(57)【要約】【課題】  外部へ投光したレーザビームの、外部から入射する反射光を受光素子を用いて検出する場合に、簡易かつ安価に外乱光の影響を低減する。【解決手段】  レーザビームを外部へ投光する投光部と、受光素子４３と、外部からの入射光を受光素子４３へ導く受光光学系と、上記レーザビームの投光タイミングと、受光素子４３が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出する物体検出部とを備える物体検出装置において、上記受光光学系に、入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズ４２と、集光レンズ４２の焦点面上に配置されたアパーチャー４４とを設けた。【選択図】        図２０
2020008334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを外部へ投光する投光部と、
受光素子と、
外部からの入射光を前記受光素子へ導く受光光学系と、
前記レーザビームの投光タイミングと、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、
前記受光光学系が、
入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、
前記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出装置であって、
前記投光部によるレーザビームの投光時の発散角をα、前記アパーチャーの通光領域の直径をＤ、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであることを特徴とする物体検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の物体検出装置であって、
１≦β／α≦３であることを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記受光素子はシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）であって、
前記集光レンズを通過した光が、前記シリコンフォトマルチプライヤーの受光面の全域に入射することを特徴とする物体検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記アパーチャーと前記受光素子との間に光拡散部材を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部を備え、
前記物体検出部は、前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出することを特徴とする物体検出装置。
【請求項７】
レーザビームを外部へ投光し、
外部からの入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、
前記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーにより、前記集光レンズにより集光された光を絞り、
前記アパーチャーを通過した光を受光素子に入射させ、
前記レーザビームの投光タイミングと、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項８】
レーザビームを外部へ投光する投光部と、
前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、
受光素子と、
外部からの入射光を前記受光素子へ導く受光光学系と、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、
前記走査部は、
折れ目を有する板材で形成されたねじりばねであって、前記折れ目により形成された直線状の突起部を備え、支持部材に固定されたねじりばねと、
前記ねじりばねの一方の面に固定され、前記レーザビームを反射するミラーと、
前記突起部を跨ぐように前記ねじりばねの他方の面に固定され、前記突起部を跨いだ一方側にＮ極が、他方側にＳ極が位置する永久磁石と、
前記永久磁石の前記ねじりばねと反対側に配置された駆動コイルと、
前記駆動コイルと共通の芯材を有するセンシングコイルと、
前記駆動コイルを囲む磁性体と、
前記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部とを備え、
前記ミラーが、前記駆動信号の印加に応じて往復運動をすることを特徴とする物体検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の物体検出装置であって、
前記突起部の断面形状がＶ字型であることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の物体検出装置であって、
前記駆動コイルの軸の一端が前記永久磁石のＳ極とＮ極の中間点と対向していることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記磁性体の、前記永久磁石のＮ極及びＳ極と対向する端部が、前記駆動コイルの軸の前記永久磁石と対向する一端から該軸に沿った方向で見て、該Ｎ極と該Ｓ極とを結ぶ前記永久磁石の中心線よりも離れた位置にあることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記センシングコイルに発生する電圧又は電流を検出する検出部と、前記検出部が検出した電圧又は電流のレベルに応じて、前記投光部が投光するレーザビームの点滅周期を制御する周期制御部とを備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の物体検出装置であって、
前記周期制御部は、前記検出部が検出した電圧又は電流のレベルが、前記ミラーが前記往復駆動の経路の中央付近にあることを示す第１レベルである場合に、前記ミラーが前記往復駆動の経路の端部付近にあることを示す第２レベルである場合に比べて、前記点滅周期を短くすることを特徴とする物体検出装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の物体検出装置を制御する制御方法であって、  前記センシングコイルに発生する電圧又は電流を検出し、該検出した電圧又は電流のレベルに応じて、前記投光部が投光するレーザビームの点滅周期を制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の制御方法であって、
前記センシングコイルに発生する電圧又は電流のレベルに応じて、該電圧又は電流のレベルが、前記ミラーが前記往復駆動の経路の中央付近にあることを示す第１レベルである場合に、前記ミラーが前記往復駆動の経路の端部付近にあることを示す第２レベルである場合に比べて、点滅の周期を短くするように、前記レーザビームの点滅周期を制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
プロセッサにハードウエアを制御させて、請求項１４又は１５に記載の制御方法を実行させるためのプログラム。
【請求項１７】
折れ目を有する板材で形成されたねじりばねであって、前記折れ目により形成された直線状の突起部と、前記突起部の中央付近に前記突起部を跨ぐように前記突起部と一体に形成された平面部とを備えるねじりばねと、
前記平面部の、前記突起部が突出する側の第１面に固定された、前記突起部と同じ高さの第１スペーサと、
前記第１スペーサの前記平面部と反対側に固定された第１部材と、
前記平面部の、前記第１面と反対側の第２面に固定された第２部材とを備え、
前記第１部材と前記第２部材の一方がミラーで、他方が磁石であり、前記磁石は、前記突起部を跨ぐように固定され、前記突起部を跨いだ一方側にＮ極が、他方側にＳ極が位置することを特徴とする可動子。
【請求項１８】
請求項１７に記載の可動子であって、
前記平面部と前記第２部材との間に第２スペーサを有し、前記第２部材は、前記第２スペーサを介して前記平面部に固定されていることを特徴とする可動子。
【請求項１９】
折れ目を有する板材で形成されたねじりばねであって、前記折れ目により形成された直線状の突起部と、前記突起部の中央付近に前記突起部を跨ぐように前記突起部と一体に形成された平面部とを備えるねじりばねにおける、前記平面部の前記突起部が突出する側の第１面に、前記突起部と同じ高さの第１スペーサを、接着又は圧着により、第３工程の加熱処理中にも固定を維持できるように固定する第１工程と、
前記第１工程の後で、前記第１スペーサ上に加熱により溶融する接着層を介して第１部材を積層し、前記平面部の前記第１面と反対側の第２面上に第２部材を、加熱により溶融する接着層を介して積層した積層体を形成する第２工程であって、前記第１部材と前記第２部材の一方がミラーで、他方が磁石であり、前記磁石は、前記突起部を跨ぎ、前記突起部を跨いだ一方側にＮ極が、他方側にＳ極が位置するように積層される第２工程と、
前記第２工程で形成した積層体に加熱処理を行い、前記第１スペーサに前記第１部材を固定すると共に前記平面部に前記第２部材を固定する前記第３工程とを備えることを特徴とする、可動子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の可動子の製造方法であって、
前記第１工程は、前記平面部の前記第２面に、接着又は圧着により、第２スペーサを、前記第３工程の加熱処理中にも固定を維持できるように固定する工程を含み、
前記第２工程において、前記第２部材を、前記第２スペーサの前記平面部と反対側の面上に、前記加熱により溶融する接着層を介して積層し、
前記第３工程において、前記第２部材を、前記第２スペーサを介して前記平面部に固定することを特徴とする、可動子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の可動子の製造方法であって、
前記ねじりばねと、前記第１スペーサとを、それぞれ複数個連結され平面的に配列された状態で用意し、
前記第１工程において、前記複数個のねじりばねと前記複数個の第１スペーサとを、それぞれ連結された状態で一括して固定し、
前記第２工程において、前記複数個のねじりばねのそれぞれについて前記積層体を形成し、
前記第３工程において、複数の前記積層体に一括して前記加熱処理を行って、連結された複数個の可動子を形成することを特徴とする、可動子の製造方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の可動子の製造方法であって、
前記ねじりばねと、前記第１スペーサと、前記第２スペーサとを、それぞれ複数個連結され平面的に配列された状態で用意し、
前記第１工程において、前記複数個のねじりばねと前記複数個の第１スペーサと前記複数個の第２スペーサとを、それぞれ連結された状態で一括して固定し、
前記第２工程において、前記複数個のねじりばねのそれぞれについて前記積層体を形成し、
前記第３工程において、複数の前記積層体に一括して前記加熱処理を行って、連結された複数個の可動子を形成することを特徴とする、可動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を用いて該レーザ光の光路上の物体を検出する物体検出装置及び物体検出方法に関する。また、制御方法、プログラム、可動子及び可動子の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光のパルスを外部へ照射し、物体により反射されて戻ってきたレーザ光を検出することにより、レーザ光の光路上にある物体及びその物体までの距離を検出する物体検出装置が知られている。このような物体検出装置は、ライダー（ＬｉＤＡＲ：Light  Detection  and  Ranging）と呼ばれる。
近年、ライダーは、自動車の自動運転の分野でも活用されるようになっている。外部の照明環境の影響を受けやすいカメラセンサーや、分解能が低いミリ波レーダーの欠点を補い、走行環境下の比較的小型の障害物を、精度よく検出するために、カメラセンサーやミリ波レーダーと併用する等である。
【０００３】
自動運転の分野に利用し得るライダーの例は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のライダーは、測定角度に合わせ、光源としての近赤外線レーザと受信機としての光検出素子がペアとして基板上に配置され、視野内の高分解能の距離情報を取り込むために、３２セット又は６４セットの光源−受信機ペアが用いられている。従って、装置が非常に高コストになる。
【０００４】
また、別のライダーの例は、非特許文献１に記載されている。非特許文献１に記載のライダーは、それぞれ傾き角の異なる３つの面を持つポリゴンミラーを回転させ、そのポリゴンミラーでレーザビームを偏向することにより、垂直方向４．５°の視野角の範囲内にレーザビームを投射しつつ、物体からの反射光を、ポリゴンミラーの投射時と同じ面で反射して光検出素子に導いて検出する。
【０００５】
非特許文献１に記載のライダーでは、１つの受光素子で、垂直方向の複数の位置からの反射光を検出可能である。しかし、非特許文献１に記載のライダーでは、反射面毎に傾き角が異なるポリゴンミラーを用いることから、その重心の設計が難しく、この点でコストが高くなるという問題があった。また、ポリゴンミラーの高速回転を長時間続けると、摩擦による軸受けの発熱や摩耗が発生し、長時間使用の場合のメンテナンス性の点でも問題がある。
回転ミラーを用いたライダーについては非特許文献２にも記載があるが、この文献ではライダーの構成について詳細な説明はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８７６７１９０号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Cristiano Niclass,et al., “A 100-m Range 10-Frame/s 340 × 96-Pixel Time-of-FlightDepth Sensor in 0.18-μm CMOS”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATECIRCUITS, Institute of Electrical and Electronics Engineers, FEBRUARY 2013,VOL. 48, NO. 2, p. 559-572
【非特許文献２】清水直茂、「レベル３実現に冗長系やＬｉＤＡＲ  Ａｕｄｉが自動運転の先駆者に」、日経Automotive、株式会社日経ＢＰ、２０１７年９月、ｐ．２２−２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ライダーにおける物体検出において、より遠距離で、より光反射率の低い物体を検出するためには、受光素子（光検出素子）の検出感度を上げ、より弱い反射光を検出できるようにするアプローチが考えられる。しかしながら、物体からの反射光を取り込むための光路からは、外乱光も入射してしまうため、受光素子の検出感度を上げると、物体からの反射光だけでなく外乱光の検出信号も大きくなり、外乱光を、物体からの反射光であると誤認してしまう可能性も高くなる。
【０００９】
そこで、従来は、照射するレーザビームの出力を上げることにより、反射光の強度も強くし、相対的に外乱光の影響を低減するアプローチが多く行われていた。しかし、このアプローチでは、高出力のレーザビームを生成するために装置が大型化し、高価になるし、路上において高出力のレーザビームを投射することには安全性の面でも問題があった。
なお、以上のような外乱光の問題は、レーザビームによる走査を前提とせず、１方向のみの物体を検出する場合にも同様に発生するものである。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外部へ投光したレーザビームの、外部から入射する反射光を受光素子を用いて検出する場合に、簡易かつ安価に外乱光の影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の目的を達成するため、この発明の物体検出装置は、レーザビームを外部へ投光する投光部と、受光素子と、外部からの入射光を上記受光素子へ導く受光光学系と、上記レーザビームの投光タイミングと、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、上記受光光学系が、入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、上記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーを備えるものである。
【００１２】
このような物体検出装置において、上記投光部によるレーザビームの投光時の発散角をα、上記アパーチャーの通光領域の直径をＤ、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるとよい。
さらに、１≦β／α≦３であるとよい。
さらに、上記受光素子はシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）であって、上記集光レンズを通過した光が、上記シリコンフォトマルチプライヤーの受光面の全域に入射するとよい。
さらに、上記アパーチャーと上記受光素子との間に光拡散部材を備えるとよい。
【００１３】
さらに、上記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部を備え、上記物体検出部は、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出するとよい。
【００１４】
また、この発明の物体検出方法は、レーザビームを外部へ投光し、外部からの入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、上記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーにより、上記集光レンズにより集光された光を絞り、上記アパーチャーを通過した光を受光素子に入射させ、上記レーザビームの投光タイミングと、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出するものである。
【００１５】
また、この発明は、レーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査を、小型かつ耐久性の高い構成で実現することを目的とした、別の物体検出装置、その制御方法及びプログラムも提供する。
【００１６】
この物体検出装置は、レーザビームを外部へ投光する投光部と、上記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、受光素子と、外部からの入射光を上記受光素子へ導く受光光学系と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、上記走査部は、折れ目を有する板材で形成されたねじりばねであって、上記折れ目により形成された直線状の突起部を備え、支持部材に固定されたねじりばねと、上記ねじりばねの一方の面に固定され、上記レーザビームを反射するミラーと、上記突起部を跨ぐように、上記ねじりばねの他方の面に固定され、上記突起部を跨いだ一方側にＮ極が、他方側にＳ極が位置する永久磁石と、上記永久磁石の上記ねじりばねと反対側に配置された駆動コイルと、上記駆動コイルと共通の芯材を有するセンシングコイルと、上記駆動コイルを囲む磁性体と、上記駆動コイルに周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加する駆動部とを備え、上記ミラーが、上記駆動信号の印加に応じて往復運動をするものである。
【００１７】
このような物体検出装置において、上記突起部の断面形状がＶ字型であるとよい。
さらに、上記駆動コイルの軸の一端が上記永久磁石のＳ極とＮ極の中間点と対向しているとよい。
さらに、上記磁性体の、上記永久磁石のＮ極及びＳ極と対向する端部は、上記駆動コイルの軸の上記永久磁石と対向する一端から該軸に沿った方向で見て、該Ｎ極と該Ｓ極とを結ぶ上記永久磁石の中心線よりも離れた位置にあるとよい。
さらに、上記センシングコイルに発生する電圧又は電流を検出する検出部と、上記検出部が検出した電圧又は電流のレベルに応じて、上記投光部が投光するレーザビームの点滅周期を制御する周期制御部とを備えるとよい。
さらに、上記周期制御部は、上記検出部が検出した電圧又は電流のレベルが、上記ミラーが上記往復駆動の経路の中央付近にあることを示す第１レベルである場合に、上記ミラーが上記往復駆動の経路の端部付近にあることを示す第２レベルである場合に比べて、上記点滅周期を短くするとよい。
【００１８】
また、この発明の制御方法は、上記のいずれかの物体検出装置を制御する制御方法であって、上記センシングコイルに発生する電圧又は電流を検出し、該検出した電圧又は電流のレベルに応じて、上記投光部が投光するレーザビームの点滅周期を制御するものである。
このような制御方法において、上記センシングコイルに発生する電圧又は電流のレベルに応じて、該電圧又は電流のレベルが、上記ミラーが上記往復駆動の経路の中央付近にあることを示す第１レベルである場合に、上記ミラーが上記往復駆動の経路の端部付近にあることを示す第２レベルである場合に比べて、点滅の周期を短くするように、上記レーザビームの点滅周期を制御するとよい。
また、この発明のプログラムは、プロセッサにハードウエアを制御させて、上記のいずれかの制御方法を実行させるためのプログラムである。
【００１９】
また、この発明は、レーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査に利用可能な、往復駆動されるミラーを備えた可動子を、低コストで量産可能な構成で実現することを目的とした、可動子及びその製造方法も提供する。
【００２０】
この可動子は、折れ目を有する板材で形成されたねじりばねであって、上記折れ目により形成された直線状の突起部と、上記突起部の中央付近に上記突起部を跨ぐように上記突起部と一体に形成された平面部とを備えるねじりばねと、上記平面部の、上記突起部が突出する側の第１面に固定された、上記突起部と同じ高さの第１スペーサと、上記第１スペーサの上記平面部と反対側に固定された第１部材と、上記平面部の、上記第１面と反対側の第２面に固定された第２部材とを備え、上記第１部材と上記第２部材の一方がミラーで、他方が磁石であり、上記磁石は、上記突起部を跨ぐように固定され、上記突起部を跨いだ一方側にＮ極が、他方側にＳ極が位置するものである。
このような可動子が、上記平面部と上記第２部材との間に第２スペーサを有し、上記第２部材は、上記第２スペーサを介して上記平面部に固定されているとよい。
【００２１】
また、可動子の製造方法は、折れ目を有する板材で形成されたねじりばねであって、上記折れ目により形成された直線状の突起部と、上記突起部の中央付近に上記突起部を跨ぐように上記突起部と一体に形成された平面部とを備えるねじりばねにおける、上記平面部の上記突起部が突出する側の第１面に、上記突起部と同じ高さの第１スペーサを、接着又は圧着により、第３工程の加熱処理中にも固定を維持できるように固定する第１工程と、上記第１工程の後で、上記第１スペーサ上に加熱により溶融する接着層を介して第１部材を積層し、上記平面部の上記第１面と反対側の第２面上に第２部材を、加熱により溶融する接着層を介して積層した積層体を形成する第２工程であって、上記第１部材と上記第２部材の一方がミラーで、他方が磁石であり、上記磁石は、上記突起部を跨ぎ、上記突起部を跨いだ一方側にＮ極が、他方側にＳ極が位置するように積層される第２工程と、上記第２工程で形成した積層体に加熱処理を行い、上記第１スペーサに上記第１部材を固定すると共に上記平面部に上記第２部材を固定する上記第３工程とを備えるものである。
【００２２】
このような可動子の製造方法において、上記第１工程は、上記平面部の上記第２面に、接着又は圧着により、第２スペーサを、上記第３工程の加熱処理中にも固定を維持できるように固定する工程を含み、上記第２工程において、上記第２部材を、上記第２スペーサの上記平面部と反対側の面上に、上記加熱により溶融する接着層を介して積層し、上記第３工程において、上記第２部材を、上記第２スペーサを介して上記平面部に固定するとよい。
【００２３】
さらに、上記ねじりばねと、上記第１スペーサとを、それぞれ複数個連結され平面的に配列された状態で用意し、上記第１工程において、上記複数個のねじりばねと上記複数個の第１スペーサとを、それぞれ連結された状態で一括して固定し、上記第２工程において、上記複数個のねじりばねのそれぞれについて上記積層体を形成し、上記第３工程において、複数の上記積層体に一括して上記加熱処理を行って、連結された複数個の可動子を形成するとよい。
【００２４】
あるいは、上記ねじりばねと、上記第１スペーサと、上記第２スペーサとを、それぞれ複数個連結され平面的に配列された状態で用意し、上記第１工程において、上記複数個のねじりばねと上記複数個の第１スペーサと上記複数個の第２スペーサとを、それぞれ連結された状態で一括して固定し、上記第２工程において、上記複数個のねじりばねのそれぞれについて上記積層体を形成し、上記第３工程において、複数の上記積層体に一括して上記加熱処理を行って、連結された複数個の可動子を形成するとよい。
【００２５】
また、上で装置、方法あるいはプログラム等として説明した発明は、その説明した態様のみならず、装置、システム、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体等、任意の態様で実施することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のような本発明の構成によれば、外部へ投光したレーザビームの、外部から入射する反射光を受光素子を用いて検出する場合に、簡易かつ安価に外乱光の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態である物体検出装置１０の主な構成要素をその機能に注目して区分して示すブロック図である。
【図２】物体検出装置１０における物体検出の原理について説明するための図である。
【図３】物体検出装置１０の主な構成要素の構造を示す分解斜視図である。
【図４】物体検出装置１０の外観を示す斜視図である。
【図５】アクチュエータ３００，３８０の概略の外観及び配置を、図３よりも拡大して示す図である。
【図６】アクチュエータ３００を構成する部品の構造と、その組み立て工程の概略を示す分解斜視図である。
【図７】アクチュエータ３００の可動子３２０を構成する部品の構造を示す分解斜視図である。
【図８Ａ】図６の（ｄ）に示したアクチュエータ３００の一点鎖線で示す面における断面を、矢印Ｍ方向から見た断面図である。
【図８Ｂ】アクチュエータ３００の変形例の構成を示す、図８Ａと対応する断面図である。
【図９】可動子３３０を構成する部品の構造と、その組み立て工程の概略を示す分解斜視図である。
【図１０】図９の（ｃ）に示した可動子３３０の一点鎖線で示す面における断面を、矢印Ｎ方向から見た断面図である。
【図１１】ねじりばね３３１、第１スペーサ３３２及び第２スペーサ３３３を、それぞれ複数連結され平面的に配列された状態で積層して固定した積層体の例を示す図である。
【図１２】ミラー３０１の走査角と走査角速度の絶対値との関係を示すグラフである。
【図１３】ＬＤモジュール２１の駆動信号の例を示す図である。
【図１４】図１３の駆動信号を用いた場合に走査線上に形成される出射光Ｌ２によるスポットの例を示す図である。
【図１５】ＬＤモジュール２１の駆動信号のパルスの間隔を制御するための制御回路の構成を、その周辺の回路と共に示す図である。
【図１６】図１５の回路にて生成されるＬＤモジュール２１の駆動信号の例を示す図である。
【図１７】図１６の駆動信号を用いた場合に走査線上に形成される出射光Ｌ２によるスポットの例を示す図である。
【図１８】投光部２０から投光されるレーザビームの光路を模式的に示す図である。
【図１９】アパーチャー４４がない場合の、集光レンズ４２による戻り光Ｌ４の集光の光路を示す図である。
【図２０】アパーチャー４４がある場合の、集光レンズ４２による戻り光Ｌ４の集光の光路を示す図である。
【図２１】アパーチャー４４の通光領域の配置を示す図である。
【図２２】アパーチャー４４の効果について説明するための図である。
【図２３】アパーチャー４４の効果について説明するための別の図である。
【図２４】光拡散部材４６を設けた場合の、集光レンズ４２による戻り光Ｌ４の集光の光路を示す、図２０と対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
〔１．物体検出装置の全体構成（図１乃至図４）〕
まず、この発明の一実施形態である物体検出装置の全体構成について、図１及び図２を用い、主な構成要素をその機能に注目して区分して説明する。図１は、物体検出装置の主な構成要素をその機能に注目して区分して示すブロック図である。図２は、物体検出装置における物体検出の原理について説明するための図である。
【００２９】
この発明の一実施形態である物体検出装置１０は、レーザビームを外部へ投光すると共に、外部の物体で反射されて戻ってくるレーザビームを検出し、その投光タイミングと反射光の検出タイミングとの差に基づき、レーザビームの光路上にある物体までの距離及びその物体がある方向を検出する装置である。この物体検出装置１０は、図１に示すように、投光部２０、走査部３０、受光部４０、フロントエンド回路５１、ＴＤＣ（時間−デジタル変換器：Time-to-Digital  Converter）５２、プロセッサ５３、入出力部５４を備える。
【００３０】
これらのうち投光部２０は、レーザビームを外部へ投光するためのモジュールであり、ＬＤ（レーザダイオード）モジュール２１、レーザ駆動回路２２、投光光学系２３を備える。
ＬＤモジュール２１は、レーザ駆動回路２２から印加される駆動信号に応じてレーザ光を出力する発光部である。ここでは、複数の発光点を備えるものを用い、出力の強度を高めているが、発光点は１つであってもよい。レーザ光の波長に特に制約はないが、たとえば近赤外光のレーザ光を用いることが考えられる。
レーザ駆動回路２２は、プロセッサ５３から供給されるパラメータに従ったタイミングでＬＤモジュール２１を点灯させるための駆動信号を生成し、ＬＤモジュール２１に印加するための回路である。ＬＤモジュール２１の点灯は、パルス波により間欠的に行う。
【００３１】
投光光学系２３は、ＬＤモジュール２１が出力するレーザ光を平行光のビームにするための光学系であり、この実施形態では、ＬＤモジュール２１が備える複数の発光点の中心に焦点が位置する凸レンズによるコリメートレンズを用いている。
なお、投光光学系２３により形成されたレーザビームＬ１は、受光部のミラー４１の透孔４１ａを通過し、走査部３０のミラー３１により反射されて、出射光Ｌ２として物体検出装置１０の外部へ出力される。
【００３２】
次に、走査部３０は、投光部２０により出力されるレーザビームを偏向して、所定の視野（ＦＯＶ：Field  of  View）７０内を走査させるためのモジュールであり、ミラー３１を有するアクチュエータ３２を備える。アクチュエータ３２は、レーザビームの光路上に設けたミラー３１の向きを周期的に変動させることにより、レーザビームの投光方向を周期的に変動させる。
【００３３】
また、図１ではアクチュエータ３２を１つしか示していないが、実際にはアクチュエータ３２は図３及び図５に示すようにそれぞれ異なる軸を中心にミラーを揺動させる２つのアクチュエータ３００，３８０で構成される。そして、アクチュエータ３００は、主走査方向の走査を担当して主走査方向（Horizontal）走査線７１ａを形成し、アクチュエータ３８０は、主走査方向の走査の端部においてミラーの向きを変化させ、副走査方向（Vertical）走査線７１ｂを形成すると共に、副走査方向の走査位置を調整する。
なお、ＬＤモジュール２１は間欠的に点灯するので、実際には走査線７１は連続した線ではなくビームスポットの集合となる。
【００３４】
次に、受光部４０は、物体検出装置１０の外部から入射する光を検出するためのモジュールであり、ミラー４１、集光レンズ４２、受光素子４３、アパーチャー４４を備える。この受光部４０により検出したい光は、物体検出装置１０から投光され外部の物体により反射されて戻ってくるレーザビームである。レーザビームは、物体面において乱反射されるが、そのうち投光時の光路と逆向きに反射された成分のみが、戻り光Ｌ３として物体検出装置１０に戻る。この戻り光Ｌ３は、出射光Ｌ２とほぼ同じ経路を逆向きに進み、戻り光Ｌ４としてミラー４１に到達する。
【００３５】
ミラー４１は、投光部２０から出力されるレーザビームを通過させるための透孔４１ａを備えると共に、戻り光Ｌ４を受光素子４３へ導くための固定のミラーである。ミラー４１の位置において、戻り光Ｌ４はレーザビームＬ１に比べると広がりが大きいため、透孔４１ａよりも広い範囲でミラー４１に当たり、透孔４１ａ以外の位置に当たる成分が、受光素子４３へ向けて反射される。
【００３６】
集光レンズ４２は、ミラー４１で反射された戻り光Ｌ４を集光して所定の焦点面上に結像させるレンズである。
受光素子４３は、所定の受光面上に当たった光の強度に応じた検出信号を出力する光検出素子である。この実施形態では、受光素子としてシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）を用いている。この点については後に詳述する。
アパーチャー４４は、集光レンズ４２の焦点面上に配置され、開口部以外の光を遮光する。このアパーチャー４４の詳細な構成及びその意義についても、後述する。
以上のうちミラー４１、集光レンズ４２及びアパーチャー４４が、受光光学系を構成する。
【００３７】
次に、フロントエンド回路５１は、受光素子４３が出力する検出信号を、ＴＤＣ５２でのタイミング検出に適した波形に整形する回路である。
ＴＤＣ５２は、レーザ駆動回路２２から供給される駆動信号と、フロントエンド回路５１から供給される整形後の検出信号とに基づき、出射光となるレーザビームＬ１の点灯パルスのタイミングｔ０と、これと対応する戻り光Ｌ４のパルスのタイミングｔ１との時間差を示すデジタル出力を形成する回路である。
【００３８】
出射光のパルスと、戻り光のパルスでは、光が光路上の物体に到達して戻ってくるのに要する時間だけの時間差があるので、その時間差Δｔに基づき、図２に示すように物体検出装置１０から物体までの距離ｓを、ｓ＝ｃ（Δｔ）／２として求めることができる。ｃは光速である。なお、上記ｓは、正確には物体から受光素子４３までの光路長である。
【００３９】
プロセッサ５３は、図１に示した各部の動作を制御する制御部である。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ソフトウエアを実行する汎用のコンピュータにより構成してもよいし、専用のハードウエアにより構成してもよいし、それらの組み合わせであってもよい。プロセッサ５３は例えば、ＴＤＣ５２からの出力信号に基づく物体までの距離の算出、戻り光の検出時点での走査部３０による走査のタイミング（出射光Ｌ２の投光方向）に基づく物体のある方向の算出を行う。また、後に詳述するが、走査部３０におけるミラー３１の向きに応じたＬＤモジュール２１の点灯間隔の制御も行う。
【００４０】
入出力部５４は、外部との間の情報の入出力を行うモジュールである。ここでいう情報の入出力には、外部の装置との間での有線あるいは無線による通信、ボタンやタッチパネル等を用いたユーザからの操作の受け付け、ディスプレイ、ランプ、スピーカ、バイブレータ等を用いたユーザへの情報の提示を含む。入出力部５４が外部へ出力すべき情報としては、例えば、検出した物体に関する情報（距離や方向の生データでも、それらに基づき所定のサイズ、位置、移動速度等の物体を検出したことを示す情報でもよい）、物体検出装置１０の動作状態や設定状態に関する情報が考えられる。入出力部５４が外部から入力を受け付けるべき情報としては、例えば、物体検出装置１０の動作の設定に関する情報が考えられる。
【００４１】
入出力部５４による通信の相手としては、例えば自動運転システムを備えた自動車が考えられる。物体検出装置１０が検出した物体の情報を自動運転システムに供給すれば、自動運転システムは、その情報を参照し、検出した物体を回避するような走行ルートを計画することができる。
なお、この発明を、物体検出装置１０と、その通信相手の自動車やドローン、航空機等の装置とを含むシステムとして実施することも考えられる。
【００４２】
次に、物体検出装置１０の概略の構造について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、物体検出装置の主な構成要素の構造を示す分解斜視図、図４は、物体検出装置の外観を示す斜視図である。
物体検出装置１０は、図３及び図４に示すように、トップカバー６１とリアカバー６２を、２つのカバークリップ６３，６３により結合した外装を備える。また、トップカバー６１は、出射光Ｌ２を通過させるための窓を備え、その窓には塵の侵入を防ぐための、出射光Ｌ２の波長において透明な保護材６４が嵌められている。
【００４３】
これらの筐体の内側に、図１に示した各構成要素が格納されている。なお、図１に示したアクチュエータ３２は、主走査方向の走査を担当するアクチュエータ３００と、副走査方向の走査を担当するアクチュエータ３８０との、２つのアクチュエータとして示している。ミラー３０１は、アクチュエータ３００が備えるミラーである。
また、ミラー４８は、図１には示していないが、ミラー４１と集光レンズ４２の間にあって戻り光Ｌ４の向きを変えるための光学素子である。破線６５は、物体検出装置１０の視野（出射光Ｌ２による走査範囲）を示し、図１の視野７０と対応する。レーザ駆動回路２２、プロセッサ５３等の回路やモジュール間の配線は、図を見やすくするため図３では図示を省略している。
以上で全体構成の説明を終え、以下、物体検出装置１０のいくつかの構成要素について個別に説明する。
【００４４】
〔２．ねじりばねを用いた揺動アクチュエータ（図５乃至図８Ｂ）〕
走査部３０が、アクチュエータ３００と３８０を備えることは既に述べたが、これらのうちアクチュエータ３００は特徴的な構成を備えるので、次にこの点について説明する。
図５に、アクチュエータ３００，３８０の概略の外観及び配置を、図３よりも拡大して示す。
【００４５】
図５に示すように、アクチュエータ３００とアクチュエータ３８０は、その構成が大きく異なる。
アクチュエータ３８０は、出射光Ｌ２の副走査方向の偏向のために用いるので、さほど高速な運動は要求されないことから、物理的な軸を中心にミラーを回転運動させるタイプのアクチュエータを用いている。このアクチュエータ３８０は、ミラー３８１を軸３８２に固定し、軸３８２をホルダ３８３に差し込んで回転可能に取り付けて構成されている。そして、ミラー３８１の裏側に配置された永久磁石及びコイルの作用により、コイルに印加された電圧に応じて、ミラー３８１が軸３８２の中心を回転軸３８４として回転し、所定の角度範囲を往復運動する。電圧の強度を調整することにより、ミラーを運動範囲内の所望の角度で停止させることも可能である。
このようなアクチュエータは、ガルバノミラーと呼ばれる。一般には、軸の一端に力を加えることにより軸の他端に取り付けられたミラーを回転させる構成が広く用いられているが、アクチュエータ３８０のように、軸に力を加える位置とミラーの取り付け位置が、軸の長手方向について同じ位置であっても、同様な原理での駆動が可能である。
【００４６】
一方、アクチュエータ３００は、出射光Ｌ２の主走査方向の偏向のために用いるので、高速な運動が要求され、またその高速な運動を長時間継続できる耐久性も求められる。そこで、アクチュエータ３００としては、このような目的に合った新規なアクチュエータを用いている。
【００４７】
その具体的な構成は図６乃至図８Ａを用いて詳述するが、概略としては、アクチュエータ３００は、ミラー３０１を、直線状の突起部を有するねじりばね３０２の一方の面に、突起部を跨ぐように固定し、ねじりばね３０２の端部を支持部材としてのトップヨーク３１４に固定して構成されている。そして、ねじりばね３０２の他方の面側に配置された永久磁石及びコイルの作用により、コイルに印加された電圧に応じて、ねじりばね３０２及びミラー３０１が、ねじりばね３０２の突起部の略中心に位置する回転軸３０４を中心に回転し、所定の角度範囲を往復運動する。
【００４８】
走査部３０は、以上のアクチュエータ３００，３８０により駆動されるミラー３０１，３８１によりレーザビームＬ１を反射し、偏向することにより、図１に示した走査線７１上を走査する出射光Ｌ２を、外部へ投光することができる。
なお、副走査方向の偏向走査を行うアクチュエータとして、アクチュエータ３００と同じ構造のものを用いることも、もちろん妨げられない。
【００４９】
次に、図６乃至図８Ａを用いて、アクチュエータ３００の構造と動作原理についてより詳細に説明する。図６は、アクチュエータ３００を構成する部品の構造と、その組み立て工程の概略を示す分解斜視図であり、その最終工程において完成したアクチュエータ３００の斜視図も含む。図７は、アクチュエータ３００の可動子３２０を構成する部品の構造を示す分解斜視図である。図８Ａは、図６の（ｄ）に示したアクチュエータ３００の一点鎖線で示す面における断面を、矢印Ｍ方向から見た断面図である。ただし、図を見やすくするため、図８Ａにおいてコイルアッセンブリ３１３の図示は省略し、コイルの巻き方を模式的に示している。
【００５０】
アクチュエータ３００は、図６の（ａ）に示すように、コアヨーク３１１、枠ヨーク３１２、コイルアッセンブリ３１３、トップヨーク３１４、可動子３２０を備える。
これらのうち枠ヨーク３１２とトップヨーク３１４は、コイルを囲む磁性体による外装を形成する。枠ヨーク３１２とトップヨーク３１４は、４組のねじ孔３１２ｂ，３１４ｂを貫通する４本のねじ３１５により、内部にコイルアッセンブリ３１３を保持するように固定される。
【００５１】
コイルアッセンブリ３１３は、非磁性体によるボビン３１３ａに、図８Ａに示す駆動コイル３１６及び検出コイル３１７の２本のコイルを巻き、その外側を保護カバー３１３ｃで覆ったものである。ボビン３１３ａの内部には、コア部３１１ａを通すための挿通孔３１３ｂが設けられている。また、保護カバー３１３ｃは、外装に覆われない位置に、駆動コイル３１６へ駆動信号を印加するための端子と、センシングコイル３１７に発生する信号を出力するための端子とを備える。
コアヨーク３１１は、駆動コイル３１６及びセンシングコイル３１７のコアとなる、強磁性体によるコア部３１１ａを備える。
【００５２】
これらの各部品は、図６の（ｂ）に示すようにコアヨーク３１１のコア部３１１ａを枠ヨーク３１２の挿通孔３１２ａに挿入し、その後（ｃ）に示すようにコイルアッセンブリ３１３の挿通孔３１３ｂにコア部３１１ａを挿入してコイルアッセンブリ３１３の位置決めを行い、その後（ｄ）に示すようにトップヨーク３１４と枠ヨーク３１２とをねじ３１４により固定して、一体化される。
【００５３】
このとき、（ａ）から（ｂ）の工程で、コア部３１１ａを枠ヨーク３１２に固定し、（ｂ）から（ｃ）の工程で、コイルアッセンブリ３１３をコア部３１１ａ（及び枠ヨーク３１２）に固定する。この固定は、不図示のねじや溶接、または接着を用いて行ったり、挿入側の部材を受け入れ側のスペースよりも若干大きくして受け入れ位置へ圧入することにより行ったり、これらの組み合わせで行ったりすることが考えられる。
なお、図６の（ｂ）及び（ｃ）では、スペースの都合上、可動子３２０の図示は省略している。
【００５４】
また、可動子３２０は、図７に示すように、ミラー３０１及びねじりばね３０２の他、永久磁石３２１と連結ホルダ３２３を備える。
これらのうちねじりばね３０２は、金属板をプレス加工又は折り加工等により折り曲げて形成したばねであり、その折れ目によって、Ｖ字型の断面を有する直線状の突起部３０２ｃを備える。また、突起部３０２ｃの中央付近には、突起部３０２ｃを跨ぐように両側に突出する平面部３０２ｂを備え、突起部３０２ｃの両端にはそれぞれ、突起部３０２ｃを跨ぐように両側に突出する平面部３０２ａを備える。これらの突起部３０２ｃと平面部３０２ａ，３０２ｂは、全て一体であり、一枚の板状部材を折り曲げてこれらの各部を形成することにより、十分な強度を持ったねじりばね３０２を、低コストで形成することができる。
【００５５】
また、両端の平面部３０２ａと平面部３０２ｂとは、自然状態では全て同一平面上に位置する。しかし、両端の平面部３０２ａを同一平面上に固定した状態で平面部３０２ｂに対して突起部３０２ｃを中心に回転する力を加えると、突起部３０２ｃがねじれ、平面部３０２ｂは突起部３０２ｃを中心に回転移動する。力をかけるのをやめると、ばねの復元力により突起部３０２ｃのねじれが解消し、平面部３０２ｂは平面部３０２ａと同一平面上に戻る。
また、永久磁石３２１は、平面部３０２ｂの、突起部３０２ｃと反対側の面に、突起部を跨いた一方側にＮ極３２１ｎが、他方側にＳ極３２１ｓが位置するように固定される。Ｎ極３２１ｎとＳ極３２１ｓの位置は、図と逆でも問題ない。
【００５６】
永久磁石３２１と平面部３０２ｂとの間の固定は、連結ホルダ３２３にて、図８Ａに示すように永久磁石３２１と平面部３０２ｂとを外側から挟み込むことにより行う。そして、連結ホルダ３２３と永久磁石３２１と平面部３０２ｂとを、相互に接着等して固定する。弾性を有する連結ホルダ３２３を用いて、その弾性力により固定することも考えられる。これらの組み合わせでもよい。また、アウトサート成形により、樹脂製の連結ホルダ３２３を、ねじりばね３０２上にねじりばね３０２と一体に形成することも考えられる。
図８Ａは、平面部３０２ｂの中央付近を通り、突起部３０２ｃの長手方向に垂直な平面での断面図である。
【００５７】
ミラー３０１は、連結ホルダ３２３の、平面部３０２ｂと反対側の面に固定する。この固定は、接着により行う。接着剤は任意のものを用いてよいが、硬化収縮の少ないものが望ましい。
以上の可動子３２０は、図７に示した各部材を予め組み立てた後で、図６の（ｃ）と（ｄ）の間の工程で、トップヨーク３１４の可動子保持部３１４ａに対して固定する。この固定は、可動子保持部３１４ａに対して平面部３０２ａを不図示のねじによりねじ止めして行ったり、平面部３０２ａと可動子保持部３１４ａとを接着あるいは溶接することにより行ったり、平面部３０２ａを可動子保持部３１４ａに設けたスリットに挿入して行ったり等、任意の方法で行うことができる。
【００５８】
可動子３２０がトップヨーク３１４に固定された状態では、ねじりばね３０２の平面部３０２ｂ及び永久磁石３２１は、トップヨーク３１４の開口部３１４ｃを通してコイルアッセンブリ３１３と対向する。より具体的には、図８Ａに示すように、コイルアッセンブリ３１３内に設けられた駆動コイル３１６の軸の一端が、永久磁石３２１のＮ極３２１ｎとＳ極３２１ｓの中間点と対向する。永久磁石３２１から見ると、ねじりばね３０２と反対側に駆動コイル３１６が配置されていることになる。
【００５９】
この状態で駆動コイル３１６に通電し、例えば永久磁石３２１と対向する側の端部がＮ極となると、永久磁石３２１のＳ極３２１ｓは駆動コイル３１６に引き寄せられ、Ｎ極３２１ｎは駆動コイル３１６と反発し、永久磁石３２１には、図８Ａで見て時計回りに回転しようとする力が働く。その力はねじりばね３０２の平面部３０２ｂに伝わり、ねじりばね３０２は、突起部３０２ｃの断面の中心付近にある仮想的な回転軸３０４を中心に時計回りに回転してねじれる。これにつれて、平面部３０２ｂに固定されたミラー３０１も、回転軸３０４を中心に時計回りに回転する。
そして、駆動コイル３１６と永久磁石３２１の間に生じる磁力と、ねじりばね３０２の復元力とが釣り合う位置で回転が止まる。駆動コイル３１６に流す電流の強さを変えることにより、この回転の速さと停止位置を調整可能である。
【００６０】
次に、永久磁石３２１及びミラー３０１が適当な位置まで時計回りに回転した状態で、駆動コイル３１６への通電方向を逆向きにすると、永久磁石３２１と対向する側の端部がＳ極となり、今度は永久磁石３２１のＮ極３２１ｎが駆動コイル３１６に引き寄せられ、Ｓ極３２１ｓが駆動コイル３１６と反発し、永久磁石３２１には、図８Ａで見て反時計回りに回転しようとする力が働く。その力は時計回りの場合と同様にねじりばね３０２の平面部３０２ｂに伝わり、ねじりばね３０２は回転軸３０４を中心に反時計回りに回転して先ほどと逆向きにねじれる。これにつれて、平面部３０２ｂに固定されたミラー３０１も、回転軸３０４を中心に反時計回りに回転する。
【００６１】
駆動コイル３１６に印加する駆動信号の電圧又は電流の向きを定期的に反転させることにより、矢印Ｖで示すようにミラー３０１に上記の時計回り及び反時計回りの回転を交互に行わせ、回転軸３０４の廻りを所定の角度範囲で回転する往復運動をさせることができる。すなわち、ミラー３０１を、所定の移動経路上で揺動させることができる。そして、このことにより、図１を用いて説明した、主走査方向の走査に必要なレーザビームＬ１の周期的な偏向を実現することができる。
【００６２】
なお、ねじりばね３０２の寿命を考えると、揺動の範囲は自然状態に対して対称であることが望ましい。しかしこれは必須ではない。例えば、駆動コイル３１６に印加する電圧のオンオフを周期的に切り換えることにより、自然状態付近の位置を一端とする所定範囲での揺動を行うこともできる。駆動コイル３１６に印加する電圧又は電流を、適宜な範囲で周期的に変化させることにより、ねじりばね３０２の可動範囲内の任意の揺動範囲で、ミラー３０１を揺動させることができる。
【００６３】
いずれにせよ、このアクチュエータ３００では、可動子３２０はその端部がトップヨーク３１４に固定されているが、実際に移動する平面部３０２ｂ付近の部分は空中に浮いているため、揺動時に部品間の摩擦が発生せず、長時間連続で使用しても、発熱や摩耗が生じにくい。従って、高い耐久性を得ることができる。
また、コイルアッセンブリ３１３を磁性体のトップヨーク３１４及び枠ヨーク３１２で囲んでいるため、駆動コイル３１６に生じる磁力の漏れを防止し、高い駆動効率を得ることができる。ただし、このような磁性体の囲みを設けることは、必須ではない。
【００６４】
また、図６及び図８Ａに示すように、トップヨーク３１４の可動子保持部３１４ａは、トップヨーク３１４の他の部分よりも薄肉としている。これは、永久磁石３２１を、トップヨークと枠ヨーク３１２とで構成される外装の内側に位置させ、駆動コイル３１６に生じる磁力を漏らさずに永久磁石３２１に伝えるためである。
駆動コイル３１６に生じる磁力を漏らさないためには、磁性体による外装の、永久磁石３２１のＮ極３２１ｎ及びＳ極３２１ｓと対向する端部が、駆動コイル３１６の軸の永久磁石３２１と対向する一端からその軸に沿った方向（図８Ａの上下方向）で見て、Ｎ極３２１ｎとＳ極３２１ｓとを結ぶ永久磁石３２１の中心線（図８Ａに符号３２１ｘで示す）よりも離れた位置にあるとよい。
【００６５】
この実施形態では、トップヨーク３１４の開口部３１４ｃに、両側から可動子３２０に向かって、かつ駆動コイル３１６から離れる方向（図８Ａの上方向）に延びる突起３１４ｄを設けることにより、上記の磁力を漏らさないために構造を実現している。この構造により、駆動コイル３１６から可動子３２０へ大きな回転モーメントを与えることができ、ミラー３０１の揺動速度の高速化、及び／又は消費電力の低減を図ることができる。
【００６６】
なお、図８Ａのように可動子保持部３１４ａを薄肉とすると、ミラー３０１がトップヨーク３１４に近接してしまうため、ミラー３０１とトップヨーク３１４との干渉によりミラー３０１の可動域が制約される可能性がある。
この点に対処するためには、図８Ｂに示すように、可動子保持部３１４ａを他の部分よりも厚肉として、ミラー３０１をトップヨーク３１４から離すことが考えられる。この構成では、永久磁石３２１が、トップヨーク３１４の外側にはみ出してしまうこともあり得、これは磁力漏れの原因となり得る。しかしこの場合であっても、図８Ｂに示すように、突起３１４ｄを、その端部が中心線３２１ｘよりも図で上方に位置するように形成すれば、磁力漏れを防止し、揺動速度の高速化、及び／又は消費電力の低減を図ることができる。
【００６７】
また、ねじりばね３０２の材質は、例えばステンレスや、りん青銅とすることが考えられるが、その他、弾性ばねを形成可能な任意の材質を採用することができる。また、突起部３０２ｃの断面をＶ字型にしているのは、発明者らのシミュレーションにより、大きなばね定数が得られ、このことによりねじりばね３０２の共振周波数を高められることが見出されたためである。共振周波数が高いと、より小さい駆動電力で大きな走査角度が実現でき、望ましい。
しかし、断面の形状はＶ字型に限られることはなく、ねじりばねとして機能し得るのであれば、断面が角張ったｎ字型やＵ字型、またはＭ字型、Ｗ字型、開口部のない空芯薄壁閉断面など、他の形状であってもよい。
【００６８】
なお、こうした直線状の突起部３０２ｃを有する構造は、平面構造のねじりばねに比べ、回転軸に直交する方向の剛性を高くすることができる。この剛性は、自動車内のような、常時振動する環境で安定した走査を行い、また揺動部の耐久性を確保する上で非常に有用である。
また、突起部３０２ｃを有するねじりばねは、立体形状であり、全体としての厚みが大きい。このため、板材を折り曲げて形成することは容易であるが、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）の技術を利用したウエーハープロセスで、十分な高さの突起部３０２ｃを有するねじりばねを形成することは、困難である。
【００６９】
また、駆動コイル３１６は、図８Ａの例では自然状態で平面部３０２ｂに対して垂直な向きに配置しているが、軸の一端が、永久磁石３２１のＮ極３２１ｎとＳ極３２１ｓの中間点と対向していれば、向きは図８Ａに示したものに限られない。例えば、軸を突起部３０２ｃと平行に配置しても、図８Ａの構成の場合と同様なミラー３０１の揺動が可能である。
【００７０】
また、駆動コイル３１６を、コイルアッセンブリ３１３に収納したり、ボビンに巻いたりすることも必須ではなく、コア部３１１ａに直接巻くことも妨げられない。
また、センシングコイル３１７は、図９乃至図１５を用いて後述するレーザビームＬ１の点灯タイミング調整を行うために設けたものであり、この調整を行わないのであれば、不要である。
【００７１】
また、図８Ａ及び図８Ｂに示した例では、ねじりばね３０２の突起部３０２ｃが、ミラー３０１側に突出していたが、逆に永久磁石３２１側に突出していてもよい。すなわち、永久磁石３２１を、平面部３０２ｂの、突起部３０２ｃが突出する側の面に、連結ホルダ３２３と同様なホルダを介して設け、ミラー３０１を、その反対側の面に設けてもよい。この構成でも、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明した構成の場合と同様に、ミラー３０１を、突起部３０２ｃの略中心に位置する回転軸を中心に揺動させることができる。
また、以上の他、永久磁石３２１に代えて、ミラーの駆動時に通電される電磁石を用いることも妨げられない。ただし、永久磁石３２１の方が、構造が単純で組み付け誤差が発生しにくく、余計なノイズを発生しない点で好ましい。
【００７２】
〔３．揺動アクチュエータが備える可動子の別の構成例及びその製造方法（図９乃至図１１）〕
次に、上述したアクチュエータ３００にて利用可能な可動子の別の構成例及びその製造方法について説明する。本項で説明する可動子３３０は、量産に適した構成のものである。
【００７３】
図９は、可動子３３０を構成する部品の構造と、その組み立て工程の概略を示す分解斜視図であり、その最終工程において完成した可動子３３０の斜視図も含む。図１０は、図９の（ｃ）に示した可動子３３０の一点鎖線で示す面における断面を、矢印Ｎ方向から見た断面図である。
可動子３３０は、図９の（ａ）に示すように、ねじりばね３３１、第１スペーサ３３２、第２スペーサ３３３、ミラー３０１及び永久磁石３２１を備える。ミラー３０１及び永久磁石３２１は、図７に示した可動子３２０を構成するものと同等なものである。
【００７４】
ねじりばね３３１も、可動子３２０を構成するねじりばね３０２と同様な平面部３３１ｂ及び突起部３３１ｃを備える。しかし、突起部３３１ｃの両端に設ける平面部３３１ａは、平面部３３１ｂの外側を取り囲むように、相互に接続された一体の構成となっている。このようなねじりばね３３１は、金属の板材に対しプレスで打ち抜きと折り曲げの加工を同時に行うことにより、形成することができる。
【００７５】
第１スペーサ３３２は、主として、突起部３３１ｃを回避して平面部３３１ｂ上に第１部材であるミラー３０１を取り付けることができるよう、平面部３３１ｂの、突起部３３１ｃが突出する側の面（第１面）に配置して、ミラー３０１の取り付け位置を突起部３３１ｃと同じ高さまでかさ上げするためのスペーサである。スペーサ部３３２ｂが、このかさ上げを担う、突起部３３１ｃと同じ高さのスペーサである。このスペーサ部３３２ｂは、ブリッジ３３２ｄにより、外周部３３２ａと接続されている。
【００７６】
外周部３３２ａは、ねじりばね３３１の平面部３３１ａと同じ形に形成され、突起部３３１ｃと対応する位置に、突起部３３１ｃをカバーする突起部３３２ｃを備える。なお、外周部３３２ａについてはスペースの確保は必ずしも必要ない。しかし、図１１を用いて後述するような多数個同時製造の場合に、スペーサ部３３２ｂのみであると隣接する個体との距離が遠すぎて、ねじりばね３３１の各個体と対応するスペーサ部３３２ｂを一枚のシートに形成することが困難であるので、ブリッジ３３２ｄを支えるために、ねじりばね３３１の保護材の役割を兼ねて設けたものである。
なお、第１スペーサ３３２は、ねじりばね３３１及びミラー３０１の双方を固定可能な材質であれば、材質に特に制約はない。弾性を持つ必要もない。
【００７７】
一方、第２スペーサ３３３は、主として、ねじりばね３３１がステンレス等の半田付けに適さない材質である場合に、平面部３３１ｂの、突起部３３１ｃが突出する側と反対側の面（第２面）に配置して、第２部材である永久磁石３２１を半田付けで平面部３３１ｂに固定するための土台として用いる。スペーサ部３３３ｂが、この土台の役割を担う。このスペーサ部３３３ｂは、ブリッジ３３３ｄにより、外周部３３３ａと接続されている。
【００７８】
外周部３３３ａも、ねじりばね３３１の平面部３３１ａと同じ形に形成され、突起部３３１ｃと対応する位置に、突起部３３１ｃの裏側をカバーする突起部３３３ｃを備える。外周部３３３ａを設けた理由は、外周部３３２ａの場合と同様である。
第２スペーサ３３３の材質は、ねじりばね３３１に固定可能かつ半田付けが可能な材質を用いる。例えば、ねじりばね３３１がステンレスであれば、りん青銅は、第２スペーサの材質として好適である。
【００７９】
可動子３３０を製造する場合、以下の工程で行うとよい。
まず、図９の（ｂ）に示すように、ねじりばね３３１の突起部３３１ｃ側に第１スペーサ３３２を、突起部３３１ｃと反対側に第２スペーサ３３３を、後述の加熱工程でも固定を維持できるように、接着又は圧着により固定する。図１０には、第１スペーサ３３２及び第２スペーサ３３３の接着に、それぞれ接着剤を用いた例を示しており、それらが接着剤３４１，３４２として示されている。ただし接着剤は、加熱工程で溶融しない耐熱性のものを用いる。あるいは、分子圧着法を用いてもよい。
なお、図１０は、平面部３３２ｂの中央付近を通り、突起部３３２ｃの長手方向に垂直な平面での断面図である。また、部品間の接着に用いる部材を表記できるよう、接着層の厚さを実際よりもかなり強調して示している。
【００８０】
次に、ダイシング等により、可動子３３０の完成品に不要なブリッジ３３２ｄ及び３３３ｄを除去する。
その後、第１スペーサ３３２のうちスペーサ部３３２ｂ上に、加熱により溶融する材質の接着層３４３を塗布し、その上にミラー３０１を配置する。スペーサ部３３１ｂが突起部３３１ｃと同じ高さであるので、突起部３３１ｃが障害とならずに、突起部３３１ｃを跨いでミラー３０１を配置することができる。図１０では接着層３４３の分だけスペーサ部３３２ｂが突起部３３１ｃより若干低くなっているように見えるが、実際には接着層３４３は薄く、両者の高さに実質的な差はない。
接着層３４３としては、低融点ガラスペーストを用いることが望ましい。接着に加熱処理を要する場合、ミラー３０１を構成するガラスと接着剤とで収縮率が異なると、冷却時の収縮によりミラー３０１が歪んで走査の精度が低下することが考えられるが、低融点ガラスペーストであれば、これを避けられるためである。
【００８１】
また、第２スペーサ３３３のうちスペーサ部３３３ｂ上にも、加熱により溶融する材質の接着層３４４を塗布し、その上（図１０では下側）に永久磁石３２１を配置する。可動子３２０の場合と同様、突起部３３１ｃを跨いだ一方側にＮ極３２１ｎが、他方側にＳ極３２１ｓが位置するように配置する。接着層３４４としては、コストの観点でクリーム半田を用いることが望ましいが、これに限られることはない。また、永久磁石３２１としては、この後の加熱工程に耐えられるよう、ネオジムタイプではなく、サマリウムコバルトタイプの磁石を用いることが望ましい。
ミラー３０１と永久磁石３２１の配置が済んだ積層体は、外観としては図９の（ｃ）に示す可動子３３０とほぼ共通である。
【００８２】
最後に、この積層体を加熱処理することにより、接着層３４３，３４４を溶融させて、ミラー３０１と永久磁石３２１の固定を完了し、以上で可動子３３０が完成する。
可動子３３０は、可動子３２０の場合と同様に、図６及び図８Ａ等に示したトップヨーク３１４上に固定して用いることができ、駆動コイル３１６への通電に応じて、ミラー３０１を揺動させることができる。なおこの場合、もちろん、トップヨーク３１４における可動子保持部３１４ａは、可動子３３０の構造及び形状に合った構成とする。
【００８３】
以上の可動子３３０は、突起部はあるものの略平面状の部材を積層して接着し、また必要に応じてそれらを切断するのみで製造できるため、大量生産に適している。
ねじりばね３３１、第１スペーサ３３２及び第２スペーサ３３３を、それぞれ複数連結され平面的に配列された状態でシート状の部材として用意し、その状態で積層して固定することも可能である。
【００８４】
図１１に、その積層して固定した状態を示す。
図１１において、ねじりばね３３１、第１スペーサ３３２及び第２スペーサ３３３は、それぞれ１枚のシート上に３行４列に配列されている。なお、図１１は、ブリッジ３３２ｄ，３３３ｄはダイシングにより除去した状態で示している。
この状態の積層体に、接着層３４３，３４４を形成し、可動子３３０の各個体と対応するミラー３０１及び永久磁石３２１を配置する作業は、従来の表面実装（ＳＭＴ）技術を用いた電子部品用の自動部品搭載機を利用すれば、非常に効率よく行うことができる。
【００８５】
また、リフロー炉を用いれば、加熱処理も、従来広く用いられている装置を用いて容易に行うことができる。
図１１では、一番左上側の個体にのみ、ミラー３０１（及び裏側に隠れた永久磁石３２１）を固定した状態を示しているが、全ての個体に、同時に同様な固定を行うことができる。そして、その後に各個体の可動子３３０を切り離すことができる。なお、可動子３３０の用途によっては、複数の可動子３３０を連結したまま利用することも妨げられない。
【００８６】
以上の構成を採用すれば、アクチュエータ３００に利用可能な可動子３３０を、従来用いられている電子部品の実装と同様な工程で、従来用いられている装置を利用して効率よく製造することができる。従って、低コストで可動子３３０を製造可能であり、アクチュエータ３００のコストダウンにも資する。
なお、永久磁石３２１をねじりばね３３１に直接半田付け可能な場合には、第２スペーサ３３３を省略可能である。この場合、接着層３４４は、平面部３３１ｂの、突起部３３１ｃと反対側の面に直接形成し、その上に永久磁石３２１を配置すればよい。
【００８７】
また、可動子３３０においても、可動子３２０の場合と同様、平面部３３１ｂの、突起部３３１ｃが突出する側の面に第１部材として永久磁石３２１を設け、ミラー３０１を、第２部材としてその反対側の面に設けてもよい。この場合、第１スペーサ３３２上に永久磁石３２１を、第２スペーサ３３３上にミラー３１０を固定する点と、それに伴って各スペーサや使用する接着層の材質を入れ替える点以外は、以上説明してきた構造及び製造方法を、同様に適用可能である。
【００８８】
〔４．主走査方向の走査位置に応じたビームの点灯間隔の制御（図１２乃至図１７）〕
次に、出射光Ｌ２の主走査方向の走査位置に応じた、ビームの点灯間隔の制御について説明する。なお、主走査方向の走査位置は、アクチュエータ３００におけるミラー３０１の向きと対応するので、ここで説明する制御は、ミラー３０１の向きに応じた制御でもある。
【００８９】
まず、アクチュエータ３００によるミラー３０１の揺動動作の特徴について、図１２乃至図１４を用いて説明する。
図１２は、ミラー３０１の走査角と走査角速度の絶対値との関係を示すグラフ、図１３は、ＬＤモジュール２１の駆動信号の例を示す図、図１４は、走査線上に形成される出射光Ｌ２によるスポットの例を示す図である。
【００９０】
発明者らの実験により、アクチュエータ３００により揺動されるミラー３０１の移動速度は一定ではないことがわかっている。ミラー３０１は揺動経路の端部では停止し、他の部分では動いているので、移動速度に変動があるのは明らかだが、その速度は、図１２に示すように、概ね揺動経路の端部に行くほど遅く、中央部に行くほど速くなっている。反時計回りに回転する際も時計回りに回転する際も、移動の向きが異なるのみで、同じ位置であれば速さはほぼ等しい。
【００９１】
そこで、図１２では、揺動経路上の位置（回転角により表現し、「走査角」と呼ぶことにする）を横軸に、その位置での角速度の絶対値を縦軸に取って速度の変化を図示している。
このようにミラー３０１の回転速度に変動があるため、図１３に示すような等間隔のパルスを有する駆動信号ｄｒｖ１によりＬＤモジュール２１を駆動すると、走査線７１上には、図１４に示すような出射光Ｌ２のスポット７２が形成されることになる。すなわち、主走査方向の中央部では粗く、端部では細かく分布するスポットが形成される。このため、物体の検出分解能も、中央部では端部よりも粗くなってしまう。
【００９２】
物体検出装置１０の用途として障害物の検出を考えた場合、視野の中央付近の重要度が最も高いと考えられるため、この状態は好ましくない。
そこで、物体検出装置１０には、ミラー３０１の走査角に応じてＬＤモジュール２１の駆動信号のパルスの間隔を制御するための制御回路を設けている。
【００９３】
図１５に、その制御回路の構成を示す。
図１５に示す制御回路３５１は、周期制御部に該当し、大きく分けて、駆動コイル３１６の駆動制御、ミラー３０１の回転速度の検出、及びＬＤモジュール２１の点灯間隔の制御に関する動作を行う。
【００９４】
まず、駆動コイル３１６の駆動制御については、制御回路３５１は、駆動コイル３１６へ印加する駆動信号３５３を生成する駆動信号生成回路３５２に対し、アクチュエータ３００に実行させる走査の範囲や周期の値を設定する。駆動信号生成回路３５２は、その設定された値に従い、適当な周期で変動する電圧の、適当なレベルの駆動信号３５３を生成してアクチュエータ３００の駆動コイル３１６に印加する。このことにより、図８Ａを用いて説明したように、アクチュエータ３００にミラー３０１を揺動させることができる。
【００９５】
次に、ミラー３０１の回転速度の検出については、検出回路３５４が、アクチュエータ３００のセンシングコイル３１７に生じる誘導電圧を検出し、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）３５５がリアルタイムでその電圧をデジタル値に変換し、その値を差分算出部３５７によって補正して制御回路３５１に供給する。制御回路３５１は、その電圧値に基づき、ミラー３０１の回転速度を算出する。センシングコイル３１７の巻数は、駆動コイル３１６と同じで、駆動コイル３１６と逆巻きにするとよいが、これに限られることはない。
【００９６】
ここで、ミラー３０１を揺動させる際、センシングコイル３１７には、２種類の要因による誘導起電力が発生する。
１つめの要因は、駆動コイル３１６に印加される駆動信号の電圧変動によって駆動コイル３１６が発生する磁界の強さ及び向きが変動することによる誘導起電力である。
２つ目の要因は、永久磁石３２１が揺動することによって生じる磁界の強さの変動による誘導起電力である。永久磁石３２１が図８Ａを用いて説明したように揺動する場合、それによってセンシングコイル３１７内に生じる磁界の強さの変動速度は、概ね永久磁石３２１の回転角速度に比例すると考えることができる。永久磁石３２１の回転角速度は、すなわちミラー３０１の回転角速度でもあるので、２つめの要因で生じる誘導起電力の強さは、ミラー３０１の回転角速度に比例すると考えることができる。
【００９７】
相互誘導電圧パターン記憶部３５６及び差分算出部３５７は、以上のうち１つめの要因による誘導起電力分の値をＡＤＣ３５５の出力から差し引くために設けたものである。
すなわち、相互誘導電圧パターン記憶部３５６は、アクチュエータ３００において、永久磁石３２１を取り外した状態で駆動信号を駆動コイル３１６に印加した場合に相互誘導によりセンシングコイル３１７に生じる誘導電圧の電圧値の推移を、駆動信号の１周期分、駆動信号の位相と対応付けて記憶している。そして、駆動信号生成回路３５２は、ミラー３０１を揺動させるために駆動信号を駆動コイル３１６に印加する際、相互誘導電圧パターン記憶部３５６に対し、駆動信号の位相を示すタイミング信号を供給する。相互誘導電圧パターン記憶部３５６は、このタイミング信号に基づき、現在のタイミングと対応する電圧値を、差分算出部３５７へ供給する。
【００９８】
差分算出部３５７は、ＡＤＣ３５５から供給される、実際にセンシングコイル３１７に生じている誘導電圧の値から、相互誘導電圧パターン記憶部３５６から供給される電圧値を、相互誘導の寄与分として減算し、その結果の差分を制御回路３５１へ供給する。
以上により、制御回路３５１へ、ミラー３０１の回転角速度に比例した誘導電圧の値を供給することができる。制御回路３５１へ供給される誘導電圧の変化を、ミラー３０１の揺動範囲の一端から他端まで半周期分の時間を横軸に取ってプロットすると、グラフ３６１に示すように、図１２に示した回転角速度のグラフと概ね同様な形状になると考えられる。
【００９９】
制御回路３５１は、時刻ｔにおいて差分算出部３５７から供給される電圧値ＶＲ（ｔ）に、予め求めて設定された比例定数Ｋを乗じて、ミラー３０１の角速度ω（ｔ）を、ω（ｔ）＝Ｋ×ＶＲ（ｔ）により求める。
Ｋの値は、例えば、半周期分のミラー３０１の回転角を他の手段で計測した値と、半周期分の電圧値ＶＲ（ｔ）の積分値とを比較することにより求められる。
【０１００】
また、制御回路３５１は、ω（ｔ）を用いて、主走査方向の走査線７１ａ上で所望の分解能が得られるようにＬＤモジュール２１を点灯させるための点灯間隔Ｔを求めることができる。分解能をψ度とすると、Ｔ＝π・（ψ／１８０）／ω（ｔ）である。
制御回路３５１は、ＬＤモジュール２１の点灯間隔の制御を行うため、差分算出部３５７からの電圧値ＶＲ（ｔ）の供給に応じて、リアルタイムで点灯間隔Ｔを求め、そのＴの値を示すパルス幅変調信号をパルス発生器３５８へ供給する。
【０１０１】
パルス発生器３５８は、そのパルス幅変調信号に従ってパルス幅変調を行い、間隔Ｔのパルスを有するタイミング信号を生成してレーザ駆動回路２２に供給する。レーザ駆動回路２２は、パルス発生器３５８から供給されるタイミング信号に含まれるパルスのタイミングでＬＤモジュール２１を点灯させる駆動信号を生成して、ＬＤモジュール２１へ供給する。
【０１０２】
制御回路３５１がパルス発生器３５８へ供給するパルス間隔を、グラフ３６１と同様に時間を横軸に取ってミラーの揺動範囲の一端から他端までの期間について示すと、グラフ３６２のようになる。すなわち、制御回路３５１は、センシングコイル３１７に発生する誘導電圧に応じて、ミラー３０１が揺動経路の中央付近にあってその誘導電圧が高いレベル（第１レベル）である場合に、ミラー３０１が揺動経路の端部付近にあってその誘導電圧が低いレベル（第２レベル）である場合に比べて、ＬＤモジュール２１の点滅周期を短くするような制御を行っていることになる。
【０１０３】
その結果、レーザ駆動回路２２が生成するＬＤモジュール２１の駆動信号は、図１６に示すｄｒｖ２のように、ミラー３０１の移動速度に応じて異なるパルス間隔のものになる。そして、このように点灯制御されたレーザビームＬ１を、ミラー３０１で偏向して得られるビームスポット７２は、図１７に示すように、主走査方向の走査線７１ａ上に、その全長に亘って概ね等間隔で配列されることになる。そして、このことにより、物体検出装置１０は、物体の検出を、その視野７０内において概ね均等な分解能で行うことができる。
副走査方向については、主走査方向の１ライン分の走査を行う間ミラー３５１を静止させているため、上述のような問題は起こらず、点灯間隔の調整は不要である。
【０１０４】
なお、上述した制御回路３５１は、プロセッサ５３の一部として設けても、プロセッサ５３と別に設けてもよい。また、制御回路３５１の機能は、専用のハードウエアによって実現しても、汎用のプロセッサにソフトウエアを実行させることにより実現しても、それらの組み合わせでもよい。
また、図１５の例では、センシングコイル３１７に生じる誘導電圧の電圧値に基づき制御を行う例について説明したが、誘導電流の電流値を用いても、同様な制御が可能である。
【０１０５】
〔５．受光部４０の構成（図１８乃至図２４）〕
次に、受光部４０の構成の詳細について説明する。物体検出装置１０は、受光部４０において、集光レンズ４２の焦点面上にアパーチャー４４を設けた点に一つの特徴を有するので、この点を中心に説明する。
【０１０６】
まず、投光部２０から投光されるレーザビームＬ１の性質について説明する。
図１８は、投光部２０から投光されるレーザビームの光路を模式的に示す図である。
投光部２０のＬＤモジュール２１は、図１８に示すように複数の発光点２１ａ１〜２１ａ３を備えるものである。各発光点２１ａ１〜２１ａ３はそれぞれ、ある程度の広がりを持ったレーザ光Ｂ１〜Ｂ３を出力する。また、これらの発光点２１ａ１〜２１ａ３は、近接した位置に配列されるが、必然的にある程度の広がりをもって配置されることになる。もちろん、数は３つに限られない。
【０１０７】
一方、投光光学系２３は、ＬＤモジュール２１が出力するレーザ光から平行光のビームを生成すべく設計される。例えば、投光光学系２３を、いずれかの発光点（ここでは発光点２１ａ２とする）が焦点に位置するような凸レンズで構成すると、その発光点が出力するレーザ光Ｂ２を、その凸レンズのパワーにより、凸レンズの光軸に沿って進む平行光のビームＣ２にすることができる。
【０１０８】
しかし、焦点面上にあっても焦点とずれた位置にある発光点２１ａ１，２１ａ３が出力するレーザ光Ｂ１，Ｂ３は、凸レンズのパワーにより平行光にはなるものの、光軸に対して若干傾いた向きに進むビームＣ１，Ｃ３となってしまう。
従って、全体として、発光点２１ａ１〜２１ａ３が出力するレーザ光は、投光光学系２３を通過すると、ほぼ平行光だが若干の広がりを持つレーザビームになる。この広がりの角度は、投光光学系２３から十分離れた位置では一定とみなすことができ、その角度をレーザビームＬ１あるいは出射光Ｌ２の発散角αとする。
【０１０９】
次に、受光部４０に設けたアパーチャー４４の詳細な構成及びその効果について説明する。
まず、この実施形態の物体検出装置１０においては、受光部４０に設ける受光素子４３として、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）を用いている。このＳｉＰＭは、ガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアレイであり、光子１つから検出できるほどの高い検出感度と、高い増倍率、高速応答性、優れた時間分解能などを得られる。
【０１１０】
一例として、一般的なＡＰＤでは出力信号は入力信号（受光面に入射する光の強度）に対して約５０倍の増幅率であるところ、浜松フォトニクス社が販売するＭＰＰＣ（Milti-pixel Photon conuter：登録商標）では、約１０万倍の増幅率を得ることができるものもある（https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/Photodetector_lidar_kapd0005e.pdf）。
【０１１１】
従って、ＳｉＰＭを用いることにより、弱い戻り光Ｌ４でも検出することができるので、低い強度のレーザビームを用いて、遠方の、光反射率の低い物体も検出可能な物体検出装置を構成することができる。ＳｉＰＭではＡＰＤの２０００倍程度の増幅率を得られるため、理論的には、ＳｉＰＭを用いると、ＡＰＤを用いる物体検出装置の場合に比べ、１／２０００の出力のレーザビームを用いて、同程度の物体検出能力を得られることになる。
【０１１２】
レーザビームの強度を増すためには、大型かつ高価な装置が必要となるため、レーザビームの強度が低くてよい点は、物体検出装置の小型化や低コスト化において大きなアドバンテージとなる。しかしながら、ＳｉＰＭは、ＡＰＤと比べ、受光面のサイズが大きくなってしまうため、単純にＡＰＤをＳｉＰＭに置き換えると、外乱光の影響を受けやすくなるという問題がある。
【０１１３】
図１９を用いて、この点について説明する。図１９は、アパーチャー４４がない場合の、集光レンズ４２による戻り光Ｌ４の集光の光路を示す図である。
受光部４０において、集光レンズ４２は、入射する戻り光Ｌ４を、焦点面上に結像させるように設計される。ここでは焦点距離をｆとする。なお、戻り光は、図１８を用いて説明したように出射光が発散角αを有することに対応し、当該αの広がりを持つ視野範囲から物体検出装置１０に戻ってくる。しかしここでは、一旦、戻り光Ｌ４は完全な平行光であるとみなす。
【０１１４】
そうすると、光軸に沿って集光レンズ４２へ入射する戻り光Ｌ４は、集光レンズ４２の焦点に集光され、その後発散する。そして、受光素子４３は、その受光面全域で戻り光Ｌ４を受けるために、焦点より先の、戻り光Ｌ４が受光面の幅Ｄ′に広がる位置に配置することが好ましい。このときの集光レンズ４２から受光素子４３までの距離をｄ′とする。受光素子４３は焦点よりも手前に配置してもよく、このようにするとｄ′を小さくして装置を小型化できるが、外乱光の影響低減の観点からは、焦点よりも先に配置することが好ましい。
【０１１５】
ところで、物体検出装置１０には、戻り光Ｌ４だけでなく、様々な方角からの外乱光も入射する。その一部は、戻り光Ｌ４と同じ又は近接した光路で受光部４０に到達する。そして、集光レンズ４２の中心を通る光は集光レンズ４２を通過しても直進する性質を考慮すると、図１９に破線で示す、視野角φの範囲の外乱光Ｘ（及びこれらに平行に集光レンズ４２に入射する外乱光）は、受光素子４３に入射してしまうことになる。このφの値は、φ＝arctan（Ｄ′／ｄ′）により、近似的に求めることができる。「arctan」は、アークタンジェントである。
【０１１６】
受光素子４３としてＡＰＤを用いる場合、受光面の有効直径は例えば０．０８ｍｍ程度であるので、Ｄ′＝５０ｍｍとすると、φ≒０．１度となり、極めて限られた範囲の外乱光しか受光素子４３に入射しない。従って、外乱光Ｘが物体検出に及ぼす影響は限定的である。
しかし、受光素子４３としてＳｉＰＭを用いる場合、受光面の有効直径は例えば１．３ｍｍ程度もあり、そうすると、Ｄ′＝５０ｍｍの場合、φ≒１．５度であり、かなり広い視野角の外乱光が受光素子４３に入射することになる。ＳｉＰＭの感度が極めて高いこともあり、この状況では、太陽光が強い場合、外乱光Ｘにより受光素子４３が飽和してしまい、戻り光Ｌ４が検出できず、測距もできなくなってしまう。
【０１１７】
従って、図１９の構成では、物体検出装置の受光素子としてＳｉＰＭを用いることは難しいという問題があった。
そこで、この実施形態においては、集光レンズ４２の焦点面上にアパーチャー４４を設けることにより、この問題を解決した。
【０１１８】
図２０及び図２１を用いて、この点について説明する。図２０は、アパーチャー４４がある場合の、集光レンズ４２による戻り光Ｌ４の集光の光路を示す図である。図２１は、アパーチャー４４の通光領域の配置を示す図である。
アパーチャー４４は、集光レンズ４２の焦点面上に設けられ、戻り光Ｌ４を通過させるための通光領域（開口部）４４ａを有し、その他の部分は遮光領域４４ｂである。
【０１１９】
ここで、戻り光Ｌ４は、実際には広がり角αの視野範囲から戻ってくるため、集光レンズ４２の収差を考慮しなかったとしても焦点の一点に結像されることはなく、近似的に直径がｆ・ｔａｎαのスポットとして焦点面上に結像される。従って、戻り光Ｌ４を全て通過させるためには、通光領域４４ａの直径Ｄも、最低限ｆ・ｔａｎαだけ必要である。ただし、部品の組み付け誤差も考慮すると、直径Ｄは、最低限の値よりも少し大きい方がよい。
【０１２０】
一方、集光レンズ４２からアパーチャー４４までの距離をｄ（図２０の例では集光レンズ４２の焦点距離ｆと等しい）とすると、アパーチャー４４の通光領域４４ａを通過する外乱光Ｘは、視野角がβ＝arctan（Ｄ／ｄ）の範囲となる。従って、Ｄがあまり大きすぎても外乱光の影響が大きくなる。
これらを考慮した発明者らのシミュレーションによれば、１≦β／α≦３となる範囲で通光領域４４ａの直径Ｄを定めると、外乱光の影響を抑えつつ、多少の組み付け誤差を許容可能で、歩留まりと信頼性の高い物体検出装置１０を構成できる。
【０１２１】
以上のようなアパーチャー４４を設けることにより、図２２に破線で示すような、視野角βの範囲外からの外乱光を、アパーチャー４４により遮光して、受光素子４３に入射させないようにすることができる。図１９に示した構成の場合と比べ、図２３に示すように、集光レンズ４２の光軸を中心に視野角φと視野角βの間の範囲から入射する外乱光Ｘを、アパーチャー４４により遮光できるという捉え方もできる。一方で、視野角（発散角）αの範囲から入射する戻り光Ｌ４は、アパーチャー４４を通過して受光素子４３に入射するので、これを検出することができる。もちろん、アパーチャー４４が視野角φよりさらに外側の外乱光を遮光して差支えない。
【０１２２】
そして、アパーチャー４４の配置は、コストの点でも製造難易度の点でもさほど大きな影響があるものではない。従って、アパーチャー４４により、簡易かつ安価に外乱光の影響を低減できると言える。そして、このことにより、ＳｉＰＭの特性を活かし、上述したように低コストで検出感度のよい物体検出装置を構成することができる。ただし、ＳｉＰＭを用いることは必須ではなく、本発明は、他の受光素子への外乱光の影響を低減するためにも当然適用可能である。
【０１２３】
なお、図２０の例ではアパーチャー４４を集光レンズ４２の焦点面上に設けたが、これは必須ではない。戻り光Ｌ４のスポットは焦点面上で最も小さくなるため、アパーチャー４４を焦点面上に設けると、通光領域４４ａの径を小さくでき、外乱光の阻止に最も効果的であるが、多少焦点面からずれた位置に設けても、通光領域４４ａをその位置での戻り光Ｌ４のスポットに合ったサイズとすれば、ある程度の効果は得られる。また、焦点面からのずれが、通光領域４４ａの径にほとんど影響を与えない程度であれば、焦点面上に設けた場合と同一視できる。
【０１２４】
また、図２０では示していないが、受光部４０において、戻り光Ｌ４を集光レンズ４２に導くためのミラー４１には、出射するレーザビームＬ１を通過させるための透孔４１ａが開いている。このため、透孔４１ａの部分では戻り光Ｌ４が反射されないので、このままでは、受光素子４３に入射する戻り光Ｌ４のスポットは、透孔４１ａと対応する領域が暗いスポットとなってしまう。そうすると、暗い部分ではピークの検出信号が得られにくくなってしまうので、その分、受光素子４３の実質的な検出感度が低下してしまうことになる。
【０１２５】
そこで、図２４に示すように、アパーチャー４４と受光素子４３との間に光拡散部材４６を設け、戻り光Ｌ４を拡散して受光素子４３に入射させるとよい。このようにすれば、受光素子４３の受光面全体に戻り光Ｌ４を概ね均一に入射させることができ、検出感度の低下を防止できる。光拡散部材４６としては、磨りガラスやホログラフィックディフューザーを用いることが考えられる。
【０１２６】
〔６．その他の変形例〕
以上で実施形態の説明を終了するが、この発明において、物体検出装置の具体的な構成、具体的な動作の手順、各部のサイズその他のパラメータの値、部品の具体的な形状等は、実施形態で説明したものに限るものではない。
例えば、上述した実施形態における集光レンズ４２や投光光学系２３は、単一のレンズで構成するのみならず、複数のレンズのパワーを組み合わせて構成することも可能である。
【０１２７】
また、以上の各項目において説明した特徴は、それぞれ独立して装置やシステムに適用し得るものである。特に、受光部４０や、アクチュエータ３００、可動子３２０，３３０等は、単独で部品としても流通し得るものである。また、その用途も、物体検出装置に限られない。
また、上述した物体検出装置１０は、人の手のひらに載る程度のサイズで構成可能であり、自動車に搭載して、自動運転のための障害物検出装置として用いるために好適なものであるが、その利用目的はこれに限られない。柱や壁等に固定して、定点観測に用いることもできる。
【０１２８】
また、この発明のプログラムの実施形態は、１のコンピュータに、あるいは複数のコンピュータを協働させて、所要のハードウエアを制御させ、上述した実施形態における物体検出装置１０における、ＬＤモジュール２１の発光タイミング調整機能を含む機能を実現させ、あるいは上述した実施形態にて説明した処理を実行させるためのプログラムである。
【０１２９】
このようなプログラムは、はじめからコンピュータに備えるＲＯＭや他の不揮発性記憶媒体（フラッシュメモリ，ＥＥＰＲＯＭ等）などに格納しておいてもよい。メモリカード、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の任意の不揮発性記録媒体に記録して提供することもできる。さらに、ネットワークに接続された外部装置からダウンロードし、コンピュータにインストールして実行させることも可能である。
【０１３０】
また、以上説明してきた実施形態及び変形例の構成が、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であり、また、一部のみを取り出して実施することができることは、勿論である。
【符号の説明】
【０１３１】
１０…物体検出装置、２０…投光部、２１…ＬＤモジュール、２２…レーザ駆動回路、２３…投光光学系、３０…走査部、３１…ミラー、３２…アクチュエータ、４０…受光部、４１，４８…ミラー、４２…集光レンズ、４３…受光素子、４４…アパーチャー、４６…光拡散部材、５１…フロントエンド回路、５２…ＴＤＣ、５３…プロセッサ、５４…入出力部、６１…トップカバー、６２…リアカバー、６３…カバークリップ、６４…保護材、７０…視野、７１…走査線、７２…スポット、３００，３８０…アクチュエータ、３０１，３８１…ミラー、３０４，３８４…回転軸、３１１…コアヨーク、３１２…枠ヨーク、３１３…コイルアッセンブリ、３１４…トップヨーク、３１５…ねじ、３１６…駆動コイル、３１７…センシングコイル、３０２，３３０…可動子、３２１…永久磁石、３２１ｓ…Ｓ極、３２１ｎ…Ｎ極、３２２，３３１…ねじりばね、３２３…連結ホルダ、３３２…第１スペーサ、３３３…第２スペーサ、３４１〜３４４…接着層、３５１…制御回路、３５２…駆動信号生成回路、３５３…駆動信号、３５４…検出回路、３５５…ＡＤＣ、３５６…相互誘導電圧パターン記憶部、３５７…差分算出部、３５８…パルス発生器、３８２…軸、３８３…ホルダ、Ｌ１…レーザビーム、Ｌ２…出射光、Ｌ３，Ｌ４…戻り光
【図１】
2020008334.tif 000003
【図２】
2020008334.tif 000004
【図３】
2020008334.tif 000005
【図４】
2020008334.tif 000006
【図５】
2020008334.tif 000007
【図６】
2020008334.tif 000008
【図７】
2020008334.tif 000009
【図８Ａ】
2020008334.tif 000010
【図８Ｂ】
2020008334.tif 000011
【図９】
2020008334.tif 000012
【図１０】
2020008334.tif 000013
【図１１】
2020008334.tif 000014
【図１２】
2020008334.tif 000015
【図１３】
2020008334.tif 000016
【図１４】
2020008334.tif 000017
【図１５】
2020008334.tif 000018
【図１６】
2020008334.tif 000019
【図１７】
2020008334.tif 000020
【図１８】
2020008334.tif 000021
【図１９】
2020008334.tif 000022
【図２０】
2020008334.tif 000023
【図２１】
2020008334.tif 000024
【図２２】
2020008334.tif 000025
【図２３】
2020008334.tif 000026
【図２４】
2020008334.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月10日(2018.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを外部へ投光する投光部と、
受光素子と、
外部からの入射光を前記受光素子へ導く受光光学系と、
前記レーザビームの投光タイミングと、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、
前記受光光学系が、
入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、
前記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出装置であって、
前記投光部によるレーザビームの投光時の発散角をα、前記アパーチャーの通光領域の直径をＤ、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであることを特徴とする物体検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の物体検出装置であって、
１≦β／α≦３であることを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記受光素子はシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）であって、
前記集光レンズを通過した光が、前記シリコンフォトマルチプライヤーの受光面の全域に入射することを特徴とする物体検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記アパーチャーと前記受光素子との間に光拡散部材を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部を備え、
前記物体検出部は、前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出することを特徴とする物体検出装置。
【請求項７】
レーザビームを外部へ投光し、
外部からの入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、
前記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーにより、前記集光レンズにより集光された光を絞り、
前記アパーチャーを通過した光を受光素子に入射させ、
前記レーザビームの投光タイミングと、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離を検出することを特徴とする物体検出方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、レーザ光を用いて該レーザ光の光路上の物体を検出する物体検出装置及び物体検出方法に関する。
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月26日(2018.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点が配列されたレーザ光源と、
前記複数の発光点が出力するレーザ光から、前記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、
シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、
前記レーザビームを外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、前記受光素子へ導く光学系と、
前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、
前記光学系が、
前記入射光を前記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、
前記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、
前記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備え、
前記発散角の大きさをα、前記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径をＤ、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出装置であって、
１≦β／α≦３であることを特徴とする物体検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の物体検出装置であって、
前記集光レンズを通過した光が、前記シリコンフォトマルチプライヤーの受光面の全域に入射することを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記アパーチャーと前記受光素子との間に光拡散部材を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項５】
複数の発光点が配列されたレーザ光源が出力するレーザ光にレンズを通過させて前記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成し、
前記レーザビームを、走査部によりその投光方向を周期的に変動させながら外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、
光学素子により、前記入射光を前記レーザビームの投光光路から分離して、該分離された入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、
前記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーであって、前記発散角の大きさをα、前記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径をＤ、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるアパーチャーにより、前記集光レンズにより集光された光を絞り、
前記アパーチャーを通過した光を、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子に入射させ、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項６】
複数の発光点が配列されたレーザ光源と、前記複数の発光点が出力するレーザ光から、前記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、前記レーザビームを外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、前記受光素子へ導く光学系と、前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備え、前記光学系が、前記入射光を前記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、前記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、前記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備える物体検出装置を設計する設計方法であって、
前記発散角の大きさαと、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離ｄとに基づき、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、前記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径Ｄを、α≦βとなるように定めることを特徴とする物体検出装置の設計方法。
【請求項７】
請求項６に記載の物体検出装置の設計方法であって、
前記径Ｄを、１≦β／α≦３になるように定めることを特徴とすることを特徴とする物体検出装置の設計方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、レーザ光を用いて該レーザ光の光路上の物体を検出する物体検出装置及び物体検出方法に関する。また、このような物体検出装置の設計方法にも関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以上の目的を達成するため、この発明の物体検出装置は、複数の発光点が配列されたレーザ光源と、上記複数の発光点が出力するレーザ光から、上記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、上記レーザビームを外部へ投光すると共に、その投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、上記受光素子へ導く光学系と、上記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、上記光学系が、上記入射光を上記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、上記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、上記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーを備え、上記発散角の大きさをα、上記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径をＤ、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
このような物体検出装置において、１≦β／α≦３であるとよい。
さらに、上記集光レンズを通過した光が、上記シリコンフォトマルチプライヤーの受光面の全域に入射するとよい。
さらに、上記アパーチャーと上記受光素子との間に光拡散部材を備えるとよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、この発明の物体検出方法は、複数の発光点が配列されたレーザ光源が出力するレーザ光にレンズを通過させて上記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成し、上記レーザビームを、走査部によりその投光方向を周期的に変動させながら外部へ投光すると共に、その投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、光学素子により、上記入射光を上記レーザビームの投光光路から分離して、その分離された入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、上記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーであって、上記発散角の大きさをα、上記アパーチャーの通光領域の、上記発散角と対応する方向の径をＤ、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるアパーチャーにより、上記集光レンズにより集光された光を絞り、上記アパーチャーを通過した光をシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子に入射させ、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出するものである。
また、この発明の物体検出装置の設計方法は、複数の発光点が配列されたレーザ光源と、上記複数の発光点が出力するレーザ光から、上記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、上記レーザビームを外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、上記受光素子へ導く光学系と、上記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備え、上記光学系が、上記入射光を上記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、上記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、上記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備える物体検出装置を設計する設計方法であって、上記発散角の大きさαと、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離ｄとに基づき、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、上記アパーチャーの通光領域の前記発散角と対応する方向の径Ｄを、α≦βとなるように定めるものである。
このような物体検出装置の設計方法において、上記径Ｄを、１≦β／α≦３になるように定めるとよい。
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月15日(2019.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光点が配列されたレーザ光源と、
前記複数の発光点が出力するレーザ光から、前記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、
前記レーザビームと対応する１つのシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、
前記レーザビームを外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、前記受光素子へ導く光学系と、
前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、
前記光学系が、
前記入射光を前記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、
前記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、
前記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備え、
前記発散角の大きさをα、前記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径をＤ、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出装置であって、
１≦β／α≦３であることを特徴とする物体検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の物体検出装置であって、
前記集光レンズを通過した光が、前記シリコンフォトマルチプライヤーの受光面の全域に入射することを特徴とする物体検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物体検出装置であって、
前記アパーチャーと前記受光素子との間に光拡散部材を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項５】
複数の発光点が配列されたレーザ光源が出力するレーザ光にレンズを通過させて前記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成し、
前記レーザビームを、走査部によりその投光方向を周期的に変動させながら外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、
光学素子により、前記入射光を前記レーザビームの投光光路から分離して、該分離された入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、
前記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーであって、前記発散角の大きさをα、前記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径をＤ、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるアパーチャーにより、前記集光レンズにより集光された光を絞り、
前記アパーチャーを通過した光を、前記レーザビームと対応する１つのシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子に入射させ、
前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出することを特徴とする物体検出方法。
【請求項６】
複数の発光点が配列されたレーザ光源と、前記複数の発光点が出力するレーザ光から、前記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、前記レーザビームと対応する１つのシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、前記レーザビームを外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、前記受光素子へ導く光学系と、前記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、前記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、前記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、前記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備え、前記光学系が、前記入射光を前記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、前記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、前記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備える物体検出装置を設計する設計方法であって、
前記発散角の大きさαと、前記集光レンズから前記アパーチャーまでの距離ｄとに基づき、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、前記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径Ｄを、α≦βとなるように定めることを特徴とする物体検出装置の設計方法。
【請求項７】
請求項６に記載の物体検出装置の設計方法であって、
前記径Ｄを、１≦β／α≦３になるように定めることを特徴とすることを特徴とする物体検出装置の設計方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以上の目的を達成するため、この発明の物体検出装置は、複数の発光点が配列されたレーザ光源と、上記複数の発光点が出力するレーザ光から、上記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、上記レーザビームと対応する１つのシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、上記レーザビームを外部へ投光すると共に、その投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、上記受光素子へ導く光学系と、上記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備える物体検出装置であって、上記光学系が、上記入射光を上記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、上記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、上記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーを備え、上記発散角の大きさをα、上記アパーチャーの通光領域の、前記発散角と対応する方向の径をＤ、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、この発明の物体検出方法は、複数の発光点が配列されたレーザ光源が出力するレーザ光にレンズを通過させて上記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成し、上記レーザビームを、走査部によりその投光方向を周期的に変動させながら外部へ投光すると共に、その投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、光学素子により、上記入射光を上記レーザビームの投光光路から分離して、その分離された入射光を集光レンズにより所定の焦点面上に結像させ、上記集光レンズの焦点面上に配置したアパーチャーであって、上記発散角の大きさをα、上記アパーチャーの通光領域の、上記発散角と対応する方向の径をＤ、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離をｄ、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、α≦βであるアパーチャーにより、上記集光レンズにより集光された光を絞り、上記アパーチャーを通過した光を上記レーザビームと対応する１つのシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子に入射させ、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出するものである。
また、この発明の物体検出装置の設計方法は、複数の発光点が配列されたレーザ光源と、上記複数の発光点が出力するレーザ光から、上記複数の発光点の配列方向に発散角を持つレーザビームを生成するレンズと、上記レーザビームと対応する１つのシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）である受光素子と、上記レーザビームを外部へ投光すると共に、該投光と同じ光軸で、外部から入射する入射光を導光し、上記受光素子へ導く光学系と、上記投光部によるレーザビームの投光方向を周期的に変動させる走査部と、上記レーザビームの投光タイミング及び投光方向と、上記受光素子が出力する光検出信号のタイミングとに基づき、上記レーザビームの光路上の物体までの距離及びその物体がある方向を検出する物体検出部とを備え、上記光学系が、上記入射光を上記レーザビームの投光光路から分離する光学素子と、上記光学素子により分離された入射光を所定の焦点面上に結像させる集光レンズと、上記集光レンズの焦点面上に配置されたアパーチャーとを備える物体検出装置を設計する設計方法であって、上記発散角の大きさαと、上記集光レンズから上記アパーチャーまでの距離ｄとに基づき、β＝arctan（Ｄ／ｄ）として、上記アパーチャーの通光領域の前記発散角と対応する方向の径Ｄを、α≦βとなるように定めるものである。
このような物体検出装置の設計方法において、上記径Ｄを、１≦β／α≦３になるように定めるとよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
一例として、一般的なＡＰＤでは出力信号は入力信号（受光面に入射する光の強度）に対して約５０倍の増幅率であるところ、浜松フォトニクス社が販売するＭＰＰＣ（Multi-pixel Photon Counter：登録商標）では、約１０万倍の増幅率を得ることができるものもある（https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/Photodetector_lidar_kapd0005e.pdf）。