CN110678774A - 测距传感器 - Google Patents

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Abstract

测距传感器具备：扫描部(5)，在与一方向对应的方向上扫描光源(1)产生的光；扩散透镜(18)，使光源(1)产生的光向与另一方向对应的方向扩散；多个合波器(7)，将光源(1)产生的光与照射到受光器(6)的光合波而形成光信号；以及处理部(8、9、10)，基于合波器(7)形成的光信号来计算与物体之间的距离，受光器(6)具有在与另一方向对应的方向上排列的多个受光天线(21)，在多个受光天线(21)分别连接有合波器(7)，处理部(8、9、10)对多个受光天线(21)分别并行地处理基于合波器(7)形成的光信号来进行的与物体之间的距离的计算。

Description

测距传感器
相关申请的相互参照
本申请基于2017年5月29日申请的日本专利申请第2017－105871号，在此，通过参照而编入其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种测距传感器。
背景技术
以往，提出了使用激光来检测与物体的距离等的LIDAR(Light Detection andRanging：激光探测及测距系统)。作为LIDAR，已知有例如测量脉冲光的往复时间的TOF(Time of Flight：飞行时间)方式。然而，TOF方式的LIDAR在测量的原理上，为了检测车载用途所要求的100m以上的长距离，需要增大尺寸，因此不适合对搭载位置限制较多的车载用途等。
另一方面，在通过将发送光与接收光合成而分析它们的频率差的外差检波来计算与物体的距离的FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波)方式的LIDAR中，与TOF方式的LIDAR不同，能够减小尺寸。
例如，在非专利文献1中，提出了通过硅光子技术将光源、扫描部、受光器、处理电路等构成要素集成在一个半导体芯片内的LIDAR。这样的LIDAR与分别构成上述的构成要素的LIDAR相比，能够减小尺寸。另外，由于用于光学安装的工时较少，因此能够减少制造成本。
另外，由于FMCW方式的LIDAR灵敏度高，因此能够进行车载用的LIDAR所要求的长距离检测。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Paul J.m.Suni,John Bowers,Larry Coldren,S.J.Ben Yoo,“Photonic Integrated Circuits for Coherent Lidar”,18th Coherent Laser RadarConference,2016,Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences
发明内容
近年，在车载用的LIDAR中，除了长距离检测之外，还要求广角化。例如，在针对水平方向及垂直方向上排列的多个区域，测量与各区域所包含的物体的距离等的情况下，要求在水平方向上测量1500点，在垂直方向上测量20点，共计测量30000点。
然而，外差检波所需的时间通常为10～100μsec，特别是在车载中所需的20Hz、即50msec周期的帧率(Frame rate)下，每1周期的测量次数为500～5000次，因此无法满足广角化的要求。因而，需要能够在比以往的帧率高的帧率下进行动作的测距传感器。
本公开是鉴于上述问题点而完成的，目的在于提供一种能够以高帧率进行动作的测距传感器。
为了实现上述目的，根据本公开的一个观点，一种测距传感器，在同一基板上形成有产生光的光源和被照射光源产生的光的反射光的受光器，通过使用了光源产生的光以及照射到受光器的光的外差检波，检测与外部的空间中的相互垂直的一方向以及另一方向上的规定的区域中所包含的物体之间的距离，测距传感器具备：扫描部，在与一方向对应的方向上扫描光源产生的光；扩散透镜，使光源产生的光向与另一方向对应的方向扩散；多个合波器，将光源产生的光与照射到受光器的光合波而形成光信号；以及处理部，基于合波器所形成的光信号，来计算与物体之间的距离，受光器具有多个受光天线，该多个受光天线在与另一方向对应的方向上排列，在多个受光天线上分别连接有合波器，处理部对多个受光天线分别并行地处理基于合波器所形成的光信号来进行的与物体之间的距离的计算。
据此，由于来自光源的光被扩散透镜扩散，因此能够一次性地对宽的区域照射光。而且，多个受光天线在与光扩散的方向对应的方向上排列，对多个受光天线分别并行地处理来自光源的光与照射到受光天线的光的合波以及与物体之间的距离的计算。因而，能够对外部的空间的宽的区域一次性地测量与存在于外部的空间中的物体之间的距离等，能够以高帧率进行动作。
另外，对各构成要素等附加的带括号的附图标记是表示该构成要素等与后述的实施方式所记载的具体构成要素等的对应关系的一个例子。
附图说明
图1是表示第一实施方式的测距传感器的整体构成的图。
图2是图1所示的基板的剖面图。
图3是第一实施方式的测距传感器的剖面图。
图4是图1所示的光源的剖面图。
图5是表示光信号的频率的变化的图表。
图6是表示在受光天线层叠了滤光片的情形的立体图。
图7是表示第一实施方式的测距传感器的动作的图。
图8是图1所示的受光器的俯视图。
图9是表示以往的测距传感器的动作的图。
图10是表示第二实施方式的测距传感器的整体构成的图。
图11是表示第三实施方式的测距传感器的整体构成的图。
图12是表示第四实施方式的测距传感器的整体构成的图。
图13是表示第五实施方式的测距传感器的整体构成的图。
图14是第六实施方式的测距传感器的剖面图。
图15是第七实施方式的测距传感器的俯视图。
图16是图15的XVI－XVI剖面图。
图17是第八实施方式的测距传感器的俯视图。
图18是第九实施方式的测距传感器的俯视图。
图19是其他实施方式的测距传感器的剖面图。
图20是其他实施方式的测距传感器的剖面图。
具体实施方式
以下，基于图对本公开的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式彼此中，对相互相同或等价的部分赋予相同的附图标记来进行说明。
(第一实施方式)
对第一实施方式进行说明。本实施方式的测距传感器例如被用作车载用的LIDAR，在车外的空间中的相互垂直的两个方向上对规定的范围所包含的区域照射光，检测与车外的物体的距离等。
如图1所示，本实施方式的测距传感器具备LD(激光二极管)1、调制器2、放大器3、分波器4、扫描部5、受光器6、合波器7、转换器8、TIA(跨阻放大器)9、计算部10。这些构成要素通过硅光子形成于基板11，构成光集成芯片。在基板11还形成有传递光信号的光波导12、以及传递电信号的布线13。光波导12相当于信号传递用光波导。
如图2所示，基板11是依次层叠有由Si构成的支承层11a、由SiO2构成的牺牲层11b、由Si构成的活性层11c的SOI(Silicon oninsulator：绝缘体上硅)基板。基板11的表面例如设为一边为10mm的正方形状。
活性层11c通过蚀刻而去除一部分，活性层11c与通过去除活性层11c而露出的牺牲层11b被由SiO2构成的绝缘膜14覆盖。而且，将活性层11c作为芯层，将覆盖活性层11c的牺牲层11b以及绝缘膜14作为包覆层而构成光波导12。另外，布线13包括形成于绝缘膜14的表面的Al等的层。
在本实施方式中，光波导12的芯层由Si构成，包覆层由SiO2构成，但也可以由其他材料构成这些层。另外，优选的是，由从Si、或掺杂了杂质的SiO2、SiN、SiON、LN(LiNbO3)、InP中选择的至少一种材料构成光波导12的芯层。另外，优选的是，由从SiO2、SiN、SiON、LN、InGaAsP中选择的至少一种材料构成包覆层。其中，芯层与包覆层设为不同的材料构成。另外，芯层的折射率比包覆层的折射率高。在这样的构成中，可通过光波导12高效地传递光信号，提高了测距传感器的SNR(Signal Noise Ratio：信噪比)。
另外，如图3所示，测距传感器是具备反射镜15、壳体16、盖17、扩散透镜18、以及聚光透镜19的光学封装。壳体16是一面开口、且在内部形成有空间的长方体状的框体，由陶瓷等构成。基板11以及反射镜15配置于壳体16的内部。壳体16的开口部由盖17封闭，在盖17的外侧配置有扩散透镜18以及聚光透镜19。
对测距传感器的详细的构成进行说明。LD 1产生用于向外部照射的光，相当于光源。在本实施方式中，LD 1设为DFB(Distributed FeedBack：分布反馈)型的激光二极管，在基板11上通过倒装芯片等安装。具体而言，如图1、图4所示，LD 1具备由III－V族半导体构成的活性层1a、以及配置于活性层1a的两侧的p型包覆层1b及n型包覆层1c。另外，LD 1具备n型基板1d，在n型基板1d的一面依次成膜有n型包覆层1c、活性层1a、p型包覆层1b。如图4所示，配置为，在基板11的一部分去除绝缘膜14、活性层11c、以及牺牲层11b的一部分，LD 1在剩余的牺牲层11b上层叠p型包覆层1b。即，在牺牲层11b上，依次层叠有p型包覆层1b、活性层1a、n型包覆层1c、n型基板1d。LD 1通过由III－V族半导体构成，输出变大。
在本实施方式中，LD 1产生的光的波长设为0.85μm以上且0.95μm以下、或1.5μm以上且1.6μm以下。如图1所示，LD 1通过光波导12与调制器2连接，LD 1产生的光信号被输入到调制器2。另外，如图4所示，在LD 1与光波导12之间形成有间隙，LD 1产生的光越过该间隙而进入光波导12。
调制器2对LD 1产生的光的频率进行调制。作为调制器2，例如使用SSB(SingleSide Band)调制器等。具体而言，LD 1产生的光的频率通过调制器2如图5所示那样变化。即，伴随着时间的经过，频率反复增减，表示时间与频率的关系的图表成为三角波。另外，在图5的图表中，实线表示调制器2输出的光信号的频率，单点划线表示从受光器6输入到合波器7的光信号的频率。
如图1所示，调制器2通过光波导12经由放大器3与分波器4连接，频率被调制器2调制后的光信号在被放大器3放大之后，被输入到分波器4。
分波器4包括光波导12分支的耦合器，输入到分波器4的光信号的一部分被输入到扫描部5，其他部分被输入到合波器7。将光波导12中的连接分波器4与扫描部5的部分设为光波导12a，将连接分波器4与合波器7的部分设为光波导12b。
如前述那样，本实施方式的测距传感器在车外的空间中的相互垂直的两个方向上，对规定的范围所包含的区域照射光，检测与车外的物体的距离等。具体而言，测距传感器将车外的空间中的规定的区域在水平方向以及与水平面垂直的方向上分割为多个区域，并计算与分割出来的各区域所包含的物体的距离。以下，将该水平方向以及与水平面垂直的方向分别设为H方向、V方向。
合波器7对应于测距传感器的V方向的分辨率、即上述规定的区域的V方向的分割数而配置有多个。而且，输入到分波器4的光信号经由光波导12b，被分割并输入到多个合波器7。
在本实施方式中，测距传感器的分辨率在H方向上为1500，在V方向上为20。而且，与此相应地，合波器7配置20个，光波导12在分波器4中分支为一条光波导12a与二十条光波导12b。
扫描部5在H方向上扫描所输入的光信号。本实施方式的扫描部5包括OPA(OpticalPhased Array：光学相控阵列)。具体而言，如图1所示，光波导12a在扫描部5分支，若将分支后的光波导12设为光波导12c，则在各光波导12c配置有移相器20。而且，各光波导12c以到达基板11的侧面的方式形成，使得光从在基板11的侧面露出来的光波导12c向基板11的外部射出。光波导12c相当于扫描用光波导。
本实施方式的光波导12a与测距传感器的H方向的分辨率对应地分支为光波导12c，移相器20配置为与光波导12c数量相同。
移相器20根据从未图示的控制电路输入的电信号，使从分波器4输入的光信号的相位变化。通过各光波导12c的光信号的相位通过各移相器20而周期性地变化，由此，从各光波导12c射出的光的相位周期性地变化。并且，从多个光波导12c的整体射出的光的指向性变化，在H方向上扫描光。
如图3所示，基板11以及反射镜15以使从基板11的侧面射出的光向反射镜15照射的方式配置于壳体16的内部。从基板11射出来的光由反射镜15反射，并向盖17照射。盖17由使从基板11射出的光透过的玻璃等构成，照射到盖17的光透过盖17并向扩散透镜18照射。
反射镜15调整从基板11射出来的光的行进方向，以使向扩散透镜18照射的光的行进方向与从聚光透镜19向受光器6照射的光的行进方向平行，相当于方向调整反射镜。在本实施方式中，反射镜15以将向扩散透镜18照射的光的行进方向调整为与基板11的表面垂直的方向的方式配置。
另外，在与基板11的表面垂直的方向中，不仅包含与基板11的表面完全垂直的方向，还包括大致垂直的方向。同样，在与基板11的表面平行的方向中，不仅包括与基板11的表面完全平行的方向，还包括大致平行的方向。
扩散透镜18使所照射的光扩散并形成线束，包括柱面透镜等。本实施方式的扩散透镜18以使照射的光在V方向上扩散的方式配置于盖17的表面。被扩散透镜18扩散后的光向测距传感器的外部照射。然后，由外部的物体反射后的光向聚光透镜19照射。
聚光透镜19配置于盖17的表面。聚光透镜19将从扩散透镜18照射到测距传感器的外部的光的反射光聚光并向受光器6照射，朝向与盖17相反的一侧而成为凸形状。向受光器6照射的光的行进方向通过聚光透镜19而成为与基板11的表面垂直。
从测距传感器的外部照射到聚光透镜19的光经过盖17而向受光器6照射。如图1所示，受光器6具备在V方向上排列的多个受光天线21，通过了盖17的光向各受光天线21照射。受光天线21与测距传感器的V方向的分辨率对应地配置有20个。
受光天线21包括如图6所示的衍射光栅。另外，在图6中，省略了绝缘膜14的图示。该衍射光栅包括向与H方向平行的轴的两侧扩展的扇形状的活性层11c，在成为扇形状的活性层11c上，形成有多个沿着扇形状的圆周的狭缝。另外，构成受光天线21的衍射光栅还可以包括向与V方向平行的轴的两侧扩展的扇形状的活性层11c。
如图6所示，在受光天线21之上层叠有BPF(带通滤光片)22、偏振滤光片23。BPF 22使规定的频带的光通过，并遮挡其他频带的光。BPF 22由折射率高的TiO2膜24与折射率低的SiO2膜25交替地层叠而构成，最下层以及最上层这两方设为TiO2膜24。
偏振滤光片23使向规定的方向偏振的光通过，并遮挡向其他方向偏振的光。偏振滤光片23包括层叠于BPF 22的SiO2膜26及层叠于SiO2膜26的Al的线栅27。
通过BPF 22、偏振滤光片23去除不需要的噪声成分的光，并向受光天线21照射向规定的方向偏振的规定的频带的光。受光天线21通过光波导12与合波器7连接，受光天线21输出的光信号被输入到合波器7。
另外，本实施方式的受光天线21的H方向的宽度比V方向的宽度大。由此，能够在H方向的较宽的范围内接收反射光，因此提高了测距传感器的SNR。
合波器7通过从分波器4输入的光信号与从受光天线21输入的光信号的合波来生成波形，与测距传感器的V方向的分辨率对应地配置有多个。
向各合波器7输入来自分波器4及各受光天线21的光信号。然后，各合波器7输出通过输入的两个光信号的合波而形成的光信号。合波器7通过光波导12与转换器8连接，合波器7形成的光信号被输入到转换器8。
转换器8将输入的光信号转换为电信号。本实施方式的转换器8包括PIN光电二极管，根据输入的光信号来输出电流信号。另外，转换器8还可以包括雪崩光电二极管。
另外，在如本实施方式那样LD 1产生的光的波长为0.85μm以上且0.95μm以下的情况下，通过将转换器8设为由Si半导体构成的光电二极管，能够提高测距传感器的SNR。另外，在LD 1产生的光的波长为1.5μm以上且1.6μm以下的情况下，通过将转换器8设为由Ge半导体构成的光电二极管，能够提高测距传感器的SNR。
如图1所示，转换器8与合波器7同样，与测距传感器的V方向的分辨率对应地配置有多个，从各合波器7向各转换器8输入光信号。转换器8通过布线13与TIA 9连接。TIA 9与转换器8同样，在基板11上配置有多个，各转换器8输出的电流信号被输入到各TIA 9。
TIA 9将从转换器8输入的电流信号转换为电压信号并输出。TIA 9通过布线13与计算部10连接，TIA 9输出的电压信号被输入到计算部10。
这样的受光天线21、合波器7、转换器8、TIA 9能够使用半导体技术的分批工艺(Batch process)，在基板11上分别形成多个。
计算部10处理所输入的电信号，并通过外差(Heterodyne)检波计算与物体的距离等，具备ADC(AD转换器)28、FFT(高速傅立叶变换)电路29、图像化处理电路30。转换器8、TIA9、计算部10相当于处理部。
ADC 28将TIA 9输出的电信号转换为数字信号并输出。FFT电路29对ADC 28输出的数字信号所含的频率成分进行检测。
图像化处理电路30基于由FFT电路29检测出的频率成分来计算与物体的距离以及物体的速度，并形成二维的数据。图像化处理电路30形成的数据被发送至搭载于车辆的未图示的ECU等，在用于避免与物体碰撞的自动制动器等中使用。
以上是本实施方式的测距传感器的构成。另外，LD 1、调制器2、转换器8、TIA 9、计算部10、移相器20通过未图示的布线与外部的控制电路连接，并根据从该控制电路输入的电信号而动作。
对本实施方式的测距传感器的动作进行说明。本实施方式的测距传感器通过利用了激光的相干性的FMCW方式来检测与物体的距离以及物体的速度。
首先，当LD 1产生光时，从LD 1向调制器2输入光信号。调制器2使输入的光信号的频率周期性地增减，形成如图5的实线所示的三角波。在此，调制器2形成以f0为中心在f0－Δf/2至f0+Δf/2之间反复频率的增减的周期T的三角波。调制器2形成的光信号被放大器3放大之后，经由分波器4被输入到扫描部5以及合波器7。
扫描部5通过移相器20使输入的光信号的相位周期性地变化。由此，从基板11的侧面向基板11的外部射出的光的指向性周期性地变化，在H方向上扫描光。从基板11的侧面向基板11的外部射出来的光由反射镜15反射，行进方向成为与基板11的表面垂直的方向，并向盖17以及扩散透镜18照射。
照射到扩散透镜18的光在V方向上扩散，并向车辆的外部照射。此时，由于光在V方向上扩散，因此能够如图7所示那样一次性地向V方向的较宽的范围照射光。
即，若将照射光的区域在H方向上分割为m个、在V方向上分割为n个时的H方向的第i个、V方向的第j个区域设为区域Ri，j，则能够如图7的虚线所示那样一次性地向区域R1、1～R1、n照射光。并且，通过扫描部5在H方向上扫描光，能够一次性地向区域Ri、1～Ri、n照射光。在如本实施方式那样将测距传感器的V方向的分辨率设为20的情况下，能够向区域Ri、1～Ri、20照射光。
照射到车辆的外部的光由车辆的外部的物体反射而向聚光透镜19照射，通过聚光透镜19、盖17、偏振滤光片23、BPF 22向受光天线21照射。如图8所示，由于多个受光天线21在V方向上排列，因此能够一次性地接收由在V方向上排列的多个区域所包含的物体反射后的光。例如，区域R1、1～R1、n所包含的物体的反射光向图8中的区域R1照射，区域Rm、1～Rm、n所包含的物体的反射光向区域R2照射。然后，向多个受光天线21分别照射区域Ri、1～Ri、n所包含的物体的反射光。
照射到受光天线21的光被输入到合波器7，并与从分波器4输入到合波器7的光信号合成。通过由合波器7将两个光信号合波而形成的光信号被转换器8转换为电流信号，进一步被TIA 9转换为电压信号，并被输入到计算部10。
另外，各合波器7、各转换器8、各TIA 9对各受光天线21同时进行光信号的处理等。即，通过多个合波器7，对各区域同时进行来自区域Ri、1～Ri、n的反射光与从分波器4输入的光信号的合波。并且，通过多个转换器8与多个TIA 9，对各区域同时进行合波器7所形成的光信号向电信号的转换。
输入到计算部10的信号由ADC 28转换为数字信号，并被输入到FFT电路29。FFT电路29检测所输入的信号的频率成分，图像化处理电路30基于检测到的频率成分，计算与物体的距离以及物体的速度。
在从受光天线21输入到合波器7的光与从分波器4输入的光之间，根据与物体的距离以及物体的速度，如图5所示那样产生相位以及频率之差。
然后，在由合波器7形成的光信号中，由于进行合成前的两个光信号的相位之差及频率之差而出现两个差频。一方的差频fB1是两个光的频率均增加时的频率之差，另一方的差频fB2是两个光的频率均减少时的频率之差。
由于这两个差频取决于与物体的距离以及物体的速度，因此能够根据两个差频来计算它们。具体而言，若将与物体的距离设为l、物体相对于测距传感器的相对速度设为v、光速设为c，则成为l＝cT(fB1+fB2)/8Δf、v＝c(fB2－fB1)/4f0。
每当扫描部5在H方向上扫描光时，就进行与物体的距离以及物体的速度的计算。即，当向区域Ri、1～Ri、n照射光，并计算与区域Ri、1～Ri、n所包含的物体的距离等时，扫描部5使光的行进方向变化。由此，如图7的箭头A1那样，照射光的区域变化。然后，向区域Ri+1、1～Ri+1、n照射光，并计算与区域Ri+1、1～Ri+1、n所包含的物体的距离等。通过对i＝1～m依次进行这样的动作，来计算与区域R1、1～Rm、n所包含的物体的距离等。若在i＝m时与物体的距离等的计算结束，则测距传感器设为i＝1，并重复同样的动作。
每当i＝m时的与物体的距离等的计算结束时，图像化处理电路30都基于计算出的距离以及速度形成二维的数据，并发送至未图示的ECU等。由此，在距车辆较近的场所存在物体的情况下，用于避免与物体的碰撞的自动制动器等进行工作。
对本实施方式的效果进行说明。如图9所示，以往的测距传感器向由虚线的包围区域、即区域R1、1～Rm、n中的一个区域照射光，如箭头A2、A3那样在H方向以及V方向这两方上扫描光，并依次计算与各区域所包含的物体的距离等。
与此相对，在本实施方式中，由于从基板11射出来的光通过扩散透镜18在V方向上扩散，因此能够一次性向V方向的较宽的范围照射光。另外，多个受光天线21在V方向上排列，而且，与各受光天线21对应地配置有合波器7、转换器8、TIA 9。因此，能够一次性地接收来自V方向的宽的范围的反射光，并行处理来自各受光天线21的信号来计算与物体的距离等。
因而，仅通过H方向的扫描，就能够计算与规定的区域所包含的物体的距离等，并形成二维的数据。由此，能够以高帧率进行测距的动作，能够将测距传感器搭载于以高速移动的车辆等来使用。另外，在仅在H方向上扫描从基板11射出来的光的本实施方式中，与在H方向以及V方向这两方上扫描光的情况相比，容易进行扫描的控制。
另外，在本实施方式中，由于光波导12以到达基板11的侧面的方式形成，因此能够从基板11的侧面高效地射出光。由此，提高了测距传感器的SNR。另外，难以在基板11的侧面形成受光天线21，为了向形成于基板11的表面的受光天线21照射物体的反射光，需要用反射镜反射从基板11的侧面射出来的光与物体的反射光的某一个。在本实施方式中，如上述那样，通过由反射镜15反射射出光，使得射出光的行进方向与基板11的表面垂直。由此，能够向形成于基板11的表面的受光天线21照射物体的反射光，将测距传感器用作LIDAR。
另外，在本实施方式中，由于受光天线21成为在H方向上较长的形状，因此SNR提高，能够进行例如车载用途所要求的100m以上的长距离检测。
另外，在本实施方式中，由于扫描部5形成于基板11，因此与将扫描部5配置于基板11的外部的情况相比，能够使测距传感器小型化。
另外，在本实施方式中，在受光天线21上层叠BPF 22以及偏振滤光片23，从而与将这些滤光片与基板11分开地配置的情况相比，能够使测距传感器小型化。
(第二实施方式)
对第二实施方式进行说明。第二实施方式相对于第一实施方式变更了计算部10的配置，其他与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图10所示，本实施方式的测距传感器具备与基板11不同的基板31。而且，计算部10形成于基板31。另外，基板31可以配置于壳体16的内部，也可以配置于外部。
在基板11以及基板31分别形成有由导电材料构成的焊盘32、焊盘33，焊盘32与焊盘33由接合线34连接。形成于基板11的TIA 9与形成于基板31的计算部10通过焊盘32、焊盘33、接合线34而连接。
在第一实施方式中，形成于基板11的构成要素被分为经由光波导12通过光信号传递信息的光路部、以及经由布线13通过电信号传递信息的电路部。而且，在由光波导12的最小线宽等决定的光路部的工艺规则与包含布线13的电路部的工艺规则大不相同的情况下，有时因工艺规则的差异而增加测距传感器的制造成本。
因此，通过将作为电路部的一部分的计算部10形成于与形成有光路部的基板11不同的基板31，能够抑制因工艺规则的差异而导致的制造成本的增加。另外，在光路部与电路部中成品率存在差异的情况下，通过将它们形成于不同的基板，也能够抑制制造成本的增加。
(第三实施方式)
对第三实施方式进行说明。第三实施方式相对于第二实施方式变更了光源的构成，其他与第二实施方式相同，因此仅对与第二实施方式不同的部分进行说明。
如图11所示，在本实施方式中，产生向外部照射的光的光源包括SOA(半导体光放大器)35极谐振器36。
SOA 35具备由III－V族半导体构成的活性层35a、以及配置于活性层35a的两侧的p型包覆层35b及n型包覆层35c。而且，这些层在基板11上，以p型包覆层35b、活性层35a、n型包覆层35c的顺序通过倒装芯片等层叠。SOA 35由III－V族半导体构成，从而输出变大。作为谐振器36，例如使用双环(double ring)谐振器等。
连接谐振器36与调制器2的光波导12的一部分构成耦合器，包括SOA35及谐振器36的光源产生的光经由该耦合器向调制器2传播。另外，在图11中，示出了作为耦合器而使用了定向耦合器的例子，但也可以使用多模式干扰(MMI：Multimode Interference)耦合器。
在光源包括SOA 35及谐振器36的本实施方式中，通过使谐振器36的谐振器长度变长，能够使SOA 35产生的激光的线宽比由DFB激光构成的LD 1产生的激光的线宽窄。因而，能够提高与物体的距离的检测精度。
(第四实施方式)
对第四实施方式进行说明。第四实施方式相对于第三实施方式变更了扫描部5的构成，其他与第三实施方式相同，因此仅对与第三实施方式不同的部分进行说明。
如图12所示，本实施方式的扫描部5具备多个光开关37。光开关37配置于各光波导12c，具备微加热器38。微加热器38使光波导12c的温度变化，并使通过光波导12c的光信号的频带变化。微加热器38相当于热源。
各光波导12c相对于基板11的侧面以相互不同的角度倾斜，并从各光波导12c以相互不同的角度射出光。在基板11的侧面形成有多个使所照射的光成为平行光的准直透镜39，各光波导12c连接于准直透镜39。通过了光波导12c的光经由准直透镜39向反射镜15照射。
光波导12a与第一实施方式同样，与测距传感器的H方向的分辨率对应地分支为光波导12c，光开关37配置为与光波导12c数量相同。
在这样的构成的本实施方式中，能够从多个光波导12c之中选择供来自分波器4的光信号通过的光波导12c。另外，由于从各光波导12c以相互不同的角度射出光，因此通过依次切换使光信号通过的光波导12c，能够在H方向上扫描向外部照射的光。
在将OPA用作扫描部5的情况下，光信号被分割并从基板11的侧面射出，但在扫描部5中使用光开关37的情况下，光信号不被分割，而从所选择的一个光波导12射出光。因此，分波损失小，与将OPA用作扫描部5的情况相比，光的利用效率高。另外，光的射出角度根据所选择的光波导12c的角度来决定，因此容易掌握光的射出角度。
(第五实施方式)
对第五实施方式进行说明。第五实施方式相对于第三实施方式变更了调制器2的位置及扫描部5的构成，其他与第三实施方式相同，因此仅对与第三实施方式不同的部分进行说明。
如图13所示，本实施方式的调制器2配置于谐振器36的内部，谐振器36通过光波导12与放大器3连接。配置于谐振器36的内部的调制器2通过使谐振器36内的光波导的折射率变化，来使谐振器长度变化，进行频率调制。通过这样配置调制器2，使谐振器长度直接变化，与使用了仅使用单边频带的SSB调制的情况相比，能够高效地传播光。
另外，本实施方式的扫描部5包括MEMS反射镜40。另外，光波导12a到达基板11的侧面，分波器4输出的光信号经由配置于基板11的侧面的准直透镜39向MEMS反射镜40照射。
MEMS反射镜40是通过对依次层叠有由Si构成的支承层、由SiO2构成的牺牲层、由Si构成的活性层而成的SOI基板进行加工而形成的，具备反射光的反射部41、以及对反射部41进行两端支承的梁部42。
MEMS反射镜40例如具备通过压电元件的变形而使梁部42振动的未图示的驱动部，通过利用该驱动部使梁部42共振，使得反射部41绕梁部42的轴摆动。然后，从基板11射出来的光通过由摆动的反射部41反射，行进方向成为与基板11的表面大致垂直，并且在H方向上扫描。MEMS反射镜40相当于摆动反射镜。
在使用MEMS反射镜40的本实施方式中，与使用产生分支损失以及波导损失的OPA、产生波导损失的光开关37的情况相比，能够提高光的利用效率。
另外，在MEMS反射镜40中，能够利用共振实现高速扫描。另外，通过用适当的材料构成反射部41，可获得高的反射率。另外，通过在梁部42设置应变仪等角度传感器，能够掌握光射出的方向。
(第六实施方式)
对第六实施方式进行说明。第六实施方式相对于第一实施方式变更了从基板11射出的光的行进方向的调整方法，其他与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图14所示，本实施方式的基板11的侧面相对于与表面垂直的方向倾斜。具体而言，侧面与表面所成的角设为大致45度。这样的基板11通过利用蚀刻、研磨等去除侧面与背面之间的角部来形成。
另外，在基板11的倾斜的侧面形成有由Al等构成的反射膜43。然后，通过了光波导12c的光由形成于侧面的反射膜43反射，行进方向向与基板11的表面垂直的方向变化，并从基板11的表面射出。
在由这样倾斜的侧面调整光的行进方向的本实施方式中，不需要反射镜15，因此能够进一步使测距传感器小型化。
(第七实施方式)
对第七实施方式进行说明。第七实施方式相对于第一实施方式变更了从基板11射出的光的行进方向的调整方法，其他与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图15、图16所示，在本实施方式中，在光波导12c之后形成有衍射光栅44。然后，通过衍射光栅44，从扫描部5发送的光的行进方向从与基板11的表面平行的方向向相对于基板11的表面倾斜的方向变化，并从基板11的表面射出光。反射镜15以将从基板11的表面射出来的发送光向与基板11的表面垂直的方向反射的方式配置。
在这样的构成的本实施方式中，与加工基板11的侧面的第六实施方式相比，容易制造测距传感器。
(第八实施方式)
对第八实施方式进行说明。第八实施方式相对于第一实施方式变更了受光天线21的构成，其他与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图17所示，在本实施方式中，受光天线21包括在H方向及V方向上排列的多个衍射光栅45。而且，配置有与衍射光栅45对应的数量的合波器7以及转换器8，来自各衍射光栅45的光信号在通过各合波器7与来自分波器4的光信号合成之后，被输入到各转换器8。
由于衍射光栅能够接收的光的角度与衍射光栅的大小处于此消彼长(Trade off)的关系，因此通过减小衍射光栅，能够接收宽的范围的角度的光。因而，在基板11中能够用于受光器6的区域的宽度固定的情况下，通过如本实施方式那样将受光天线21细分化，与不将受光天线21细分化的情况相比，能够接收宽的范围的角度的光。由此，能够提高测距传感器的SNR。
(第九实施方式)
对第九实施方式进行说明。第九实施方式相对于第一实施方式变更了受光天线21的构成，其他与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图18所示，本实施方式的受光天线21包括在相互垂直的两个方向上形成有狭缝的衍射光栅，与两个方向的偏振光对应。在这样的构成中，能够接收向两个方向中的一方偏振的光及向另一方偏振的光这两方，测距传感器的SNR最大提高到约2倍。
(其他实施方式)
另外，本公开并不限定于上述的实施方式，能够进行适当变更。另外，上述各实施方式并不是相互无关，除了明显无法组合的情况之外，能够进行适当组合。另外，在上述各实施方式中，构成实施方式的要素，除了特别明示出是必要要素的情况以及原理上明显被认为是必要要素的情况等之外，并不一定是必要要素，这一点是不言而喻的。另外，在上述各实施方式中，在提及实施方式的构成要素的个数、数值、量、范围等数值的情况下，除了特别明示出是必须的情况以及在原理上明显限定为特定的数的情况等之外，并不限定于该特定的数。另外，在上述各实施方式中，在涉及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况以及原理上限定为特定的形状、位置关系等的情况等之外，并不限定于此形状、位置关系等。
例如，在上述第一实施方式中，由反射镜15反射从基板11射出来的光，使向扩散透镜18照射的光以及向受光天线21照射的光的行进方向均为与基板11的表面垂直的方向。然而，也可以不由反射镜15反射从基板11射出来的光，而使行进方向保持为与基板11的表面平行的方向，经由扩散透镜18等向外部的空间照射。在该情况下，只要通过由未图示的反射镜进一步反射物体的反射光，使得反射光向形成于基板11的表面的受光天线21照射即可。
另外，在上述第一实施方式中，扫描部5在H方向上扫描光，多个受光天线21在基板11上沿V方向排列。然而，扫描部5扫描光的方向以及多个受光天线21排列的方向也可以不与H方向、V方向一致，只要设为与H方向、V方向对应的方向即可。即，只要通过扫描部5的动作在H方向上扫描向测距传感器的外部照射的光即可，只要使得由扩散透镜18扩散后的光的区域Ri，1～Ri，n的反射光向各受光天线21照射即可。另外，也可以是扫描部5在与V方向对应的方向上扫描光，扩散透镜18使光在与H方向对应的方向上扩散。
另外，在上述第六实施方式中，扫描部5还可以包括MEMS反射镜40。即，也可以是，以到达基板11的侧面的方式形成光波导12a，由MEMS反射镜40反射通过光波导12a而从基板11的表面射出来的光，在H方向上扫描向扩散透镜18照射的光。
另外，上述第七实施方式中，也可以是，在光波导12a之后形成衍射光栅44，扫描部5以及方向调整反射镜包括MEMS反射镜40。即，也可以如图19所示那样，由MEMS反射镜40反射经由衍射光栅44从基板11的表面射出来的光，从而在H方向上扫描该光，并且使该光的行进方向为与基板11的表面垂直的方向。
另外，也可以如图20所示那样，通过由反射镜15或MEMS反射镜40反射从基板11的表面射出来的光，使得向扩散透镜18照射的光的行进方向与基板11的表面成为平行。在该情况下，物体的反射光向与基板11的表面平行的方向前进，但通过在基板11的外侧配置反射镜46，并由反射镜46进一步反射物体的反射光，能够使反射光的行进方向与基板11的表面垂直，并向受光天线21照射光。在使两个光的行进方向与基板11的表面平行的构成中，测距传感器的光学设计变得容易。反射镜46相当于受光反射镜。
另外，测距传感器还可以不具备放大器3。另外，由于DFB型的激光二极管具有对产生的光的频率进行调制的功能，因此在光源包括作为DFB型的激光二极管的LD 1的情况下，测距传感器还可以不具备调制器2。通过采用不配置调制器2，而将来自LD 1的光信号直接输入到放大器3、分波器4等的构成，能够使测距传感器小型化。
另外，在上述第六实施方式中，也可以不在基板11的侧面形成反射膜43。另外，在上述第八实施方式中，受光天线21还可以包括在H方向或V方向的任一方上排列的多个衍射光栅45。
另外，在上述第四、第五实施方式中，光源还可以包括LD 1。另外，在上述第六～第九实施方式中，光源还可以包括SOA 35以及谐振器36。另外，在上述第六～第九实施方式中，计算部10还可以形成于基板31。

Claims (27)

1.一种测距传感器，在同一基板(11)上形成有产生光的光源(1、35、36)和被照射所述光源产生的光的反射光的受光器(6)，通过使用了所述光源产生的光以及照射到所述受光器的光的外差检波，检测与外部的空间中的相互垂直的一方向以及另一方向上的规定的区域中所包含的物体之间的距离，所述测距传感器的特征在于，具备：
扫描部(5)，在与所述一方向对应的方向上扫描所述光源产生的光；
扩散透镜(18)，使所述光源产生的光向与所述另一方向对应的方向扩散；
多个合波器(7)，将所述光源产生的光与照射到所述受光器的光合波而形成光信号；以及
处理部(8、9、10)，基于所述合波器所形成的光信号，来计算与物体之间的距离，
所述受光器具有多个受光天线(21)，该多个受光天线(21)在与所述另一方向对应的方向上排列，
在多个所述受光天线上分别连接有所述合波器，
所述处理部对多个所述受光天线分别并行地处理基于所述合波器所形成的光信号来进行的与物体之间的距离的计算。
2.如权利要求1所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备聚光透镜(19)，该聚光透镜(19)将所述光源产生的光的反射光聚光并向所述受光天线照射，
从所述光源向所述扩散透镜照射的光的行进方向被设为与从所述聚光透镜向所述受光天线照射的光的行进方向平行。
3.如权利要求2所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备方向调整反射镜(15)，该方向调整反射镜(15)调整所述光源产生的光的行进方向，以使从所述光源向所述扩散透镜照射的光的行进方向与从所述聚光透镜向所述受光天线照射的光的行进方向平行。
4.如权利要求3所述的测距传感器，其中，
所述方向调整反射镜调整所述光源产生的光的行进方向，以使从所述光源向所述扩散透镜照射的光的行进方向与所述基板的表面垂直。
5.如权利要求3所述的测距传感器，其中，
所述方向调整反射镜调整所述光源产生的光的行进方向，以使从所述光源向所述扩散透镜照射的光的行进方向与所述基板的表面平行。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述扫描部具备多个扫描用光波导(12c)、以及分别配置于多个所述扫描用光波导的移相器(20)，通过使分别从所述扫描用光波导射出的光的相位变化，来使从多个所述扫描用光波导的整体射出的光的指向性变化，在与所述一方向对应的方向上扫描所述光源产生的光。
7.如权利要求1至5中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述扫描部具备多个扫描用光波导(12c)、以及分别配置于多个所述扫描用光波导的热源(38)，通过利用所述热源使所述扫描用光波导的温度变化，来从多个所述扫描用光波导中选择供所述光源产生的光通过的扫描用光波导，在与所述一方向对应的方向上扫描所述光源产生的光。
8.如权利要求1至5中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备摆动反射镜(40)，该摆动反射镜(40)具有反射光的反射部(41)以及对所述反射部进行两端支承的梁部(42)，通过所述梁部的振动使所述反射部摆动，
所述扫描部包括所述摆动反射镜。
9.如权利要求8所述的测距传感器，其中，
所述摆动反射镜将所述光源产生的光的行进方向调整为与所述基板的表面垂直的方向。
10.如权利要求8所述的测距传感器，其中，
所述摆动反射镜将所述光源产生的光的行进方向调整为与所述基板的表面平行的方向。
11.如权利要求5或10所述的测距传感器，其中，
所述光源产生的光的反射光在行进方向被配置于所述基板的外侧的受光反射镜(46)调整为与所述基板的表面垂直的方向之后，向所述受光天线照射。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述光源产生的光从所述基板的侧面射出。
13.如权利要求1至11中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述光源产生的光从所述基板的表面射出。
14.如权利要求13所述的测距传感器，其中，
所述光源产生的光的行进方向被形成于所述基板的衍射光栅(44)调整，并从所述基板的表面射出。
15.如权利要求13所述的测距传感器，其中，
所述基板的侧面相对于与所述基板的表面垂直的方向倾斜，
所述光源产生的光由相对于与所述基板的表面垂直的方向倾斜的侧面反射，并从所述基板的表面射出。
16.如权利要求15所述的测距传感器，其中，
在相对于与所述基板的表面垂直的方向倾斜的侧面形成有反射膜(43)，该反射膜(43)反射所述光源产生光。
17.如权利要求1至16中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备调制器(2)，该调制器(2)形成于所述基板，并对所述光源产生的光的频率进行调制，
所述光源包括激光二极管(1)，该激光二极管(1)具备由III－V族半导体构成的活性层(1a)、以及配置于所述活性层的两侧的p型包覆层(1b)及n型包覆层(1c)。
18.如权利要求1至16中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述光源包括激光二极管(1)，该激光二极管(1)具有对所产生的光的频率进行调制的功能。
19.如权利要求1至16中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备：
半导体光放大器(35)，具有由III－V族半导体构成的活性层(35a)、以及配置于所述活性层的两侧的p型包覆层(35b)及n型包覆层(35c)；以及
谐振器(36)，形成于所述基板，
所述光源包括所述半导体光放大器以及所述谐振器。
20.如权利要求1至19中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述受光天线包括衍射光栅。
21.如权利要求20所述的测距传感器，其中，
多个所述受光天线分别包括多个衍射光栅(45)，该多个衍射光栅(45)在与所述一方向对应的方向、与所述另一方向对应的方向中的某一方向或两个方向上排列。
22.如权利要求20或21所述的测距传感器，其中，
所述受光天线包括衍射光栅，该衍射光栅在两个方向上形成有狭缝。
23.如权利要求1至22中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备在所述受光天线上层叠的带通滤光片(22)以及偏振滤光片(23)。
24.如权利要求1至23中的任一项所述的测距传感器，其中，
在所述基板上形成有用于传递光信号的信号传递用光波导(12)，
所述信号传递用光波导的芯层由从Si或掺杂有杂质的SiO2、SiN、SiON、LN、InP中选择的至少一种材料构成，覆盖所述芯层的包覆层由从SiO2、SiN、SiON、LN、InGaAsP中选择的至少一种材料构成。
25.如权利要求1至24中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备转换器(8)，该转换器(8)将所述合波器形成的光信号转换为电信号，
所述光源产生的光的波长为0.85μm以上且0.95μm以下，
所述转换器是由Si半导体构成的光电二极管。
26.如权利要求1至24中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述测距传感器具备转换器(8)，该转换器(8)将所述合波器形成的光信号转换为电信号，
所述光源产生的光的波长为1.5μm以上且1.6μm以下，
所述转换器是由Ge半导体构成的光电二极管。
27.如权利要求1至26中的任一项所述的测距传感器，其中，
所述处理部的一部分形成于与所述基板不同的基板(31)。
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