(57)【要約】【課題】振動に強く、小型、軽量、かつ、測定距離の長いレンジセンサが求めらている。稼働ミラーを使う方式は、測定距離は長いが、耐振動性、小型軽量が難しい。レーザー光を全面に照射する方法は、可動部がなく、耐振動、小型軽量であるが、測定距離は短い。【解決手段】投光素子と受光素子からなる投光受光機能を平面的に複数配置し、その先にレンズを置く。投光受光機能から投光されたレーザー光は、対象物で反射しその一部が投光受光機能に戻り、飛翔時間から対象物までの距離を測定できる。この動作を複数個ある投光受光機能で行うことにより、対象物を三次元的に認識できる。レーザーはそれぞれ特定の方向に投光され、拡散せずに対象物に届くので測定できる距離も長い。可動部分がもなく、小型軽量も実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光素子と受光素子から成る投光受光機能を平面上に複数個配置し、これら投光受光機能を選択的に活性化できることを特徴とする投光受光部品。
【請求項２】
請求項１記載の投光受光部品とレンズから成り、投光受光機能から投光された時間と投光受光機能で受光された時間から光の飛翔時間を測定し、光を反射した対象物までの距離を測定し、これら動作を複数の投光受光機能で行うことにより、対象物までの距離を含めた二次元または三次元の情報を得ることを特徴としたレンジセンサ。
【請求項３】
投光する光はレーザーこうであることを特徴とする請求項１記載の投光受光部品
【請求項４】
前記投光受光部品は二つの重ねた受光チップ、投光チップからなり、上部の受光チップは受光素子を複数個配置し投光素子を配置する部分には投光用の穴を設け、下部の投光チップは投光素子を複数個配置し投光素子位置は上部受光チップの投光用の穴に一致させたことを特徴とする請求項１記載の投光受光部品。
【請求項５】
前記上部受光チップチップはシリコン半導体で作られ、前記下部投光チップは化合物半導体でつくられたことを特徴とする請求項４記載の投光受光部品。
【請求項６】
前記投光受光機能は、１個の投光素子と複数の受光素子から成ることを特徴とした請求項１記載の投光受光部品。
【請求項７】
前記１個の投光素子と複数の受光素子からなる投光受光機能を複数個した投光受光部品に於いて、受光素子は隣接する投光受光機能と共用できることを特徴とした請求項６記載の投光受光部品。
【請求項８】
前記１個の投光素子と複数の受光素子からなる投光受光機能に於いて、必要に応じて活性化する受光素子を変えることを特徴とした請求項７記載の投光受光部品。
【請求項９】
前記投光受光機能において、投光素子の投光が終了後に受光素子を活性化することを特徴とする請項１記載の投光受光部品。
【請求項１０】
前記投光受光機能において、投光の終了と受光の終了の時間差を測定することを特徴とする請求項１記載の投光受光部品。
【請求項１１】
前記投光素子を複数個配置した下部の投光チップにおいて、投光素子としてレーザーダイオードをマトリックス状に配置し、複数の列選択線と複数の行選択線を設け、アノードを列選択線にカソードを行選択線に接続し、比選択レーザーダイオードは電圧を逆バイアスにし、選択したレーザーダイオードのみを順バイアスにすることにより、目的のレーザーダイオードを発光させることを特徴とした請求項４記載の投光受光部品。
【請求項１２】
受光チップと投光チップから成る投光受光部品において、投光素子を駆動するための駆動チップを、上部受光チップと下部投光チップに間に配置したことを特徴とする請求項４記載の投光受光部品。
【請求項１３】
投光素子を複数個配置した下部の半導体チップのに於いて、上部半導体チップの投光用穴より大きな投光素子を形成し、発光された光を投光用穴に導く機構を持った請求項４記載の投光受光部品。
【請求項１４】
投光受光部品とレンズから成るレンジセンサに於いて、その外側に前面に投光するための投光素子とレンズを追加したことを特徴とする請求項２記載のレンジセンサ。
【請求項１５】
投光受光部品の下部の半導体チップの代わりに、投光素子、レンズ、可変ミラーを使い、それぞれの投光用穴に光を投光することを特徴とした請求項２記載のレンジセンサ。
【請求項１６】
投光チップとレンズからなり、投光チップは選択的に発光可能な投光素子を平面的に複数個配置し、投光素子を選択的発光することにより、選択的に投光方向を選ぶ事を可能にした投光器。
【請求項１７】
受光チップとレンズからなり、受光チップは選択的に活性化可能な受光素子を平面に複数個配置し、投光機の情報から選択的に受光素子を活性化する受光器であって請求項１６記載の投光器と組み合わせる事によって作られるレンジセンサ。
【請求項１８】
投光器と受光器の光の経路が相似形であることを特徴とした請求項１７記載のレンジセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レンジセンサは、レーザーパルス等を対象物に照射し、その反射が帰ってくるまでの時間を測定し、対象物までの距離を測定する。このレーザーを走査することにより、対象物までの距離を含む２次元または３次元的な認識が可能となる。本発明は、新しい測定方法を実現する走査型レンジセンサを提供することと、それを実現するための新たな部品を提供することである。一般的にはLidarとも呼ばれ、Light Detection and Ranging の略称である。
【背景技術】
【０００２】
本技術は、レンジセンサに関するものである。レンジセンサは、レーザー光（一般にはレーザーを使うことが多いが、他の光源も使われる）を投光し、対象物からの反射光を受光し、帰って来るまでの時間を測定することにより、対象物までの距離を測定する。この技術は、TOF(Time of Flightの略称)と呼ばれ、よく知られた技術である。走査型レンジセンサは、この、投光→対象物からの反射→受光→時間の計測による一連の動作を、投光の方向を変ながら順次行うことにより、２次元、または３次元の空間を認識する。
【０００３】
近年、車の運転支援システムや自動運転のための技術開発が進むが、この中で、車周辺の物体を認識する手段として、レンジセンサの研究、開発が進んでいる。以下に先行技術文献をあげる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2005-55226スキャニング型レンジセンサ
【特許文献２】US6759649 OPTOELECTRONIC DETECTION DEVICE
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】タイトル；Development of Next Generation LIDAR      出典；R&D Review of Toyota CRDL, Vol.43 No.1 (2012) 7-12
【非特許文献２】タイトル；Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for a MEMS-based laser scanning time-of-flight sensor      出典；21 May 2012 / Vol. 20, No. 11 / OPTICS EXPRESS 11863
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レンジセンサには、大きく分けて２つの方法がある。ミラーを用いる方法と、ミラーを用いずレーザーを対象とする範囲に全面に照射する方法である。
【０００７】
ミラーを用いるレンジセンサでは、平行化されたレーザー光を、ミラーの角度を変えながら、測定する範囲に投光する。投光された方向に対象物がある場合は、対象物からレーザ光が反射する。その反射光を受光するために、投光された方向にミラーを向け、反射光を受光素子に導き、受光素子で検出する。反射光の帰ってくるまでの時間を測定し、光の飛翔時間から対象物までの距離を知ることができる。この方法を図３に示す。
【０００８】
レーザーダイオード１０１から発せられたレーザー光１０６は、レンズ１０２により平行化され、ミラー１０３を介して対象物に照射される。対象物に届いたレーザー光は色々な方向に反射される。反射されたレーザー光の一部がミラー１０３に届く。届いたレーザー光１１０は、レンズ１０４を介し受光素子１０５に届く。レーザー光が帰ってくるまでの時間を測定することにより、対象物までの距離を測定する。A-A’を軸として、ミラー１０３を回転しながら、投光、受光を繰り返すことにより、回転方向の１次元の走査ができる。結果として、と横方向と対象物までの距離情報による２次元情報が得られる。ここには記載されていないが、上下方向の距離情報を含めた３次元情報を得るには、ミラー１０３を上下方向に角度を変えることにより、レーザー光の方向を左右上下に振ることにより可能となる。
【０００９】
ミラーを用いず、レーザー光をレンズで拡散する方法を図４に示す。レーザーダイオード２０１からを投光されたレーザー光２０７、２０８は、レンズ２０２によって拡大されて照射される。複数の対象物から反射されるレーザー光２１１，２１２，２１３，２１４は、レンズ２０５を介して受光チップ２０６に像を結ぶ。受光チップは、複数の受光素子からなる。対象物２０３からの反射レーザー光は、点B’に集まり、対象物２０４から反射レーザー光は点Bに集まる。レーザーが帰ってくるまでの時間をそれぞれ測定し、それぞれの対象物から距離を測定する。
【００１０】
図３に代表されるミラーを用いた方法では、レーザー光を平行化し、対象物に照射する。平行光線なので、遠くなっても、対象物が受けるレーザー光の強度は変わらない。しかし、対象物から反射する反射レーザー光は、いろいろな方向に反射するので、ミラー１０３、レンズ１０４に届くレーザー光は、その一部である。レンズ１０４に届くレーザー光は、対象物までの距離の二乗に反比例し減少する。一方、安全性の観点から、レーザー光の強度には上限があるので、この型のレンジセンサの測定距離は、一般的に数１０メートルから数１００メートル程度である。しかし、回転するミラーは精密機械部品であり、振動が激しい車への搭載には向いていない。また、装置が大きくなり、搭載場所が限られる等の欠点がある。
【００１１】
図４に代表されるレーザー光をレンズで拡散する方法は、機械部分がない利点がある。また、この方法は、全面にレーザー光を放射する事ができるので、容易に、上下左右と距離からなる３次元情報を獲得できる利点がある。しかし、レーザー光が上下左右の全面に照射されるので、対象物までの距離が遠くなると、それぞれの対象物が受けるレーザー光は減少する。よって、この型のレンジセンサが測定できる距離は短い。一般的には、数１０m程度である。
【００１２】
本発明は、機械部分の問題をなくし、かつ、長い測定距離を実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一つのレーザーダイオードとそれに対応する受光素子を投光受光機能とし、この機能を平面的にマトリックス状に配置する。その先にレンズを配置しレンジセンサとする。一つの投光受光機能から投光されたレーザー光は、レンズを介して投光される。その経路に対象物がある場合、そこから反射し、“光の逆行”の原理により、反射レーザー光の一部は、元の投光受光機能に戻ってくる。投光と受光の時間差から光の飛翔時間を測定できる。飛翔時間から対象物までの距離を測定できる。
【００１４】
このレンジセンサに於いて、レンズから投光されたレーザー光は、平行光線、または平行光線に近いので、対象物に照射されるレーザー光は、従来のミラーを用いたレンジセンサと同様の強さである。よって、測定できる距離は、従来のミラーを用いたレンジセンサと同様である。
【００１５】
投光受光機能をマトリックスに配置してある。これら投光受光機能を選択的に動作させる事により、任意の方向にレーザー光を投光できる。よって、観測したい方向にある対象物を３次元的に認識できる。
【発明の効果】
【００１６】
今回の発明のレンジセンサは、測定距離が長く、かつ、モータなどの機械部分がないので小型化できる。かつ、レンズと半導体からなる投光受光機能を搭載した半導体チップで構成できるので、安いコストで製造が可能である。
【００１７】
機械部分がないので、振動などの劣悪な環境でも使える。小型化により、搭載場所の制限も緩和され、多くの場所で使えるようになる。安いので、民生などに用途が広がる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のレンジセンサ。
【図２】本発明の実現するためのレーザーダイオードと受光素子の構造。
【図３】従来例１  ミラーを用いたレンジセンサ。
【図４】従来例２  投光と受光を２つのレンズで行うレンジセンサ。
【図５】本発明の受光素子の動作を示す平面図。
【図６】本発明の光の飛翔時間を測定する方法を示すタイミング図
【図７】本発明の近距離の測定対象物を測定する方法を示すタイミング図
【図８】本発明の光の飛翔時間を測定する他の方法を示すタイミング図
【図９】本発明のレーザーダイオードの配置方法と選択的駆動方法。
【図１０】本発明のレーザーダイオードとそれを駆動する素子の構造図。
【図１１】本発明のレーザーダイオードの駆動方法を示した回路図。
【図１２】本発明のレーザーダイオードを、受光素子の穴より大きくした時のレーザーダイオードアレイの構造図。
【図１３】本発明の近距離の測定対象物を測定する他の方法を示す構造図。
【図１４】本発明の投光に可変ミラーを用いた構造。
【図１５】本発明の投光と受光をそれぞれのレンズで行うレンジセンサ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
最良の実施形態は、第一の実施例で説明する。
【実施例】
【００２０】
図１、図２は第一の実施例である。図２は、投光受光機能をマトリックスに配置した投光受光部品の平面図と断面図である。図１は、投光受光部品とレンズで構成したレンジセンサである。
【００２１】
図２の断面図に示した受光チップ３０１は、複数の受光素子３０３と複数の投光用穴３０２からなる。ここには示されていないが、受光素子からの微弱信号を増幅する増幅器、時間を計る測定器、アナログをデジタルに変換する変換器、多数ある受光素子の中から、特定の受光素子を活性化する選択器などの回路が搭載される。これらの回路については、例えば、非特許文献１、非特許文献２に示されている既存の技術が利用できる。受光素子は一般には、SPAD(シングル・フォトン・アバランシェ・ダイオード）が使われる。これら回路、および、SPADは、シリコン基板上に形成される。
【００２２】
投光チップ３０４は、複数のレーザーダイオード３０５からなる。レーザーダイオード３０５は、受光チップ３０１の投光用穴３０２と一致するように配置される。レーザーダイオード３０５は、ガリウム・ヒ素などの化合物半導体で作られるので、レーザーダイオード３０５と受光素子３０３は、同一基板上に形成することは難しい。よって、レーザーダイオード３０５と受光素子３０３はそれぞれが適した材料で製造するために、二つのチップに分けた。受光チップ３０１と投光チップ３０４を積層し、投光受光部品３０６とする。
【００２３】
次に図２の平面図を説明する。レーザーダイオード３０８からレーザー光を投光した場合は、受光素子３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６からなる受光素子群３０７で受光する。ダイオード３２１からレーザー光を投光した場合は、受光素子３１４，３１３，３２３，３２４，３２５，３２６からなる受光素子群３２２で受光する。
【００２４】
この実施例では、１個のレーザーダイオードの周りに６個の受光素子を配置し、受光素子は隣の受光素子群として利用できるようにしたが、これらの配置方法は、各種考えられ、今回の例に限るものではない。
【００２５】
図１は、投光受光部品とレンズで構成したレンジセンサである。さらに、説明のために、距離を測定する対象物を示してある。
【００２６】
投光受光部品３０６の点Dからレーザー光が投光される。投光されたレーザー光は、４０５（実線），４０６（実線）、および、４０９（実線），４１０（実線）の経路をたどり対象物４０４に到達する。ここでレンズ４０２のサイズに対し、レンズから対象物４０３，４０４までの距離は数倍で書かれているが、実際は、レンズ４０２の直径は数ミリメートルから数センチメートルであるのに対し、レンズ４０２と対象物４０３，４０４の距離は数メートルから数百メートルである。よって、経路４０６と経路４１０は、ほとんど平行である。対象物から反射されるレーザー光の一部はきた時と同じ経路をたどり、投光された点Dに戻る。このように投光されたレーザー光は、ほぼ平行光線であり、対象物に届くレーザー光は、距離が長くても弱くならない。このように、投光受光部品３０６とレンズ４０２からなるレンジセンサは、機械部分がない簡単な構造でありながら、ミラーを用いたレンジセンサと同等の測定距離を実現できる。
【００２７】
ここで、レーザーダイオードの周辺に受光素子を配置しているが、反射したレーザー光は、レーザーダイオードだけに戻り、周辺の受光素子に戻らない場合も考えられる。これは、レンジセンサの焦点距離を適切に選ぶことにより対処できる。
【００２８】
図５は、第二の実施例で、投光受光部品の平面図である。
【００２９】
レーザーダイオード５０１から投光された場合、通常は、受光素子５１１，１５２，５１３，５１４，５１５，５１６からなる受光素子群５３１によって、受光するが、焦点がボケるなどの問題が発生し、受光素子群５３１より広い範囲に、反射レーザー光が戻ってくる場合もある。この場合は、さらに広い範囲の受光素子５１７，５１８，５１９，５２０，５２１，５２２も含む受光素子群５３２で受光する。
【００３０】
また、当初から受光素子群５３２のような広い範囲の受光素子を活性化させ、受光したレーザー光の強度から判断し、飛翔時間の算出に用いる受光素子を決めるなどの方法もある。複数の受光素子があるので、使い方は色々と考えられる。
【００３１】
図６、７は、第三の実施例で、レーザー光の投光受光のタイミングを示すものである。
【００３２】
図６は、レーザーダイオードから投光されるレーザ光の波形６０１と受光素子で受けるレーザー光の波形６０２を示す。また、対象物がレンジセンサから７．５メートルの所のある場合を示している。
【００３３】
０ｎｓ（t０）で、レーザー光パルスを投光する。パルス幅は１０ｎｓなので、１０ｎｓ（t１）の時に投光を終了する。その後、２０ｎｓ（t２）で受光素子を活性化する。５０ｎｓ（t３）の時点で受光素子は、反射され帰ってきたレーザー光を受光する。レンジセンサは、５０ｎｓの飛翔時間から距離を測定する。すなわち、光の速度は、０．３メートル／１ｎｓであるので、飛翔距離は１５メートルとなる。これは往復距離であるので、対象物までの距離は、その半分の７．５メートルと認識できる。
【００３４】
図７は、レーザーダイオードから投光されるレーザ光の波形７０１と受光素子で受けるレーザー光の波形７０２を示す。対象物までの距離が短い場合、すなわ、ここでは、０．９メートルの場合のタイミング図をしめしている。
【００３５】
０ｎｓ（t０）で受光素子を活性化する。１０ｎｓ（t１）でレーザー光を投光する。対象物までの距離は、０．９メートルであるので、往復の飛翔時間は、６ｎｓであり、１６ｎｓ（t２）には反射光が持ってくる。この時は、レーザーダイオードは投光中である。この受光素子の隣にあるので、レーザーダイオードが投光する強いレーザー光を直接受光してしまうので、受光素子は、レーザーダイオードからの直接レーザー光と反射レーザー光の区別ができない。
【００３６】
図８は第四の実施例で、レーザー光の飛翔時間を測定する方法を提供する。
【００３７】
図８は、投光受光部品に於ける投光と受光のタイミング図である。また、図３も参照されたい。
【００３８】
図６に於ける飛翔時間の測定方法を考える。ここは示されていない制御回路から投光の指示が出て、投光されるまでは時間がかかる。また、受光してそれが電気的信号として取り出すまでは時間がかかる。実際の測定においては、これらの時間の補正を行う必要がある。このような補正は面倒であり、測定時間の精度を下げるなどの問題もある。実施例４ではこの問題を解決しようとするものである。
【００３９】
図３を参照されたい。ここではレーザーダイオード３０８から投光され、反射レーザー光を６個の受光素子群３０７で受光する。実施例４では、使われていな受光素子３３１をレーザーダイオードの投光の時間を知るために使う
【００４０】
この動作を図８にで説明する。まず、受光素子３３１を活性化する（t０）。その後、レーザーダイオード３０８から投光する（t１）。すでに、受光素子３３１は活性化されているので、この時に投光されたレーザー光を受光する。レーザーダイオード３０８と受光素子３３１の距離は、数ミリメートル以下であるので、この間のレーザー光の飛翔時間は、０．００００３ｎｓ以下であり、無視できる。よって、受光素子３３１が受光した時間は、レーザー光が投光された時間と考えて問題ない。投光が終了した後に、受光素子群３０７を活性化する（t３）。受光素子群３０７は、６０ｎｓで反射レーザー光を受光する（t４）。受光素子３３１と受光素子群３０７の受光素子は、受光からこれを増幅し電気信号に変換するまでに遅延を生ずる。しかし、これらの受光素子は同じ回路で作らてており、その遅延時間は同じである。よって、（t４）。t１とt４の時間差から、レーザー光の飛翔時間を測定し、対象物までの距離を認識することができる。
【００４１】
この方式の利点は、レーザー光の飛翔時間の測定に於いて、レーザーダイオードの投光までの時間、受光素子の受光から電気信号までの時間を考慮しなくて良いことである。設計が簡単になると同時に、部品間のばらつきなども排除できるために、測定の精度も向上する。
【００４２】
今回は、投光時間を知るために、その時に使われていない受光素子を使ったが、専用の受光素子を設けても良い。投光時に受けるレーザー光の強度は、反射光よりも強いため、このレーザー光を受光する為の特別な対策を施す事も可能となる。
【００４３】
図9で第七の実施例を説明する。
【００４４】
レーザーダイオード・マトリックス上のそれぞれのダイオードは、選択的に発光させる必要がある。図９は、これを実現する方法を示すものである。レーザーダイオードをマトリックス状に配置し、アノードを共通の列選択線９１０、９１１，９１２に接続する。カソードを共通の行選択線９１３，９１４，９１５に接続する。通常は、行選択線９１３、９１４、９１５は、３V、列選択線９１０、９１１、９１２は、マイナス３Vに印加する。すべてのレーザーダイオードは、マイナス６Vの逆バイアスになるために、動作しない。ここで、レーザーダイオード９０５を発光しようとする場合を考える。このために、列配線９１１を２Vに、行配線９１４をマイナス２Vに印加する。レーザーダイオード９０５は、４Vに印加されるので発光する。レーザーダイオード９０１，９０３，９０７，９０９は、マイナス６Vの逆バイアスなので発光しない。レーザーダイオード９０２，９０４，９０６，９０８は、マイナス１Vの逆バイアスになるので発光しない。このように目的のレーザーダイオードを発光させる。
【００４５】
ここでは、説明の為に、電圧で示したが、ダイオードを順方向にして発光させる場合は、ダイオードの内部抵抗は低いので、電流駆動で行うなどの工夫が必要である。
【００４６】
図１０、１１は第六の実施例である。投光チップ上の個々のレーザーダイオードを駆動する第二の方法を示す。図１０は、その構造を示し、図１１はその回路を示す。
【００４７】
レーザーダイオードは、化合物半導体で作られ、駆動回路は、シリコンで作られることが一般的である。よって、別に作り、図１０に示すように、シリコンで作られた駆動チップ１００１を受光素子チップ３０４と投光チップ１００３の間に配置する。駆動チップ１００１には、レーザー光を通すための投光用穴１００２を開ける。駆動チップ１００１上の駆動回路と投光チップ１００３上のダイオードの接続は、半田ボール１００５などの既存の組み立て技術が適用できる。
【００４８】
駆動回路の回路を図１１に示す。複数の列選択線１１０１と、複数の行選択線１１０２がある。そしてそれぞれのその交点にＡＮＤ回路１１０３とタイミング回路と駆動回路１１０４がある。電源線とタイミング回路用の信号線もあるが、ここでは表示していない。駆動回路１１０４は、レーザーダイオードのアノードとカソードに接続される。列選択線と行選択線により、目的のタイミング回路、駆動回路を動作させ、目的のレーザーダイオードに、目的の時間に、電流を流し、発光させる。
【００４９】
図１２は第七の実施例である。
【００５０】
図１２で示すように、受光チップに空けたレーザー光投光用穴３０２は小さい。一方、強力なレーザ光を得るためには、レーザーダイオードの面積は大きい方が良い。よって、図１２に示すように、穴３０２より大きなレーザーダイオード１２０２を形成し、ここで投光されたレーザー光を、穴３０２に導くためのレンズ１２０３をレーザーダイオード１２０２の上に形成する。これにより、より強力なレーザー光を投光することができ、より遠くの対象物の測定も可能となる。
【００５１】
図１３は第八の実施例である。第八の実施例は、近距離の対象物を測定するために、近距離用にレーザー光を投光する機能を追加したものである。
【００５２】
図１３は、近距離の対象物を測定するために、第一の実施例に加えて、外部に投光用のレーザーダイオート１３０１とレーザー光を全面に拡散するためのレンズ１３０２を設けたものである。対象物が近い場合、第一の実施例では、投光が終了する前に、反射光が戻り、レーザーダイオードからの直接光と反射光の区別がつかない。よって、この直接光を避けるために、第一の実施例に加えて、外部に投光用のレーザーダイオート１３０１とレーザー光を全面に拡散するためのレンズ１３０２、これを覆うカバー１３０３を設けたものである。
【００５３】
図１４は第九の実施例である。
【００５４】
第一の実施例などに示された方法は、個々のレーザーダイオードの面積に制約があり、レーザーダイオードの出力にも制限がある。第九の実施例では、強いレーザー光を投光するための方法を示す。
【００５５】
実施例を図１４で説明する。受光素子チップ３０１の背面に、単体のレーザーダイオード１４０１、レンズ１４０２、可変ミラー１４０３を配置する。さらに、ここには示されていないが、図４と同様に、レンズ４０２を配置する。レーザーダイオード１４０１から投光されたレーザー光は、レーザー光経路１１０４、レーザー光経路１１０５、レーザー光経路１１０６をたどり、受光素子チップ３０１の穴３０２に届く。さらにその先のレンズ４０２に届く。ここで、穴３０２は小さいので、レーザーダイオードから投光されたレーザー光が、小さな穴３０２を通過するように、穴の位置に焦点を結ぶ事などの工夫が必要である。
【００５６】
この実施例では、レーザーダイオードに大きさの制約はないので、強いレーザー光を投光できるので、遠い対象物まで測定できる利点がある。
【００５７】
図１５は、第十の実施例である。
【００５８】
投光器１５０１は、投光チップ１５０２とレンズ１５０３からなる。投光チップ１５０２は選択的に発光可能な投光素子を平面的に複数個配置したものである。受光器１５０４は、受光チップ１５０５とレンズ１５０６からなり、形状は投光器と同じである。違う部分は、投光チップ１５０２の代わりに、同じサイズの受光チップ１５０５の置き換えたことである。受光チップは選択的に活性化可能な受光素子を平面に複数個配置したものである。投光素子は、一般にレーザーダイオードが使われる。投光器１５０１と受光器１５０４でレンジセンサとなる。
【００５９】
投光素子の点Ｅから投光されたレーザー光は、１５０７，１５０８の経路でレンズ１５０３に到達する。レンズはこれらレーザー光を一つの方向に投光する。その方向に対象物がある場合、レーザー光は対象物にから反射される。照射されたレーザー光の一部は受光器のレンズ１５０６に届き受光チップ１５０５の点Ｅ’に集まる。レーザー光１５０９，１５１０，１５１１，１５１２は平行であるので、投光チップ１５０２の点Ｅと受光チップ１５０５の点Ｅ’は同じ位置である。投光時、受光チップに於いて光が届く位置がわかるので、あらかじめその位置にある受光素子を活性化し、光の飛翔時間から対象物までの距離を知ることができる。
【００６０】
ここでは、投光器と受光器を同じ形状で説明したが、必ずしも同じ形状である必要はない。レンズの選択などにより、投光と受光のレーザー光の経路が同じであれば良い。
【００６１】
従来例は、レーザーダイオード２０１は単一のレーザーダイオードであり、レンズは、レーザーダイオードの１点からでたレーザーを広く拡散するためである。本発明のレーザーダイオードは、複数個を配置し、選択的に発光できる所に違いがある。また、レンズも、レーザーダイオードから投光されたレーザーを一定の方向に投光するためのものである。このように、レーザーダイオードは異なり、レンズの機能も異なる。本発明では、レーザーの投光方向を変えるのは、投光チップ上の発光するレーザー選択することによりなされる。
【００６２】
発明によるレーザーの投光は、平行光線または平行光線に近いので、遠くの対象物に届くレーザー光も強く、測定距離も長い。かつ、機械的部分がなく、耐振動性もある。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本技術は、周囲にある物体の位置、外形を三次元的に認識できる。そして、可動部分がないので、振動に強く、体積も小さく、軽く、低電力に特徴がある。
【００６４】
用途としては、車に搭載し、車の周辺の物体を認識し、衝突防止などが考えられる。車は振動が大きく、また、大きなセンサーは、車のデザインに影響をあたえるので、これらの問題を回避できる。
【００６５】
第二の用途として、ドローンへの搭載が考えられる。ドローンは周囲の環境を認識しながら飛行する。軽い本発明によるレンジセンサは、飛行するドローンに適している。
【００６６】
第三の用途としては工場への配備が考えられる。工場は、多くの機械設備があり振動が多く、また、設置場所が制約を受ける場合も多い。このような場所に、振動に強く、小型のレンジセンサが適している。
【００６７】
第四の用途として、民生への採用が考えられる。本発明のレンジセンサは、部品点数が少なく、また、半導体は量産効果により、コストがさがる。低コストの要求が強い、民生分野でも使われる。
【符号の説明】
【００６８】
１０１    レーザーダイオード
１０２    レンズ
１０３    ミラー
１０４    レンズ
１０５    受光素子
１０６−１１１    レーザー光
２０１    レーザーダイオード
２０２    レンズ
２０３    レーザーダイオード
２０４    レンズ
２０５    レーザーダイオード
２０６    レンズ
２０７    レンズ
２０８    レーザーダイオード
２０９    レンズ
２１０−２１８    レーザー光
３０１    受光チップ
３０２    投光用穴
３０３    受光素子
３０４    投光チップ
３０５    レーザーダイオード
３０６    投光受光部品
３０７    受光素子群
３０８    レーザーダイオード
１５０４    受光器
１５０５    受光チップ
１５０６    レンズ
１５０７−１５１４  レーザー光
３１１−３１６    受光素子
３２１    レーザーダイオード
３２２    受光素子群  
３２３−３２６    受光素子
３３１    受光素子    
４０１    レンジセンサ
４０２    レンズ
４０３    対象物
４０４    対象物
４０５−４１２    レーザー光  
５０１    レーザーダイオード
５１１−５２２    受光素子
５３１    受光素子群
５３２    受光素子群
６０１    レーザー光の波形
６０２    レーザー光の波形
６０３    受光素子活性化時間
７０１    レーザー光の波形
７０２    レーザー光の波形
７０３    受光素子活性化時間
８０１    レーザー光の波形
８０２    レーザー光の波形
８０３    レーザー光の波形
８０４    受光素子活性化時間
８０５    受光素子活性化時間
９０１−９０９  受光素子
９１０−９１２  列選択線
９１３−９１５  行選択線
１００１    駆動チップ
１００２    投光用穴
１００３    投光チップ
１００４    レーザーダイオード
１００５    半田ボール
１１０１    列選択線
１１０２    行選択線
１１０３    ＡＮＤ回路
１１０４    タイミング回路・駆動回路
１１０５    レーザーダイオード
１２０１    投光チップ
１２０２    レーザーダイオード
１２０３    レンズ
１３０１    レーザーダイオード
１３０２    レンズ
１３０３    カバー
１３０４    対象物
１３０５    対象物
１３１１−１３１４    レーザー光
１３２１−１３２８    レーザー光
１４０１    レーザーダイオード
１４０２    レンズ
１４０３    可変ミラー
１４０４−１４０６    レーザー光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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