专利名称：光束照射装置以及位置检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对目标区域照射激光的光束照射装置，特别适合应用于在激光雷达中装载的光束照射装置。另外，本发明还涉及一种利用伺服光在光学上检测移动部的移 动位置的位置检测装置。
背景技术：
近年来，为了提高行驶时的安全性，将激光雷达装载于家庭用乘用车等，该激光雷 达向行驶方向前方照射激光、并根据其反射光的状态检测目标区域内有无障碍物或达到障 碍物的距离。一般情况下，激光雷达使激光在目标区域内进行扫描，根据各扫描位置处的反 射光的有无检测各扫描位置有无障碍物，进而基于从各扫描位置的激光照射时刻起至接收 到反射光时刻的所需时间，检测到达该扫描位置处的障碍物的距离。对于提高激光雷达的检测精度，需要使激光在目标区域内进行恰当的扫描，另外 需要恰当地检测激光的各扫描位置。以往作为激光的扫描机构，周知存在使用多面反射镜 的扫描机构、二维驱动扫描用透镜的透镜驱动型扫描机构(例如，参考专利文献1)。此外， 还周知由反射镜扫描激光的反射镜转动型扫描机构(例如，参考专利文献2以及3)。在反射镜转动型扫描机构中，以可以双轴驱动的方式支撑反射镜，由线圈与磁体之 间的电磁驱动力将各驱动轴作为轴而使反射镜转动。激光从倾斜方向入射至反射镜，通过将 各驱动轴作为轴而双轴驱动反射镜，由反射镜在目标区域内在二维方向扫描激光的反射光。在该扫描机构中，目标区域中的激光的扫描位置与反射镜的转动位置一一对应。 由此，激光的扫描位置能够通过检测反射镜的转动位置而检测出。在此，反射镜的转动位置 例如能够通过检测随着反射镜而转动的其他部件的转动位置而检测出。图10是表示这种检测其他部件的转动位置时的结构例的图。在该图中，601是 半导体激光器，602是平行平板状的透光性部件、603是光检测器(PSD =Position Sensing Device位置检测设备)。从半导体激光器601射出的激光由对于激光光轴倾斜配置的透光 性部件602折射、在光检测器603接收光。在此，若透光性部件602如箭头标记那样转动，则 激光的光路如图中的虚线所示变化，在光检测器603上的激光的接收位置发生变化。这样， 通过由光检测器603检测到的激光的接收位置，能够检测出透光性部件602的转动位置。[专利文献1]特开平11-83988号公报[专利文献2]特开2001-290100号公报[专利文献3]特开平10-253907号公报不过，在图10的结构中，要增大入射至光检测器603的激光的变位量从而提高激 光的位置检测精度，需要增大透光性部件602的厚度。若透光性部件602变厚，则伴随于此 透光性部件602的重量增加，将产生驱动透光性部件602的可动部的负担增大的问题。
发明内容
本发明是为了消除这种问题而进行的，目的是提供一种能够由简单的结构精度良好地检测目标区域的激光的扫描位置的光束照射装置。另外，在更广的范围中目的是提供一种可以高精度检测移动部的移动位置的位置检测装置。本发明的第1方式涉及一种光束照射装置。第1方式中的光束照射装置具有激 光光源，其射出激光；执行器(actuator)，通过使入射所述激光的光学元件转动在目标区 域使激光进行扫描；伺服光源，其射出伺服光；透明体，其随着所述光学元件的转动进行转 动，并且入射所述伺服光；光检测器，其对透过所述透明体的所述伺服光进行接收，从而输 出对应于该接收位置的信号；以及衍射部，其与所述透明体一起进行转动，并且在所述透明 体的转动方向上衍射所述伺服光。根据第1方式，通过所述伺服光由所述衍射部在所述透明体的转动方向使其发生 衍射，由于入射至所述光检测器的伺服光的扫描宽度变宽，因此能够提高所述光检测器上 的所述伺服光的接收位置。由此，因为提高了伺服光的接收位置的检测精度，所以即使是使 用了质量轻并且薄的透明体的情况下，伺服光的接收位置的检测精度也并不降低可以维持 得较高。这样，根据该接收位置检测目标区域的激光的扫描位置，能够精度良好地检测激光 的扫描位置。在第1方式中，所述衍射部是能够在所述透光体的表面上一体形成的衍射图案。 这样由于减少部件数目因此使光束照射装置的结构变得简单。另外，在第1方式中，所述执行器构成为使所述光学元件在第1轴和垂直于该第 1轴的第2轴的周围进行转动。该情况下，所述衍射部可以构成为至少在所述光学元件于所 述第1轴的周围进行转动时的所述透明体的转动方向上，衍射所述伺服光。该情况下衍射 部还可以具有如下的结构，即在所述光元件在所述第2轴的周围进行转动时的所述透明体 的转动方向使所述伺服光发生衍射。再有，在第1方式中所述光学元件可以由反射镜构成。本发明的第2方式涉及一种检测物体地转动位置的位置检测装置。第2方式中的 位置检测装置具有伺服光源，其射出伺服光；透明体，其随着所述物体的转动进行转动， 并且入射所述伺服光；光检测器，其对透过所述透明体的所述伺服光进行接收，从而输出对 应于该接收位置的信号；以及衍射部，其与所述透明体一起进行转动并且在所述透明体的 转动方向上衍射所述伺服光。根据第2方式中的位置检测装置，与上述第1方式中的光学元件的转动位置同样， 可以精度良好地检测所述物体的转动位置。根据以上的本发明，能够提供一种由简单的结构可以精度良好地检测目标区域的 激光的扫描位置的光束照射装置。另外，能够提供一种可以高精度地检测移动部的移动位 置的位置检测装置。本发明的效果以及意义通过下面所述的实施方式的说明将进一步明确。不过，下 面所示的实施方式终究只是实施本发明的一例，本发明并不限定于下面的实施方式中所述 的内容。
图1是表示实施方式中的反射镜执行器的结构的图。图2是表示实施方式中的光束照射装置的光学系统的图。
图3是表示实施方式中的光束照射装置的伺服光学系统的图。图4是表示实施方式中的PSD的结构的图。图5是说明实施方式中的位置检测信号的生成方法的图。
图6是表示实施方式中的光束照射装置的电路结构的图。图7是说明实施方式中的伺服光的入射状态的图。图8是表示实施方式中的伺服光学系统的变更例的图。图9是表示实施方式中的光检测器的变更例的图。图10是说明使用了 PSD的位置检测方法的图。图中100-反射镜执行器(执行器)111-支轴(第 1轴)112-支轴(第 2轴)113-反射镜(光学元件)200,220-全息元件(透明体、衍射部)221-透明体222、223-全息元件(衍射部)303-半导体激光器(伺服光源)309-PSD (光检测器)310-四分割传感器(光检测器)401-激光光源
具体实施例方式图1表示本实施方式中的反射镜执行器100的结构。另外，该图(a)是反射镜执 行器100的分解立体图，该图(b)是处于组装状态的反射镜执行器100的立体图。在该图(a)中110是反射镜架。反射镜架110中形成支轴111，其端部具有防脱 部；支轴112，其端部具有支承部112a。在支承部112a配有与全息元件200的厚度大致相 同的尺寸凹部，在该凹部安装全息元件200的上部。再有，在反射镜架110的前面安装平板 状的反射镜113，在背面安装线圈114。另外，线圈114以方形状卷绕。在支轴112经由如上述的支承部112a安装平行平板状的全息元件200。在此，全 息元件200以其2个平面平行于反射镜113的镜面的方式安装于支轴112。120是将支轴111、112作为轴可以转动地支撑反射镜架110的可动框。在可动框 120形成用于收容反射镜架110的开口 121，另外形成与反射镜架110的支轴111、112卡合 的槽122、123。再有，在可动框120的侧面形成端部具有防脱部的支轴124、125，在背面安 装线圈126。线圈126以方形状卷绕。130是将支轴124、125作为轴可以转动地支撑可动框120的固定框。在固定框130 形成用于收容可动框120的凹部131，另外形成与可动框120的支轴124、125卡合的槽132、 133。再有，在固定框130的里面安装对线圈114施加磁场的磁体134、对线圈126施加磁场 的磁体135。另外，槽132、133分别从固定框130的前面延伸至上下2个磁体135之间的缝 隙内。
140是以反射镜架110的支轴111、112不从可动框120的槽122、123脱落的方式 从前方压紧支轴111、112的压板。另外，141是以可动框120的支轴124、125不从固定框 130的槽132、133脱落的方式从前方压紧支轴124、125的压板。在装配反射镜执行器100时，将反射镜架110的支轴111、112卡合于可动框120 的槽122、123 ，进而压紧支轴111、112的前面从而将压板140安装于可动框120的前面。由 此，反射镜架110由可动框120可以转动地支撑。这样将反射镜架110安装于可动框120之后，将可动框120的支轴124、125卡合 于固定框130的槽132、133，进而压紧支轴132、133的前面从而将压板141安装于固定框 130的前面。由此，可动框120可以转动地安装于固定框130，完成了反射镜执行器100的装配。若反射镜架110对于可动框120将支轴111、112作为轴进行转动，则伴随于此反 射镜113进行转动。另外，若可动框120对于固定框130将支轴124、125作为轴进行转动， 则伴随于此反射镜架110进行转动，与反射镜架110 —体的反射镜113进行转动。这样，反 射镜架110由彼此垂直的支轴111、112与支轴124、125可以在二维方向转动地进行支撑， 伴随着反射镜架110的转动反射镜113在二维方向进行转动。此时，安装于支轴112的全 息元件200也随着反射镜113的转动进行转动。另外，在该图(b)所示的装配状态中，2个磁体134通过对线圈114施加电流，以在 反射镜架110中产生将支撑轴111、112作为轴的转动力的方式进行配置以及调整极性。因 而，若对线圈114施加电流，则由线圈114中产生的电磁驱动力使反射镜架110将支轴111、 112作为轴进行转动。另外，在该图(b)所示的装配状态中，2个磁体135通过对线圈126施加电流，以在 可动框120中产生将支轴124、125作为轴的转动力的方式进行配置以及调整极性。因而， 若对线圈126施加电流，则由线圈126中产生的电磁驱动力使可动框120将支轴124、125 作为轴进行转动，伴随于此全息元件200进行转动。图2是表示安装了反射镜执行器100的状态的光学系统的结构的图。在图2中，500是支撑光学系统的基座。基座500中在反射镜执行器100的设置位 置形成开口 503a，通过将全息元件200插入该开口从而反射镜执行器100安装于基座500 上。在基座500的上面安装用于将激光导入反射镜113的光学系统400。该光学系统 400由激光光源401、光束整形用的透镜402、403构成。激光光源401安装于配置在基座 500上面的激光光源用的基板401a。从激光光源401射出的激光由透镜402、403分别受到水平方向以及垂直方向的收 束作用。透镜402、403以目标区域(例如，设定为从光束照射装置的光束射出口前方IOOm 左右的位置)的光束形状成为规定大小(例如，纵向2m、横向Im左右的大小)的方式进行 设计。透镜402是在垂直方向具有透镜效果的圆柱透镜，透镜403是用于使激光成为大 致平行光的非球面透镜。从激光光源射出的光束在垂直方向与水平方向束散角不同。第1 个透镜402改变垂直方向与水平方向的激光的束散角比例。第2个透镜403改变射出光束 的束散角(垂直方向与水平方向的双方)的倍率。
透过透镜402、403之后的激光入射至反射镜执行器100的反射镜113，由反射镜 113向目标区域进行反射。通过由反射镜执行器100对反射镜113进行二维驱动，激光在目 标区域内在二维方向进行扫描。反射镜执行器100，在反射镜113处于中立位置时以来自透镜403的激光对于反 射镜113的镜面在水平方向以45度的入射角入射的方式进行配置。另外，所谓“中立位置” 是指镜面对于垂直方向平行、并且激光对于镜面在水平方向以45度的入射角入射时的反 射镜113的位置。在基座500的下面配置电路基板300。再有，在基座500的背面与侧面也配置了电 路基板301、302。图3(a)是从背面侧观察基座500时的一部分平面图。该图(a)中表示基座500 的背面侧中安装了反射镜执行器100的位置的附近。如图所示，在基座500的背侧周缘形成壁501、502，与壁501、502相比中央侧成为 比壁501、502低一段的平面503。在壁501形成用于安装半导体激光器303的开口。将半导 体激光器303插入该开口，从而安装了半导体激光器303的电路基板301安装于壁501的外 侧。另一方面，在壁502的附近安装电路基板302，电路基板302上安装了 PSD309。PSD309 与该图(a)的Y轴方向相比X轴方向的宽度具有宽幅的接收面。在基座500的背侧的平面503由安装工具307安装聚光透镜304、光 圈305、ND (中 性密度neutral density)滤波器306。再有，在该平面503形成开口 503a，经由该开口 503a 安装于反射镜执行器100的全息元件200突出至基座500的背侧。全息元件200位于如下的位置，即在反射镜执行器100的反射镜113处于中立位 置时、2个平面在垂直方向平行并且对于半导体激光器303的射出光轴以45度倾斜。另 夕卜，在全息元件200的出射面在反射镜113处于中立位置时，一体形成使伺服光在X-Z平 面的面内方向衍射至X轴的正方向(上方向)的闪耀型衍射图案(blazed diffraction pattern)。从半导体激光器303射出的激光(下面，称为“伺服光”)透过聚光透镜304之后， 由光圈305缩小光束直径，进而由ND滤波器306进行减光。再有，伺服光由准直透镜308 变换为平行光之后，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。由此产生的伺服光的+1级光如图所示以改变了行进方向的状态从全息元件200射 出，由PSD309进行接收。PSD309根据+1级光的接收位置输出位置检测信号。图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图。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 来，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。也就是说，伺 服光在全息元件200的出射面由上述的衍射图案分光为0次光(并未图示)、衍射至X轴的 正方向(上方向)的+1级光。与此同时，0次光与+1级光分别在全息元件200的出射面收 到折射作用，从全息元件200的出射面射出。其结果+1级光与全息元件200的入射前的伺 服光相比以在X轴的正方向(上方向)改变了行进方向的状态从全息元件200射出。另外，全息元件200的衍射效率以及衍射角度分别由衍射图案的闪耀高度以及间 距(Pitch)宽度决定。因此需要预先设定衍射图案与光学系统的配置，以使在PSD309仅对+1级光进行适当的接收。另外，全息元件200的衍射图案优选以+1级光的衍射效率最大的 方式进行设定。这样一来，因为由PSD309接受到的+1级光的光量变大，所以可获得更高精 度的位置检测信号。图4(a)是表示PSD309的结构的图(侧剖面图)，图4(b)是表示PSD309的接收面 的图。参照图4(a)，PSD309为如下的结构，即在N型高电阻硅基板的表面形成兼有接收 面与电阻层的P型电阻层。在电阻层表面形成电极X1、X2，其用于输出该图(b)的横方向 的光电流；电极Y1、Y2(在该图(a)中省略图示)，其用于输出纵方向的光电流。另外，在背 面侧形成共用电极。若对接收面照射激光，则在照射位置产生与光量成比例的电荷。该电荷作为光电 流到达电阻层，与到达各电极的距离成反比例来进行分配，从电极XI、X2、YU Y2输出。在 此，从电极X1、X2、Y1、Y2输出的电流具有与从激光照射位置起至各电极的距离成反比例来 进行分配的大小。这样，根据从电极Χ1、Χ2、Υ1、Υ2输出的电流值能够检测接收面上的光的 照射位置。例如，对图5(a)的位置P照射+1级光。该情况下将接收面的中心作 为基准点的 位置P的坐标&，7)，若将电极乂132、￥1、￥2输出的电流量设为Ixl、Ix2、Iyl、Iy2、将X方 向以及Y方向的电极间的距离设为Lx、Ly，则例如由下面的公式进行计算。
1x2-1x1 2χ,、-=——(1 )
1x2 + 1x1 Lx
Iy2-Iyl 2y,、/。 \=τ⑵
Iy2+Iyl Ly图5(b)是表示实现了该计算式的运算电路的结构。从电极X1、X2、Y1、Y2输出的电 流信号1x1、1x2、IyU Iy2由放大器21、22、23、24进行放大。并且，由加法电路25,27分别 进行(1x2+1x1)、(Iy2+Iyl)的运算，另外由减法电路26、28分别进行(1x2-1x1)、(Iy2_Iyl) 的运算。进而，由除法电路29、30分别进行式(1)以及式(2)的左边的除法运算，从该除法 电路29、30输出表示+1级的接收位置P的X方向位置(2x/Lx)与Y方向位置(2y/Ly)的 位置检测信号。另外，虽然在图5(b)中示例了计算处理电流信号1x1、1x2、IyU Iy2时的电路结 构，但是根据对电流信号IXl、IX2、Iyl、Iy2进行I/V转换之后的电压信号进行同样的计算 处理也可以生成位置检测信号。图6是表示本实施方式中的光束照射装置的电路结构。另外，在该图中为了方便 表示图3(a)所示的伺服光学系统的主要结构。如图所示的光束照射装置具有I/V转换电路2、PSD信号处理电路3、A/D转换电路 4, DSP(Digital Signal Processor 数字信号处理器)控制电路5、D/A转换电路6、8、10、 伺服激光器驱动电路7、扫描激光器驱动电路9、执行器驱动电路11。在伺服光学系统中，从半导体激光器303射出的激光由上述的全息元件200进行 折射以及衍射之后，+1级光入射至PSD309的接收面。由此，与+1级光的接收位置对应的 电流信号(从图5中的电极XI、X2、Yl、Y2输出的电流信号)从PSD309输出并输入至I/V 转换电路2。
I/V转换电路2将输入的电流信号转换为电压信号并输出至PSD信号处理电路3。 PSD信号处理电路3基于利用图5进行说明的计算、从输入的电压信号生成表示+1级光的 接收位置的信号，并将此信号输出至A/D转换电路4。另外，在本电路结构中，来自PSD309 的各电极的电流信号转换为电压信号，并基于转换后的电压信号生成表示接收位置的位置 检测信号。A/D转换电路4将输入的位置检测信号转换为数字信号并输出至DSP控制电路 5。DSP控制电路5基于所输入的表示+1级光的接收位置的位置检测信号检测目标区 域处的激光的扫描位置，并进行反射镜执行器100的驱动控制或激光光源401的驱动控制
等。也就是说，DSP控制电路5在目标区域处的激光的扫描位置到达规定的位置的时 亥|J、将脉冲驱动信号经由D/A转换电路8输出至扫描激光器驱动电路9。由此，激光光源401 发出脉冲光并对目标区域照射激光。另外，DSP控制电路5将伺服信号经由D/A转换电路10 输出至执行器驱动电路11，该伺服信号用于使目标区域处的激光的扫描位置在所希望的轨 道进行追踪。接收此信号执行器驱动电路11对反射镜执行器100进行驱动，以激光在所希 望的轨道进行追踪的方式扫描目标区域。再有，DSP控制电路5经由D/A转换电路6将控制信号输出至伺服激光器驱动电 路7。由此，伺服光学系统1内的半导体激光器303以恒定功率水平时常发光。图7是表示对PSD309的伺服光的入射状态的图。该图(a)以及(b)是表示使用具有与全息元件200大致相同的折射率以及厚度的 平行平板状的透明体210时(比较例)的伺服光的状态的图。在该透明体210的出射面没 有配置衍射图案。该图(c)以及(d)是表示使用了本实施方式中的全息元件200的时的伺服光的 状态的图。另外，各图中表示在与PSD309的接收面相同的X-Y平面(下面，称为“接收平 面”)、将伺服光直线前进时的入射位置作为基准点的X轴方向的坐标轴。在该图(a)中，入射至透明体210的伺服光如图所示由透明体210的折射作用在 接收平面中入射至为d0的位置。另外，在该图(b)中，入射至透明体201的伺服光如图所 示在接收平面入射至成为d0’的位置。这样，在比较例中透明体210从该图(a)的状态转 动至该图(b)的状态时，接收平面处的X轴方向的入射位置的变化量AdO如式3所示。AdO = d0，-d0(3)下面，在该图(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。由此产生的+1级光如图所示在从全息元件200的出射面射出的时 刻X轴方向的位置为与该图(a)相同的d0，进而通过由出射面进行衍射从而在接收平面上 入射至dl的位置。另外，在该图(d)中，+1级光如图所示在从全息元件200的出射面射出 的时刻X轴方向的位置为与该图(b)相同的d0’，进而通过由出射面进行衍射在接收平面入 射至dl，的位置。这样，全息元件200从该图(C)的状态转动至该图(d)的状态时的、接收平面处的 X轴方向的入射位置的变化量Adl为没有衍射时的接收位置的变化量即上述式(3)的变化 量与仅由衍射产生的接收位置的变化量相加的大小。也就是说，若将dl与d0之间的差设 为α、将dl’与d0’之间的差设为α ’，则变化量Adl由式(4)表示。
Adl = (d0，_d0) + (a，-α ) = Ad0+(a，-α )(4)在此，在该图(c)以及(d)中，若+1级光在X-Z平面内对于Z轴分别呈Θ1以及 θ 1’的角度，则由于全息元件200的转动以及全息元件200的出射面的作用，这2个角度的 关系为θ 1 < θ 1’。这样，上述式(4)中的仅由衍射产生的变化量(a ’-a)为(a ’-a) >0。因而，该图(c)以及(d)的情况与该图(a)以及(b)的情况相比X轴方向的伺服光 (+1级光)的扫描宽度变宽。这样，根据本实施方式由于X轴方向的伺服光(+1级光)的扫描宽度变宽，因此可 以提高X方向的扫描位置的分辨率。由此，能够提高X轴方向的伺服光的接收位置的检测 精度。另外，即使全息元件200的厚度较小，也能以与较大厚度的透明体相同的精度检测转 动位置。这样，根据本发明，能够使用质量轻并且薄的全息元件200、同时精度良好地检测目 标区域处的激光的扫描位置。另外，本实施方式中的光束照射装置例如适合应用于车载用的激光雷达。车载用 的激光雷达中的目标区域通常需要将水平方向设定得较长、并正确地检测水平方向的扫描 用激光的照射位置。这样，将本实施方式中的光束照射装置装载于车载用的激光雷达的情 况下，如图2以及图3所示通过将水平方向设定为X轴方向，能够正确地检测出水平方向的 扫描用激光的照射位置，能够提高目标区域处的物体检测精度。
以上虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方 式，另外，本发明的实施方式可以在上述以外进行各种变化。例如，在上述实施方式中，虽然作为伺服光用的光源使用了半导体激光器，但是代 替此也可以使用LED (Light Emitting Diode 发光二极管)。另外，在上述实施方式中，虽然使用了一体形成闪耀型衍射图案的全息元件200， 但是代替此也可以如图8所示使用具有阶梯(step)型的衍射图案的全息元件220。该情况下，与上述实施方式同样全息元件220 —体形成使入射的伺服光在X-Z平 面的面内方向衍射的衍射图案。另外，虽然伺服光由全息元件220分光为0次光、+1级光、-1 级光，但是由于衍射效率以及衍射角度分别由衍射图案的阶梯高度以及间距宽度决定，因 此预先以+1级光适当地入射至PSD309的方式设定衍射图案与光学系统的配置即可。另外，如图8(b)所示代替上述实施方式的全息元件200，在透明体221的出射面具 有闪耀型的衍射图案的全息元件222可以通过粘贴或者由UV硬化树脂成型等一体地进行 配置。该情况下，与上述实施方式同样全息元件201具有使入射的伺服光在X-Z平面的 面内方向衍射的衍射图案。这样一来，入射至透明体221的伺服光由透明体211的折射作 用改变行进方向，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 为0次光(并未图示)与+1级光，+1级光由PSD309进行接收。其结果虽然与上述实施方 式相比增加了部件数目，但是达到了与上述实施方式相同的效果。另外，如图8(c)所示，代替具有图7(b)的闪耀型衍射图案的全息元件222，可以配 置具有阶梯型的衍射图案的全息元件223。再有，在上述实施方式以及图8(a)的结构中，虽然在全息元件200以及220的出 射面配置有衍射图案，但是也可以在入射面配置衍射图案。另外，在图8(b)以及(c)的结 构中，虽然在透明体221的出射面一体地配置了全息元件222以及223，但是也可以在入射面一体地配置。另外，在上述实施方式中，虽然作为对伺服光进行接收的光检测器使用了 PSD309， 但是代替此也可以使用四分割传感器。图9是表示作为对伺服光进行接收的光检测器而使用的四分割传感器310时的结 构的图。伺服用激光在反射镜113处于中立位置时照射至四分割传感器310的中央位置。 另外，光束点的X方向位置与Y方向位置如图所示若将来自各传感器的输出信号设为Si、 S2、S3、S4，则例如由下式求得。
<formula>formula see original document page 11</formula>图9中合并表示实现该计算式的运算电路的结构。从各传感器输出的信号Si、 S2、S3、S4由放大器31、32、33、34放大。并且，由加法电路35、36、37、38分别进行(S1+S2)、 (S3+S4)、(S1+S4)、(S2+S3)的运算，另外由减法电路39、40分别进行(S1+S2)-(S3+S4)与 (S1+S4)-(S2+S3)的运算。进而，由加法电路41进行(S1+S2+S3+S4)的运算。并且，由除法 电路42、43分别进行式(5)以及式(6)的左边的除法运算，从该除法电路42、43输出表示 X方向以及Y方向的伺服用激光的接收位置的位置检测信号。另外，该情况下对来自各传感器的信号(电流信号)进行I/V转换并转换为电压 信号，基于转换后的电压信号由同样的运算处理也可以生成表示接收位置的位置检测信号。此外，在上述实施方式中，虽然使用了仅在X轴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轴方向使伺服光衍射的全息元件。该情况下，例如在全 息元件的出射面形成与上述同样的衍射图案，在全息元件的入射面形成用于在Y轴方向使 伺服光衍射的衍射图案。或者也可以使其他的全息元件与上述全息元件200形成一体，该 其他的全息元件具有用于在Y轴方向使伺服光衍射的衍射图案。这样一来，由于不仅在X 轴方向在Y轴方向激光的扫描宽度也变宽，因此也能够提高Y轴方向的激光的检测精度。再有，在上述实施方式中，虽然示例了通过使反射镜转动从而使激光在目标区域 进行扫描的这种类型的光束照射装置，但是本发明也可以应用于如下类型的光束照射装 置，即通过使入射激光的透镜转动从而使激光在目标区域进行扫描的光束照射装置。此外，上述实施方式以及变更例中示例的位置检测用的光学系统除了应用于上述 光束照射装置以外，也可以适当地应用于对在规定轴周围转动的物体的转动位置进行检测 的各种检测装置。该情况下，例如在转动位置检测对象的物体直接安装上述全息元件，或 者经由随着该物体的转动而进行转动的连结部件全息元件安装于该物体。并且，以在该全 息元件入射伺服光的方式配置伺服光用的光源，透过全息元件之后的伺服光由PSD进行接 收。这样，与上述实施方式以及变更例中所说明的同样，能够增大物体转动时的伺服光的振 幅，其结果能够精度良好地检测物体的转动位置。此外，本发明的实施方式可以在发明内容中所示的技术思想的范围内进行适当的 各种变化。
权利要求
一种光束照射装置，其特征在于，具有激光光源，其射出激光；执行器，通过使入射所述激光的光学元件转动，在目标区域使激光进行扫描；伺服光源，其射出伺服光；透明体，其随着所述光学元件的转动进行转动，并且入射所述伺服光；光检测器，其对透过所述透明体的所述伺服光进行接收，从而输出对应于该接收位置的信号；以及衍射部，其与所述透明体一起进行转动，并且在所述透明体的转动方向上衍射所述伺服光。
2.根据权利要求1所述的光束照射装置，其特征在于， 所述衍射部是在所述透光体的表面上一体形成的衍射图案。
3.根据权利要求1或者2所述的光束照射装置，其特征在于，所述执行器使所述光学元件在第1轴和垂直于该第1轴的第2轴的周围进行转动， 所述衍射部至少在所述光学元件于所述第1轴的周围进行转动时的所述透明体的转 动方向上，衍射所述伺服光。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的光束照射装置，其特征在于， 所述光学元件是反射镜。
5.一种位置检测装置，其检测物体的转动位置，该位置检测装置的特征在于，具有 伺服光源，其射出伺服光；透明体，其随着所述物体的转动进行转动，并且入射所述伺服光； 光检测器，其对透过所述透明体的所述伺服光进行接收，从而输出对应于该接收位置 的信号；以及衍射部，其与所述透明体一起进行转动，并且在所述透明体的转动方向上衍射所述伺 服光。
全文摘要
本发明提供一种光束照射装置，由简单的结构能够精度良好地检测目标区域的激光的扫描位置。在光束照射装置中，从激光光源射出的激光入射至反射镜。执行器通过使激光入射的反射镜转动在目标区域扫描激光。另一方面，从半导体激光器(303)射出的伺服光入射至全息元件(200)。全息元件(200)随着反射镜的转动而进行转动，并在出射面设定衍射图案。光检测器(309)对透过全息元件(200)之后的伺服光进行接收，输出对应于该接收位置的信号。这样，由于入射至光检测器(309)的伺服光的扫描宽度变宽，因此可精度良好地检测光检测器(309)上的伺服光的接收位置。其结果，也能精度良好地检测目标区域的激光的扫描位置。
文档编号G01S17/06GK101833167SQ20101012947
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月8日 优先权日2009年3月6日
发明者前纳良昭, 山口淳 申请人:三洋电机株式会社;三洋光学设计株式会社