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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134385
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】ビーム走査システム
(51)【国際特許分類】
G01S 7/481 20060101AFI20240926BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
G01S7/481 A
G02B26/10 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044654
(22)【出願日】2023-03-20
(71)【出願人】
【識別番号】501428545
【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三谷 勇介
(72)【発明者】
【氏名】山口 陽介
【テーマコード（参考）】
2H045
5J084
【Ｆターム（参考）】
2H045AA00
2H045AF11
2H045CB01
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA03
5J084BA11
5J084BA13
5J084BA16
5J084BA36
5J084BA39
5J084BA40
5J084BA47
5J084BA48
5J084BB11
5J084BB13
5J084BB14
5J084BB21
5J084BB24
5J084BB27
5J084DA01
5J084DA02
5J084DA03
5J084EA40
(57)【要約】
【課題】 対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持する新規な構成を開示する。
【解決手段】 ビーム走査システムは、ライン状の像を有するビームを第１方向に沿って照射する光源と、前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と直交する第２方向へ反射して、前記ビームを対象物へ照射する固定式の照射ミラーであって、前記第１方向に沿った軸回りに反射面が連続して存在している前記照射ミラーと、前記光源から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置されており、前記光源から照射された前記ビームの前記像を前記ビームの光軸周りに回転させる像回転素子と、前記対象物から反射された前記ビームを受光する受光センサと、前記像回転素子を前記反射面の形状に合わせて前記第１方向に沿った軸周りに回転させる回転手段と、を備える。
【選択図】図１３
【解決手段】 ビーム走査システムは、ライン状の像を有するビームを第１方向に沿って照射する光源と、前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と直交する第２方向へ反射して、前記ビームを対象物へ照射する固定式の照射ミラーであって、前記第１方向に沿った軸回りに反射面が連続して存在している前記照射ミラーと、前記光源から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置されており、前記光源から照射された前記ビームの前記像を前記ビームの光軸周りに回転させる像回転素子と、前記対象物から反射された前記ビームを受光する受光センサと、前記像回転素子を前記反射面の形状に合わせて前記第１方向に沿った軸周りに回転させる回転手段と、を備える。
【選択図】図１３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ライン状の像を有するビームを第１方向に沿って照射する光源と、
前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と直交する第２方向へ反射して、前記ビームを対象物へ照射する固定式の照射ミラーであって、前記第１方向に沿った軸回りに反射面が連続して存在している前記照射ミラーと、
前記光源から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置されており、前記光源から照射された前記ビームの前記像を前記ビームの光軸周りに回転させる像回転素子と、
前記対象物から反射された前記ビームを受光する受光センサと、
前記像回転素子を前記反射面の形状に合わせて前記第１方向に沿った軸周りに回転させる回転手段と、
を備え、
前記光源から照射された前記ビームが、前記回転手段によって回転する前記像回転素子を通過し、前記照射ミラーで反射することにより、前記対象物に照射される前記ビームの前記像は、前記第２方向と直交する態様に維持される、
ビーム走査システム。
前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と直交する第２方向へ反射して、前記ビームを対象物へ照射する固定式の照射ミラーであって、前記第１方向に沿った軸回りに反射面が連続して存在している前記照射ミラーと、
前記光源から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置されており、前記光源から照射された前記ビームの前記像を前記ビームの光軸周りに回転させる像回転素子と、
前記対象物から反射された前記ビームを受光する受光センサと、
前記像回転素子を前記反射面の形状に合わせて前記第１方向に沿った軸周りに回転させる回転手段と、
を備え、
前記光源から照射された前記ビームが、前記回転手段によって回転する前記像回転素子を通過し、前記照射ミラーで反射することにより、前記対象物に照射される前記ビームの前記像は、前記第２方向と直交する態様に維持される、
ビーム走査システム。
【請求項2】
前記反射面は、前記第１方向から４５度傾斜した辺を有する平面図形を前記第１方向に沿った軸回りに回転させた回転体の側面である、請求項１に記載のビーム走査システム。
【請求項3】
前記ビーム走査システムは、さらに、
前記像回転素子から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置され、前記照射ミラーに入射する前記ビームの前記像を屈折により変形させる第１屈折素子を備える、請求項２に記載のビーム走査システム。
前記像回転素子から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置され、前記照射ミラーに入射する前記ビームの前記像を屈折により変形させる第１屈折素子を備える、請求項２に記載のビーム走査システム。
【請求項4】
前記第１屈折素子は、前記反射面の形状である前記回転体を前記第１方向に沿って反転させた形状を有するプリズムである、請求項３に記載のビーム走査システム。
【請求項5】
前記ビーム走査システムは、さらに、
前記照射ミラーから前記対象物までの前記ビームの経路上に配置され、前記照射ミラーによって反射された前記ビームの前記像を屈折により変形させる第２屈折素子を備える、請求項２に記載のビーム走査システム。
前記照射ミラーから前記対象物までの前記ビームの経路上に配置され、前記照射ミラーによって反射された前記ビームの前記像を屈折により変形させる第２屈折素子を備える、請求項２に記載のビーム走査システム。
【請求項6】
前記反射面は、前記第１方向に沿った軸を中心軸とする多角錐の側面である、請求項１に記載のビーム走査システム。
【請求項7】
前記反射面は、前記反射面に入射する前記ビームの前記光軸を中心軸として左右対称の形状を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のビーム走査システム。
【請求項8】
前記像回転素子は、ダブプリズムである、請求項１から６のいずれか一項に記載のビーム走査システム。
【請求項9】
前記像回転素子は、前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と交差する第３方向に反射させる第１ミラーと、前記第１ミラーによって反射された前記ビームを前記第３方向と交差する第４方向へ反射する第２ミラーと、前記第２ミラーによって反射された前記ビームを前記第１方向へ反射する第３ミラーと、を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のビーム走査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で開示する技術は、ビームを走査するビーム走査システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ビームを照射する光源と、光源から照射されたビームを対象物へ反射するミラーと、ミラーを回転させるモータと、対象物から反射されたビームを受光する受光系と、を備えるシステムが開示されている。当該システムは、ビームを所定の角度を有する範囲（以下、「走査範囲」と記載）に亘って走査する。当該システムは、対象物までの距離を計測することに利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１５－１８０９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、対象物までの距離を立体的に計測することが求められる。例えば、対象物に照射されるビームの像を、走査範囲と直交するライン状にすることにより、対象物までの距離を立体的に計測することができる。
【0005】
本明細書では、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持する新規な構成を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書で開示するビーム走査システムは、ライン状の像を有するビームを第１方向に沿って照射する光源と、前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と直交する第２方向へ反射して、前記ビームを対象物へ照射する固定式の照射ミラーであって、前記第１方向に沿った軸回りに反射面が連続して存在している前記照射ミラーと、前記光源から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置されており、前記光源から照射された前記ビームの前記像を前記ビームの光軸周りに回転させる像回転素子と、前記対象物から反射された前記ビームを受光する受光センサと、前記像回転素子を前記反射面の形状に合わせて前記第１方向に沿った軸周りに回転させる回転手段と、を備え、前記光源から照射された前記ビームが、前記回転手段によって回転する前記像回転素子を通過し、前記照射ミラーで反射することにより、前記対象物に照射される前記ビームの前記像は、前記第２方向と直交する態様に維持される。
【0007】
例えば、走査範囲に亘って照射ミラーを回転させる比較例が想定される。当該比較例では、光源から照射されたライン状の像を有するビームが、照射ミラーで反射して対象物へ照射されるものの、照射ミラーの回転位置によっては、対象物に照射されたビームの像が、走査範囲と直交せず、対象物までの距離の立体的な計測を実現することができない。
【0008】
上記の構成によれば、光源から照射されたビームの像が像回転素子によって光軸周りに回転する。さらに、反射面の形状に合わせて像回転素子を回転させることにより、反射面を反射するビームの像が走査範囲と直交するライン状に維持される。像回転素子と回転手段と固定式の照射ミラーにより、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
【0009】
前記反射面は、前記第１方向から４５度傾斜した辺を有する平面図形を前記第１方向に沿った軸回りに回転させた回転体の側面であってもよい。上記の回転体は、例えば、円錐、円錐台である。
【0010】
前記ビーム走査システムは、さらに、前記像回転素子から前記照射ミラーまでの前記ビームの経路上に配置され、前記照射ミラーに入射する前記ビームの前記像を屈折により変形させる第１屈折素子を備えてもよい。
【0011】
上記の回転体の表面は、頂部から底部に向かって曲率半径が大きくなる。この曲率半径の変化を考慮して、照射ミラーに入射されるビームの像を第１屈折素子で予め屈折させることにより、対象物に照射されるビームの像の形状がライン状から変形することを抑制することができる。
【0012】
前記第１屈折素子は、前記反射面の形状である前記回転体を前記第１方向に沿って反転させた形状を有するプリズムであってもよい。
【0013】
前記ビーム走査システムは、さらに、前記照射ミラーから前記対象物までの前記ビームの経路上に配置され、前記照射ミラーによって反射された前記ビームの前記像を屈折により変形させる第２屈折素子を備えてもよい。
【0014】
上記の構成によれば、曲率半径が変化する照射ミラーの反射により変形したビームの像を第２屈折素子で屈折させることにより、対象物に照射されるビームの像の形状をライン状に戻すことができる。
【0015】
前記反射面は、前記第１方向に沿った軸を中心軸とする多角錐の側面であってもよい。
【0016】
多角錐では、頂部から底部に向かって曲率半径が変化しない。反射面が多角錐の側面であることにより、対象物に照射されるビームの像の形状がライン状から変形することを抑制することができる。
【0017】
前記反射面は、前記反射面に入射する前記ビームの前記光軸を中心軸として左右対称の形状を有していてもよい。
【0018】
上記の構成によれば、反射面に入射したビームは、左右対称の中心軸を中心として２方向に分かれる。走査範囲と直交するライン状の像を有するビームを２方向に同時に照射することができる。
【0019】
前記像回転素子は、ダブプリズムであってもよい。
【0020】
前記像回転素子は、前記光源から照射された前記ビームを前記第１方向と交差する第３方向に反射させる第１ミラーと、前記第１ミラーによって反射された前記ビームを前記第３方向と交差する第４方向へ反射する第２ミラーと、前記第２ミラーによって反射された前記ビームを前記第１方向へ反射する第３ミラーと、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第１実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図2】像回転素子の斜視図及び第１の使用態様を示す図である。
【図3】比較例のビーム走査システムの概念図である。
【図4】像回転素子の変形例である。
【図5】第２実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図6】第３実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図7】像回転素子の斜視図及び第２の使用態様を示す図である。
【図8】梁の構造を示す斜視図である。
【図9】第４実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図10】第５実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図11】第６実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図12】回転状態に異常が発生した具体的なケースである。
【図13】第８実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図14】円錐ミラーの特性を示す図である。
【図15】多角錐ミラーの斜視図である。
【図16】第９実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図17】第１０実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図18】第１１実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図19】第１２実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図20】第１３実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図21】第１４実施例のビーム走査システムの概念図である。
【図22】回転状態に異常が発生した具体的なケースである。
【図23】回転状態に異常が発生した具体的なケースである。
【図24】第１６実施例のビーム走査システムの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
（第１実施例）
（ビーム走査システム１の構成；図１、図２）
ビーム走査システム１は、３ＤＬｉＤＡＲに含まれるシステムである。３ＤＬｉＤＡＲは、光による検知と測距（ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇの略）と呼ばれ、周囲の物体との距離を三次元的に計測する装置である。３ＤＬｉＤＡＲから照射されたレーザは、周囲の対象物（例えば人物）に到達する。対象物に到達したレーザの反射光は、３ＤＬｉＤＡＲに受光される。３ＤＬｉＤＡＲは、対象物へのレーザの照射から当該レーザの反射光までの時間を利用して、３ＤＬｉＤＡＲと対象物との距離を算出する。
（ビーム走査システム１の構成；図１、図２）
ビーム走査システム１は、３ＤＬｉＤＡＲに含まれるシステムである。３ＤＬｉＤＡＲは、光による検知と測距（ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇの略）と呼ばれ、周囲の物体との距離を三次元的に計測する装置である。３ＤＬｉＤＡＲから照射されたレーザは、周囲の対象物（例えば人物）に到達する。対象物に到達したレーザの反射光は、３ＤＬｉＤＡＲに受光される。３ＤＬｉＤＡＲは、対象物へのレーザの照射から当該レーザの反射光までの時間を利用して、３ＤＬｉＤＡＲと対象物との距離を算出する。
【0023】
ビーム走査システム１は、光源２０と、ハーフミラー２２と、受光センサ２４と、像回転素子２６と、アクチュエータ２８と、照射ミラー３０と、アクチュエータ３２と、アクチュエータ２８及び３２を制御する制御装置３４と、を備える。図１の一点鎖線矢印は、ビームの経路を示す。一点鎖線矢印は、ビームの光軸も示す。また、図中には、ＸＹＺ座標系が定義されている。
【0024】
光源２０は、Ｙ軸負方向へビームを照射する。光源２０が照射したビームは、像Ｂ０を有する。像Ｂ０は、ライン状である。別言すれば、像Ｂ０は、所定の幅を有する細長い長方形である。
【0025】
光源２０、ハーフミラー２２、像回転素子２６、及び、照射ミラー３０は、Ｙ軸に沿って配置される。ハーフミラー２２は、Ｙ軸に対して４５度傾いている。光源２０から照射されたビームは、ハーフミラー２２を通過して、像回転素子２６に入射する。
【0026】
像回転素子２６は、光源２０が照射したビームの像Ｂ０を当該ビームの光軸周りに回転させる。像回転素子２６は、例えば、図２に示すダブプリズムである。
【0027】
ダブプリズムは、角柱の形状を有する。図２に示すように、角柱の底面４０は、平行な２本の辺４２ａ及び４２ｂと、２本の斜辺４４ａ及び４４ｂと、を有する多角形である。底面４０は、例えば、台形である。ダブプリズムは、辺４２ａ及び４２ｂと平行な軸（以下では、「長軸４６」と記載）に沿って長手の形状を有する。
【0028】
図２に示すように、長軸４６に沿ってダブプリズムに入射したビームは、斜辺４４ａを有する斜面４８ａで屈折し、長手の辺４２ｂを有する側面（以下では「長手面５０」と記載）で内側に反射する。長手面５０で反射したビームは、斜辺４４ｂを有する斜面４８ｂで屈折して、ダブプリズムの外へ伝搬する。なお、図１及び他の図（例えば図５、図１３）では、ダブプリズムが簡略化して描かれており、これら図では、像回転素子２６を通過するビームの光軸が簡略化して直線で描かれていることに留意されたい。
【0029】
図２に示すように、長軸４６に沿ってダブプリズムに入射したビームは、長軸４６に沿ってダブプリズムの外へ伝搬する。図２に示すように、ビームの像Ｂ１２は、ダブプリズムを通過することにより、ビームの光軸周りに反転する。ここで、ダブプリズムを長軸４６周りに回転させると、像Ｂ１２も回転する。像Ｂ１２の回転角度は、ダブプリズムの回転角度θの２倍である。
【0030】
本実施例では、像回転素子２６の長軸４６は、Ｙ軸方向に一致する。像回転素子２６から外へ伝搬したビームは、照射ミラー３０に入射する。照射ミラー３０は、Ｙ軸に対して４５度傾いている。このため、照射ミラー３０に入射したレーザは、Ｘ軸方向へ反射して、３ＤＬｉＤＡＲの外に位置する対象物へ入射する。
【0031】
対象物へ入射したビームは、対象物で反射する。対象物からの反射光は、照射ミラー３０で反射して、像回転素子２６を通過して、ハーフミラー２２で反射する。ハーフミラー２２で反射した反射光は、受光センサ２４に入射する。受光センサ２４は、例えば、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅの略）センサ等のイメージセンサである。
【0032】
アクチュエータ２８は、像回転素子２６をＹ軸方向に沿った軸回りに回転させる。例えば、アクチュエータ２８のトルクは、ギア、ベルト等の動力伝達機構を介して、像回転素子２６へ伝達する。アクチュエータ３２は、照射ミラー３０をＹ軸方向に沿った軸回りに回転させる。アクチュエータ３２のシャフトは、照射ミラー３０に接続されている。なお、変形例では、アクチュエータ３２のトルクは、動力伝達機構を介して、像回転素子２６へ伝達してもよい。制御装置３４は、アクチュエータ３２によって照射ミラー３０が回転する速度が、アクチュエータ２８によって像回転素子２６が回転する角速度ωの２倍となるように、アクチュエータ２８及び３２を制御する。
【0033】
アクチュエータ３２によって照射ミラー３０が回転することにより、ビームが所定の角度を有する範囲（以下では「走査範囲」と記載）に亘って走査される。走査範囲は、Ｘ軸方向と平行であり、所定の角度は、例えば、１８０度、３６０度である。ここで、対象物に照射されるビームの像を、走査範囲と直交するライン状にすることにより、対象物までの距離を立体的に計測することができる。本実施例では、ライン状の像Ｂ０を有するビームが、光源２０によって生成される。
【0034】
（本実施例の効果）
図３は、像回転素子２６及びアクチュエータ２８を備えない比較例である。本比較例でも、照射ミラー３０が回転することにより、ビームが走査範囲に亘って走査される。例えば、照射ミラー３０が傾斜する方向（以下では「傾斜方向」と記載）が像Ｂ０のラインの延びる方向と一致する回転位置では、対象物に照射されるビームの像Ｂ６は、走査範囲と直交する。しかし、照射ミラー３０の傾斜方向が像Ｂ０のラインの延びる方向と交差する回転位置では、対象物に照射されるビームの像Ｂ４、Ｂ５、及び、Ｂ７は、走査範囲と直交しない。別言すれば、対象物に照射されるビームの像が光軸周りに回転し、当該像の延びる方向が走査範囲と直交する方向に維持されない。この状態では、対象物までの距離の立体的な計測を実現することができない。
図３は、像回転素子２６及びアクチュエータ２８を備えない比較例である。本比較例でも、照射ミラー３０が回転することにより、ビームが走査範囲に亘って走査される。例えば、照射ミラー３０が傾斜する方向（以下では「傾斜方向」と記載）が像Ｂ０のラインの延びる方向と一致する回転位置では、対象物に照射されるビームの像Ｂ６は、走査範囲と直交する。しかし、照射ミラー３０の傾斜方向が像Ｂ０のラインの延びる方向と交差する回転位置では、対象物に照射されるビームの像Ｂ４、Ｂ５、及び、Ｂ７は、走査範囲と直交しない。別言すれば、対象物に照射されるビームの像が光軸周りに回転し、当該像の延びる方向が走査範囲と直交する方向に維持されない。この状態では、対象物までの距離の立体的な計測を実現することができない。
【0035】
本実施例の構成によれば、光源２０から照射されたビームの像Ｂ０が像回転素子２６によって光軸周りに回転する。さらに、照射ミラー３０がアクチュエータ３２によって回転するとともに、像回転素子２６もアクチュエータ２８によって回転する。ここで、照射ミラー３０の角速度を像回転素子２６の角速度ωの２倍とすることにより、照射ミラー３０の回転位置によらずに、像回転素子２６から入射するビームの像のラインの延びる方向が、照射ミラー３０の傾斜方向と一致する。これにより、図１の像Ｂ１～Ｂ３に示すように、対象物に照射されるビームの像が走査範囲と直交するライン状に維持される。像回転素子２６とアクチュエータ２８を備えることにより、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
【0036】
なお、本実施例では、対象物からの反射光も像回転素子２６を通過する。このため、受光センサ２４に入射する像Ｂ９のラインが延びる方向は一定である。本実施例では、受光センサ２４として、一次元のイメージセンサを採用する。なお、変形例では、受光センサ２４として、二次元のイメージセンサを採用してもよい。
【0037】
（像回転素子２６の変形例；図４）
ダブプリズムと同様の特性は、３枚のミラーの組み合わせでも実現可能である。図４の像回転素子２６ａは、第１ミラー５２と、第２ミラー５４と、第３ミラー５６と、を備える。第１ミラー５２は、光源２０から照射されたビームをＹ軸方向と交差する第１交差方向５２ａへ反射する。第２ミラー５４は、第１ミラー５２によって反射されたビームを第１交差方向５２ａと交差する第２交差方向５４ａへ反射する。第３ミラー５６は、第２ミラー５４によって反射されたビームをＹ軸方向へ反射する。
ダブプリズムと同様の特性は、３枚のミラーの組み合わせでも実現可能である。図４の像回転素子２６ａは、第１ミラー５２と、第２ミラー５４と、第３ミラー５６と、を備える。第１ミラー５２は、光源２０から照射されたビームをＹ軸方向と交差する第１交差方向５２ａへ反射する。第２ミラー５４は、第１ミラー５２によって反射されたビームを第１交差方向５２ａと交差する第２交差方向５４ａへ反射する。第３ミラー５６は、第２ミラー５４によって反射されたビームをＹ軸方向へ反射する。
【0038】
第１実施例の像回転素子２６に代えて、図４の像回転素子２６ａを採用しても、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。なお、本変形例でも、照射ミラー３０の角速度は像回転素子２６の角速度ωの２倍である。
【0039】
（第２実施例）
（ビーム走査システム２の構成；図３）
本実施例のビーム走査システム２は、ハーフミラー２２に代えて、反射ミラー１２２が備えられる点、及び、受光センサ２４の位置が異なる点を除いて、第１実施例と同様である。反射ミラー１２２は、光源２０から照射ミラー３０までのビームの経路とは異なる箇所に配置される。例えば、反射ミラー１２２は、照射ミラー３０を挟んで、光源２０と反対側に配置される。
（ビーム走査システム２の構成；図３）
本実施例のビーム走査システム２は、ハーフミラー２２に代えて、反射ミラー１２２が備えられる点、及び、受光センサ２４の位置が異なる点を除いて、第１実施例と同様である。反射ミラー１２２は、光源２０から照射ミラー３０までのビームの経路とは異なる箇所に配置される。例えば、反射ミラー１２２は、照射ミラー３０を挟んで、光源２０と反対側に配置される。
【0040】
また、本実施例では、受光センサ２４は、反射ミラー１２２によって反射される反射光の経路上に配置される。
【0041】
本実施例において、光源２０から対象物までのビームの経路は、ハーフミラー２２を通過しない点を除いて、第１実施例と同様である。一方、本実施例では、反射光の経路が第１実施例と異なる。図２に示すように、反射光は、反射ミラー１２２で反射して、受光センサ２４に入射する。
【0042】
本実施例では、対象物からの反射光は、像回転素子２６を通過しない。このため、受光センサ２４に入射する反射光の像は、反射光の光軸周りに回転する。ここで、受光センサ２４に入射する反射光の像のラインが延びる方向は、照射ミラー３０の回転角度に応じて一意に決まる。本実施例では、受光センサ２４として二次元のイメージセンサを採用する。二次元のイメージセンサは、マトリックス状に並ぶ複数個の素子（例えばフォトダイオード）を備える。本実施例のビーム走査システム２は、照射ミラー３０の回転角度に基づいて、二次元のイメージセンサを構成する複数個の素子の中から、反射光を検知すべき素子を決定する。
【0043】
（第３実施例）
（ビーム走査システム３の構成；図６、図７、図８）
本実施例のビーム走査システム３では、光源２０、受光センサ２４、アクチュエータ２８、及び、アクチュエータ３２が筐体２０２に支持されている。さらに、本実施例では、ダブプリズムである像回転素子２６の使用方法が、第１及び第２実施例と異なる。
（ビーム走査システム３の構成；図６、図７、図８）
本実施例のビーム走査システム３では、光源２０、受光センサ２４、アクチュエータ２８、及び、アクチュエータ３２が筐体２０２に支持されている。さらに、本実施例では、ダブプリズムである像回転素子２６の使用方法が、第１及び第２実施例と異なる。
【0044】
本実施例では、図７に示すように、ビームは、長手面５０のうちの斜面４８ａと対面する箇所から、長手面５０と直交する方向に沿ってダブプリズムに入射する。長手面５０と直交する方向に沿ってダブプリズムに入射したビームは、斜面４８ａの内側で反射して、斜面４８ｂに入射する。斜面４８ｂに入射したビームは、斜面４８ｂの内側で反射して、長手面５０からダブプリズムの外へ伝搬する。
【0045】
図７に示すように、ビームが長手面５０と直交する方向に沿ってダブプリズムに入射する場合でも、ダブプリズムを通過したビームの像Ｂ１２は、ビームの光軸周りに反転する。ここで、長手面５０のうちの斜面４８ａと対面する箇所に入射するビームの光軸周りにダブプリズムを回転させると、像Ｂ１２も回転する。像Ｂ１２の回転角度は、ダブプリズムの回転角度θの２倍である。
【0046】
図６に示すように、アクチュエータ２８は、筐体２０２の上壁２０２ａの内側に固定されている。アクチュエータ２８のシャフトは、像回転素子２６に接続されている。像回転素子２６の回転軸が長手面５０のうちの斜面４８ａと対面する箇所を通過するように、像回転素子２６が配置される。
【0047】
光源２０と受光センサ２４は、筐体２０２の内部に渡された梁２０４に固定されている。梁２０４の上面は、筐体２０２の上壁２０２ａと対面している。光源２０は、梁２０４の上面に露出し、像回転素子２６と対面している。光源２０から照射されるレーザの光軸は、像回転素子２６の回転軸と一致する。
【0048】
また、梁２０４の下面は、筐体２０２の下壁２０２ｂと対面している。受光センサ２４は、梁２０４の下面に露出している。
【0049】
下壁２０２ｂの内側には、アクチュエータ３２が固定されている。アクチュエータ３２のシャフトは、照射ミラー３０に接続されている。照射ミラー３０の回転軸と像回転素子２６の回転軸は、Ｙ軸方向に沿って直線状に並んでいる。照射ミラー３０は、梁２０４の下面から露出している受光センサ２４と対面している。
【0050】
本実施例でも、制御装置３４は、アクチュエータ３２によって照射ミラー３０が回転する速度が、アクチュエータ２８によって像回転素子２６が回転する角速度ωの２倍となるように、アクチュエータ２８及び３２を制御する。
【0051】
図８に示すように、梁２０４は、支持板２０６に形成された円形の孔２０８の内側に渡されている。光源２０は、円形の孔２０８の中心に配置されている。即ち、光源２０の周りには、半円の孔が存在している。支持板２０６を筐体２０２の内部に固定することにより、梁２０４が筐体２０２の内部に渡される。
【0052】
図６に示すように、光源２０は、Ｙ軸正方向へレーザを照射する。光源２０から照射されたレーザは、像回転素子２６内で反射して、像回転素子２６からＹ軸負方向の外へ伝搬する。像回転素子２６から外へ伝搬するレーザの光軸は、光源２０から照射されるレーザの光軸からずれている。像回転素子２６から外へ伝搬するレーザは、光源２０の周囲の孔２０８を通過して、照射ミラー３０へ入射する。これにより、レーザが対象物に照射される。
【0053】
また、対象物からの反射光は、照射ミラー３０で反射して、受光センサ２４に入射する。本実施例では、反射光は、像回転素子２６を通過しない。本実施例では、第２実施例と同様に、受光センサ２４として二次元のイメージセンサを採用する。
【0054】
（本実施例の効果）
本実施例のビーム走査システム３も、像回転素子２６とアクチュエータ２８を備えることにより、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。特に、本実施例では、アクチュエータ２８は、筐体２０２の上壁２０２ａに固定される。このため、像回転素子２６を回転させるための機構を筐体２０２の中空に配置しなくてもよい。
本実施例のビーム走査システム３も、像回転素子２６とアクチュエータ２８を備えることにより、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。特に、本実施例では、アクチュエータ２８は、筐体２０２の上壁２０２ａに固定される。このため、像回転素子２６を回転させるための機構を筐体２０２の中空に配置しなくてもよい。
【0055】
上記したように、光源２０の周りには、半円の孔が存在している。このため、本実施例では、走査範囲は、１８０度以下である。例えば、梁２０４を透明な素材、又は、メッシュ状の材料で形成すれば、レーザは、梁２０４の内部も通過可能である。本変形例では、走査範囲を３６０度まで拡張可能である。
【0056】
（第４実施例）
（ビーム走査システム４の構成；図９）
本実施例のビーム走査システム４は、反射光の経路が異なる点と、受光センサ２４の配置が異なる点と、を除いて、第３実施例のビーム走査システム３と同様である。
（ビーム走査システム４の構成；図９）
本実施例のビーム走査システム４は、反射光の経路が異なる点と、受光センサ２４の配置が異なる点と、を除いて、第３実施例のビーム走査システム３と同様である。
【0057】
本実施例では、受光センサ２４は、光源２０と同様に、梁２０４の上面に露出している。受光センサ２４は、像回転素子２６と対面している。例えば、光源２０と受光センサ２４は、Ｘ軸方向に沿って平行に並んでいる。
【0058】
本実施例において、光源２０から対象物までのレーザの経路は、第３実施例と同様である。一方、本実施例では、対象物からの反射光は、照射ミラー３０で反射して、梁２０４の孔２０８を通過して、像回転素子２６に入射する。像回転素子２６に入射した反射光は、図７に示す順序とは反対の順序で反射して、像回転素子２６からＹ軸負方向の外へ伝搬する。像回転素子２６から外へ伝搬したレーザは、受光センサ２４に入射する。
【0059】
本実施例では、対象物からの反射光は、像回転素子２６を通過する。このため、受光センサ２４に入射する像のラインが延びる方向は一定である。本実施例では、受光センサ２４として、一次元のイメージセンサと二次元のイメージセンサのいずれも採用可能である。本実施例でも、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
【0060】
（第５実施例）
（ビーム走査システム５の構成；図１０）
本実施例のビーム走査システム５では、光源２０、受光センサ２４、アクチュエータ２８、及び、アクチュエータ３２が筐体２１２に支持されている。本実施例の像回転素子２６は、ダブプリズムと同等の像回転効果を有するプリズムであり、その形状は、図２のダブプリズムと同様に、長手面５０、長手面５０と対面する短手面５１、斜面４８ａ、斜面４８ｂを有する。本実施例の像回転素子２６の使用方法は、第１実施例と同様である（図２参照）。
（ビーム走査システム５の構成；図１０）
本実施例のビーム走査システム５では、光源２０、受光センサ２４、アクチュエータ２８、及び、アクチュエータ３２が筐体２１２に支持されている。本実施例の像回転素子２６は、ダブプリズムと同等の像回転効果を有するプリズムであり、その形状は、図２のダブプリズムと同様に、長手面５０、長手面５０と対面する短手面５１、斜面４８ａ、斜面４８ｂを有する。本実施例の像回転素子２６の使用方法は、第１実施例と同様である（図２参照）。
【0061】
図１０に示すように、複数の柱２１２ｃが、筐体２１２の上壁２１２ａから筐体２１２の内側へと延びている。複数の柱２１２ｃには、上段の梁２１３と、下段の梁２１４が渡されている。光源２０は、上段の梁２１３に固定されており、上段の梁２１３の下面から露出している。即ち、光源２０は、上段の梁２１３及び複数の柱２１２ｃを介して、上壁２１２ａに固定されている。なお、変形例では、光源２０は、上壁２１２ａに直接に固定されていてもよい。
【0062】
また、下段の梁２１４の上面には、アクチュエータ２８が固定されている。アクチュエータ２８のシャフトは、像回転素子２６に接続されている。アクチュエータ２８の回転軸は、光源２０から照射されるレーザの光軸と一致する。下段の梁２１４は、図８と同様に、支持板２０６に形成された円形の孔２０８内に渡されている。即ち、アクチュエータ２８の周りには、半円の孔が存在している。
【0063】
図１０に示すように、像回転素子２６は、長軸４６がＹ軸方向と一致するように配置される。特に、長手面５０と対面する短手面５１が、レーザの光軸周りの半径方向において外側に位置し、長手面５０が、当該半径方向において内側に位置する光源２０は、長手面５０が位置する側に偏って斜面４８ａと対面している。この場合、図１０に示すように、光源２０から照射されたレーザは、斜面４８ａに入射した位置からＸ軸方向にずれた位置で斜面４８ｂから外へ伝搬する。斜面４８ｂは、アクチュエータ２８の周りの半円の孔と対面している。この結果、レーザは、アクチュエータ２８の周りの孔を通過する。なお、本実施例の像回転素子２６では、斜面４８ｂの一部がカットされている。
【0064】
受光センサ２４は、梁２１４の下面に露出している。アクチュエータ３２は、筐体２１２の下壁２１２ｂの内側に固定されている。受光センサ２４、アクチュエータ３２、及び、照射ミラー３０の位置関係は、第３実施例（図６参照）と同様である。また、本実施例でも、照射ミラー３０の回転軸と像回転素子２６の回転軸は、Ｙ軸方向に沿って直線状に並んでいる。
【0065】
（本実施例の効果）
本実施例のビーム走査システム５も、像回転素子２６とアクチュエータ２８を備えることにより、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
本実施例のビーム走査システム５も、像回転素子２６とアクチュエータ２８を備えることにより、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
【0066】
【0067】
図１１に示すように、長手面５０が、レーザの光軸周りの半径方向において外側に位置し、短手面５１が、当該半径方向において内側に位置する。ここで、光源２０は、短手面５１が位置する側に偏って斜面４８ｂと対面している。この場合、図１１に示すように、光源２０から照射されたレーザは、斜面４８ｂに入射した位置からＸ軸方向にずれた位置で斜面４８ａから外へ伝搬する。斜面４８ａは、アクチュエータ２８の周りの半円の孔と対面している。この結果、レーザは、アクチュエータ２８の周りの孔を通過する。本実施例も、第５実施例と同様の効果を得ることができる。
【0068】
【0069】
レーザの像の回転角度は、光源２０に対する像回転素子２６の相対角度によって決まる。また、３ＤＬｉＤＡＲから照射されるレーザの像を走査範囲と直交するライン状に維持するために、照射ミラー３０の角速度が、像回転素子２６の角速度ωの２倍に維持される。ここで、上記の相対角度と角速度を合わせて、「回転状態」と記載する。
【0070】
照射ミラー３０及び像回転素子２６を回転させる機構に何らかの異常が発生すると、回転状態が設計時の状態から変化する場合がある。回転状態に異常が発生すると、３ＤＬｉＤＡＲから照射されるレーザの像を走査範囲と直交するライン状に維持できない場合がある。
【0071】
本実施例では、制御装置３４は、受光センサ２４によって出力される出力画像を分析して、回転状態が設計時の状態から変化したことを検知する。図１２のケースＣ１は、照射ミラー３０の角速度と像回転素子２６の角速度の比に異常が発生するケースである。照射ミラー３０の角速度と像回転素子２６の角速度の比が２：１で正常である場合には、出力画像は、ライン状の画像である。しかし、当該比に異常が発生すると、出力画像は、複数個のライン状の画像が重なった扇状の画像に変化する。制御装置３４は、受光センサ２４の出力画像が扇状の画像であることを検知すると、受光センサ２４の出力画像がライン状の画像に戻るように、アクチュエータ２８及び３２のうちの少なくとも一方の角速度を調整する。
【0072】
また、図１２のケースＣ２は、光源２０に対する像回転素子２６の相対角度に異常が発生するケースである。相対角度が設計時の相対角度で正常である場合には、出力画像は、一定の方向に延びるライン状の画像ＩＭ１である。しかし、相対角度に異常が発生すると、出力画像は、画像ＩＭ１から特定の角度αで傾いたライン状の画像ＩＭ２に変化する。制御装置３４は、受光センサ２４の出力画像が画像ＩＭ２であることを検知すると、受光センサ２４の出力画像が画像ＩＭ１に戻るように、アクチュエータ２８の回転角度を調整して、相対角度を調整する。ここで、制御装置３４は、出力画像を分析して、角度αを算出する。制御装置３４は、算出した角度αを利用して、アクチュエータ２８の回転角度を調整する方向を決定する。
【0073】
本実施例の構成によれば、制御装置３４は、照射ミラー３０及び像回転素子２６の回転状態に異常が発生する場合に、アクチュエータ２８の回転状態とアクチュエータ３２の回転状態とのうちの少なくとも一方を調整する。これにより、照射ミラー３０及び像回転素子２６の回転状態の異常が解消する。照射ミラー３０及び像回転素子２６の回転状態の異常が発生しても、３ＤＬｉＤＡＲから照射されるレーザの像を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
【0074】
（第８実施例）
（ビーム走査システム８の構成；図１３）
本実施例のビーム走査システム８は、照射ミラー３０及びアクチュエータ３２に代えて、固定式の円錐ミラー３３０を備える。光源２０、ハーフミラー２２、受光センサ２４、像回転素子２６、及び、アクチュエータ２８の位置関係は、第１実施例と同様である。なお、本実施例の像回転素子２６は、図２のダブプリズムでもいいし、図４の変形例でもよい。
（ビーム走査システム８の構成；図１３）
本実施例のビーム走査システム８は、照射ミラー３０及びアクチュエータ３２に代えて、固定式の円錐ミラー３３０を備える。光源２０、ハーフミラー２２、受光センサ２４、像回転素子２６、及び、アクチュエータ２８の位置関係は、第１実施例と同様である。なお、本実施例の像回転素子２６は、図２のダブプリズムでもいいし、図４の変形例でもよい。
【0075】
円錐ミラー３３０は、Ｙ軸方向に高さを有する円錐形状のミラーである。円錐ミラー３３０の側面は、レーザを反射する反射面３３０ａである。反射面３３０ａは、Ｙ軸方向から４５度傾斜した面である。別言すれば、反射面３３０ａは、Ｙ軸方向から４５度傾斜した辺を有する直角二等辺三角形をＹ軸方向に沿った軸回りに回転させた回転体の側面である。なお、変形例では、ビーム走査システム８は、円錐ミラー３３０に代えて、Ｙ軸方向に高さを有する円錐台形状のミラーを備えてもよい。一般的に言えば、ビーム走査システム８は、Ｙ軸方向から４５度傾斜した辺を有する平面図形をＹ軸方向に沿った軸回りに回転させた回転体の形状のミラーを備えればよい。
【0076】
円錐ミラー３３０は、像回転素子２６と対面している。反射面３３０ａは、Ｙ軸方向に沿った軸回りに連続して存在している。像回転素子２６は、アクチュエータ２８によりＹ軸方向に沿った軸回りに回転している。像回転素子２６が回転する軸を円錐ミラー３３０の軸に合わせることにより、ビームが反射面３３０ａに入射する位置によらず、像回転素子２６から入射するビームの像のラインの延びる方向が、反射面３３０ａの傾斜方向と一致する。これにより、反射面３３０ａによって反射するビームの像は、走査範囲と直交するライン状に維持される。
【0077】
図１３に示すように、円錐ミラー３３０に入射するビームの像Ｂ０の光軸は、反射面３３０ａ上に位置する。像Ｂ０が反射面３３０ａに写る位置は、円錐ミラー３３０の軸に対して半径方向の外側に偏っている。例えば、図１０と同様に像回転素子２６に対するビームの入射位置を調整することにより、像Ｂ０の入射位置を円錐ミラー３３０の軸に対して半径方向の外側に偏らせることができる。
【0078】
（本実施例の効果）
本実施例の構成によれば、光源２０から照射されたビームの像Ｂ０が像回転素子２６によって光軸周りに回転する。さらに、反射面３３０ａの形状に合わせて像回転素子２６を回転させることにより、ビームが反射面３３０ａに入射する位置によらず、反射面３３０ａを反射するビームの像が走査範囲と直交するライン状に維持される。像回転素子２６とアクチュエータ２８と固定式の円錐ミラー３３０により、対象物に照射されるビームの像Ｂ１～Ｂ３を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
本実施例の構成によれば、光源２０から照射されたビームの像Ｂ０が像回転素子２６によって光軸周りに回転する。さらに、反射面３３０ａの形状に合わせて像回転素子２６を回転させることにより、ビームが反射面３３０ａに入射する位置によらず、反射面３３０ａを反射するビームの像が走査範囲と直交するライン状に維持される。像回転素子２６とアクチュエータ２８と固定式の円錐ミラー３３０により、対象物に照射されるビームの像Ｂ１～Ｂ３を走査範囲と直交するライン状に維持することができる。
【0079】
また、本実施例では、固定式の円錐ミラー３３０が利用される。像回転素子２６だけでなく照射ミラー３０も回転させる第１実施例よりも回転機構を簡略化することができる。また、制御装置３４は、アクチュエータ２８を制御するだけでよい。制御装置３４内のプログラムも簡略化することができる。
【0080】
また、本実施例では、対象物からの反射光は、円錐ミラー３３０により反射して像回転素子２６を通過する。このため、受光センサ２４に入射する像Ｂ９のラインが延びる方向は一定である。本実施例では、受光センサ２４として一次元のイメージセンサと二次元のイメージセンサのいずれも採用可能である。
【0081】
（対応関係）
光源２０、像回転素子２６、受光センサ２４が、それぞれ、「光源」、「像回転素子」、「受光センサ」の一例である。Ｙ軸方向、Ｘ軸方向が、それぞれ、「第１方向」、「第２方向」の一例である。第１ミラー５２、第２ミラー５４、第３ミラー５６が、それぞれ、「第１ミラー」、「第２ミラー」、「第３ミラー」の一例である。第１交差方向５２ａ、第２交差方向５４ａが、それぞれ、「第３方向」、「第４方向」の一例である。ビーム走査システム８、円錐ミラー３３０、反射面３３０ａが、それぞれ、「ビーム走査システム」、「照射ミラー」、「反射面」の一例である。アクチュエータ２８が、「回転手段」の一例である。
光源２０、像回転素子２６、受光センサ２４が、それぞれ、「光源」、「像回転素子」、「受光センサ」の一例である。Ｙ軸方向、Ｘ軸方向が、それぞれ、「第１方向」、「第２方向」の一例である。第１ミラー５２、第２ミラー５４、第３ミラー５６が、それぞれ、「第１ミラー」、「第２ミラー」、「第３ミラー」の一例である。第１交差方向５２ａ、第２交差方向５４ａが、それぞれ、「第３方向」、「第４方向」の一例である。ビーム走査システム８、円錐ミラー３３０、反射面３３０ａが、それぞれ、「ビーム走査システム」、「照射ミラー」、「反射面」の一例である。アクチュエータ２８が、「回転手段」の一例である。
【0082】
（円錐ミラー３３０の特性；図１４）
円錐では、頂部から底部に向かって曲率半径が大きくなる。ここで、像Ｂ０は、頂点Ｐ０と底部の一点Ｐ１へ向かう線分に沿って反射面３３０ａに写る。このため、反射面３３０ａによって反射したビームの像Ｂ１０は、頂点Ｐ０に近い側が底部の一点Ｐ１に近い側よりも膨張する。像Ｂ１０の形状は、頂点Ｐ０の側から底部の一点Ｐ１の側へと広がる台形又は三角形である。本実施例では、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交する態様に維持することができるものの、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変形し得る。
円錐では、頂部から底部に向かって曲率半径が大きくなる。ここで、像Ｂ０は、頂点Ｐ０と底部の一点Ｐ１へ向かう線分に沿って反射面３３０ａに写る。このため、反射面３３０ａによって反射したビームの像Ｂ１０は、頂点Ｐ０に近い側が底部の一点Ｐ１に近い側よりも膨張する。像Ｂ１０の形状は、頂点Ｐ０の側から底部の一点Ｐ１の側へと広がる台形又は三角形である。本実施例では、対象物に照射されるビームの像を走査範囲と直交する態様に維持することができるものの、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変形し得る。
【0083】
（第８実施例の変形例）
（多角錐ミラー３４０の構成；図１５）
本変形例は、円錐ミラー３３０に代えて、多角錐ミラー３４０を採用する。多角錐ミラー３４０は、Ｙ軸方向に高さを有する多角錐形状のミラーである。多角錐の側面は、平面である。多角錐は、円錐と異なり、頂部から底部に向かって曲率半径が変化しない。本変形例では、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変化することを抑制することができる。多角錐ミラー３４０が、「照射ミラー」の一例である。
（多角錐ミラー３４０の構成；図１５）
本変形例は、円錐ミラー３３０に代えて、多角錐ミラー３４０を採用する。多角錐ミラー３４０は、Ｙ軸方向に高さを有する多角錐形状のミラーである。多角錐の側面は、平面である。多角錐は、円錐と異なり、頂部から底部に向かって曲率半径が変化しない。本変形例では、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変化することを抑制することができる。多角錐ミラー３４０が、「照射ミラー」の一例である。
【0084】
【0085】
像変換レンズ３５０は、ライン状の像Ｂ０を台形状の像Ｂ２０へ変換するレンズである。像変換レンズ３５０は、像回転素子２６から円錐ミラー３３０までのビームの経路上に配置されている。
【0086】
図１４で説明したように、円錐ミラー３３０の反射面３３０ａで反射したビームの像Ｂ１０は台形状である。本実施例では、反射面３３０ａへ入射するビームが、反射面３３０ａへ入射する前に像変換レンズ３５０を通過する。反射面３３０ａへ入射するビームの像Ｂ２０の形状が、像Ｂ１０と上下反転した台形又は三角形に予め変形する。反射面３３０ａによって反射したレーザの像は、反射面３３０ａによって、上下反転した台形又は三角形からライン状に変形する。この結果、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変化することを抑制することができる。像変換レンズ３５０が、「第１屈折素子」の一例である。
【0087】
【0088】
反転プリズム３６０は、円錐ミラー３３０の円錐の形状を上下に反転させた形状を有するプリズムである。反転プリズム３６０は、像回転素子２６から円錐ミラー３３０までのビームの経路上に配置されている。
【0089】
反転プリズム３６０も、通過するビームの像の形状をライン状から、像Ｂ１０と上下反転した台形又は三角形へ変形させる特性を有する。ビームが反転プリズム３６０を予め通過することにより、円錐ミラー３３０の曲率半径の影響をキャンセルすることができる。本変形例でも、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変化することを抑制することができる。反転プリズム３６０が、「第１屈折素子」の一例である。
【0090】
（第１１実施例）
（ビーム走査システム１０の構成；図１８）
本実施例のビーム走査システム１１は、円錐ミラー３３０に代えて、円錐台ミラー３７０と円錐台プリズム３７２を備える点を除いて、第８実施例と同様である。
（ビーム走査システム１０の構成；図１８）
本実施例のビーム走査システム１１は、円錐ミラー３３０に代えて、円錐台ミラー３７０と円錐台プリズム３７２を備える点を除いて、第８実施例と同様である。
【0091】
円錐台ミラー３７０は、Ｙ軸方向に高さを有する円錐台状のミラーである。円錐台プリズム３７２は、円錐台ミラー３７０の側面を取り囲むように形成された円錐台状のプリズムである。円錐台ミラー３７０の側面と円錐台プリズム３７２の側面は平行である。
【0092】
円錐台プリズム３７２は、円錐台ミラー３７０の曲率半径の影響をキャンセルする特性を有する。像回転素子２６から外へ伝搬したレーザは、円錐台プリズム３７２の上面３７２ａを通過して、円錐台ミラー３７０へ入射する。上面３７２ａから円錐台ミラー３７０までの経路では、ビームの像は変形しない。円錐台ミラー３７０によって反射したビームの像の形状は、図１４に示すように、台形又は三角形に変形する。しかし、ビームが、円錐台ミラー３７０の側面から円錐台プリズム３７２の側面へ通過する際に、台形又は三角形への変形がキャンセルされて、ビームの像がライン状へ戻る。本変形例でも、対象物に照射されるビームの像がライン状とは異なる形状に変化することを抑制することができる。円錐台プリズム３７２が、「第２屈折素子」の一例である。
【0093】
（第１２実施例）
（ビーム走査システム１２の構成；図１９）
（ビーム走査システム１２の構成；図１９）
【0094】
第８実施例では、円錐ミラー３３０に入射するビームの像Ｂ０の光軸は、反射面３３０ａ上に位置する。これに対して、本実施例では、円錐ミラー３３０に入射するビームの像Ｂ０の光軸は、円錐ミラー３３０の頂点を通過する。即ち、円錐ミラー３３０の反射面３３０ａの形状は、円錐ミラー３３０に入射するビームの像Ｂ０の光軸を中心軸として左右対称の円錐である。これにより、反射面３３０ａに入射したビームは、円錐ミラー３３０の左右対称の中心軸を中心としてＸ軸正方向とＸ軸負方向の２方向に分かれる。Ｘ軸正方向へ分かれたビームの像Ｂ３０とＸ軸負方向へ分かれたビームの像Ｂ３２のぞれぞれは、像Ｂ０の半分のライン状を有する。走査範囲と直交するライン状の像を有するビームを２方向に同時に照射することができる。第８実施例と比較して、像回転素子２６を回転させる角度を半分にすることができる。
【0095】
（第１３実施例）
（ビーム走査システム１３の構成；図２０）
本実施例のビーム走査システム１３は、第４実施例のビーム走査システム４において、照射ミラー３０及びアクチュエータ３２に代えて、円錐ミラー３３０を採用したものである。円錐ミラー３３０は、筐体２０２の下壁２０２ｂに固定されている。本実施例では、アクチュエータ３２を含む回転機構を下壁２０２ｂに備えなくてもよい。本変形例は、第８実施例よりも回転機構を簡略化することができる。
（ビーム走査システム１３の構成；図２０）
本実施例のビーム走査システム１３は、第４実施例のビーム走査システム４において、照射ミラー３０及びアクチュエータ３２に代えて、円錐ミラー３３０を採用したものである。円錐ミラー３３０は、筐体２０２の下壁２０２ｂに固定されている。本実施例では、アクチュエータ３２を含む回転機構を下壁２０２ｂに備えなくてもよい。本変形例は、第８実施例よりも回転機構を簡略化することができる。
【0096】
（第１４実施例）
（ビーム走査システム１４の構成；図２１）
本実施例のビーム走査システム１４は、光源４２０と、アクチュエータ４２２と、回転ユニット４３０と、像回転素子４４０と、アクチュエータ４４２と、受光センサ４４４と、アクチュエータ４２２及び４４２を制御する制御装置４２４と、を備える。
（ビーム走査システム１４の構成；図２１）
本実施例のビーム走査システム１４は、光源４２０と、アクチュエータ４２２と、回転ユニット４３０と、像回転素子４４０と、アクチュエータ４４２と、受光センサ４４４と、アクチュエータ４２２及び４４２を制御する制御装置４２４と、を備える。
【0097】
回転ユニット４３０は、ミラー４３２と、シリンドリカルレンズ４３４と、反射ミラー４３６と、を備える。ミラー４３２とシリンドリカルレンズ４３４は、回転ユニット４３０内に収容されている。反射ミラー４３６は、回転ユニット４３０の表面に露出している。
【0098】
光源４２０は、点状の像を有するビームをＹ軸方向へ照射する。光源４２０から照射されたレーザは、回転ユニット４３０の内部へ伝搬して、ミラー４３２へ入射する。ミラー４３２は、Ｙ軸方向に対して４５度傾いている。ミラー４３２に入射したレーザは、Ｘ軸方向へ反射して、シリンドリカルレンズ４３４を通過する。これにより、ビームの像は、点状の像からライン状の像Ｂ４０へ変形する。像Ｂ４０を有するビームは、Ｘ軸方向に沿って３ＤＬｉＤＡＲの外に位置する対象物へ入射する。
【0099】
また、アクチュエータ４２２は、回転ユニット４３０をＹ軸方向に沿った軸回りに回転させる。アクチュエータ４２２によって回転ユニット４３０が回転することにより、像Ｂ４０を有するビームが走査範囲に亘って走査される。なお、アクチュエータ４２２は、中空構造を有しており、レーザは、中空構造を通過してミラー４３２へ入射する。中空構造は、例えば、中空のシャフトである。
【0100】
対象物へ入射したビームは、対象物で反射する。対象物からの反射光は、回転ユニット４３０の反射ミラー４３６に入射する。反射ミラー４３６は、Ｙ軸方向に対して４５度傾いている。反射ミラー４３６で反射した反射光は、Ｙ軸方向に沿って伝搬する。
【0101】
反射ミラー４３６は、Ｙ軸方向に沿って、像回転素子４４０と対面している。反射ミラー４３６で反射した反射光は、像回転素子４４０へ入射する。
【0102】
像回転素子４４０は、Ｙ軸方向に沿って、受光センサ４４４と対面している。像回転素子４４０から外へ伝搬したビームは、受光センサ４４４へ入射する。
【0103】
像回転素子４４０は、ダブプリズムであり、長軸４６がＹ軸方向に一致する。アクチュエータ４４２は、像回転素子４４０をＹ軸方向に沿った軸回りに回転させる。なお、像回転素子４４０は、図４の変形例でもよい。
【0104】
制御装置４２４は、アクチュエータ４２２によって回転ユニット４３０が回転する速度が、アクチュエータ４４２によって像回転素子４４０が回転する角速度ωの２倍となるように、アクチュエータ４２２及び４４２を制御する。
【0105】
（本実施例の効果）
例えば、像回転素子４４０及びアクチュエータ４４２を備えない比較例が想定される。この比較例では、受光センサ４４４に入射する反射光の像が、回転ユニット４３０の回転により、光軸周りに回転する。ここで、受光センサ４４４に入射する反射光の像のラインが延びる方向は、回転ユニット４３０の回転角度に応じて一意に決まる。例えば、本変形例において、受光センサ４４４として、二次元のイメージセンサを採用すれば、反射光の検知を実現することができる。しかし、この場合、比較例のシステムは、回転ユニット４３０の回転角度に基づいて、二次元のイメージセンサを構成する複数個の素子の中から、反射光を検知すべき素子を決定する決定処理を実行する必要がある。
例えば、像回転素子４４０及びアクチュエータ４４２を備えない比較例が想定される。この比較例では、受光センサ４４４に入射する反射光の像が、回転ユニット４３０の回転により、光軸周りに回転する。ここで、受光センサ４４４に入射する反射光の像のラインが延びる方向は、回転ユニット４３０の回転角度に応じて一意に決まる。例えば、本変形例において、受光センサ４４４として、二次元のイメージセンサを採用すれば、反射光の検知を実現することができる。しかし、この場合、比較例のシステムは、回転ユニット４３０の回転角度に基づいて、二次元のイメージセンサを構成する複数個の素子の中から、反射光を検知すべき素子を決定する決定処理を実行する必要がある。
【0106】
本実施例の構成によれば、反射ミラー４３６によって反射された反射光の像Ｂ４２が像回転素子４４０によって光軸周りに回転する。さらに、像回転素子４４０がアクチュエータ４４２によって回転するとともに、反射ミラー４３６がアクチュエータ４２２によって回転する。ここで、反射ミラー４３６の角速度を像回転素子４４０の角速度ωの２倍とすることにより、反射ミラー４３６の回転位置によらずに、像回転素子４４０から外へ伝搬するビームの像が、一定の方向（例えばＸ軸方向）に延びるライン状に維持される。そして、受光センサ４４４に入射するビームの像も、一定の方向に延びるライン状に維持される。像回転素子４４０とアクチュエータ４４２を備えることにより、反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することができる。反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することにより、上記の決定処理を省略することができる。なお、本実施例では、受光センサ４４４として、一次元のイメージセンサと二次元のイメージセンサのいずれも採用可能である。
【0107】
（第１５実施例）
（回転状態の調整；図２２、図２３）
本実施例は、制御装置３４がアクチュエータ４２２及び４４２のうちの少なくとも一方の回転状態を調整する処理を実行する点を除いて、第１４実施例と同様である。回転ユニット４３０及び像回転素子４４０を回転させる機構に何らかの異常が発生すると、回転状態が設計時の状態から変化する場合がある。回転状態に異常が発生すると、受光センサ４４４へ入射する反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することができない場合がある。
（回転状態の調整；図２２、図２３）
本実施例は、制御装置３４がアクチュエータ４２２及び４４２のうちの少なくとも一方の回転状態を調整する処理を実行する点を除いて、第１４実施例と同様である。回転ユニット４３０及び像回転素子４４０を回転させる機構に何らかの異常が発生すると、回転状態が設計時の状態から変化する場合がある。回転状態に異常が発生すると、受光センサ４４４へ入射する反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することができない場合がある。
【0108】
本実施例における受光センサ４４４は、一次元のイメージセンサである。図２２の破線で示す像Ｂ５０は、反射ミラー４３６の回転状態と像回転素子４４０の回転状態が設計時の状態に維持されている正常な場合において受光センサ４４４に入射する像である。一方、図２２の実線で示す像Ｂ５２は、受光センサ４４４に対する像回転素子４４０又は反射ミラー４３６の相対角度に異常が発生した異常な場合において受光センサ４４４に入射する像である。像Ｂ５２は、像Ｂ５０に対して角度α傾いている。即ち、受光センサ４４４へ入射する反射光の像が一定の方向に延びるライン状に維持されていない。
【0109】
正常な場合には、受光センサ４４４の全域でビームの像Ｂ５０が検知される。正常な場合には、受光センサ４４４によって検知される像（以下では、「センサ像」と記載）の光の強さは、センサ像の全域において略一定である。ここで、「略一定」とは、光の強さが基準値に対してプラスマイナス数パーセントの誤差に含まれることを意味する。
【0110】
相対角度が異常な図２２のケースＣ３では、受光センサ４４４の中央の領域では、ビームの像Ｂ５２が検知されるものの、受光センサ４４４の両端の領域では、ビームの像Ｂ５２がほとんど検知されない。このため、ケースＣ３では、図２２のグラデーション図Ｆ１に示すように、センサ像の両端の光の強さが、センサ像の中央の光の強さよりも弱い。
【0111】
また、反射ミラー４３６の角速度と像回転素子４４０の角速度の比に異常が発生する図２３のケースＣ４では、図２３の上段に示すように、受光センサ４４４に入射する像の角度α、Ｂ５０、Ｂ５１、Ｂ５２の順に変化する。これにより、図２３の下段のグラデーション図Ｆ０～Ｆ２に示すように、センサ像の中央の光の強さも徐々に変化する。
【0112】
本実施例では、制御装置４２４は、受光センサ４４４によって検知される光の強さを分析する。そして、制御装置４２４は、センサ像の光の強さが、センサ像の全域において略一定でない場合に、センサ像の光の強さがセンサ像の全域において略一定となるように、アクチュエータ４２２の回転角度及びアクチュエータ４４２の回転角度のうちの少なくとも一方を調整して、相対角度を調整する。これにより、相対角度の異常が発生しても、受光センサ４４４へ入射する反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することができる。
【0113】
また、制御装置４２４は、センサ像の中央の光の強さが徐々に変化する場合に、アクチュエータ４２２の角速度及びアクチュエータ４４２の角速度のうちの少なくとも一方を調整して、角速度の比を調整する。これにより、角速度の比に異常が発生しても、受光センサ４４４へ入射する反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することができる。
【0114】
【0115】
ハーフミラー４４６は、像回転素子４４０から受光センサ４４４までの反射光の経路上に配置される。ハーフミラー４４６は、Ｙ軸方向に対して４５度傾いている。像回転素子２６から外へ伝搬したビームの一部は、ハーフミラー４４６を通過して、受光センサ４４４に入射する。また、像回転素子２６から外へ伝搬したビームの一部は、ハーフミラー４４６で反射して、受光センサ４４８に入射する。
【0116】
受光センサ４４８は、二次元のイメージセンサである。例えば、相対角度に異常が発生する場合には、図１２のケースＣ２に示すように、受光センサ４４８によって出力される出力画像は、一定の方向に延びるライン状の画像ＩＭ１から特定の角度αで傾いたライン状の画像ＩＭ２に変化する。また、例えば、角速度の比に異常が発生する場合には、図１２のケースＣ１に示すように、受光センサ４４８によって出力される出力画像は、複数個のライン状の画像が重なった扇状の画像に変化する。
【0117】
本実施例では、制御装置４２４は、受光センサ４４８によって出力される出力画像を分析する。そして、制御装置４２４は、ケースＣ２のように出力画像が画像ＩＭ１から画像ＩＭ２に変化する場合に、アクチュエータ４２２の回転角度及びアクチュエータ４４２の回転角度のうちの少なくとも一方を調整して、相対角度を調整する。また、制御装置４２４は、ケースＣ１のように出力画像が画像ＩＭ１から扇状の画像に変化する場合に、アクチュエータ４２２の角速度及びアクチュエータ４４２の角速度のうちの少なくとも一方を調整して、角速度の比を調整する。本実施例でも、照射ミラー３０及び像回転素子２６の回転状態の異常が発生しても、受光センサ４４４へ入射する反射光の像を一定の方向に延びるライン状に維持することができる。
【0118】
以上、本明細書で開示する技術の具体例を説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【0119】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0120】
１、２、３、４、５、６、８、９、１０ ：ビーム走査システム
１１、１２、１３、１４、１６ ：ビーム走査システム
２０ ：光源
２２ ：ハーフミラー
２４ ：受光センサ
２６ ：像回転素子
２６ａ ：像回転素子
２８ ：アクチュエータ
３０ ：照射ミラー
３２ ：アクチュエータ
３４ ：制御装置
４０ ：底面
４２ａ、４２ｂ ：辺
４４ａ、４４ｂ ：斜辺
４６ ：長軸
４８ａ、４８ｂ ：斜面
５０ ：長手面
５１ ：短手面
５２ ：第１ミラー
５２ａ ：第１交差方向
５４ ：第２ミラー
５４ａ ：第２交差方向
５６ ：第３ミラー
１２２ ：反射ミラー
２０２ ：筐体
２０２ａ ：上壁
２０２ｂ ：下壁
２０４ ：梁
２０６ ：支持板
２０８ ：孔
２１２ ：筐体
２１２ａ ：上壁
２１２ｂ ：下壁
２１２ｃ ：柱
２１３ ：梁
２１４ ：梁
３３０ ：円錐ミラー
３３０ａ ：反射面
３４０ ：多角錐ミラー
３５０ ：像変換レンズ
３６０ ：反転プリズム
３７０ ：円錐台ミラー
３７２ ：円錐台プリズム
３７２ａ ：上面
４２０ ：光源
４２２ ：アクチュエータ
４２４ ：制御装置
４３０ ：回転ユニット
４３２ ：ミラー
４３４ ：シリンドリカルレンズ
４３６ ：反射ミラー
４４０ ：像回転素子
４４２ ：アクチュエータ
４４４ ：受光センサ
４４６ ：ハーフミラー
４４８ ：受光センサ
Ｂ０～Ｂ９：像
Ｂ１０、Ｂ１２、Ｂ２０、Ｂ３０、Ｂ３２、Ｂ４０、Ｂ４２、Ｂ５０、Ｂ５２ ：像
Ｆ０～Ｆ２ ：グラデーション図
ＩＭ１、ＩＭ２ ：画像
Ｐ０ ：頂点
Ｐ１ ：一点
α ：角度
θ ：回転角度
ω ：角速度
１１、１２、１３、１４、１６ ：ビーム走査システム
２０ ：光源
２２ ：ハーフミラー
２４ ：受光センサ
２６ ：像回転素子
２６ａ ：像回転素子
２８ ：アクチュエータ
３０ ：照射ミラー
３２ ：アクチュエータ
３４ ：制御装置
４０ ：底面
４２ａ、４２ｂ ：辺
４４ａ、４４ｂ ：斜辺
４６ ：長軸
４８ａ、４８ｂ ：斜面
５０ ：長手面
５１ ：短手面
５２ ：第１ミラー
５２ａ ：第１交差方向
５４ ：第２ミラー
５４ａ ：第２交差方向
５６ ：第３ミラー
１２２ ：反射ミラー
２０２ ：筐体
２０２ａ ：上壁
２０２ｂ ：下壁
２０４ ：梁
２０６ ：支持板
２０８ ：孔
２１２ ：筐体
２１２ａ ：上壁
２１２ｂ ：下壁
２１２ｃ ：柱
２１３ ：梁
２１４ ：梁
３３０ ：円錐ミラー
３３０ａ ：反射面
３４０ ：多角錐ミラー
３５０ ：像変換レンズ
３６０ ：反転プリズム
３７０ ：円錐台ミラー
３７２ ：円錐台プリズム
３７２ａ ：上面
４２０ ：光源
４２２ ：アクチュエータ
４２４ ：制御装置
４３０ ：回転ユニット
４３２ ：ミラー
４３４ ：シリンドリカルレンズ
４３６ ：反射ミラー
４４０ ：像回転素子
４４２ ：アクチュエータ
４４４ ：受光センサ
４４６ ：ハーフミラー
４４８ ：受光センサ
Ｂ０～Ｂ９：像
Ｂ１０、Ｂ１２、Ｂ２０、Ｂ３０、Ｂ３２、Ｂ４０、Ｂ４２、Ｂ５０、Ｂ５２ ：像
Ｆ０～Ｆ２ ：グラデーション図
ＩＭ１、ＩＭ２ ：画像
Ｐ０ ：頂点
Ｐ１ ：一点
α ：角度
θ ：回転角度
ω ：角速度
【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16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】