CN109991619A - 物体检测装置、物体检测方法及物体检测装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物体检测装置、物体检测方法及物体检测装置的设计方法。物体检测装置包括：透镜，从多个发光点输出的激光生成激光束，所述激光束在上述多个发光点的分布方向上具有发散角；以及光学系统，将激光束投射到外部，并在与该投射光轴相同的轴向上导入从外部入射的入射光，将该入射光导向受光元件，物体检测装置检测到上述激光束光路上物体的距离及该物体的方向，在上述光学系统中，设置有使入射光成像在规定的焦平面上的聚光透镜、以及配置在上述聚光透镜的焦平面上的光阑。将上述发散角的大小设为α、将上述光阑透光区域的与上述发散角对应方向的大小设为D、将从上述聚光透镜到上述光阑的距离设为d、并设为β＝arctan(D/d)的情况下，上述光阑满足α≤β。

Description

物体检测装置、物体检测方法及物体检测装置的设计方法

技术领域

本发明涉及使用激光检测该激光光路上的物体的物体检测装置以及物体检测方法。另外，还涉及这样的物体检测装置的设计方法。

背景技术

以往已知存在以下物体检测装置：向外部照射激光的脉冲，并检测由物体反射而返回来的激光，从而检测处于激光光路上的物体以及距该物体的距离。这样的物体检测装置被称为激光定位器(LiDAR：Light Detection and Ranging，光探测和测距)。

近年来，激光定位器即使在汽车的自动驾驶领域也被有效利用。为了弥补容易受到外部的照明环境的影响的相机传感器、分辨率低的毫米波雷达的缺点，且高精度地检测行驶环境下的比较小型的障碍物，激光定位器与相机传感器、毫米波雷达一并使用等。

能够用于自动驾驶领域的激光定位器的例子例如被记载在专利文献1中。专利文献1记载的激光定位器与测量角度相匹配，作为光源的近红外线激光和作为接收机的光检测元件成对配置在基板上，为了获取视野内的高分辨率的距离信息，使用32组或者64组的光源-接收机配对。因此，装置的成本非常高。

另外，其他的激光定位器的例子被记载在非专利文献1中。非专利文献1记载的激光定位器分别使具有倾斜角不同的三个面的多面镜旋转，由该多面镜将激光束偏转，由此在垂直方向4.5°的视野角的范围内投射激光束，并由多面镜的与投射时相同的面反射来自物体的反射光，并引导到光检测元件来进行检测。

在非专利文献1记载的激光定位器中，能够由一个受光元件检测来自垂直方向的多个位置的反射光。但是，在非专利文献1记载的激光定位器中，由于使用按照每个反射面而倾斜角不同的多面镜，因此其重心的设计难，在该点上存在成本变高的问题。另外，当多面镜的高速旋转长时间持续时，会由于摩擦使得轴承发热和摩耗，在长时间使用时的维护性方面也存在问题。

关于使用了旋转反射镜的激光定位器在非专利文献2中也有记载，但是在该文献中对激光定位器的构成没有详细的说明。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第8767190号说明书

非专利文献

非专利文献1：Cristiano Niclass，et al.，“A 100-m Range 10-Frame/s 340×96-Pixel Time-of-Flight Depth Sensor in 0.18-μm CMOS”，IEEE J OURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，Instituteof Electrical and Electr onics Engineers，FEBRUARY2013，VOL.48，NO.2，p.559-572；

非专利文献2：清水直茂，“レベル3実現に冗长系や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。

发明内容

然而，在激光定位器中的物体检测中，为了检测在更远距离、光反射率更低的物体，考虑提高受光元件(光检测元件)的检测灵敏度以能够检测更弱的反射光。但是，由于从用于获取来自物体的反射光的光路上也会入射干扰光，因此当提高受光元件的检测灵敏度时，不仅来自物体的反射光变大，干扰光的检测信号也变大，将干扰光误认为是来自物体的反射光的可能性也变高。

因此，以往较多进行以下方法：通过提高照射的激光束的输出，由此反射光的强度也变强，相对地降低干扰光的影响。但是，在该方法中，为了生成高输出的激光束而装置大型化、价格高，并且在光路上投射高输出的激光束在安全性方面也存在问题。

此外，如以上这样的干扰光的问题，并不仅仅在以激光束进行扫描的情况下会产生，在仅对一个方向上的物体进行检测的情况下也同样会产生。

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于：在使用受光元件检测反射光的情况下，简单并且便宜地降低干扰光的影响，该反射光是向外部投射的激光束的、从外部入射的反射光。

为了实现以上目的，本发明的物体检测装置包括：投射部，向外部投射激光束；受光元件；光学系统，将来自外部的入射光导向上述受光元件；以及基于上述激光束的投射时刻和上述受光元件输出的光检测信号的时刻检测距上述激光束光路上物体的距离，上述光学系统包括时入射光成像在焦平面上的聚光透镜以及配置在上述聚光透镜的焦平面上的光阑。

上述投射部可以包括：激光源，含有多个发光点；以及透镜，从上述多个发光点输出的激光生成激光束，所述激光束在上述多个发光点的分布方向上具有发散角。上述受光元件可以是硅光电倍增管(SiPM)。上述光学系统可以在与上述投射光轴相同的轴向上导入外部入射光，并将该入射光导向上述受光元件。

另外，上述物体检测装置可以包括使上述投射部的激光束的投射方向周期地变化的扫描部，上述物体检测部可以基于上述激光束的投射时刻和投射方向、以及上述受光元件输出的光检测信号的时刻，检测距上述激光束光路上物体的距离以及该物体存在的方向。

上述光学系统可以包括：光学元件，将上述入射光从上述激光束的投射光路分离；聚光透镜，使由上述光学元件分离的入射光成像在焦平面上；以及光阑，被配置在上述聚光透镜的焦平面上，将上述发散角的大小设为α、将上述光阑透光区域的与所述发散角对应的方向的大小设为D、将从上述聚光透镜到上述光阑的距离设为d，并设为β＝arctan(D/d)，则α≤β。

还可以是，1≤β/α≤3。

还可以是，通过了上述聚光透镜的光入射到上述硅光电倍增管的受光面的整个区域。

还可以是，在上述光阑与上述受光元件之间具有光扩散部件。

另外，本发明目的在于，还提供以小型且耐久性高的构成实现使激光束的投射方向周期性地变化的扫描的其他的物体检测装置。

该物体检测装置包括：投射部，向外部投射激光束；扫描部，使基于上述投射部的激光束的投射方向周期地变化；受光元件；受光光学系统，将来自外部的入射光向上述受光元件引导；以及物体检测部，基于上述激光束的投射时刻和投射方向、以及上述受光元件输出的光检测信号的时刻，检测距上述激光束光路上物体的距离以及该物体的方向，上述扫描部包括：扭簧，固定于支撑部件；反射镜，固定于上述扭簧的一个面上，用于反射上述激光束；永久磁铁，固定于上述扭簧的另一个面上，其N极位于跨越上述扭簧的旋转轴的一侧，S极位于另一侧；驱动线圈，被配置在上述永久磁铁的上述扭簧的相反侧；磁性体，围绕上述驱动线圈；驱动部，对上述驱动线圈施加周期变化的电压或者电流的驱动信号；检测部，检测上述反射镜的旋转速度；以及周期控制部，根据上述检测部检测出的旋转速度，控制上述投射部投射的激光束的亮灭周期，上述反射镜根据上述驱动信号的施加而往复运动。

还可以是：所述扫描部包括感应线圈，所述感应线圈具有与所述驱动线圈共用的芯材，所述检测部基于在所述感应线圈中产生的电压或者电流检测所述反射镜的旋转速度，所述周期控制部根据所述检测部检测出的电压或者电流的电平，控制所述投射部投射的激光束的亮灭周期。

还可以是，在所述检测部检测出的电压或者电流的电平是第一电平的情况下，与是第二电平的情况相比，所述控制部缩短所述亮灭周期，所述第一电平表示所述反射镜处于所述往复驱动的路径的中央附近，所述第二电平表示所述反射镜处于所述往复驱动的路径的端部附近。

另外，可以是：在从所述驱动线圈的轴的与所述永久磁铁对置的一端沿着该轴的方向观察时，所述磁性体的、与所述永久磁铁的N极以及S极对置的端部分别处于从将该N极和该S极连结的所述永久磁铁中心线偏离的位置。

可以是：所述磁性体具有突出部，所述突出部以与所述永久磁铁的N极和S极对置的方式朝向可动件，并分别向该可动件延伸，所述可动件包括所述扭簧、所述反射镜以及所述永久磁铁，在从所述驱动线圈的轴的与所述永久磁铁对置的一端沿该轴的方向观察时，所述各突起部的、与所述永久磁铁的N极和S极分别对置的端部处于从将该N极和该S极连结的所述永久磁铁中心线偏离的位置。

另外，可以是：所述扭簧是由具有折痕的板材形成的，并包括由所述折痕形成的直线状的突起部，所述永久磁铁以跨越所述突起部的方式被固定于所述扭簧的另一个面，所述N极位于跨越所述突起部的一侧，所述S极位于另一侧。

还可以是，上所述突起部的截面形状是V字型。

还可以是，所述驱动线圈的轴的一端与所述永久磁铁的S极与N极的中间点对置。

另外，本发明的控制方法是控制上述任一个的物体检测装置的控制方法，包括：检测所述反射镜的旋转速度，并根据该检测出的电压或者电流的电平控制所述投射部投射的激光束的亮灭周期。

例如，本发明的控制方法是控制物体检测装置的控制方法，所述物体检测装置包括：投射部，向外部投射激光束；扫描部，使基于所述投射部的激光束的投射方向周期地变化；受光元件；受光光学系统，将来自外部的入射光向所述受光元件引导；以及物体检测部，基于所述激光束的投射时刻和投射方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的时刻，检测距所述激光束光路上物体的距离以及该物体的方向，所述扫描部包括：扭簧，固定于支撑部件；反射镜，固定于所述扭簧的一个面上，用于反射所述激光束；永久磁铁，固定于所述扭簧的另一个面上，其N极位于跨越所述扭簧的旋转轴的一侧，S极位于另一侧；驱动线圈，被配置在所述永久磁铁的与所述扭簧的相反侧；磁性体，围绕所述驱动线圈；驱动部，对所述驱动线圈施加周期变化的电压或者电流的驱动信号；检测部，检测所述反射镜的旋转速度；以及周期控制部，根据所述检测部检测出的旋转速度，控制所述投射部投射的激光束的亮灭周期，所述反射镜是根据所述驱动信号而往复运动的，所述控制方法包括第一步骤：检测所述反射镜的旋转速度，并根据该检测出的旋转速度控制所述投射部投射的激光束的亮灭周期。

还可以是：在所述第一步骤中，基于在所述感应线圈中产生的电压或者电流检测所述反射镜的旋转速度，根据该检测出的电压或者电流的电平控制所述投射部投射的激光束的亮灭周期。

还可以是：在所述第一步骤中，在所述检测部检测出的电压或者电流的电平是第一电平的情况下，与是第二电平的情况相比，缩短所述亮灭周期，所述第一电平表示所述反射镜处于所述往复驱动的路径的中央附近，所述第二电平表示所述反射镜处于所述往复驱动的路径的端部附近。

另外，本发明的记录介质是：能够由设备读取，并存储有程序指令，所述程序指令能够由计算机执行，并且在被执行的情况下，使一台计算机或者多台联合工作的计算机执行上述任一控制方法。

另外，以上作为装置、方法或者程序等来进行了说明的发明不仅是其说明的方式，还能够以装置、系统、方法、程序、记录程序的记录接着等任意的方式实施。

根据以上的本发明的构成，在使用受光元件检测向外部投射的激光束的、从外部入射的反射光的情况下，能够简单并且便宜地降低干扰光的影响。

附图说明

图1是针对将该发明的一实施方式的物体检测装置10的主要构成要素关注其功能来进行区分示出的框图；

图2是用于对物体检测装置10中的物体检测的原理进行说明的图；

图3是示出物体检测装置10的主要构成要素的构造的分解立体图；

图4是示出物体检测装置10的外观的立体图；

图5是与图3比放大示出致动器300、380的概略的外观以及配置的图；

图6是示出构成致动器300的部件的构造以及其组装工序的概略的分解立体图；

图7是示出构成致动器300的可动件320的部件的构造的分解立体图；

图8A是从箭头M方向观察图6的(d)所示的致动器300的由单点划线示出的面中的截面的截面图；

图8B是示出致动器300的变形例的构成的、与图8A对应的的截面图；

图9是示出反射镜301的扫描角与扫描角速度的绝对值的关系的曲线图；

图10是示出半导体激光管模块21的驱动信号的例子的图；

图11是示出在使用了图10的驱动信号的情况下基于在扫描线上形成的出射光L2的光点的例子的图；

图12是将用于控制半导体激光管模块21的驱动信号的脉冲的间隔的控制电路的构成与其周边的电路一起示出的图；

图13是示出在图12的电路中生成的半导体激光管模块21的驱动信号的例子的图；

图14是示出在使用了图13的驱动信号的情况下基于在扫描线上形成的出射光L2的光点的例子的图；

图15是示意性地示出从投射部20投射的激光束的光路的图；

图16是示出没有光阑44的情况下的、基于聚光透镜42的返回光的返回光L4的聚光的光路的图；

图17是示出具有光阑44的情况下的、基于聚光透镜42的返回光L4的聚光的光路的图；

图18是示出光阑44的透光区域的配置的图；

图19是对光阑44的效果进行说明的图；

图20是用于对光阑44的效果进行说明的另一图；

图21是示出设置有光扩散部件46的情况下的基于聚光透镜42的返回光L4的聚光的光路的，与图17对应的图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

[1.物体检测装置的整体构成(图1至图4)]

首先，对于作为本发明一实施方式的物体检测装置的整体构成，使用图1以及图2对主要的构成要素关注其功能来区分说明。图1是将物体检测装置的主要构成要素关注其功能来区分示出的框图。图2是用于对物体检测装置中的物体检测的原理进行说明的图。

作为本发明一实施方式的物体检测装置10是以下装置：将激光束投射到外部，并检测由外部的物体反射回来的激光束，基于其投射时刻和反射光的检测时刻的差，检测距处于激光束光路上的物体的距离及该物体存在的方向。如图1所示，该物体检测装置10包括投射部20、扫描部30、受光部40、前端电路51、TDC(时间-数字转换器：Time-to-DigitalConverter)52、处理器53、输入输出部54。

其中的投射部20是用于将激光束投射到外部的模块，包括半导体激光管(LD)模块21、激光驱动电路22以及投射光学系统23。

半导体激光管模块21是根据从激光驱动电路22施加的驱动信号输出激光的发光部。这里，可以使用具有多个发光点的装置提高输出的强度，但发光点可以是一个。对激光的波长没有特别的限制，例如能够使用近红外光的激光。

激光驱动电路22生成用于在根据从处理器53供给的参数的时刻使半导体激光管模块21点亮的驱动信号，该激光驱动电路22是用于对半导体激光管模块21施加驱动信号的电路。半导体激光管模块21的点亮通过脉冲波而间歇地进行。

投射光学系统23是用于使半导体激光管模块21输出的激光成为平行光的光束的光学系统，在本实施方式中，使用的是由凸透镜构成的准直透镜，该凸透镜的焦点位于半导体激光管模块21所具备的多个发光点的中心。

另外，由投射光学系统23形成的激光束L1通过受光部的反射镜41的透孔41a，并被扫描部30的反射镜31反射，作为出射光L2向物体检测装置10外部射出。

接着，扫描部30使由投射部20输出的激光束偏转，该扫描部30是用于扫描规定的视野(FOV：Field of View)70内的模块，并具备具有反射镜31的致动器32。致动器32通过周期地改变设置在激光束光路上的反射镜31的朝向，来周期地改变激光束的投射方向。

另外，在图1中仅示出了一个致动器32，实际上，如图3及图5所示，致动器32由分别以不同的轴为中心而使反射镜摆动的两个致动器300、380构成。并且，致动器300负责主扫描方向的扫描而形成主扫描方向(Horizontal)扫描线71a，致动器380在主扫描方向的扫描的端部使反射镜的朝向变化，形成副扫描方向(Vertical)扫描线71b，并且调整副扫描方向的扫描位置。

此外，由于半导体激光管模块21间歇地点亮，因此实际上扫描线71不是连续的线，而是光束点的集合。

接着，受光部40是用于检测从物体检测装置10的外部入射的光的模块，具备反射镜41、聚光透镜42、受光元件43、光阑44。希望由该受光部40检测的光是从物体检测装置10投射并由外部的物体反射而返回的激光束。激光束在物体面漫反射，其中只有向与投射时的光路相反方向反射的光作为返回光L3返回到物体检测装置10。该返回光L3在与出射光L2大致相同的路径上反向行进，作为返回光L4到达反射镜41。

反射镜41具备用于使从投射部20输出的激光束通过的透孔41a，并且是用于将返回光L4导向受光元件43的固定的反射镜。在反射镜41位置，由于返回光L4与激光束L1相比扩散更大，因此，在比透孔41a宽的范围内照射到反射镜41，照射到透孔41a以外位置的光被向受光元件43反射。

聚光透镜42是将由反射镜41反射的返回光L4聚光并在规定的焦平面上成像的透镜。

受光元件43是输出与照射到规定的受光面上的光的强度对应的检测信号的光检测元件。在该实施方式中，使用硅光电倍增器(SiPM)作为受光元件。关于这一点将在后面详细叙述。

光阑44配置在聚光透镜42的焦平面上，遮挡开口部以外的光。关于该光阑44的详细结构及其意义，也将在后面叙述。

以上的反射镜41、聚光透镜42及光阑44构成受光光学系统。

接着，前端电路51是将受光元件43输出的检测信号整形为适合于TDC 52中的时刻检测的波形的电路。

TDC 52基于从激光驱动电路22供给的驱动信号和从前端电路51供给的整形后的检测信号，形成数字输出的电路，该数字输出表示成为出射光的激光束L1的点亮脉冲的时刻t0和与其对应的返回光L4的脉冲的时刻t1的时间差。

在出射光的脉冲和返回光的脉冲中，由于存在光到达光路上的物体并返回所需的时间的时间差，所以基于该时间差Δt，如图2所示，能够将从物体检测装置10到物体的距离s作为s＝c(Δt)/2求出。c是光速。另外，上述s准确地说是从物体到受光元件43的光路长度。

处理器53是对图1所示的各部的动作进行控制的控制部。可以由具有CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)、ROM(read only memory，只读存储器)、RAM(randomaccess memory，随机存取存储器)等并执行软件的通用计算机构成，也可以由专用的硬件构成，还可以是它们的组合。处理器53例如基于来自TDC 52的输出信号计算到物体的距离，计算基于在返回光的检测时刻的扫描部30的扫描时刻(出射光L2的投射方向)的物体所在的方向。另外，在后详细叙述，还进行与扫描部30中的反射镜31的朝向对应的半导体激光管模块21的点亮间隔的控制。

输入输出部54是进行与外部之间的信息的输入输出的模块。这里所说信息的输入输出包含：与外部装置间的有线或无线的通信、接受来自用户的使用按钮或触摸面板等的操作、使用显示器、灯、扬声器、振动器等向用户提示信息。作为输入输出部54应向外部输出的信息，例如可以考虑与检测出的物体有关的信息(可以是距离或方向的原始数据，也可以是基于它们的规定的尺寸、位置、移动速度等表示检测出物体的信息)、与物体检测装置10的动作状态或设定状态有关的信息。作为输入输出部54应从外部接受输入的信息，例如考虑与物体检测装置10的动作的设定有关的信息。

作为由输入输出部54进行的通信的对象，例如可以考虑具备自动驾驶系统的汽车。若将物体检测装置10检测出的物体的信息提供给自动驾驶系统，则自动驾驶系统能够参照该信息规划其行驶路线而规避检测到的物体。

另外，也可以考虑将本发明作为包含物体检测装置10及其通信对象的汽车或无人机、飞机等装置的系统来实施。

接着，使用图3和图4对物体检测装置10的概略结构进行说明。图3是表示物体检测装置的主要构成要素的结构的分解立体图，图4是表示物体检测装置的外观的立体图。

如图3和图4所示，物体检测装置10具有通过两个盖夹63、63将顶盖61和后盖62结合的外壳。另外，顶盖61具备用于使出射光L2通过的窗，在该窗中嵌入有用于防止灰尘侵入的、对出射光L2的波长透明的保护件64。

在这些壳体的内侧收纳有图1所示的各构成要素。另外，作为图1所示的致动器32，示出了负责主扫描方向的扫描的致动器300和负责副扫描方向的扫描的致动器380这两个致动器。反射镜301是致动器300所具备的反射镜。

另外，反射镜48在图1中未示出，是处于反射镜41和聚光透镜42之间并用于改变返回光L4的朝向的光学元件。虚线65表示物体检测装置10的视野(基于出射光L2的扫描范围)，与图1的视野70对应。为了看图方便，激光驱动电路22、处理器53等电路和模块间的布线在图3中省略了图示。

以上结束了整体结构的说明，以下，对物体检测装置10的几个构成要素分别进行说明。

[2.使用了扭簧的摆动致动器(图5至图8B)]

如上所述，扫描部30具备致动器300和380，但由于其中致动器300具备特征性的结构，因此下面对这一点进行说明。

在图5中，致动器300、380的示意性外观和布置与图3相比被放大地示出。

如图5所示，致动器300和致动器380结构大不相同。

致动器380由于用于出射光L2的副扫描方向的偏转，因此不要求那么高速的运动，因此使用使反射镜以物理轴为中心进行旋转运动的类型的致动器。该致动器380构成为：将反射镜381固定在轴382上，将轴382插入到支架383中并可旋转地安装。并且，通过配置在反射镜381的里侧的永久磁铁及线圈的作用，反射镜381根据施加在线圈上的电压，以轴382的中心绕旋转轴384旋转，并在规定的角度范围内往复运动。通过调节电压的强度，还可以使反射镜停止在运动范围内的期望角度处。

这种致动器被称为电流镜。一般而言，广泛使用通过对轴的一端施加力而使安装在轴的另一端的反射镜旋转的结构，如致动器380那样，即使对轴施加力的位置和反射镜的安装位置在轴的长度方向上为相同的位置，也能够以同样的原理进行驱动。

另一方面，致动器300用于出射光L2的主扫描方向的偏向，因此要求高速的运动，并且还要求能够长时间持续该高速运动的耐久性。因此，作为致动器300，使用符合这样的目的的新型致动器。

其具体结构使用图6至图8A进行详细说明，概略而言，致动器300被构成为：将反射镜301在具有直线状的突起部的扭簧302的一个面上以横跨突起部的方式固定，将扭簧302的端部固定在作为支承部件的顶轭314上。并且，通过配置在扭簧302的另一个面侧的永久磁铁及线圈的作用，根据施加在线圈上的电压，扭簧302及反射镜301以旋转轴304为中心旋转，在规定的角度范围内往复运动，该旋转轴304位于扭簧302的突起部的大致中心。

扫描部30通过由以上致动器300、380驱动的反射镜301、381反射激光束L1并使其偏转，由此能够将在图1所示的扫描线71上扫描的出射光L2向外部投射。

另外，作为进行副扫描方向的偏转扫描的致动器，当然也可以使用与致动器300相同结构的致动器。

接着，使用图6至图8A，更详细地说明致动器300的结构和动作原理。图6是表示构成致动器300部件的结构及其组装工序的概略的分解立体图，还包括在其最终工序中完成的致动器300的立体图。图7是表示构成致动器300的可动件320的部件的结构的分解立体图。图8A是从箭头M方向观察图6的(d)所示的致动器300的单点划线所示的面的截面的剖视图。但是，为了容易观察图，在图8A中省略线圈组件313的图示，示意性地表示线圈的卷绕方法。

如图6的(a)所示，致动器300具备磁芯轭311、框轭312、线圈组件313、顶轭314以及可动件320。

其中，框轭312和顶轭314形成由包围线圈的磁性体构成的外装。框轭312和顶轭314通过贯穿4组螺纹孔312b、314b的4根螺钉315，以在内部保持线圈组件313的方式固定。

线圈组件313在由非磁性体构成绕线管313a上卷绕图8A所示的驱动线圈316及检测线圈317这两个线圈，由保护罩313c覆盖其外侧。在绕线管313a的内部设置有用于使磁芯部311a通过的插通孔313b。另外，保护罩313c在未被外壳覆盖位置具备用于向驱动线圈316施加驱动信号的端子、以及用于输出在感测线圈317中产生的信号的端子。

磁芯轭311具备由铁磁体制成的磁芯部311a，磁芯部311a为驱动线圈316和感测线圈317的磁芯。

这些各部件如图6的(b)所示，将磁芯轭311的磁芯部311a插入框轭312的插通孔312a中，然后如(c)所示将磁芯部311a插入线圈组件313的插通孔313b中进行线圈组件313的定位，然后，如(d)所示，通过螺钉315固定顶轭314和框轭312，使其一体化。

此时，在(a)至(b)工序中，将磁芯部311a固定在框轭312上，在(b)至(c)的工序中，将线圈组件313固定在磁芯部311a(以及框轭312)上。该固定考虑使用未图示的螺钉、或焊接、或粘接来进行，或者通过使插入侧的部件比接收侧的空间稍大而向接收位置压入来进行，或者通过这些组合来进行。

另外，在图6的(b)及(c)中，考虑空间而省略了可动件320的图示。

另外，如图7所示，可动件320除了反射镜301和扭簧302之外，还具备永久磁铁321和连结支架323。

这些中的扭簧302是通过冲压加工或折叠加工等将金属板折弯而形成的弹簧，通过其折痕而具备具有V字型截面的直线状的突起部302c。另外，在突起部302c中央附近具备以跨越突起部302c的方式向两侧突出的平面部302b，在突起部302c的两端分别具备以跨越突起部302c方式向两侧突出的平面部302a。这些突起部302c和平面部302a、302b全部为一体，通过将一张板状部件折弯而形成这些各部，可以低成本地形成具有足够强度的扭簧302。

另外，两端的平面部302a和平面部302b在自然状态下全部位于同一平面上。但是，当在将两端的平面部302a固定在同一平面上的状态下对平面部302b施加以突起部302c为中心旋转的力时，突起部302c扭曲，平面部302b以突起部302c为中心旋转移动。当停止施加力时，利用弹簧的复原力消除突起部302c的扭曲，平面部302b返回到与平面部302a相同的平面上。

另外，永久磁铁321以N极321n位于跨越突起部的一侧、S极321s位于另一侧的方式固定在平面部302b的与突起部302c相反侧的面上。N极321n和S极321s位置即使与图相反也没有问题。

永久磁铁321和平面部302b之间的固定通过用连结支架323如图8A所示从外侧夹住永久磁铁321和平面部302b来进行。并且，通过相互粘接等固定连结支架323、永久磁铁321和平面部302b。也可以考虑使用具有弹性的连结支架323，通过其弹性力进行固定。也可以将它们组合使用。另外，也可以考虑通过外嵌成形在扭簧302上与扭簧302一体地形成树脂制的连结支架323。

图8A是通过平面部302b的中央附近、与突起部302c的长度方向垂直的平面的剖视图。

反射镜301固定在连结支架323的与平面部302b相反一侧的面上。该固定通过粘接来进行。粘接剂可以使用任意的粘接剂，但优选固化收缩少的粘接剂。

在预先组装图7所示的各部件后，在图6的(c)和(d)之间的工序中，以上的可动件320相对于顶轭314的可动件保持部314a固定。该固定通过未图示螺钉将平面部302a螺纹固定于可动件保持部314a来进行，或者通过将平面部302a和可动件保持部314a粘接或焊接来进行，或者将平面部302a插入到设置在可动件保持部314a上狭缝中来进行等，能够通过任意方法进行。

在可动元件320被固定在顶轭314的状态下，扭簧302的平面部302b及永久磁铁321通过顶轭314的开口部314c而与线圈组件313对置。更具体而言，如图8A所示，设置在线圈组件313内的驱动线圈316的轴的一端，同永久磁铁321的N极321n与S极321s的中间点相对。从永久磁铁321看，在与扭簧302相反的一侧配置有驱动线圈316。

在该状态下对驱动线圈316通电，例如当与永久磁铁321对置一侧的端部成为N极时，永久磁铁321的S极321s被驱动线圈316吸引，N极321n与驱动线圈316相斥，在永久磁铁321上作用有在图8A中观察时绕顺时针旋转的力。该力传递到扭簧302的平面部302b，扭簧302以位于突起部302c的截面的中心附近的假想的旋转轴304为中心绕顺时针旋转而扭转。与此相随，固定在平面部302b上的反射镜301也以旋转轴304为中心绕顺时针旋转。

并且，旋转在驱动线圈316和永久磁铁321之间产生的磁力与扭簧302的复原力平衡的位置停止。通过改变流过驱动线圈316的电流的强度，能够调整该旋转的速度和停止位置。

接着，在永久磁铁321及反射镜301绕顺时针旋转到适当的位置的状态下，当将向驱动线圈316的通电方向设为相反时，与永久磁铁321对置一侧的端部成为S极，这次永久磁铁321的N极321n被驱动线圈316吸引，S极321s与驱动线圈316相斥，在图8A中，在永久磁铁321上作用有想要向逆时针方向旋转的力。该力与绕顺时针方向的情况同样地传递到扭簧302的平面部302b，扭簧302以旋转轴304为中心绕逆时针方向旋转，向与之前的方向相反的方向扭转。因此，固定在平面部302b上的反射镜301也以旋转轴304为中心逆时针旋转。

通过定期地使施加到驱动线圈316驱动信号的电压或电流的方向反转，如箭头V所示，能够使反射镜301交替地进行上述顺时针旋转和逆时针旋转，进行绕旋转轴304的周围在规定的角度范围内旋转的往复运动。即，能够使反射镜301在规定的移动路径上摆动。并且，通过上述，能够实现使用图1说明的、主扫描方向的扫描所需的激光束L1的周期性偏转。

另外，若考虑扭簧302的寿命，则优选摆动的范围相对于自然状态对称。但是这不是必须的。例如，通过周期性地切换对驱动线圈316施加的电压的接通断开，也能够进行在以自然状态附近的位置为一端的规定范围内的摆动。通过使施加于驱动线圈316的电压或电流在适当的范围内周期性地变化，能够在扭簧302的可动范围内的任意的摆动范围内，能够使反射镜301摆动。

总之，在该致动器300中，可动件320端部固定在顶轭314上，由于实际移动的平面部302b附近的部分浮在空中，所以在摆动时不产生部件间的摩擦，即使长时间连续使用，也难以产生发热或磨损。因此，能够得到高的耐久性。

另外，由于用磁性体的顶轭314及框轭312包围线圈组件313，所以能够防止在驱动线圈316产生的磁力的泄漏，能够得到高驱动效率。但是，设置这样的磁性体的包围并不是必须的。

另外，如图6及图8A所示，顶轭314的可动件保持部314a比顶轭314的其他部分薄。这是因为，使永久磁铁321位于由顶轭和框轭312构成外壳的内侧，将在驱动线圈316中产生的磁力不泄漏地传递到永久磁铁321。

为了不泄漏在驱动线圈316中产生磁力，从驱动线圈316的轴的与永久磁铁321对置的一端沿该轴的方向(图8A的上下方向)观察，由磁性体构成的外壳的、与永久磁铁321的N极321n及S极321s对置的端部可以位于从连结N极321n和S极321s的永久磁铁321的中心线(在图8A中由符号321x表示)偏离的位置。

在本实施方式中，在顶轭314的开口部314c上，分别向可动件320延伸，且设置向偏离驱动线圈316方向(图8A的上方向)延伸的突起314d，由此实现了上述磁力不泄漏的构造。通过该构造，能够从驱动线圈316向可动件320施加较大旋转力矩，能够实现反射镜301的摆动速度的高速化，和/或能够实现消耗电力的降低。

另外，如图8A所示，若使可动件保持部314a为薄壁，则反射镜301会接近顶轭314，反射镜301的可移动区域可能受到反射镜301和顶部轭314之间的干扰的限制。

为了应对这一点，如图8B所示，考虑使可动件保持部314a比其他部分厚，使反射镜301离开顶部轭铁314。在该结构中，永久磁铁321也可能突出到顶部轭314的外侧，这可能成为磁力泄漏的原因。但是，即使在这种情况下，如图8B所示，如果将突起314d形成为其端部位于比中心线321x靠图上方位置，则能够防止磁力泄漏，能够实现摆动速度的高速化和/或消耗电力的降低。

另外，扭簧302的材质可以考虑为例如不锈钢、磷青铜，但除此之外，也能够采用能够形成弹性弹簧的任意材质。另外，将突起部302c的截面形成为V字型的原因在于，通过发明人的模拟发现，能够得到大的弹簧常数，由此提高了扭簧302的谐振频率。如果谐振频率高，则能够以更小的驱动功率实现大的扫描角度，这是优选的。

但是，截面的形状并不限于V字型，只要是能够作为扭簧发挥功能，也可以是截面有棱角的n字型、U字型、或者M字型、W字型，也可以是没有开口部的空芯薄壁闭合截面等其他形状。

另外，具有这样的直线状的突起部302c的构造与平面构造的扭簧相比，能够提高与旋转轴正交的方向的刚性。该刚性在汽车内这样的始终振动的环境下进行稳定的扫描，并且在确保摆动部的耐久性方面非常有用。

另外，具有突起部302c的扭簧为立体形状，整体的厚度大。因此，容易将板材折弯而形成，在使用了微机电系统(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems)的技术的晶片工艺中，形成具有足够高度的突起部302c的扭簧是困难的。

另外，在图8A例子中，驱动线圈316在自然状态下相对于平面部302b配置在垂直的方向上，但只要轴的一端与永久磁铁321的N极321n和S极321s的中间点相对，则方向不限于图8A所示的方向。例如，即使将轴与突起部302c平行地配置，也能够进行与图8A的结构的情况同样的反射镜301的摆动。

另外，将驱动线圈316收纳在线圈组件313中或卷绕在绕线管上也不是必须的，也不妨碍直接卷绕在磁芯部311a上。

另外，感测线圈317是为了使用图9至图12进行后述的激光束L1的点亮时刻调整而设置的，如果不进行该调整，则不需要。

另外，在图8A及图8B所示的例子中，扭簧302的突起部302c向反射镜301侧突出，但也可以相反地向永久磁铁321侧突出。即，可以在平面部302b的、突起部302c突出的一侧的面上，经由与连结支架323同样的支架设置永久磁铁321，并将反射镜301设置在其相反侧的面上。在该结构中，也与使用图8A及图8B说明的结构的情况相同，能够使反射镜301以位于突起部302c的大致中心的旋转轴为中心摆动。

另外，除了以上之外，也可以使用在反射镜驱动时通电的电磁铁来代替永久磁铁321。但是，永久磁铁321的构造简单，不易产生组装误差，不会产生多余的噪声，在这一点上是优选的。

[3.与主扫描方向扫描位置对应的光束的点亮间隔的控制(图9至图14)]

接着，对与出射光L2的主扫描方向的扫描位置对应的、光束的点亮间隔的控制进行说明。另外，主扫描方向的扫描位置由于与致动器300中的反射镜301的朝向对应，因此在此说明的控制也是与反射镜301的朝向对应的控制。

首先，使用图9至图11说明由致动器300进行的反射镜301的摆动动作的特征。

图9是示出反射镜301的扫描角与扫描角速度的绝对值间的关系的曲线图，图10是示出半导体激光管模块21的驱动信号的例子的图，图11是示出在扫描线上形成的出射光L2的光点的例子的图。

根据发明人的实验可知，由致动器300摆动的反射镜301的移动速度不是恒定的。反射镜301在摆动路径端部停止，在其他部分运动，因此移动速度存在变动是明确的，其速度如图9所示，大致上越靠近摆动路径的端部越慢，越靠近中央部越快。在绕逆时针旋转时和绕顺时针旋转时，仅移动的方向不同，如果是相同的位置，则速度大致相等。

因此，在图9中，将摆动路径上的位置(通过旋转角表现，称为“扫描角”)设为横轴、将该位置处的角速度的绝对值作为纵轴来图示速度的变化。

这样，由于反射镜301旋转速度有变动，当利用如图10所示的具有等间隔的脉冲的驱动信号drv1来驱动半导体激光管模块21时，在扫描线71上，形成如图11所示的出射光L2的光点72。即，形成在主扫描方向的中央部较稀疏、在端部较密集分布的光点。因此，物体的检测分辨率在中央部也比端部小。

考虑到物体检测装置10的用途是对障碍物进行检测的情况，视野的中央附近的重要度最高，因此该状态不优选。

因此，在物体检测装置10中，设置有用于根据反射镜301的扫描角来控制半导体激光管模块21的驱动信号的脉冲间隔的控制电路。

图12表示该控制电路的结构。

图12所示控制电路351相当于周期控制部，大致划分为驱动线圈316的驱动控制、反射镜301的旋转速度的检测以及与半导体激光管模块21的点亮间隔的控制相关的动作。

首先，关于驱动线圈316的驱动控制，控制电路351对驱动信号生成电路352设定使致动器300执行的扫描的范围或周期的值，该驱动信号生成电路352生成向驱动线圈316施加的驱动信号353。驱动信号生成电路352根据该设定值，生成以适当的周期变动的电压的、适当电平的驱动信号353，并将其施加到致动器300的驱动线圈316。由此，使用如图8A说明的那样，能够使致动器300对反射镜301进行摆动。

接着，关于反射镜301的旋转速度的检测，检测电路354检测致动器300的感应线圈317中产生的感应电压，ADC(模拟数字转换器)355实时地将该电压转换为数字值，通过差分计算部357对该值进行修正后提供给控制电路351。控制电路351根据该电压值，计算反射镜301的旋转速度。感应线圈317的卷绕数与驱动线圈316相同，可以与驱动线圈316反卷，但不限于此。

在此，在使反射镜301摆动时，在感应线圈317中产生由两种原因引起的感应电动势。

第一因素是：由施加到驱动线圈316的驱动信号的电压变动而引起的驱动线圈316产生的磁场的强度和方向的变动，由此产生的感应电动势。

第二个因素是：由永磁体321的摆动所产生的磁场强度的变化所引起的感应电动势。在永久磁铁321如使用图8A说明那样摆动的情况下，由此在感应线圈317内产生的磁场强度的变动速度能够考虑为大致与永久磁铁321的旋转角速度成比例。由于永久磁铁321的旋转角速度也是反射镜301的旋转角速度，因此，由第二个因素产生的感应电动势的强度能够认为与反射镜301的旋转角速度成比例。

互感电压模式存储部356和差分计算部357是为了从ADC355的输出中减去由以上因素中的第一个因素引起的感应电动势大小的值而设置的。

即，互感电压模式存储部356将在驱动信号的一个周期内的感应电压的电压值的推移与驱动信号的相位相对应地存储，所述感应电压是在致动器300中在拆除了永久磁铁321状态下对驱动线圈316施加了驱动信号的情况下通过互感而在感应线圈317中产生的。并且，驱动信号生成电路352在为了使反射镜301摆动而对驱动线圈316施加驱动信号时，对互感电压模式存储部356提供表示驱动信号的相位的时刻信号。互感电压模式存储部356基于该时刻信号，将与当前时刻对应的电压值提供给差分计算部357。

差分计算部357根据从ADC 355供给、实际在感应线圈317中产生的感应电压的值减去作为互感的贡献量而从互感电压模式存储部356提供的电压值，并将其结果的差分提供给控制电路351。

由此，能够向控制电路351提供与反射镜301的旋转角速度成比例的感应电压的值。当以从反射镜301的摆动范围的一端到另一端的半个周期的时间设为横轴绘制向控制电路351供给的感应电压的变化时，如曲线361所示，可以认为是与图9所示的旋转角速度的曲线图大致相同的形状。

控制电路351在时刻t对从差分计算部357供给的电压值VR(t)乘以预先求出并设定的比例常数K，通过ω(t)＝K×VR(t)求出反射镜301的角速度ω(t)。

K的值例如通过对用其他手段测量半周期量的反射镜301的旋转角的值与半周期量的电压值VR(t)的积分值进行比较而求出。

另外，控制电路351能够使用ω(t)求出用于点亮半导体激光管模块21的点亮间隔T，以在主扫描方向的扫描线71a上得到所希望的分辨率。当将分辨率设为ψ度，则T＝π·(ψ/180)/ω(t)。

控制电路351为了进行半导体激光管模块21的点亮间隔的控制，根据从差分计算部357提供的电压值VR(t)，实时地求出点亮间隔T，并将表示该T的值的脉冲重复频率调制信号提供给脉冲发生器358。

脉冲发生器358根据该脉冲重复频率调制信号进行脉冲重复频率调制，生成具有间隔T的脉冲的时刻信号，并提供给激光驱动电路22。激光驱动电路22生成在从脉冲发生器358供给的时刻信号所包含的脉冲的时刻使半导体激光管模块21点亮的驱动信号，并提供给半导体激光管模块21。

如果与曲线图361同样地以时间为横轴，对从反射镜的摆动范围的一端到另外一端的期间表示控制电路351向脉冲发生器358供给的脉冲间隔，则如曲线图362所示。即，控制电路351根据在感应线圈317中产生感应电压，在反射镜301位于摆动路径的中央附近且其感应电压为高电平(第1电平)的情况下，与反射镜301位于摆动路径端部附近且其感应电压为低电平(第2电平)的情况相比，进行缩短半导体激光管模块21的闪烁周期的控制。

其结果，激光驱动电路22生成的半导体激光管模块21的驱动信号如图13所示的drv2那样，根据反射镜301的移动速度而成为不同的脉冲间隔。然后，如图14所示，将这样进行了点亮控制的激光束L1用反射镜301偏转而得到的光束点72，在主扫描方向的扫描线71a上，在其全长上大致等间隔地分布。由此，物体检测装置10能够在其视野70内以大致均等的分辨率进行物体的检测。

关于副扫描方向，由于在进行主扫描方向的1行量的扫描的期间使反射镜381静止，所以不会引起上述那样的问题，不需要进行点亮间隔的调整。

另外，上述的控制电路351可以作为处理器53的一部分设置，也可以与处理器53分开设置。另外，控制电路351的功能可以通过专用的硬件来实现，也可以通过使通用的处理器执行软件来实现，还可以是它们的组合。

另外，在图12例子中，说明了根据在感应线圈317中产生的感应电压的电压值进行控制的例子，即使使用感应电流的电流值，能够进行同样控制。

[4.受光部40结构(图15至图21)]

接着，对受光部40的结构进行详细说明。物体检测装置10在受光部40中，在聚光透镜42的焦平面上设置了光阑44这一点上具有一个特征，因此以该点为中心进行说明。

首先，对从投射部20投射的激光束L1的性质进行说明。

图15是示意性地表示从投射部20投射的激光束的光路的图。

如图15所示，投射部20的半导体激光管模块21具有多个发光点21a1～21a3。各发光点21a1～21a3分别输出具有某种程度的扩散的激光B1～B3。另外，这些发光点21a1～21a3分布在接近的位置，但必然具有某种程度的扩散而配置。当然，数量不限于三个。

另一方面，投射光学系统23被设计成从半导体激光管模块21输出的激光生成平行光的光束。例如，如果投射光学系统23由任意一个发光点(在此设为发光点21a2)位于焦点的凸透镜构成，则能够通过该凸透镜的光焦度将该发光点输出的激光B2设为沿着凸透镜的光轴前进的平行光的光束C2。

但是，即使在焦平面上，位于与焦点错开的位置的发光点21a1、21a3输出的激光B1、B3成为向相对于光轴稍微倾斜方向前进的平行光束C1、C3。

因此，作为激光管模块21整体，发光点21a1～21a3输出激光在通过投射光学系统23时，成为具有若干扩散的激光束。该扩散的角度在充分远离投射光学系统23的位置可以看作是一定的，将该角度设为激光束L1或出射光L2的发散角α。

接着，对设置在受光部40上的光阑44的详细结构及其效果进行说明。

首先，在本实施方式的物体检测装置10中，作为设置在受光部40中的受光元件43，使用硅光电倍增器(SiPM)。该SiPM是以盖革模式工作雪崩光电二极管(APD)的阵列，能够得到从一个光子检测出的程度的高检测灵敏度、高倍增率、高速响应性、优异的时间分辨率等。

作为一例，在一般APD中，输出信号是相对于输入信号(入射到受光面的光的强度)的约50倍的放大率，在滨松光子学公司销售MPPC(Multi-pixel Photon Counter：注册商标)中，可以获得约10万倍的放大率(https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/Photodetector_lidar_kapd0005e.pdf)。

因此，通过使用SiPM，由于即使是弱返回光L4也能够进行检测，所以使用低强度的激光束，能够构成针对远方的、光反射率低的物体也能检测到的物体检测装置。由于在SiPM中可得到APD的2000倍左右的放大率，因此在理论上，若使用SiPM，则与使用APD的物体检测装置的情况相比，使用1/2000输出的激光束，也能够获得相同程度的物体检测能力。

为了增加激光束强度，需要大型且高价的装置，因此激光束的强度可以较低，在这一点上，在物体检测装置小型化和低成本化方面成为很大的优势。但是，SiPM与APD相比，由于受光面的尺寸变大，因此当简单地将APD置换为SiPM时，存在容易受到干扰光影响的问题。

使用图16对这一点进行说明。图16是表示没有光阑44的情况下的、基于聚光透镜42的返回光L4的聚光的光路的图。

在受光部40中，聚光透镜42被设计成使入射的返回光L4在焦平面上成像。这里将焦距设为f。另外，如使用图15说明的那样，与出射光具有发散角α相对应，返回光从具有该α的扩散的视场范围返回到物体检测装置10。但是，在此，暂时将返回光L4视为是完全的平行光。

这样，沿光轴入射到聚光透镜42的返回光L4被聚光在聚光透镜42的焦点上，然后发散。并且，受光元件43为了在其受光面整个区域接收返回光L4，优选配置在比焦点靠前的、返回光L4扩散到受光面的宽度D’的位置。将此时的从聚光透镜42到受光元件43的距离设为d’。受光元件43也可以配置在与焦点近前的位置，这样，能够减小d’而使装置小型化，但从降低干扰光的影响的观点出发，优选配置焦点更前处。

另外，不仅是返回光L4，来自各种方向的干扰光也入射到物体检测装置10。其一部分在与返回光L4相同或接近的光路中到达受光部40。并且，如果考虑通过聚光透镜42中心的光即使通过聚光透镜42也直线前进的性质，则如图16中虚线表示的、视场角的范围的干扰光X(以及与它们平行地入射到聚光透镜42的干扰光)会入射到受光元件43。该的值可以通过近似地求出。“arctan”是反正切值。

在使用APD作为受光元件43情况下，受光面的有效大小例如为0.08mm左右，因此若D’＝50mm，则成为度，只有非常有限范围的干扰光入射到受光元件43。因此，干扰光X对物体检测的影响是有限的。

但是，在使用SiPM作为受光元件43情况下，受光面的有效大小例如为1.3mm左右，这样，在D’＝50mm的情况下，度，相当宽的视场角的干扰光入射到受光元件43。SiPM灵敏度极高，在该状况下，在太阳光强的情况下，受光元件43因干扰光X而饱和，无法检测返回光L4，也不能进行测距。

因此，在图16的结构中，存在难以使用SiPM作为物体检测装置的受光元件的问题。

因此，在该实施方式中，通过在聚光透镜42的焦平面上设置光阑44，解决了该问题。

使用图17及图18，对这一点进行说明。图17是表示存在光阑44的情况下的、基于聚光透镜42的返回光L4的聚光的光路的图。图18是表示光阑44的通光区域的配置的图。

光阑44设置在聚光透镜42的焦平面上，具有用于使返回光L4通过的通光区域(开口部)44a，其他部分是遮光区域44b。

在此，返回光L4实际上从发散角α的视场范围返回，因此，即使不考虑聚光透镜42的像差，也不会在焦点的一点成像，近似地作为大小为f·tanα的光点成像在焦平面上。因此，为了使返回光L4全部通过，通光区域44a对应于激光束发散角α方向(即对应多个发光点21a1～21a3的分布方向)的大小D也至少需要f·tanα。但是，若还考虑部件的组装误差，则大小D优选比最低限的值稍大。

另一方面，如果将从聚光透镜42到光阑44距离设为d(在图17的例子中与聚光透镜42的焦距f相等)，通过光阑44的通光区域44a的干扰光X的视场角为β＝arctan(D/d)的范围。因此，即使D过大，干扰光的影响也变大。

根据考虑了这些的发明人的模拟，若在1≤β/α≤3的范围内确定通光区域44a的对应于激光束发散角α方向的大小D，则能够抑制干扰光的影响，同时，能够允许少许的组装误差，能够构成成品率和可靠性高的物体检测装置10。

通过设置以上那样光阑44，能够利用光阑44对图19中虚线所示那样的、来自视场角β的范围外的干扰光进行遮光，能够使其不入射到受光元件43。与图16所示结构的情况相比，如图20所示，也能够有以下理解：利用光阑44对以聚光透镜42的光轴为中心从视场角与视场角β间的范围入射的干扰光X进行遮光。另一方面，由于从视场角(发散角)α的范围入射的返回光L4通过光阑44入射到受光元件43，因此能够检测出该情况。当然，不影响光阑44遮挡比视场角更靠外侧的干扰光。

并且，光阑44的配置在成本方面和制造难易度方面都没有大的影响。因此，可以说通过光阑44能够简单且廉价地降低干扰光的影响。由此，能够有效利用SiPM的特性，如上所述那样，能够构成低成本且检测灵敏度良好的物体检测装置。但是，使用SiPM不是必须的，本发明当然也可以适用于降低干扰光对其他受光元件的影响。

另外，在图17的例子中，将光阑44设置在聚光透镜42的焦平面上，但这不是必须的。由于返回光L4的光点在焦平面上最小，因此如果在焦平面上设置光阑44，则能够减小通光区域44a的大小，对于干扰光的阻止是最有效的，即使设置在稍微偏离焦平面的位置上，只要使通光区域44a的尺寸与该位置上的返回光L4的光点一致，就能得到一定程度的效果。另外，如果距焦平面的偏离为几乎不对通光区域44a的大小产生影响的程度，则可以视为与设置在焦平面上的情况相同。

另外，虽然在图17中未示出，但在受光部40中，在用于将返回光L4导向聚光透镜42的反射镜41上，开有用于使射出的激光束L1通过的透孔41a。因此，在通孔41a部分，由于返回光L4不被反射，因此，在该状态下入射到受光元件43的返回光L4的光点与通孔41a对应区域成为暗点。于是，在暗的部分难以得到峰值的检测信号，因此受光元件43的实质的检测灵敏度相应地降低。

因此，如图21所示，可以在光阑44和受光元件43之间设置光扩散部件46，使返回光L4扩散而入射到受光元件43。这样，能够使返回光L4大致均匀地入射到受光元件43的受光面整体，能够防止检测灵敏度的降低。作为光漫射部件46，可以考虑使用磨砂玻璃或全息漫射体。

[5.其他变形例]

以上结束了实施方式说明，在本发明中，对物体检测装置的具体结构、具体动作的顺序、各部的尺寸及其他参数的值、部件的具体形状等不限于在实施方式中说明的形状。

例如，上述实施方式聚光透镜42和投射光学系统23不仅由单一的透镜构成，也可以组合多个透镜的光焦度来构成。

另外，在以上各项目中说明的特征能够分别独立地适用于装置或系统。特别是，特别是受光部40、致动器300、可动件320、330等也可以单独作为部件流通。另外，其用途也不限于物体检测装置。

此外，上述物体检测装置10的尺寸可以被设置成足以放置在人的手掌上，优选物体检测装置10搭载在汽车上，用作自动驾驶用的障碍物检测装置，但其利用目的不限于此。也可以固定在柱或墙壁等上，用于定点观测。

另外，本发明程序的实施方式为：使一个计算机或者使多个计算机协作来控制所需的硬件，实现上述实施方式中的物体检测装置10中的、包括半导体激光管模块21的发光时刻调整功能的功能，或者用于执行在上述实施方式中说明的处理的程序。

这样的程序也可以从一开始就存储在计算机所具备的ROM或其他非易失性存储介质(闪速存储器、EEPROM等)等中。也可以记录在存储卡、CD、DVD、蓝光光盘等任意的非易失性记录介质中来提供。另外，也可以从与网络连接的外部装置下载，并安装在计算机中来执行。

另外，以上说明的实施方式及变形例的结构只要不相互矛盾就能够任意地组合实施，另外，当然能够仅取出一部分来实施。

符号的说明

10物体检测装置，20投射部，21半导体激光管模块，22激光驱动电路，23投射光学系统，30扫描部，31反射镜，32致动器，40受光部，41、48反射镜、42聚光透镜、43受光元件、44光阑、46光扩散部件、51前端电路、52 TDC、53处理器54输入输出部、61顶盖、62后盖、63盖夹、64保护件、70视野、71扫描线、72光点、300，380致动器、301、381反射镜、304、384旋转轴、311磁芯轭、312框轭、313线圈组件、314顶轭、315螺钉、316驱动线圈、317感应线圈、320可动件、321永久磁铁、321s S极、321n N极、322扭簧323连结支架、351控制电路、352驱动信号生成电路、353驱动信号、354检测电路、355 ADC、356互感电压模式存储部、357差分计算部、358脉冲发生器、382轴、383支架、L1激光束、L2出射光、L3、L4返回光。

Claims (7)

1.一种物体检测装置，包括：

激光源，含有有多个发光点；

透镜，从所述多个发光点输出的激光生成激光束，所述激光束在所述多个发光点的分布方向上具有发散角；

受光元件，该受光元件为硅光电倍增管(SiPM)；

光学系统，将所述激光束投射到外部，并在与该投射光轴相同的轴向上导入外部入射光，将该入射光导向所述受光元件；

扫描部，使激光束的投射方向周期地变化；

物体检测部，基于所述激光束的投射时刻和投射方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的时刻，检测距所述激光束光路上物体的距离以及该物体存在的方向，

所述物体检测装置的特征在于，

所述光学系统包括：

光学元件，将所述入射光从所述激光束的投射光路分离；

聚光透镜，使由所述光学元件分离的入射光成像到焦平面上；

光阑，被配置在所述聚光透镜的焦平面上，

将所述发散角的大小设为α、将所述光阑透光区域的与所述发散角对应的方向的大小设为D、将从所述聚光透镜到所述光阑的距离设为d，并设为β＝arctan(D/d)，则α≤β。

2.如权利要求1所述的物体检测装置，其特征在于，

1≤β/α≤3。

3.如权利要求1所述的物体检测装置，其特征在于，

从所述聚光透镜透过的光入射到所述硅光电倍增管的受光面的整个区域。

4.如权利要求1至3中任一项所述的物体检测装置，其特征在于，

在所述光阑与所述受光元件之间具有光扩散部件。

5.一种物体检测方法，其特征在于，

使含有多个发光点的激光源输出的激光透过透镜，在所述多个发光点的分布方向上生成具有发散角的激光束，

使所述激光束一边通过扫描部周期地改变其投射方向并投射到外部，在与该投射光轴相同的轴向上导入从外部入射的入射光，

通过光学元件使所述入射光从所述激光束的投射光路分离，并使该分离的入射光通过聚光透镜成像在规定的焦平面上，

通过光阑调节由所述聚光透镜聚集的光，所述光阑被配置在所述聚光透镜的焦平面上，且在将所述发散角的大小设为α、将所述光阑的透光区域的与所述发散角对应的方向的大小设为D、将从所述聚光透镜到所述光阑的距离设为d、设β＝arctan(D/d)时，α≤β，

使透过所述光阑的光入射到受光元件，所述受光元件是硅光电倍增管(SiPM)，

基于所述激光束的投射时刻和投射方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的时刻，检测距所述激光束光路上物体的距离以及该物体的方向。

6.一种物体检测装置的设计方法，

所述物体检测装置包括：激光源，含有有多个发光点；透镜，从所述多个发光点输出的激光来生成激光束，所述激光束在所述多个发光点的分布方向上具有发散角；受光元件，为硅光电倍增管(SiPM)；光学系统，将所述激光束投射到外部，并在与该投射光轴相同的轴向上导入从外部入射的入射光，并向所述受光元件引导；扫描部，使所述投射部的激光束的投射方向周期地变化；物体检测部，基于所述激光束的投射时刻和投射方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的时刻，检测距所述激光束光路上物体的距离以及该物体的方向，所述光学系统包括：光学元件，将所述入射光从所述激光束的投射光路分离；聚光透镜，使由所述光学元件分离的入射光成像到焦平面上；光阑，被配置在所述聚光透镜的焦平面上，

所述物体检测装置的设计方法的特征在于，

基于所述发散角的大小α以及从所述聚光透镜到所述光阑的距离d，在设为β＝arctan(D/d)的情况下，确定将所述光阑的透光区域的与所述发散角对应方向的大小D，使得α≤β成立。

7.如权利要求6所述的物体检测装置的设计方法，其特征在于，

确定所述大小D，使得1≤β/α≤3成立。