[0001] 本公开内容涉及光学检测器。

[0002] USP 9,470,520描述了一种光学检测器，其中扫描镜通过旋转360度来扫描投射束。因此，可以检测光学检测器的360度周长。

[0019] 将参照附图描述实施方式。

[0020] (第一实施方式)

[0021] 如图1中所示，根据第一实施方式的光学检测器10是要被安装在作为可移动单元的车辆WC上的LiDAR(光检测和测距/激光成像检测和测距)。例如，光学检测器10布置在车辆WC的前部、左/右部、后部或车顶上。光学检测器10扫描在光学检测器外部的区域中朝向车辆WC周围的预定测量区域MA的投射束PB。光学检测器10检测返回束(在下文中，称为反射束RB)，该返回束是被测量目标反射的投射束PB。对于投射束PB，通常选择人类难以视觉识别的近红外区域中的光。

[0022] 光学检测器10可以通过检测反射束RB来测量该测量目标。对测量目标的测量例如是对从光学检测器10到测量目标的距离、测量目标所存在的方向等的测量。在应用于车辆WC的光学检测器10中，典型的测量目标是行人、骑自行车的人、除人类以外的动物、诸如其他车辆的可移动对象、以及诸如护栏、道路标志、路边结构和道路上的对象的静止对象。

[0023] 在本实施方式中，除非另有说明，否则前、后、上、下、左和右方向是参照水平平面上的车辆WC定义的。此外，水平方向指示相对于水平平面的切线方向，以及竖直方向指示相对于水平平面的竖直方向。

[0024] 光学检测器10包括壳体11、光投射单元21、扫描单元31、光接收单元41和控制器61。壳体11具有光屏蔽容器12和盖板15并形成光学检测器10的外部分。

[0025] 光屏蔽容器12例如由合成树脂或金属制成，并且以具有带有光屏蔽性质的外壁12a的盒形状形成。光屏蔽容器12可以由一个部件配置，或者可以通过组合多个部件来配置。光屏蔽容器12包括由外壁12a围绕的容纳室13，以容纳光投射单元21、扫描单元31、光接收单元41和控制器61。容纳室13通常被设置成用于光投射单元21和光接收单元41，并且一个容纳室被设置在本实施方式中。由于容纳室13由光投射单元21和光接收单元41共享，因此可以消除光投射单元21与光接收单元41之间的分隔壁。因此，可以抑制光学检测器10的尺寸增加。

[0026] 光屏蔽容器12具有被打开的光学窗14，投射束PB和反射束RB二者通过该光学窗在容纳室13与测量区域MA之间沿直线往复移动。光学窗14被共用地提供给光投射单元21和光接收单元41二者，并且在本实施方式中设置一个光学窗。

[0027] 盖板15是能够透射束PB和RB二者以板形状(例如平板形状)形成的构件，并且由例如合成树脂或玻璃的基材制成。盖板15被布置成覆盖整个光学窗14，并且阻挡异物从外部进入容纳室13。

[0028] 盖板15通过使基材着色、形成光学薄膜或将膜附接至基材的表面来透射近红外区域中的光。此外，优选具有如下透射率的波长相关性，其屏蔽可见光以防止从外部看到容纳室13的内部。可以从盖板15的面对容纳室13的表面和/或盖板15的面对测量区域MA的表面暴露基材的镜状表面。防反射膜或蛾眼结构可以设置在盖板15的面对容纳室13的表面上和/或盖板15的面对测量区域MA的表面上。

[0029] 例如，盖板15可以具有平板形状。在这种情况下，可以通过抑制由穿过盖板15的投射束PB的折射引起的角度变化和由反射束RB的折射引起的角度变化来提高检测测量目标的位置的精度。

[0030] 光投射单元21包括光发射单元22、投射光学系统26和投射保持构件28。如图2中所示，光发射单元22具有沿延伸方向ED0以阵列布置的多个激光振荡元件24以便形成沿延伸方向ED0伸长的光发射窗23。光发射单元22使用多个激光振荡元件24以增加激光的总输出。光发射单元22响应于来自控制器61的电信号而在光发射定时从光发射窗23投射投射束PB。

[0031] 激光振荡元件24中的每一个可以是例如激光二极管(LD)。激光振荡元件24中的每一个具有其中P型半导体和N型半导体经由PN结层彼此接合的结构，以及使在PN结层中生成的光谐振的谐振器结构。在谐振器结构中，PN结层布置在镜之间，并且镜中的一个镜形成半镜小窗25。激光振荡元件24中的每一个可以通过小窗25以束状态发射激光作为相干光。该激光是形成投射束PB的一部分的小束。在本实施方式中，从窗25中的每一个振荡出的子束(beamlet)组被定义为投射束PB。每个激光振荡元件24的PN结层沿着与小窗25的布置方向(即，延伸方向ED0)垂直的方向设置。沿着垂直方向的轴线是激光二极管的快轴线FA。

[0032] 多个小窗25彼此尽可能靠近地布置，以将光发射窗23形成为由小窗25的集合体形成的宏观开口。本实施方式的光发射窗23具有基本上矩形的形状。光发射窗23在延伸方向ED0上的尺寸被设置为例如在与延伸方向ED0垂直的方向(沿着快轴线FA的方向)上的尺寸的100倍或更大。

[0033] 当光学检测器以一般形式安装在车辆上时，光发射窗23的延伸方向ED0沿着竖直方向。当光学检测器安装在车辆上时，快轴线FA沿着水平方向。

[0034] 激光振荡元件24中的每一个以TE模式使线性偏振光振荡，使得激光束的偏振方向是共用的且沿着延伸方向ED0。然后，由于投射束PB的偏振方向在车载状态下沿着竖直方向，因此投射束PB可以以垂直偏振方向基本上沿着水平方向入射在道路表面上。因此，降低了常规反射率，并且增加了漫反射率。因此，在下雨或冰冻时，反射束RB可以容易地从道路表面返回至光学窗14。

[0035] 投射束PB以短脉冲方式振荡。从激光振荡元件24中的每一个发射的相应小束可以基本上同时振荡，或者可以以微小的时间差依次振荡。投射束PB经由投射光学系统26和扫描单元31的扫描镜34行进至测量区域MA。

[0036] 投射光学系统26收集并投射从光发射单元22发射的投射束PB。投射光学系统26布置在光发射单元22与扫描镜34之间。投射光学系统26包括至少一个光学透镜27。投射光学系统26形成投射光学轴线POA。投射光学轴线POA被定义为例如沿着如下假想光线的轴线，其穿过光学透镜27的相应折射表面的曲率中心。沿着投射光学轴线POA的假想光线可以通过在不偏转的情况下直行通过每个透镜顶点27a来穿过投射光学系统26。在本实施方式中，从光发射窗23的中心点发射的投射束PB的主光线沿着投射光学轴线POA。当光发射窗23的中心点位于小窗25之间的间隙中时，投射束PB的主光线是光学设计中的假想光线。当沿着投射光学轴线POA的光束被扫描单元31偏转时，投射光学轴线POA也被定义为包括沿着偏转方向的延伸部分。

[0037] 投射光学系统26的焦距基本上等于沿着投射光学轴线POA从投射光学系统26的主点到光发射窗23的距离。如图3中所示，投射光学系统26对从光发射窗23发射的投射束PB进行准直。沿着投射光学轴线POA距光发射窗23的距离Dp在以下位置为无限远(Dp＝∞)：在光学路径上通过投射光学系统26、在光发射窗23的相对侧上、在容纳室13外部与光发射窗23共轭的点。无限远处的投射束PB的光斑形状是远场图案FFP。在无限远处形成有与光发射窗23相对应的图像，但是该图像比近场图案NFP更受延伸方向ED0上的衍射的影响。因此，无限远处的投射束PB的光斑形状具有其中每个小束例如沿着延伸方向ED0伸长的线形状，同时在光发射窗23中的小窗之间留有间隙。可替选地，由于基本上消除了光发射窗23中的小窗
25之间的间隙，因此在无限远处的投射束PB的光斑形状具有其中小束沿着延伸方向ED0成一体并伸长的线形状。

[0038] 在距光发射窗23的距离Dp较小的容纳室13中，投射束PB的光斑形状为近场图案NFP。该光斑形状与远场图案FFP相比受快轴线FA的延伸方向上的衍射的影响较小。在该光斑形状中，可以分别识别与相应小束相对应的小光斑SS。每个小光斑SS具有其中快轴线FA对应于长轴线的椭圆形图案。小光斑SS可以彼此完全分开，或者可以彼此部分交叠。

[0039] 投射束PB的覆盖区(footprint)PF的范围可以由用作实质光阑的光发射窗23限定，而图像形成模式由投射光学系统26调节。投射光学轴线POA穿透光发射窗23的中心点。可替选地，覆盖区PF的范围可以通过在投射光学系统26中设置光阑——投射光学轴线POA穿透该光阑的中心点——来限定。在本实施方式中，覆盖区意指可以被有助于测量的束轨迹覆盖的空间。

[0040] 图4和图5中示出的投射保持构件28以保持投射光学系统26的一个或更多个光学透镜27的管状形状形成。投射保持构件28作为投射光学系统26的镜筒例如由合成树脂或金属形成以具有光屏蔽性质。投射保持构件28可以形成为还保持光发射单元22。

[0041] 如图1和图4中所示，扫描单元31包括驱动马达32和扫描镜34。驱动马达32可以是例如音圈马达、有刷DC马达、步进马达等。驱动马达32响应于来自控制器61的电信号来以一定的旋转量和旋转速度驱动机械地耦接至扫描镜34的旋转轴33。旋转轴33沿着与光发射窗23的延伸方向ED0相对应的延伸对应方向ED1布置。当光发射窗23沿着投射光学轴线POA虚拟地投射在光学路径上的对象(例如，扫描镜34的反射表面36)上时，光发射窗23在对象上(例如，反射表面36上)的投射沿着延伸对应方向ED1。在本实施方式中，旋转轴33与光发射窗23的延伸方向ED0基本上一致。

[0042] 扫描镜34能够反射和扫描投射束PB。扫描镜34具有主体35和反射表面36。扫描镜34机械地耦接至旋转轴33，并且以由例如合成树脂制成的平板形成。例如通过在主体35的一个表面上沉积诸如铝的金属膜来将反射表面36形成为镜表面。反射表面36例如是平坦的，并且沿着与旋转轴33平行的方向延伸以便包括延伸对应方向ED1。

[0043] 反射表面36被共用地提供给束PB和RB中的二者。反射表面36以矩形形状形成，该矩形形状的长度方向与延伸对应方向ED1基本上一致。如图3中所示，反射表面36布置在投射束PB的光斑形状形成近场图案NFP的位置处(Dp＝Ds)。也就是说，投射束PB在反射表面36上的每个小光斑SS具有延伸对应方向ED1对应于短轴线的椭圆形形状。因此，与具有伸长形状的光发射窗23和在无限远处的线形状光斑的纵横比相比，投射束PB在反射表面36上的纵横比在延伸对应方向ED1上被压缩。由于投射束PB的覆盖区PF也在延伸对应方向ED1上被压缩，因此扫描镜34在延伸对应方向ED1上的尺寸被缩短。

[0044] 如图4中所示，扫描镜34能够相对于与延伸对应方向ED1平行的旋转轴33在有限的角范围AR内摆动。投射束PB的由反射表面36反射的反射角也由于摆动运动而根据反射表面36的取向变化而变化。在时间和空间上扫描朝向测量区域MA的投射束PB。

[0045] 在本实施方式中的扫描意指一维扫描，其中省略了在延伸对应方向ED1上的扫描。在无限远处被反射表面36反射的投射束PB的光斑形状基本上与摆动运动阶段中投射束PB的照明范围相对应。在车载状态下，该照明范围在竖直方向上伸长。因此，即使扫描镜34不执行与竖直方向相对应的扫描，也可以扩大测量区域MA中的竖直视角。

[0046] 通过沿着垂直于延伸对应方向ED1的方向——即沿着水平方向的摆动运动来使在竖直方向上伸长的投射束PB的照明范围移动。摆动运动中的有限角范围AR限定测量区域MA中的水平视角。投射光学轴线POA在扫描镜34与测量区域MA之间的一部分根据扫描镜34的摆动运动而沿水平方向摆动。然而，投射光学轴线POA在扫描镜34与测量区域MA之间的该部分的方向和位置相对于摆动运动的预定相位(换言之，反射表面36的预定取向)唯一地确定。

[0047] 有限角范围AR由机械止动器、电磁止动器限制或通过控制驱动机构来限制。投射束PB的反射角在最大有限角范围AR内在端部AR1处最大。端部AR1被设置成使得被扫描镜34反射的投射束PB避免偏离光学窗14且避免与光屏蔽容器12的干涉。

[0048] 投射束PB的反射角在最大有限角范围AR内在端部AR2处最小。端部AR2被设置成使得防止被扫描镜34反射的投射束PB与光投射单元21干涉。投射保持构件28的面向光学窗14的角——在该角处发射投射束PB——具有朝向穿透投射光学系统26的投射光学轴线POA凹进的凹部分29。被扫描镜34反射的投射束PB的覆盖区PF进入由凹部分29形成的空间。因此，在投射束PB的反射角在有限角范围AR内最小的情况下，可以扩展端部AR2的可设置范围。

[0049] 在有限角范围AR内被扫描的投射束PB穿过光学窗14。如图3中所示，光学窗14布置在投射束PB的光斑形状形成近场图案NFP的位置处(Dp＝Dw)。也就是说，投射束PB的在反射表面36上的每个小光斑SS具有比反射表面36上的每个小光斑(即，接近圆)小的椭圆率，而椭圆形形状具有沿着延伸对应方向ED1的短轴线。因此，与伸长的发射窗23和无限远处的线形状光斑的纵横比相比，光学窗14上的投射束PB的覆盖区PF的纵横比在延伸对应方向ED1上被压缩。因此，光学窗14在延伸对应方向ED1上的尺寸可以缩短。

[0050] 投射束PB透射通过光学窗14，然后被存在于测量区域MA中的测量目标对象反射。反射束RB——其是被测量目标对象反射的投射束PB——再次穿过光学窗14并进入扫描镜
34。投射束PB和反射束RB的速度充分高于扫描镜34的摆动运动的速度。因此，投射束PB被扫描镜34反射时的摆动运动的相位与反射束RB入射到扫描镜34上时的摆动运动的相位之间的差是轻微的并且可以忽略。因此，反射束RB以与投射束PB基本上相同的反射角被反射，并且被引导至光接收单元41，以沿着与投射束PB相反的方向行进。

[0051] 如图1和图5中所示，光接收单元41包括检测单元42、接收光学系统49和光接收保持构件51。如图6中所示，本实施方式中的检测单元42具有光接收元件阵列43和解码器46。光接收元件阵列43具有以阵列布置的多个光接收元件44。采用单光子雪崩光电二极管(SPAD)光接收元件作为光接收元件44。光接收元件44以高度集成的状态二维地布置在矩形检测表面45上。注意，图6中示出的光接收元件44中的仅一些由附图标记表示。

[0052] 检测表面45的长度方向与光发射窗23的延伸方向ED0对齐。与在无限远处呈直线的投射束PB相对应的反射束RB也可以是直线束。检测表面45具有与反射束RB的散布匹配的形状。因此，检测单元42可以有效地接收反射束RB，并且提高了检测精度。

[0053] 当一个或更多个光子入射时，每个SPAD光接收元件44通过雪崩加倍(所谓的盖革模式)的电子倍增操作生成一个电脉冲。也就是说，每个光接收元件44可以直接生成电脉冲作为数字信号，而无需使用从模拟信号到数字信号的AD转换电路。因此，可以高速读取经由接收光学系统49聚焦在检测表面45上的反射束RB的检测结果。

[0054] 解码器46被设置以输出由光接收元件44生成的电脉冲，并且包括选择电路47和时钟振荡器48。选择电路47以例如集成电路的形式安装，并且依次选择光接收元件阵列43之中的从其输出电脉冲的光接收元件44。所选择的光接收元件44将电脉冲输出至控制器61。以这种方式，当选择电路47完成选择光接收元件44以每次输出一次时，完成一次采样。选择电路47从在预定发射定时发射投射束PB的时间开始周期性地重复采样。该采样周期对应于从时钟振荡器48输出的时钟频率。时钟振荡器48设置在选择电路47的集成电路内部或外部。

[0055] 如图1和图5中所示，接收光学系统49接收反射束RB并将反射束RB聚焦在检测表面45上。接收光学系统49布置在检测单元42与扫描镜34之间。接收光学系统49包括一个或更多个光学透镜50。使接收光学系统49的光学透镜50的直径大于投射光学系统26的光学透镜
27的直径。以这种方式，通过接收光学系统49收集反射束RB的效率可以改善。接收光学系统
49形成接收光学轴线ROA。接收光学轴线ROA被定义成例如沿着如下假想光线，其穿过一个或更多个光学透镜50的每个折射表面的曲率中心。沿着接收光学轴线ROA的假想光线可以通过在不偏转的情况下直线行进通过每个透镜顶点50a来穿过接收光学系统49。在本实施方式中，入射在检测表面45的中心点上的反射光RB的主光线沿着接收光学轴线ROA。反射束RB的主光线可以取决于测量目标对象对投射束PB的反射模式是虚拟光线。当沿着接收光学轴线ROA的光束被扫描单元31偏转时，接收光学轴线ROA也被定义为包括沿着偏转方向的延伸部分。

[0056] 接收光学轴线ROA的在测量区域MA与扫描镜34之间的一部分根据扫描镜34的摆动运动而在车载状态下沿水平方向摆动。然而，接收光学轴线ROA的在测量区域MA与扫描镜34之间的该部分的方向和位置相对于摆动运动的预定相位唯一地确定。

[0057] 当接收光学轴线ROA穿透中心点时，由接收光学系统49接收的反射束RB的覆盖区RF的范围可以由用作实质光阑的检测表面45限定。可替选地，当接收光学轴线ROA穿透中心点时，可以通过在接收光学系统49中设置光阑来限定覆盖区RF的范围。

[0058] 图5中示出的光接收保持构件51形成为接收光学系统49的镜筒。光接收保持构件51以管状形状形成以保持接收光学系统49的一个或更多个光学透镜50，并且例如由合成树脂或金属制成以具有光屏蔽性质。光接收保持构件51可以形成为还保持检测单元42。

[0059] 如图1和图5中所示，投射光学轴线POA和接收光学轴线ROA在容纳室13外部和容纳室13内部的整个区域中彼此偏移。具体地，投射光学轴线POA和接收光学轴线ROA被布置成彼此基本上平行，其间具有间隔且沿着共用方向。可以通过沿垂直于旋转轴33的方向布置投射光学轴线POA和接收光学轴线ROA来提高投射束PB和反射束RB的利用效率。

[0060] 在测量区域MA与扫描镜34之间的区域中的投射光学轴线POA与接收光学轴线ROA之间的位置关系还根据束PB和RB共用的反射表面36的取向唯一地确定。不管摆动运动的相位如何，都保持相互偏移形式(具体地，平行布置形式)。

[0061] 投射光学系统26和接收光学系统49在沿着用于摆动运动的旋转轴33的方向上——即沿着光发射窗23的延伸方向ED0并排布置。然后，接收光学系统49能够有效地接收以与投射束PB基本上相同的反射角被共用反射表面36反射的反射束RB。

[0062] 由于投射光学系统26和接收光学系统49的布置，可以抑制投射束PB与光接收保持构件51干涉并且抑制反射束RB与投射保持构件28干涉。此外，作为调节从扫描镜34到投射光学系统26的距离以及从扫描镜34到接收光学系统49的距离的结果，可以沿着光学轴线POA、ROA在共用方向上减小容纳室13的尺寸。

[0063] 在车载状态下，接收光学系统49被布置成低于投射光学系统26。由于光学透镜50的直径大于投射光学系统26的光学透镜27的直径，因此接收光学系统49或光接收单元41的重量大于投射光学系统26或光投射单元21的重量。因此，可以使光学检测器10的重心向下降低，并且光学检测器10在车辆中的安装稳定性可以改善。

[0064] 如图1中所示，投射束PB的覆盖区PF随着在投射光学轴线POA上从投射光学系统26朝向测量区域MA行进而增大了垂直于投射光学轴线POA的截面区域。由于通过扫描镜34进行的扫描，相对于投射光学系统26与扫描镜34之间的区域，覆盖区PF的截面区域的水平扩展宽度在测量区域MA与扫描镜34之间的区域中增大。

[0065] 类似地，反射束RB的覆盖区RF随着在接收光学轴线ROA上从接收光学系统49朝向测量区域MA行进而增大了垂直于接收光学轴线ROA的截面区域。由于通过扫描镜34进行的扫描，相对于接收光学系统49与扫描镜34之间的区域中的覆盖区RF的截面区域的水平扩展宽度，覆盖区RF的截面区域的水平扩展宽度在测量区域MA与扫描镜34之间的区域中增大。水平扩展宽度意指沿光学轴线的每单位长度的覆盖区的截面区域在水平方向上的增加。

[0066] 投射束PB的覆盖区PF和反射束RB的覆盖区RF彼此交叠的交叠OL形成在容纳室13内部。与覆盖区PF和RF完全彼此分离的比较结构相比，容纳室13的大小可以通过在设置有交叠OL的本实施方式中的交叠OL的体积而减小。

[0067] 在本实施方式中，投射束PB的覆盖区PF和反射束RB的覆盖区RF在扫描镜34的反射表面36上彼此部分交叠。具体地，覆盖区PF和RF在反射面36的包括沿着旋转轴33的方向的截面上彼此交叠。因此，可以减小反射表面36沿着延伸对应方向ED1的尺寸。因此，可以减小扫描镜34或容纳室13的大小。

[0068] 控制器61控制测量区域MA中的测量，并且控制扫描镜34的摆动运动。如图1中所示，控制器61具有计算机，该计算机包括处理单元62、RAM 63、存储单元64、输入/输出接口65以及连接它们的总线。处理单元62是用于算术处理的硬件并且与RAM 63结合。处理单元
62包括至少一个算术核，例如CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)和RISC(精简指令集计算机)。处理单元62可以包括至少一个算术核，诸如FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC(专用集成电路)。处理单元62通过访问RAM 63来执行用于实现稍后描述的每个功能单元的功能的各种处理。存储单元64包括至少一个非易失性存储介质。由处理单元62执行的程序被存储在存储单元64中。

[0069] 控制器61电连接至光发射单元22、驱动马达32和检测单元42或者可以与光发射单元22、驱动马达32和检测单元42进行无线通信。如图7中所示，控制器61具有诸如光发射控制单元66、扫描控制单元67和测量计算器68的功能单元。

[0070] 光发射控制单元66将电信号输出至光发射单元22，使得每个激光振荡元件24在与由扫描镜34进行的扫描相关联的光发射定时发射投射束PB。

[0071] 扫描控制单元67将电信号输出至驱动马达32，使得实现与投射束PB的光发射定时相关联的扫描。在本实施方式中，在有限角范围AR内的摆动运动中的往复移动中，从初始相位开始在前向路径中精确地控制速度。与这样精确的速度控制协作，光发射控制单元66连续发射短脉冲投射束PB，并且投射束被扫描。在往复移动的返回路径中，扫描镜34以高于前向路径中的速度的速度弹回到初始相位。在该时间段期间，光发射控制单元66停止发射投射束PB。可以通过在往复移动的仅一个方向上执行投射束PB的扫描来减少在测量目标对象的测量计算中改变摆动运动的前向路径与返回路径之间的处理的必要性。因此，可以高速执行该处理，或者可以节省计算机资源。

[0072] 扫描控制单元67使扫描镜34在短时间内连续多次往复移动。投射束PB在每个前向路径中被强烈地发射。

[0073] 此外，本实施方式的控制器61的扫描控制单元67可以例如通过将摆动调节参数——例如角范围AR的值和速度HS、LS的值或将电信号指定给驱动马达32用于控制摆动运动以满足这些值的参数——存储在存储单元64的存储介质中来改变摆动运动的有限角范围AR和/或速度HS、LS。扫描控制单元67通过访问存储单元64来读取摆动调节参数，并且控制摆动运动的有限角范围AR和速度HS、LS。

[0074] 在本实施方式中，分别与光学检测器10的车载状况相对应，在存储单元64中存储有多个摆动调节参数。扫描控制单元67通过读出存储在存储单元64中的车载状况的设置信息或者从外部设备获取车载状况的设置信息来从摆动调节参数中选择适当的摆动调节参数。

[0075] 例如，如图8中所示，可以通过光学检测器10将测量区域MA1限定在车辆WC的前外部。在这种情况下，车辆WC的行进车道极有可能对应于测量区域MA1的中央部分。因此，例如为了测量相对于位于前侧的另一车辆TC1的车辆间距离，需要在相对远的范围FR处的测量精度。在测量区域MA1的侧部分中，例如为了测量建筑物BLD、骑自行车的人BYC、路侧的行人或相邻车道的另一车辆TC2，需要在相对近的范围NR处的测量精度。

[0076] 在该车载情况下，如图9中所示，扫描控制单元67将摆动运动在有限角范围AR的中央部分ARc中的速度LS设置得比摆动运动在侧部分ARs中的速度HS低。因此，在摆动运动中的每单位角的保留时间在中央部分ARc中比在侧部分ARs中更长。然后，可以通过使用中央部分ARc的长保留时间来以高辐照度(光密度)将投射束PB照射到与中央部分ARc相对应的角度。由于投射束PB在测量区域MA1的中央部分中被充分地供应到远范围FR，因此也获得了在远范围FR上反射并入射到检测表面45上的足够量的反射束RB。此外，扫描控制单元67可以将有限角范围AR设置为与稍后描述的测量区域MA2相比相对窄的角范围ARN。中央部分ARc中的每单位角的保留时间还可以延长。

[0077] 相比之下，如图8中所示，测量区域MA2可以由光学检测器10在车辆WC的横向外部(例如，左外或右外)形成。在该车载情况下，在测量区域MA2的中央部分中，例如为了测量与道路相邻的建筑物BLD、骑自行车的人BYC、行人以及相邻车道中的其他车辆TC2，需要相对近的范围NR的测量精度。即使在测量区域MA2的侧部分中，道路侧的建筑物BLD、骑自行车的人BYC、行人以及相邻车道中的其他车辆TC2也是测量目标。在这种情况下，测量目标定位在斜对前方或后方。因此，相对需要远范围FR的测量精度。

[0078] 在该车载情况下，如图10中所示，扫描控制单元67将摆动运动在有限角范围AR的中央部分ARc中的速度HS设置得比摆动运动在侧部分ARs中的速度LS高。因此，在摆动运动中的每单位角的保留时间在侧部分ARs中比在中央部分ARc中长。然后，可以通过使用侧部分ARs的长保留时间来以高辐照度(光密度)将投射束PB照射到与侧部分ARs相对应的角度。由于投射束PB在测量区域MA2的侧部分中被充分地供应到远范围FR，因此能够获得被远距离FR反射并入射到检测表面45上的足够量的反射束RB。此外，扫描控制单元67可以将有限角范围AR设置成比测量区域MA1相对更宽的角范围ARW，原因是不必测量位于车辆WC的横向外部相对远的区域的测量目标对象。

[0079] 在本实施方式中，侧部分ARs被定义为与被划分为三个相等区域的有限角范围AR、ARN、ARW的两端接触的一对区域。中央部分ARc被定义为由被划分为三个相等区域的有限角范围AR、ARN、ARW的成对侧部分ARs夹在中间的区域。速度HS、LS不限于恒定速度并且可以被加速或减速。中央部分ARc与侧部分ARs之间的速度的比较是中央部分ARc处的平均速度与侧部分ARs处的平均速度之间的比较。当摆动运动具有恒定循环时，可以将摆动运动中的每单位角的保留时间标准化为摆动运动的每个循环的时间段。摆动运动中的每单位角的保留时间可以是在该循环在多个摆动运动之中不同时的多个摆动运动的积分时间。

[0080] 测量计算器68对从检测单元42输入的电脉冲执行算术处理，以检测测量目标对象在测量区域MA中的存在/不存在并测量到测量目标对象的距离。测量计算器68在投射束PB的发射之后对在每个采样中从光接收元件44中的每一个输出的电脉冲的数量进行计数。测量计算器68生成直方图，其中在每个类别中记录针对每个采样的电脉冲的数量。该直方图的类别示出了从投射束PB的发射到反射束RB在光接收元件44上的入射的光的飞行时间，即TOF(飞行时间)。解码器46的采样周期对应于TOF测量中的时间分辨率。

[0081] 测量计算器68根据扫描镜34的往复移动和投射束PB从初始位置在前向路径上的发射来生成通过划分有限角范围AR而获得的多个相位区域的直方图。分别对应于每个相位区域的直方图被临时或非临时地存储在RAM 63或存储单元64中。

[0082] 在本实施方式中，当扫描镜34从一个摆动运动的初始位置开始穿过前向路径中的一个相位区域时，光发射控制单元66以周期性的光发射定时多次发射投射束PB。与速度为高的相位区域相比，可以增加对于摆动运动的速度为低的相位区域的投射束PB的发射次数。

[0083] 相比之下，本实施方式的测量计算器68将具有电脉冲的每个相位区域的直方图进行积分，该电脉冲通过检测与在每个相位区域中投射束PB的多个发射相对应的反射束RB所生成。在多次积分之后，测量计算器68计算与直方图中频率最高的类别相对应的TOF作为测量结果。可以通过将TOF转换为距离来指定到测量目标对象的距离。可以通过多次积分来提高TOF测量精度和距离测量精度。

[0084] 接下来，将参照图11的流程图描述由解码器46和控制器61执行的测量目标对象的方法。例如，每当扫描镜34穿过一个相位区域时，执行由流程图中的每个步骤配置的处理。

[0085] 在S11中，测量计算器68识别扫描镜34已经进入的相位区域，并且选择单独与该相位区域相对应的直方图，即要被积分和计数的直方图。在S11中的处理之后，处理转移到S12。

[0086] 在S12中，光发射控制单元66使投射束PB发射。在S12中的处理之后，处理转移到S13。

[0087] 在S13中，解码器46和测量计算器68对光接收元件44的电脉冲进行计数。该计数不会被重置直到计算出TOF为止，并且被积分。在S13中的处理之后，处理转移到S14。

[0088] 在S14中，测量计算器68对存储在例如RAM 63中的计数器进行递增，以便对发射投射束PB的次数进行计数。在S14中的处理之后，处理转移到S15。

[0089] 在S15中，测量计算器68确定已经发射投射束PB的次数是否达到规定次数。规定次数被设置成对应于在测量下扫描镜34穿过相位区域的渡越时间。当在S15中做出否定确定时，处理返回到S12。当在S15中做出肯定确定时，处理进行到S16。

[0090] 在S16中，测量计算器68根据记录积分结果的直方图计算TOF。此外，TOF被转换为距离，由此指定到测量目标对象的距离。在S16之后，一系列处理结束。

[0091] 在第一实施方式中，检测单元42的解码器46和控制器61的处理单元62对应于“至少一个处理器”。此外，盖板15对应于“盖构件”。

[0092] 下面将描述第一实施方式的操作和效果。

[0093] 根据第一实施方式，对投射束PB的扫描通过扫描镜34在有限角范围AR内的摆动运动来实现。由于调节了对不需要检测或高检测精度的区域的扫描，因此可以抑制扫描时间的浪费。用于发射投射束PB的光发射窗23具有在延伸方向ED0上伸长的形状。用作摆动运动的基准的旋转轴33被设置成在沿着延伸方向ED0的方向ED1上延伸。因此，可以相对于扫描镜34的预定相位沿着垂直于摆动运动的方向投射基本上长的束。也就是说，由于减少了包括延伸方向ED0的二维扫描的必要性，因此扫描更有效。如上所述，投射束PB的照射可以集中在特定区域上，并且可以增加辐照度。因此，可以提供能够实现高检测精度的光学检测器10。

[0094] 此外，根据第一实施方式，摆动运动由控制器61控制。因此，可以扫描投射束PB，以实现高检测精度。

[0095] 此外，根据第一实施方式，投射束PB在穿过在扫描镜34的摆动运动中划分有限角范围AR而获得的多个相位区域中的至少一个相位区域的同时被多次发射。通过对投射束PB的多次发射和与多次发射相对应的反射束RB的检测来对电脉冲进行积分。由于SPAD光接收元件44可以生成与光子的接收相对应的电子脉冲作为数字信号，因此可以高速处理对投射束PB的检测。因此，可以在扫描镜34的测量方向可以被认为相同的相位区域的通过时间内或者在测量目标对象的移动可以被忽略的时间内执行电脉冲的积分。由于使用这样的积分来计算TOF，因此可以提高测量目标对象的检测精度。

[0096] 此外，根据第一实施方式，有限角范围AR、ARN、ARW是可改变的。利用这样的改变，可以根据使用环境适当地抑制扫描时间的浪费。因此，投射束PB的照射可以集中在必要的区域。

[0097] 此外，根据第一实施方式，摆动运动的速度HS、LS是可改变的。利用这样的改变，可以对特定区域发挥适当的检测精度。

[0098] 此外，根据第一实施方式，随着在与有限角范围AR相对应的测量区域MA中到测量目标的距离变得更长，摆动运动中的每单位角的保留时间被设置得更长。可以通过利用在如下角度——其中到测量对象的距离为长——的长保留时间来以高的辐照度使投射束PB照射。因此，可以增加照射到长距离处存在的测量目标的光的量以及从要被检测的测量目标反射的反射束RB的量。因此，可以提高测量目标的检测精度。

[0099] 此外，根据第一实施方式，当光学检测器10被配置成使得与角范围AR、ARN相对应的测量区域MA1位于车辆WC的前外部时，在摆动运动中的有限角范围AR、ARN内，在中央部分ARc中的保留时间比在侧部分ARs中的保留时间长。然后，例如相对于车辆WC——其趋于相对地远离另一车辆TC1，可以以高检测精度来检测另一车辆TC1。

[0100] 此外，根据第一实施方式，在光学检测器10被配置成使得与角范围AR、ARW相对应的测量区域MA2被设置在车辆WC横向外部的情况下，在摆动运动中的有限角范围AR、ARW内，在侧部分ARs中的保留时间被设置得比在中央部分ARc中的保留时间长。然后，可以根据假定距离以适当的检测精度来检测道路侧上的测量对象或相邻车道上的测量对象。

[0101] 此外，根据第一实施方式，扫描镜34具有反射表面36，该反射表面是用于反射朝向测量区域MA的投射束PB并且用于反射来自测量区域MA的反射束RB的共用表面。通过使反射表面36共用，可以在不会受到干扰的情况下检测可以以延伸方向ED0上的形状伸长的反射束RB。

[0102] 此外，根据第一实施方式，投射光学系统26和接收光学系统49沿着延伸方向ED0并排布置。当投射束PB和反射束RB由于以共用旋转轴33为基准的摆动运动以及共用反射表面36而具有相同的反射角时，投射光学系统26对投射束PB的收集效率和接收光学系统49对反射束RB的收集效率二者被同时优化。因此，要根据投射束PB的辐照度而被检测的反射束RB可以获得高增益，并且可以实现高检测精度。

[0103] 此外，根据第一实施方式，投射保持构件28具有朝向投射光学轴线POA凹进的凹部分29，以便避免与被有限角范围AR的端部AR1、AR2中的端部AR2反射的投射束PB干涉，在该端部AR2处，扫描镜34处的反射角为最小。由于可以根据凹部分29所凹进的空间的体积而将有限角范围AR的机械极限朝向端部AR2扩展，因此可以根据使用环境实现准确的扫描。

[0104] 此外，根据第一实施方式，投射束PB和反射束RB具有覆盖区PF和RF在壳体11内彼此交叠的交叠OL。可以根据交叠OL的体积减小壳体11的大小。

[0105] (其他实施方式)

[0106] 尽管已经描述了一个实施方式，但是本公开内容不应当限于以上实施方式，并且可以在本公开内容的范围内应用于各种其他实施方式。

[0107] 具体地，作为第一修改例，可以适当地改变光发射单元22中的激光振荡元件24的数量。也就是说，光发射窗23中的小窗25的数量可以适当地改变，并且可以是一个或更多个。

[0108] 作为第二修改例，光发射单元22可以设置在多个位置处。例如，多个光发射单元22可以被设置成使得光发射窗23在车载状态下沿水平方向布置。可以为多个光发射单元22提供一个投射光学系统26，或者可以提供与光发射单元22的数量相同数量的投射光学系统26。

[0109] 作为第三修改例，投射光学系统26的焦距被设置成使得光发射窗23被成像在容纳室13外部，并且不限于用于在无限远处对光发射窗23进行成像的焦距。

[0110] 作为第四修改例，投射束PB的覆盖区PF和反射束RB的覆盖区RF可以在扫描镜34的反射之后仅在容纳室13内部的空间中具有交叠OL。投射束PB的覆盖区PF和反射束RB的覆盖区RF可以在容纳腔13内部没有交叠OL。在这些情况下，可以为束PB和RB单独设置扫描镜34的反射表面36，或者可以为束PB和RB单独设置扫描镜34本身。

[0111] 作为第五修改例，测量计算器68不必重置关于扫描镜34的一个摆动运动的电脉冲的计数，并且可以连续地对关于扫描镜34的多个摆动运动的电脉冲进行计数以计算TOF。

[0112] 作为第六修改例，在检测单元42中使用的光接收元件44可以是诸如APD光接收元件的另一种光接收元件，而不是SPAD光接收元件。

[0113] 作为第七修改例，可以在有限角范围AR内与往复摆动运动的前向路径和后向路径二者相对应地发射和扫描投射束PB。在这种情况下，检测单元42可以在前向路径和后向路径二者上检测反射束RB。此外，测量计算器68可以对在前向路径上在预定相位区域中检测到的反射束RB的电脉冲和在后向路径上在相同相位区域中检测到的反射束RB的电脉冲进行积分并计数为相同的直方图，以计算TOF。

[0114] 作为第八修改例，测量计算器68可以在不使用直方图的情况下计算TOF。例如，可以根据电脉冲被检测的定时的平均值来计算TOF。

[0115] 作为第九修改例，光学检测器10可以被配置成使得与角范围AR、ARN相对应的测量区域MA位于车辆WC的后外部。在这种情况下，在摆动运动中，有限角范围AR、ARN的中央部分ARc中的保留时间可以比侧部分ARs中的保留时间长。

[0116] 作为第十修改例，控制器61可以设置在容纳室13外部。此外，控制器61可以被配置为独立于光学检测器10的电子控制设备。

[0117] 作为第十一修改例，可以在检测单元42中设置测量计算电路。可以由检测单元42的测量计算电路来处理控制器61的测量计算器68的计算。在这种情况下，直方图可以被临时或永久存储在控制器61的RAM 63或存储单元64中。检测单元42除了测量计算电路之外还可以具有RAM或非易失性存储介质。在这种情况下，直方图可以被临时或永久存储在检测单元42的RAM 63或存储介质中。此外，测量计算电路可以与解码器46的选择电路47分开，或者可以安装为与选择电路47共用的集成电路。

[0118] 本公开内容中描述的处理器和方法可以通过专用计算机的处理单元来实现，该专用计算机的处理单元被编程为执行由计算机程序实施的一个或多个功能。可替选地，本公开内容中描述的处理器和方法可以通过专用硬件逻辑电路来实现。此外，本公开内容中描述的处理器及其方法可以通过分立电路来实现。可替选地，本公开内容中描述的处理器和方法可以是选自执行计算机程序的计算机的一个或更多个处理单元、一个或更多个硬件逻辑电路以及一个或更多个分立电路的任何一种。其可以通过组合来实现。可以将计算机程序作为要由计算机执行的指令存储在有形的非暂态计算机可读介质中。