JP7310859B2 - Photodetector and rangefinder - Google Patents
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Description
本発明は、光検出器および測距装置に関する。 The present invention relates to photodetectors and ranging devices.
近年、自動運転の自動車向けにLIDAR(Light Detection And Ranging)と称する測距装置の開発が進んでいる。このLIDARにおいては、時速100[km/h]程度の車速で走行する場合、安全上300[m]程度先までの物体との距離を正確に測定する必要があり、その方法として直接TOF(Time Of Flight)方式が主流である。直接TOF方式とは、コヒーレントなレーザ光を、検出する方向に放射し、物体に衝突し反射してきたレーザ光をレンズを経由してフォトダイオード等の受光部に入射させ、放射から検出までの時間と光速とから物体までの距離を測定する方式であり、広範囲かつ長距離を高精度かつ高速に測定することが求められる。直接TOF方式を用いた測距装置は、機械的に360[°]水平面で回転させ、垂直方向に測定系を複数積層する構成が一般的である。 In recent years, the development of a distance measuring device called LIDAR (Light Detection And Ranging) for self-driving automobiles is progressing. In this LIDAR, when traveling at a vehicle speed of about 100 [km/h] per hour, it is necessary to accurately measure the distance to an object up to about 300 [m] for safety. Of Flight) method is the mainstream. In the direct TOF method, a coherent laser beam is emitted in the direction to be detected, the laser beam that has collided with an object and is reflected is made incident on a light receiving part such as a photodiode via a lens, and the time from emission to detection is measured. It is a method to measure the distance to an object from the speed of light and the speed of light. A distance measuring device using the direct TOF method is generally configured to mechanically rotate 360[°] in a horizontal plane and stack a plurality of measurement systems in the vertical direction.
しかし、今までの測距装置では、垂直方向に積層する測定系の個数はその大きさに起因して制約があるため縦方向では十分な解像度が得られないという課題があり、かつ該測定系を多数積層した場合には機器の小型化が困難となる課題があった。さらに、機械的に360°回転させる機構の耐久性を確保しなければならず、かつ耐震性を考慮した構造にしなければならないという課題があった。 However, conventional distance measuring devices have the problem that sufficient resolution cannot be obtained in the vertical direction because the number of measuring systems stacked in the vertical direction is limited due to their sizes. There was a problem that miniaturization of equipment becomes difficult when a large number of are stacked. Furthermore, there was a problem that the durability of the mechanical 360° rotation mechanism had to be ensured, and that the structure had to be constructed in consideration of earthquake resistance.
このような縦方向の解像度、および機械的な耐久性の課題を解決するための技術として、検出器の信号対雑音比を大幅に高めることを目的として、偏向アレーに撮像光学系による画像情報を直前に入力させて視野中の各点に対応する2次元アレー内で動作させる画素を決定し、オン動作させた画素からの反射光をフォトダイオードへ向けることと、オフ動作させた画素からの反射光をフォトダイオードから離れた吸光板に向けることを特徴とし、かつ当該フォトダイオードは感光画素が2次元に配列したアレーからなる感光部材すなわちフォトダイオードアレーであり、2次元の光偏向アレーから得られた2次元配列の検出光をそのまま2次元のフォトダイオードアレーで検出するという構成が開示されている(例えば特許文献1)。 As a technique to solve the problems of longitudinal resolution and mechanical durability, we have developed a deflection array that transfers image information from the imaging optics to the detector for the purpose of significantly increasing the signal-to-noise ratio of the detector. A pixel that is input immediately before and is operated within a two-dimensional array corresponding to each point in the field of view is determined, reflected light from the pixel that is operated on is directed to the photodiode, and light is reflected from the pixel that is operated off. A photosensitive member or photodiode array comprising a two-dimensional array of photosensitive pixels, characterized in that it directs light onto a light absorbing plate spaced from the photodiode, resulting from a two-dimensional light deflection array. A configuration is disclosed in which the two-dimensional array of detected light is directly detected by a two-dimensional photodiode array (for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載された技術では、撮像した画像情報を書き込むための、各画素直下に配置された複数のトランジスタ等を有する構造が必要となり、各画素の動作情報を書き込むための時間が必要であるため、高速動作が困難であるという課題がある。また、光偏向アレーから得られた2次元の反射光はそのまま2次元のフォトダイオードアレーに入射させるため、大型で高性能なフォトダイオードアレーが必要となるという課題がある。
However, the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出を可能とする光検出器および測距装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photodetector and a distance measuring device that can suppress an increase in size and can detect light at high speed.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入射光を検出する光検出器であって、前記入射光を導光する導光部と、前記導光部により導光された前記入射光を偏向させる偏向部と、前記偏向部により偏向された前記入射光を検出する複数の受光素子を含む受光部と、を備え、前記偏向部は、前記入射光を偏向させる複数の光偏向素子を含む光偏向素子群を複数有し、垂直方向および水平方向にそれぞれ複数の分割単位に分割されており、前記光偏向素子群は、それぞれの前記分割単位において対応する位置の前記光偏向素子が互いに電気的に並列に接続されて構成され、前記光偏向素子群が有する前記複数の光偏向素子は、パッシブマトリクス駆動により、同時に偏向動作を行い、複数の前記光偏向素子群は、それぞれ時間経過と共に順番に前記偏向動作を行い、前記偏向動作を行っている前記光偏向素子群における所定の光偏向素子により偏向された前記入射光が、前記複数の受光素子のうち所定の受光素子で受光された場合、該光偏向素子群において前記所定の光偏向素子とは異なる光偏向素子により偏向された前記入射光は、該複数の受光素子のうち前記所定の受光素子とは異なる受光素子で受光されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a photodetector for detecting incident light, comprising: a light guide section for guiding the incident light; and a light-receiving unit including a plurality of light-receiving elements for detecting the incident light deflected by the deflecting unit, wherein the deflecting unit includes a plurality of light-receiving elements that deflect the incident light. A plurality of optical deflection element groups each including an optical deflection element are divided into a plurality of division units in the vertical direction and the horizontal direction, and the optical deflection element groups are divided into a plurality of division units in the respective division units. The deflection elements are electrically connected in parallel to each other, and the plurality of optical deflection elements included in the optical deflection element group perform deflection operations simultaneously by passive matrix driving, and the plurality of the optical deflection element groups and the incident light deflected by a predetermined light deflecting element in the light deflecting element group performing the deflecting operation is received by a predetermined light receiving element among the plurality of light receiving elements. When the incident light is received by an element, the incident light deflected by an optical deflection element different from the predetermined optical deflection element in the optical deflection element group is received by a light receiving element different from the predetermined light receiving element among the plurality of light receiving elements. It is characterized by being received by an element.
本発明によれば、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出を可能とする。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in size and to detect light at high speed.
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る光検出器および測距装置の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。 Embodiments of a photodetector and a distance measuring device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited by the following embodiments, and the constituent elements in the following embodiments can be easily conceived by those skilled in the art, substantially the same, and so-called equivalent ranges. is included. Furthermore, various omissions, replacements, changes and combinations of components can be made without departing from the gist of the following embodiments.
[従来の光検出器について]
図1は、一般的な光検出器を説明する図である。図2は、一般的な光検出器の構成の一例を示す図である。図1および図2を参照しながら、一般的な検出器の構成について説明する。
[Regarding conventional photodetectors]
FIG. 1 is a diagram illustrating a typical photodetector. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a general photodetector. A typical detector configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
図1において、測距装置101は、一般的な測距装置であり、物体102~105は、それぞれ空間に存在する測距対象となる物体を示している。測距装置101は、物体102~105等の外界の物体との距離を測定する装置である。測距装置101は、それぞれ距離が異なる場所に存在する物体102~105との距離を同時に、または順次に測定する。
In FIG. 1, a distance measuring
図2に示すように、測距装置101は、例えば、レーザ光源201と、整形レンズ202と、ポリゴンミラー203と、レンズ204と、結像レンズ205と、受光器206と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
レーザ光源201は、例えば近赤外線のレーザ光を放射する光源である。整形レンズ202は、レーザ光源201から放射されたレーザ光をコヒーレントなレーザ光に整形するレンズである。ポリゴンミラー203は、整形レンズ202により整形されたレーザ光を水平方向(例えば120[°]~360[°]の範囲)に走査するように反射させて、レンズ204へ向かわせる部材である。レンズ204は、ポリゴンミラー203により反射されたレーザ光を測距装置101外部へ放射させるレンズである。このように、レンズ204から放射したレーザ光は、外界に存在する物体で反射し、反射光として測距装置101に入射する。
The
結像レンズ205は、外界から入射した物体からの反射光を受光器206に結像させるレンズである。受光器206は、結像レンズ205を透過した反射光を同時にまたは順次に検出する部材である。測距装置101は、受光器206により検出された反射光によって、各物体との距離を測定し、水平方向、垂直方向および奥行き方向の3次元の情報を取得する。
The
以上のような測距装置101は、広範囲の測距データを高解像度でできるだけ高速に検出することが望まれており、かつ小型で安価であることが望まれているが、現状では非常に高価で大規模な機器となる課題を有している。
The distance measuring
図3は、従来の光検出器の構成の一例を示す図である。図4は、DMDの光偏向素子の断面の概略を示す図である。次に、図3および図4を参照しながら、例えば米国特許出願公開第2017/0357000号明細書等に記載された従来の光検出器の構成について説明する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional photodetector. FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of an optical deflection element of the DMD. Next, the configuration of a conventional photodetector described in, for example, US Patent Application Publication No. 2017/0357000 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.
光検出器101aは、物体111、112等の外界の物体からの反射光を入射して検出する装置である。反射光は、図2に示したように、何らかのレーザ光源から放射された場合の反射光であってもよい。図3に示すように、光検出器101aは、結像レンズ211と、DMD(Digital Micromirror Device)212と、結像レンズ213と、受光器214と、を備えている。
The
結像レンズ211は、外界から入射した物体からの反射光をDMD212に結像させるレンズである。DMD212は、可動式の微小なミラー(図4に示す光偏向素子212a)を、集積回路の基板の上に多数2次元配列した光偏向アレーである。結像レンズ213は、DMD212における光偏向素子212aのオン動作により反射された光を、受光器214へ結像させるレンズである。受光器214は、DMD212におけるオン動作した光偏向素子212aで反射した光であって、結像レンズ213を透過した光を検出するフォトダイオードアレーである。遠方の物体を測距するためには、受光器214について、通常のフォトダイオードよりも、少ない光子を計測することに適したアバランシェフォトダイオードを用いることが望ましい。
The
光検出器101aは、外界の物体に対する画像情報を、DMD212による検出の直前に取得して、DMD212の各光偏向素子212aのうち、オン動作させる光偏向素子212aと、オフ動作させる光偏向素子212aとを決定する。この際、各光偏向素子212aのオン/オフ動作の情報を記憶しておくことが必要となる。そして、光検出器101aのDMD212は、オン動作させるものと決定した光偏向素子212aのみをオン動作させて、結像レンズ211からの反射光を、結像レンズ213へ向けて反射させる。これにより、光検出器101aは信号対雑音比を向上させることができるものとしている。
The
ここで、DMD212の光偏向素子212aの構成について、図4を参照しながら説明する。光偏向素子212aは、図4に示すように、ミラー構成部301と、SRAM(Static Random Access Memory)302と、を有する。
Here, the configuration of the
ミラー構成部301は、SRAM302の上に積層され、捩じり梁によりミラー部材の角度を変える構成を有する。SRAM302は、上述のように、当該光偏向素子212aのオン/オフ動作の情報を記憶するための、P型トランジスタ、N型トランジスタおよび多層配線等を含む記憶部分である。光偏向素子212aは、このような構成を備えることよって、SRAM302に記憶されたオン/オフ情報に従ってミラー構成部301のミラー部材を可動させる。
The
以上のような光検出器101aにおいては、上述のように、外界の物体に対する画像情報を、DMD212による検出の直前に取得して、当該画像情報に基づいて、オン動作させる光偏向素子212aを特定することになるが、例えば、上述の米国特許出願公開第201/0357000号明細書では、どのような方法で特定するのかが必ずしも明確ではない。また、光検出器101aにおいては、測距動作時に毎回画像情報を読み込みことが必要となるが、当該画像情報が取得できない等の予測できない場合に対応するための動作が明確でない。また、光検出器101aにおいては、撮像した画像情報を書き込むための、DMD212の各画素直下に配置された複数のトランジスタ等を有する構造が必要となるため複雑な構成とならざるを得ず、コストが高くなり、各画素の動作情報を書き込むための時間が必要であるため、高速動作が困難であるという課題がある。また、光偏向素子212aは、捩じり梁型で可動する構成であるため、反射方向の変位において梁の復元力および残留振動が発生するため、偏向時間が長くかかり高速動作が困難であるという課題がある。また、オン動作する光偏向素子212aを特定した後に測距動作を行っているので、特定した後に測距を行っているので、特定したタイミングよりも少し時間がずれたタイミングでの測距データが得られるという不具合もある。また、光偏向アレーとしてのDMD212から得られた2次元の反射光はそのまま2次元のフォトダイオードアレーである受光器214に入射させるため、大型で高性能なフォトダイオードアレーが必要となるという課題がある。
In the
以下では、上述の課題を解決することができる構成および動作について説明する。 The configuration and operation that can solve the above problems will be described below.
[第1の実施形態]
(光検出器の構成)
図5は、第1の実施形態に係る光検出器の構成の一例を示す図である。図6は、第1の実施形態に係る光検出器の光偏向素子の上面図および断面図である。図5および図6を参照しながら、本実施形態に係る光検出器1の構成について説明する。
[First Embodiment]
(Structure of photodetector)
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of a photodetector according to the first embodiment; 6A and 6B are a top view and a cross-sectional view of the optical deflection element of the photodetector according to the first embodiment. The configuration of the
図5に示すように、光検出器1は、レンズ16(導光部)と、光偏向アレー17(偏向部)と、吸光板18と、結像レンズ19と、受光アレー20(受光部)と、コントローラ21(生成部の一例)と、を備えている。
As shown in FIG. 5, the
レンズ16は、外界の検出領域から入射した、物体からの反射光(検出光、入射光)を導光して光偏向アレー17に結像させるレンズである。
The
光偏向アレー17は、図6に示す光偏向素子17aを2次元配列した光偏向アレーである。光偏向アレー17は、複数の光偏向素子17aのうち任意の光偏向素子17aが互いに電気的に並列に接続された光偏向素子群を複数形成し、光偏向素子群を構成する各光偏向素子17aについてはパッシブマトリクス駆動により同時に光偏向動作を行わせ、各光偏向素子群を時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行わせる。光偏向素子群は、パッシブマトリクス駆動により、外部信号(コントローラ21からの信号等)により直接駆動される。このように、光偏向アレー17のいずれかの光偏向素子群に対するパッシブマトリクス駆動によるオン動作により、当該光偏向素子群を構成する光偏向素子17aに入射した、レンズ16からの反射光は、当該光偏向素子17aにより結像レンズ19へ向かうON光として反射(偏向)される。オン動作が行われた光偏向装置群の光偏向素子17aそれぞれによりON光として反射された光は、受光アレー20の各受光素子において同時に検出されることとなる。すなわち、オン動作を行っている光偏向素子群における所定の光偏向素子17aにより反射された反射光(入射光)が、複数の受光素子のうち所定の受光素子で受光された場合、当該光偏向素子群において当該光偏向素子17aとは異なる光偏向素子17aにより反射された反射光(入射光)は、複数の受光素子のうち当該受光素子とは異なる受光素子で受光されることになる。また、一方、オフ動作となっている光偏向素子群を構成する光偏向素子17aに入射したレンズ16からの反射光は、当該光偏向素子17aにより吸光板18へ向かうOFF光として反射(偏向)される。このような光偏向アレー17の構成において、光偏向素子群を時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行うことにより、受光アレー20における同一の受光素子を用いて、検出領域の異なる箇所に対応する光偏向素子17aの光偏向動作に基づくON光を検出することができる。すなわち、同一の感光素子において複数の異なる箇所の検出を、順次に行うこととなり、検出領域の解像度を向上させることとなる。
The
吸光板18は、光偏向アレー17によりOFF光として反射された光を吸光する部材である。
The
結像レンズ19は、光偏向アレー17により反射されたON光を受光アレー20に結像させるレンズである。
The
受光アレー20は、結像レンズ19を透過したON光を検出(受光)する受光素子としてのフォトダイオードを2次元配列した受光アレーである。受光アレー20は、光偏向アレー17において2次元配列された光偏向素子17aよりも疎な受光素子の数で構成されている。具体的には、受光アレー20は、光偏向アレー17が有する光偏向素子17aの数よりも少ない数の受光素子を有し、後述する光検出器1が検出する領域である検出領域500において分割された領域501の数と同一の数の受光素子を有する。検出領域500および領域501については、詳細を後述する。このような受光アレー20の構成により、光偏向アレー17により反射されたON光を同時に検出して、同時に測距等の処理を行うことができる。なお、フォトダイオードに限定されるものではなく、例えばアバランシェフォトダイオード(受光素子の一例)で構成されるものとしてもよい。アバランシェフォトダイオードとすることによって、少ない光子でも精度よく計測することができる。
The light-receiving
コントローラ21は、光検出器1の動作全体を制御する制御装置である。コントローラ21は、例えば、光偏向アレー17による光偏向素子群のオン/オフ動作を実行し、受光アレー20により検出されたON光の検出情報に基づいて、物体の点までの距離の測定を行い、その距離情報を用いて3Dマップ(三次元画像)の生成等の処理を実行する。
The
次に、光偏向アレー17の光偏向素子17aの構成の詳細について説明する。
Next, the details of the configuration of the
図6に示すように、光偏向素子17aは、基板31と、配線32と、絶縁膜33と、接続孔34と、電極35a、35bと、接触部材36と、支点部材37と、板形状部材38と、柱39と、笠形状部材40と、を有する。図6(b)は、図6(a)におけるA-A’断面図である。
As shown in FIG. 6, the
基板31は、平面状部分を有する板形状部材である。配線32は、図6(a)に示すように、基板31上に互いに平行に並設された導体で形成された複数の配線である。絶縁膜33は、図6(b)に示すように、基板31上に配置された配線32を絶縁して保護するとともに、平坦化するための膜である。
The
接続孔34は、図6(b)に示すように、絶縁膜33を貫通して、電極35aと任意の配線32とを電気的に接続し、電極35bと任意の配線32とを電気的に接続する部材である。この接続孔34によって、電極35a、35bと任意の配線32とが電気的に接続されることにより異なる光偏向素子17aと電気的に接続され、上述したように、任意の光偏向素子17aを互いに電気的に並列に接続された光偏向素子群が形成される。
As shown in FIG. 6B, the
電極35a、35bは、絶縁膜33上に支点部材37に対して対称となるように配置された電極である。上述したように、電極35a、35bは、接続孔34によってそれぞれ任意の配線32に電気的に接続されている。
The
接触部材36は、図6(b)に示すように、支点部材37に対して電極35a、35bの反対側の絶縁膜33上に配置された部材であり、板形状部材38が傾斜したときに接触させる部材である。
As shown in FIG. 6B, the
支点部材37は、基板31の平面状部分の電極35aと電極35bとの間に複数(図6(a)の例では2つ)配置され、板形状部材38の反射面と反対側の面に接離自在に接触し、当該板形状部材38の傾斜動作の支点となる部材である。
A plurality of fulcrum members 37 (two in the example of FIG. 6A) are arranged between the
板形状部材38は、電極35a、35bに対向する態様で、支点部材37に接離自在に支持され、支点部材37に接触した面とは反対側の面が、検出光を反射する高反射率の反射面となっており、支点部材37に接触した面の少なくとも一部に電極35a、35bと対向した導電性領域を含む板形状の弾性部材である。
The plate-shaped member 38 is supported by the
柱39は、基板31の平面状部分、かつ、複数の支点部材37の支点を結ぶ線上の板形状部材38の当該線方向の端部側にそれぞれ配設されることにより板形状部材38の配置を規制する柱形状部である。笠形状部材40は、それぞれの柱39の基板31と反対側の端部に設置された笠形状の部材であり、板形状部材38の上述の線方向の端部の一部を覆うことによって板形状部材38の配置を規制し飛び出しを防止する部材である。ただし、板形状部材38と笠形状部材40との間には、板形状部材38の傾斜動作が自在に行われるように空隙が設けられている。
The
以上のように、光偏向素子17aでは、上述の図4に示した光偏向素子212aのように、トランジスタ等を含むSRAM302に相当する部分がなく、ミラー構成部301に相当する部分の構成のみとなっている。このため、光偏向素子17aを有する光偏向アレー17は、従来のDMD212と比較して、作製の工数を大幅に削減することができ、歩留まりがよく、容易に作製することができる。
As described above, unlike the
また、以上のような光偏向素子17aの構成によって、図6(a)に示す矢印方向に冷光偏向動作が行われる。具体的には、板形状部材38は、支点部材37、接触部材36および笠形状部材40との接触により傾斜角度が決定され、電極35a、35bへの印加電圧により傾斜方向が定まる。すなわち、板形状部材38は、電極35a、35bに対する印加電圧の状態によって、図6(b)に示すように、検出光をON光として反射するように傾斜動作を行い、または検出光をOFF光として反射するように傾斜動作を行う。このように、光偏向素子17aは、上述のDMD212の光偏向素子212aのように捩じり梁における復元力を持たないので、高速に光偏向動作を行うことができる。
Also, with the configuration of the
(検出領域について)
図7は、空間に構成される検出領域を説明する図である。図7を参照しながら、本実施形態に係る光検出器1が検出する外界の検出領域について説明する。
(About detection area)
FIG. 7 is a diagram for explaining detection areas configured in space. A detection area of the external world detected by the
図7(a)に示す検出領域500は、光検出器1が光を検出することができる外界における空間内の検出領域を、便宜上、2次元で表したものである。したがって、検出領域500に含まれる物体の距離に応じて、検出領域500の奥行方向の物体における光の反射位置はそれぞれ異なるが、便宜的に2次元の検出領域500で検出されるものとして説明する。また、検出領域500は、図7(a)に示すように、複数の領域501に分割されており、各領域501は、受光アレー20を構成する個々の受光素子に対応する。例えば、検出領域500が、垂直方向に20個、水平方向に40個にそれぞれ分割された800個の領域501に分割されているとすると、受光アレー20も、20×40=800個の受光素子を含む。
A
図7(b)には、検出領域500における右下の2つの領域501を拡大した図を示している。各領域501に含まれる検出点502は、当該領域501における対応した位置に対応するものであり、これらの検出点502は、光偏向アレー17における同一の光偏向素子群に含まれるそれぞれの光偏向素子17aに対応する。すなわち、各領域501の検出点502から光検出器1に入射した光が、反射する各光偏向素子17aは、同一の光偏向素子群に含まれるものである。同様に、各領域501に含まれる検出点503は、当該領域501における対応した位置に対応するものであり、これらの検出点503は、光偏向アレー17における、別の同一の光偏向素子群に含まれるそれぞれの光偏向素子17aに対応するものとなる。したがって、領域501が例えば60×60=3600の検出点で構成されているものとすると、光偏向アレー17は、3600個の光偏向素子群で構成されていることになる。よって、検出点502に対応する光偏向素子群に含まれる各光偏向素子17aが、同時に光偏向動作を行うことによって、受光アレー20の各受光素子により、各検出点502に対応する光が同時に検出されることになる。そして、順次、異なる光偏向素子群(例えば、検出点503に対応する光偏向素子群)が駆動することによって、当該光偏向素子群に含まれる光偏向素子17aに対応する各検出点に対応する光が、受光アレー20において同時に検出される。
FIG. 7B shows an enlarged view of the two lower
以上のような構成とすることによって、検出領域500の分割数、すなわち光検出器1で検出される光の解像度は、検出領域500を構成する領域501の数(すなわち受光アレー20の受光素子の個数)と、光偏向アレー17を構成する光偏向素子群の個数(すなわち領域501を構成する検出点の数)との積に等しく、800×3600=2880000個となる。すなわち、検出領域500の分割数(すなわち光偏向アレー17における光偏向素子17aの個数)よりも疎な受光アレー20の簡易な構成を用いて、光偏向素子群を構成する各光偏向素子17aについてはパッシブマトリクス駆動により同時に光偏向動作を行わせ、各光偏向素子群を時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行わせることによって、解像度を大幅に向上させることができ、小型で高性能な光検出器1を提供することができる。
With the above configuration, the number of divisions of the
以上のように、本実施形態に係る光検出器1では、レンズ16は、入射光を導光し、光偏向アレー17は、レンズ16により導光された入射光を偏向させ、受光アレー20は、光偏向アレー17により偏向された入射光を検出する複数の受光素子を含み、光偏向アレー17は、入射光を偏向させる複数の光偏向素子17aを含む光偏向素子群を複数有し、光偏向素子群は、複数の光偏向素子17aが互いに電気的に並列に接続されて構成され、光偏向素子群が有する複数の光偏向素子17aは、パッシブマトリクス駆動により、同時に偏向動作を行い、複数の光偏向素子群は、時間経過と共に同時または順番に偏向動作を行い、偏向動作(オン動作)を行っている光偏向素子群における所定の光偏向素子17aにより偏向された入射光が、複数の受光素子のうち所定の受光素子で受光された場合、当該光偏向素子群において当該光偏向素子17aとは異なる光偏向素子17aにより偏向された入射光は、当該複数の受光素子のうち当該受光素子とは異なる受光素子で受光される。従来のように複数の測定系となる検出器を垂直方向に積層する必要がなく、画像情報を記憶させておく必要もないため、当該画像情報を入力する時間も不要となるため、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出が可能となる。また、画像情報を書き込むための、DMD212ように各画素直下に配置された複数のトランジスタ等を有する構造が不要であるため、簡易な構造とすることができる。また、走査系が不要であるため、壊れにくいという利点がある。また、パッシブマトリクス駆動としていることにより、外部から画素ごとに駆動する信号が不要となるため、コントローラの構成が簡易になる。また、複数の光偏向素子17aを並列に接続して同時に光偏向動作を行わせるため、電圧印加用のパッド数を低減することができる。
As described above, in the
また、本実施形態に係る光検出器1では、光偏向素子17aにおいて、基板31は、平面状部分を有し、板形状部材38は、入射光を偏向する偏向面を有し、支点部材37は、平面状部分に突設され、板形状部材38の偏向面と反対側の面に接離自在に、板形状部材38の傾斜動作の支点となるものとし、笠形状部材40は、板形状部材38の配置を規制し、板形状部材38との間に空隙が設けられることにより板形状部材38の傾斜動作を自在に可能とし、複数の電極35a、35bは、平面状部分に、支点部材に対して対称に配置され、板形状部材38は、板形状部材38の反射面の反対側の面において複数の電極35a、35bに対向する導電性領域を含むものとしている。これによって、上述のDMD212の光偏向素子212aのように捩じり梁における復元力を持たないので、高速に光偏向動作を行うことができる。
In the
また、本実施形態に係る光検出器1では、受光アレー20が有する受光素子の数は、光偏向アレー17が有する光偏向素子17aの数よりも少ないものとしている。これによって、光検出器1が検出する光の解像度は、光偏向アレー17が有する光偏向素子群の数と、受光アレー20が有する受光素子の数との積に等しいものとしている。これによって、単位時間内での検出箇所を増加させ、広い範囲で検出を行うことができ、光検出器1が検出する光の解像度を向上させることができる。
Further, in the
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る測距装置について、第1の実施形態に係る光検出器1と相違する点を中心に説明する。第1の実施形態では、明確な光源を用いた構成としではなく、光の検出動作を担う光検出器1としての構成に着目して説明した。本実施形態では、レーザ光を放射する光源を有し、当該光源から放射したレーザ光が物体により反射した反射光を用いて、物体までの距離を測定する測距装置としての具体的な構成について説明する。
[Second embodiment]
A distance measuring device according to the second embodiment will be described, centering on the differences from the
(測距装置の構成)
図8は、第2の実施形態に係る測距装置の構成の一例を示す図である。図8を参照しながら、本実施形態に係る測距装置1aの構成について説明する。
(Configuration of distance measuring device)
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to the second embodiment. The configuration of the
図8に示すように、測距装置1aは、レーザ光源11(光源の一例)と、整形レンズ12と、プリズムレンズ13と、レンズ16(導光部)と、光偏向アレー17(偏向部)と、吸光板18と、吸光板18と、結像レンズ19と、受光アレー20(受光部)と、コントローラ21(生成部の一例)と、を備えている。
As shown in FIG. 8, the
レーザ光源11は、例えば近赤外線のパルス状のレーザ光を放射する光源である。なお、レーザ光を放射するレーザ光源11の代わりに、LED(Light Emitting Diode)等のその他の光を放射する光源を用いてもよい。
The
整形レンズ12は、レーザ光源11から放射されたレーザ光をコヒーレントなレーザ光に整形するレンズである。
The shaping
プリズムレンズ13は、整形レンズ12で整形されたレーザ光を屈折させて、光偏向アレー17へ向かわせる光学系部材である。また、プリズムレンズ13は、検出領域から戻ってきた反射光(検出光)であって光偏向アレー17により反射された反射光を透過させて、結像レンズ19へ向かせる。
The
レンズ16は、プリズムレンズ13により屈折され、光偏向アレー17で反射したレーザ光を、垂直および水平方向に拡大して、測距装置1aが測距を行う外界の空間内の検出領域500に対して放射させるレンズである。また、レンズ16は、検出領域500から入射した、物体からの反射光(検出光、入射光)を導光して光偏向アレー17に結像させるレンズである。
The
図8に示す検出領域500は、上述の図7(a)に示した検出領域500と同様の領域であり、便宜上、2次元で表したものである。したがって、検出領域500に含まれる物体の距離に応じて、検出領域500の奥行方向の物体における光の反射位置はそれぞれ異なるが、便宜的に2次元の検出領域500で検出されるものとして説明する。例えば、検出領域500が、垂直方向に20個、水平方向に40個にそれぞれ分割された800個の領域501に分割されており、後述する受光アレー20が含む20×40=800個の受光素子にそれぞれ対応する。また、領域501が、図8に示すように、例えば60×60=3600の検出点で構成されているものとすると、検出領域500の分割数、すなわち測距装置1aで検出される光の解像度は、垂直方向に1200個、水平方向に2400個の288万画素となる。このうちのそれぞれの1画素は、光偏向アレー17を構成する光偏向素子17aの1つに対応する。この場合、レンズ16から拡大され放射されたレーザ光(放射光)は、各領域501に含まれる物体で反射し、その反射光のうち、元のレーザ光と同じ光軸に沿って返ってきた反射光(検出光)は、レンズ16に導光されて光偏向アレー17における光偏向素子17aに入射する。
A
光偏向アレー17は、図6に示した光偏向素子17aを2次元配列した光偏向アレーである。光偏向アレー17は、複数の光偏向素子17aのうち任意の光偏向素子17aが互いに電気的に並列に接続された光偏向素子群を複数形成し、光偏向素子群を構成する各光偏向素子17aについてはパッシブマトリクス駆動により同時に光偏向動作を行わせ、各光偏向素子群を時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行わせる。光偏向素子群は、パッシブマトリクス駆動により、外部信号(コントローラ21からの信号等)により直接駆動される。このように、光偏向アレー17のいずれかの光偏向素子群に対するパッシブマトリクス駆動によるオン動作により、当該光偏向素子群を構成する光偏向素子17aに入射したレーザ光源11からのレーザ光は、ON光として反射(偏向)されてレンズ16を介して検出領域500へ放射され、当該検出領域500に含まれる物体から反射してレンズ16により導光された反射光は、当該光偏向素子17aにより反射され、プリズムレンズ13を透過して結像レンズ19へ向かう。オン動作が行われた光偏向装置群の光偏向素子17aそれぞれにより反射された光は、プリズムレンズ13および結像レンズ19を透過して、受光アレー20の各受光素子において同時に検出されることとなる。すなわち、オン動作を行っている光偏向素子群における所定の光偏向素子17aにより反射された反射光(入射光)が、複数の受光素子のうち所定の受光素子で受光された場合、当該光偏向素子群において当該光偏向素子17aとは異なる光偏向素子17aにより反射された反射光(入射光)は、複数の受光素子のうち当該受光素子とは異なる受光素子で受光されることになる。また、一方、オフ動作となっている光偏向素子群を構成する光偏向素子17aに入射したレーザ光は、吸光板18へ向かうOFF光として反射(偏向)される。このような光偏向アレー17の構成において、光偏向素子群を時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行うことにより、受光アレー20における同一の受光素子を用いて、検出領域の異なる箇所に対応する光偏向素子17aの光偏向動作に基づくON光を検出することができる。すなわち、同一の感光素子において複数の異なる箇所の検出を、順次に行うこととなり、検出領域の解像度を向上させることとなる。なお、光偏向素子17aの構成は、上述の第1の実施形態と同様である。
The
吸光板18は、光偏向アレー17によりOFF光として反射された光を吸光する部材である。
The
結像レンズ19は、光偏向アレー17により反射され、プリズムレンズ13を透過したON光を受光アレー20に結像させるレンズである。
The
受光アレー20は、結像レンズ19を透過したON光を検出(受光)する受光素子としてのフォトダイオードを2次元配列した受光アレーである。受光アレー20は、光偏向アレー17において2次元配列された光偏向素子17aよりも疎な受光素子の数で構成されている。具体的には、受光アレー20は、光偏向アレー17が有する光偏向素子17aの数よりも少ない数の受光素子を有し、後述する測距装置1aが検出する領域である検出領域500において分割された領域501の数と同一の数の受光素子で構成され、例えば垂直方向に20個、水平方向に40個の800個の受光素子で構成されている。このような受光アレー20の構成により、光偏向アレー17により反射された検出光を同時に検出して、同時に測距等の処理を行うことができる。なお、フォトダイオードに限定されるものではなく、例えばアバランシェフォトダイオードまたはCCD(Charge-Coupled Device)等(受光素子の一例)で構成されるものとしてもよい。
The light-receiving
コントローラ21は、測距装置1aの動作全体を制御する制御装置である。コントローラ21は、例えば、レーザ光源11によるレーザ光の放射動作、光偏向アレー17による光偏向素子群のオン/オフ動作、ならびに、受光アレー20により検出された検出光の検出情報に基づいた物体の点までの距離の測定処理および3Dマップ(三次元画像)の生成処理等を実行する。
The
なお、測距装置1aのうち、レンズ16、光偏向アレー17、吸光板18、結像レンズ19、受光アレー20およびコントローラ21の構成部分を抽出した場合、外界から入射した光を順次に検出する光検出器の一例と捉えることもでき、測距装置1a自体についても当該構成部分を含む光検出器の一例と捉えることもできる。
When the
(検出領域、光偏向アレーおよび受光アレーの関係)
図9は、検出領域、光偏向アレーおよび受光アレーの対応関係を説明する図である。図9を参照しながら、検出領域500、光偏向アレー17および受光アレー20の対応関係について説明する。
(Relationship between detection area, light deflection array, and light receiving array)
FIG. 9 is a diagram for explaining the correspondence between the detection area, the optical deflection array, and the light receiving array. The correspondence between the
図9(a)に示す検出領域500は、上述したように、垂直方向に20個、水平方向に40個にそれぞれ分割された800個の領域501に分割されている。また、領域501が、図8に示すように、例えば60×60=3600の検出点で構成されているものとすると、検出領域500の分割数、すなわち測距装置1aで検出される光の解像度は、垂直方向に1200個、水平方向に2400個の288万画素となる。
The
また、図9(b)に示すように、光偏向アレー17は、例えば、垂直方向の長さが24[mm]、水平方向の長さが48[mm]の大きさを有しており、垂直方向に1200個、水平方向に2400個の合計288万個の光偏向素子17aによって構成されている。すなわち、それぞれの検出領域500の1画素は、光偏向アレー17を構成する光偏向素子17aの1つに対応する。また、検出領域500の領域501に相当する光偏向アレー17における光偏向素子17aの集合単位を分割単位170とする。すなわち、分割単位170には、60×60=3600個の光偏向素子17aが含まれる。そして、各分割単位170における対応する位置の光偏向素子17aが互いに電気的に並列に接続された光偏向素子群を形成する。すなわち、光偏向素子群は、互いに電気的に接続された800個の光偏向素子17aによって形成されることになる。また、分割単位170には3600個の光偏向素子17aが含まれるため、光偏向素子群も3600個存在することになる。したがって、光偏向素子群を構成する800個の光偏向素子17aは、パッシブマトリクス駆動により同時に光偏向動作を行い、3600個の光偏向素子群は、それぞれ時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行う。ここで、1つの分割単位170に着目すると、分割単位170に含まれる3600個の光偏向素子17aのうちの1個が、他の分割単位170それぞれにおける電気的に並列に接続された光偏向素子17aと同時にオン動作を行った場合、当該分割単位170中の残りの3599個はオフ動作を行うことになる。
Further, as shown in FIG. 9B, the
また、図9(c)に示すように、受光アレー20は、例えば、垂直方向の長さが400[μm]、水平方向の長さが800[μm]の大きさを有しており、垂直方向に20個、水平方向に40個の合計800個の受光素子20aによって構成されている。すなわち、受光アレー20は、検出領域500において分割された領域501の数、および光偏向アレー17における分割単位170の数と同一の数の受光素子20aで構成されている。つまり、検出領域500の領域501、光偏向アレー17の分割単位170、および受光アレー20の受光素子20aは、それぞれ対応している関係にある。
Further, as shown in FIG. 9C, the
このような、検出領域500、光偏向アレー17および受光アレー20の構成により、オン動作した光偏向素子群の光偏向素子17aの反射面で反射したレーザ光は、ON光としてレンズ16を経由して、検出領域500の対応する800箇所の検出点へ向けて同時に放射され、オフ動作した光偏向素子群の光偏向素子17aの反射面で反射したレーザ光は、OFF光として吸光板18へ向かい吸光される。そして、測距装置1aから放射されたレーザ光は、検出領域500の800箇所の検出点に物体があると、それに反射してレーザ光の一部が、反射光(検出光)として当該レーザ光の放射方向(当該レーザ光の光軸)に沿って戻ってくる。これによって、太陽光等の外来光の影響を抑制でき、ノイズを低減することができる。戻ってきた反射光(検出光)は、レンズ16を経由して、オン動作している光偏向素子群の各光偏向素子17aの反射面で反射して、プリズムレンズ13を透過し、結像レンズ19を経由して受光アレー20で検出(受光)される。このように、検出領域500は広い外界の領域であるが、レンズ16により集光されて光偏向アレー17では垂直方向に24[mm]、水平方向に48[mm]の大きさとなり、さらに結像レンズ19により集光されて受光アレー20では垂直方向に400[μm]、水平方向に800[μm]の大きさとなる。
With such a configuration of the
例えば、オン動作した光偏向素子群において、図9(b)に示す検出点1002に対応する光偏向素子17aの反射面で反射したレーザ光は、レンズ16を経由して、検出領域500における、図9(a)に示す検出点1001に物体上の点へ入射する。そして、当該物体上の点で反射したレーザ光の一部が、反射光(検出光)として当該レーザ光の放射方向(当該レーザ光の光軸)に沿って戻ってくる。戻ってきた反射光(検出光)は、レンズ16を経由して、オン動作している光偏向素子群の検出点1002に対応する各光偏向素子17aの反射面で反射して、プリズムレンズ13を透過し、結像レンズ19を経由して受光アレー20における、図9(c)に示す検出点1003を含む受光素子20aで検出(受光)される。
For example, in the light deflection element group that has been turned on, the laser light reflected by the reflecting surface of the
したがって、3600個の光偏向素子群うち1個の光偏向素子群がオン動作している間に、測距を行い、残りの3599個の光偏向素子群についても順番にオン動作を行い、かつ測距も行うため、光偏向素子17aは高速な光偏向動作が望まれるところ、上述の図6で詳述したように、本実施形態の光偏向素子17aは高速な光偏向動作が可能である。また、物体の反射率および凹凸形状等により放射方向に沿って戻ってくる反射光の量は異なるが、光の速度は場の状況により決まるため一定であり、その放射方向に沿って戻ってくるまでの時間により直接TOF方式により距離が算出され、測距装置1aの役割は果たされる。すなわち、受光アレー20の受光素子20aそれぞれが、800個の領域501に割り当てられており、同時に800箇所の測距を行い、この処理を3600回の光偏向装置群について順番に繰り返すことによって、288万画素の解像度で測距が可能となり、解像度を大幅に向上することができる。
Therefore, while one optical deflection element group out of the 3600 optical deflection element groups is ON-operated, distance measurement is performed, and the remaining 3599 optical deflection element groups are also ON-operated in order, and Since the
なお、検出領域500の解像度、光偏向アレー17の大きさ、および受光アレー20の大きさについては、一例を示したものであり、上述した構成に限定されるものではなく、設計に応じて変更が可能である。すなわち、図9に示した構成では、光偏向アレー17の画素ピッチは20[μm]であり、受光アレー20の画素ピッチも20[μm]であるが、あくまでも一例であり、設計の応じて任意の大きさに変更可能である。
Note that the resolution of the
(測距装置の測距動作の流れ)
図10は、第2の実施形態に係る測距装置の測距動作の流れの一例を示すフローチャートである。図10を参照しながら、本実施形態に係る測距装置1aの測距動作の流れについて説明する。
(Flow of range finding operation of range finder)
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of ranging operation of the ranging device according to the second embodiment. The flow of the ranging operation of the ranging
<ステップS11>
レーザ光源11は、コントローラ21による制御に従って、赤外線等のパルス状のレーザ光を放射する。レーザ光源11から放射されたレーザ光は、整形レンズ12によりコヒーレントなレーザ光に整形される。そして、整形レンズ12により整形されたレーザ光は、プリズムレンズ13により屈折して光偏向アレー17へ向かう。そして、ステップS12へ移行する。
<Step S11>
The
<ステップS12>
プリズムレンズ13により屈折したレーザ光は、光偏向アレー17へ入射する。そして、ステップS13へ移行する。
<Step S12>
The laser light refracted by the
<ステップS13>
光偏向アレー17は、コントローラ21による制御に従って、特定の光偏向素子群をパッシブマトリクス駆動によりオン動作させて、当該光偏向素子群に含まれる光偏向素子17aにより入射したレーザ光に対する光偏向動作を行わせる。光偏向素子17aで反射(偏向)したレーザ光は、ON光としてレンズ16へ向かう。そして、ステップS14へ移行する。
<Step S13>
The
<ステップS14>
レンズ16は、光偏向アレー17で反射したレーザ光を、垂直および水平方向に拡大して、測距装置1aが測距を行う外界の空間内の検出領域500に対して放射させるそして、ステップS15へ移行する。
<Step S14>
The
<ステップS15>
レンズ16から拡大され放射されたレーザ光(放射光)は、検出領域500の各領域501に含まれる物体で反射する。そして、ステップS16へ移行する。
<Step S15>
Laser light (radiation light) magnified and emitted from the
<ステップS16>
物体で反射した反射光のうち、元のレーザ光と同じ光軸に沿って返ってきた反射光(検出光)は、レンズ16に導光されて、オン動作している光偏向素子群における各光偏向素子17aに入射(結像)する。ここで、異なる方向から混入した外来光は、光軸の違いにより受光アレー20へは導かれないため、高感度の検出が可能となる。そして、ステップS17へ移行する。
<Step S16>
Of the reflected light reflected by the object, the reflected light (detection light) that has returned along the same optical axis as the original laser light is guided to the
<ステップS17>
オン動作している光偏向素子群における各光偏向素子17aに入射した反射光(検出光)は、プリズムレンズ13を透過し、結像レンズ19により受光アレー20で結像して、当該受光アレー20で検出(受光)される。そして、ステップS18へ移行する。
<Step S17>
Reflected light (detection light) incident on each
<ステップS18>
コントローラ21は、レーザ光源11によりレーザ光が放射されてから、オン動作している光偏向素子群の各光偏向素子17aで反射され、対応する受光アレー20の受光素子20aそれぞれにより検出光として検出されるまでの時間と光速とから、当該各光偏向素子17aに対応する物体の点までの距離を測定する。そして、ステップS19へ移行する。
<Step S18>
In the
<ステップS19>
検出領域500のすべての領域に対する測距、すなわち光偏向アレー17のすべての光偏向素子群による測距が完了した場合(ステップS19:Yes)、ステップS20へ移行し、完了していない場合(ステップS19:No)、まだ測距が行われていない他の光偏向素子群へのオン動作の切り替えのために、ステップS13へ戻る。
<Step S19>
If distance measurement for all areas of the
<ステップS20>
コントローラ21は、受光アレー20の各受光素子20aにより検出された検出光の検出情報に基づく物体の点までの距離情報を用いて3Dマップ(三次元画像)を生成する。
<Step S20>
The
以上のステップS1~ステップS20の流れで、測距装置1aによる測距動作が実行される。すなわち、レーザ光源11、整形レンズ12、プリズムレンズ13、光偏向アレー17、吸光板18およびレンズ16を含む送信器としての構成と、レンズ16、光偏向アレー17、プリズムレンズ13、結像レンズ19および受光アレー20を含む受信器(光検出器)としての構成とが、同期を取りながら、外界の測定空間内の全点に対する測距動作が可能となる。
Through the flow of steps S1 to S20 described above, the distance measuring operation by the
以上のように、本実施形態に係る測距装置1aでは、レーザ光源11は、例えばレーザ光を放射し、偏向動作(オン動作)を行っている光偏向素子群における各光偏向素子17aは、レーザ光源11からのレーザ光をレンズ16へ向けて偏向させ、レンズ16は、偏向動作を行っている光偏向素子群における各光偏向素子17aにより偏向されたレーザ光源11からのレーザ光を拡大して外界に放射させ、当該レーザ光が物体で反射した反射光のうち当該レーザ光の光軸に沿って戻ってきた反射光を、当該レーザ光に対応する光偏向素子17aそれぞれに入射光として導光する。これによって、従来のように複数の測定系となる検出器を垂直方向に積層する必要がなく、画像情報を記憶させておく必要もないため、当該画像情報を入力する時間も不要となるため、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出が可能となる。その他、第1の実施形態に係る光検出器1と同様の効果を奏する。
As described above, in the
(変形例)
変形例に係る光検出器の一例としての測距装置1aについて、上述の本実施形態に係る測距装置1aと相違する点を中心に説明する。
(Modification)
A
図11は、変形例に係る測距装置においてレーザ強度を変える動作を示すタイミングチャートの一例を示す図である。図11を参照しながら、本変形例に係る測距装置1aにおいて、外界から入射した他のレーザ光との誤検出を抑制するためのレーザ強度を変える動作について説明する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a timing chart showing the operation of changing the laser intensity in the distance measuring device according to the modification. With reference to FIG. 11, the operation of changing the laser intensity for suppressing erroneous detection with other laser beams incident from the outside in the
例えば、1箇所の測距時間が4[μsec]となる場合、光偏向素子17aの傾斜動作に1.5[μsec]を要すると仮定すると、検出する時間は、残りの2.5[μsec]ということになる。例えば300[m]先までの測距には2[μsec]で可能なので十分であるが、このとき検出されたレーザ光が測距装置1a自身から放射されたレーザ光であるか否かを判断する必要がある。特に、例えば自動運転を行う車両等に測距装置1aを搭載する場合、他の車両に搭載された測距装置等レーザ光との混合による誤検出を抑制できることが要請される。
For example, when the distance measurement time for one point is 4 [μsec], assuming that the tilting operation of the
そのため、本変形例に係る測距装置1aは、レーザ光をナノ秒レベルのパルス状にして、出力の途中で強度または位相のうち少なくともいずれかを変更することにより、測距装置1a自身から放射されたレーザ光なのか、他のレーザ光なのかを判別して誤検出を抑制する。例えば、図11の点線で示したパルス状波形に示すように、測距装置1aは、光偏向アレー17の光偏向素子群の傾斜動作と同期させてレーザ光を放射させるとき、任意の周期でレーザ強度が変わるようなレーザ光を放射する。これによって、このようなレーザ光についての物体からの反射光も、同様な強度比を有するので、測距装置1aは、当該強度比を同様な光を検出した場合には、測距装置1a自身から放射されたレーザ光に対する反射光であると判別でき、異なる強度比の光を検出した場合には、他のレーザ光であると判別することができるので、正確な測距が可能となる。
Therefore, the
1 光検出器
1a 測距装置
11 レーザ光源
12 整形レンズ
13 プリズムレンズ
16 レンズ
17 光偏向アレー
17a 光偏向素子
18 吸光板
19 結像レンズ
20 受光アレー
20a 受光素子
21 コントローラ
31 基板
32 配線
33 絶縁膜
34 接続孔
35a、35b 電極
36 接触部材
37 支点部材
38 板形状部材
39 柱
40 笠形状部材
101 測距装置
101a 光検出器
102~105、111、112 物体
170 分割単位
201 レーザ光源
202 整形レンズ
203 ポリゴンモミラー
204 レンズ
205 結像レンズ
206 受光器
211 結像レンズ
212 DMD
212a 光偏向素子
213 結像レンズ
214 受光器
301 ミラー構成部
302 SRAM
500 検出領域
501 領域
502、503 検出点
1001~1003 検出点
212a
500
Claims (9)
前記入射光を導光する導光部と、
前記導光部により導光された前記入射光を偏向させる偏向部と、
前記偏向部により偏向された前記入射光を検出する複数の受光素子を含む受光部と、
を備え、
前記偏向部は、前記入射光を偏向させる複数の光偏向素子を含む光偏向素子群を複数有し、垂直方向および水平方向にそれぞれ複数の分割単位に分割されており、
前記光偏向素子群は、それぞれの前記分割単位において対応する位置の前記光偏向素子が互いに電気的に並列に接続されて構成され、
前記光偏向素子群が有する前記複数の光偏向素子は、パッシブマトリクス駆動により、同時に偏向動作を行い、
複数の前記光偏向素子群は、それぞれ時間経過と共に順番に前記偏向動作を行い、
前記偏向動作を行っている前記光偏向素子群における所定の光偏向素子により偏向された前記入射光が、前記複数の受光素子のうち所定の受光素子で受光された場合、該光偏向素子群において前記所定の光偏向素子とは異なる光偏向素子により偏向された前記入射光は、該複数の受光素子のうち前記所定の受光素子とは異なる受光素子で受光される光検出器。 A photodetector for detecting incident light,
a light guide section that guides the incident light;
a deflection section that deflects the incident light guided by the light guide section;
a light receiving section including a plurality of light receiving elements for detecting the incident light deflected by the deflection section;
with
The deflection unit has a plurality of optical deflection element groups including a plurality of optical deflection elements that deflect the incident light, and is divided into a plurality of division units in the vertical direction and the horizontal direction,
The optical deflection element group is configured by electrically connecting the optical deflection elements at corresponding positions in each of the divided units in parallel,
the plurality of optical deflection elements included in the optical deflection element group perform deflection operations simultaneously by passive matrix driving;
each of the plurality of optical deflection element groups sequentially performs the deflection operation with the lapse of time;
When the incident light deflected by a predetermined light deflecting element in the light deflecting element group performing the deflection operation is received by a predetermined light receiving element among the plurality of light receiving elements, in the light deflecting element group A photodetector in which the incident light deflected by an optical deflection element different from the predetermined optical deflection element is received by a light receiving element different from the predetermined light receiving element among the plurality of light receiving elements.
平面状部分を有する基板と、
前記入射光を偏向する偏向面を有する板形状部材と、
前記平面状部分に突設され、前記板形状部材の前記偏向面と反対側の面に接離自在に、該板形状部材の傾斜動作の支点となる支点部材と、
前記板形状部材の配置を規制し、該板形状部材との間に空隙が設けられることにより該板形状部材の傾斜動作を自在に可能とする笠形状部材と、
前記平面状部分に、前記支点部材に対して対称に配置された複数の電極と、
を備え、
前記板形状部材は、前記反対側の面において前記複数の電極に対向する導電性領域を含む請求項1に記載の光検出器。 The optical deflection element is
a substrate having a planar portion;
a plate-shaped member having a deflection surface that deflects the incident light;
a fulcrum member projecting from the planar portion and serving as a fulcrum of tilting motion of the plate-shaped member so as to freely come into contact with and separate from a surface of the plate-shaped member opposite to the deflection surface;
a shade-shaped member that regulates the arrangement of the plate-shaped member and allows the plate-shaped member to freely tilt by providing a gap between the plate-shaped member and the plate-shaped member;
a plurality of electrodes arranged symmetrically with respect to the fulcrum member on the planar portion;
with
2. The photodetector according to claim 1, wherein said plate-shaped member includes a conductive region facing said plurality of electrodes on said opposite surface.
請求項1~6のいずれか一項に記載の光検出器と、
を備え、
前記偏向動作を行っている前記光偏向素子群における前記各光偏向素子は、前記光源からの光を前記導光部へ向けて偏向させ、
前記導光部は、前記偏向動作を行っている前記光偏向素子群における前記各光偏向素子により偏向された前記光源からの光を拡大して外界に放射させ、該光が物体で反射した反射光のうち該光の光軸に沿って戻ってきた該反射光を、該光に対応する該光偏向素子それぞれに前記入射光として導光する測距装置。 a light source emitting light;
a photodetector according to any one of claims 1 to 6;
with
each of the optical deflection elements in the optical deflection element group performing the deflection operation deflects light from the light source toward the light guide section;
The light guide section magnifies the light from the light source deflected by each of the light deflection elements in the light deflection element group performing the deflection operation, radiates the light to the outside, and reflects the light from an object. A distance measuring device that guides the reflected light returned along the optical axis of the light to each of the optical deflection elements corresponding to the light as the incident light.
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