CN112014826A - 物体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物体检测装置。在致动器上设置：扭簧，固定在作为支承部件的顶磁轭上；永久磁铁，其N极和S极以隔着所述扭簧的旋转轴的方式配置；驱动线圈；驱动部，向驱动线圈施加电压或电流周期性地变化的驱动信号；以及反射镜单元，包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述扭簧的中央附近，所述第二反射镜位于所述第一反射镜的周围且与所述第一反射镜平行。与包含所述第一反射镜的反射面的平面相比，包含所述第二反射镜的反射面的平面处于更接近扭簧的旋转轴的位置，所述反射镜单元根据所述驱动信号的施加进行往复运动。

Description

物体检测装置

技术领域

本发明涉及使驱动对象往复运动的致动器、使用此致动器的光扫描装置、以及使用此致动器并通过激光检测该激光光路上物体的物体检测装置。

背景技术

一直以来，已知有以下的物体检测装置：向外部照射激光的脉冲，检测被物体反射而返回的激光，由此检测激光的光路上的物体和到该物体的距离。这种物体检测装置被称为激光雷达(LiDAR：Light Detection and Ranging光探测和测距)。

近年来，激光雷达在汽车的自动驾驶领域中也得到了应用。相机传感器容易受到外部照明环境影响，而毫米波雷达的分辨率低，为了密闭这些缺点，并高精度地检测行驶环境下的较小型的障碍物，激光雷达常与与相机传感器和毫米波雷达并用等。

例如，在专利文献1中记载了可用于自动驾驶领域的激光雷达的实施例。专利文献1记载的激光雷达根据所需的测定视野角，将作为光源的近红外线激光器和作为接收器的光检测元件成对配置在基板上，为了获取视野内高分辨率的距离信息，使用了32组或64组光源-接收器对。因此，装置变得非常大且成本高。

另外，其他激光雷达的实施例也在非专利文献1中有记载。非专利文献1所记载的激光雷达通过使具有不同倾斜角的三面镜旋转，并利用该多面镜使激光束偏转，由此一边在垂直方向4.5°的视场角范围内投射激光束，一边将来自物体的反射光在与多面镜的投射时相同的面上反射并导向光检测元件进行检测。

在非专利文献1所记载的激光雷达中，能够通过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所记载的激光雷达中，由于多面镜的每个反射面的倾斜角不同，因此难以设计其重心，在这一点上存在成本变高的问题。

关于使用了旋转多面镜的激光雷达，在非专利文献2中也有记载，但在该文献中没有对激光雷达的结构进行详细说明。

[现有技术文献]

[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 JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,Institute of Electrical and Electronics Engineers, FEBRUARY2013,VOL.48,NO.2,p.559-572

[非专利文献2]清水直茂《为实现L3级而采用冗余体系和LiDAR,Audi 成为自动驾驶先驱》，日经Automotive，株式会社日经BP，2017年9月， p.22-23。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在激光雷达中，为了提高物体的检测精度和检测灵敏度，优选利用激光在规定的视野范围内高速且高密度地扫描。另一方面，在考虑一般普及激光雷达的情况下，功耗的降低是重要的。特别是在难以设置重量大的电池的小型移动体上、或者要搭载在眼镜、头盔等可佩戴装置上的情况下，对功耗的制约是显著的。另外，在任一种情况下，耐久性高也是优选。

专利文献1、非专利文献1以及非专利文献2中记载的技术涉及扫描，不能充分地满足这样的要求。

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于能够以低功耗且耐久性高的结构实现使光束的投射光方向周期性地变动的扫描。另外，本发明优选应用于激光雷达那样的物体检测装置，但用途不限于物体检测。本发明也可以适用于其他用途的光扫描，也不妨碍将本发明的致动器用于光扫描以外的用途。

用于解决问题的手段

为了实现以上的目的，本发明的致动器包括：扭簧，固定在支承部件上；永久磁铁，固定在所述扭簧上，其N极位于跨过所述扭簧的旋转轴的一侧，S极位于另一侧；驱动线圈，配置在所述永久磁铁的与所述扭簧相反的一侧；驱动部，向所述驱动线圈施加电压或电流周期性地变化的驱动信号；以及反射镜单元，固定在所述扭簧上，并配置在所述磁铁的相反侧，所述反射镜单元包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面位于所述扭簧的中央附近，所述第二反射面位于所述第一反射面的周围且与所述第一反射面平行，与包含所述第一反射面的平面相比，包含所述第二反射面的平面处于更接近所述扭簧的旋转轴的位置，所述反射镜单元根据所述驱动信号的施加进行往复运动。

在这样的致动器中，优选所述反射镜单元的重心大致处于所述扭簧的旋转轴上。

并且，优选所述反射镜单元包括：具备所述第一反射面的第一反射镜；以及具备所述第二反射面的第二反射镜。

并且，优选所述第二反射镜的重心处于相比所述第一反射镜的重心更接近所述扭簧的旋转轴的位置。

并且，优选包括所述扭簧、所述反射镜单元和所述永久磁铁的可动件的重心大致处于所述扭簧的旋转轴上。

另外，本发明的光扫描装置具备上述任一个致动器，在由所述反射镜单元的第一反射面反射光束后进行投射。

另外，本发明的物体检测装置包括：上述的任一个致动器；激光光源，输出激光束；受光元件；光学系统，将所述激光束由所述反射镜单元的所述第一反射面反射之后向外部投射，并且以与该投射光相同的光轴引导从外部入射的入射光，并导向所述受光元件；物体检测部，基于所述激光束的投射光定时和投射光方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的定时来检测所述激光束到光路上的物体的距离及该物体所处的方向。

这样的物体检测装置优选包括：检测部，检测所述反射镜单元的旋转速度；以及周期控制部，根据所述检测部检测出的旋转速度来控制所述激光光源的发光间隔。

另外，本发明的另一致动器包括：磁铁，所述磁铁是柱状磁铁，其S 极和N极隔着中心轴对置；支承部，以能够以所述中心轴为中心旋转的方式支承所述磁铁；驱动线圈，配置在所述磁铁的附近，其第一部分和第二部分配置在隔着所述磁铁相对的位置，所述第一部分包含与所述中心轴大致平行的导线束，所述第二部分包含与所述中心轴大致平行的导线束，并在通电时电流向与所述第一部分相反的方向流动；磁轭，沿所述中心轴配置在所述驱动线圈的外侧，在与所述中心轴垂直的平面上的从所述中心轴到所述磁轭的距离根据距所述中心轴的方向而不同；以及驱动部，向所述驱动线圈施加电压或电流周期性地变化的驱动信号。

在这样的致动器中，优选所述磁铁根据所述驱动信号的施加进行往复旋转运动。

并且，优选所述磁铁是棱柱状或圆柱状。

并且，优选在未对所述驱动线圈施加电压的情况下，所述磁铁向作为特定的朝向的中立位置移动，所述驱动线圈的所述第一部分和所述第二部分分别处于与处于所述中立位置的所述磁铁的各磁极对置的位置。

并且，优选在所述磁铁的所述中立位置处的N极侧和S极侧，从所述中心轴到所述磁轭的距离相等，并且在所述中立位置，所述磁铁的N极和 S极朝向从所述中心轴到所述磁轭的距离最近的方向。

并且，优选所述驱动线圈形成为其导线以从所述第一部分的一端部在所述磁铁的所述中心轴的周围沿所述磁铁的表面绕入的方式与所述第二部分的一端部连接，并以从所述第二部分的另一端部在所述磁铁的所述中心轴的周围沿所述磁铁的表面绕入的方式与所述第一部分的另一端部连接。

并且，优选所述磁铁根据所述驱动信号的施加在以未施加所述驱动信号的状态下的位置为中心的范围内进行所述往复旋转运动。

并且，优选可包括：反射镜，固定在所述磁铁的长度方向端部。所述反射镜根据所述驱动信号的施加在以未施加所述驱动信号的状态下的位置为中心的范围内进行往复旋转运动。

另外，本发明的另一光扫描装置具备所述致动器，在由所述反射镜反射光束之后进行投射。

另外，本发明的另一物体检测装置包括：所述的致动器；激光光源，输出激光束；受光元件；光学系统，将所述激光束由所述反射镜反射之后向外部投射，并且引导从外部入射的入射光，并导向所述受光元件；以及物体检测部，基于所述激光束的投射光定时和投射光方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的定时来检测所述激光束到光路上的物体的距离及该物体所处的方向。

在这样的物体检测装置中，优选设置：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来控制所述激光光源的发光间隔。

并且，优选在所述致动器的所述反射镜的所述磁铁侧以外的端部具备第二磁铁，所述检测部包括设置在与所述第二磁铁对置的位置上的磁传感器，并基于所述磁传感器检测出的磁的变动来检测所述反射镜的旋转速度。

并且，优选所述磁传感器是通过磁阻元件检测磁场的方向的磁阻传感器。

另外，以上说明的各发明不仅能够以其说明的方式实施，还能够以装置、系统、方法、程序、记录有程序的记录介质等任意的方式实施。

[发明的效果]

根据如上所述的本发明，能够以低功耗且耐久性高的结构实现使光束的投射光方向周期性地变动的扫描。

附图说明

图1是将本发明的一个实施方式的物体检测装置10的主要构成要素关注其功能区分表示的框图；

图2是用于说明物体检测装置10中的物体检测的原理的图；

图3是表示物体检测装置10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10的外观的立体图；

图5是表示致动器300、380的示意性外观和布置的图；

图6是表示构成致动器300的部件的结构及其组装工序的概略的分解立体图；

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8是表示可动件320的整体结构的用于说明反射镜单元301的功能的立体图；

图9是从箭头M方向观察图6的(d)所示的致动器300的点划线所示的面的截面的截面图；

图10是用于说明可动件320整体的重心位置的图；

图11是表示可动件的比较例的结构的图；

图12是表示反射镜单元的变形例的结构的图；

图13是表示致动器300、380的概略外观及配置的图；

图14是表示致动器400的结构的立体图；

图15是致动器400的分解立体图；

图16是致动器400在比图15更细的分解状态下的分解立体图；

图17是用于说明致动器400进行的往复旋转运动的原理图；

图18是用于说明致动器400进行的往复旋转运动的原理的另一图；

图19是表示致动器400′的结构的与图14对应的立体图；

图20是表示致动器400′的结构的与图15对应的分解立体图；

图21是表示致动器400′的结构的与图16对应的分解立体图；

图22是用于说明致动器400′进行的往复旋转运动的原理的与图18对应的图；

图23A是表示致动器400中的磁轭的变形例的结构图；

图23B是表示致动器400中的磁轭的另一变形例的结构图；

图23C是表示致动器400中的磁轭的又一变形例的结构图；

图24A是表示致动器400′中的磁轭的变形例的结构图；

图24B是表示致动器400′中的磁轭的另一变形例的结构图；

图24C是表示致动器400′中的磁轭的又一变形例的结构图；

图25是表示反射镜单元301的扫描角与扫描角速度的绝对值的关系的曲线图；

图26是表示LD模块21的驱动信号的例子的图；

图27是表示在使用了图26的驱动信号的情况下在扫描线上形成的出射光L2的光点的例子的图；

图28是将用于控制LD模块21的驱动信号的脉冲的间隔的控制电路的结构与其周边的电路一起表示的图；

图29是表示由图28的电路生成的LD模块21的驱动信号的例子的图；

图30是表示在使用了图29的驱动信号的情况下在扫描线上形成的出射光L2的光点的例子的图；

图31是表示致动器400″的结构的与图14对应的立体图；

图32是将使用致动器400″时的用于控制LD模块21的驱动信号的脉冲间隔的控制电路的结构与其周边的电路一起表示的图。

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结构(图1至图4)]

对作为本发明的一个实施方式的物体检测装置的整体结构,首先使用图1和图2将其主要构成要素以其功能为重点进行区分，并加以说明。图1 是将物体检测装置的主要构成要素以其功能为重点来区分表示的框图。图 2是用于说明物体检测装置中的物体检测的原理图。

作为本发明的一个实施方式的物体检测装置10为下述装置：向外部投射激光束，并且检测由外部物体反射回来的激光束，基于该投射光定时与反射光的检测定时之差检测激光束到位于光路上的物体的距离以及该物体所在的方向。如图1所示，该物体检测装置10包括投射光部20、扫描部 30、受光部40、前端电路51、TDC(时间-数字转换器：Time-to-Digital converter)52、处理器53、以及输入输出部54。

其中，投射光部20是用于向外部投射激光束的模块，包括LD(激光二极管)模块21、激光驱动电路22、以及投射光光学系统23。

LD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激光光源。在此，使用具备多个发光点的光源来提高输出的强度，但发光点也可以是1个。激光的波长没有特别限制，例如可以考虑使用近红外光的激光。使用激光形成光束是一例而已。

激光驱动电路22按照从处理器53供给的参数的定时生成点亮LD模块 21的驱动信号并施加给LD模块21。LD模块21的点亮通过脉冲间歇进行。

投射光光学系统23是用于使LD模块21输出的激光成为平行光的光束的光学系统，在该实施方式中，使用由凸透镜构成的准直透镜，所述凸透镜的焦点位于LD模块21所具备的多个发光点的中心。

另外，由投射光光学系统23形成的激光束L1通过受光部的反射镜41 的通孔41a，并被扫描部30的反射镜31反射，作为出射光L2出射到物体检测装置10的外部。

扫描部30是用于使从投射光部20出射的激光束偏转并在规定的视野 (FOV：Fieldof View)70内扫描的模块，包括具有反射镜31的致动器 32。致动器32通过使设置在激光束的光路上的反射镜31的朝向周期性变动，使激光束的投射光方向周期性变动。

另外，在图1中仅示出了一个致动器32，实际上如图5所示，致动器 32包括使反射镜分别以不同的轴为中心摆动的两个致动器300、400。并且，致动器300执行主扫描方向的扫描而形成主扫描方向(Horizontal)扫描线71a，致动器400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。

另外，由于LD模块21间歇性地点亮，所以实际上扫描线71不是连续的线，而是束点的集合。

以上的投射光部20及扫描部30构成光扫描装置。

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、以及光圈44。由该受光部40检测的光是从物体检测装置10投射并被外部物体反射回来的激光束。激光束在物体面被漫反射，其中只有与投射光光路相反方向反射的分量作为返回光L3返回到物体检测装置10。该返回光L3在与出射光L2大致相同的路径中逆向出射，作为返回光L4到达反射镜41。

反射镜41是具备用于使从投射光部20出射的激光束通过的通孔41a 并且用于将返回光L4向受光元件43引导的固定反射镜。在反射镜41的位置，返回光L4与激光束L1相比口径大，因此在比通孔41a宽的范围内入射到反射镜41，在通孔41a以外位置的部分向受光元件43反射。

聚光透镜42是将由反射镜41反射的返回光L4聚光而在规定的焦点面上成像的透镜。

受光元件43为输出照射到规定的受光面上的光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。

光圈44配置在聚光透镜42的焦点面上，通过对开口部以外的光进行遮光，防止干扰光入射到受光元件43。

以上的反射镜41、聚光透镜42及光圈44构成受光光学系统。

前端电路51是将受光元件43输出的检测信号整形为适于TDC52中的定时检测的波形的电路。

TDC52是基于从激光驱动电路22提供的驱动信号和从前端电路51提供的整形后的检测信号，形成出射光的激光束L1的点亮脉冲的定时t0和与其对应的返回光L4的脉冲的定时t1的时间差的数字输出的电路。

在出射光的脉冲和返回光的脉冲中，存在光到达光路上的物体并返回所需要的时间的时间差，因此基于该时间差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，所述s准确地说是从物体到受光元件43的光路长度。

处理器53是控制图1所示的各部的动作的控制部。可以由具备CPU、 ROM、RAM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执行例如基于来自TDC52的输出信号的到物体距离的计算、执行基于返回光的检测时刻的扫描部30的扫描的定时(出射光L2的投射光方向)的物体所处的方向的计算。另外，在后面详细叙述，也执行与扫描部30中的反射镜31的朝向对应的LD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。这里所说的信息的输入输出包括与外部的装置之间的有线或无线通信、接受来自使用了按钮或触摸面板等的用户的操作、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应该向外部输出的信息，例如可以考虑与检测出的物体相关的信息(可以是距离或方向的原始数据，也可以是表示基于它们来检测规定的尺寸、位置、移动速度等的物体的信息)、与物体检测装置10的动作状态或设定状态相关的信息。作为输入输出部54 应该从外部接受输入的信息，例如可以考虑与物体检测装置10的动作的设定相关的信息。

作为输入输出部54的通信对象，例如可以考虑具有自动驾驶系统的汽车或无人机等移动体。如果将物体检测装置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计划可避开检测到的物体的行驶路线。

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

接下来，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具备通过两个盖夹63、63将顶盖 61和后盖62结合而成的外装。另外，顶盖61具有用于使出射光L2通过的窗，在该窗中嵌入有用于防止尘埃侵入的、在出射光L2的波长下透明的保护材料64。

在这些壳体的内侧收纳有图1所示的各构成要素。另外，图1所示的致动器32作为执行主扫描方向的扫描的致动器300和执行副扫描方向的扫描的致动器380这两个致动器示出。反射镜单元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(出射光L2的扫描范围)，与图1的视野70对应。激光驱动电路22、处理器53等的电路或模块间的布线为了容易看图而在图3中省略图示。

以上为整体结构的说明。下面对物体检测装置10的几个构成要素分别进行说明。

[2.扫描部30和致动器300的结构(图5至图11)]

已经说明了扫描部30具备致动器300和380，但由于它们之中的致动器300具备特征性结构，因此接下来对这一点进行说明。

图5比图3放大地示出致动器300、380的示意性外观和布置。

如图5所示，致动器300和致动器380的结构差异很大。

致动器380用于出射光L2的副扫描方向的偏转，所以不需要那么高速的运动，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上并将轴382插入支架383 并可旋转地安装。而且，通过配置在反射镜381的背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的中心作为旋转轴 384旋转，在规定角度范围内往复运动。也可以通过调整电压的强度，使反射镜在运动范围内的期望角度停止。

这种致动器被称为电流镜。通常，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被广泛使用，但如致动器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，由于致动器300用于出射光L2的主扫描方向的偏转，因此要求高速的运动，且还要求能够长时间持续该高速的运动的耐久性。因此，作为致动器300，使用符合这样的目的的新的致动器。

使用图6至图10对其具体结构进行详细说明，但概略地说，致动器 300构成为将反射镜单元301以跨过突起部的方式固定在具有直线状的突起部的扭簧302的一个面上，并将扭簧302的端部固定在作为支承部件的顶磁轭314上。并且，通过配置在扭簧302的另一面侧的永久磁铁和线圈的作用，扭簧302和反射镜单元301根据施加在线圈上的电压以位于扭簧302 的突起部的大致中心的旋转轴304为中心旋转，在规定的角度范围内往复运动。

扫描部30通过由以上的致动器300、380分别驱动的反射镜单元301 及反射镜381反射激光束L1并使其偏转，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，当然也不妨碍使用与致动器300相同结构的致动器。

接下来，使用图6至图12对致动器300的结构和动作原理进行更详细说明。

图6是表示构成致动器300的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8是表示可动件320的整体结构的用于说明反射镜单元301的功能的立体图。图9是从箭头M方向观察以图6的(d)所示的致动器300的点划线所示的面的截面(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截面) 的截面图。但是，为了便于观察附图，在图9中省略了线圈组件313的图示，示意性地表示线圈的卷绕方法。图10是用于说明可动件320整体的重心位置的图。图11表示比较例，图12表示变形例的结构，详细情况在后面叙述。

如图6的(a)所示，致动器300包括铁心磁轭311、框磁轭312、线圈组件313、顶磁轭314、以及可动件320。

其中，框磁轭312和顶磁轭314形成由包围线圈的磁性体构成的外装。框磁轭312和顶磁轭314通过贯通四组螺纹孔312b、314b的四根螺钉 315以在内部保持线圈组件313的方式固定。

线圈组件313在由非磁性体构成的线轴313a上卷绕图9所示的驱动线圈316和感应线圈317这两个线圈，用保护罩313c覆盖其外侧。在线轴 313a的内部设置有用于使铁心部311a通过的插通孔313b。另外，保护罩 313c在不被外装覆盖的位置具有用于向驱动线圈316施加驱动信号的端子及用于输出在感应线圈317中产生的信号的端子。

铁心磁轭311包括成为驱动线圈316及感应线圈317的铁心的由强磁性体构成的铁心部311a。

如图6的(b)所示，这些各部件将铁心磁轭311的铁心部311a插入框磁轭312的插通孔312a，然后如(c)所示将铁心部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，利用螺钉 315固定顶磁轭314和框磁轭312使其一体化。

此时，在(a)至(b)工序中，将铁心部311a固定于框轭312，在(b) 至(c)的工序中，将线圈组件313固定在铁心部311a(及框轭312)上。该固定可考虑使用未图示的螺钉、焊接或粘接来进行，或通过使插入侧的部件比接受侧的空间稍大并压入到接受位置来进行，或用这些组合来进行。

另外，在图6的(b)和(c)中，为了空间的方便，省略了可动件320 的图示。

另外，如图7所示，可动件320除了具备反射镜单元301及扭簧302 之外，还具备永久磁铁321。

其中，扭簧302是通过冲压加工或弯折加工等将金属板弯折而形成的弹簧，具备通过其折痕而具有V字型截面的直线状的突起部302c。另外，在突起部302c的中央附近具备以跨过突起部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过突起部302c的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分，能够以低成本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扭转，平面部 302b以突起部302c为中心旋转移动。当停止施加力时，通过弹簧的复原力解除突起部302c的扭转，平面部302b与平面部302a返回到同一平面上。

另外，永久磁铁321以N极321n位于跨过突起部的一侧、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的位置与图相反也没有问题。永久磁铁321与平面部302b 之间的固定可以通过粘接或焊接等任意的方法进行。

如图7所示，反射镜单元301通过将一个第一反射镜301a和两个第二反射镜301b一部分重叠粘接而构成，通过将两个第二反射镜301b粘接在突起部302c的两侧的平面部302b的突起部302c侧的面上，从而固定在扭簧302上。这些粘接中使用的粘接剂可以是任意的粘接剂，但优选固化收缩少的粘接剂。

另外，如图9所示，第一反射镜301a与突起部302c的前端不接触，存在若干间隙。即，第一反射镜301a仅固定在第二反射镜301b上，第二反射镜301b成为间隔件。之所以这样是因为突起部302c在扭簧302扭转时稍微会变形，所以优选在突起部302c的周围确保某种程度的空间使得即使发生变形也不会与周边部件干涉。

以上的可动件320在预先组装了图7所示的各部件后，在图6的(c) 和(d)之间的工序中，相对于顶磁轭314的可动件保持部314a固定。该固定可以用任意方法进行，例如利用未图示的螺钉将平面部302a螺纹固定于可动件保持部314a来进行，或通过将平面部302a与可动件保持部314a粘接或焊接来进行，或将平面部302a插入设于可动件保持部314a的狭缝来进行等。

在可动件320固定在顶磁轭314上的状态下，扭簧302的平面部302b 及永久磁铁321通过顶磁轭314的开口部314c与线圈组件313对置。更具体而言，如图9所示，设置在线圈组件313内的驱动线圈316的轴的一端与永久磁铁321的N极321n和S极321s的中间点对置。从永久磁铁321来看，驱动线圈316配置在与扭簧302相反的一侧。

在该状态下对驱动线圈316通电，例如当与永久磁铁321对置的一侧的端部成为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排斥，在永久磁铁321上作用有在图9中观察时欲顺时针旋转的力。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为中心顺时针旋转并扭转。由此，固定在平面部302b上的反射镜单元301也以旋转轴304为中心顺时针旋转。

并且，在驱动线圈316与永久磁铁321之间产生的磁力与扭簧302的复原力平衡的位置停止旋转。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。

在永久磁铁321和反射镜单元301顺时针旋转到适当的位置的状态下，当使向驱动线圈316的通电方向反向时，与永久磁铁321对置的一侧的端部成为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排斥，在图9中观察时，在永久磁铁321上作用有欲逆时针旋转的力。该力与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为中心逆时针方向旋转而向与刚才相反的方向扭转。由此，固定在平面部302b上的反射镜单元301也以旋转轴 304为中心逆时针旋转。

通过定期地使施加在驱动线圈316上的驱动信号的电压或电流的方向反转，如图9中箭头V所示，使反射镜单元301交替地进行上述顺时针及逆时针旋转，能够进行使旋转轴304的周围在规定的角度范围内旋转的往复运动。即，能够使反射镜单元301在规定的移动路径上摆动。由此，能够实现使用图1说明的主扫描方向的扫描所需要的激光束L1的周期性偏转。

另外，考虑到扭簧302的寿命，优选摆动的范围相对于自然状态对称。但这并不是必须的。例如，通过周期性地切换施加于驱动线圈316的电压的接通断开，也能够进行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使反射镜单元 301摆动。

但是，如图8所示，在可动件320中，反射镜单元301在第一反射镜 301a的反射面(第一反射面)上反射由投射光光学系统23形成的激光束 L1并适当偏转而形成出射光L2。另一方面，由第一反射镜301a的反射面和第二反射镜301b的反射面(第二反射面)双方反射来自外部的返回光 L3，形成应以与激光束L1相同的光轴向受光部40引导的返回光L4。

其中，关于出射光L2，由于激光束L1的光点较小，所以第一反射镜301a的尺寸可以较小，在反射镜单元301的整个可能的旋转范围内，只要具有将激光束L1收纳在第一反射面内的程度的尺寸即可。

另一方面，关于返回光L4，由于是被检测对象物反射而漫反射的出射光L2的一部分，因此将尽可能宽的范围的返回光L4引导至受光部40，从提高检测灵敏度观点出发是优选的。因此，优选第一反射镜301a和第二反射镜301b的合计尺寸尽可能大。

在反射镜单元301中，分开设置于第一反射镜301a和第二反射镜301b 的原因在于，在确保较大的反射面积的同时，提高反射镜单元301的旋转的能量效率，并且能够进行高速旋转。即，这是为了能够以低功耗进行高速的扫描。关于这一点进一步说明。

首先，如图11所示的比较例那样，考虑以跨过突起部302c的前端附近的方式设置足够大小的一个反射镜501的情况。在该情况下，还需要在扭簧302的平面部302b上支承反射镜501的衬垫，但省略了其图示。

根据这样的结构，在扭簧302的突起部302c侧，反射镜501的较大的质量位于远离旋转轴304的位置，与以旋转轴304为中心的旋转运动相关的可动件320的惯性力矩变大。

为了避免这种情况，降低惯性力矩，可考虑避免将反射镜501设置在突起部302c上而将其设置在平面部302b上，整体上接近旋转轴304。即，可考虑设置在第二反射镜301b的位置。但是，在这种情况下，可考虑由于反射镜必须避开突起部302c而设置，因此如果单纯地将反射镜501分为2 个的尺寸的反射镜设置在第二反射镜301b的位置，则反射镜的端部配置在比反射镜501的情况更远离旋转轴304的位置，惯性力矩反而增加。

为了解决这样的问题，反射镜单元301分为跨过突起部302c的第一反射镜301a和配置在平面部302b上的第二反射镜301b而设置，通过其合计，在确保足够的面积的同时，使反射镜的位置整体地接近旋转轴304。

根据该配置，能够使尺寸大的第二反射镜301b接近旋转轴304，与图 11的配置相比，能够减小与以旋转轴304为中心的旋转运动相关的惯性力矩。

即，通过设置第一反射镜301a，能够将第二反射镜301b的尺寸减小，从而使得从旋转轴304到第二反射镜301b的端部的距离不会变得过长。另外，为了避免突起部302，第一反射镜301a需设置在从旋转轴304离开一定程度的位置，但跨过突起部302，能够固定在第二反射镜301b上的程度的尺寸就足够，所以能够使得从旋转轴304到第一反射镜301a的端部的距离不那么大。因此，能够避免在远离旋转轴304的位置放置较大的质量，能够减小惯性力矩。

由此，能够将扭簧302扭转而使反射镜旋转所需的能量抑制得较低。另外，在扭转振动系统中，共振频率与弹簧的扭转刚性K除以惯性力矩I 得到的值的1/2次方成比例，因此如果减小惯性力矩，则能够提高可动件 320的共振频率，还有助于扫描的高速化。

将第一反射镜301a和第二反射镜301b分别形成为长度方向沿着旋转轴 304的长方形状也是为了降低惯性力矩。

另外，为了提高可动件320的共振频率，也可考虑使用弹簧常数大的弹簧作为扭簧302。但是，为了制作弹簧常数更大的弹簧，需要使用更厚的金属板，随着厚度的增加，制造误差变大。因此，采用以上说明的形状的反射镜单元301来提高共振频率是有效的。

另外，为了得到上述的效果，如果将反射镜单元301分为平面状的第一反射镜301a和第二反射镜301b来构成，则制造容易。但是，这样构成并不是必须的。也可以使用使第一反射镜301a和第二反射镜301b成为一体、在第一反射面和第二反射面之间具有台阶的一个反射镜。并且，也可以使用具有图12所示的截面且第一反射面301a1和第二反射面301b1平滑地连接的一个反射镜301′。

总之，通过使包含第二反射面的平面比包含第一反射面的平面来到更靠近扭簧302的旋转轴304的位置，与图6至图10所示的例子的情况相同，能够降低惯性力矩，并且能够提高共振频率。

另外，在以上所述的基础上，在可动件320中第二反射镜301b的重心大致位于旋转轴304上，因此通过调整各部分的尺寸和重量以使剩余的第一反射镜301a、永久磁铁321和扭簧302的部分的重心也位于旋转轴304 上，如图10所示，能够将整个可动件320的重心305置于旋转轴304上。

这样，通过将可动件320的重心大致置于旋转轴304上，在反射镜单元301伴随扭簧302的扭转而转动时不会产生多余的振动，从而能够进一步提高共振频率。

另外，即使可动件320的重心不准确地位于旋转轴304上，只要是能够忽略重心偏移引起的振动的程度，就能够视为与位于旋转轴304上的情况相同。另外，在可动件320中，由于占据较大重量的是反射镜单元301，因此如果仅反射镜单元301的部分的重心位于旋转轴304上或者位于向永久磁铁321的相反侧稍微偏移的位置，则能够将可动件320的重心大致置于旋转轴304上。

另外，如果在旋转轴304上的所有点，包含该点且与旋转轴304垂直的平面中的可动件320的截面的重心位于旋转轴304上，则提高共振频率的效果特别大。但是，只要可动件320整体的重心位于旋转轴304上的某个位置，就能够得到充分有意义的效果。

另外，在致动器300中，可动件320的端部固定在顶磁轭314上，但由于实际移动的平面部302b附近的部分悬浮，因此摆动时不产生部件间的摩擦，即使长时间连续使用，也不易产生发热或磨损。因此，能够得到高耐久性。

另外，由于用磁性体的顶磁轭314和框磁轭312包围线圈组件313，因此能够防止在驱动线圈316中产生的磁力的泄漏，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，扭簧302的材质可考虑为例如不锈钢或磷青铜，但除此之外，也可以采用能够形成弹性弹簧的任意材质。另外，使突起部302c的截面为 V字形的原因在于，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的共振频率。

但是，截面的形状并不限定于V字型，只要能够作为扭簧发挥功能，则也可以是截面为棱角的n字型或U字型、或M字型、W字型、没有开口部的空芯薄壁封闭截面等其他形状。

另外，这种具有直线状的突起部302c的结构与平面结构的扭簧相比，能够提高与旋转轴正交的方向的刚性。该刚性在汽车内那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，作为整体的厚度大。因此，容易将板材折弯而形成，但在利用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems微机电系统)技术的晶片工艺中，难以形成具有足够高度的突起部 302c的扭簧。

另外，驱动线圈316在图9的例子中以自然状态配置在相对于平面部 302b垂直的方向上，但如果轴的一端与永久磁铁321的N极321n和S极 321s的中间点对置，则方向不限于图9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9的结构的情况相同的反射镜单元 301的摆动。

另外，将驱动线圈316收纳在线圈组件313中或卷绕在线轴上也不是必须的，也不妨碍直接卷绕在铁心部311a上。

此外，感应线圈317是为了使用图25至图30进行后述的激光束L1的点亮定时调整而设置的，如果不进行该调整，则不需要。

另外，除了以上以外，也不妨碍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，从结构简单、不易产生组装误差、不产生多余的噪声的方面考虑，优选永久磁铁321。

[3.致动器的另一结构例(图13至图23C)]

作为设置在扫描部30上的致动器，也可以采用工作原理完全不同的致动器来代替以上说明的致动器300。接下来，作为这样的其他致动器的例子，对致动器400进行说明。

首先，在图13中，与图5同样地表示设置致动器400来代替致动器300 时的致动器400、380的概略外观及配置。

简单地，致动器400通过将反射镜401固定在永久磁铁410上并利用轴承403、405保持永久磁铁410而构成。并且，在永久磁铁410的磁力与流过配置在永久磁铁410的周围的磁轭430和配置于永久磁铁410与磁轭430 之间的驱动线圈420(参照图14)的电流的相互作用下，根据施加于线圈的电压，永久磁铁410和反射镜401一体地以通过永久磁铁410的中心的旋转轴404为中心旋转，在规定的角度范围内往复运动。

扫描部30通过由以上的致动器400驱动的反射镜401和由与图5所示的相同的致动器380驱动的反射镜381反射激光束L1并偏转，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，当然也不妨碍使用与致动器400相同结构的致动器。

接着，使用图14至图16对致动器400的结构进行更详细说明。

图14是表示致动器400的结构的立体图。图15和图16分别是致动器 400的分解立体图。图16为图15中所示的永久磁铁410周围的部件的分解状态。

如图14至图16所示，致动器400包括反射镜401、反射镜支架402、轴承403、轴承405、磁铁支架406、永久磁铁410、驱动线圈420、以及磁轭430。

其中，反射镜401是具有用于反射激光束L1及返回光L4的反射面的平面状的反射镜。

反射镜支架402使反射镜401相对于轴承403以其重心位于永久磁铁 410的中心轴(旋转中心)上的方式固定成随着永久磁铁410的旋转而旋转。

在图14的例子中，将圆柱状的永久磁铁410的上端压入以嵌入永久磁铁410的方式形成为薄壁的薄壁部402b内，由此将反射镜支架402相对于永久磁铁410固定。之后，通过使反射镜保持部402a从图中下侧向上侧通过轴承403的内圈403a，直接将反射镜支架402压入内圈403a，由此将反射镜支架402嵌入并固定在内圈403a上。反射镜401粘接在反射镜保持部 402a上。

轴承403和轴承405分别将永磁体410保持成可绕其中心轴旋转。

永久磁铁410向轴承403的固定如所述那样通过反射镜支架402进行。永久磁铁410向轴承405的固定这样进行，对以嵌入永久磁铁410的方式形成的磁铁支架406的磁铁保持部406a，通过其端部压牢而使永久磁铁410 和磁铁支架406一体化，之后将磁铁支架406的轴承连接部406b相对于轴承405的内圈405a嵌入。

如上所述，永久磁铁410和反射镜401一体地由轴承403、405保持，以便能够与内圈403a和内圈405a一起旋转。

另外，驱动线圈420通过粘接或焊接等固定在磁轭430的内侧，磁轭 430相对于轴承403及轴承405通过粘接或焊接等固定，以不妨碍内圈 403a、405a的旋转。

以上列举的嵌入、粘接、焊接等固定方法只是一例，当然也可以使用其他方法。

在致动器400中，永久磁铁410为圆柱状，在径向上将圆柱划分为两个的区域的一侧为N极410n，另一侧为S极410s(参照图17、图18)。长度方向的两端部不构成N极和S极的结构。

另外，在驱动线圈420上配置为包含与永久磁铁410(的中心)平行的导线束的第一部分421、和隔着永久磁铁410相对配置的包含与永久磁铁 410平行的导线束并在通电时与第一部分421反向流过电流的第二部分 422。第一部分421和第二部分422分别通过第一连接部423和第二连接部 424连接，该第一连接部423和第二连接部424配置在永久磁铁410的端部附近，沿着永久磁铁410的表面圆周方向绕入第一部分421和第二部分 422。

驱动线圈420的一圈例如是使第一部分421沿着永久磁铁410在图14 中从下向上上升，在永久磁铁410的上端部附近进入第一连接部423，沿着永久磁铁410的表面从图14中的上侧观察时顺时针绕入，然后进入第二部分422，沿着永久磁铁410在图14中从上向下下降，在永久磁铁410的下端部附近进入第二连接部424，沿着永久磁铁410的表面从图14中的上侧观察时逆时针绕入，与下一圈的第一部分421连接。永久磁铁410的长度方向的端面及其对置位置上未配置导线。

通过使用该结构的驱动线圈420，如后所述，仅用一个线圈在N极 410n侧和S极410s侧流过不同方向的电流，能够在N极410n侧和S极410s 侧同时产生转矩。另外，即使在第一连接部423和第二连接部424中流过电流，也不会对永久磁铁410产生转矩，但由于长度短，导线的电阻造成的能量损失较少即可。由于这些原因，通过驱动线圈420，能够以高能量效率产生针对永久磁铁410的转矩。

另外，上述结构的驱动线圈420仅通过将平面单空芯线圈折弯成U字型就能够形成，因此制造容易。

另外，虽然省略了图示，但致动器400具备用于对驱动线圈420施加驱动信号的端子及配线，驱动线圈420以不与永久磁铁410接触的方式设置。

磁轭430是配置在驱动线圈420的外侧的磁性体，分别由平板的连续的第一部分431、第二部分432以及第三部分433构成，截面大致为是缺少一边的正方形的剩余3边的形状。

在以上的结构的致动器400中，磁轭430的设置特征在于，在与永久磁铁410的中心垂直的平面上看、从永久磁铁410的中心到磁轭430的距离根据从永久磁铁410的中心的观察方向不同而不同。即，根据从永久磁铁 410观察的方向，存在从永久磁铁410到磁轭430近的部位和远的部位。至于没有配置磁轭430的正方形欠口的一边的方位，可以认为从永久磁铁410 到磁轭430的距离是无限的。

若这样设置磁轭430，则在未对驱动线圈420施加电压的状态下，永久磁铁410的N极410n和S极410s通过磁力分别朝向到磁轭430的距离最近的方向停止。在两极都不朝向“最近的方向”的情况下，朝向适当的平衡位置停止。

在图14的例子中，N极410n和S极410s的一方朝向第一部分431的中心附近，另一方朝向第二部分432的中心附近而停止。将这样的位置称为“中立位置”。并且，通过向驱动线圈420施加电压，永久磁铁410从该位置稍微旋转，如果停止施加电压，永久磁铁410也会返回到中立位置。在该意义上，可以说在致动器400上作用有使永久磁铁410返回到中立位置的复原力。即，可以说通过与磁轭430组合，永久磁铁410能够像中立位置为自然状态的弹簧那样动作。

致动器400利用该复原力使永久磁铁410及反射镜401进行往复旋转运动，由此与不产生复原力的结构的通常的电流镜相比，若以特定的驱动频率进行驱动，例如若以致动器的可动部的共振频率或其附近的频率进行驱动，则能够以低功耗进行高速扫描。

另外，从永久磁铁410到第三部分433的距离优选比到第一部分431 或第二部分432的距离远。即使从永久磁铁410到第三部分433的距离近，当一个极朝向第三部分433侧时，由于没有与另一个极对置的磁轭，因此该朝向不会成为中立位置，但在局部，永久磁铁410的朝向与复原力的强度之间的关系可能会产生较大的紊乱。

接下来，使用图17及图18的说明图，对致动器400进行的往复旋转运动的原理进行说明。

图17及图18示意性地表示从反射镜401侧观察与永久磁铁410垂直的平面上的永久磁铁410、驱动线圈420及磁轭430的截面的状态。但是，省略截面的阴影线，磁轭430仅示出与中立位置的形成相关的第一部分431 及第二部分432。另外，符号B及B′的箭头表示在各状态下永久磁铁410 产生的磁力线的朝向的代表。箭头F和F′表示在每种状态下施加到永久磁铁410的力的方向。在所有情况下，箭头的长度不一定对应于力的大小。

在致动器400中，在未对驱动线圈420施加电压的状态下，则永久磁铁410旋转到图17的(a)及图18的(a)所示的中立位置而停止。另外， N极410n和S极410s的位置与图17的(a)和图18的(a)的状态相反的、N极410n与第一部分431对置的位置也是中立位置，在这种情况下也能够进行同样的往复旋转运动，但在此，以图17的(a)的位置为中立位置进行说明。

考虑从图17的(a)的状态对驱动线圈420施加电压，如图17的(b) 所示，在第一部分421中流过从纸面的跟前朝向里侧的电流i，在第二部分 422中流过与之相反的从里侧朝向跟前的电流-i的状态。

在该状态下，在第一部分421的周围形成顺时针方向的磁场，在第二部分422的周围形成逆时针方向的磁场，在永久磁铁410的附近形成磁力线在图中从下向上的磁场。永久磁铁410从该磁场受到N极410n朝向上方的方向的力，顺时针旋转。可以认为该力是由于在永久磁铁410产生的磁场内使电流流过驱动线圈420而产生的洛伦兹力的反作用。

然后，当在旋转了某种程度的图17的(c)的状态下停止向驱动线圈 420施加电压时，永久磁铁410通过在各极与磁轭430之间产生的磁力返回到图17的(a)的自然状态。

另外，如图18的(b)所示，当对驱动线圈420施加与图17的(b)的情况相反方向的电压，向相反方向流过电流时，在永久磁铁410的附近形成磁力线在图中从上到下的磁场。永久磁铁410从该磁场受到N极410n朝向下方的方向的力，逆时针旋转。

当在旋转了某种程度的图18的(c)的状态下停止向驱动线圈420施加电压时，永久磁铁410通过在各极与磁轭430之间产生的磁力返回到图18 的(a)的自然状态(与图17的(a)相同的状态)。

通过对驱动线圈420施加电压或电流周期性地变化的驱动信号反复进行以上的过程，致动器400能够使永久磁铁410及反射镜401进行往复旋转运动(摆动)。

旋转运动的范围可以相对于自然状态对称，也可以不对称。例如，通过周期性地切换施加于驱动线圈420的电压的接通断开，也能够进行以中立位置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 420的电压或电流在适当的范围内周期性地变化，能够在任意的摆动范围内使反射镜401摆动。

在该情况下，在使永久磁铁410在摆动范围的端部停止时，不需要投入能量进行制动，只要停止向驱动线圈420施加电压即可。另外，在从该处使永久磁铁410从摆动范围的端部返回到中立位置时，也不需要施加电压。相应地，在使永久磁铁410从中立位置旋转到摆动范围的端部时，需要对驱动线圈420施加克服向中立位置的复原力的电压，即使考虑到这一点，致动器400与没有复原力的电流镜相比，也能够以较少的功耗使永久磁铁410及反射镜401摆动。

另外，如果在摆动时永久磁铁410的旋转角变得过大，则在停止施加电压时，永久磁铁410不能返回到原来的中立位置，有可能转移到N极 410n和S极410s互换的中立位置。因此，优选摆动范围不太大。在图17 及图18的例子中，不应使其从最初的中立位置旋转±90°以上。

另外，当从自然状态的位移变大时，也存在能量效率随之降低的问题。这是因为，当位移变大时，各极不仅受到在自然状态下对置的导线的影响，还受到来自相反侧的导线的影响。由于在相反侧的导线中流过与在自然状态下对置的导线相反方向的电流，因此该影响成为对旋转的制动。

从这些观点出发，如果旋转运动的范围相对于自然状态对称，则能够获得较宽的摆动范围，并且能够获得较高的能量效率，因此优选。

在以上说明的致动器400中，将永久磁铁410设为圆柱状，但永久磁铁的形状不限于此。若为圆柱状，则对称性高，因此能够提高旋转的稳定性，但若能够将轴承或支架等作成适当的形状并保持为能够旋转，不需要是圆柱状。例如，也可以是棱柱状。另外，在圆柱或棱柱这样的情况下，不仅可以采用高度比底面的尺寸大的棒状，还可以采用例如底面的直径比高度大的圆盘状的形状。另外，也不妨碍截面积因高度方向位置而不同，例如中央部附近的截面积大的桶状的形状、或相反地端部附近的截面积大的形状。

在此，图19至图21表示将永久磁铁设为棱柱状的致动器400′的结构。图19至图21分别是表示致动器400′的结构的与图14至图16对应的立体图或分解立体图。在图19至图21中，对与致动器400相同的部分标注与图14至图16相同的符号。

在该致动器400′中，永久磁铁410′为四棱柱，在与旋转轴垂直的平面上的截面形状为长方形(参照图22)。另外，与此对应，嵌入永久磁铁 410′的反射镜支架402′的薄壁部402b′及磁铁支架406′的磁铁保持部 406a′的形状的截面为长方形状。其他部分与致动器400相同。反射镜支架402′的反射镜保持部402a及磁铁支架406′的轴承连接部406b也是与致动器400的情况相同的形状。

如上所述，即使是截面为长方形状的永久磁铁410′，也与致动器400 的永久磁铁410的情况相同，通过在N极410n′及S极401s′与磁轭430 间产生的磁力，能够具有中立位置。另外，永久磁铁410′通过由流过驱动线圈420的电流产生的磁场受到旋转方向的力，流过驱动线圈420的电流消失时，返回到中立位置这一点也与致动器400的情况相同。图22使用与图18对应的例子表示在致动器400′中永久磁铁410′受到的力。

接着，对磁轭430的形状的变形例进行说明。

磁轭430的形状也不限于图13和图14所示的形状。例如，在致动器 400中，也可以采用图23A至图23C所示的形状。在图23A至图23C中，将与永久磁铁410垂直的平面上的磁轭的截面形状与永久磁铁410及驱动线圈420的第一部分421和第二部分422的截面形状一起示意性地示出。

另外，在致动器400′中也可以采用同样的形状，图24A至图24C表示该情况下的结构例。但是，由于各形状的磁轭的功能与致动器400的情况相同，因此作为代表参照图23A至图23C进行说明。

图23A所示的磁轭440与磁轭430同样为一侧空出的形状，但与磁轭 430不同，相当于第二部分432的图中下侧的部分成为曲面状的曲面部 443。磁轭也可以是这样包含曲面的形状。

图23B所示的磁轭450的截面为长方形状，是覆盖永久磁铁410的整周的形状(但不需要覆盖长度方向端部)。即使这样覆盖了整周，如果在磁轭450上形成距永久磁铁410的中心近的部分(第一部分451及第二部分 452)和远的部分(其他部分)，该近的部分彼此成为相对的配置，则永久磁铁410的两磁极分别朝向该近的部分的位置成为中立位置，也能够进行与使用图13至图18说明的永久磁铁410同样的永久磁铁410的往复旋转运动。

图23C所示的磁轭460的截面也是椭圆形状，是覆盖永久磁铁410的整周的形状。这样，即使磁轭460的整体由连续的曲面构成，如果形成距永久磁铁410的中心近的部分(由符号461、462所示的部分)和远的部分 (其他部分)，该近的部分彼此成为相对的配置，则与图23B的情况相同，也能够进行永久磁铁410的往复旋转运动。但是，从将驱动线圈420固定于磁轭430的工序的容易度的观点出发，优选如磁轭450那样能够将驱动线圈420固定于平面部分的配置。

另外，如果是最低限度仅有图17的第一部分431和第二部分432，则能够形成永久磁铁410的中立位置，能够进行与使用图13至图18说明的永久磁铁410同样的永久磁铁410的往复旋转运动。第一部分431和第二部分432的宽度也可以较窄。但是，从形成闭合磁路并将永久磁铁410的磁力高效地利用于旋转运动的观点出发，优选尽可能宽地覆盖永久磁铁410的周围。从该观点出发，磁轭450及磁轭460形成为覆盖永久磁铁410的整周的形状。

但是，若覆盖永久磁铁410的整周，则永久磁铁410的磁极被拉向所有方向，因此朝向中立位置的复原力变弱。从该观点出发，如磁轭430或磁轭440那样空出一个方向的结构能够增强向中立位置的复原力，可以说是优选的。

另外，例如，在图23B中，即使从永久磁铁410的中心到磁轭450的第一部分451的距离与到第二部分452的距离不同，如果确定了永久磁铁 410的中立位置，则能够进行与使用图13至图18所说明的永久磁铁410同样的永久磁铁410的往复旋转运动。

另外，在图23A中，即使与从永久磁铁410的中心到磁轭440的第一部分441及第二部分442的距离相比到曲面部443距离近，由于在曲面部 443的相反侧没有磁轭，因此作为整体，永久磁铁410的两磁极分别在朝向第一部分441及第二部分442的方向上稳定，也可以考虑其位置成为中立位置。这样，在中立位置，即使在永久磁铁410磁极不朝向与磁轭440最近的一侧的情况下，只要有稳定的中立位置，能够进行与使用图13至图18 说明的永久磁铁410同样的永久磁铁410的往复旋转运动。

但是，若在中立位置从永久磁铁410的中心到磁轭的距离在N极410n 侧和S极410s侧相等，且以两磁极朝向从永久磁铁410的中心到磁轭的距离最近的朝向的方式决定磁轭440的形状及配置，则在永久磁铁410的旋转运动的中途，永久磁铁410的朝向与复原力的强度的关系不会产生大的紊乱，从永久磁铁410的旋转的稳定性的观点出发是优选的。

另外，关于中立位置，当存在一个中立位置时，使永久磁铁410从该位置旋转180°的N极和S极互换的位置也成为中立位置。但是，除了这两个位置以外还存在中立位置是不希望的。这是因为，如果使永久磁铁 410从一个中立位置旋转到接近其他中立位置的位置，则永久磁铁410不能恢复到原来的中立位置，因此当中立位置为2组以上时，不能把往复旋转运动的范围取大。例如，若磁轭的截面为正方形，其中心与永久磁铁410 的中心一致，则每隔90°产生四个中立位置。即使在这样的结构中，如果是小于±45°的往复旋转运动，则也能够与使用图13至图18说明的相同，但与中立位置仅为两个的情况相比，可运动的范围会变窄。

另外，关于驱动线圈420，优选第一部分421和第二部分422在中立位置位于尽可能接近永久磁铁410的磁极的位置。这是因为流过这些部分的电流会对永久磁铁410产生强烈的磁场影响。这样的话，第一部分421和第二部分422配置在从永久磁铁410看在背后有磁轭的位置，该配置也有助于将驱动线圈420牢固地固定在磁轭上。

(5.与主扫描方向的扫描位置对应的光束的点亮间隔的控制(图25至图30))

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。

这里说明的控制是在扫描部30中使用致动器300的情况下应用的控制。在该情况下，主扫描方向的扫描位置与致动器300中的反射镜单元301 (特别是其中的第一反射镜301a)的朝向对应，因此在此说明的控制也是与反射镜单元301的朝向对应的控制。

首先，使用图25至图27说明由致动器300进行的反射镜单元301的摆动动作的特征。

图25是表示反射镜单元301的扫描角与扫描角速度的绝对值的关系的曲线图，图26是表示LD模块21的驱动信号的例子的图，图27是表示扫描线上形成的出射光L2引起的光点的例子的图。

根据发明人的实验可知，由致动器300摆动的反射镜单元301的移动速度不是恒定的。反射镜单元301在摆动路径的端部停止，在其他部分移动，因此移动速度有变动是明确的，但其速度如图25所示，大致越靠近摆动路径的端部越慢，越靠近中央部越快。逆时针旋转时和顺时针旋转时，只是移动的方向不同，如果在相同的位置，速度几乎相等。

因此，在图25中，以摆动路径上的位置(通过旋转角表现，称为“扫描角”)为横轴，将该位置的角速度的绝对值取为纵轴来图示速度的变化。

这样，由于反射镜单元301的旋转速度存在变动，因此当利用图26所示的具有等间隔的脉冲的驱动信号drv1驱动LD模块21时，在扫描线71 上形成如图27所示的出射光L2的光点72。即，在主扫描方向的中央部形成粗分布的光点，在端部形成细分布的光点。因此，物体的检测分辨率也是中央部比端部粗。

在作为物体检测装置10的用途考虑障碍物的检测的情况下，认为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中设置有控制电路，该控制电路用于根据反射镜单元301的扫描角来控制LD模块21的驱动信号的脉冲间隔。

图28表示该控制电路的结构。

图28所示的控制电路351相当于周期控制部，大致分为进行与驱动线圈316的驱动控制、反射镜单元301的旋转速度的检测及LD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针对生成向驱动线圈316施加的驱动信号353的驱动信号生成电路352，设定致动器300扫描的范围和周期的值。驱动信号生成电路352根据该设定值生成以适当周期变动的电压的适当的驱动信号353，并将其施加到致动器300的驱动线圈 316。由此，如使用图9等说明的那样，致动器300能够使反射镜单元301 摆动。

接下来，关于反射镜单元301的旋转速度的检测，检测电路354检测在致动器300的感应线圈317中产生的感应电压，ADC(模数转换器)355 实时地将该电压转换为数字值，由差计算部357修正该值，并提供给控制电路351。控制电路351基于该电压值计算反射镜单元301的旋转速度。感应线圈317的匝数与驱动线圈316相同，可以与驱动线圈316反向卷绕，但不限于此。

在此，在使反射镜单元301摆动时，在感应线圈317中产生由两种因素引起的感应电动势。

第一个因素是由于施加在驱动线圈316上的驱动信号的电压变动而驱动线圈316产生的磁场的强度和方向变动而产生的感应电动势。

第二个因素是由于永久磁铁321的摆动而产生的磁场的强度的变动所引起的感应电动势。在永久磁铁321使用图9等说明的那样摆动的情况下，由此在感应线圈317内产生的磁场的强度的变动速度可以认为大致与永久磁铁321的旋转角速度成比例。由于永久磁铁321的旋转角速度也就是反射镜单元301的旋转角速度，所以由第二个因素产生的感应电动势的强度为可以认为与反射镜单元301的旋转角速度成比例。

互感电压模式存储部356及差计算部357是为了从ADC355的输出中减去基于以上中的第一个因素引起的感应电动势量的值而设置的。

即，互感电压模式存储部356在致动器300中将在取下永久磁铁321 的状态下向驱动线圈316施加驱动信号的情况下因相互感应而在感应线圈 317中产生的感应电压的电压值的推移与驱动信号的相位对应地存储驱动信号的一个周期。并且，驱动信号生成电路352在为了使反射镜单元301 摆动而向驱动线圈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定时信号。互感电压模式存储部356基于该定时信号将与当前定时对应的电压值提供给差计算部357。

差计算部357将从互感电压模式存储部356提供的电压值作为相互感应的贡献量与从ADC355提供的、实际上在感应线圈317中产生的感应电压的值进行减法运算，将其结果的差提供给控制电路351。

由此，能够向控制电路351提供与反射镜单元301的旋转角速度成比例的感应电压的值。当以从反射镜单元301的摆动范围的一端到另一端的半个周期的时间作为横轴来描绘提供给控制电路351的感应电压的变化时，如曲线图361所示，可以认为是与图25所示的旋转角速度的曲线图大致相同的形状。

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

K的值例如通过将用其他手段测量了半个周期的反射镜单元301的旋转角而得的值与半个周期的电压值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)求出用于使LD模块21点亮的点亮间隔T，以在主扫描方向的扫描线71a上得到期望的分辨率。若将分辨率设为ψ度，则T＝π·(ψ/180)/ω(t)。

控制电路351为了进行LD模块21的点亮间隔的控制，根据来自差计算部357的电压值VR(t)的提供实时地求出点亮间隔T，将表示该T值的脉宽调制信号提供给脉冲发生器358。

脉冲发生器358根据该脉宽调制信号进行脉宽调制，生成具有间隔T 的脉冲的定时信号并提供给激光驱动电路22。激光驱动电路22在从脉冲发生器358提供的定时信号中包含的脉冲的定时生成使LD模块21点亮的驱动信号，并提供给LD模块21。

当与曲线图361同样地将时间取为横轴针对从反射镜单元301的摆动范围的一端到另一端的期间来表示控制电路351向脉冲发生器358提供的脉冲间隔时，如曲线图362所示。即，控制电路351根据在感应线圈317 产生的感应电压，在反射镜单元301位于摆动路径的中央附近且该感应电压为高电平(第一电平)的情况下，与反射镜单元301位于摆动路径的端部附近且该感应电压为低电平(第二电平)的情况相比，进行使LD模块 21的发光间隔变短的控制。

其结果，激光驱动电路22生成的LD模块21的驱动信号如图29所示的drv2那样，成为根据反射镜单元301的移动速度而不同的脉冲间隔。然后，如图30所示，由反射镜单元301使这样被点亮控制的激光束L1偏转而得到的射束点72在主扫描方向的扫描线71a上在其全长上大致等间隔地排列。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，所以不会发生上述那样的问题，不需要调整点亮间隔。

另外，上述控制电路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28中说明了基于在感应线圈317中产生的感应电压的电压值进行控制的例子，但即使使用感应电流的电流值，也能够进行同样的控制。

(6.与主扫描方向的扫描位置对应的光束的点亮间隔的控制的另一例 (图31及图32))

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的另一例进行说明。

这里说明的控制是在扫描部30中使用致动器400的情况下应用的控制。同样的控制也可以应用于使用致动器400′的情况。该控制的基本思路与使用图25至图30说明的控制相同，主要是检测反射镜401的扫描位置或角度的方法不同，因此，以这一点为中心进行说明。

图31是表示进行光束的点亮间隔的控制时的、作为致动器400的变形例的致动器400″的结构的、与图14对应的立体图。

在致动器400′中，在反射镜401″的前端侧(永久磁铁410的相反侧) 端部的中央附近设置切口部，在此固定检测用磁铁481。检测用磁铁481以反射镜401″的旋转轴404通过其中心的方式配置。

另外，致动器400″在与检测用磁铁481对置的位置具备磁传感器 482。磁传感器482具备电阻值根据周围的磁场的方向而变化的磁阻元件，并且是输出与周围的磁场的方向对应的电流或电压的信号的磁阻传感器 (MR传感器)。通过将该磁传感器482配置在检测用磁铁481的附近，能够输出与检测用磁铁481产生的磁场的方向、即检测用磁铁481的朝向对应的电流或电压的信号。

作为磁阻元件(MR元件)，可以举出各向异性磁阻元件(AMR元件)、巨大磁阻元件(GMR元件)、隧道磁阻元件(TMR元件)等各种元件。这些MR元件能够不依赖于磁场的强度而高精度地检测磁场的方向，适合于反射镜401″的旋转速度的检测。该磁传感器482可以使用支架等固定在致动器400″上，也可以考虑在与致动器400″之间定位而固定在扫描部30 的结构体上，或者固定在物体检测装置10的结构体上。

图32是表示进行光束的点亮间隔的控制的控制电路的结构的图。与图 28相同的部分使用相同的符号。

图32所示的控制电路471相当于周期控制部，大致可分为进行与驱动线圈420的驱动控制、反射镜401″的旋转速度的检测及LD模块21的点亮间隔的控制相关的动作。

首先，关于驱动线圈420的驱动控制，控制电路471针对生成向驱动线圈420施加的驱动信号473的驱动信号生成电路472，设定致动器400″扫描的范围和周期的值。驱动信号生成电路472根据该设定值生成以适当的周期变动的电压的适当的驱动信号473，并将其施加到致动器400″的驱动线圈420。由此，如使用图17及图18等说明的那样，能够使永久磁铁410旋转，致动器400″能够使反射镜401″摆动。此时，检测用磁铁481 也与反射镜401″一起摆动。

接下来，关于反射镜401″的旋转速度的检测，磁传感器482实时地检测检测用磁铁481的朝向，输出与该朝向对应的电流或电压的信号。ADC (模数转换器)483实时地将磁传感器482输出的信号转换成数字值，并将该数字值提供给扫描速度运算电路484。扫描速度运算电路484基于预先存储的磁传感器482的信号电平与检测用磁铁481的角度的对应关系，将从 ADC483提供的信号换算成检测用磁铁481的角度后，根据其时间变化求出检测用磁铁481的旋转角速度、即反射镜401″的旋转角速度(扫描速度)，提供给控制电路471。

当将向控制电路471提供的扫描速度的变化从反射镜401″的摆动范围的一端到另一端以半周期的时间作为横轴进行绘制时，如曲线图491所示，可以认为是与图25所示的旋转角速度的曲线图大致相同的形状。

控制电路471使用从ADC483提供的各时刻t的反射镜401″的角速度ω(t)求出用于使LD模块21点亮的点亮间隔T，以在主扫描方向的扫描线71a上得到期望的分辨率。若将分辨率设为ψ度，则T＝π·(ψ/180)/ ω(t)。例如可以考虑ψ＝0.1。

控制电路471为了进行LD模块21的点亮间隔的控制，根据来自 ADC483的角速度ω(t)的提供实时地求出点亮间隔T，将表示该T值的脉宽调制信号提供给脉冲发生器358。

脉冲发生器358的功能与图28的情况相同。另外，控制电路471向脉冲发生器358提供的脉冲间隔也与图28的情况相同，如曲线图362所示。这是因为，与致动器300相同，致动器400″也使用具有向中立位置的复原力的系统使反射镜进行往复旋转运动，因此扫描位置与扫描速度的关系与致动器300的情况相似。

因此，根据图31及图32结构，也与图28的情况相同，能够使射束点 72在主扫描方向的扫描线71a上在其全长上大致等间隔地排列。

另外，作为磁传感器482，也可以使用感应线圈或霍尔元件。另外，也不是必须将检测用磁铁481设置在反射镜401″的端部中央附近，只要是能够由磁传感器482检测磁力变化的位置，可以设置在任意位置。但是，为了提高检测精度，优选不是磁铁410侧。

另外，也可以考虑代替磁传感器482，通过光学地检测反射镜401″或设置在反射镜401″上的标记的位置，检测反射镜401″的角度。在这种情况下，不需要检测用磁铁481。

[7.其他变形例]

以上结束了实施方式的说明，但在本发明中，装置的具体结构、具体的动作顺序、部件的具体形状等不限于在实施方式中说明的内容。

另外，在以上各项目中说明的特征可以分别独立地应用于装置或系统。特别是，致动器300、致动器400、可动件320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。

另外，上述的物体检测装置10能够以放置在人的手掌上的程度的尺寸构成，适合搭载在汽车或无人机等移动体上，用作用于自动驾驶的障碍物检测装置，但其利用目的不限于此。也可以固定在柱或壁等上，用于定点观测。

另外，本发明的程序的实施方式是以下的程序：使一台计算机或多台计算机协作，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LD模块21的发光定时调整的功能，或者用于执行在上述实施方式中说明的处理。

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(闪存、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。此外，还可以从连接到网络的外部装置下载，并安装在计算机上运行。

另外，当然，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组合实施，另外，能够仅取出一部分来实施。

[符号说明]

10…物体检测装置、20...投射光部、21...LD模块、22...激光驱动电路、23...投射光光学系统、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...光圈，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...保护材料、70...视野、71...扫描线、72...光点、300、380、 400、400′、400″…致动器、301...反射镜单元，301a...第一反射镜、 301b...第二反射镜、301a1...第一反射面、301b1...第二反射面、302…扭簧、304、384、404…旋转轴、311...铁心磁轭、312...框磁轭、313...线圈组件、314...顶磁轭、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、381、401、401″…反射镜、382…轴、383…支架、402、402′...反射镜支架、403、405…轴承， 406、406′...磁铁支架、410、410′...永久磁铁、410s...S极、410n...N极、420...驱动线圈、421、422...驱动线圈的第一、第二部分、423、424...驱动线圈的第一、第二连接部、430、440、450、460...磁轭、431～433…磁轭 430的第一～第三部分、441～442...磁轭440的第一～第二部分，451～ 452…磁轭450的第一～第二部分，481…检测用磁铁，482…磁传感器、 L1…激光束、L2…出射光、L3、L4…返回光

Claims (5)

1.一种物体检测装置，其特征在于，包括：

致动器，包括：扭簧，固定在支承部件上；永久磁铁，固定在所述扭簧上，其N极位于跨过所述扭簧的旋转轴的一侧，S极位于另一侧；驱动线圈，配置在所述永久磁铁的与所述扭簧相反的一侧；驱动部，向所述驱动线圈施加电压或电流周期性地变化的驱动信号；以及反射镜单元，固定在所述扭簧上，并配置在所述磁铁的相反侧，所述反射镜单元包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面位于所述扭簧的中央附近，所述第二反射面位于所述第一反射面的周围且与所述第一反射面平行，与包含所述第一反射面的平面相比，包含所述第二反射面的平面处于更接近所述扭簧的旋转轴的位置，所述反射镜单元根据所述驱动信号的施加进行往复运动；

激光光源，输出激光束；

受光元件；

光学系统，将所述激光束由所述反射镜单元的所述第一反射面反射之后向外部投射，并且以与该投射光相同的光轴引导从外部入射的入射光，并导向所述受光元件；

物体检测部，基于所述激光束的投射光定时和投射光方向、以及所述受光元件输出的光检测信号的定时来检测所述激光束到光路上的物体的距离及该物体所处的方向；

检测部，检测所述反射镜单元的旋转速度；以及

周期控制部，根据所述检测部检测出的旋转速度来控制所述激光光源的点亮间隔。

2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其中，

所述反射镜单元的重心大致处于所述扭簧的旋转轴上。

3.根据权利要求1所述的物体检测装置，其中，

所述反射镜单元包括：具备所述第一反射面的第一反射镜；以及具备所述第二反射面的第二反射镜。

4.根据权利要求3所述的物体检测装置，其中，

所述第二反射镜的重心处于相比所述第一反射镜的重心更接近所述扭簧的旋转轴的位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的物体检测装置，其特征在于，

包括所述扭簧、所述反射镜单元和所述永久磁铁的可动件的重心大致处于所述扭簧的旋转轴上。

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