JP2014020889A - 物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走査線の曲がり及び距離検出性能の低下を抑制可能な物体検出装置を提供する。
【解決手段】光源１１と、回転する少なくとも２つの反射部を備え、光を反射部で偏向及び走査して物体の所定範囲を照射し、反射光又は散乱光を反射部で反射する偏向手段と、反射光又は散乱光を結像手段を介して検出する光検出器と、を有し、少なくとも２つの反射部は、偏向手段の回転軸１４０に対して異なる角度で傾いて配置され、Ｘ軸,軸及びＺ軸の３次元直交座標系において、光源１１から出射されて反射部に入射する光は、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さく、光検出器の中央に垂直に入射する反射部で反射された反射光又は散乱光は、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体検出装置に関する。

従来、物体の有無や、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。物体検出装置の一例として、走行中の車両の前方の物体の有無や、その物体までの距離を検出する車載装置であるレーザレーダを挙げることができる。

レーザレーダは、光源から出射されたレーザ光を回転ミラーで走査し、物体で反射又は散乱された光を光検出器で検出することで、所望の範囲の物体の有無やその物体までの距離を検出する機能を有する。又、走査方向と垂直な方向に、複数のレイヤを検出可能なレーザレーダも知られており、このレーザレーダは面倒れ角度の異なるポリゴンミラーを用いて実現されている。

しかしながら、上記レーザレーダでは、面倒れ角度の異なるポリゴンミラーを用いているため、走査線（走査ビームの軌跡）が曲がってしまうという問題がある。

又、レーザレーダの受光側の光学系はレンズと光検出器とを用いて実現されているが、この構成では、走査領域全域を検出する必要があるため、光検出器が大型化し、高コスト化に繋がるおそれがある。光検出器を小型化するためにはレンズの焦点距離を短くする必要があり、その結果レンズの有効範囲が小さくなって受光可能光量が減少し、距離検出性能が低下する（遠くが検出できなくなる）。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、走査線の曲がり及び距離検出性能の低下を抑制可能な物体検出装置を提供することを課題とする。

本物体検出装置は、光源と、回転する少なくとも２つの反射部を備え、前記光源から出射された光を前記反射部で偏向及び走査して物体の所定範囲を照射し、前記物体の所定範囲からの反射光又は散乱光を前記反射部で反射する偏向手段と、前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光を結像手段を介して検出する光検出器と、を有し、前記少なくとも２つの反射部は、前記偏向手段の回転軸に対して異なる角度で傾いて配置され、前記偏向手段から前記所定範囲の中心に向かう軸をＸ軸、前記偏向手段で走査される方向をＹ軸、前記偏向手段の回転軸方向をＺ軸とした３次元直交座標系において、前記光源から出射されて前記反射部に入射する光は、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さく、前記光検出器の中央に垂直に入射する前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光は、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さいことを要件とする。

開示の技術によれば、走査線の曲がり及び距離検出性能の低下を抑制可能な物体検出装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図である。 第１の実施の形態に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図である。 第１の実施の形態に係る物体検出装置の回転ミラーを例示する模式図である。 比較例に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図（その１）である。 シミュレーション結果（ＸＺ平面と平行、かつ、θiux＝９０度入射）を示す図である。 シミュレーション結果（ＸＺ平面と平行、かつ、θiux＝２０度入射）を示す図である。 比較例に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図（その２）である。 シミュレーション結果（ＸＹ平面と平行、かつ、θisx＝９０度入射）を示す図である。 シミュレーション結果（ＸＹ平面と平行、かつ、θisx＝６０度入射）を示す図である。 シミュレーション結果（ＸＹ平面と平行、かつ、θisx＝４５度入射）を示す図である。 シミュレーション結果（ＸＹ平面と平行、かつ、θisx＝３０度入射）を示す図である。 レイヤ１とレイヤ２の領域の重なり範囲をプロットした図である。 第１の実施の形態の変形例３に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図である。 第１の実施の形態の変形例４に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。又、図２は、第１の実施の形態に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。図３は、第１の実施の形態に係る物体検出装置の回転ミラーを例示する模式図であり、ＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。

図１〜図３を参照するに、物体検出装置１０は、大略すると、光源１１と、カップリングレンズ１２と、反射ミラー１３と、回転ミラー１４と、反射ミラー１５と、結像レンズ１６と、光検出器１７とを有する。なお、１００は検出対象である物体の像面を、１１０は検出範囲を、θoxは、反射ミラー１３で反射された光が回転ミラー１４の反射部で反射した後、ＸＹ平面上でＸ軸となす角度を示している。θoxは、例えば、−２０〜＋２０度程度とすることができる。

なお、図１〜図３における座標軸は、回転ミラー１４から検出範囲１１０（物体の所定範囲）の中心に向かう軸をＸ軸、回転ミラー１４で走査される方向をＹ軸、回転ミラー１４の回転軸方向をＺ軸とする３次元直交座標系である（以降の図についても同様）。

光源１１としては、例えば、半導体レーザや発光ダイオード等の固体光源を用いることができる。本実施の形態では、光源１１として半導体レーザを用い、半導体レーザをパルス発光させる場合を例にして以下の説明をする。

カップリングレンズ１２は、光源１１の後段に配置されている。なお、カップリングレンズを複数の光学素子を組み合わせて構成してもよい。カップリングレンズ１２は、光源１１から出射される発散光を集光する機能を有する。本実施の形態では、光源１１から出射される発散光が略平行光になるようにカップリングレンズ１２を設置しているが、光源１１（半導体レーザ）の発光部の発光幅の影響により、カップリングレンズ１２を透過した光が略発散光となる場合もある。

カップリングレンズ１２を透過した光は、反射ミラー１３に入射して光路を変換され、回転ミラー１４に入射する。反射ミラー１３に入射する光と反射ミラー１３で反射する光とのＸＹ平面における角度差は、例えば、６０度程度とすることができる。回転ミラー１４は、少なくとも２つの反射部（反射面）を備え、各反射部は回転ミラー１４の回転軸１４ｏに対して異なる角度で傾いて配置されている。なお、反射ミラー１３は、本発明に係る投射側反射部材の代用的な一例である。又、回転ミラー１４は、本発明に係る偏向手段の代用的な一例である。

本実施の形態では、回転ミラー１４は、４つの反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄを備えており、図３に示すように、回転軸１４ｏに対する反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄの各々の倒れ角が異なる角度に設定されている。これにより、回転ミラー１４で反射した光の進行方向のＸＹ平面に対する角度を切り替えることが可能となり、反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄ毎に、検出するレイヤをＺ方向にずらすことができる。図３の場合には、４つのレイヤの検出が可能である。

回転ミラー１４に入射した光は、回転する反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄで偏向及び走査され、像面１００の検出範囲１１０（物体の所定範囲）を照射する。像面１００の検出範囲１１０からの反射光又は散乱光は、再び回転ミラー１４に入射し、反射部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び１４ｄで順次反射され、反射ミラー１５及び結像レンズ１６を介して光検出器１７に入射する。光検出器１７としては、例えば、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）やＰＤ（ピンフォトダイオード）等を用いることができる。

結像レンズ１６は、矩形形状（図２の場合には、ＸＹ平面とＸＺ平面に平行な辺を有する矩形形状）とすることが好ましい。楕円形状の結像レンズと比べて光利用効率を高くできるからである。図２のように受光側に１つの結像レンズ１６を配置する場合には、光検出器１７の結像レンズ１６による共役点は無限遠になるようにすることが好ましい。光検出器１７で検出できる光量を増大できるからである。なお、反射ミラー１５は、本発明に係る受光側反射部材の代用的な一例である。又、結像レンズ１６は、本発明に係る結像手段の代用的な一例である。

なお、前述の従来例のように、受光側の光学系を、回転ミラーを介さずに、レンズと光検出器のみで構成すると、光検出器が大型化し、高コスト化に繋がるおそれがある。又、それを回避しようとすると、光検出器での受光可能光量が減少し、距離検出性能が低下する（遠くが検出できなくなる）おそれがある。

本実施の形態のように、受光側の光学系が回転ミラーを有することにより、光検出器が大きくなることや光検出器での受光可能光量が低下することを抑制でき、従来例の上記問題点を解消可能となる。但し、回転ミラーを用いてレイヤを切り替えて走査する場合、光学系の構成によっては、投射ビームの軌跡や検出領域の軌跡が曲がったり、投射ビームや検出領域がねじれたりする問題が生じる。

そこで、本実施の形態に係る物体検出装置１０では、光源１１から出射されて回転ミラー１４の各反射部に入射する光が、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さくなるようにしている。又、光検出器１７の中央に垂直に入射する各反射部で反射された反射光又は散乱光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さくなるようにしている。その結果、物体検出装置１０では、走査線の曲がり（走査線の傾き）及び距離検出性能の低下を従来よりも抑制できる。

但し、『ＸＹ平面に平行』は、厳密にＸＹ平面に平行である場合のみならず、本実施の形態の所定の効果を損なわない範囲内で略平行な場合も含むものとする。以下、物体検出装置１０において走査線の曲がり（走査線の傾き）及び距離検出性能の低下を従来よりも抑制できることを、比較例を交えながら詳細に説明する。

図４は、比較例に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図（その１）であり、ＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。図４に示す物体検出装置１０Ａにおいて、回転ミラー１４の４つの反射部は各々回転軸１４ｏに対して４５度傾けて配置されている。又、反射ミラー１３で反射された光は、回転ミラー１４の回転軸１４ｏと平行な方向（ＸＺ平面に平行な方向）の光として回転ミラー１４の反射部に入射し、回転ミラー１４の反射部でＸＹ平面に平行な方向に反射される。つまり、図４において、θiux＝略９０度である。

図４に示す光学系では、図５に示すように、像面に入射する光線（投射ビーム）や検出範囲がねじれてしまう。図５は、図４に示す光学系で４レイヤ（レイヤ１、レイヤ２、レイヤ３、レイヤ４）を走査する場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、図５において、横軸は像面に入射する光線のＹ方向角度（ＸＹ平面上でＸ軸となす角度）であり、Ｘ軸上が０度で＋Ｙ軸方向が＋の角度である。

又、図５では、光源１１を長方形形状の面積光源と考え、その四隅の光線と中央部の光線を追跡し、プロットしている。なお、光源１１において、Ｚ軸方向の幅を２３５μｍ、それと垂直な方向の幅を１０μｍとしている。又、カップリングレンズ１２の焦点距離を１３ｍｍとしている。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図1におけるθoxが各々−２０度、０度、＋２０度の場合のシミュレーション結果を示している。θoxは、反射ミラー１３で反射された光が回転ミラー１４の反射部で反射した後、ＸＹ平面上でＸ軸となす角度であり、図1では回転ミラー１４の後段に光学素子が配置されていないため、θoxは上記の『Y方向角度』と等しい。

なお、図４に示す光学系では、レイヤ1のＺ方向角度が１〜２度、レイヤ２のＺ方向角度が０〜１度、レイヤ３のＺ方向角度が−１〜０度、レイヤ４のＺ方向角度が−２〜−１度となるように、回転ミラー１４の各反射部の倒れ角度が調整されている。又、各レイヤにおいて、幅で1度の角度範囲を検出できるように、カップリングレンズ１２を透過した後の光の発散状態が調整されている。

図５に示すように、θoxが大きくなるにつれて、像面に入射する光線のねじれが大きくなる。このように像面に入射する光線がねじれると、θoxが大きい領域において、走査方向の角度分解能が低下するため好ましくない。上記のような像面に入射する光線のねじれは、図４に示すθiuxを小さくすることにより低減する傾向にある。図６は、θiux＝２０度、かつ、ＸＺ面に平行な方向から回転ミラー１４に光を入射させた例であるが、図６においても無視できない程度、像面に入射する光線のねじれが発生してしおり好ましくない。

上記のような像面に入射する光線のねじれは、図７に示す光学系の構成により抑制できる。

図７は、比較例に係る物体検出装置の投射側の光学系を例示する模式図（その２）であり、ＸＹ平面に平行な方向の断面を示している。図７に示す物体検出装置１０Ｂにおいて、反射ミラー１３で反射された光は、回転ミラー１４の回転軸１４ｏと垂直な方向（ＸＹ平面と平行な方向）の光として回転ミラー１４の反射部に入射する。又、図７において、反射ミラー１３で反射され各反射部に入射する光がＸ軸となす角度θisx＝略９０度である。

図８は、図７に示す光学系で４レイヤ（レイヤ１、レイヤ２、レイヤ３、レイヤ４）を走査する場合のシミュレーション結果を示す図である。図８に示すように、図６の場合と比べて、像面に入射する光線のねじれは、無視できる程度に抑制できる。但し、この場合には、走査の軌跡（走査線）が傾いてしまう（曲がってしまう）問題が生じる。

つまり、図８に示すように、θox＝＋２０度のレイヤ1において像面に入射する光線は狙い値である１〜２度の範囲に近い位置にあるが、θox＝−２０度のレイヤ1において像面に入射する光線は狙い値である１〜２度の範囲からのずれが大きくなっている、すなわち、走査線が傾いている。

これを抑制するにためは、反射ミラー１３で反射され各反射部に入射する光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度θisxが９０度よりも小さくなるようにすることが必要である。

図９〜図１１は、本実施の形態に係る光学系で４レイヤ（レイヤ１、レイヤ２、レイヤ３、レイヤ４）を走査する場合のシミュレーション結果を示す図である。つまり、反射ミラー１３で反射された光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度θisxが９０度よりも小さい状態で回転ミラー１４の各反射部に入射する光学系で４レイヤ（レイヤ１、レイヤ２、レイヤ３、レイヤ４）を走査する場合のシミュレーション結果を示す図である。図９はθisxが６０度の場合、図１０はθisxが４５度の場合、図１１はθisxが３０度の場合を示している。

図９〜図１１に示すように、反射ミラー１３で反射された光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度θisxが９０度よりも小さい状態で回転ミラー１４の各反射部に入射することにより、以下の効果が得られる。つまり、θox＝＋２０度及びθox＝０度のレイヤ1において像面に入射する光線は狙い値である１〜２度の範囲に近い位置にあり、かつ、θox＝−２０度のレイヤ1において像面に入射する光線の狙い値である１〜２度の範囲からのずれが図８と比較して小さくなっている、すなわち、図８と比較して走査線の傾きが抑制されている。

図９〜図１１において、走査線の傾き具合がレイヤ毎に変わっているのがわかり、それに起因して、レイヤ間の重なりが発生している。図１２は、レイヤ1とレイヤ２の領域の重なり範囲をプロットした図である。図１２において、横軸はＹ方向入射角（図７におけるθisx）を、縦軸はレイヤ1とレイヤ２の重なり範囲［ｄｅｇ］を示している。

レイヤ1とレイヤ２の領域の重なり範囲が各レイヤの検出範囲の３０％以下であれば実質的な問題が生じないことが知られており、この点を考慮すると、図１２より、回転ミラー１４の各反射部に入射する光のＸ軸となす角度θisxを６５度以下とすると更に好ましいことがわかる。

又、回転ミラー１４の各反射部に入射する光のＸ軸となす角度θisxが３０度よりも小さくなると、入射側の反射ミラー１３で、回転ミラー１４で反射した光を遮りやすくなる。そのため、回転ミラー１４の各反射部に入射する光のＸ軸となす角度θisxを３０度以上とすると更に好ましい。

図９〜図1１のシミュレーション結果において、レイヤの重なりが最も大きく発生するのは、θoxが−２０度（光源から離れる側）の場合である。この点と、回転ミラー１４の各反射部に入射する光のＸ軸となす角度θisxが６５度以下であることが好ましい点から、次のことがいえる。

つまり、回転ミラー１４の各反射部に入射する光と、回転ミラー１４の各反射部で偏向された光のうち最も光源１１側から離れる光とのなす角度は、２０＋６５＝８５度以下とすることが好ましい。このようにすることで、像面に入射する光線のねじれ及び走査の軌跡（走査線）の傾きを抑制できる。

以上のように、本実施の形態に係る物体検出装置１０では、光源１１から出射され反射ミラー１３を介して回転ミラー１４の各反射部に入射する光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度θisxが９０度よりも小さくしている。これにより、像面に入射する光線のねじれ及び走査の軌跡（走査線）の傾き（曲がり）を抑制できる。又、受光側の光学系が回転ミラーを有することにより、光検出器が大きくなることや光検出器での受光可能光量が低下することを抑制できる。その結果、距離検出性能が低下する（遠くが検出できなくなる）ことを抑制できる。

但し、前述のように、回転ミラー１４の各反射部に入射する光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度θisxが３０度以上６５度以下となるようにすることが更に好ましい。

なお、回転ミラー１４の各反射部に入射する光のＸ軸となす角度θisxを９０度以上に設定すると、走査線の傾きが大きくなり好ましくないだけでなく、反射ミラー１３で反射された光が回転ミラー１４の各反射部でけられやすくなり、像面に入射する光量が低下するおそれもある。この点からも、回転ミラー１４の各反射部に入射する光のＸ軸となす角度θisxを９０度以上に設定することは好ましくない。

以上は、投射側の光学系で説明したが、受光側の光学系でも同様の効果が得られる。つまり、光源１１を光検出器１７に、カップリングレンズ１２を結像レンズ１６に、像面上の検出範囲を光検出器１７の検出領域に各々置き換えて考えれば、上記と同じことが受光側にも適用できる。

すなわち、光検出器１７の中央に垂直に入射する反射部で反射された反射光又は散乱光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さくすればよい。これにより、光検出器１７の検出領域に入射する光線のねじれ及び走査の軌跡（走査線）の傾き（曲がり）を抑制できる。

又、受光側の光学系においても、光検出器１７の中央に垂直に入射する反射部で反射された反射光又は散乱光を、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が３０度以上６５度以下の状態となるようにすることが更に好ましい。Ｘ軸となす角度を６５度以下にすることにより、投射側の光学系と同様に、レイヤ間の検出領域の重なりを実質的な問題が発生しないレベルに抑制できる。更に、Ｘ軸となす角度を３０度以上にすることにより、受光側の反射ミラー１５で物体からの光を遮ってしまうことを抑制できる。

なお、回転ミラー１４の各反射部に入射する光がＸ軸となす角度と、光検出器１７の中央に垂直に入射する反射部で反射された反射光又は散乱光がＸ軸となす角度とは等しいことが好ましい。これらの角度が異なると、検出範囲１１０と光検出器１７の検出領域のＺ方向の位置関係にずれが生じ、物体の検出精度が低下するおそれがあるからである。これらの角度を等しくすることで、像面上の検出範囲における走査の軌跡（走査線）の傾きと光検出器１７の検出領域における走査の軌跡（走査線）の傾きの形状を略同一にすることができるため、安定した検出が可能となる。

但し、『角度を等しくする』は、厳密に角度を等しくする場合のみならず、本実施の形態の所定の効果を損なわない範囲内で角度を略等しくする場合も含むものとする。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態では、投射側と受光側に１つの（共通の）回転ミラー１４を用いる例を示した。つまり、回転ミラー１４において、光源から出射された光を反射する反射部と、物体の所定範囲からの反射光又は散乱光を反射する反射部が一体で形成されている例を示した。しかし、投射側と受光側に各々別々の回転ミラーを配置してもよい。この場合には、投射側の回転ミラーと受光側の回転ミラーを同時に回転させることにより、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

但し、投射側と受光側に各々別々の回転ミラーを配置する場合、各々の回転ミラーの各反射部の角度に相対的なずれがないことが望ましい。この観点からすれば、投射側と受光側で１つの（共通の）回転ミラー１４を用いる第１の実施の形態の方が、特に経時において、各々の回転ミラーの各反射部の角度の相対的なずれ（投射側と受光側の光線角度の相対的なずれ）を小さく抑えることができ、安定した検出が可能となり、より好適である。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態では、投射側と受光側に各々別々の反射ミラー１３及び１５を配置する例を示した。しかし、投射側と受光側に１つの（共通の）反射ミラーを配置してもよい。つまり、投射側の反射ミラーと受光側の反射ミラーとは一体に形成されていてもよい。

投射側と受光側に各々別々の反射ミラーを配置すると、特に経時において、各々の反射ミラーの角度に相対的なずれ（投射側と受光側の光線角度の相対的なずれ）が発生し、検出精度が低下するおそれがある。この問題を回避するため、投射側の反射ミラーと受光側の反射ミラーとは一体に形成されていることが好ましい。

なお、投射側と受光側に何れも反射ミラーを設けない光学系も考えられる。しかし、回転ミラーの各反射部に入射する光がＸ軸となす角度を９０度よりも小さくすると、光源が回転ミラーよりも像面側に位置することになり、物体検出装置が大型化するおそれがある。この問題を回避するため、投射側及び受光側の両方に一体又は別体の反射ミラーを設けることが好ましい。

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、受光側に複数の結像レンズを配置する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図１３は、第１の実施の形態の変形例３に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。

図１３を参照するに、物体検出装置２０は、結像レンズ１６と光検出器１７との間の光路上に結像レンズ２１を追加した点が、第１の実施の形態に係る物体検出装置１０（図２参照）と相違する。

第１の実施の形態に係る物体検出装置１０のように受光側に１つの結像レンズ１６を配置し、結像レンズ１６を矩形形状とした場合、対角線方向の端部での肉厚が最も薄くなり、製作が難しいレンズ形状となるおそれがある。結像レンズ１６と光検出器１７との間の光路上に結像レンズ２１を追加することにより、この問題を回避できる。但し、結像レンズ１６と光検出器１７との間の光路上に２以上の結像レンズを追加し、合計で３個以上の結像レンズを用いる構成としてもよい。なお、結像レンズ１６及び２１は、本発明に係る結像手段の代用的な一例である。

受光側に２つの結像レンズを配置する場合、直交する２方向のうち、それぞれ一方向のみにパワーを有する２つのレンズで構成することもできるし、直交する２方向の両方向にパワーを有するレンズと、直交する２方向のうちの一方向のみにパワーを有するレンズで構成することもできる。例えば、直交する２方向の焦点距離が同じレンズ1つと、直交する２方向の焦点距離が異なるレンズ1つで構成してもよい。図１３に示す物体検出装置２０では、光検出器１７側に配置されている結像レンズ２１はＺ方向にのみに結像パワーを有するレンズであり、結像レンズ１６はＹ方向のみに結像パワーを有するレンズである。

又、受光側に２つ以上の結像レンズを配置する場合、直交する２方向の焦点距離（２つ以上の結像レンズで構成される結像手段の焦点距離（合成焦点距離））を異ならせることで、２つ以上の結像レンズの配置自由度を向上でき、装置の大型化を招くことなく配置できる。この際、光検出器１７と２つ以上の結像レンズで構成した光学系による共役点は、直交する２方向の両方において無限遠になるように構成することが好ましい。光検出器１７で検出できる光量を増大できるからである。

このように、受光側に複数の結像レンズを配置してもよい。これにより、各結像レンズの形状の設計自由度が大きくなり、各結像レンズを製作の容易なレンズ形状とすることができる。

〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、結像ミラーを用いる例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する場合がある。

図１４は、第１の実施の形態の変形例４に係る物体検出装置の受光側の光学系を例示する模式図であり、（ａ）はＸＹ平面に平行な方向の断面を示し、（ｂ）はＸＺ平面に平行な方向の断面を示している。

図１４を参照するに、物体検出装置３０は、反射ミラー１５及び結像レンズ１６が結像ミラー３１に置換された点が、第１の実施の形態の変形例３に係る物体検出装置２０（図１３参照）と相違する。結像ミラー３１は、Ｙ方向のみにパワーを有する。なお、結像ミラー３１は、前述の結像レンズ１６の場合と同様に、矩形形状とする方が光利用効率を高くでき好ましい。

図１３に示す物体検出装置２０では、結像レンズ１６の外形形状によっては、光を遮光してしまうおそれがある。図１４に示す物体検出装置３０のように、反射ミラーを兼ねる結像ミラー３１を配置することにより、光を遮光してしまうおそれを回避できる。その結果、光利用効率が低下して、物体の検出精度が低下することを防止できる。なお、結像レンズ２１及び結像ミラー３１は、本発明に係る結像手段の代用的な一例である。又、結像ミラー３１は、本発明に係る反射型光学素子の代用的な一例である。

なお、回転ミラー１４の回転軸１４ｏに対して、光線を横方向から入射させる場合、物体検出装置のＹ方向の幅が増大する傾向にあるが、Ｚ方向にはレイアウト的に余裕がある。又、結像レンズや結像ミラー等の結像手段の大きさは、光検出器１７の検出光量に直結するため、なるべく大きくしたい。

そこで、物体検出装置の大きさの増大を抑制しつつ、光検出器１７の検出光量の低下を回避するために、結像手段のＸＹ平面と平行な方向の幅よりもＸＺ平面と平行な方向の幅の方が広くなるように設計することが好ましい。これにより、結像手段を通過後の光の分布は、ＸＹ平面と平行な方向の幅よりも、ＸＺ平面と平行な方向の幅の方が大きくなる。なお、結像手段をこのように設計することが好ましい点は、他の実施の形態やその変形例においても同様に当てはまる。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０、２０、３０ 物体検出装置
１１ 光源
１２ カップリングレンズ
１３、１５ 反射ミラー
１４ 回転ミラー
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 反射部
１４ｏ 回転軸
１６、２１ 結像レンズ
１７ 光検出器
３１ 結像ミラー
１００ 像面
１１０ 検出範囲

特開平０９−２７４０７６号公報

Claims (9)

1. 光源と、
   回転する少なくとも２つの反射部を備え、前記光源から出射された光を前記反射部で偏向及び走査して物体の所定範囲を照射し、前記物体の所定範囲からの反射光又は散乱光を前記反射部で反射する偏向手段と、
   前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光を結像手段を介して検出する光検出器と、を有し、
   前記少なくとも２つの反射部は、前記偏向手段の回転軸に対して異なる角度で傾いて配置され、
   前記偏向手段から前記所定範囲の中心に向かう軸をＸ軸、前記偏向手段で走査される方向をＹ軸、前記偏向手段の回転軸方向をＺ軸とした３次元直交座標系において、
   前記光源から出射されて前記反射部に入射する光は、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さく、
   前記光検出器の中央に垂直に入射する前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光は、ＸＹ平面に平行、かつ、Ｘ軸となす角度が９０度よりも小さい物体検出装置。
2. 前記偏向手段において、
   前記光源から出射された前記光を反射する反射部と、前記物体の所定範囲からの前記反射光又は前記散乱光を反射する反射部は、一体で形成されている請求項1記載の物体検出装置。
3. 前記光源から出射されて前記反射部に入射する光がＸ軸となす角度と、前記光検出器の中央に垂直に入射する前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光がＸ軸となす角度は等しい請求項１又は２記載の物体検出装置。
4. 前記光源から出射されて前記反射部に入射する光と、前記反射部で偏向された光のうち最も前記光源側から離れる光とのなす角度は、８５度以下である請求項１乃至３の何れか一項記載の物体検出装置。
5. 前記光源から出射された光は、投射側反射部材を介して前記偏向手段に入射し、
   前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光は、前記投射側反射部材と一体に形成された受光側反射部材を介して前記光検出器に入射する請求項１乃至４の何れか一項記載の物体検出装置。
6. 前記結像手段は、少なくとも２つの光学素子を含み、直交する２方向の焦点距離が異なる請求項１乃至５の何れか一項記載の物体検出装置。
7. 前記２つの光学素子は、パワーを有する反射型光学素子を含む請求項６記載の物体検出装置。
8. 前記反射型光学素子は、前記反射部で反射された前記反射光又は前記散乱光を反射する反射部材を兼ねる請求項７記載の物体検出装置。
9. 前記結像手段を通過後の光の分布は、ＸＹ平面と平行な方向の幅よりも、ＸＺ平面と平行な方向の幅の方が大きい請求項１乃至８の何れか一項記載の物体検出装置。

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