特許 7452044 光検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】光検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20240312BHJP

   G01S 17/42 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/42

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020015010

(22)【出願日】2020-01-31

(65)【公開番号】P2021121790

(43)【公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】清野 光宏

(72)【発明者】

【氏名】柳井 謙一

(72)【発明者】

【氏名】木村 禎祐

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 憲幸

(72)【発明者】

【氏名】柏田 真司

(72)【発明者】

【氏名】水野 文明

(72)【発明者】

【氏名】恩田 一寿

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５９０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９５３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１０７６０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０９５３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３０４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６４１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５６１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０３０１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２９３９２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１

１７／００ － １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

投光ビーム（ＰＢ）を測定領域（ＭＡ，ＭＡ１，ＭＡ２）へ向けて投光し、前記投光ビームに対する前記測定領域からの戻り光（ＲＢ）を検出する光検出装置であって、
伸長方向（ＥＤ０）に細長く伸びた形状の発光窓部（２３）を有し、前記発光窓部から前記投光ビームを発光する発光部（２２）と、
前記伸長方向に対応した方向（ＥＤ１）に沿った回転軸（３３）を基準として有限の角度範囲（ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷ）に揺動運動し、前記投光ビームを反射して走査する走査ミラー（３４）と、
前記発光部から発光された前記投光ビームを集光し、前記走査ミラーへ向けて投光する投光光学系（２６）と、
前記走査ミラーにより反射された前記戻り光を、検出可能に集光する受光光学系（４９）と、を備え、
前記走査ミラーは、前記投光ビームを前記測定領域へ向けて反射する面と、前記測定領域からの前記戻り光を反射する面を共通化した反射面（３６）を有し、
前記反射面上において、前記投光ビームのフットプリント（ＰＦ）と前記戻り光のフットプリント（ＲＦ）とは、部分的に重複しており、
前記投光光学系と前記受光光学系とは、前記伸長方向に沿うように互いに並んで配置されている光検出装置。

【請求項2】

前記揺動運動を制御する少なくとも１つのプロセッサ（４６，６１）を、さらに備える請求項１に記載の光検出装置。

【請求項3】

前記戻り光による光子の受光に応じてデジタル信号としての電気パルスを生成する一光子アバランシェフォトダイオード受光素子（４４）を、さらに備え、
少なくとも１つのプロセッサは、前記走査ミラーの揺動運動において、前記角度範囲を分割した複数の位相領域のうち少なくとも１つの位相領域を通過する間に、前記投光ビームを複数回発光させ、前記複数回における前記投光ビームの発光及び前記発光に対応した前記戻り光の検出にて発生した前記電気パルスを積算して、前記発光から前記検出までの光の飛行時間を算出する請求項２に記載の光検出装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つのプロセッサは、前記角度範囲を変更可能に構成される請求項２に記載の光検出装置。

【請求項5】

前記少なくとも１つのプロセッサは、前記揺動運動の速度（ＨＳ，ＬＳ）を変更可能に構成される請求項２又は３に記載の光検出装置。

【請求項6】

前記少なくとも１つのプロセッサは、前記角度範囲のうち測定領域に想定される測定対象物の距離が遠い領域に対応した角度である程、前記揺動運動における単位角度当たりの滞留時間を長くする請求項２から５のいずれか１項に記載の光検出装置。

【請求項7】

車両（ＷＣ）に搭載されるように構成され、前記角度範囲に対応した前記測定領域が前記車両の前方外部又は後方外部となるように構成された請求項２から６のいずれか１項に記載の光検出装置であって、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記揺動運動における単位角度当たりの滞留時間について、前記角度範囲のうち中央部（ＡＲｃ）において前記角度範囲のうち側辺部（ＡＲｓ）よりも長くする光検出装置。

【請求項8】

車両に搭載されるように構成され、前記角度範囲に対応した前記測定領域が前記車両の側方外部となるように構成された請求項２から６のいずれか１項に記載の光検出装置であって、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記揺動運動における単位角度当たりの滞留時間について、前記角度範囲のうち側辺部において前記角度範囲のうち中央部よりも長くする光検出装置。

【請求項9】

前記投光光学系を保持する投光保持部材（２８）と、を有し、
前記投光保持部材は、前記角度範囲の両端部のうち前記走査ミラーでの反射角が最小となる端部（ＡＲ２）において反射される前記投光ビームとの干渉を回避するように、前記投光光学系の光軸（ＰＯＡ）側へ向かって凹む凹状部（２９）を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出装置。

【請求項10】

投光ビーム（ＰＢ）を測定領域（ＭＡ，ＭＡ１，ＭＡ２）へ向けて投光し、前記投光ビームに対する前記測定領域からの戻り光（ＲＢ）を検出する光検出装置であって、
伸長方向（ＥＤ０）に細長く伸びた形状の発光窓部（２３）を有し、前記発光窓部から前記投光ビームを発光する発光部（２２）と、
前記伸長方向に対応した方向（ＥＤ１）に沿った回転軸（３３）を基準として有限の角度範囲（ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷ）に揺動運動し、前記投光ビームを反射して走査する走査ミラー（３４）と、
前記発光部から発光された前記投光ビームを集光し、前記走査ミラーへ向けて投光する投光光学系（２６）と、
前記投光光学系を保持する投光保持部材（２８）と、を備え、
前記投光保持部材は、前記角度範囲の両端部のうち前記走査ミラーでの反射角が最小となる端部（ＡＲ２）において反射される前記投光ビームとの干渉を回避するように、前記投光光学系の光軸（ＰＯＡ）側へ向かって凹む凹状部（２９）を有し、
前記走査ミラーは、前記投光ビームを前記測定領域へ向けて反射する面と、前記測定領域からの前記戻り光を反射する面を共通化した反射面（３６）を有し、
前記走査ミラーにより反射された前記戻り光を、検出可能に集光する受光光学系（４９）と、をさらに備え、
前記投光光学系と前記受光光学系とは、前記伸長方向に沿うように互いに並んで配置されている光検出装置。

【請求項11】

装置外装部を形成する筐体であって、前記投光ビーム及び前記戻り光をその内部と前記測定領域との間にて往復させる光学窓（１４）を有する筐体（１１）を、さらに備え、
前記投光ビームと検出される前記戻り光とは、フットプリント（ＰＦ，ＲＦ）を重複させた重複領域（ＯＬ）を前記内部において有する請求項１から１０のいずれか１項に記載の光検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この明細書による開示は、光の検出に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の光検出装置において、投光ビームを走査する走査ミラーは、３６０°回転する。これにより、光検出装置の周囲を３６０°検出することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第９４７０５２０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の構成では、検出又は高い検出精度が求められていない領域への走査による走査時間の無駄が生じ得る。こうした無駄に伴い、検出又は高い検出精度が求められる特定領域への投光ビームの放射照度が不十分となり、特定領域への測定対象物の検出精度も低下し得る。

【0005】

この明細書の開示による目的のひとつは、高い検出精度を実現可能な光検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ここに開示された態様のひとつは、投光ビーム（ＰＢ）を測定領域（ＭＡ，ＭＡ１，ＭＡ２）へ向けて投光し、投光ビームに対する測定領域からの戻り光（ＲＢ）を検出する光検出装置であって、
伸長方向（ＥＤ０）に細長く伸びた形状の発光窓部（２３）を有し、発光窓部から投光ビームを発光する発光部（２２）と、
伸長方向に対応した方向（ＥＤ１）に沿った回転軸（３３）を基準として有限の角度範囲（ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷ）に揺動運動し、投光ビームを反射して走査する走査ミラー（３４）と、
発光部から発光された投光ビームを集光し、走査ミラーへ向けて投光する投光光学系（２６）と、
走査ミラーにより反射された戻り光を、検出可能に集光する受光光学系（４９）と、を備え、
走査ミラーは、投光ビームを測定領域へ向けて反射する面と、測定領域からの戻り光を反射する面を共通化した反射面（３６）を有し、
反射面上において、投光ビームのフットプリント（ＰＦ）と戻り光のフットプリント（ＲＦ）とは、部分的に重複しており、
投光光学系と受光光学系とは、伸長方向に沿うように互いに並んで配置されている。
また、開示された態様の他のひとつは、投光ビーム（ＰＢ）を測定領域（ＭＡ，ＭＡ１，ＭＡ２）へ向けて投光し、投光ビームに対する測定領域からの戻り光（ＲＢ）を検出する光検出装置であって、
伸長方向（ＥＤ０）に細長く伸びた形状の発光窓部（２３）を有し、発光窓部から投光ビームを発光する発光部（２２）と、
伸長方向に対応した方向（ＥＤ１）に沿った回転軸（３３）を基準として有限の角度範囲（ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷ）に揺動運動し、投光ビームを反射して走査する走査ミラー（３４）と、
発光部から発光された投光ビームを集光し、走査ミラーへ向けて投光する投光光学系（２６）と、
投光光学系を保持する投光保持部材（２８）と、を備え、
投光保持部材は、角度範囲の両端部のうち走査ミラーでの反射角が最小となる端部（ＡＲ２）において反射される投光ビームとの干渉を回避するように、投光光学系の光軸（ＰＯＡ）側へ向かって凹む凹状部（２９）を有し、
走査ミラーは、投光ビームを測定領域へ向けて反射する面と、測定領域からの戻り光を反射する面を共通化した反射面（３６）を有し、
走査ミラーにより反射された戻り光を、検出可能に集光する受光光学系（４９）と、をさらに備え、
投光光学系と受光光学系とは、伸長方向に沿うように互いに並んで配置されている。

【0007】

このような態様によると、走査ミラーによる投光ビームの走査は、有限の角度範囲での揺動運動により実現される。検出又は高い検出精度が求められていない領域への走査が規制されているので、走査時間の無駄の発生を抑制することができる。そして、投光ビームを発光する発光窓部が、伸長方向に細長く伸びた形状であり、この伸長方向に沿った方向に揺動運動の基準となる回転軸を設けたので、走査ミラーの所定の位相に対して揺動運動に対する垂直方向に沿って実質的に長いビームを投光することができる。すなわち、伸長方向を含む２次元的な走査の必要性が低減されているので、走査がさらに効率化される。以上により、特定領域へ投光ビームの照射を集中させ、放射照度を高めることができる。この結果、高い検出精度を実現可能な光検出装置を提供することができる。

【0008】

なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】光検出装置の全体構成を示す図である。

【図2】発光部を示す図である。

【図3】投光ビームのスポット形状を説明するための図である。

【図4】走査ミラーによる走査を説明するための図である。

【図5】投光ユニットと受光ユニットとの位置関係を示す図である。

【図6】検出部の構成を示す図である。

【図7】コントローラを示すブロック図である。

【図8】車両を含む道路を上方から下方へ俯瞰した図である。

【図9】測定領域が車両の前方外部となる場合の揺動運動を説明するための図である。

【図10】測定領域が車両の側方外部となる場合の揺動運動を説明するための図である。

【図11】デコーダ及びコントローラによるフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0011】

（第１実施形態）
図１に示すように、本開示の第１実施形態による光検出装置１０は、移動体としての車両ＷＣに搭載されるように構成されたライダ（ＬＩＤＡＲ，Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detection and Ranging）となっている。例えば光検出装置１０は、車両ＷＣの前方部、左右の側方部、後方部又はルーフに配置されている。光検出装置１０は、装置外部の領域であって、車両ＷＣの周辺のうち所定の測定領域ＭＡへ向けて投光ビームＰＢを走査する。光検出装置１０は、当該投光ビームＰＢが測定対象物に反射されることによる戻り光（以下、反射ビームＲＢという）を検出する。投光ビームＰＢには、通常、外界の人間から視認困難な近赤外域の光が選択される。

【0012】

光検出装置１０は、反射ビームＲＢの検出により、測定対象物を測定することが可能である。ここで測定対象物の測定とは、例えば測定対象物が存在する方向の測定、光検出装置１０から測定対象物までの距離の測定等である。車両ＷＣに適用された光検出装置１０において、代表的な測定対象物は、歩行者、サイクリスト、人間以外の動物、及び他車両等の移動物体、さらにガードレール、道路標識、道路脇の構造物、道路上の落下物等の静止物体である。

【0013】

本実施形態では、特に断り書きが無い限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面上の車両ＷＣを基準として定義される。また、水平方向は水平面に対する接線方向を示し、鉛直方向は水平面に対する垂直方向を示す。

【0014】

光検出装置１０は、筐体１１、投光ユニット２１、走査ユニット３１、受光ユニット４１及びコントローラ６１等を含む構成である。筐体１１は、遮光容器１２及びカバー板１５を有し、光検出装置１０の外装を形成している。

【0015】

遮光容器１２は、例えば合成樹脂ないし金属により形成され、遮光性を有した外壁部１２ａを有する箱状に形成されている。遮光容器１２は、１つの部品により構成されていてもよく、複数の部品を組み合わせた構成であってもよい。遮光容器１２は、投光ユニット２１、走査ユニット３１、受光ユニット４１及びコントローラ６１を収容する収容室１３を、外壁部１２ａに囲まれた形態にて有する。収容室１３は、投光ユニット２１及び受光ユニット４１に対して共通に設けられ、特に本実施形態では１つ設けられている。収容室１３の共通化により、投光ユニット２１と受光ユニット４１間に隔壁を形成することが抑制されるので、装置１０の体格増大を抑制可能である。

【0016】

また、遮光容器１２は、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの両方を収容室１３と測定領域ＭＡとの間にて往復させる光学窓１４を、開口状に形成している。光学窓１４もまた、投光ユニット２１及び受光ユニット４１の両方に対して共通に設けられ、特に本実施形態では１つ設けられている。

【0017】

カバー板１５は、例えば合成樹脂ないしガラス等からなる基材により、両ビームＰＢ，ＲＢを透過可能な板状（例えば平板状）に形成された部材である。カバー板１５は、光学窓１４の全面を塞ぐように配置され、収容室１３の外部から内部へ侵入しようとする異物を遮断する。

【0018】

カバー板１５は、基材の着色、光学薄膜の成膜、ないし基材表面へのフィルムの貼付け等により、近赤外域の光を透過すると共に、可視光を遮光する透過率の波長依存性を有することが好ましい。そうすることで、外部から収容室１３の内部が覗かれることは抑制される。また、カバー板１５の収容室側の表面及び測定領域側の表面の少なくとも一方には、鏡面状の基材表面が露出していてもよく、反射防止膜が形成されていてもよく、モスアイ構造が形成されていてもよい。

【0019】

例えばカバー板１５が平板状である場合、また、カバー板１５を透過する投光ビームＰＢの屈折による角度変化及び反射ビームＲＢの屈折による角度変化が抑制され、測定対象物の位置の検出精度が高まる。

【0020】

投光ユニット２１は、発光部２２、投光光学系２６及び投光保持部材２８等を含む構成である。図２に示すように、発光部２２は、伸長方向ＥＤ０に細長く伸びた形状の発光窓部２３を形成するように、複数のレーザ発振素子２４を伸長方向ＥＤ０に沿ってアレイ状に配置している。発光部２２は、複数のレーザ発振素子２４を使用することで、レーザ光の全体出力を高めている。発光部２２は、コントローラ６１からの電気信号に応じた発光タイミングにて、発光窓部２３から投光ビームＰＢを投光する。

【0021】

各レーザ発振素子２４には、例えばレーザダイオード（ＬＤ，Laser Diode）が採用される。各レーザ発振素子２４は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とをＰＮ接合層を介して互いに接合した構造と、ＰＮ接合層にて発生した光を共振させる共振器構造を有する。共振器構造においてＰＮ接合層を挟んで配置された一対のミラーのうち、一方のミラーがハーフミラー状の小窓２５を形成している。各レーザ発振素子２４は、この小窓２５を通じて、コヒーレント光としてのレーザ光を、ビーム状に発光可能である。このレーザ光は、投光ビームＰＢの一部をなす小ビームとなる。特に本実施形態では、各小窓２５から発振される小ビームの集合体が投光ビームＰＢと定義される。各レーザ発振素子２４のＰＮ接合層は、小窓２５の配列方向（すなわち伸長方向ＥＤ０）に対する、垂直方向に沿って設定されている。この垂直方向に沿った軸が、レーザダイオードによるファスト軸ＦＡとなる。

【0022】

複数の小窓２５が間隔を極力詰めて配置されることにより、複数の小窓２５の集合体による巨視的開口部として、発光窓部２３が形成されている。特に本実施形態の発光窓部２３は、略長方形状となっている。発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０の寸法は、伸長方向ＥＤ０に対する垂直方向（ファスト軸ＦＡに沿った方向）の寸法に対して、例えば１００倍以上大きい寸法に設定される。

【0023】

ここで発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０は、一般的な取り付け形態において、車載状態における鉛直方向に沿っている。ファスト軸ＦＡは車載状態における水平方向に沿っている。

【0024】

各レーザ発振素子２４は、レーザ光の偏光方向が、互いに共通の向きであって、伸長方向ＥＤ０に沿った方向となるように、ＴＥモードにて直線偏光を発振する。そうすると、投光ビームＰＢの偏光方向は、車載状態において鉛直方向に沿うので、概ね水平方向に沿った路面に対して垂直な偏光方向の投光ビームＰＢを入射させることができる。正反射率が低下し、拡散反射率が高まることにより、雨天又は凍結時にて路面から光学窓１４へと反射ビームＲＢを戻り易くすることができる。

【0025】

投光ビームＰＢは、短パルス状に発振される。ここで各レーザ発振素子２４による各小ビームは、実質的に同時となるように発振されてもよく、僅かな時間差を設けて順次発振されてもよい。投光ビームＰＢは、投光光学系２６、走査ユニット３１の走査ミラー３４を経由して測定領域ＭＡへ向かうこととなる。

【0026】

投光光学系２６は、発光部２２から発光された投光ビームＰＢを集光しつつ投光する光学系である。投光光学系２６は、発光部２２と走査ミラー３４との間に配置されている。投光光学系２６は、１つ以上の光学レンズ２７を含む構成である。投光光学系２６は、投光光軸ＰＯＡを形成する。投光光軸ＰＯＡは、例えば１つ以上の光学レンズ２７の各屈折面の曲率中心を通る仮想的な光線に沿った軸として定義される。投光光軸ＰＯＡに沿った仮想的な光線は、各レンズ頂点２７ａを、偏向作用を受けずに直進して、投光光学系２６を通過可能である。特に本実施形態では、発光窓部２３の中心点から射出される投光ビームＰＢの主光線が、投光光軸ＰＯＡに沿う。なお、発光窓部２３の中心点が小窓２５間のギャップに位置する場合、投光ビームＰＢの主光線は、光学設計上の仮想的な光線である。投光光軸ＰＯＡに沿った光線が走査ユニット３１にて偏向される場合、投光光軸ＰＯＡもその偏向方向に沿った延長部分を含むものとして定義される。

【0027】

投光光学系２６の焦点距離は、投光光学系２６の主点から発光窓部２３までの投光光軸ＰＯＡに沿った距離に略一致する。図３に示すように、投光光学系２６は、発光窓部２３から射出された投光ビームＰＢをコリメートする。光路において投光光学系２６を挟んだ発光窓部２３とは反対側であって、収容室１３の外部であり、発光窓部２３からの投光光軸ＰＯＡに沿った距離Ｄｐが無限遠となる位置（Ｄｐ＝∞）は、発光窓部２３と共役になる共役点である。無限遠において投光ビームＰＢのスポット形状は、遠方界パターンＦＦＰとなる。無限遠に発光窓部２３に対応する像が結像するが、この像は、伸長方向ＥＤ０への回折の影響を近傍界パターンＮＦＰよりも大きく受けたものとなる。したがって、投光ビームＰＢの無限遠におけるスポット形状は、例えば発光窓部２３における小窓間のギャップを残存させたまま、各小ビームが伸長方向ＥＤ０に沿って細長く伸びたライン状となる。また例えば、投光ビームＰＢの無限遠におけるスポット形状は、発光窓部２３における小窓２５間のギャップが実質的に解消され、各小ビームが一体化されたような形状であり、伸長方向ＥＤ０に沿って細長く伸びたライン状となる。

【0028】

一方、発光窓部２３からの距離Ｄｐが小さな収容室１３内では、投光ビームＰＢのスポット形状は、近傍界パターンＮＦＰとなる。このスポット形状は、ファスト軸ＦＡ方向への回折影響が遠方界パターンＦＦＰよりも小さいものとなる。このスポット形状は、各小ビームに個別対応した小スポットＳＳが分離して認識できる状態をなす。各小スポットＳＳは、ファスト軸ＦＡを長軸に対応させた楕円状のパターンをなす。小スポットＳＳ同士は、完全に分離されていてもよく、互いに一部分が重複していてもよい。

【0029】

こうして投光光学系２６により結像態様を調整された投光ビームＰＢのフットプリントＰＦの範囲は、投光光軸ＰＯＡにより中心点を貫通される発光窓部２３が実質的な絞りとして機能することにより規定されてもよい。また、フットプリントＰＦの範囲は、投光光学系２６に投光光軸ＰＯＡにより中心点を貫通される絞りが配置されることにより規定されてもよい。本実施形態におけるフットプリントとは、測定に寄与するビームの軌跡が及び得る空間を意味する。

【0030】

図４，５に示す投光保持部材２８は、投光光学系２６の鏡筒として、例えば合成樹脂ないし金属により遮光性に形成され、投光光学系２６の１枚以上の光学レンズ２７を保持する筒状に形成されている。投光保持部材２８は、さらに発光部２２を保持するように形成されていてもよい。

【0031】

走査ユニット３１は、図１，４に示すように、駆動モータ３２及び走査ミラー３４等を含む構成である。駆動モータ３２は、例えばボイスコイルモータ、ブラシ付きＤＣモータ、ステッピングモータ等が採用され得る。駆動モータ３２は、コントローラ６１からの電気信号に応じた回転量及び回転速度にて、走査ミラー３４に機械的に結合された回転軸３３を駆動する。回転軸３３は、発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０に対応した伸長対応方向ＥＤ１に沿って配置されている。ここで伸長対応方向ＥＤ１とは、発光窓部２３を投光光軸ＰＯＡに沿って光路上の設置物（例えば走査ミラー３４の反射面３６）に仮想的に射影した場合の、当該設置物上（例えば反射面３６上）での発光窓部２３の射影における伸長方向を意味する。特に本実施形態において回転軸３３は、発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０と実質的に一致している。

【0032】

走査ミラー３４は、投光ビームＰＢを反射して走査することが可能なミラーである。走査ミラー３４は、本体部３５及び反射面３６を有している。走査ミラー３４は、回転軸３３と機械的に結合され、例えば合成樹脂により平板状に形成されている。反射面３６は、本体部３５の例えば片側の表面にアルミニウム等の金属膜を蒸着すること等により鏡面状に形成されている。反射面３６は、例えば平面状であり、回転軸３３に対する平行方向に沿って、伸長対応方向ＥＤ１を含むように延設されている。

【0033】

反射面３６は、両ビームＰＢ，ＲＢに対して共通に設けられている。また反射面３６は、その長手方向を伸長対応方向ＥＤ１に実質的に一致させた矩形状に形成されている。そして図３に示すように、反射面３６は、投光ビームＰＢのスポット形状が近傍界パターンＮＦＰをなす位置（Ｄｐ＝Ｄｓ）に配置されている。すなわち、投光ビームＰＢの反射面３６上における各小スポットＳＳが、延伸対応方向ＤＰ１を短軸とする楕円状をなす。したがって、細長く伸びた形状の発光窓部２３及び無限遠でのライン状のスポット形状の縦横比と比較して、反射面３６上の投光ビームＰＢは、伸長対応方向ＥＤ１に圧縮された縦横比をもつ。投光ビームＰＢのフットプリントＰＦも伸長対応方向ＥＤ１に圧縮されるので、走査ミラー３４の伸長対応方向ＥＤ１の寸法が短縮化される。

【0034】

図４に示すように、走査ミラー３４は、伸長対応方向ＥＤ１に沿った回転軸３３を基準として、有限の角度範囲ＡＲに揺動運動することが可能となっている。揺動運動に伴う反射面３６の向きの変更に応じて、反射面３６に反射される投光ビームＰＢの反射角も変化する。投光ビームＰＢは、測定領域ＭＡへ向けて時間的及び空間的に走査される。

【0035】

本実施形態における走査は、伸長対応方向ＥＤ１への走査が省かれた１次元的な走査である。反射面３６により反射された投光ビームＰＢの無限遠でのスポット形状は、揺動運動の位相における投光ビームＰＢの照明範囲に実質的に相当することとなる。車載状態においてこの照明範囲は、鉛直方向に細長く伸びた範囲である。故に、走査ミラー３４が鉛直方向に対応した走査を実施しなくても、測定領域ＭＡにおける鉛直画角を広角化することができる。

【0036】

一方、揺動運動によって、伸長対応方向ＥＤ１に対する垂直方向、換言すると水平方向に沿って、鉛直方向に細長く伸びた投光ビームＰＢによる照明範囲が移動する。そして、揺動運動における有限の角度範囲ＡＲは、測定領域ＭＡにおける水平画角を定義付ける。ここで、投光光軸ＰＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分は、走査ミラー３４の揺動運動に応じ、水平方向に沿って振られることになる。ただし、投光光軸ＰＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分の方向及び位置は、揺動運動の所定の位相（換言すると反射面３６の所定の向き）に対して、一意的に定まる。

【0037】

有限の角度範囲ＡＲは、機械的なストッパ又は電磁気的なストッパ、又は駆動の制御により、制限される。最大化された有限の角度範囲ＡＲにおいて、投光ビームＰＢの反射角が最大となる端部ＡＲ１は、走査ミラー３４に反射された投光ビームＰＢが光学窓１４から外れ、投光ビームＰＢが遮光容器１２と干渉することが回避されるように、設定される。

【0038】

最大化された有限の角度範囲ＡＲにおいて、投光ビームＰＢの反射角が最小となる端部ＡＲ２は、走査ミラー３４に反射された投光ビームＰＢが投光ユニット２１と干渉することが回避されるように、設定される。ここで、投光保持部材２８の投光ビームＰＢが射出される側かつ光学窓１４側の角部において、投光光学系２６を貫通する投光光軸ＰＯＡ側へ向かって凹む凹状部２９が形成されている。こうした凹状部２９がなす空間に、走査ミラー３４に反射された投光ビームＰＢのフットプリントＰＦが入り込む。これにより、有限の角度範囲ＡＲにおける投光ビームＰＢの反射角が最小となる端部ＡＲ２側の設定可能範囲は、拡大される。

【0039】

有限の角度範囲ＡＲに走査された投光ビームＰＢは、光学窓１４を透過する。ここで図３に示すように、光学窓１４も、投光ビームＰＢのスポット形状が近傍界パターンＮＦＰをなす位置（Ｄｐ＝Ｄｗ）に配置されている。すなわち、投光ビームＰＢの反射面３６上における各小スポットＳＳが、反射面３６上よりは楕円率が小さい（すなわち円に近い）ものの、伸長対応方向ＥＤ１を短軸とする楕円状をなす。したがって、細長く伸びた形状の発光窓部２３及び無限遠でのライン状のスポット形状の縦横比と比較して、光学窓１４上の投光ビームＰＢのフットプリントＰＦは、伸長対応方向ＥＤ１に圧縮される。したがって、光学窓１４の伸長対応方向ＥＤ１の寸法を短くすることが可能となる。

【0040】

投光ビームＰＢは、光学窓１４を透過後、測定領域ＭＡに存在する測定対象物によって反射される。投光ビームＰＢが測定対象物によって反射されることによる反射ビームＲＢは、再び光学窓１４を透過し、走査ミラー３４へ入射し得る。走査ミラー３４の揺動運動の速度に対して、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの速度は十分大きい。このため、投光ビームＰＢが走査ミラー３４に反射された時の揺動運動における位相と反射ビームＲＢが走査ミラー３４へ入射した時の揺動運動における位相とのずれは、僅かであり、無視することも可能である。したがって、反射ビームＲＢは、投光ビームＰＢと略同じ反射角にて反射され、投光ビームＰＢと逆行するように受光ユニット４１へ導光される。

【0041】

受光ユニット４１は、図１，５に示すように、検出部４２、受光光学系４９及び受光保持部材５１等を含む構成である。本実施形態における検出部４２は、図６に示すように、受光素子アレイ４３及びデコーダ４６を有する。受光素子アレイ４３は、複数の受光素子４４をアレイ状に配列した構成である。受光素子４４には、ＳＰＡＤ（一光子アバランシェフォトダイオード、Single Photon Avalanche Diode）受光素子が採用されている。複数の受光素子４４は、長方形状の検出面４５上に高度に集積化された状態にて２次元配列されている。なお、図６に図示された受光素子４４のうち一部にのみ符号が付されている。

【0042】

ここで検出面４５の長手方向は、発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０と合わせられている。無限遠にてライン状となる投光ビームＰＢに対応した反射ビームＲＢもまた、ライン状のビームになり得るが、検出面４５が反射ビームＲＢの拡がりに合った形状をなす。これにより、検出部４２は、反射ビームＲＢを効率的に受光することが可能となり、検出精度は高まる。

【0043】

ＳＰＡＤによる各受光素子４４は、１つ以上の光子が入射すると、アバランシェ倍増による電子倍増動作（いわゆるガイガーモード）により、１つの電気パルスを生成する。すなわち、各受光素子４４は、アナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換回路を介さずに、換言すると直接的に、デジタル信号としての電気パルスを発生することができる。したがって、受光光学系４９を経て検出面４５上に集光される反射ビームＲＢの検出結果は高速に読み出し可能である。

【0044】

デコーダ４６は、受光素子４４が生成した電気パルスを出力するために設けられ、選択回路４７、クロック発振器４８等を含む構成である。選択回路４７は、例えば集積回路の形態で実装され、受光素子アレイ４３の中から、電気パルスを取り出す対象となる受光素子４４を、順次選択していく。選択された受光素子４４は、電気パルスをコントローラ６１へ出力するようになっている。こうして選択回路４７が出力対象の受光素子４４を各１回ずつ選択し終えると、１回のサンプリングが終了する。所定の発光タイミングで投光ビームＰＢが発光された時間から、選択回路４７は、サンプリングを周期的に繰り返し実施する。このサンプリング周期は、クロック発振器４８から出力されるクロック周波数に応じたものとなる。クロック発振器４８は、選択回路４７を構成する集積回路の内部又は外部に設けられる。

【0045】

受光光学系４９は、図１，５に示すように、反射ビームＲＢを受光し、反射ビームＲＢを検出面４５上に合焦させるように集光する光学系である。受光光学系４９は、検出部４２と走査ミラー３４との間に配置されている。受光光学系４９は、１枚以上の光学レンズ５０を含む構成である。受光光学系４９の光学レンズ５０の直径は、投光光学系２６の光学レンズ２７の直径よりも大きくされる。こうして受光光学系４９による反射ビームＲＢの集光効率を高めることができる。受光光学系４９は、受光光軸ＲＯＡを形成する。受光光軸ＲＯＡは、例えば１つ以上の光学レンズ５０の各屈折面の曲率中心を通る仮想的な光線に沿った軸として定義される。受光光軸ＲＯＡに沿った仮想的な光線は、各レンズ頂点５０ａを、偏向作用を受けずに直進して、受光光学系４９を通過可能である。特に本実施形態では、検出面４５の中心点に入射する反射ビームＲＢの主光線が、受光光軸ＲＯＡに沿う。なお、反射ビームＲＢの主光線は、測定対象物による投光ビームＰＢの反射態様に応じて、仮想的な光線となることがある。受光光軸ＲＯＡに沿った光線が走査ユニット３１にて偏向される場合、受光光軸ＲＯＡもその偏向方向に沿った延長部分を含むものとして定義される。

【0046】

ここで、受光光軸ＲＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分は、走査ミラー３４の揺動運動に応じ、車載状態の水平方向に沿って振られることになる。ただし、受光光軸ＲＯＡのうち走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分の方向及び位置は、揺動運動の所定の位相に対して、一意的に定まる。

【0047】

こうして受光光学系４９により受光される反射ビームＲＢのフットプリントＲＦの範囲は、受光光軸ＲＯＡにより中心点を貫通される検出面４５が実質的な絞りとして機能することにより規定されてもよい。また、フットプリントＲＦの範囲は、受光光軸ＲＯＡにより中心点を貫通される受光光学系４９に絞りが配置されることにより規定されてもよい。

【0048】

図５に示す受光保持部材５１は、受光光学系４９の鏡筒として、例えば合成樹脂ないし金属により遮光性に形成され、受光光学系４９の１枚以上の光学レンズ５０を保持する筒状に形成されている。受光保持部材５１は、さらに検出部４２を保持するように形成されていてもよい。

【0049】

図１，５に示すように、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとは、収容室１３の内部及び収容室１３の外部の全域において、互いにずれた形態となる。詳細に、投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとは、互いに間隔を空けて、かつ、互いに共通の方向に沿うように、実質平行に配置されている。こうした投光光軸ＰＯＡ及び受光光軸ＲＯＡを、回転軸３３に対する垂直方向に沿って配置することにより、投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢの利用効率を高めることができる。

【0050】

走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分における投光光軸ＰＯＡと受光光軸ＲＯＡとの位置関係についても、両ビームＰＢ，ＲＢ間に共通の反射面３６の向きに応じて一意的に決まり、互いにずれた形態（詳細には平行配置形態）は、揺動運動における位相に関わらず維持される。

【0051】

投光光学系２６と受光光学系４９とは、揺動運動の回転軸３３に沿った方向、すなわち発光窓部２３の伸長方向ＥＤ０に沿うように、並んで配置される。そうすると、共通の反射面３６によって投光ビームＰＢと略同じ反射角にて反射される反射ビームＲＢを、受光光学系４９が効率的に受光することができる。

【0052】

さらには投光光学系２６と受光光学系４９との並び配置により、投光ビームＰＢが受光保持部材５１に干渉すること及び反射ビームＲＢが投光保持部材２８に干渉することの両方が抑制される。また、走査ミラー３４からの距離が投光光学系２６と受光光学系４９との間で合わせられる結果、収容室１３のうち両光軸ＰＯＡ，ＲＯＡが沿う共通の方向の寸法を縮小可能となる。

【0053】

車載状態において、受光光学系４９は、投光光学系２６よりも下方に配置される。光学レンズ５０のレンズ径が投光光学系２６の光学レンズ２７よりも大きくなっている結果、受光光学系４９ないし受光ユニット４１の重量は、投光光学系２６ないし投光ユニット２１の重量よりも大きい。このため、光検出装置１０の重心を下方に下げることができ、車載状態における光検出装置１０の設置安定性を高めることができる。

【0054】

図１に示すように、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦは、投光光学系２６から投光光軸ＰＯＡに沿って測定領域ＭＡ側へ向かうに従って、投光光軸ＰＯＡの垂直断面における断面積を拡大させている。フットプリントＰＦは、走査ミラー３４による走査によって、特に走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分における断面積の水平方向への拡大幅を、走査ミラー３４より投光光学系２６側の部分における断面積の水平方向への拡大幅に対して増大させている。

【0055】

同様に、反射ビームＲＢのフットプリントＲＦは、受光光学系４９から受光光軸ＲＯＡに沿って測定領域ＭＡ側へ向かうに従って、受光光軸ＲＯＡの垂直断面における断面積を拡大させている。フットプリントＲＦは、走査ミラー３４による走査によって、特に走査ミラー３４より測定領域ＭＡ側の部分における断面積の水平方向への拡大幅を、走査ミラー３４より受光光学系４９側の部分における断面積の水平方向への拡大幅に対して増大させている。ここでいう拡大幅とは、光軸に沿った単位長さ当たりのフットプリントの断面積の増大量を意味する。

【0056】

そして、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとが重複した重複領域ＯＬが、収容室１３の内部において形成されている。両フットプリントＰＦ，ＲＦを完全に分離した仮の構成よりも、重複領域ＯＬを設けた本実施形態の構成の方が、重複領域ＯＬの体積分、収容室１３の大きさを縮小可能である。

【0057】

特に本実施形態では、走査ミラー３４の反射面３６上においても、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＲＦとは、部分的に重複されている。具体的に、反射面３６の回転軸３３に沿った方向を含む断面上において、両フットプリントＰＦ，ＲＦは、オーバーラップしている。この結果、反射面３６の伸長対応方向ＥＤ１に沿った寸法を縮小することができる。したがって、走査ミラー３４ないし収容室１３の大きさを縮小することができる。

【0058】

コントローラ６１は、測定領域ＭＡの測定を制御する。測定領域ＭＡの測定の制御には、走査ミラー３４の揺動運動の制御が含まれる。コントローラ６１は、図１に示すように、処理部６２、ＲＡＭ６３、記憶部６４、入出力インターフェース６５、及びこれらを接続するバス等を備えたコンピュータを主体として含む構成である。処理部６２は、ＲＡＭ６３と結合された演算処理のためのハードウェアである。処理部６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）、ＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）等の演算コアを少なくとも１つ含む構成である。処理部６２は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の演算コアを少なくとも１つ含む構成であってもよい。処理部６２は、ＲＡＭ６３へのアクセスにより、後述する各機能部の機能を実現するための種々の処理を実行する。記憶部６４は、不揮発性の記憶媒体を少なくとも１つ含む構成である。記憶部６４には、処理部６２によって実行されるプログラムが格納されている。

【0059】

コントローラ６１は、発光部２２、駆動モータ３２及び検出部４２に対して、電気的に接続されるか、通信可能に構成されている。図７に示すようにコントローラ６１には、発光制御部６６、走査制御部６７、測定演算部６８等の機能部が構築される。

【0060】

発光制御部６６は、走査ミラー３４による走査と連携した発光タイミングにて各レーザ発振素子２４から投光ビームＰＢが発光されるように、発光部２２へ電気信号を出力する。

【0061】

走査制御部６７は、投光ビームＰＢの発光タイミングと連携した走査が実現されるように、駆動モータ３２へ電気信号を出力する。特に本実施形態では、有限の角度範囲ＡＲの揺動における往復動のうち、初期位相からの往路にて速度が精密に制御される。こうした精密な速度制御と連携して、発光制御部６６により短パルス状の投光ビームＰＢが連続的に発光され、当該投光ビームが走査される。一方、往復動のうち復路では、走査ミラー３４は、往路よりも高速な速度で初期位相に跳ね戻る。この間、発光制御部６６による投光ビームＰＢの発光は停止される。往復動のうち一方向でのみ投光ビームＰＢの走査が行われることで、測定対象物の測定演算において、揺動運動の方向毎に処理を変更する必要性が低減されるので、処理の高速化又はコンピュータ資源の省力化を図ることができる。

【0062】

走査制御部６７は、走査ミラー３４を短時間に複数回連続して往復動させる。そして、各回の往路にて、集中的に投光ビームＰＢが発光される。

【0063】

さらに本実施形態のコントローラ６１において、走査制御部６７は、有限の角度範囲ＡＲ及び揺動運動の速度ＨＳ，ＬＳのうち少なくとも一方を変更可能となっている。この変更は、例えば角度範囲ＡＲの値及び速度ＨＳ，ＬＳの値、又はこれら値を満たすように揺動運動を制御するための駆動モータ３２への電気信号を特定するパラメータ等の揺動規定パラメータが記憶部６４の記憶媒体へ記憶されることによって実現される。走査制御部６７は、揺動規定パラメータを記憶部６４へのアクセスにより読み出して、有限の角度範囲ＡＲ及び揺動運動の速度ＨＳ，ＬＳを制御する。

【0064】

特に本実施形態では、光検出装置１０の車載条件に個別対応した揺動規定パラメータが、記憶部６４に複数記憶されている。走査制御部６７は、記憶部６４に記憶された車載条件の設定情報の読み出し、又は外部装置からの車載条件の設定情報の取得に応じて、複数の揺動規定パラメータから適切な揺動規定パラメータを選択する。

【0065】

例えば図８に示すように、光検出装置１０により車両ＷＣの前方外部に測定領域ＭＡ１が構成される場合がある。この車載条件において、測定領域ＭＡ１の中央部では、車両ＷＣの走行車線に沿う方向となる蓋然性が高いので、例えば前方の他車両ＴＣ１の車間距離を測定するために、比較的、遠距離域ＦＲでの測定精度が求められる。測定領域ＭＡ１の側辺部では、例えば道路脇の建造物ＢＬＤ、サイクリストＢＹＣ、歩行者、また例えば隣接する車線の他車両ＴＣ２を測定するために、比較的、近距離域ＮＲでの測定精度が求められる。

【0066】

この車載条件では、図９に示すように、走査制御部６７は、有限の角度範囲ＡＲの中央部ＡＲｃでの揺動運動の速度ＬＳを、側辺部ＡＲｓでの揺動運動の速度ＨＳよりも低くする。したがって、揺動運動における単位角度当たりの滞留時間は、側辺部ＡＲｓよりも中央部ＡＲｃの方が長くなる。そうすると、中央部ＡＲｃの長い滞留時間を用いて、中央部ＡＲｃの角度へ高い放射照度（光密度）で投光ビームＰＢを照射することができる。測定領域ＭＡ１の中央部において、遠距離域ＦＲにも十分に投光ビームＰＢが供給されるので、遠距離域ＦＲで反射されて検出面４５に入射する反射ビームＲＢの光量も十分得られる。さらに、走査制御部６７は、有限の角度範囲ＡＲを、後述する測定領域ＭＡ２の場合よりも比較的狭い角度範囲ＡＲＮとしてもよい。中央部ＡＲｃでの単位角度当たりの滞留時間を、さらに長くすることができる。

【0067】

一方で図８に示すように、光検出装置１０により車両ＷＣの側方外部（例えば左方外部、右方外部）に測定領域ＭＡ２が構成される場合がある。この車載条件において、測定領域ＭＡ２の中央部では、例えば道路脇に隣接する建造物ＢＬＤ、サイクリストＢＹＣ、歩行者、また例えば隣接する車線の他車両ＴＣ２を測定するために、比較的、近距離域ＮＲでの測定精度が求められる。測定領域ＭＡ２の側辺部でも、例えば道路脇の建造物ＢＬＤ、サイクリストＢＹＣ、歩行者、また例えば隣接する車線の他車両ＴＣ２が測定対象部となるが、斜め前方又は斜め後方に測定対象物が位置する。このため、比較的、遠距離域ＦＲでの測定精度が求められる。

【0068】

この車載条件では、図１０に示すように、走査制御部６７は、有限の角度範囲ＡＲの中央部ＡＲｃでの揺動運動の速度ＬＳを、側辺部ＡＲｓでの揺動運動の速度ＨＳよりも高くする。したがって、揺動運動における単位角度当たりの滞留時間は、中央部ＡＲｃよりも側辺部ＡＲｓの方が長くなる。そうすると、側辺部ＡＲｓの長い滞留時間を用いて、側辺部ＡＲｓの角度へ高い放射照度（光密度）で投光ビームＰＢを照射することができる。測定領域ＭＡ２の側辺部において、遠距離域ＦＲにも十分に投光ビームＰＢが供給されるので、遠距離域ＦＲで反射されて検出面４５に入射する反射ビームＲＢの光量も十分得られる。また、走査制御部６７は、有限の角度範囲ＡＲを、測定領域ＭＡ１の場合よりも比較的広い角度範囲ＡＲＷとしてもよい。車両ＷＣの側方外部では、比較的遠い距離に位置する測定対象物を測定する必要性が低いからである。

【0069】

なお、本実施形態において側辺部ＡＲｓは、有限の角度範囲ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷを３等分したうちの両端部に接する一対の部分として定義される。中央部ＡＲｃは、有限の角度範囲ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷを３等分したうちの一対の側辺部ＡＲｓに挟まれた部分として定義される。速度ＨＳ，ＬＳは一定速度に限らず、加減速を伴っていてもよい。中央部ＡＲｃと側辺部ＡＲｓとの間の速度の比較は、中央部ＡＲｃでの平均速度と、側辺部ＡＲｓでの平均速度を比較である。またなお、揺動運動における単位角度当たりの滞留時間は、揺動運動が一定周期の場合には、揺動運動の周期当たりの時間等に規格化された時間であってよい。揺動運動における単位角度当たりの滞留時間は、複数回の揺動運動において、周期が変動する場合には、複数回の揺動運動における積算時間であってよい。

【0070】

測定演算部６８は、検出部４２から入力された電気パルスを演算処理し、測定領域ＭＡにおける測定対象物の有無、及び測定対象物の距離を測定する。測定演算部６８は、投光ビームＰＢの発光後の各サンプリングにて各受光素子４４から出力された電気パルス数をカウントする。測定演算部６８は、サンプリング毎の電気パルス数を各階級に記録したヒストグラムを生成する。このヒストグラムの階級は、投光ビームＰＢが発光されてから反射ビームＲＢが受光素子４４に入射するまでの光の飛行時間、いわゆるＴＯＦ（Time Of Flight）を示している。そして、デコーダ４６によるサンプリング周期がＴＯＦ測定における時間分解能に相当する。

【0071】

測定演算部６８は、走査ミラー３４の往復動、及び往路での投光ビームＰＢの発光に合わせて、有限の角度範囲ＡＲを分割した複数の位相領域に対するヒストグラムを生成する。各位相領域に個別対応したヒストグラムは、それぞれ、ＲＡＭ６３又は記憶部６４に一時的又は非一時的に記憶される。

【0072】

ここで本実施形態の発光制御部６６は、走査ミラー３４が１回の揺動運動の往路において１つの位相領域を通過する間に、周期的な発光タイミングにて複数回、投光ビームＰＢを発光させるようになっている。揺動運動における速度が低速である位相領域に対しては、速度が高速である位相領域よりも、投光ビームＰＢの発光回数を多くすることが可能である。

【0073】

対して本実施形態の測定演算部６８は、各位相領域に対するヒストグラムを、各位相領域での複数回の投光ビームＰＢの発光に対応した反射ビームＲＢの検出で発生した電気パルスを積算したものとする。測定演算部６８は、複数回分の積算後、ヒストグラムにおいて度数が最も大きな階級に対応するＴＯＦを、測定結果として算出する。このＴＯＦが距離換算されることで、測定対象部の距離を特定可能である。複数回分の積算によって、ＴＯＦの測定精度及び距離の測定精度を高めることができる。

【0074】

次に、デコーダ４６及びコントローラ６１により実施される測定対象物の測定方法を、図１１のフローチャートを用いて説明する。各ステップで構成されるフローチャートによる処理は、例えば走査ミラー３４が１つの位相領域を通過する毎に実施される。

【0075】

まず、Ｓ１１では、測定演算部６８は、走査ミラー３４が侵入した位相領域を特定し、当該位相領域に個別対応したヒストグラム、すなわち積算カウント対象のヒストグラムを選択する。Ｓ１１の処理後、Ｓ１２へ移る。

【0076】

Ｓ１２では、発光制御部６６は、投光ビームＰＢを発光させる。Ｓ１２の処理後、Ｓ１３へ移る。

【0077】

Ｓ１３では、デコーダ４６及び測定演算部６８は、受光素子４４の電気パルスをカウントする。ここでカウントは、ＴＯＦが算出するまでリセットされず、積算される。Ｓ１３の処理後、Ｓ１４へ移る。

【0078】

Ｓ１４では、測定演算部６８は、投光ビームＰＢの発光回数をカウントするために例えばＲＡＭ６３に記憶された回数カウンタをインクリメントする。Ｓ１４の処理後、Ｓ１５へ移る。

【0079】

Ｓ１５では、測定演算部６８は、投光ビームＰＢの発光回数が規定回数に達したか否かを判定する。規定回数は、走査ミラー３４が測定中の位相領域を通過する通過時間に対応して設定される。Ｓ１５にて否定判定が下された場合、Ｓ１２へ戻る。Ｓ１５にて肯定判定が下された場合、Ｓ１６へ移る。

【0080】

Ｓ１６では、測定演算部６８は、積算結果を記録したヒストグラムからＴＯＦを算出する。さらにＴＯＦが距離換算されることで、測定対象物の距離が特定される。Ｓ１６を以て一連の処理を終了する。

【0081】

なお、第１実施形態では、検出部４２のデコーダ４６及びコントローラ６１の処理部６２が「少なくとも１つのプロセッサ」に相当する。また、カバー板１５が「カバー部材」に相当する。

【0082】

（作用効果）
以上説明した第１実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。

【0083】

第１実施形態によると、走査ミラー３４による投光ビームＰＢの走査は、有限の角度範囲ＡＲでの揺動運動により実現される。検出又は高い検出精度が求められていない領域への走査が規制されているので、走査時間の無駄の発生を抑制することができる。そして、投光ビームＰＢを発光する発光窓部２３が、伸長方向ＥＤ０に細長く伸びた形状であり、この伸長方向ＥＤ０に沿った方向ＥＤ１に揺動運動の基準となる回転軸３３を設けたので、走査ミラー３４の所定の位相に対して揺動運動に対する垂直方向に沿って実質的に長いビームを投光することができる。すなわち、伸長方向ＥＤ０を含む２次元的な走査の必要性が低減されているので、走査がさらに効率化される。以上により、特定領域へ投光ビームＰＢの照射を集中させ、放射照度を高めることができる。この結果、高い検出精度を実現可能な光検出装置１０を提供することができる。

【0084】

また、第１実施形態によると、コントローラ６１により、揺動運動は制御される。したがって、投光ビームＰＢは、高い検出精度を実現するように走査されることが可能である。

【0085】

また、第１実施形態によると、走査ミラー３４の揺動運動において有限の角度範囲ＡＲを分割した複数の位相領域のうち少なくとも１つの位相領域を通過する間に、投光ビームＰＢが複数回発光され、複数回の投光ビームＰＢの発光及び発光に対応した反射ビームＲＢの検出にて電気パルスが積算される。ＳＰＡＤ受光素子４４は、光子の受光に応じた電子パルスをデジタル信号として生成可能であるため、投光ビームＰＢの複数回の発光に対する検出は、高速処理可能である。したがって、電気パルスの積算は、走査ミラー３４による測定方位を同一とみなせるような位相領域の通過時間、又は測定対象物の移動を無視可能な時間で実施可能となる。こうした積算を利用してＴＯＦが算出されるので、測定対象物の検出精度を高めることができる。

【0086】

また、第１実施形態によると、有限の角度範囲ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷは、変更可能となっている。こうした変更により、走査時間の無駄の発生を、使用環境に応じて的確に抑制することが可能となる。したがって、必要な領域に投光ビームＰＢの照射を集中させることができる。

【0087】

また、第１実施形態によると、揺動運動の速度ＨＳ，ＬＳは、変更可能となっている。こうした変更により、特定領域に対して適切な検出精度を発揮することができる。

【0088】

また、第１実施形態によると、有限の角度範囲ＡＲのうち対応する測定領域ＭＡに想定される測定対象物の距離が遠い角度である程、揺動運動における単位角度当たりの滞留時間は長い。測定対象物の距離が遠い角度では、長い滞留時間を利用して、高い放射照度にて投光ビームＰＢを照射することが可能となる。したがって、遠い距離に存在する測定対象物に照射する光量、さらには測定対象物から反射されて検出される反射ビームＲＢの光量を増大させることができる。故に、測定対象物の検出精度を高めることができる。

【0089】

また、第１実施形態によると、光検出装置１０が角度範囲ＡＲ，ＡＲＮに対応した測定領域ＭＡ１を車両ＷＣの前方外部とするように構成される場合、揺動運動において、有限の角度範囲ＡＲ，ＡＲＮのうち中央部ＡＲｃでの滞留時間は、側辺部ＡＲｓでの滞留時間よりも長くされる。そうすると、例えば比較的距離が遠い傾向にある車両ＷＣに対して前方の他車両ＴＣ１を高い検出精度にて検出することができる。

【0090】

また、第１実施形態によると、光検出装置１０が角度範囲ＡＲ，ＡＲＷに対応した測定領域ＭＡ２を車両ＷＣの側方外部とするように構成される場合、揺動運動において、有限の角度範囲ＡＲ，ＡＲＷのうち側辺部ＡＲｓでの滞留時間は、中央部ＡＲｃでの滞留時間よりも長くされる。そうすると、道路脇の測定対象物、又は隣接する車線の測定対象物を、想定される距離に応じて適切な検出精度にて検出することができる。

【0091】

また、第１実施形態によると、走査ミラー３４は、投光ビームＰＢを測定領域ＭＡへ向けて反射する面と、測定領域ＭＡからの反射ビームＲＢを反射する面を共通化した反射面３６を有する。反射面３６が共通化されることで、伸長方向ＥＤ０に細長く伸びた形状になり得る反射ビームＲＢの形状を極力乱さずに、検出することが可能となる。

【0092】

また、第１実施形態によると、投光光学系２６と受光光学系４９とは、伸長方向ＥＤ０に沿うように互いに並んで配置されている。反射面３６が共通化され、共通の回転軸３３を基準とした揺動運動により反射角も同等とされる投光ビームＰＢ及び反射ビームＲＢに対して、投光ビームＰＢの投光光学系２６による集光効率と、反射ビームＲＢの受光光学系４９による集光効率とは、両方同時に最適化される。故に、投光ビームＰＢの放射照度に対して、検出される反射ビームＲＢに高い利得を得られるため、高い検出精度を実現することができる。

【0093】

また、第１実施形態によると、投光保持部材２８は、有限の角度範囲ＡＲの両端部ＡＲ１，ＡＲ２のうち走査ミラー３４での反射角が最小となる端部ＡＲ２において反射される投光ビームＰＢとの干渉を回避するように、投光光軸ＰＯＡ側へ向かって凹む凹状部２９を有する。凹状部２９が凹む空間の体積に応じて、有限の角度範囲ＡＲの機械的限界を、端部ＡＲ２側に拡大することが可能となるので、使用環境に応じて的確な走査を実現することができる。

【0094】

また、第１実施形態によると、投光ビームＰＢと反射ビームＲＢとは、フットプリントＰＦ，ＲＦを重複させた重複領域ＯＬを筐体１１の内部において有する。重複領域ＯＬの体積に応じて、筐体１１を小型化することができる。

【0095】

（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

【0096】

具体的に変形例１としては、発光部２２におけるレーザ発振素子２４の数は、適宜変更されてよい。すなわち、発光窓部２３における小窓２５の数は、１つ以上の範囲で適宜変更されてよい。

【0097】

変形例２としては、発光部２２は、複数設けられてもよい。例えば、車載状態にて発光窓部２３が水平方向に沿って並ぶように、発光部２２が複数設けられてもよい。複数の発光部２２に対して、１つの投光光学系２６が設けられてもよく、発光部２２の設置数と同数の投光光学系２６が設けられてもよい。

【0098】

変形例３としては、投光光学系２６の焦点距離は、収容室１３の外部に発光窓部２３を結像させるような焦点距離であればよく、無限遠に発光窓部２３を結像させる焦点距離に限られない。

【0099】

変形例４としては、投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＰＦとは、収容室１３の内部のうち、走査ミラー３４での反射後の空間にのみ、重複領域ＯＬを有していてもよい。投光ビームＰＢのフットプリントＰＦと反射ビームＲＢのフットプリントＰＦとは、収容室１３の内部にて全く重複領域ＯＬを有していなくてもよい。これらの場合に、走査ミラー３４の反射面３６が両ビームＰＢ，ＲＢに対して別々に設けられていてもよく、走査ミラー３４自体が両ビームＰＢ，ＲＢに対して別々に設けられていてもよい。

【0100】

変形例５としては、測定演算部６８は、走査ミラー３４の１回の揺動運動につき電気パルスのカウントをリセットしなくてもよく、走査ミラー３４の複数回の揺動運動に対する電気パルスを積算カウントしてＴＯＦを算出されてもよい。

【0101】

変形例６としては、検出部４２に採用される受光素子４４は、ＳＰＡＤ受光素子でなく、ＡＰＤ受光素子等の他の受光素子であってもよい。

【0102】

変形例７としては、有限の角度範囲ＡＲの揺動における往復動のうち、往路及び復路の両方に対応して投光ビームＰＢが発光され、投光ビームＰＢが走査されてもよい。この場合に、検出部４２が往路及び復路の両方での反射ビームＲＢを検出してもよい。さらに測定演算部６８は、往路における所定の位相領域にて検出された反射ビームＲＢによる電気パルスと、復路における同位相領域にて検出された反射ビームＲＢによる電気パルスとを、同じヒストグラムへ積算カウントして、ＴＯＦを算出してもよい。

【0103】

変形例８としては、測定演算部６８は、ヒストグラムを用いずにＴＯＦを算出してもよい。例えば、電気パルスを検出したタイミングの平均値から、ＴＯＦを算出してもよい。

【0104】

変形例９としては、光検出装置１０が角度範囲ＡＲ，ＡＲＮに対応した測定領域ＭＡを車両ＷＣの後方外部とするように構成されてもよい。この場合、揺動運動において、有限の角度範囲ＡＲ，ＡＲＮのうち中央部ＡＲｃでの滞留時間は、側辺部ＡＲｓでの滞留時間よりも長くされてもよい。

【0105】

変形例１０としては、コントローラ６１は、収容室１３の外部に設けられてもよい。また、コントローラ６１は、電子制御装置として、光検出装置１０に対して独立した構成であってもよい。

【0106】

変形例１１としては、検出部４２に、測定演算回路が設けられていてもよい。コントローラ６１の測定演算部６８の演算は、検出部４２の測定演算回路によって処理されてもよい。この場合に、ヒストグラムは、コントローラ６１のＲＡＭ６３又は記憶部６４に一時的又は恒久的に記憶されてもよい。一方、検出部４２に、上述の測定演算回路に加えて、ＲＡＭ又は不揮発性の記憶媒体が設けられてもよい。この場合に、ヒストグラムは、検出部４２のＲＡＭ６３又は記憶媒体に一時的又は恒久的に記憶されてもよい。また、測定演算回路は、デコーダ４６の選択回路４７と分離されていてもよく、選択回路４７と共通の集積回路の形態で実装されてもよい。

【0107】

本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされた専用コンピュータの処理部により、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。また、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、ディスクリート回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のプロセッサ及びその手法は、コンピュータプログラムを実行する１つ以上のコンピュータの処理部、１つ以上のハードウエア論理回路及び１つ以上のディスクリート回路の中から選ばれた任意の組み合わせにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0108】

２２：発光部、２３：発光窓部、３３：回転軸、３４：走査ミラー、ＡＲ，ＡＲＮ，ＡＲＷ：有限の角度範囲、ＥＤ０：伸長方向、ＥＤ１：伸長対応方向、ＭＡ，ＭＡ１，ＭＡ２：測定領域、ＰＢ：投光ビーム、ＲＢ：反射ビーム（戻り光）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】