JP7647151B2 - 光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体に関する。

例えば、車両、船舶、航空機等の移動体の運行では、広い角度範囲で対象物の位置情報を検出する技術が用いられる。このようなセンシング技術の１つとして、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging：光検出および測距）がある。ＬｉＤＡＲは、光を用いたリモートセンシングであり、レーザ光源から出射されたレーザ光が対象物で反射されて検出器に戻るまでの時間から対象物までの距離を計測するＴＯＦ（Time of Flight：飛行時間）法が用いられている。レーザ光を、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーやポリゴンミラー等の走査手段によって広角度に走査する手段があり、これにより、広い角度範囲で対象物の位置情報を取得する。

特許文献１には、少なくとも１つのプロセッサを備えるＬＩＤＡＲシステムが記載されている。このＬＩＤＡＲシステムは、複数の光源から射出された光を１つの偏向器に入射させるものである。ＬＩＤＡＲシステム（プロセッサ）では、少なくとも１つの光源からの光を用いた視野のスキャンにおいて光束を変動させ得るように少なくとも１つの光源を制御する。また、視野をスキャンするため少なくとも１つの光源からの光を偏向させるように少なくとも１つの光偏向器を制御する。また、視野の第１の部分のスキャンに関連した第１の検出反射を用いて、第１の部分内に第１の距離の第１の物体が存在すると決定する。また、視野の第２の部分内に第１の距離の物体が不在であると決定する。また、第１の反射を検出し、第２の部分内に物体が不在であると決定した後、視野の第１の部分の方へ投影されるよりも多くの光が視野の第２の部分の方へ投影されるように光源パラメータを変更する。また、視野の第２の部分における第２の検出反射を用いて、第１の距離よりも大きい第２の距離に第２の物体が存在すると決定する。

特表２０１９－５３５０１４号公報

しかしながら、特許文献１を含む従来の測距装置にあっては、小型化と広角に測距するシステムを同時に成立させることが難しかった。例えば、ベロダインのような光測距システムでは、３６０ｄｅｇという広角を測距する為にシステム全体を３６０ｄｅｇに回転させる手法をとっているが、この手法ではモータなどの機構を組み込むために大型化してしまう。イノビズのような複数の光源を用いて広角を実現する場合には、複数光源の配置や光路レイアウトのためにシステムが大型化してしまう。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、小型化と広角化を図ることができる光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体を提供することを目的とする。

本実施形態の光走査装置は、光ビームを出射する光源部と、前記光ビームを偏向走査する第１の光偏向面を有する第１の光偏向器と、を有し、前記第１の光偏向面は、前記第１の光偏向器における前記光ビームの入射面側に設けられ、前記第１の光偏向面に対向して前記第１の光偏向面から離間するようにして、前記第１の光偏向器の外部に位置する外部回動軸が設定され、前記第１の光偏向器は、前記外部回動軸を中心として、前記光ビームに対して回動自在であり、前記第１の光偏向器は、前記第１の光偏向面と前記光ビームが平行となる回動位置に回動自在であり、前記平行となる回動位置において、前記第１の光偏向面と前記光ビームが間隔をおいて離れており、前記第１の光偏向面と前記光ビームが干渉しない、ことを特徴とする。

本発明によれば、小型化と広角化を図ることができる光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体を提供することができる。

本実施形態による光走査装置の構成の一例を示す図である。 本実施形態による光走査装置における各種パラメータを示す図である。 本実施形態による物体検出装置の構成の一例を示す図である。 ＴＯＦ方式による距離計測を実現する物体検出装置の機能ブロック図である。 本実施形態によるセンシング装置の構成の一例を示す図である。 本実施形態による移動体の一例としての自動車を示す図である。 比較例による光偏向器の一例を示す図である。 図７において光偏向器が０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇの範囲で回転した際の走査角度範囲を示す図である。 光偏向器が０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇの範囲で回転した際の偏向器角度と走査角度の関係を示す図である。 光ビームに対する第１の光偏向器の回動位置の一例を示す図である。 光ビームに対する第１の光偏向器の回動位置の他の例を示す図である。 図１０、図１１において第１の光偏向器が０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇの範囲で回転した際の走査角度範囲を示す図である。 光ビームに対する第１の光偏向器の最適設置位置を説明するための図である。 Ｚ軸方向に関して規格化した光ビームの空間プロファイルを示す図である。 第１の光偏向器に加えて第２の光偏向器を設けた場合の一例を示す図である。 第１の光偏向器のみを設ける場合における光源部の好ましい配置位置の一例を示す図である。 第１の光偏向器と第２の光偏向器を設ける場合における第２の光偏向器の好ましい配置位置の一例を示す図である。

以下、本実施形態による光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体の一例について説明する。本実施形態は、例えば、車両、船舶、航空機等の移動体、工場や倉庫等で用いられるロボット、各種ドローン等に搭載するセンシング装置に応用可能である。また、本実施形態は、三次元の計測装置等の光投射装置にも応用可能である。その他、本実施形態は、現在又は将来のあらゆる技術分野の光走査装置、物体検出装置、センシング装置及び移動体に適用可能である。

以下の説明におけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、図中に示す矢線方向を基準とする。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は互いに直交する三次元空間を構成する。

図１は、本実施形態による光走査装置１の構成の一例を示す図である。

光走査装置１は、光源部１０と、投光光学素子２０と、光偏向器（走査ミラー）３０とを有している。詳細は後述するが、本実施形態では、光偏向器３０として、第１の光偏向器３１０と第２の光偏向器３２０（少なくとも第１の光偏向器３１０）を設けて、且つ、光偏向器の光偏向面、回動軸、光偏向器に入射する光ビームの配置等を工夫して光偏向角を増大させることができる。但し、図１では、あくまで一般的な構成・機能を持つ光偏向器３０を描いて説明を行っている。

光源部１０は、Ｘ軸方向に向けて、所定の角度で発散する光ビームを出射する。光源部１０は、例えば、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）から構成することができる。あるいは、光源部１０は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER））又はＬＥＤ（Light Emitting Diode）等から構成することができる。このように、光源部１０をどのように構成するかには自由度があり、種々の設計変更（代用）が可能である。

投光光学素子２０は、光源部１０からの光ビームを成形する。具体的に、投光光学素子２０は、所定の角度で発散しながら入射する光ビームを略平行光に成形する。投光光学素子２０は、例えば、発散光である光ビームをカップリングして略平行光に成形する共軸非球面レンズから構成することができる。なお、図１では、投光光学素子２０を１枚のレンズで描いているが、投光光学素子２０を複数枚のレンズから構成してもよい。

光偏向器３０は、投光光学素子２０からの光ビームを偏向走査する光偏向面３１を有している。具体的に、光偏向器３０は、光源部１０と投光光学素子２０によりＸ軸方向に出射された光ビームをＸ軸方向とＺ軸方向を含むＸＺ平面の所定の走査範囲に偏向走査する。光偏向器３０による走査範囲は、例えば、光偏向面３１の角度を振動や回動（回転、揺動）で変えることにより設定される。図１では、上記の走査範囲における光偏向器３０（光偏向面３１）の基準位置を実線で描いており、光偏向器３０（光偏向面３１）の走査位置（例えば基準位置と走査両端位置の中間位置）を破線で描いている。

図２は、本実施形態による光走査装置１における各種パラメータを示す図である。

図２において、θは、光源部１０からの光ビームの所定の角度（発散角）の半角を示している。光源部１０からの光ビームの所定の角度（発散角）とその半角θは、光源部１０からの光ビームのプロファイルにおいてピーク強度の１／ｅ^２で表される強度となる角度（中心方向とピーク強度の１／ｅ^２の強度となる方向がなす角度）で規定されている。光源部１０からの光ビームの強度がガウス型の角度分布である場合、θまたは２θの中には、光源部１０が出力する全光量の９５％の光量が含まれている。このため、光源部１０からの光量の損失を抑えるとともに、投光光学素子２０の小型化を図ることができる。

図２において、ａは、光偏向器３０の光偏向面３１のサイズの半幅を示している。ここで、光偏向器３０の光偏向面３１は、例えば、正方形、長方形、円形、楕円形とすることができる。光偏向器３０の光偏向面３１が正方形の場合、光偏向面３１のサイズは正方形の一辺の長さであり、その半分の長さが光偏向面３１のサイズの半幅ａとなる。光偏向器３０の光偏向面３１が長方形の場合、光偏向面３１のサイズは長方形の長辺又は短辺の長さであり、その半分の長さが光偏向面３１のサイズの半幅ａとなる。光偏向器３０の光偏向面３１が円形の場合、光偏向面３１のサイズは円形の直径であり、その半分の長さが光偏向面３１のサイズの半幅ａとなる。光偏向器３０の光偏向面３１が楕円形の場合、光偏向面３１のサイズは楕円形の長径又は短径であり、その半分の長さが光偏向面３１のサイズの半幅ａとなる。

図２において、ｆは、投光光学素子２０の焦点距離を示している。図２に示すように、光源部１０の発光点と投光光学素子２０の主平面の間隔は、投光光学素子２０の焦点距離ｆと等しくなるように配置されている。これにより、光源部１０からの光ビームが投光光学素子２０で略平行光になるように成形される。

図２において、αは、光偏向器３０の光偏向面３１に対する光ビームの入射角を示している。αは、別言すると、光偏向器３０の光偏向面３１の法線と、光偏向器３０の光偏向面３１に入射する前の光ビームの中心光線（光軸）とのなす角度である。

図２において、投光光学素子２０で成形された光ビームの光束径ｈは、以下の数式で表される。
ｈ＝２ｆｔａｎθ

上記の光ビームが光偏向器３０の光偏向面３１に入射角αで入射しているが、このとき、光偏向器３０の光偏向面３１における光ビームの光束径は、以下の数式で表される。
ｈ／ｃｏｓα＝２ｆｔａｎθ／ｃｏｓα

図３は、本実施形態による物体検出装置２の構成の一例を示す図である。物体検出装置２は、光走査装置１の光源部１０と投光光学素子２０と光偏向器３０に加えて、受光光学系４０と、受光光学素子５０と、駆動基板６０とを有している。

光偏向器３０によって光ビームを走査する領域内に物体がある場合、光ビームが物体によって反射又は散乱する。物体によって反射又は散乱した光ビームは、受光光学系４０を通って、受光光学素子５０で受光される。受光光学素子５０は、光源部１０からの光ビームが検出領域に存在する物体にて反射又は散乱された光を検知し、その物体検知タイミングを決定する「物体検知部」として機能する。光源部１０の発光タイミングと、受光光学素子（物体検知部）５０による物体検知タイミングとに基づいて、物体の情報を検出することができる。あるいは、走査された光ビームが物体にて反射・散乱する光を検知して、光源部１０から出射された光ビームの発光情報と検知した光の受光情報に基づいて、物体の情報を検出することもできる。駆動基板６０は、光源部１０及び受光光学素子５０を駆動制御する。

受光光学系４０は、例えば、レンズ系、ミラー系及びその他の受光光学素子５０に光を集められる種々の構成の１つを採用することができる（受光光学系４０の構成には自由度があり特定の構成に限定されない）。

受光光学素子５０は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）、ガイガーモードＡＰＤであるＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）、ＴＯＦ（Time of Flight）演算機能を画素毎に有するＣＭＯＳ撮像素子（ＴＯＦセンサ）から構成することができる。

図４は、ＴＯＦ方式による距離計測を実現する物体検出装置２の機能ブロック図である。図４に示すように、光源部１０と受光光学素子５０とを接続する構成要素として、波形処理回路７０と、時間計測回路８０と、測定制御部９０と、光源駆動回路１００とが設けられている。また、物体検出装置２は、画像取得部１１０と、画像処理部１２０と、情報複合部１３０とを有している。

波形処理回路７０は、受光光学素子５０が受光した光ビームに所定の波形処理を施して検出信号を出力する。時間計測回路８０は、波形処理回路７０からの検出信号に基づいて、光源部１０の発光タイミングから受光光学素子５０の物体検知タイミングまでの時間を計測し、その時間計測結果を出力する。測定制御部９０は、時間計測回路８０から入力した光源部１０の発光タイミングから受光光学素子５０の物体検知タイミングまでの時間計測結果（光源部１０の発光タイミングと受光光学素子５０の物体検知タイミング）に基づいて、検出領域に存在する物体の情報を検出する。また、測定制御部９０は、検出した物体の情報に基づいて、光源駆動信号を出力する。光源駆動回路１００は、測定制御部９０からの光源駆動信号に基づいて、光源部１０の発光を制御する。

光源部１０をパルス発光させたタイミングから、物体を経由して返ってきた光ビームが受光光学素子５０に到達するまでの時間を波形処理回路７０、時間計測回路８０を介して測定し、その値を光速と掛け合わせると、光が物体検出装置２から物体まで往復する距離が算出される。投光系と受光系は物体に対してほとんど同距離にあり、光源部１０から物体までの距離と、物体から受光光学素子５０までの距離とが略同一とみなせることを利用して、求めた往復の距離の半分を、物体検出装置２から物体までの距離として算出する。

画像取得部１１０は、例えば、撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）から構成されており、検出領域に存在する物体の画像を取得する。画像処理部１２０は、画像取得部１１０が取得した物体の画像を処理して画像情報とする。情報複合部１３０は、画像処理部１２０による画像情報と、測定制御部９０による物体の情報とを複合する。この複合情報は、例えば、検出領域に存在する測距対象物の画像と、当該測距対象物の距離情報（測距情報）とを複合したものであり、図示を省略したディスプレイに表示したり、図示を省略したメモリに記憶したりして使用することができる。

図５は、本実施形態によるセンシング装置３の構成の一例を示す図である。センシング装置３は、上述した物体検出装置２と、監視制御装置４とを有している。物体検出装置２と監視制御装置４は、電気的に接続されている。

図６は、本実施形態による移動体としての自動車５を示す図である。自動車（移動体）５にセンシング装置３が搭載（内蔵）されている。センシング装置３は、例えば、自動車５のバンパー付近やバックミラー近傍に取り付けられる。なお、図５では、監視制御装置４がセンシング装置３の内部に設けられているように描いているが、監視制御装置４をセンシング装置３とは別に自動車５に設けることも可能である。

監視制御装置４は、物体検出装置２の出力に基づいて、物体の有無、物体の移動方向及び物体の移動速度の少なくとも１つを含む情報を取得する。また、監視制御装置４は、物体検出装置２の出力に基づいて、物体の形状や大きさの決定、物体の位置情報の算出、移動情報の算出、物体の種類の認識等の処理を行う。そして、監視制御装置４は、物体の位置情報と移動情報の少なくとも１つに基づいて、移動体の移動（ここでは自動車５の走行）に関する制御を行う。例えば、自動車５の前方に障害物があると判断された場合には、自動運転技術によって自動ブレーキを掛けるほか、アラームを出したり、ハンドルを切ったり、ブレーキを踏んだりするための指令を出す。

図７Ａ、図７Ｂは、比較例による光偏向器３０’の一例を示す図である。光偏向器３０’は、図示を省略した光源部及び投光光学素子からの光ビームを偏向走査する光偏向面３１’を有している。図７Ａ、図７Ｂにおいて、光偏向器３０’の回動軸（回転軸、揺動軸）は、光偏向器３０’の内部（中心）に存在してＹ軸方向に延びており、当該回動軸を中心として、光偏向器３０’がＹ軸回りに回動自在となっている。図７Ａは、光偏向器３０’の光偏向面３１’がＸＹ平面に平行なときに光ビームと光偏向面３１’の間隔が０以上となるような回動軸設定時を描いており、図７Ｂは、光偏向器３０’の光偏向面３１’がＸＹ平面に平行なときに光ビームと光偏向面３１’の間隔が０以下となるような回動軸設定時を描いている。

図７Ａ、図７Ｂに描いた光偏向器３０’の回動位置は、光偏向面３１’が０ｄｅｇ基準の位置（光偏向面３１’が光ビームと平行をなす位置）からＹ軸中心とした反時計回りに１５ｄｅｇ回動した位置となっている。この場合、図７Ａ、図７Ｂのいずれにおいても、光ビームを偏向・走査していることが分かる。

しかしながら、広角走査を目的とする光偏向器は、１５ｄｅｇのみならず、０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇ（－１８０ｄｅｇ～＋１８０ｄｅｇ）の回動（回転、揺動）範囲において光を広く走査することが求められる。図７Ａ、図７Ｂにおいて、光偏向器が０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇの範囲で回転した際の走査角度範囲を図８Ａ、図８Ｂに示す。またその際の偏向器角度と走査角度の関係を図９に示す。

図８Ａ、図８Ｂにおいて、縦軸は光線の走査角度範囲を示しており、横軸は光偏向器の回転角度を示している。図９において、Ｘ軸方向と偏向器角度０ｄｅｇが一致しており、Ｚ軸方向と走査角度０ｄｅｇが一致している。

図８Ａ、図８Ｂに示すように、図７Ａ、図７Ｂのいずれの回動軸設定時であっても、光偏向器の角度９０ｄｅｇ付近（６０ｄｅｇから１２０ｄｅｇ）で光線が走査されない現象が存在する。これは一般的に、光偏向器に入射する光ビームが光源から出射され、その後光ビームを所望の光学特性に成形する投光光学系を有することが多く（本実施形態でも投光光学素子２０を設けている）、この場合、走査光ビームが投光光学系自体でケラレてしまう為に、走査角度９０ｄｅｇは走査できないことに起因する。

さらに、図８Ａでは走査角度－１２０ｄｅｇ付近（－９０ｄｅｇから－１５０ｄｅｇ）で十分な走査ができておらず、図８Ｂでは－９０ｄｅｇ付近（－６０ｄｅｇから－１２０ｄｅｇ）で十分な走査ができていないことが分かる。これは、光ビームに対して光偏向器自体が遮蔽物となって外方向への光走査ができないことに起因する。

そこで、本実施形態では、光走査装置１の小型化を図りつつ、光ビームの走査範囲（走査角）を拡大するための工夫を行っている。具体的には、光偏向器３０として、第１の光偏向器３１０を設けて、且つ、第１の光偏向器３１０の第１の光偏向面３１１、回動軸３１２、第１の光偏向器３１０に入射する光ビームの配置等を工夫して光偏向角を増大させている。

図１０は、光ビームに対する第１の光偏向器３１０の回動位置の一例を示す図である。図１１は、光ビームに対する第１の光偏向器３１０の回動位置の他の例を示す図である。図１２は、図１０、図１１において第１の光偏向器３１０が０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇの範囲で回転した際の走査角度範囲を示す図である。図１３は、光ビームに対する第１の光偏向器３１０の最適設置位置を説明するための図である。

図１０、図１１に示すように、第１の光偏向器３１０は、光ビームを偏向走査する第１の光偏向面３１１を有している。第１の光偏向器３１０は、第１の光偏向器３１０の外部に位置する回動軸（回転軸、揺動軸）３１２を中心として、光ビームに対して回動自在（回転自在、揺動自在）となっている。図１１には、第１の光偏向器３１０の回動範囲に亘り光ビームの偏向走査に使用する領域を偏向器範囲として描いている。具体的に、図１１には、光ビームが走査される軸と光偏向面の法線を含む平面において、光ビームが光偏向面に入射する断面の光偏向が形成される部分を描いている。これは、第１の光偏向器３１０の外部に位置する回動軸（外部回動軸）３１２として定義することができる。

図１０に示すように、第１の光偏向器３１０は、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる回動位置に回動自在である。そして、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる第１の光偏向器３１０の回動位置において、第１の光偏向面３１１と光ビームが干渉しない。具体的に、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる第１の光偏向器３１０の回動位置において、第１の光偏向面３１１と光ビームが間隔をおいて離れている（離間している）。別言すると、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる第１の光偏向器３１０の回動位置において、第１の光偏向面３１１と光ビームの間隔が、第１の光偏向器３１０の外部側を正として０以上となっている（あるいは０より大きくなっている）。

なお、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行よりも少しずれている（例えば１°～３°程度傾いている）第１の光偏向器３１０の回動位置においても、第１の光偏向面３１１と光ビームが干渉しなくてもよい（両者が間隔をおいて離れていてもよい）。

このように、本実施形態の光走査装置１では、第１の光偏向器３１０が、第１の光偏向器３１０の外部に位置する回動軸３１２を中心として、光ビームに対して回動自在であり、第１の光偏向器３１０が、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる回動位置に回動自在であり、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる第１の光偏向器３１０の回動位置において、第１の光偏向面３１１と光ビームが干渉しないようにしている。光走査装置１に大幅な設計変更（部品点数の増加や配置転換）が不要なので、光走査装置１の小型化を図ることができる。また、第１の光偏向器３１０自体で光ビームがケラレることがないので、広角の投射光を実現する（光ビームの走査範囲（走査角）を拡大する）ことができる。

また、図１２に示すように、走査角度９０ｄｅｇ付近で発生する投光光学系自体に起因するケラレの他には走査不可領域が存在していない。つまり、図８Ａの走査角度－１２０ｄｅｇ付近、及び、図８Ｂの－９０ｄｅｇ付近で発生していた光偏向器自体が遮蔽物となることに起因する走査不可領域が存在していない。

図１３に示すように、第１の光偏向面３１１と光ビームが平行となる回動位置における第１の光偏向面３１１と光ビームの間隔をＤ、光ビームの光束径をＢとしたとき、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
（１）Ｄ≧Ｂ／２

条件式（１）を満足することで、第１の光偏向器３１０によるケラレをより効果的に抑制してゴーストを低減することができる。条件式（１）を満足しない場合、第１の光偏向器３１０によるケラレ防止効果が不十分となってゴーストが発生するおそれがある。

図１４は、Ｚ軸方向に関して規格化した光ビームの空間プロファイルを示す図である。図１４において、横軸はＺ軸方向位置（ｍｍ）を示しており、縦軸は規格化光ビーム強度を示している。

第１の光偏向器３１０に入射する光ビームのビーム径（光束径）Ｂは、図１４に示すように規格化光ビーム強度の半値全幅で定義される。光走査装置において光利用効率の向上やゴーストを抑制するといった観点から、光路内での光ビームのケラレを抑制する必要がある。この場合、第１の光偏向面３１１と光ビームの間隔ＤをＢ／２以上とすることで、第１の光偏向器３１０でケラレる光ビームを抑制することが可能で、光利用効率の向上やゴーストを抑制した光走査装置１を提供することができる。

図１５は、第１の光偏向器３１０に加えて（とは別に）第２の光偏向器３２０を設けた場合の一例を示す図である。

第２の光偏向器３２０は、光源部１０及び投光光学素子２０と、第１の光偏向器３１０との間に位置している。第２の光偏向器３２０は、光ビームを偏向走査する第２の光偏向面３２１を有している。第２の光偏向器３２０の第２の光偏向面３２１は、光源部１０及び投光光学素子２０からの光ビームを偏向走査して、第１の光偏向器３１０に導く。

第１の光偏向器３１０と第２の光偏向器３２０を併用することで、二軸の光走査装置１が提供可能となる。また、第１の光偏向器３１０の第１の光偏向面３１１による走査方向と第２の光偏向器３２０の第２の光偏向面３２１による走査方向は、互いに交差（直交）している。例えば、第１の光偏向器３１０がＸ軸方向の走査を実施して、第２の光偏向器３２０がＹ軸方向の走査を実施することができる。

このように、光源部１０及び投光光学素子２０からの光ビームは、第２の光偏向器３２０の第２の光偏向面３２１により走査された後に第１の光偏向器３１０の第１の光偏向面３１１により走査される。ここで、第２の光偏向器３２０の第２の光偏向面３２１による走査角は、第１の光偏向器３１０の第１の光偏光面３１１による走査角よりも小さいことが好ましい。第２の光偏向器３２０を通過した光ビームは第１の光偏向器３１０へと入射するが、その際、第２の光偏向器３２０で走査された光ビームはその走査角に応じて拡大されて第１の光偏向器３１０に入射することとなる。第１の光偏向器３１０に入射する光ビームの走査角は、第１の光偏向器３１０の第１の光偏光面３１１を小さくするために小さい方が好ましい。第１の光偏向器３１０の第１の光偏向面３１１はその走査安定性や周期から小さいほうが良い。また、第１の光偏向器３１０と第２の光偏向器３２０の順番と走査角を最適設定することで、光走査装置１のより一層の小型化が可能になる。

図１６は、第１の光偏向器３１０のみを設ける場合における光源部１０の好ましい配置位置の一例を示す図である。図１６に示すように、光源部１０は、第１の光偏向器３１０の第１の光偏向面３１１により走査される光ビームの走査軌跡平面外に位置している。これにより、第１の光偏向器３１０における走査範囲（走査角）を拡張するとともに、光源部１０による走査光（光ビーム）のケラレを抑制することができる。

図１７は、第１の光偏向器３１０と第２の光偏向器３２０を設ける場合における第２の光偏向器３２０の好ましい配置位置の一例を示す図である。図１７に示すように、第２の光偏向器３２０は、第１の光偏向器３１０の第１の光偏向面３１１により走査される光ビームの走査軌跡平面外に位置している。これにより、第１の光偏向器３１０における走査範囲（走査角）を拡張するとともに、第２の光偏向器３２０による走査光（光ビーム）のケラレを抑制することができる。

このように、本実施形態では、例えば、ＬｉＤＡＲに用いられる光走査装置において、走査素子（例えば第１の光偏向器）の素子中心と回動軸（回転軸、揺動軸）を異ならせて設けることで、走査素子自体によって光線（光ビーム）がケラレて投光範囲が低減するのを抑制することができる。また、走査素子（例えば第１の光偏向器）の偏向面（例えば第１の光偏向面）が入射する光ビームと平行になる状態を含めて回動するようにして、入射する光ビームと偏向面が平行となる状態で偏向面を光ビームが干渉しないように配置することで、光ビームの走査範囲（走査角）を拡大しつつ、光走査装置を小型化することができる。さらに、板状の走査素子（例えば第１の光偏向器）の表裏面（例えば第１の光偏向面のみならずその反対側に位置する面）を使うことで、光ビームの走査範囲をさらに拡大することができる。

１ 光走査装置
２ 物体検出装置
３ センシング装置
４ 監視制御装置
５ 自動車（移動体）
１０ 光源部
２０ 投光光学素子
３０ 光偏向器（走査ミラー）
３１ 光偏向面
４０ 受光光学系
５０ 受光光学素子（物体検知部）
６０ 駆動基板
７０ 波形処理回路
８０ 時間計測回路
９０ 測定制御部
１００ 光源駆動回路
１１０ 画像取得部
１２０ 画像処理部
１３０ 情報複合部
３１０ 第１の光偏向器
３１１ 第１の光偏向面
３１２ 回動軸（外部回動軸、回転軸、揺動軸）
３２０ 第２の光偏向器
３２１ 第２の光偏向面

Claims (10)

1. 光ビームを出射する光源部と、
   前記光ビームを偏向走査する第１の光偏向面を有する第１の光偏向器と、
   を有し、
   前記第１の光偏向面は、前記第１の光偏向器における前記光ビームの入射面側に設けられ、
   前記第１の光偏向面に対向して前記第１の光偏向面から離間するようにして、前記第１の光偏向器の外部に位置する外部回動軸が設定され、
   前記第１の光偏向器は、前記外部回動軸を中心として、前記光ビームに対して回動自在であり、
   前記第１の光偏向器は、前記第１の光偏向面と前記光ビームが平行となる回動位置に回動自在であり、
   前記平行となる回動位置において、前記第１の光偏向面と前記光ビームが間隔をおいて離れており、前記第１の光偏向面と前記光ビームが干渉しない、
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 前記平行となる回動位置における前記第１の光偏向面と前記光ビームの間隔をＤ、前記光ビームの光束径をＢとしたとき、次の条件式（１）を満足する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
   （１）Ｄ≧Ｂ／２
3. 前記光源部は、前記第１の光偏向器の前記第１の光偏向面により走査される前記光ビームの走査軌跡平面外に位置する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
4. 前記光ビームを偏向走査する第２の光偏向面を有する第２の光偏向器をさらに有し、
   前記第１の光偏向器の前記第１の光偏向面による走査方向と前記第２の光偏向器の前記第２の光偏向面による走査方向は、互いに交差する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
5. 前記光ビームは、前記第２の光偏向器の前記第２の光偏向面により走査された後に前記第１の光偏向器の前記第１の光偏向面により走査され、
   前記第１の光偏向器の前記第１の光偏向面による走査角は、前記第２の光偏向器の前記第２の光偏向面による走査角よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記第２の光偏向器は、前記第１の光偏向器の前記第１の光偏向面により走査される前記光ビームの走査軌跡平面外に位置する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光走査装置と、
   前記光源部からの前記光ビームが検出領域に存在する物体にて反射又は散乱された光を検知し、その物体検知タイミングを決定する物体検知部と、
   を有し、
   前記光源部の発光タイミングと前記物体検知タイミングに基づいて、前記物体の情報を検出することを特徴とする物体検出装置。
8. 検出領域に存在する物体の画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部が取得した物体の画像を処理して画像情報とする画像処理部と、
   前記画像情報と前記物体の情報を複合する情報複合部と、
   をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の物体検出装置。
9. 請求項７又は請求項８に記載の物体検出装置と、
   前記物体検出装置の出力に基づいて、前記物体の有無、前記物体の移動方向及び前記物体の移動速度の少なくとも１つを含む情報を取得する監視制御装置と、
   を有することを特徴とするセンシング装置。
10. 請求項９に記載のセンシング装置を搭載する移動体であって、
    前記監視制御装置は、前記物体の位置情報と移動情報の少なくとも１つに基づいて、前記移動体の移動に関する制御を行う、
    ことを特徴とする移動体。

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