特許 6651110 物体検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6651110

(24)【登録日】2020年1月24日

(45)【発行日】2020年2月19日

(54)【発明の名称】物体検出装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20200210BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20200210BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20200210BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/10 104Z

   G02B26/10 C

   G02B26/08 E

   G01S7/481 A

【請求項の数】5

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2019-99001(P2019-99001)

(22)【出願日】2019年5月28日

【審査請求日】2019年6月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】518237336

【氏名又は名称】Ｄｏｌｐｈｉｎ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123881

【弁理士】

【氏名又は名称】大澤 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100080931

【弁理士】

【氏名又は名称】大澤 敬

(72)【発明者】

【氏名】段 志輝

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１９９１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４８０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２６３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７０９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７０５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１２３１５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国実用新案第２０７６６３０４５（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｇ０２Ｂ ２６／００ − ２６／０８

Ｇ０１Ｓ ７／４８ − ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ − １７／９５

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０９Ｇ １／００ − ９９／００

Ｇ０５Ｄ １／００ − １／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持部材に固定されたねじりばねと、前記ねじりばねに固定され、前記ねじりばねの回転軸を跨いだ一方側に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、前記ねじりばねに固定され、前記永久磁石と反対側に配置されたミラーユニットであって、前記ねじりばねの中央付近に位置する第１反射面と、前記第１反射面の周囲に位置し前記第１反射面と平行な第２反射面とを備えるミラーユニットとを備え、前記第１反射面を含む平面よりも前記第２反射面を含む平面の方が前記ねじりばねの回転軸に近い位置にあり、前記ミラーユニットが、前記駆動信号の印加に応じて往復運動をするアクチュエータと、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
受光素子と、
前記レーザビームを、前記ミラーユニットの前記第１反射面で反射した後で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、
前記ミラーユニットの回転速度を検出する検出部と、
前記検出部が検出した回転速度に応じて、前記レーザ光源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2】

請求項１に記載の物体検出装置であって、
前記ミラーユニットの重心が、ほぼ前記ねじりばねの回転軸上に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、
前記ミラーユニットが、前記第１反射面を備える第１ミラーと、前記第２反射面を備える第２ミラーとを備えることを特徴とする物体検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の物体検出装置であって、
前記第２ミラーの重心は、前記第１ミラーの重心よりも、前記ねじりばねの回転軸に近い位置にあ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、
前記ねじりばねと前記ミラーユニットと前記永久磁石とを含む可動子の重心が、ほぼ前記ねじりばねの回転軸上にあることを特徴とする物体検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、駆動対象を往復運動させるアクチュエータとレーザ光と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に関する。

【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、装置が非常に大型かつ高コストになる。

【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。
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.,“A100-m Range 10-Frame/s 340 × 96-Pixel Time-of-Flight DepthSensor 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、ライダーにおいて物体の検出精度や検出感度を上げるためには、所定の視野範囲内をレーザ光により高速かつ高密度に走査することが望ましい。一方で、ライダーを一般に普及させることを考えた場合、消費電力の低減が重要である。特に重量の大きなバッテリーを設けることが難しい小型の移動体に搭載したり、メガネやヘルメットなどのウェアラブル装置に搭載しようとする場合には、消費電力の制約は顕著である。また、いずれの場合にも、耐久性が高いことがもちろん好ましい。
特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２に記載の技術は、走査に関し、このような要求に十分に応えることができるものではなかった。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光ビームの投光方向を周期的に変動させる走査を、低消費電力かつ耐久性の高い構成で実現することを目的とする。なお、本発明は、ライダーのような物体検出装置に適用することが好適であるが、用途は物体検出に限られない。本発明は、他の用途の光走査にも適用可能であるし、本発明のアクチュエータを光走査以外の用途に用いることも妨げられない。

【課題を解決するための手段】

【0010】

以上の目的を達成するため、本発明の物体検出装置は、支持部材に固定されたねじりばねと、上記ねじりばねに固定され、上記ねじりばねの回転軸を跨いだ一方側に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、上記ねじりばねに固定され、上記永久磁石と反対側に配置されたミラーユニットであって、上記ねじりばねの中央付近に位置する第１反射面と、上記第１反射面の周囲に位置し上記第１反射面と平行な第２反射面とを備えるミラーユニットとを備え、上記第１反射面を含む平面よりも上記第２反射面を含む平面の方が上記ねじりばねの回転軸に近い位置にあり、上記ミラーユニットが、上記駆動信号の印加に応じて往復運動をするアクチュエータと、レーザビームを出力するレーザ光源と、受光素子と、上記レーザビームを、上記ミラーユニットの上記第１反射面で反射した後で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、上記ミラーユニットの回転速度を検出する検出部と、上記検出部が検出した回転速度に応じて、上記レーザ光源の点滅周期を制御する周期制御部とを備える物体検出装置である。

【0011】

このような物体検出装置において、上記ミラーユニットの重心が、ほぼ上記ねじりばねの回転軸上にあるとよい。
さらに、上記ミラーユニットが、上記第１反射面を備える第１ミラーと、上記第２反射面を備える第２ミラーとを備えるとよい。
さらに、上記第２ミラーの重心が、上記第１ミラーの重心よりも、上記ねじりばねの回転軸に近い位置にあるとよい。

【0012】

さらに、上記ねじりばねと上記ミラーユニットと上記永久磁石とを含む可動子の重心が、ほぼ上記ねじりばねの回転軸上にあるとよい。

【0014】

また、この発明の別のアクチュエータは、柱状の磁石であって、Ｓ極とＮ極が中心軸を挟んで対向する磁石と、上記磁石を上記中心軸を中心に回転可能に支持する支持部と、上記磁石の近傍に配置された駆動コイルであって、上記中心軸に平行な導線の束を含む第１部分と、上記中心軸に平行な導線の束を含み通電時に上記第１部分と逆向きに電流が流れる第２部分とが、上記磁石を挟んで向かい合う位置に配置されている駆動コイルと、上記コイルの外側に上記中心軸に沿って配置されたヨークであって、上記中心軸に垂直な平面上における上記中心軸から上記ヨークまでの距離が、上記中心軸からの方向によって異なるヨークと、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るものである。

【0015】

このようなアクチュエータにおいて、上記磁石が角柱状か円柱状であるとよい。
さらに、上記駆動コイルに電圧が印加されていない場合に、上記磁石は特定の向きである中立位置に向かって移動し、上記駆動コイルの上記第１部分及び上記第２部分はそれぞれ、上記中立位置にある上記磁石の各磁極と対向する位置にあるとよい。
さらに、上記磁石の上記中立位置におけるＮ極側とＳ極側とで、上記中心軸から上記ヨークまでの距離が等しく、かつ、上記中立位置において、上記磁石のＮ極及びＳ極が、上記中心軸から上記ヨークまでの距離が最も近い方向を向くとよい。

【0016】

さらに、上記駆動コイルは、導線が、上記第１部分の一端部から上記磁石の上記中心軸の周りを上記磁石の表面に沿って回り込むようにして上記第２部分の一端部に繋がり、上記第２部分の他端部から、上記磁石の上記中心軸の周りを上記磁石の表面に沿って回り込むようにして上記第１部分の他端部に繋がるように形成されているとよい。
さらに、上記磁石が、上記駆動信号の印加に応じて、上記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動するとよい。
さらに、上記磁石の長手方向端部に固定されたミラーを備え、上記ミラーが、上記駆動信号の印加に応じて、上記駆動信号を印加していない状態での位置を中心とした範囲で往復回転運動するとよい。

【0017】

また、この発明の別の光走査装置は、上記のアクチュエータを備え、光ビームを、上記ミラーで反射した後で投光するものである。
また、この発明の別の物体検出装置は、上記のアクチュエータと、レーザビームを出力するレーザ光源と、受光素子と、上記レーザビームを、上記ミラーで反射した後で外部へ投光すると共に、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ものである。

【0018】

このような物体検出装置において、上記ミラーの回転速度を検出する検出部と、上記検出部が検出した回転速度に応じて、上記レーザ光源の点滅周期を制御する周期制御部とを設けるとよい。
さらに、上記アクチュエータの上記ミラーが、上記磁石側以外の端部に、第２磁石を備え、上記検出部が、上記第２磁石と対向する位置に設けた磁気センサを備え、上記磁気センサが検出した磁気の変動に基づき上記ミラーの回転速度を検出するとよい。
さらに、上記磁気センサが、磁気抵抗素子により磁界の方向を検出する磁気抵抗センサであるとよい。

【0019】

また、以上説明した各発明は、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】

【0020】

以上のような本発明によれば、光ビームの投光方向を周期的に変動させる走査を、低消費電力かつ耐久性の高い構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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8】可動子３２０の全体構成を示しミラーユニット３０１の機能について説明するための斜視図である。

【図9】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10】可動子３２０全体の重心位置について説明するための図である。

【図11】可動子の比較例の構成を示す図である。

【図12】ミラーユニットの変形例の構成を示す図である。

【図13】アクチュエータ３００，３８０の概略の外観及び配置を示す図である。

【図14】アクチュエータ４００の構成を示す斜視図である。

【図15】アクチュエータ４００の分解斜視図である。

【図16】アクチュエータ４００の、図１５よりも細かく分解した状態の分解斜視図である。

【図17】アクチュエータ４００が行う往復回転運動の原理について説明するための図である。

【図18】アクチュエータ４００が行う往復回転運動の原理について説明するための別の図である。

【図19】アクチュエータ４００′の構成を示す、図１４と対応する斜視図である。

【図20】アクチュエータ４００′の構成を示す、図１５と対応する分解斜視図である。

【図21】アクチュエータ４００′の構成を示す、図１６と対応する分解斜視図である。

【図22】アクチュエータ４００′が行う往復回転運動の原理について説明するための、図１８と対応する図である。

【図23A】アクチュエータ４００におけるヨークの変形例の構成を示す図である。

【図23B】アクチュエータ４００におけるヨークの別の変形例の構成を示す図である。

【図23C】アクチュエータ４００におけるヨークのさらに別の変形例の構成を示す図である。

【図24A】アクチュエータ４００′におけるヨークの変形例の構成を示す図である。

【図24B】アクチュエータ４００′におけるヨークの別の変形例の構成を示す図である。

【図24C】アクチュエータ４００′におけるヨークのさらに別の変形例の構成を示す図である。

【図25】ミラーユニット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26】ＬＤモジュール２１の駆動信号の例を示す図である。

【図27】図２６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28】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29】図２８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30】図２９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31】アクチュエータ４００″の構成を示す、図１４と対応する斜視図である。

【図32】アクチュエータ４００″を用いる場合の、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。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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レーザ光源である。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。レーザ光は、光ビームの一例である。
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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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３００，４００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４００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。
以上の投光部２０及び走査部３０が、光走査装置を構成する。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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とにより、外乱光が受光素子４３に入射することを防止する。
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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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やドローンなどの移動体が考えられる。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。

【0036】

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。

【0037】

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。ミラーユニット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。

【0038】

〔２．走査部３０及びアクチュエータ３００の構成（図５乃至図１１）〕
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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

その具体的な構成は図６乃至図１０を用いて詳述するが、概略としては、アクチュエータ３００は、ミラーユニット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及びミラーユニット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。

【0043】

走査部３０は、以上のアクチュエータ３００，３８０によりそれぞれ駆動されるミラーユニット３０１及びミラー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。

【0044】

次に、図６乃至図１２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８は、可動子３２０の全体構成を示しミラーユニット３０１の機能について説明するための斜視図である。図９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（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）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９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。図１０は、可動子３２０全体の重心位置について説明するための図である。図１１は比較例、図１２は変形例の構成を示し、詳細は後述する。

【0045】

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。

【0046】

コイルアッセンブリ３１３は、非磁性体によるボビン３１３ａに、図９に示す駆動コイル３１６及びセンシングコイル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。

【0047】

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３１５により固定して、一体化される。

【0048】

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。

【0049】

また、可動子３２０は、図７に示すように、ミラーユニット３０１及びねじりばね３０２の他、永久磁石３２１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。

【0050】

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。永久磁石３２１と平面部３０２ｂとの間の固定は、接着や溶接など、任意の方法で行うことができる。

【0051】

ミラーユニット３０１は、１枚の第１ミラー３０１ａと２枚の第２ミラー３０１ｂとを、図７に示すように一部重ねて接着することにより構成したものであり、２枚の第２ミラー３０１ｂを、突起部３０２ｃの両側の平面部３０２ｂの、突起部３０２ｃ側の面に接着することにより、ねじりばね３０２に固定されている。これらの接着に用いる接着剤は任意のものでよいが、硬化収縮の少ないものが望ましい。

【0052】

なお、図９に示すように、第１ミラー３０１ａと突起部３０２ｃの先端とは接しておらず、若干の隙間がある。すなわち、第１ミラー３０１ａは第２ミラー３０１ｂにのみ固定され、第２ミラー３０１ｂがスペーサとなっている。このようにしているのは、突起部３０２ｃは、ねじりばね３０２がねじれる際に若干変形するため、変形が起こっても周辺の部材と干渉しないよう、突起部３０２ｃの周りにはある程度の空間を確保することが好ましいためである。

【0053】

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。

【0054】

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９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。

【0055】

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９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ユニット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。

【0056】

次に、永久磁石３２１及びミラーユニット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９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ユニット３０１も、回転軸３０４を中心に反時計回りに回転する。

【0057】

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、図９に矢印Ｖで示すようにミラーユニット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、ミラーユニット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。

【0058】

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、ミラーユニット３０１を揺動させることができる。

【0059】

ところで、図８に示すように、可動子３２０においてミラーユニット３０１は、第１ミラー３０１ａの反射面（第１反射面）にて、投光光学系２３により形成されたレーザビームＬ１を反射して適宜に偏向して出射光Ｌ２を形成する。一方、第１ミラー３０１ａの反射面と第２ミラー３０１ｂの反射面（第２反射面）の両方で、外部からの戻り光Ｌ３を反射して、レーザビームＬ１と同一光軸で受光部４０へ導くべき戻り光Ｌ４を形成する。

【0060】

これらのうち出射光Ｌ２に関しては、レーザビームＬ１のスポットは比較的小さいため、第１ミラー３０１ａのサイズは小さくてよく、ミラーユニット３０１の考えられる回転範囲の全体で、レーザビームＬ１を第１反射面内に収められる程度のサイズがあればよい。

【0061】

一方、戻り光Ｌ４に関しては、検出対象物にて反射され乱反射された出射光Ｌ２の一部であるから、なるべく広い範囲の戻り光Ｌ４を受光部４０に導くことが、検出感度向上の観点から好ましい。このため、第１ミラー３０１ａと第２ミラー３０１ｂの合計サイズは、なるべく大きいことが好ましい。

【0062】

ミラーユニット３０１において、第１ミラー３０１ａと第２ミラー３０１ｂに分けて設けているのは、大きな反射面積を確保しつつ、ミラーユニット３０１の回転のエネルギー効率を高めると共に、高速な回転を可能とするためである。すなわち、低消費電力で高速な走査を行えるようにするためである。この点についてさらに説明する。

【0063】

まず、図１１に示す比較例のように、十分な大きさの１枚のミラー５０１を、突起部３０２ｃの先端付近を跨ぐように設ける場合を考える。この場合、ねじりばね３０２の平面部３０２ｂ上でミラー５０１を支えるスペーサも必要となるが、その図示は省略した。
このような構成にすると、ねじりばね３０２の突起部３０２ｃ側において、回転軸３０４から離れた位置にミラー５０１の大きな質量が位置することになり、回転軸３０４を中心とした回転運動に関する可動子３２０の慣性モーメントが大きくなってしまう。

【0064】

このことを避け、慣性モーメントを低減するためには、ミラー５０１を突起部３０２ｃ上に設けることを避け、平面部３０２ｂ上に設けて、全体的に回転軸３０４に近づけることが考えられる。すなわち、第２ミラー３０１ｂの位置に設けることが考えられる。しかし、この場合、ミラーは突起部３０２ｃを避けて設けなければならないため、単純にミラー５０１を２つに分けたサイズのミラーを第２ミラー３０１ｂの位置に設けると、ミラーの端部は、ミラー５０１の場合よりも回転軸３０４から遠い場所に配置されてしまい、慣性モーメントが却って増加してしまうことが考えられる。

【0065】

ミラーユニット３０１は、このような問題を解消するため、突起部３０２ｃを跨ぐ第１ミラー３０１ａと、平面部３０２ｂ上に配置する第２ミラー３０１ｂとに分けて設け、その合計により、十分な面積を確保しつつ、ミラーの位置を全体的に回転軸３０４に近づけたものである。

【0066】

この配置にすれば、サイズの大きい第２ミラー３０１ｂを回転軸３０４に近づけることができ、図１１の配置に比べ、回転軸３０４を中心とした回転運動に関する慣性モーメントを小さくすることができる。
すなわち、第１ミラー３０１ａを設けた分、第２ミラー３０１ｂのサイズを小さくすることができ、回転軸３０４から第２ミラー３０１ｂの端部までの距離が長くなりすぎないようにすることができる。また、第１ミラー３０１ａは、突起部３０２を回避するため、回転軸３０４からある程度離れた位置に設けざるを得ないが、突起部３０２を跨ぎ、第２ミラー３０１ｂに固定できる程度のサイズで十分であるので、回転軸３０４から第１ミラー３０１ａの端部までの距離は、さほど大きくならないようにすることができる。従って、回転軸３０４から遠い場所に大きな質量を置くことを避け、慣性モーメントを小さくすることができる。

【0067】

そして、このことにより、ねじりばね３０２をねじってミラーを回転させるために必要なエネルギーを低く抑えることができる。また、ねじり振動系において、共振周波数は、ばねのねじり剛性Ｋを慣性モーメントＩで割った値の１／２乗に比例するので、慣性モーメントを小さくすれば、可動子３２０の共振周波数を高めることができ、走査の高速化にも資する。
第１ミラー３０１ａと第２ミラー３０１ｂをそれぞれ、長手方向が回転軸３０４に沿う長方形状としているのも、慣性モーメントを低減するためである。

【0068】

なお、可動子３２０の共振周波数を高めるためには、ねじりばね３０２としてばね定数の大きいばねを用いることも考えられる。しかし、よりばね定数の大きいばねを作るためには、より厚い金属板を用いる必要があり、厚さが増すにつれて、製造誤差が大きくなってしまう。そこで、以上説明したような形状のミラーユニット３０１を採用して共振周波数を高めることが有効である。

【0069】

なお、上記の効果を得るために、ミラーユニット３０１を、平面状の第１ミラー３０１ａと第２ミラー３０１ｂとに分けて構成すると、製造が容易である。しかし、このように構成することは必須ではない。第１ミラー３０１ａと第２ミラー３０１ｂを一体にした、第１反射面と第２反射面との間に段差がある１枚のミラーを用いてもよい。さらには、図１２に示すような断面を有する、第１反射面３０１ａ１と第２反射面３０１ｂ１とが滑らかにつながっている１枚のミラー３０１′を用いてもよい。
いずれにせよ、第１反射面を含む平面よりも第２反射面を含む平面の方がねじりばね３０２の回転軸３０４に近い位置に来るようにすることにより、図６乃至図１０に示した例の場合と同様、慣性モーメントを低減すると共に、共振周波数を高めることができる。

【0070】

また、以上に加え、可動子３２０において、第２ミラー３０１ｂの重心は概ね回転軸３０４上に位置するので、残りの第１ミラー３０１ａ、永久磁石３２１及びねじりばね３０２の部分の重心も回転軸３０４上に位置するように各部のサイズや重量を調整することにより、図１０に示すように、可動子３２０全体の重心３０５を、回転軸３０４上に置くことができる。

【0071】

このように、可動子３２０の重心を概ね回転軸３０４上に置くことにより、ねじりばね３０２のねじれに伴うミラーユニット３０１の回動時に余計な振動が発生しないようにして、共振周波数をさらに高めることができる。
なお、可動子３２０の重心が正確に回転軸３０４上になくても、重心のずれによる振動が無視できる程度であれば、回転軸３０４上にある場合と同視できる。また、可動子３２０において、大きな重量を占めるのはミラーユニット３０１であるため、ミラーユニット３０１の部分のみの重心が回転軸３０４上にあるか、又は、永久磁石３２１と反対側に若干ずれた位置にあれば、可動子３２０の重心を概ね回転軸３０４上に置くことができる。

【0072】

また、回転軸３０４上の全ての点で、当該点を含み回転軸３０４に垂直な平面での可動子３２０の断面の重心が、回転軸３０４上にあると、共振周波数を高める効果が特に大きい。しかし、可動子３２０全体の重心が、回転軸３０４上のどこかにあるだけでも、十分有意義な効果を得ることができる。

【0073】

また、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。

【0074】

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。
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。

【0075】

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。

【0076】

また、駆動コイル３１６は、図９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９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９の構成の場合と同様なミラーユニット３０１の揺動が可能である。

【0077】

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２５乃至図３０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。

【0078】

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。

【0079】

〔３．アクチュエータの別の構成例（図１３乃至図２３Ｃ）〕
走査部３０に設けるアクチュエータとしては、以上説明してきたアクチュエータ３００に代え、全く動作原理の異なるアクチュエータを採用することもできる。次に、このような別のアクチュエータの例として、アクチュエータ４００について説明する。
まず図１３に、アクチュエータ３００に代えてアクチュエータ４００を設けた場合の、アクチュエータ４００，３８０の概略の外観及び配置を、図５と同様に示す。

【0080】

概略としては、アクチュエータ４００は、ミラー４０１を、永久磁石４１０に固定し、永久磁石４１０をベアリング４０３，４０５により保持して構成されている。そして、永久磁石４１０の磁力と、永久磁石４１０の周りに配置されたヨーク４３０と、永久磁石４１０とヨーク４３０との間に配置された駆動コイル４２０（図１４参照）を流れる電流との相互作用により、コイルに印加された電圧に応じて、永久磁石４１０とミラー４０１とが一体として、永久磁石４１０の中心を通る回転軸４０４を中心に回転し、所定の角度範囲を往復運動する。

【0081】

走査部３０は、以上のアクチュエータ４００により駆動されるミラー４０１と、図５に示したものと同じアクチュエータ３８０により駆動されるミラー３８１と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４００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。

【0082】

次に、図１４乃至図１６を用いて、アクチュエータ４００の構造についてより詳細に説明する。
図１４は、アクチュエータ４００の構成を示す斜視図である。図１５及び図１６はそれぞれアクチュエータの４００の分解斜視図である。図１６は、図１５に比べ、永久磁石４１０周りの部品も分解した状態を示している。
アクチュエータ４００は、図１４乃至図１６に示すように、ミラー４０１、ミラーホルダ４０２、ベアリング４０３、ベアリング４０５、磁石ホルダ４０６、永久磁石４１０、駆動コイル４２０、ヨーク４３０を備える。

【0083】

これらのうちミラー４０１は、レーザビームＬ１及び戻り光Ｌ４を反射するための反射面を有する平面状のミラーである。
ミラーホルダ４０２は、ベアリング４０３に対し、ミラー４０１を、その重心が永久磁石４１０の中心軸（回転中心）上に来るように、かつ永久磁石４１０の回転に伴って回転するように固定する。

【0084】

図１４の例では、永久磁石４１０が嵌まるように薄肉に形成した薄肉部４０２ｂ内に、円柱状の永久磁石４１０の上端を押し込むことにより、ミラーホルダ４０２を永久磁石４１０に対して固定する。その後、ミラー保持部４０２ａを図で下側から上側へベアリング４０３の内輪４０３ａに通して、そのままミラーホルダ４０２を、内輪４０３ａに押し込むことにより、ミラーホルダ４０２を内輪４０３ａに嵌め込んで固定する。ミラー４０１は、ミラー保持部４０２ａに対して接着する。

【0085】

ベアリング４０３及びベアリング４０５はそれぞれ、永久磁石４１０を、その中心軸を中心として回転可能なように保持する。
永久磁石４１０のベアリング４０３への固定は、上記のようにミラーホルダ４０２を介して行う。永久磁石４１０のベアリング４０５への固定は、永久磁石４１０が嵌まるように形成された磁石ホルダ４０６の磁石保持部４０６ａに対して端部を押し込んで永久磁石４１０と磁石ホルダ４０６とを一体化した上で、磁石ホルダ４０６のベアリング接続部４０６ｂを、ベアリング４０５の内輪４０５ａに対して嵌め込んで行う。
以上により、永久磁石４１０とミラー４０１とが一体として、内輪４０３ａ及び内輪４０５ａと共に回転可能なように、ベアリング４０３，４０５によって保持される。

【0086】

また、駆動コイル４２０は、ヨーク４３０の内側に接着や溶接などで固定され、ヨーク４３０は、ベアリング４０３及びベアリング４０５に対して、内輪４０３ａ，４０５ａの回転を妨げないように、接着や溶接などで固定されている。
以上に挙げた、嵌め込み、接着、溶接などの固定方法は一例であり、他の方法を用いることももちろん可能である。

【0087】

アクチュエータ４００において、永久磁石４１０は円柱状であり、円柱を径方向に２つに区分した領域の一方側がＮ極４１０ｎ、他方側がＳ極４１０ｓとなっている（図１７、図１８参照）。長手方向の両端部がそれぞれＮ極とＳ極となっている構成ではない。

【0088】

また、駆動コイル４２０には、永久磁石４１０（の中心）に平行な導線の束を含む第１部分４２１と、永久磁石４１０に平行な導線の束を含み通電時に第１部分４２１と逆向きに電流が流れる第２部分４２２とが、永久磁石４１０を挟んで向かい合うように配置されている。第１部分４２１と第２部分４２２とは、それぞれ永久磁石４１０の端部付近に永久磁石４１０の表面に沿って回り込むように配置される第１接続部４２３及び第２接続部４２４により接続される。

【0089】

駆動コイル４２０の一巻きは、例えば、第１部分４２１を永久磁石４１０に沿って図１４で下から上に上がり、永久磁石４１０の上端部付近で第１接続部４２３に入って、永久磁石４１０の表面に沿って図１４で上側から見て時計回りに回り込み、その後第２部分４２２に入って、永久磁石４１０に沿って図１４で上から下に下がり、永久磁石４１０の下端部付近で第２接続部４２４に入って、永久磁石４１０の表面に沿って図１４で上側から見て反時計回りに回り込み、次の周回の第１部分４２１に繋がる、というものである。永久磁石４１０の長手方向端面と対向する位置には、導線は配置されていない。

【0090】

この構成の駆動コイル４２０を用いることにより、ひとつのコイルだけで、後述するように、Ｎ極４１０ｎ側とＳ極４１０ｓ側とに異なる向きの電流を流し、Ｎ極４１０ｎ側とＳ極４１０ｓ側とに、トルクを同時に発生させることができる。また、第１接続部４２３と第２接続部４２４には、電流を流しても、永久磁石４１０に対してトルクを発生させることはないが、長さが短いため、導線の抵抗によるエネルギー損失は少なくて済む。これらの理由により、駆動コイル４２０によれば、高いエネルギー効率で、永久磁石４１０に対するトルクを発生させることができる。
また、上記構成の駆動コイル４２０は、平面シングル空芯コイルをＵ字型に折り曲げるだけで形成できるため、製造が容易である。

【0091】

なお、図示は省略したが、アクチュエータ４００は、駆動コイル４２０に駆動信号を印加するための端子および配線を備えており、駆動コイル４２０は永久磁石４１０には接触しないように設ける。
ヨーク４３０は、駆動コイル４２０の外側に配置される磁性体であり、それぞれ平板の、連続した第１部分４３１、第２部分４３２及び第３部分４３３からなり、断面は概ね、一辺が欠けた正方形の残り３辺の形状である。

【0092】

以上のような構成のアクチュエータ４００においては、永久磁石４１０の中心に垂直な平面上における、永久磁石４１０の中心からヨーク４３０までの距離が、永久磁石４１０の中心から見た方向によって異なるように、ヨーク４３０が設けられている。すなわち、永久磁石４１０から見た方向によって、永久磁石４１０からヨーク４３０までが近い箇所と、遠い箇所とがある。ヨーク４３０がない、正方形の欠けた一辺の方角は、永久磁石４１０からヨーク４３０までの距離が無限であると考えることができる。

【0093】

ヨーク４３０をこのように設けると、駆動コイル４２０に電圧を印加していない状態では、永久磁石４１０のＮ極４１０ｎとＳ極４１０ｓが、磁力によりそれぞれヨーク４３０までの距離が最も近い向きを向いて止まる。両極が共に「最も近い向き」を向けない場合には、適宜なつり合い位置を向いて止まる。

【0094】

図１４の例では、Ｎ極４１０ｎとＳ極４１０ｓの一方が第１部分４３１の中心付近を、他方が第２部分４３２の中心付近を向いて止まる。このような位置を、「中立位置」と呼ぶことにする。そして、駆動コイル４２０への電圧印加により永久磁石４１０がこの位置から多少回転しても、電圧の印加をやめれば、永久磁石４１０は中立位置に戻る。この意味で、アクチュエータ４００には、永久磁石４１０を中立位置に戻す復元力が働いている、ということができる。すなわち、ヨーク４３０との組み合わせにより、永久磁石４１０は、中立位置が自然状態であるばねのように振る舞う、ということができる。

【0095】

アクチュエータ４００は、この復元力を利用して永久磁石４１０及びミラー４０１に往復回転運動をさせることにより、復元力の発生しない構成の、通常のガルバノミラーと比べ、特定の駆動周波数で駆動すれば、例えば、アクチュエータの可動部の共振周波数またはその近い周波数で駆動すれば、低消費電力で高速な走査を可能としている。
なお、永久磁石４１０から第３部分４３３までの距離は、第１部分４３１あるいは第２部分４３２までの距離より遠いことが好ましい。永久磁石４１０から第３部分４３３までの距離が近くても、一方の極が第３部分４３３側を向くと、他方の極に対向するヨークがないため、この向きは中立位置とはならないが、局所的に、永久磁石４１０の向きと復元力の強さとの関係に大きな乱れが発生し得るためである。

【0096】

次に、図１７及び図１８の説明図を用いて、アクチュエータ４００が行う往復回転運動の原理について説明する。
図１７及び図１８は、永久磁石４１０に垂直な平面での、永久磁石４１０、駆動コイル４２０及びヨーク４３０の断面をミラー４０１側から見た状態を、模式的に示している。ただし、断面のハッチングは省略し、ヨーク４３０は、中立位置の形成に関与する第１部分４３１及び第２部分４３２のみを示している。また、符号Ｂ及びＢ′の矢印は、各状態で永久磁石４１０が発生させる磁力線の向きの代表を示す。符号Ｆ及びＦ′の矢印は、各状態で永久磁石４１０に与えられる力の向きを示す。いずれも、矢印の長さは必ずしも力の大きさとは対応しない。

【0097】

アクチュエータ４００において、駆動コイル４２０に電圧を印加していない状態でしばらくおくと、永久磁石４１０は、図１７（ａ）及び図１８（ａ）に示す中立位置まで回転して停止する。なお、Ｎ極４１０ｎとＳ極４１０ｓの位置が図１７（ａ）及び図１８（ａ）の状態と反対の、Ｎ極４１０ｎが第１部分４３１と対向する位置も中立位置であり、こちらの場合でも同様な往復回転運動が可能であるが、ここでは、図１７（ａ）の位置が中立位置であるとして説明を進める。

【0098】

図１７（ａ）の状態から駆動コイル４２０に電圧を印加し、図１７（ｂ）に示すように、第１部分４２１に、紙面の手前から奥に向かう電流ｉを、第２部分４２２に、これと反対の奥から手前に向かう電流−ｉを、それぞれ流した状態を考える。
この状態では、第１部分４２１の周囲には時計回りの、第２部分４２２の周囲には反時計回りの磁界が形成され、永久磁石４１０の付近には、磁力線が図で下から上へ向かう磁界が形成される。永久磁石４１０は、この磁界からＮ極４１０ｎが上を向く方向への力を受け、時計回りに回転する。この力は、永久磁石４１０が発生させる磁界内で駆動コイル４２０に電流を流したことにより生じるローレンツ力の反作用であると考えることができる。
そして、ある程度回転した図１７（ｃ）の状態で駆動コイル４２０への電圧印加を停止すると、永久磁石４１０は、各極とヨーク４３０との間に発生する磁力により、図１７（ａ）の自然状態に戻る。

【0099】

また、図１８（ｂ）のように、駆動コイル４２０に対し、図１７（ｂ）の場合と反対向きの電圧を印加し、反対向きに電流を流すと、永久磁石４１０の付近には、磁力線が図で上から下へ向かう磁界が形成される。永久磁石４１０は、この磁界からＮ極４１０ｎが下を向く方向への力を受け、反時計回りに回転する。
ある程度回転した図１８（ｃ）の状態で駆動コイル４２０への電圧印加を停止すると、永久磁石４１０は、各極とヨーク４３０との間に発生する磁力により、図１８（ａ）の自然状態(図１７（ａ）と同じ状態)に戻る。

【0100】

駆動コイル４２０に対して周期的に電圧又は電流が変化する駆動信号を印加して、以上の過程を繰り返すことにより、アクチュエータ４００は、永久磁石４１０及びミラー４０１に往復回転運動（揺動）をさせることができる。
回転運動の範囲は自然状態に対して対称であってもよいし、対称でなくてもよい。例えば、駆動コイル４２０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、中立位置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４２０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、任意の揺動範囲で、ミラー４０１を揺動させることができる。

【0101】

この場合において、揺動範囲の端部で永久磁石４１０を停止させる際には、エネルギーを投じてブレーキをかける必要がなく、単に駆動コイル４２０への電圧印加を止めるだけでよい。また、そこから永久磁石４１０を揺動範囲の端部から中立位置へ戻す際にも、電圧を印加する必要がない。その分、永久磁石４１０を中立位置から揺動範囲の端部まで回転させる際には、中立位置への復元力に抗するだけの電圧を駆動コイル４２０に印加する必要があるが、この点を加味しても、アクチュエータ４００は、復元力がないガルバノミラーに比べ、少ない消費電力で永久磁石４１０及びミラー４０１を揺動させることができる。

【0102】

なお、揺動に際して永久磁石４１０の回転角が大きくなりすぎると、電圧印加を停止した際に、永久磁石４１０が元の中立位置に戻らず、Ｎ極４１０ｎとＳ極４１０ｓが入れ替わった中立位置に移行してしまう可能性がある。従って、揺動範囲はあまり大きくしないことが好ましい。図１７及び図１８の例では、初めの中立位置から±９０°以上回転させるべきではない。

【0103】

また、自然状態からの変位が大きくなると、それにつれてエネルギー効率が低下するという問題もある。これは、変位が大きくなると、各極が、自然状態で対向していた導線だけでなく、反対側の導線からの影響も受けるようになるためである。反対側の導線には、自然状態で対向していた導線とは逆向きの電流が流れているため、この影響は回転に対するブレーキになる。
これらの観点から、回転運動の範囲が自然状態に対して対称であると、揺動範囲を広く取りつつ、高いエネルギー効率が得られ、好ましい。

【0104】

以上説明してきたアクチュエータ４００において、永久磁石４１０を円柱状としていたが、永久磁石の形状はこれに限られない。円柱状であると、対称性が高いため、回転の安定性を高めることができるが、ベアリングやホルダ等を適切な形状として回転可能に保持できるのであれば、円柱状である必要はない。例えば、角柱状であってもよい。また、円柱や角柱といった場合にも、底面のサイズに比べて高さが大きい棒状だけでなく、例えば高さよりも底面の直径が大きい、円盤状の形状も取り得る。また、高さ方向の位置によって断面積が異なる、例えば中央部付近の断面積が大きい樽状の形状や、逆に端部付近の断面積が大きい形状であることも、妨げられない。

【0105】

ここで、永久磁石を角柱状としたアクチュエータ４００′の構成を、図１９乃至図２１に示す。図１９乃至図２１はそれぞれ、アクチュエータ４００の構成を示す、図１４乃至１６と対応する斜視図又は分解斜視図である。図１９乃至図２１において、アクチュエータ４００と同じ部分には、図１４乃至図１６と同じ符号を付している。
このアクチュエータ４００′では、永久磁石４１０′は四角柱であり、回転軸に垂直な平面での断面形状が長方形である（図２２参照）。また、これに対応して、永久磁石４１０′を嵌め込むミラーホルダ４０２′の薄肉部４０２ｂ′及び磁石ホルダ４０６′の磁石保持部４０６ａ′の形状も、断面を長方形状としている。他の部分は、アクチュエータ４００と同じである。ミラーホルダ４０２′のミラー保持部４０２ａ及び磁石ホルダ４０６′のベアリング接続部４０６ｂも、アクチュエータ４００の場合と同じ形状である。

【0106】

以上のように断面が長方形状の永久磁石４１０′でも、アクチュエータ４００の永久磁石４１０の場合と同様、Ｎ極４１０ｎ′及びＳ極４０１ｓ′とヨーク４３０との間に発生する磁力により、中立位置を持つことができる。また、永久磁石４１０′は、駆動コイル４２０に流れる電流により生じる磁界により、回転する方向の力を受け、駆動コイル４２０に流れる電流がなくなると、中立位置に戻る点も、アクチュエータ４００の場合と同様。図２２に、図１８と対応する例を用いて、アクチュエータ４００′において永久磁石４１０′が受ける力を示す。

【0107】

次に、ヨーク４３０の形状の変形例について説明する。
ヨーク４３０の形状も、図１３及び図１４に示したものに限られない。例えば、アクチュエータ４００において、図２３Ａ乃至図２３Ｃに示す形状も採用可能である。図２３Ａ乃至図２３Ｃでは、永久磁石４１０に垂直な平面でのヨークの断面形状を、永久磁石４１０及び、駆動コイル４２０の第１部分４２１及び第２部分４２２の断面形状と合わせて模式的に示している。
なお、アクチュエータ４００′においても同様な形状を採用可能であり、この場合の構成例を図２４Ａ乃至図２４Ｃに示す。しかし、各形状のヨークの機能は、アクチュエータ４００の場合と同様であるので、代表として図２３Ａ乃至図２３Ｃを参照しつつ説明する。

【0108】

図２３Ａに示すヨーク４４０は、ヨーク４３０と同様に一方側が空いた形状であるが、ヨーク４３０と異なり、第２部分４３２に当たる図で下側の部分が曲面状の曲面部４４３になっている。ヨークはこのように曲面を含む形状であってもよい。
図２３Ｂに示すヨーク４５０は、断面が長方形状で、永久磁石４１０の全周を覆う形状である（ただし長手方向端部を覆う必要はない）。このように全周を覆ったとしても、ヨーク４５０に、永久磁石４１０の中心から近い部分（第１部分４５１及び第２部分４５２）と、遠い部分（その他の部分）とを作り、当該近い部分同士が対向する配置にすれば、永久磁石４１０の両磁極がそれぞれ当該近い部分を向く位置が中立位置となり、図１３乃至図１８を用いて説明したものと同様な永久磁石４１０の往復回転運動が可能である。

【0109】

図２３Ｃに示すヨーク４６０も、断面が楕円形状で、永久磁石４１０の全周を覆う形状である。このように、ヨーク４６０の全体が連続する曲面で構成されていても、永久磁石４１０の中心から近い部分（符号４６１，４６２で示す部分）と遠い部分（その他の部分）とを作り、当該近い部分同士が対向する配置にすれば、図２３Ｂの場合と同様に、永久磁石４１０の往復回転運動が可能である。ただし、駆動コイル４２０をヨーク４３０に固定する工程の容易さの観点からは、ヨーク４５０のように平面部分に駆動コイル４２０を固定できる配置の方が好ましい。

【0110】

なお、最低限、図１７の第１部分４３１と第２部分４３２だけあれば、永久磁石４１０の中立位置を形成し、図１３乃至図１８を用いて説明したものと同様な永久磁石４１０の往復回転運動が可能である。第１部分４３１と第２部分４３２の幅は狭いものでも構わない。しかし、永久磁石４１０の周囲をなるべく広く覆った方が、閉磁路を形成して永久磁石４１０の磁力を効率よく回転運動に利用する観点からは好ましい。ヨーク４５０及びヨーク４６０は、この観点から、永久磁石４１０の全周を覆う形状としたものである。
しかし、永久磁石４１０の全周を覆ってしまうと、永久磁石４１０の磁極は、全ての方向に引き寄せられるため、中立位置に向かう復元力が弱くなってしまう。この観点からは、ヨーク４３０やヨーク４４０のように１方向を空けた構成の方が、中立位置への復元力を強くすることができ、好ましいといえる。

【0111】

なお、例えば、図２３Ｂにおいて、永久磁石４１０の中心からヨーク４５０の第１部分４５１までの距離と第２部分４５２までの距離とが異なっていても、永久磁石４１０の中立位置が定まるのであれば、図１３乃至図１８を用いて説明したものと同様な永久磁石４１０の往復回転運動は可能である。
また、図２３Ａにおいて、永久磁石４１０の中心からヨーク４４０の第１部分４４１及び第２部分４４２までの距離よりも、曲面部４４３までの距離の方が近かったとしても、曲面部４４３の反対側にヨークがないため、全体として、永久磁石４１０の両磁極がそれぞれ第１部分４４１及び第２部分４４２を向く方向で安定し、その位置が中立位置となることも考えられる。このように、中立位置において、永久磁石４１０の磁極が、ヨーク４４０と最も近い側を向かないケースでも、安定した中立位置があれば、図１３乃至図１８を用いて説明したものと同様な永久磁石４１０の往復回転運動は可能である。

【0112】

しかし、中立位置において、永久磁石４１０の中心からヨークまでの距離が、Ｎ極４１０ｎ側とＳ極４１０ｓ側とで等しく、かつ、両磁極が、永久磁石４１０の中心からヨークまでの距離が最も近い向きを向くようにヨーク４４０の形状及び配置を定めると、永久磁石４１０の回転運動の途中で、永久磁石４１０の向きと復元力の強さとの関係に大きな乱れが生じてしまうことがなく、永久磁石４１０の回転の安定性の観点から好ましい。

【0113】

また、中立位置に関し、１つの中立位置があったときに、その位置から永久磁石４１０を１８０°回転させた、Ｎ極とＳ極が入れ替わった位置も、中立位置となる。しかし、それら２つ以外にも中立位置があることは、望ましくない。一の中立位置から、他の中立位置に近い位置まで永久磁石４１０を回転させてしまうと、永久磁石４１０が元の中立位置に戻らないため、中立位置が２組以上あると、往復回転運動の範囲を大きく取れないためである。例えば、ヨークの断面が正方形状であり、その中心が永久磁石４１０の中心と一致していると、９０°毎に４つの中立位置が生じることになる。このような構成でも、±４５°未満の往復回転運動であれば、図１３乃至図１８を用いて説明したものと同様に可能であるが、中立位置が２つのみである場合と比べ、運動可能な範囲は狭くなってしまう。

【0114】

また、駆動コイル４２０に関し、第１部分４２１と第２部分４２２は、中立位置において永久磁石４１０の磁極からなるべく近い位置にあることが好ましい。これらの部分に流れる電流による磁界の影響を、永久磁石４１０に強く及ぼすためである。そうすると、第１部分４２１と第２部分４２２は、永久磁石４１０から見て背後にヨークがある位置に配置することになり、この配置は、駆動コイル４２０をヨークに強固に固定することにも資する。

【0115】

〔５．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２５乃至図３０）〕
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。
ここで説明する制御は、走査部３０にアクチュエータ３００を用いた場合に適用する制御である。この場合、主走査方向の走査位置は、アクチュエータ３００におけるミラーユニット３０１（特にそのうち第１ミラー３０１ａ）の向きと対応するので、ここで説明する制御は、ミラーユニット３０１の向きに応じた制御でもある。

【0116】

まず、アクチュエータ３００によるミラーユニット３０１の揺動動作の特徴について、図２５乃至図２７を用いて説明する。
図２５は、ミラーユニット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２６は、ＬＤモジュール２１の駆動信号の例を示す図、図２７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。

【0117】

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ユニット３０１の移動速度は一定ではないことがわかっている。ミラーユニット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２５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。

【0118】

そこで、図２５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。
このようにミラーユニット３０１の回転速度に変動があるため、図２６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２７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。

【0119】

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、ミラーユニット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。

【0120】

図２８に、その制御回路の構成を示す。
図２８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、ミラーユニット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。

【0121】

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９等を用いて説明したように、アクチュエータ３００にミラーユニット３０１を揺動させることができる。

【0122】

次に、ミラーユニット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、ミラーユニット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。

【0123】

ここで、ミラーユニット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９等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、すなわちミラーユニット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、ミラーユニット３０１の回転角速度に比例すると考えることができる。

【0124】

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、ミラーユニット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。

【0125】

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、ミラーユニット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、ミラーユニット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２５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。

【0126】

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、ミラーユニット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、半周期分のミラーユニット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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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ユニット３０１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、ミラーユニット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、ミラーユニット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。

【0130】

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２９に示すｄｒｖ２のように、ミラーユニット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をミラーユニット３０１で偏向して得られるビームスポット７２は、図３０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３８１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。

【0131】

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２８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。

【0132】

〔６．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の別例（図３１及び図３２）〕
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の別の例について説明する。
ここで説明する制御は、走査部３０にアクチュエータ４００を用いた場合に適用する制御である。アクチュエータ４００′を用いた場合にも同様な制御を適用可能である。この制御は、基本的な考え方は図２５乃至図３０を用いて説明した制御と同じであり、ミラー４０１の走査位置あるいは角度を検出する方法が主に異なるので、この点を中心に説明する。

【0133】

図３１は、ビームの点灯間隔の制御を行う場合の、アクチュエータ４００の変形例であるアクチュエータ４００″の構成を示す、図１４と対応する斜視図である。
アクチュエータ４００″においては、ミラー４０１″の先端側（永久磁石４１０と反対側）端部の中央付近に切り欠き部を設け、ここに検知用磁石４８１を固定している。検知用磁石４８１は、ミラー４０１″の回転軸４０４がその中心を通るように配置している。

【0134】

また、アクチュエータ４００″は、検知用磁石４８１と対向する位置に、磁気センサ４８２を備える。磁気センサ４８２は、周囲の磁界の方向により抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備え、周囲の磁界の方向に応じた電流又は電圧の信号を出力する磁気抵抗センサ（ＭＲセンサ）である。この磁気センサ４８２を検知用磁石４８１の近くに配置することにより、検知用磁石４８１が発生させる磁界の向き、すなわち検知用磁石４８１の向きに応じた電流又は電圧の信号を出力することができる。

【0135】

磁気抵抗素子（ＭＲ素子）としては、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）など、種々のものを用いることができる。これらのＭＲ素子は、磁界の強さに依存せずに磁界の向きを高精度に検出でき、ミラー４０１″の回転速度の検出に適している。この磁気センサ４８２は、ホルダ等を用いてアクチュエータ４００″に固定してもよいが、アクチュエータ４００″との間で位置決めして走査部３０の構造体に固定したり、物体検出装置１０の構造体に固定したりすることも考えられる。

【0136】

図３２は、ビームの点灯間隔の制御を行う制御回路の構成を示す図である。図２８と共通する部分には同じ符号を用いた。
図３２に示す制御回路４７１は、周期制御部に該当し、大きく分けて、駆動コイル４２０の駆動制御、ミラー４０１″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。

【0137】

まず、駆動コイル４２０の駆動制御については、制御回路４７１は、駆動コイル４２０へ印加する駆動信号４７３を生成する駆動信号生成回路４７２に対し、アクチュエータ４００″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４７２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４７３を生成してアクチュエータ４００″の駆動コイル４２０に印加する。このことにより、図１７及び図１８等を用いて説明したように、永久磁石４１０を回転させ、アクチュエータ４００″にミラー４０１″を揺動させることができる。このとき、検知用磁石４８１もミラー４０１″と共に揺動する。

【0138】

次に、ミラー４０１″の回転速度の検出については、磁気センサ４８２が検知用磁石４８１の向きをリアルタイムで検出し、その向きに応じた電流又は電圧の信号を出力する。ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）４８３は、磁気センサ４８２が出力する信号をリアルタイムでデジタル値に変換し、走査速度演算回路４８４に供給する。走査速度演算回路４８４は、予め格納しておいた、磁気センサ４８２の信号レベルと検知用磁石４８１との角度との対応関係に基づき、ＡＤＣ４８３から供給される信号を検知用磁石４８１の角度に換算した上で、その時間変化から、検知用磁石４８１の回転角速度、すなわちミラー４０１″の回転角速度（走査速度）を求め、制御回路４７１へ供給する。
制御回路４７１へ供給される走査速度の変化を、ミラー４０１″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４９１に示すように、図２５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。

【0139】

制御回路４７１は、ＡＤＣ４８３から供給される各時刻ｔのミラー４０１″の角速度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。分解能をψ度とすると、Ｔ＝π・（ψ／１８０）／ω（ｔ）である。例えばψ＝０．１とすることが考えられる。
制御回路４７１は、ＬＤモジュール２１の点灯間隔の制御を行うため、ＡＤＣ４８３からの角速度ω（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。

【0140】

パルス発生器３５８の機能は、図２８の場合と同じである。また、制御回路４７１がパルス発生器３５８へ供給するパルス間隔も、図２８の場合と同様、グラフ３６２のようになる。これは、アクチュエータ４００″も、アクチュエータ３００と同様、中立位置への復元力を有する系を用いてミラーを往復回転運動させていることから、走査位置と走査速度との関係がアクチュエータ３００の場合と似ているためである。
従って、図３１及び図３２の構成によっても、図２８の場合と同様、ビームスポット７２を、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することができる。

【0141】

なお、磁気センサ４８２としては、センシングコイルやホール素子を用いることもできる。また、検出用磁石４８１を、ミラー４０１″の端部中央付近に設けることも必須ではなく、磁気センサ４８２で磁力の変化を検出可能な位置であれば、任意の位置に設けることができる。ただし、検出精度を高めるためには、磁石４１０側でないことが好ましい。
また、磁気センサ４８２に代えて、ミラー４０１″あるいはミラー４０１″上に設けたマーカの位置を光学的に検出することにより、ミラー４０１″の角度を検出することも考えられる。この場合、検出用磁石４８１は不要である。

【0142】

〔７．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、装置の具体的な構成、具体的な動作の手順、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。
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、アクチュエータ３００、アクチュエータ４００、可動子３２０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、自動車やドローンなどの移動体に搭載して、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。

【0143】

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。

【0144】

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。

【0145】

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】

【0146】

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、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、３００，３８０，４００，４００′，４００″…アクチュエータ、３０１…ミラーユニット、３０１ａ…第１ミラー、３０１ｂ…第２ミラー、３０１ａ１…第１反射面、３０１ｂ１…第２反射面、３０２…ねじりばね、３０４，３８４，４０４…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、３２０…可動子、３２１…永久磁石、３２１ｓ…Ｓ極、３２１ｎ…Ｎ極、３８１，４０１，４０１″…ミラー、３８２…軸、３８３…ホルダ、４０２，４０２′…ミラーホルダ、４０３，４０５…ベアリング、４０６，４０６′…磁石ホルダ、４１０，４１０′…永久磁石、４１０ｓ…Ｓ極、４１０ｎ…Ｎ極、４２０…駆動コイル、４２１，４２２…駆動コイルの第１，第２部分、４２３，４２４…駆動コイルの第１，第２接続部、４３０，４４０，４５０，４６０…ヨーク、４３１〜４３３…ヨーク４３０の第１〜第３部分、４４１〜４４２…ヨーク４４０の第１〜第２部分、４５１〜４５２…ヨーク４５０の第１〜第２部分、４８１…検知用磁石、４８２…磁気センサ、Ｌ１…レーザビーム、Ｌ２…出射光、Ｌ３，Ｌ４…戻り光

【要約】

【課題】光ビームの投光方向を周期的に変動させる走査を、低消費電力かつ耐久性の高い構成で実現する。
【解決手段】アクチュエータに、支持部材であるトップヨーク３１４に固定されたねじりばね３０２と、Ｎ極３２１とＳ極３２１ｓとがねじりばね３０２の回転軸３０４を挟むように位置する永久磁石３２１と、駆動コイル３１６と、駆動コイル３１６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、ねじりばね３０２の中央付近に位置する第１ミラー３０１ａと第１ミラー３０１ａの周囲に位置し第１ミラー３０１ａと平行な第２ミラー３０１ｂとを備えるミラーユニット３０１とを設けた。第１ミラー３０１ａの反射面を含む平面よりも第２ミラー３０１ｂの反射面を含む平面の方がねじりばね３０２の回転軸３０４に近い位置にあり、ミラーユニット３０１が、上記駆動信号の印加に応じて往復運動をする。
【選択図】 図９

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図23C】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】