(xué)上檢測移動部的移 動位置的位置檢測裝置。
背景技術(shù)：
近年來，為了提高行駛時的安全性，將激光雷達裝載于家庭用乘用車等，該激光雷 達向行駛方向前方照射激光、并根據(jù)其反射光的狀態(tài)檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)有無障礙物或達到障 礙物的距離。一般情況下，激光雷達使激光在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)進行掃描，根據(jù)各掃描位置處的反 射光的有無檢測各掃描位置有無障礙物，進而基于從各掃描位置的激光照射時刻起至接收 到反射光時刻的所需時間，檢測到達該掃描位置處的障礙物的距離。對于提高激光雷達的檢測精度，需要使激光在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)進行恰當(dāng)?shù)膾呙?，另?需要恰當(dāng)?shù)貦z測激光的各掃描位置。以往作為激光的掃描機構(gòu)，周知存在使用多面反射鏡 的掃描機構(gòu)、二維驅(qū)動掃描用透鏡的透鏡驅(qū)動型掃描機構(gòu)(例如，參考專利文獻1)。此外， 還周知由反射鏡掃描激光的反射鏡轉(zhuǎn)動型掃描機構(gòu)(例如，參考專利文獻2以及3)。在反射鏡轉(zhuǎn)動型掃描機構(gòu)中，以可以雙軸驅(qū)動的方式支撐反射鏡，由線圈與磁體之 間的電磁驅(qū)動力將各驅(qū)動軸作為軸而使反射鏡轉(zhuǎn)動。激光從傾斜方向入射至反射鏡，通過將 各驅(qū)動軸作為軸而雙軸驅(qū)動反射鏡，由反射鏡在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)在二維方向掃描激光的反射光。在該掃描機構(gòu)中，目標(biāo)區(qū)域中的激光的掃描位置與反射鏡的轉(zhuǎn)動位置一一對應(yīng)。 由此，激光的掃描位置能夠通過檢測反射鏡的轉(zhuǎn)動位置而檢測出。在此，反射鏡的轉(zhuǎn)動位置 例如能夠通過檢測隨著反射鏡而轉(zhuǎn)動的其他部件的轉(zhuǎn)動位置而檢測出。圖10是表示這種檢測其他部件的轉(zhuǎn)動位置時的結(jié)構(gòu)例的圖。在該圖中，601是 半導(dǎo)體激光器，602是平行平板狀的透光性部件、603是光檢測器(PSD =Position Sensing Device位置檢測設(shè)備)。從半導(dǎo)體激光器601射出的激光由對于激光光軸傾斜配置的透光 性部件602折射、在光檢測器603接收光。在此，若透光性部件602如箭頭標(biāo)記那樣轉(zhuǎn)動，則 激光的光路如圖中的虛線所示變化，在光檢測器603上的激光的接收位置發(fā)生變化。這樣， 通過由光檢測器603檢測到的激光的接收位置，能夠檢測出透光性部件602的轉(zhuǎn)動位置。[專利文獻1]特開平11-83988號公報[專利文獻2]特開2001-290100號公報[專利文獻3]特開平10-253907號公報不過，在圖10的結(jié)構(gòu)中，要增大入射至光檢測器603的激光的變位量從而提高激 光的位置檢測精度，需要增大透光性部件602的厚度。若透光性部件602變厚，則伴隨于此 透光性部件602的重量增加，將產(chǎn)生驅(qū)動透光性部件602的可動部的負(fù)擔(dān)增大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了消除這種問題而進行的，目的是提供一種能夠由簡單的結(jié)構(gòu)精度良好地檢測目標(biāo)區(qū)域的激光的掃描位置的光束照射裝置。另外，在更廣的范圍中目的是提供一種可以高精度檢測移動部的移動位置的位置檢測裝置。本發(fā)明的第1方式涉及一種光束照射裝置。第1方式中的光束照射裝置具有激 光光源，其射出激光；執(zhí)行器(actuator)，通過使入射所述激光的光學(xué)元件轉(zhuǎn)動在目標(biāo)區(qū) 域使激光進行掃描；伺服光源，其射出伺服光；透明體，其隨著所述光學(xué)元件的轉(zhuǎn)動進行轉(zhuǎn) 動，并且入射所述伺服光；光檢測器，其對透過所述透明體的所述伺服光進行接收，從而輸 出對應(yīng)于該接收位置的信號；以及衍射部，其與所述透明體一起進行轉(zhuǎn)動，并且在所述透明 體的轉(zhuǎn)動方向上衍射所述伺服光。根據(jù)第1方式，通過所述伺服光由所述衍射部在所述透明體的轉(zhuǎn)動方向使其發(fā)生 衍射，由于入射至所述光檢測器的伺服光的掃描寬度變寬，因此能夠提高所述光檢測器上 的所述伺服光的接收位置。由此，因為提高了伺服光的接收位置的檢測精度，所以即使是使 用了質(zhì)量輕并且薄的透明體的情況下，伺服光的接收位置的檢測精度也并不降低可以維持 得較高。這樣，根據(jù)該接收位置檢測目標(biāo)區(qū)域的激光的掃描位置，能夠精度良好地檢測激光 的掃描位置。在第1方式中，所述衍射部是能夠在所述透光體的表面上一體形成的衍射圖案。 這樣由于減少部件數(shù)目因此使光束照射裝置的結(jié)構(gòu)變得簡單。另外，在第1方式中，所述執(zhí)行器構(gòu)成為使所述光學(xué)元件在第1軸和垂直于該第 1軸的第2軸的周圍進行轉(zhuǎn)動。該情況下，所述衍射部可以構(gòu)成為至少在所述光學(xué)元件于所 述第1軸的周圍進行轉(zhuǎn)動時的所述透明體的轉(zhuǎn)動方向上，衍射所述伺服光。該情況下衍射 部還可以具有如下的結(jié)構(gòu)，即在所述光元件在所述第2軸的周圍進行轉(zhuǎn)動時的所述透明體 的轉(zhuǎn)動方向使所述伺服光發(fā)生衍射。再有，在第1方式中所述光學(xué)元件可以由反射鏡構(gòu)成。本發(fā)明的第2方式涉及一種檢測物體地轉(zhuǎn)動位置的位置檢測裝置。第2方式中的 位置檢測裝置具有伺服光源，其射出伺服光；透明體，其隨著所述物體的轉(zhuǎn)動進行轉(zhuǎn)動， 并且入射所述伺服光；光檢測器，其對透過所述透明體的所述伺服光進行接收，從而輸出對 應(yīng)于該接收位置的信號；以及衍射部，其與所述透明體一起進行轉(zhuǎn)動并且在所述透明體的 轉(zhuǎn)動方向上衍射所述伺服光。根據(jù)第2方式中的位置檢測裝置，與上述第1方式中的光學(xué)元件的轉(zhuǎn)動位置同樣， 可以精度良好地檢測所述物體的轉(zhuǎn)動位置。根據(jù)以上的本發(fā)明，能夠提供一種由簡單的結(jié)構(gòu)可以精度良好地檢測目標(biāo)區(qū)域的 激光的掃描位置的光束照射裝置。另外，能夠提供一種可以高精度地檢測移動部的移動位 置的位置檢測裝置。本發(fā)明的效果以及意義通過下面所述的實施方式的說明將進一步明確。不過，下 面所示的實施方式終究只是實施本發(fā)明的一例，本發(fā)明并不限定于下面的實施方式中所述 的內(nèi)容。


圖1是表示實施方式中的反射鏡執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示實施方式中的光束照射裝置的光學(xué)系統(tǒng)的圖。
圖3是表示實施方式中的光束照射裝置的伺服光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖4是表示實施方式中的PSD的結(jié)構(gòu)的圖。圖5是說明實施方式中的位置檢測信號的生成方法的圖。
圖6是表示實施方式中的光束照射裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖7是說明實施方式中的伺服光的入射狀態(tài)的圖。圖8是表示實施方式中的伺服光學(xué)系統(tǒng)的變更例的圖。圖9是表示實施方式中的光檢測器的變更例的圖。圖10是說明使用了 PSD的位置檢測方法的圖。圖中100-反射鏡執(zhí)行器(執(zhí)行器)111-支軸(第 1軸)112-支軸(第 2軸)113-反射鏡(光學(xué)元件)200,220-全息元件(透明體、衍射部)221-透明體222、223-全息元件(衍射部)303-半導(dǎo)體激光器(伺服光源)309-PSD (光檢測器)310-四分割傳感器(光檢測器)401-激光光源
具體實施例方式圖1表示本實施方式中的反射鏡執(zhí)行器100的結(jié)構(gòu)。另外，該圖(a)是反射鏡執(zhí) 行器100的分解立體圖，該圖(b)是處于組裝狀態(tài)的反射鏡執(zhí)行器100的立體圖。在該圖(a)中110是反射鏡架。反射鏡架110中形成支軸111，其端部具有防脫 部；支軸112，其端部具有支承部112a。在支承部112a配有與全息元件200的厚度大致相 同的尺寸凹部，在該凹部安裝全息元件200的上部。再有，在反射鏡架110的前面安裝平板 狀的反射鏡113，在背面安裝線圈114。另外，線圈114以方形狀卷繞。在支軸112經(jīng)由如上述的支承部112a安裝平行平板狀的全息元件200。在此，全 息元件200以其2個平面平行于反射鏡113的鏡面的方式安裝于支軸112。120是將支軸111、112作為軸可以轉(zhuǎn)動地支撐反射鏡架110的可動框。在可動框 120形成用于收容反射鏡架110的開口 121，另外形成與反射鏡架110的支軸111、112卡合 的槽122、123。再有，在可動框120的側(cè)面形成端部具有防脫部的支軸124、125，在背面安 裝線圈126。線圈126以方形狀卷繞。130是將支軸124、125作為軸可以轉(zhuǎn)動地支撐可動框120的固定框。在固定框130 形成用于收容可動框120的凹部131，另外形成與可動框120的支軸124、125卡合的槽132、 133。再有，在固定框130的里面安裝對線圈114施加磁場的磁體134、對線圈126施加磁場 的磁體135。另外，槽132、133分別從固定框130的前面延伸至上下2個磁體135之間的縫 隙內(nèi)。
140是以反射鏡架110的支軸111、112不從可動框120的槽122、123脫落的方式 從前方壓緊支軸111、112的壓板。另外，141是以可動框120的支軸124、125不從固定框 130的槽132、133脫落的方式從前方壓緊支軸124、125的壓板。在裝配反射鏡執(zhí)行器100時，將反射鏡架110的支軸111、112卡合于可動框120 的槽122、123 ，進而壓緊支軸111、112的前面從而將壓板140安裝于可動框120的前面。由 此，反射鏡架110由可動框120可以轉(zhuǎn)動地支撐。這樣將反射鏡架110安裝于可動框120之后，將可動框120的支軸124、125卡合 于固定框130的槽132、133，進而壓緊支軸132、133的前面從而將壓板141安裝于固定框 130的前面。由此，可動框120可以轉(zhuǎn)動地安裝于固定框130，完成了反射鏡執(zhí)行器100的裝配。若反射鏡架110對于可動框120將支軸111、112作為軸進行轉(zhuǎn)動，則伴隨于此反 射鏡113進行轉(zhuǎn)動。另外，若可動框120對于固定框130將支軸124、125作為軸進行轉(zhuǎn)動， 則伴隨于此反射鏡架110進行轉(zhuǎn)動，與反射鏡架110 —體的反射鏡113進行轉(zhuǎn)動。這樣，反 射鏡架110由彼此垂直的支軸111、112與支軸124、125可以在二維方向轉(zhuǎn)動地進行支撐， 伴隨著反射鏡架110的轉(zhuǎn)動反射鏡113在二維方向進行轉(zhuǎn)動。此時，安裝于支軸112的全 息元件200也隨著反射鏡113的轉(zhuǎn)動進行轉(zhuǎn)動。另外，在該圖(b)所示的裝配狀態(tài)中，2個磁體134通過對線圈114施加電流，以在 反射鏡架110中產(chǎn)生將支撐軸111、112作為軸的轉(zhuǎn)動力的方式進行配置以及調(diào)整極性。因 而，若對線圈114施加電流，則由線圈114中產(chǎn)生的電磁驅(qū)動力使反射鏡架110將支軸111、 112作為軸進行轉(zhuǎn)動。另外，在該圖(b)所示的裝配狀態(tài)中，2個磁體135通過對線圈126施加電流，以在 可動框120中產(chǎn)生將支軸124、125作為軸的轉(zhuǎn)動力的方式進行配置以及調(diào)整極性。因而， 若對線圈126施加電流，則由線圈126中產(chǎn)生的電磁驅(qū)動力使可動框120將支軸124、125 作為軸進行轉(zhuǎn)動，伴隨于此全息元件200進行轉(zhuǎn)動。圖2是表示安裝了反射鏡執(zhí)行器100的狀態(tài)的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。在圖2中，500是支撐光學(xué)系統(tǒng)的基座?；?00中在反射鏡執(zhí)行器100的設(shè)置位 置形成開口 503a，通過將全息元件200插入該開口從而反射鏡執(zhí)行器100安裝于基座500 上。在基座500的上面安裝用于將激光導(dǎo)入反射鏡113的光學(xué)系統(tǒng)400。該光學(xué)系統(tǒng) 400由激光光源401、光束整形用的透鏡402、403構(gòu)成。激光光源401安裝于配置在基座 500上面的激光光源用的基板401a。從激光光源401射出的激光由透鏡402、403分別受到水平方向以及垂直方向的收 束作用。透鏡402、403以目標(biāo)區(qū)域(例如，設(shè)定為從光束照射裝置的光束射出口前方IOOm 左右的位置)的光束形狀成為規(guī)定大小(例如，縱向2m、橫向Im左右的大小)的方式進行 設(shè)計。透鏡402是在垂直方向具有透鏡效果的圓柱透鏡，透鏡403是用于使激光成為大 致平行光的非球面透鏡。從激光光源射出的光束在垂直方向與水平方向束散角不同。第1 個透鏡402改變垂直方向與水平方向的激光的束散角比例。第2個透鏡403改變射出光束 的束散角(垂直方向與水平方向的雙方)的倍率。
透過透鏡402、403之后的激光入射至反射鏡執(zhí)行器100的反射鏡113，由反射鏡 113向目標(biāo)區(qū)域進行反射。通過由反射鏡執(zhí)行器100對反射鏡113進行二維驅(qū)動，激光在目 標(biāo)區(qū)域內(nèi)在二維方向進行掃描。反射鏡執(zhí)行器100，在反射鏡113處于中立位置時以來自透鏡403的激光對于反 射鏡113的鏡面在水平方向以45度的入射角入射的方式進行配置。另外，所謂“中立位置” 是指鏡面對于垂直方向平行、并且激光對于鏡面在水平方向以45度的入射角入射時的反 射鏡113的位置。在基座500的下面配置電路基板300。再有，在基座500的背面與側(cè)面也配置了電 路基板301、302。圖3(a)是從背面?zhèn)扔^察基座500時的一部分平面圖。該圖(a)中表示基座500 的背面?zhèn)戎邪惭b了反射鏡執(zhí)行器100的位置的附近。如圖所示，在基座500的背側(cè)周緣形成壁501、502，與壁501、502相比中央側(cè)成為 比壁501、502低一段的平面503。在壁501形成用于安裝半導(dǎo)體激光器303的開口。將半導(dǎo) 體激光器303插入該開口，從而安裝了半導(dǎo)體激光器303的電路基板301安裝于壁501的外 側(cè)。另一方面，在壁502的附近安裝電路基板302，電路基板302上安裝了 PSD309。PSD309 與該圖(a)的Y軸方向相比X軸方向的寬度具有寬幅的接收面。在基座500的背側(cè)的平面503由安裝工具307安裝聚光透鏡304、光 圈305、ND (中 性密度neutral density)濾波器306。再有，在該平面503形成開口 503a，經(jīng)由該開口 503a 安裝于反射鏡執(zhí)行器100的全息元件200突出至基座500的背側(cè)。全息元件200位于如下的位置，即在反射鏡執(zhí)行器100的反射鏡113處于中立位 置時、2個平面在垂直方向平行并且對于半導(dǎo)體激光器303的射出光軸以45度傾斜。另 夕卜，在全息元件200的出射面在反射鏡113處于中立位置時，一體形成使伺服光在X-Z平 面的面內(nèi)方向衍射至X軸的正方向(上方向)的閃耀型衍射圖案(blazed diffraction pattern)。從半導(dǎo)體激光器303射出的激光(下面，稱為“伺服光”)透過聚光透鏡304之后， 由光圈305縮小光束直徑，進而由ND濾波器306進行減光。再有，伺服光由準(zhǔn)直透鏡308 變換為平行光之后，入射至全息元件200。入射至全息元件200的伺服光如后面所述由全息元件200起到折射作用以及衍射 作用。由此產(chǎn)生的伺服光的+1級光如圖所示以改變了行進方向的狀態(tài)從全息元件200射 出，由PSD309進行接收。PSD309根據(jù)+1級光的接收位置輸出位置檢測信號。圖3(b)是示意地表示全息元件200的折射作用以及衍射作用的圖。入射至全息元件200的伺服光首先由全息元件200的入射面受到折射作用。接下 來，受到折射作用的伺服光由全息元件200的出射面受到衍射以及折射作用。也就是說，伺 服光在全息元件200的出射面由上述的衍射圖案分光為0次光(并未圖示)、衍射至X軸的 正方向(上方向)的+1級光。與此同時，0次光與+1級光分別在全息元件200的出射面收 到折射作用，從全息元件200的出射面射出。其結(jié)果+1級光與全息元件200的入射前的伺 服光相比以在X軸的正方向(上方向)改變了行進方向的狀態(tài)從全息元件200射出。另外，全息元件200的衍射效率以及衍射角度分別由衍射圖案的閃耀高度以及間 距(Pitch)寬度決定。因此需要預(yù)先設(shè)定衍射圖案與光學(xué)系統(tǒng)的配置，以使在PSD309僅對+1級光進行適當(dāng)?shù)慕邮?。另外，全息元?00的衍射圖案優(yōu)選以+1級光的衍射效率最大的 方式進行設(shè)定。這樣一來，因為由PSD309接受到的+1級光的光量變大，所以可獲得更高精 度的位置檢測信號。圖4(a)是表示PSD309的結(jié)構(gòu)的圖(側(cè)剖面圖)，圖4(b)是表示PSD309的接收面 的圖。參照圖4(a)，PSD309為如下的結(jié)構(gòu)，即在N型高電阻硅基板的表面形成兼有接收 面與電阻層的P型電阻層。在電阻層表面形成電極X1、X2，其用于輸出該圖(b)的橫方向 的光電流；電極Y1、Y2(在該圖(a)中省略圖示)，其用于輸出縱方向的光電流。另外，在背 面?zhèn)刃纬晒灿秒姌O。若對接收面照射激光，則在照射位置產(chǎn)生與光量成比例的電荷。該電荷作為光電 流到達電阻層，與到達各電極的距離成反比例來進行分配，從電極XI、X2、YU Y2輸出。在 此，從電極X1、X2、Y1、Y2輸出的電流具有與從激光照射位置起至各電極的距離成反比例來 進行分配的大小。這樣，根據(jù)從電極Χ1、Χ2、Υ1、Υ2輸出的電流值能夠檢測接收面上的光的 照射位置。例如，對圖5(a)的位置P照射+1級光。該情況下將接收面的中心作 為基準(zhǔn)點的 位置P的坐標(biāo)&，7)，若將電極乂132、￥1、￥2輸出的電流量設(shè)為Ixl、Ix2、Iyl、Iy2、將X方 向以及Y方向的電極間的距離設(shè)為Lx、Ly，則例如由下面的公式進行計算。
1x2-1x1 2χ,、-=——(1 )
1x2 + 1x1 Lx
Iy2-Iyl 2y,、/。 \=τ⑵
Iy2+Iyl Ly圖5(b)是表示實現(xiàn)了該計算式的運算電路的結(jié)構(gòu)。從電極X1、X2、Y1、Y2輸出的電 流信號1x1、1x2、IyU Iy2由放大器21、22、23、24進行放大。并且，由加法電路25,27分別 進行(1x2+1x1)、(Iy2+Iyl)的運算，另外由減法電路26、28分別進行(1x2-1x1)、(Iy2_Iyl) 的運算。進而，由除法電路29、30分別進行式(1)以及式(2)的左邊的除法運算，從該除法 電路29、30輸出表示+1級的接收位置P的X方向位置(2x/Lx)與Y方向位置(2y/Ly)的 位置檢測信號。另外，雖然在圖5(b)中示例了計算處理電流信號1x1、1x2、IyU Iy2時的電路結(jié) 構(gòu)，但是根據(jù)對電流信號IXl、IX2、Iyl、Iy2進行I/V轉(zhuǎn)換之后的電壓信號進行同樣的計算 處理也可以生成位置檢測信號。圖6是表示本實施方式中的光束照射裝置的電路結(jié)構(gòu)。另外，在該圖中為了方便 表示圖3(a)所示的伺服光學(xué)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。如圖所示的光束照射裝置具有I/V轉(zhuǎn)換電路2、PSD信號處理電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路 4, DSP(Digital Signal Processor 數(shù)字信號處理器)控制電路5、D/A轉(zhuǎn)換電路6、8、10、 伺服激光器驅(qū)動電路7、掃描激光器驅(qū)動電路9、執(zhí)行器驅(qū)動電路11。在伺服光學(xué)系統(tǒng)中，從半導(dǎo)體激光器303射出的激光由上述的全息元件200進行 折射以及衍射之后，+1級光入射至PSD309的接收面。由此，與+1級光的接收位置對應(yīng)的 電流信號(從圖5中的電極XI、X2、Yl、Y2輸出的電流信號)從PSD309輸出并輸入至I/V 轉(zhuǎn)換電路2。
I/V轉(zhuǎn)換電路2將輸入的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并輸出至PSD信號處理電路3。 PSD信號處理電路3基于利用圖5進行說明的計算、從輸入的電壓信號生成表示+1級光的 接收位置的信號，并將此信號輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路4。另外，在本電路結(jié)構(gòu)中，來自PSD309 的各電極的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并基于轉(zhuǎn)換后的電壓信號生成表示接收位置的位置 檢測信號。A/D轉(zhuǎn)換電路4將輸入的位置檢測信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出至DSP控制電路 5。DSP控制電路5基于所輸入的表示+1級光的接收位置的位置檢測信號檢測目標(biāo)區(qū) 域處的激光的掃描位置，并進行反射鏡執(zhí)行器100的驅(qū)動控制或激光光源401的驅(qū)動控制
等。也就是說，DSP控制電路5在目標(biāo)區(qū)域處的激光的掃描位置到達規(guī)定的位置的時 亥|J、將脈沖驅(qū)動信號經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換電路8輸出至掃描激光器驅(qū)動電路9。由此，激光光源401 發(fā)出脈沖光并對目標(biāo)區(qū)域照射激光。另外，DSP控制電路5將伺服信號經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換電路10 輸出至執(zhí)行器驅(qū)動電路11，該伺服信號用于使目標(biāo)區(qū)域處的激光的掃描位置在所希望的軌 道進行追蹤。接收此信號執(zhí)行器驅(qū)動電路11對反射鏡執(zhí)行器100進行驅(qū)動，以激光在所希 望的軌道進行追蹤的方式掃描目標(biāo)區(qū)域。再有，DSP控制電路5經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換電路6將控制信號輸出至伺服激光器驅(qū)動電 路7。由此，伺服光學(xué)系統(tǒng)1內(nèi)的半導(dǎo)體激光器303以恒定功率水平時常發(fā)光。圖7是表示對PSD309的伺服光的入射狀態(tài)的圖。該圖(a)以及(b)是表示使用具有與全息元件200大致相同的折射率以及厚度的 平行平板狀的透明體210時(比較例)的伺服光的狀態(tài)的圖。在該透明體210的出射面沒 有配置衍射圖案。該圖(c)以及(d)是表示使用了本實施方式中的全息元件200的時的伺服光的 狀態(tài)的圖。另外，各圖中表示在與PSD309的接收面相同的X-Y平面(下面，稱為“接收平 面”)、將伺服光直線前進時的入射位置作為基準(zhǔn)點的X軸方向的坐標(biāo)軸。在該圖(a)中，入射至透明體210的伺服光如圖所示由透明體210的折射作用在 接收平面中入射至為d0的位置。另外，在該圖(b)中，入射至透明體201的伺服光如圖所 示在接收平面入射至成為d0’的位置。這樣，在比較例中透明體210從該圖(a)的狀態(tài)轉(zhuǎn) 動至該圖(b)的狀態(tài)時，接收平面處的X軸方向的入射位置的變化量AdO如式3所示。AdO = d0，-d0(3)下面，在該圖(c)中，入射至全息元件200的伺服光如上述受到全息元件200的折 射作用以及衍射作用。由此產(chǎn)生的+1級光如圖所示在從全息元件200的出射面射出的時 刻X軸方向的位置為與該圖(a)相同的d0，進而通過由出射面進行衍射從而在接收平面上 入射至dl的位置。另外，在該圖(d)中，+1級光如圖所示在從全息元件200的出射面射出 的時刻X軸方向的位置為與該圖(b)相同的d0’，進而通過由出射面進行衍射在接收平面入 射至dl，的位置。這樣，全息元件200從該圖(C)的狀態(tài)轉(zhuǎn)動至該圖(d)的狀態(tài)時的、接收平面處的 X軸方向的入射位置的變化量Adl為沒有衍射時的接收位置的變化量即上述式(3)的變化 量與僅由衍射產(chǎn)生的接收位置的變化量相加的大小。也就是說，若將dl與d0之間的差設(shè) 為α、將dl’與d0’之間的差設(shè)為α ’，則變化量Adl由式(4)表示。
Adl = (d0，_d0) + (a，-α ) = Ad0+(a，-α )(4)在此，在該圖(c)以及(d)中，若+1級光在X-Z平面內(nèi)對于Z軸分別呈Θ1以及 θ 1’的角度，則由于全息元件200的轉(zhuǎn)動以及全息元件200的出射面的作用，這2個角度的 關(guān)系為θ 1 < θ 1’。這樣，上述式(4)中的僅由衍射產(chǎn)生的變化量(a ’-a)為(a ’-a) >0。因而，該圖(c)以及(d)的情況與該圖(a)以及(b)的情況相比X軸方向的伺服光 (+1級光)的掃描寬度變寬。這樣，根據(jù)本實施方式由于X軸方向的伺服光(+1級光)的掃描寬度變寬，因此可 以提高X方向的掃描位置的分辨率。由此，能夠提高X軸方向的伺服光的接收位置的檢測 精度。另外，即使全息元件200的厚度較小，也能以與較大厚度的透明體相同的精度檢測轉(zhuǎn) 動位置。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠使用質(zhì)量輕并且薄的全息元件200、同時精度良好地檢測目 標(biāo)區(qū)域處的激光的掃描位置。另外，本實施方式中的光束照射裝置例如適合應(yīng)用于車載用的激光雷達。車載用 的激光雷達中的目標(biāo)區(qū)域通常需要將水平方向設(shè)定得較長、并正確地檢測水平方向的掃描 用激光的照射位置。這樣，將本實施方式中的光束照射裝置裝載于車載用的激光雷達的情 況下，如圖2以及圖3所示通過將水平方向設(shè)定為X軸方向，能夠正確地檢測出水平方向的 掃描用激光的照射位置，能夠提高目標(biāo)區(qū)域處的物體檢測精度。
以上雖然對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但是本發(fā)明并不限定于上述實施方 式，另外，本發(fā)明的實施方式可以在上述以外進行各種變化。例如，在上述實施方式中，雖然作為伺服光用的光源使用了半導(dǎo)體激光器，但是代 替此也可以使用LED (Light Emitting Diode 發(fā)光二極管)。另外，在上述實施方式中，雖然使用了一體形成閃耀型衍射圖案的全息元件200， 但是代替此也可以如圖8所示使用具有階梯(step)型的衍射圖案的全息元件220。該情況下，與上述實施方式同樣全息元件220 —體形成使入射的伺服光在X-Z平 面的面內(nèi)方向衍射的衍射圖案。另外，雖然伺服光由全息元件220分光為0次光、+1級光、-1 級光，但是由于衍射效率以及衍射角度分別由衍射圖案的階梯高度以及間距寬度決定，因 此預(yù)先以+1級光適當(dāng)?shù)厝肷渲罰SD309的方式設(shè)定衍射圖案與光學(xué)系統(tǒng)的配置即可。另外，如圖8(b)所示代替上述實施方式的全息元件200，在透明體221的出射面具 有閃耀型的衍射圖案的全息元件222可以通過粘貼或者由UV硬化樹脂成型等一體地進行 配置。該情況下，與上述實施方式同樣全息元件201具有使入射的伺服光在X-Z平面的 面內(nèi)方向衍射的衍射圖案。這樣一來，入射至透明體221的伺服光由透明體211的折射作 用改變行進方向，并受到全息元件222的折射作用以及衍射作用。伺服光由衍射作用分光 為0次光(并未圖示)與+1級光，+1級光由PSD309進行接收。其結(jié)果雖然與上述實施方 式相比增加了部件數(shù)目，但是達到了與上述實施方式相同的效果。另外，如圖8(c)所示，代替具有圖7(b)的閃耀型衍射圖案的全息元件222，可以配 置具有階梯型的衍射圖案的全息元件223。再有，在上述實施方式以及圖8(a)的結(jié)構(gòu)中，雖然在全息元件200以及220的出 射面配置有衍射圖案，但是也可以在入射面配置衍射圖案。另外，在圖8(b)以及(c)的結(jié) 構(gòu)中，雖然在透明體221的出射面一體地配置了全息元件222以及223，但是也可以在入射面一體地配置。另外，在上述實施方式中，雖然作為對伺服光進行接收的光檢測器使用了 PSD309， 但是代替此也可以使用四分割傳感器。圖9是表示作為對伺服光進行接收的光檢測器而使用的四分割傳感器310時的結(jié) 構(gòu)的圖。伺服用激光在反射鏡113處于中立位置時照射至四分割傳感器310的中央位置。 另外，光束點的X方向位置與Y方向位置如圖所示若將來自各傳感器的輸出信號設(shè)為Si、 S2、S3、S4，則例如由下式求得。
<formula>formula see original document page 11</formula>圖9中合并表示實現(xiàn)該計算式的運算電路的結(jié)構(gòu)。從各傳感器輸出的信號Si、 S2、S3、S4由放大器31、32、33、34放大。并且，由加法電路35、36、37、38分別進行(S1+S2)、 (S3+S4)、(S1+S4)、(S2+S3)的運算，另外由減法電路39、40分別進行(S1+S2)-(S3+S4)與 (S1+S4)-(S2+S3)的運算。進而，由加法電路41進行(S1+S2+S3+S4)的運算。并且，由除法 電路42、43分別進行式(5)以及式(6)的左邊的除法運算，從該除法電路42、43輸出表示 X方向以及Y方向的伺服用激光的接收位置的位置檢測信號。另外，該情況下對來自各傳感器的信號(電流信號)進行I/V轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換為電壓 信號，基于轉(zhuǎn)換后的電壓信號由同樣的運算處理也可以生成表示接收位置的位置檢測信號。此外，在上述實施方式中，雖然使用了僅在X軸方向使伺服光衍射的全息元件 200，但是除此之外也可以使用在Y軸方向使伺服光衍射的全息元件。該情況下，例如在全 息元件的出射面形成與上述同樣的衍射圖案，在全息元件的入射面形成用于在Y軸方向使 伺服光衍射的衍射圖案。或者也可以使其他的全息元件與上述全息元件200形成一體，該 其他的全息元件具有用于在Y軸方向使伺服光衍射的衍射圖案。這樣一來，由于不僅在X 軸方向在Y軸方向激光的掃描寬度也變寬，因此也能夠提高Y軸方向的激光的檢測精度。再有，在上述實施方式中，雖然示例了通過使反射鏡轉(zhuǎn)動從而使激光在目標(biāo)區(qū)域 進行掃描的這種類型的光束照射裝置，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于如下類型的光束照射裝 置，即通過使入射激光的透鏡轉(zhuǎn)動從而使激光在目標(biāo)區(qū)域進行掃描的光束照射裝置。此外，上述實施方式以及變更例中示例的位置檢測用的光學(xué)系統(tǒng)除了應(yīng)用于上述 光束照射裝置以外，也可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于對在規(guī)定軸周圍轉(zhuǎn)動的物體的轉(zhuǎn)動位置進行檢測 的各種檢測裝置。該情況下，例如在轉(zhuǎn)動位置檢測對象的物體直接安裝上述全息元件，或 者經(jīng)由隨著該物體的轉(zhuǎn)動而進行轉(zhuǎn)動的連結(jié)部件全息元件安裝于該物體。并且，以在該全 息元件入射伺服光的方式配置伺服光用的光源，透過全息元件之后的伺服光由PSD進行接 收。這樣，與上述實施方式以及變更例中所說明的同樣，能夠增大物體轉(zhuǎn)動時的伺服光的振 幅，其結(jié)果能夠精度良好地檢測物體的轉(zhuǎn)動位置。此外，本發(fā)明的實施方式可以在發(fā)明內(nèi)容中所示的技術(shù)思想的范圍內(nèi)進行適當(dāng)?shù)?各種變化。
權(quán)利要求
一種光束照射裝置，其特征在于，具有激光光源，其射出激光；執(zhí)行器，通過使入射所述激光的光學(xué)元件轉(zhuǎn)動，在目標(biāo)區(qū)域使激光進行掃描；伺服光源，其射出伺服光；透明體，其隨著所述光學(xué)元件的轉(zhuǎn)動進行轉(zhuǎn)動，并且入射所述伺服光；光檢測器，其對透過所述透明體的所述伺服光進行接收，從而輸出對應(yīng)于該接收位置的信號；以及衍射部，其與所述透明體一起進行轉(zhuǎn)動，并且在所述透明體的轉(zhuǎn)動方向上衍射所述伺服光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束照射裝置，其特征在于， 所述衍射部是在所述透光體的表面上一體形成的衍射圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光束照射裝置，其特征在于，所述執(zhí)行器使所述光學(xué)元件在第1軸和垂直于該第1軸的第2軸的周圍進行轉(zhuǎn)動， 所述衍射部至少在所述光學(xué)元件于所述第1軸的周圍進行轉(zhuǎn)動時的所述透明體的轉(zhuǎn) 動方向上，衍射所述伺服光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的光束照射裝置，其特征在于， 所述光學(xué)元件是反射鏡。
5.一種位置檢測裝置，其檢測物體的轉(zhuǎn)動位置，該位置檢測裝置的特征在于，具有 伺服光源，其射出伺服光；透明體，其隨著所述物體的轉(zhuǎn)動進行轉(zhuǎn)動，并且入射所述伺服光； 光檢測器，其對透過所述透明體的所述伺服光進行接收，從而輸出對應(yīng)于該接收位置 的信號；以及衍射部，其與所述透明體一起進行轉(zhuǎn)動，并且在所述透明體的轉(zhuǎn)動方向上衍射所述伺 服光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光束照射裝置，由簡單的結(jié)構(gòu)能夠精度良好地檢測目標(biāo)區(qū)域的激光的掃描位置。在光束照射裝置中，從激光光源射出的激光入射至反射鏡。執(zhí)行器通過使激光入射的反射鏡轉(zhuǎn)動在目標(biāo)區(qū)域掃描激光。另一方面，從半導(dǎo)體激光器(303)射出的伺服光入射至全息元件(200)。全息元件(200)隨著反射鏡的轉(zhuǎn)動而進行轉(zhuǎn)動，并在出射面設(shè)定衍射圖案。光檢測器(309)對透過全息元件(200)之后的伺服光進行接收，輸出對應(yīng)于該接收位置的信號。這樣，由于入射至光檢測器(309)的伺服光的掃描寬度變寬，因此可精度良好地檢測光檢測器(309)上的伺服光的接收位置。其結(jié)果，也能精度良好地檢測目標(biāo)區(qū)域的激光的掃描位置。
文檔編號G01S17/06GK101833167SQ20101012947
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者前納良昭, 山口淳 申請人:三洋電機株式會社;三洋光學(xué)設(shè)計株式會社