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 Patent Document 1 requires a structure having a plurality of transistors or the like arranged directly under each pixel for writing captured image information, and it takes time to write the operation information of each pixel. Therefore, there is a problem that high-speed operation is difficult. In addition, since the two-dimensional reflected light obtained from the light deflection array is directly incident on the two-dimensional photodiode array, there is a problem that a large-sized high-performance photodiode array is required.

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.

図1は、一般的な光検出器を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a typical photodetector. 図2は、一般的な光検出器の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a general photodetector. 図3は、従来の光検出器の構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional photodetector. 図4は、DMDの光偏向素子の断面の概略を示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of an optical deflection element of the DMD. 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。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of a photodetector according to the first embodiment; 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。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. 図7は、空間に構成される検出領域を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining detection areas configured in space. 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。FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to the second embodiment. 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。FIG. 9 is a diagram for explaining the correspondence between the detection area, the optical deflection array, and the light receiving array. 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。FIG. 10 is a flowchart showing an example of the flow of ranging operation of the ranging device according to the second embodiment. 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。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.

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 device 101 is a general distance measuring device, and objects 102 to 105 indicate objects existing in space and subject to distance measurement. A distance measuring device 101 is a device for measuring distances to external objects such as objects 102 to 105 . Distance measuring device 101 simultaneously or sequentially measures distances to objects 102 to 105 located at different distances.

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 distance measuring device 101 includes, for example, a laser light source 201, a shaping lens 202, a polygon mirror 203, a lens 204, an imaging lens 205, and a light receiver 206.

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 laser light source 201 is a light source that emits near-infrared laser light, for example. The shaping lens 202 is a lens that shapes the laser light emitted from the laser light source 201 into coherent laser light. The polygon mirror 203 is a member that reflects the laser beam shaped by the shaping lens 202 so as to scan in the horizontal direction (for example, the range of 120[°] to 360[°]) and directs it toward the lens 204 . A lens 204 is a lens that emits the laser beam reflected by the polygon mirror 203 to the outside of the distance measuring device 101 . In this way, the laser light emitted from the lens 204 is reflected by an object existing in the outside world and enters the distance measuring device 101 as reflected light.

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 imaging lens 205 is a lens that forms an image on the light receiver 206 with reflected light from an object that has entered from the outside world. The light receiver 206 is a member that simultaneously or sequentially detects reflected light that has passed through the imaging lens 205 . The distance measuring device 101 measures the distance to each object from the reflected light detected by the light receiver 206, and acquires three-dimensional information in the horizontal, vertical and depth directions.

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 device 101 as described above is desired to detect a wide range of distance measurement data with high resolution and at the highest possible speed, and is also desired to be small and inexpensive. However, it has the problem of becoming a large-scale device.

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 photodetector 101a is a device that receives and detects reflected light from external objects such as the objects 111 and 112 . The reflected light may be reflected light emitted from some laser light source, as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the photodetector 101a includes an imaging lens 211, a DMD (Digital Micromirror Device) 212, an imaging lens 213, and a light receiver 214.

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 imaging lens 211 is a lens that forms an image on the DMD 212 of reflected light from an object that has entered from the outside world. The DMD 212 is an optical deflection array in which a large number of movable minute mirrors (optical deflection elements 212a shown in FIG. 4) are two-dimensionally arranged on an integrated circuit substrate. The imaging lens 213 is a lens that forms an image on the light receiver 214 of the light reflected by the ON operation of the optical deflection element 212 a in the DMD 212 . The light receiver 214 is a photodiode array that detects the light that is reflected by the ON-operated light deflection element 212 a in the DMD 212 and that has passed through the imaging lens 213 . In order to measure the distance of a distant object, it is desirable to use an avalanche photodiode, which is suitable for measuring a small number of photons, as the light receiver 214 rather than a normal photodiode.

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 photodetector 101a acquires image information of an external object immediately before detection by the DMD 212, and among the optical deflection elements 212a of the DMD 212, the optical deflection element 212a to be turned on and the optical deflection element 212a to be turned off. to determine. At this time, it is necessary to store information on the ON/OFF operation of each optical deflection element 212a. Then, the DMD 212 of the photodetector 101 a turns ON only the optical deflection element 212 a determined to be turned ON, and reflects the reflected light from the imaging lens 211 toward the imaging lens 213 . As a result, the photodetector 101a can improve the signal-to-noise ratio.

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 optical deflection element 212a of the DMD 212 will be described with reference to FIG. The optical deflection element 212a has a mirror configuration section 301 and an SRAM (Static Random Access Memory) 302, as shown in FIG.

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 mirror component 301 is layered on the SRAM 302 and has a structure in which the angle of the mirror member is changed by torsion beams. The SRAM 302 is, as described above, a storage section including P-type transistors, N-type transistors, multi-layer wiring, etc., for storing information on the ON/OFF operation of the light deflection element 212a. The light deflection element 212 a having such a configuration moves the mirror member of the mirror configuration section 301 according to the ON/OFF information stored in the SRAM 302 .

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 photodetector 101a as described above, the image information of the object in the external world is acquired immediately before detection by the DMD 212, and the optical deflection element 212a to be turned on is specified based on the image information. However, it is not always clear how to specify, for example, in the above-mentioned US Patent Application Publication No. 201/0357000. Further, in the photodetector 101a, image information must be read each time the distance measurement operation is performed, but the operation for coping with an unpredictable case such as being unable to acquire the image information is not clear. In addition, the photodetector 101a requires a structure having a plurality of transistors and the like arranged directly under each pixel of the DMD 212 for writing captured image information. becomes high, and it takes time to write the operation information of each pixel, which makes high-speed operation difficult. In addition, since the optical deflection element 212a is of a torsion beam type and is movable, a restoring force and residual vibration of the beam are generated in the displacement in the reflection direction. I have a problem. Further, since the distance measurement operation is performed after specifying the optical deflection element 212a to be turned on, the distance measurement data is obtained at a timing slightly shifted from the specified timing. There is also a problem that it can be obtained. In addition, since the two-dimensional reflected light obtained from the DMD 212 as a light deflection array is directly incident on the light receiver 214 as a two-dimensional photodiode array, there is a problem that a large-sized high-performance photodiode array is required. be.

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 photodetector 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

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 photodetector 1 includes a lens 16 (light guide section), a light deflection array 17 (deflection section), a light absorption plate 18, an imaging lens 19, and a light receiving array 20 (light receiving section). and a controller 21 (an example of a generation unit).

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 lens 16 is a lens that guides reflected light (detection light, incident light) from an object that has entered from a detection area in the external world and forms an image on the light deflection array 17 .

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 optical deflection array 17 is an optical deflection array in which the optical deflection elements 17a shown in FIG. 6 are arranged two-dimensionally. The optical deflection array 17 forms a plurality of optical deflection element groups in which arbitrary optical deflection elements 17a of the plurality of optical deflection elements 17a are electrically connected to each other in parallel, and each optical deflection element constituting the optical deflection element group. As for 17a, optical deflection operations are simultaneously performed by passive matrix driving, and each optical deflection element group is caused to perform optical deflection operations simultaneously or sequentially as time elapses. The optical deflection element group is directly driven by an external signal (such as a signal from the controller 21) by passive matrix driving. As described above, when one of the optical deflection element groups of the optical deflection array 17 is turned on by passive matrix driving, the light reflected from the lens 16 and incident on the optical deflection elements 17a constituting the optical deflection element group is The light is reflected (deflected) by the optical deflection element 17 a as ON light directed toward the imaging lens 19 . Light reflected as ON light by each of the optical deflection elements 17a of the optical deflection device group that has been turned on is simultaneously detected by each light receiving element of the light receiving array 20. FIG. That is, when reflected light (incident light) reflected by a predetermined light deflecting element 17a in the light deflecting element group that is on is received by a predetermined light receiving element among the plurality of light receiving elements, the light deflection Reflected light (incident light) reflected by a light deflecting element 17a different from the light deflecting element 17a in the element group is received by a light receiving element different from the light receiving element among the plurality of light receiving elements. On the other hand, the reflected light from the lens 16 that has entered the optical deflection element 17a that constitutes the optical deflection element group that is in the OFF operation is reflected (deflected) by the optical deflection element 17a as OFF light that travels toward the light absorbing plate 18. be done. In such a configuration of the optical deflection array 17, by performing the optical deflection operation of the optical deflection element group simultaneously or sequentially with the passage of time, the same light receiving element in the light receiving array 20 can be used at different locations in the detection area. ON light based on the optical deflection operation of the corresponding optical deflection element 17a can be detected. In other words, the detection of a plurality of different locations on the same photosensitive element is performed sequentially, thereby improving the resolution of the detection area.

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 light absorbing plate 18 is a member that absorbs light reflected as OFF light by the light deflection array 17 .

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 imaging lens 19 is a lens that forms an image of the ON light reflected by the light deflection array 17 on the light receiving array 20 .

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 array 20 is a light-receiving array in which photodiodes serving as light-receiving elements for detecting (receiving) the ON light transmitted through the imaging lens 19 are two-dimensionally arranged. The light-receiving array 20 is composed of light-receiving elements that are sparse in number compared to the two-dimensionally arranged light deflecting elements 17 a in the light deflecting array 17 . Specifically, the light-receiving array 20 has a smaller number of light-receiving elements than the number of light deflecting elements 17a included in the light-deflecting array 17, and is divided into detection areas 500, which are areas detected by the photodetector 1 described later. It has the same number of light-receiving elements as the number of regions 501 formed. Details of the detection area 500 and the area 501 will be described later. With such a configuration of the light receiving array 20, the ON light reflected by the light deflection array 17 can be detected at the same time, and processing such as distance measurement can be performed at the same time. In addition, it is not limited to a photodiode, and may be composed of, for example, an avalanche photodiode (an example of a light receiving element). By using an avalanche photodiode, even a small number of photons can be accurately measured.

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 controller 21 is a control device that controls the overall operation of the photodetector 1 . The controller 21, for example, executes the ON/OFF operation of the optical deflection element group by the optical deflection array 17, and measures the distance to the point of the object based on the ON light detection information detected by the light receiving array 20. , the distance information is used to perform processing such as generation of a 3D map (three-dimensional image).

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 optical deflection element 17a of the optical deflection array 17 will be described.

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 optical deflection element 17a includes a substrate 31, a wiring 32, an insulating film 33, a connection hole 34, electrodes 35a and 35b, a contact member 36, a fulcrum member 37, and a plate-shaped member. 38 , a post 39 and a hat-shaped member 40 . FIG. 6(b) is a cross-sectional view taken along the line A-A' in FIG. 6(a).

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 substrate 31 is a plate-shaped member having a planar portion. As shown in FIG. 6A, the wirings 32 are a plurality of wirings formed of conductors arranged in parallel on the substrate 31 . As shown in FIG. 6B, the insulating film 33 is a film for insulating and protecting the wiring 32 arranged on the substrate 31 and planarizing it.

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 connection hole 34 penetrates the insulating film 33 to electrically connect the electrode 35a and the arbitrary wiring 32, and electrically connect the electrode 35b and the arbitrary wiring 32. It is a member to be connected. The electrodes 35a and 35b are electrically connected to an arbitrary wiring 32 through the connection hole 34, thereby electrically connecting different optical deflection elements 17a. A group of optical deflection elements electrically connected in parallel is formed.

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 electrodes 35 a and 35 b are electrodes arranged on the insulating film 33 so as to be symmetrical with respect to the fulcrum member 37 . As described above, the electrodes 35a and 35b are electrically connected to arbitrary wirings 32 through the connection holes 34, respectively.

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 contact member 36 is a member arranged on the insulating film 33 on the side opposite to the electrodes 35a and 35b with respect to the fulcrum member 37, and when the plate-shaped member 38 is inclined, the contact member 36 It is a member to be contacted.

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 electrodes 35a and 35b on the planar portion of the substrate 31, and are arranged on the surface of the plate-shaped member 38 opposite to the reflecting surface. It is a member that comes into contact with the plate-shaped member 38 so as to move freely toward and away from it, and serves as a fulcrum for the tilting motion of the plate-shaped member 38 .

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 fulcrum member 37 so as to face the electrodes 35a and 35b so as to be freely contactable and detachable. It is a plate-shaped elastic member including a conductive region facing the electrodes 35a and 35b on at least a part of the surface in contact with the fulcrum member 37. As shown in FIG.

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 pillars 39 are arranged on the planar portion of the substrate 31 and on the end side of the plate-shaped member 38 on the line connecting the fulcrums of the plurality of fulcrum members 37 in the direction of the line. It is a pillar-shaped portion that regulates the The cap-shaped member 40 is a cap-shaped member installed at the end of each of the columns 39 opposite to the substrate 31, and covers a part of the end of the plate-shaped member 38 in the above-described line direction to form a plate. It is a member that regulates the arrangement of the shape member 38 and prevents it from popping out. However, a gap is provided between the plate-shaped member 38 and the cap-shaped member 40 so that the plate-shaped member 38 can be freely tilted.

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 optical deflection element 212a shown in FIG. 4, the optical deflection element 17a does not have a portion corresponding to the SRAM 302 including transistors and the like, and has only a configuration corresponding to the mirror configuration portion 301. It's becoming Therefore, the optical deflection array 17 having the optical deflection elements 17a can be manufactured with a large reduction in manufacturing man-hours compared to the conventional DMD 212, and can be easily manufactured with a high yield.

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 light deflection element 17a as described above, the cold light deflection operation is performed in the direction of the arrow shown in FIG. 6(a). Specifically, the inclination angle of the plate-shaped member 38 is determined by contact with the fulcrum member 37, the contact member 36, and the cap-shaped member 40, and the inclination direction is determined by the voltage applied to the electrodes 35a and 35b. That is, the plate-shaped member 38 performs tilting operation so as to reflect the detection light as ON light, or changes the detection light as OFF light, as shown in FIG. Perform tilting motion so as to reflect as In this way, the optical deflection element 17a does not have the restoring force of the torsion beam unlike the optical deflection element 212a of the DMD 212 described above, so that the optical deflection operation can be performed at high speed.

(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 photodetector 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

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 detection area 500 shown in FIG. 7A is a two-dimensional representation of a detection area in space in the external world where the photodetector 1 can detect light for convenience. Therefore, although the reflection position of the light on the object in the depth direction of the detection area 500 differs depending on the distance of the object included in the detection area 500, for the sake of convenience, it will be described as being detected in the two-dimensional detection area 500. . Further, the detection area 500 is divided into a plurality of areas 501 as shown in FIG. For example, if the detection area 500 is divided into 800 areas 501, 20 in the vertical direction and 40 in the horizontal direction, the light receiving array 20 also has 20×40=800 light receiving elements. including.

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 right areas 501 in the detection area 500 . Detection points 502 included in each region 501 correspond to corresponding positions in the region 501 , and these detection points 502 correspond to respective optical deflection elements included in the same optical deflection element group in the optical deflection array 17 . It corresponds to element 17a. That is, the light deflection elements 17a that reflect the light incident on the photodetector 1 from the detection points 502 of the regions 501 are included in the same light deflection element group. Similarly, the detection points 503 included in each area 501 correspond to the corresponding positions in the area 501, and these detection points 503 are directed to another identical optical deflection element group in the optical deflection array 17. It corresponds to each included optical deflection element 17a. Therefore, if the area 501 is composed of 60×60=3600 detection points, the optical deflection array 17 is composed of 3600 optical deflection element groups. Therefore, the light deflection elements 17a included in the light deflection element group corresponding to the detection point 502 simultaneously perform the light deflection operation, so that the light corresponding to each detection point 502 is simultaneously deflected by each light receiving element of the light receiving array 20. will be detected. By sequentially driving different optical deflection element groups (for example, the optical deflection element group corresponding to the detection point 503), each detection point corresponding to the optical deflection element 17a included in the optical deflection element group is detected. Light is simultaneously detected at the photodetector array 20 .

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 detection area 500, that is, the resolution of the light detected by the photodetector 1, is determined by the number of areas 501 constituting the detection area 500 (that is, the number of light receiving elements of the light receiving array 20). number) and the number of optical deflection element groups forming the optical deflection array 17 (that is, the number of detection points forming the region 501), which is 800×3600=2880000. That is, using a simple configuration of the light receiving array 20 that is sparse than the number of divisions of the detection area 500 (that is, the number of optical deflection elements 17a in the optical deflection array 17), each optical deflection element 17a constituting the optical deflection element group The optical deflection operation is performed simultaneously by passive matrix driving, and the optical deflection operation of each optical deflection element group is performed simultaneously or sequentially with the passage of time, thereby greatly improving the resolution. It is possible to provide a photodetector 1 with a

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 photodetector 1 according to the present embodiment, the lens 16 guides incident light, the optical deflection array 17 deflects the incident light guided by the lens 16, and the light receiving array 20 , a plurality of light receiving elements for detecting the incident light deflected by the light deflection array 17, the light deflection array 17 has a plurality of light deflection element groups including a plurality of light deflection elements 17a for deflecting the incident light, and the light The deflection element group is configured by electrically connecting a plurality of optical deflection elements 17a in parallel with each other. The optical deflecting element groups 17a and 17b perform deflection operations simultaneously or sequentially over time. When light is received by a predetermined light receiving element among the light receiving elements, the incident light deflected by the light deflecting element 17a different from the light deflecting element 17a in the light deflecting element group is directed to the light receiving element among the plurality of light receiving elements. is received by a light-receiving element different from the There is no need to stack multiple detectors in the vertical direction as in conventional measurement systems, and there is no need to store image information, so there is no need to input the image information. It is possible to suppress and detect light at high speed. Further, since a structure having a plurality of transistors or the like arranged directly under each pixel like the DMD 212 for writing image information is unnecessary, the structure can be made simple. Moreover, since a scanning system is not required, there is an advantage that it is hard to break. In addition, passive matrix driving eliminates the need for an external signal for driving each pixel, which simplifies the configuration of the controller. In addition, since a plurality of optical deflection elements 17a are connected in parallel and optical deflection operations are performed simultaneously, the number of pads for voltage application can be reduced.

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 photodetector 1 according to this embodiment, in the optical deflection element 17a, the substrate 31 has a planar portion, the plate-shaped member 38 has a deflection surface for deflecting incident light, and the fulcrum member 37 is protruding from the planar portion and serves as a fulcrum of the tilting motion of the plate-shaped member 38 so as to be able to come into contact with and separate from the surface of the plate-shaped member 38 opposite to the deflection surface. By regulating the arrangement of the member 38 and providing a gap between the plate-shaped member 38 and the plate-shaped member 38, the plate-shaped member 38 can be freely tilted. The plate-shaped member 38 includes conductive regions facing the plurality of electrodes 35a and 35b on the surface of the plate-shaped member 38 opposite to the reflecting surface. As a result, unlike the optical deflection element 212a of the DMD 212 described above, the torsion beam does not have a restoring force, so that the optical deflection operation can be performed at high speed.

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 photodetector 1 according to the present embodiment, the number of light receiving elements included in the light receiving array 20 is smaller than the number of light deflecting elements 17a included in the light deflecting array 17 . Thereby, the resolution of the light detected by the photodetector 1 is equal to the product of the number of light deflection element groups included in the light deflection array 17 and the number of light receiving elements included in the light receiving array 20 . As a result, the number of detection points per unit time can be increased, detection can be performed over a wide range, and the resolution of light detected by the photodetector 1 can be improved.

[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 photodetector 1 according to the first embodiment. In the first embodiment, the description has focused on the configuration as the photodetector 1 responsible for the light detection operation, instead of the configuration using a clear light source. In this embodiment, a specific configuration of a distance measuring device that has a light source that emits laser light and measures the distance to an object by using the reflected light of the laser light emitted from the light source that is reflected by the object. explain.

(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 distance measuring device 1a according to this embodiment will be described with reference to FIG.

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 distance measuring device 1a includes a laser light source 11 (an example of a light source), a shaping lens 12, a prism lens 13, a lens 16 (light guide section), and an optical deflection array 17 (deflection section). , a light absorbing plate 18, a light absorbing plate 18, an imaging lens 19, a light receiving array 20 (light receiving unit), and a controller 21 (an example of a generating unit).

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 laser light source 11 is a light source that emits, for example, near-infrared pulsed laser light. Note that, instead of the laser light source 11 that emits laser light, a light source that emits light such as an LED (Light Emitting Diode) may be used.

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 lens 12 is a lens that shapes the laser light emitted from the laser light source 11 into coherent laser light.

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 prism lens 13 is an optical system member that refracts the laser light shaped by the shaping lens 12 and directs it to the light deflection array 17 . Also, the prism lens 13 transmits reflected light (detection light) that has returned from the detection area and is reflected by the light deflection array 17 and directs it toward the imaging lens 19 .

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 lens 16 magnifies the laser light refracted by the prism lens 13 and reflected by the light deflection array 17 in the vertical and horizontal directions so that the laser light is directed to the detection area 500 in the external space where the rangefinder 1a measures the range. It is a lens that radiates light. Also, the lens 16 is a lens that guides reflected light (detection light, incident light) from an object that has entered from the detection area 500 and forms an image on the light deflection array 17 .

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 detection area 500 shown in FIG. 8 is similar to the detection area 500 shown in FIG. 7A, and is represented two-dimensionally for convenience. Therefore, although the reflection position of the light on the object in the depth direction of the detection area 500 differs depending on the distance of the object included in the detection area 500, for the sake of convenience, it will be described as being detected in the two-dimensional detection area 500. . For example, the detection area 500 is divided into 800 areas 501, 20 vertically and 40 horizontally, and the light receiving array 20, which will be described later, includes 20×40=800 light receiving elements. correspond respectively to Assuming that the area 501 is composed of, for example, 60×60=3600 detection points as shown in FIG. has 2,880,000 pixels, 1200 in the vertical direction and 2400 in the horizontal direction. One pixel of each of these corresponds to one of the optical deflection elements 17 a that constitute the optical deflection array 17 . In this case, the laser light (radiation light) expanded and emitted from the lens 16 is reflected by the object included in each area 501, and the reflected light is returned along the same optical axis as the original laser light. The reflected light (detection light) is guided to the lens 16 and enters the light deflection element 17 a in the light deflection array 17 .

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 optical deflection array 17 is an optical deflection array in which the optical deflection elements 17a shown in FIG. 6 are two-dimensionally arranged. The optical deflection array 17 forms a plurality of optical deflection element groups in which arbitrary optical deflection elements 17a of the plurality of optical deflection elements 17a are electrically connected to each other in parallel, and each optical deflection element constituting the optical deflection element group. As for 17a, optical deflection operations are simultaneously performed by passive matrix driving, and each optical deflection element group is caused to perform optical deflection operations simultaneously or sequentially as time elapses. The optical deflection element group is directly driven by an external signal (such as a signal from the controller 21) by passive matrix driving. In this way, by the ON operation by passive matrix driving of any one of the optical deflection element groups of the optical deflection array 17, the laser light from the laser light source 11 incident on the optical deflection elements 17a constituting the optical deflection element group is turned ON. Reflected (deflected) light is emitted to the detection area 500 through the lens 16, reflected from the object included in the detection area 500, and guided by the lens 16. The reflected light is reflected by the light deflection element 17a. , and passes through the prism lens 13 toward the imaging lens 19 . Light reflected by each of the light deflecting elements 17a of the light deflecting device group that has been turned on passes through the prism lens 13 and the imaging lens 19, and is simultaneously detected by each light receiving element of the light receiving array 20. Become. That is, when reflected light (incident light) reflected by a predetermined light deflecting element 17a in the light deflecting element group that is on is received by a predetermined light receiving element among the plurality of light receiving elements, the light deflection Reflected light (incident light) reflected by a light deflecting element 17a different from the light deflecting element 17a in the element group is received by a light receiving element different from the light receiving element among the plurality of light receiving elements. On the other hand, the laser beam incident on the optical deflection element 17a constituting the optical deflection element group in OFF operation is reflected (deflected) as OFF light directed toward the light absorption plate 18 . In such a configuration of the optical deflection array 17, by performing the optical deflection operation of the optical deflection element group simultaneously or sequentially with the passage of time, the same light receiving element in the light receiving array 20 can be used at different locations in the detection area. ON light based on the optical deflection operation of the corresponding optical deflection element 17a can be detected. In other words, the detection of a plurality of different locations on the same photosensitive element is performed sequentially, thereby improving the resolution of the detection area. The configuration of the optical deflection element 17a is the same as that of the first embodiment described above.

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 light absorbing plate 18 is a member that absorbs light reflected as OFF light by the light deflection array 17 .

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 imaging lens 19 is a lens that forms an image on the light receiving array 20 of the ON light reflected by the light deflection array 17 and transmitted through the prism lens 13 .

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 array 20 is a light-receiving array in which photodiodes serving as light-receiving elements for detecting (receiving) the ON light transmitted through the imaging lens 19 are two-dimensionally arranged. The light-receiving array 20 is composed of light-receiving elements that are sparse in number compared to the two-dimensionally arranged light deflecting elements 17 a in the light deflecting array 17 . Specifically, the light-receiving array 20 has a smaller number of light-receiving elements than the number of light deflecting elements 17a included in the light-deflecting array 17, and is divided into detection areas 500, which are areas detected by the distance measuring device 1a, which will be described later. It is composed of the same number of light receiving elements as the number of the regions 501 formed, for example, 800 light receiving elements, 20 in the vertical direction and 40 in the horizontal direction. With such a configuration of the light receiving array 20, the detection light reflected by the light deflection array 17 can be detected at the same time, and processing such as distance measurement can be performed at the same time. It should be noted that the light receiving element is not limited to a photodiode, and may be composed of an avalanche photodiode, a CCD (Charge-Coupled Device), or the like (an example of a light receiving element).

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 controller 21 is a control device that controls the overall operation of the distance measuring device 1a. The controller 21 performs, for example, laser light emission operation by the laser light source 11, on/off operation of the light deflection element group by the light deflection array 17, and object detection information detected by the light receiving array 20. Measurement processing of the distance to a point, generation processing of a 3D map (three-dimensional image), and the like are executed.

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 lens 16, the light deflection array 17, the light absorbing plate 18, the image forming lens 19, the light receiving array 20, and the controller 21 are extracted from the distance measuring device 1a, incident light from the outside is sequentially detected. It can be regarded as an example of a photodetector, and the distance measuring device 1a itself can also be regarded as an example of a photodetector including the component.

(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 detection area 500, the light deflection array 17 and the light receiving array 20 will be described with reference to FIG.

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 detection area 500 shown in FIG. 9A is divided into 800 areas 501, 20 in the vertical direction and 40 in the horizontal direction, as described above. Assuming that the area 501 is composed of, for example, 60×60=3600 detection points as shown in FIG. has 2,880,000 pixels, 1200 in the vertical direction and 2400 in the horizontal direction.

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 optical deflection array 17 has, for example, a vertical length of 24 [mm] and a horizontal length of 48 [mm]. It is composed of a total of 2,880,000 optical deflection elements 17a, 1,200 in the vertical direction and 2,400 in the horizontal direction. That is, one pixel of each detection area 500 corresponds to one of the optical deflector elements 17 a that constitute the optical deflector array 17 . A group unit of the optical deflection elements 17 a in the optical deflection array 17 corresponding to the area 501 of the detection area 500 is defined as a division unit 170 . That is, the division unit 170 includes 60×60=3600 optical deflection elements 17a. Then, an optical deflection element group is formed in which the optical deflection elements 17a at corresponding positions in each divided unit 170 are electrically connected in parallel. That is, the optical deflection element group is formed by 800 optical deflection elements 17a electrically connected to each other. Also, since the division unit 170 includes 3600 optical deflection elements 17a, there are 3600 optical deflection element groups. Therefore, the 800 optical deflection elements 17a constituting the optical deflection element group perform optical deflection operations simultaneously by passive matrix driving, and the 3600 optical deflection element groups perform optical deflection operations simultaneously or sequentially as time elapses. I do. Here, focusing on one divisional unit 170, one of the 3600 optical deflection elements 17a included in the divisional unit 170 is an optical deflection element electrically connected in parallel in each of the other divisional units 170. 17a, the remaining 3599 pieces in the division unit 170 are turned off.

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 light receiving array 20 has, for example, a vertical length of 400 [μm] and a horizontal length of 800 [μm]. It is composed of a total of 800 light receiving elements 20a, 20 in the direction and 40 in the horizontal direction. That is, the light receiving array 20 is composed of the same number of light receiving elements 20 a as the number of divided areas 501 in the detection area 500 and the number of division units 170 in the light deflection array 17 . That is, the area 501 of the detection area 500, the division unit 170 of the light deflection array 17, and the light receiving element 20a of the light receiving array 20 are in a corresponding relationship.

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 detection region 500, the light deflection array 17, and the light receiving array 20, the laser light reflected by the reflection surface of the light deflection element 17a of the light deflection element group that has been turned on passes through the lens 16 as an ON light. The laser beams are simultaneously radiated toward the corresponding 800 detection points in the detection area 500 and reflected by the reflecting surfaces of the optical deflection elements 17a of the optical deflection element group that has turned off, and are directed toward the light absorption plate 18 as OFF light. Absorbed. When an object is present at one of 800 detection points in the detection area 500, the laser beam emitted from the distance measuring device 1a is reflected by the object, and part of the laser beam is converted into reflected light (detection light). (the optical axis of the laser beam). As a result, the influence of extraneous light such as sunlight can be suppressed, and noise can be reduced. The reflected light (detection light) that has returned passes through the lens 16, is reflected by the reflecting surface of each light deflection element 17a of the light deflection element group that is in the ON state, passes through the prism lens 13, and forms an image. The light is detected (received) by the light receiving array 20 via the lens 19 . As described above, the detection area 500 is a wide area of the outside world, but is condensed by the lens 16 and becomes 24 [mm] in the vertical direction and 48 [mm] in the horizontal direction in the light deflection array 17. The light is condensed by the image lens 19 and becomes 400 [μm] in the vertical direction and 800 [μm] in the horizontal direction at the light receiving array 20 .

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 light deflection element 17a corresponding to the detection point 1002 shown in FIG. The light is incident on a point on the object at the detection point 1001 shown in FIG. 9(a). Then, part of the laser light reflected at the point on the object returns as reflected light (detection light) along the emission direction of the laser light (optical axis of the laser light). The returned reflected light (detection light) passes through the lens 16 and is reflected by the reflecting surface of each light deflection element 17 a corresponding to the detection point 1002 of the light deflection element group that is in the ON state. , and is detected (received) by the light-receiving element 20a including the detection point 1003 shown in FIG.

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 optical deflection element 17a is also required to perform distance measurement, a high-speed optical deflection operation is desired, but as described in detail with reference to FIG. . Although the amount of reflected light that returns along the radiation direction varies depending on the reflectance and unevenness of the object, the speed of light is constant because it is determined by the state of the field, and it returns along the radiation direction. The distance is calculated by the direct TOF method from the time to the point, and the role of the distance measuring device 1a is fulfilled. That is, each of the light receiving elements 20a of the light receiving array 20 is assigned to 800 areas 501, and distance measurement is performed at 800 points at the same time. Distance measurement is possible with a resolution of 10,000 pixels, and the resolution can be greatly improved.

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 detection area 500, the size of the light deflection array 17, and the size of the light receiving array 20 are shown by way of example, and are not limited to the configurations described above, and may be changed according to design. is possible. That is, in the configuration shown in FIG. 9, the pixel pitch of the light deflection array 17 is 20 [μm], and the pixel pitch of the light receiving array 20 is also 20 [μm]. can be changed to the size of

(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 device 1a according to this embodiment will be described with reference to FIG.

<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 laser light source 11 emits pulsed laser light such as infrared light under the control of the controller 21 . Laser light emitted from a laser light source 11 is shaped into coherent laser light by a shaping lens 12 . The laser beam shaped by the shaping lens 12 is refracted by the prism lens 13 and directed toward the light deflection array 17 . Then, the process proceeds to step S12.

<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 prism lens 13 is incident on the light deflection array 17 . Then, the process proceeds to step S13.

<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 optical deflection array 17 turns on a specific optical deflection element group by passive matrix driving according to the control by the controller 21, and deflects the incident laser light by the optical deflection element 17a included in the optical deflection element group. let it happen The laser light reflected (deflected) by the light deflection element 17a travels toward the lens 16 as ON light. Then, the process proceeds to step S14.

<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 lens 16 expands the laser light reflected by the light deflection array 17 in the vertical and horizontal directions and radiates it to the detection area 500 in the external space where the rangefinder 1a measures the range. Then, step S15. Move to

<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 lens 16 is reflected by objects included in each region 501 of the detection region 500 . Then, the process proceeds to step S16.

<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 lens 16, and is guided to each of the light deflection element groups that are on. The light is incident (imaged) on the optical deflection element 17a. Here, the extraneous light mixed in from different directions is not guided to the light receiving array 20 due to the difference in the optical axis, so detection with high sensitivity is possible. Then, the process proceeds to step S17.

<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 light deflecting element 17a in the light deflecting element group that is on is transmitted through the prism lens 13, is imaged on the light receiving array 20 by the imaging lens 19, and is imaged on the light receiving array 20. 20 is detected (received). Then, the process proceeds to step S18.

<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 controller 21, the laser light is emitted from the laser light source 11, reflected by each light deflection element 17a of the light deflection element group that is on, and detected as detection light by each of the corresponding light receiving elements 20a of the light receiving array 20. The distance to the point on the object corresponding to each of the optical deflection elements 17a is measured from the time and the speed of light. Then, the process proceeds to step S19.

<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 detection area 500, that is, distance measurement by all optical deflection element groups of the optical deflection array 17 is completed (step S19: Yes), the process proceeds to step S20, and if not completed (step S19: No), the process returns to step S13 in order to switch the ON operation to another optical deflection element group for which distance measurement has not yet been performed.

<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 controller 21 generates a 3D map (three-dimensional image) using distance information to a point of an object based on detection information of the detected light detected by each light receiving element 20a of the light receiving array 20. FIG.

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 distance measuring device 1a is executed. That is, the configuration as a transmitter including the laser light source 11, the shaping lens 12, the prism lens 13, the light deflection array 17, the light absorption plate 18 and the lens 16, the lens 16, the light deflection array 17, the prism lens 13 and the imaging lens 19 , and the configuration as a receiver (photodetector) including the light receiving array 20, while synchronizing, range finding operation can be performed for all points in the external measurement space.

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 distance measuring device 1a according to the present embodiment, the laser light source 11 emits, for example, a laser beam, and each optical deflection element 17a in the optical deflection element group that is performing the deflection operation (ON operation) is The laser light from the laser light source 11 is deflected toward the lens 16, and the lens 16 magnifies the laser light from the laser light source 11 deflected by each light deflection element 17a in the light deflection element group performing the deflection operation. of the laser light reflected by the object and returned along the optical axis of the laser light is guided as incident light to each of the optical deflection elements 17a corresponding to the laser light. shine. As a result, there is no need to vertically stack a plurality of detectors serving as measurement systems as in the prior art, and there is no need to store image information. It is possible to suppress an increase in size and to detect light at high speed. In addition, the same effects as those of the photodetector 1 according to the first embodiment are obtained.

(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 distance measuring device 1a as an example of a photodetector according to a modification will be described, focusing on the points that are different from the distance measuring device 1a according to the present embodiment described above.

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 distance measuring device 1a according to this modified example will be described.

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 optical deflection element 17a requires 1.5 [μsec], the remaining detection time is 2.5 [μsec]. It turns out that. For example, 2 [μsec] is sufficient for distance measurement up to 300 [m] ahead. There is a need to. In particular, when the distance measuring device 1a is mounted on a vehicle that automatically drives, for example, it is required to be able to suppress erroneous detection due to mixing with laser light from a distance measuring device mounted on another vehicle.

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 range finder 1a according to the present modification converts the laser light into nanosecond-level pulses and changes at least one of the intensity and the phase in the middle of the output, thereby radiating from the range finder 1a itself. erroneous detection is suppressed by discriminating whether it is a laser beam that has been emitted or another laser beam. For example, as shown by the pulse-shaped waveform indicated by the dotted line in FIG. A laser beam with varying laser intensity is emitted. As a result, the reflected light from the object with respect to such a laser beam also has a similar intensity ratio. When detecting light with a different intensity ratio, it can be determined that it is a different laser beam, so accurate distance measurement is possible.

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
Reference Signs List 1 photodetector 1a distance measuring device 11 laser light source 12 shaping lens 13 prism lens 16 lens 17 light deflection array 17a light deflection element 18 light absorption plate 19 imaging lens 20 light receiving array 20a light receiving element 21 controller 31 substrate 32 wiring 33 insulating film 34 Connection hole 35a, 35b Electrode 36 Contact member 37 Support member 38 Plate-shaped member 39 Column 40 Cap-shaped member 101 Rangefinder 101a Photodetector 102 to 105, 111, 112 Object 170 Division unit 201 Laser light source 202 Shaping lens 203 Polygon model Mirror 204 Lens 205 Imaging lens 206 Light receiver 211 Imaging lens 212 DMD
212a optical deflection element 213 imaging lens 214 light receiver 301 mirror structure 302 SRAM
500 detection area 501 area 502, 503 detection points 1001 to 1003 detection points

米国特許出願公開第2017/0357000号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2017/0357000

Claims (9)

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.
前記光偏向素子は、
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.
前記偏向面は、反射面である請求項2に記載の光検出器。 3. The photodetector according to claim 2, wherein the deflection surface is a reflective surface. 前記受光部が有する前記受光素子の数は、前記偏向部が有する前記光偏向素子の数よりも少ない請求項1~3のいずれか一項に記載の光検出器。 The photodetector according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of said light receiving elements included in said light receiving section is smaller than the number of said light deflecting elements included in said deflecting section. 前記光検出器が検出する光の解像度は、前記偏向部が有する前記光偏向素子群の数と、前記受光部が有する前記受光素子の数との積に等しい請求項4に記載の光検出器。 5. The photodetector according to claim 4, wherein the resolution of light detected by said photodetector is equal to the product of the number of said light deflecting element groups possessed by said deflecting section and the number of said light receiving elements possessed by said light receiving section. . 前記受光素子は、アバランシェフォトダイオードである請求項1~5のいずれか一項に記載の光検出器。 6. The photodetector according to claim 1, wherein the light receiving element is an avalanche photodiode. 光を放射する光源と、
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.
前記光源は、パルス状の前記光であって、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した光を放射する請求項7に記載の測距装置。 8. The distance measuring apparatus according to claim 7, wherein said light source emits said light in a pulsed form, and changes at least one of intensity and phase during output. 前記光源から前記光が放射されてから、前記受光部により光が検出されるまでの時間により求まる距離に基づいて、三次元画像を生成する生成部を、さらに備えた請求項7または8に記載の測距装置。 9. The generating unit according to claim 7 or 8, further comprising a generating unit that generates a three-dimensional image based on a distance obtained from the time from when the light is emitted from the light source to when the light is detected by the light receiving unit. rangefinder.
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