JP2016188808A - Range sensor and components thereof - Google Patents
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Description
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。 The range sensor irradiates the object with a laser pulse or the like, measures the time until the reflection returns, and measures the distance to the object. By scanning this laser, two-dimensional or three-dimensional recognition including the distance to the object is possible. An object of the present invention is to provide a scanning range sensor that realizes a new measurement method and to provide a new component for realizing it. Generally called Lidar, it is an abbreviation for Light Detection and Ranging.
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。 The present technology relates to a range sensor. A range sensor emits laser light (generally lasers are used, but other light sources are also used), receives reflected light from the object, and measures the time it takes to return Measure the distance to the object. This technique is called TOF (abbreviation of Time of Flight) and is a well-known technique. The scanning range sensor recognizes a two-dimensional or three-dimensional space by sequentially performing a series of operations by projecting light, reflecting from an object, receiving light, and measuring time while changing the direction of light projection. To do.
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。 In recent years, technological development for driving support systems and automatic driving of cars has progressed, and among these, research and development of range sensors are progressing as means for recognizing objects around the car. The prior art documents are listed below.
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。 There are two types of range sensors. There are a method using a mirror and a method of irradiating the entire surface within a target area without using a mirror.
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。 In a range sensor using a mirror, collimated laser light is projected to a measurement range while changing the angle of the mirror. When there is an object in the projected direction, the laser beam is reflected from the object. In order to receive the reflected light, the mirror is directed in the projected direction, the reflected light is guided to the light receiving element, and is detected by the light receiving element. By measuring the time until the reflected light returns, it is possible to know the distance from the flight time of the light to the object. This method is shown in FIG.
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。
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。
FIG. 4 shows a method of diffusing laser light with a lens without using a mirror. The
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。
In the method using a mirror typified by FIG. 3, the laser beam is collimated and irradiated onto the object. Since it is a parallel beam, the intensity of the laser beam received by the object does not change even when it is far away. However, since the reflected laser light reflected from the object is reflected in various directions, the laser light reaching the
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。 The method of diffusing laser light represented by FIG. 4 with a lens has an advantage that there is no mechanical part. Further, since this method can emit laser light on the entire surface, there is an advantage that it is possible to easily acquire three-dimensional information consisting of up / down / left / right and distance. However, since the laser beam is irradiated on the entire upper, lower, left and right surfaces, the laser beam received by each object decreases as the distance to the object increases. Therefore, the distance that this type of range sensor can measure is short. Generally, it is about several tens of meters.
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。 The present invention eliminates the problem of the mechanical part and realizes a long measurement distance.
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。 One laser diode and a light receiving element corresponding to the laser diode have a light projecting / receiving function, and this function is arranged in a matrix in a planar manner. A lens is arranged at the tip of the lens to form a range sensor. Laser light projected from one light projecting / receiving function is projected through a lens. When there is an object in the path, the object is reflected from the path, and a part of the reflected laser light returns to the original light projecting and receiving function according to the principle of “reverse light”. The flight time of light can be measured from the time difference between light projection and light reception. The distance from the flight time to the object can be measured.
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。 In this range sensor, the laser light projected from the lens is parallel light or close to parallel light, so the laser light applied to the object has the same intensity as the conventional range sensor using a mirror. It is. Therefore, the measurable distance is the same as the range sensor using the conventional mirror.
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。 The light projecting / receiving function is arranged in a matrix. By selectively operating these light projecting and receiving functions, laser light can be projected in any direction. Therefore, the object in the direction to be observed can be recognized three-dimensionally.
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。 The range sensor of the present invention can be miniaturized because the measuring distance is long and there is no mechanical part such as a motor. And since it can be comprised with the semiconductor chip which mounts the light projection light reception function which consists of a lens and a semiconductor, manufacture is possible at low cost.
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。 Since there is no mechanical part, it can be used in poor environments such as vibration. By reducing the size, restrictions on the mounting location will be eased and it will be usable in many places. Because it is cheap, it can be used for consumer purposes.
最良の実施形態は、第一の実施例で説明する。 The best mode is described in the first example.
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。 1 and 2 show a first embodiment. FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of a light projecting / receiving component in which the light projecting / receiving function is arranged in a matrix. FIG. 1 shows a range sensor composed of a light projecting / receiving component and a lens.
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。
The
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。
The
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。
Next, the plan view of FIG. 2 will be described. When laser light is projected from the
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。 In this embodiment, six light receiving elements are arranged around one laser diode, and the light receiving elements can be used as a group of adjacent light receiving elements. It is not limited to examples.
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。 FIG. 1 shows a range sensor composed of a light projecting / receiving component and a lens. Further, for the purpose of explanation, an object whose distance is to be measured is shown.
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。
Laser light is projected from point D of the light projecting / receiving
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。 Here, although the light receiving element is arranged around the laser diode, the reflected laser light may return only to the laser diode and may not return to the surrounding light receiving element. This can be dealt with by appropriately selecting the focal length of the range sensor.
図5は、第二の実施例で、投光受光部品の平面図である。 FIG. 5 is a plan view of a light projecting / receiving component in the second embodiment.
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。
When the light is emitted from the laser diode 501, the light is received by the light receiving
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。
In addition, there is a method of activating a wide range of light receiving elements such as the light receiving
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。 6 and 7 show the timing of projecting and receiving laser light in the third embodiment.
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。
FIG. 6 shows a
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。 A laser light pulse is projected at 0 ns (t0). Since the pulse width is 10 ns, the projection is finished at 10 ns (t1). Thereafter, the light receiving element is activated in 20 ns (t2). At the time of 50 ns (t3), the light receiving element receives the reflected laser beam. The range sensor measures distance from a flight time of 50 ns. That is, since the speed of light is 0.3 meters / 1 ns, the flight distance is 15 meters. Since this is a round-trip distance, the distance to the object can be recognized as half that of 7.5 meters.
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。
FIG. 7 shows a
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。 The light receiving element is activated at 0 ns (t0). Laser light is projected at 10 ns (t1). Since the distance to the object is 0.9 meters, the round-trip flight time is 6 ns, and reflected light comes at 16 ns (t2). At this time, the laser diode is being projected. Since it is next to the light receiving element, it directly receives strong laser light emitted by the laser diode, and therefore the light receiving element cannot distinguish between direct laser light from the laser diode and reflected laser light.
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。 FIG. 8 shows a fourth embodiment, which provides a method for measuring the flight time of laser light.
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。 FIG. 8 is a timing diagram of light projection and light reception in the light projecting / receiving component. See also FIG.
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。 Consider the method of measuring the flight time in FIG. Here, it takes time until a light emitting instruction is issued from a control circuit not shown and light is emitted. In addition, it takes time until light is received and taken out as an electrical signal. In actual measurement, it is necessary to correct these times. Such correction is troublesome, and there are problems such as lowering the accuracy of measurement time. The fourth embodiment is intended to solve this problem.
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
Please refer to FIG. Here, the light is emitted from the
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。
This operation will be described with reference to FIG. First, the
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。 The advantage of this method is that it is not necessary to take into account the time from the laser diode to the light projection and the time from the light reception of the light receiving element to the electric signal in the measurement of the flight time of the laser light. At the same time as the design becomes simple, the variation between parts can be eliminated, so the measurement accuracy is improved.
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。 This time, in order to know the light projection time, a light receiving element not used at that time was used, but a dedicated light receiving element may be provided. Since the intensity of the laser beam received at the time of light projection is stronger than the reflected light, it is possible to take special measures for receiving this laser beam.
図9で第七の実施例を説明する。 A seventh embodiment will be described with reference to FIG.
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。
Each diode on the laser diode matrix needs to emit light selectively. FIG. 9 shows a method for realizing this. Laser diodes are arranged in a matrix, and anodes are connected to common
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。 Here, for the sake of explanation, voltage is shown. However, when light is emitted in the forward direction of the diode, the internal resistance of the diode is low.
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。 10 and 11 show a sixth embodiment. 2 shows a second method of driving individual laser diodes on a light emitting chip. FIG. 10 shows the structure, and FIG. 11 shows the circuit.
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。
The laser diode is generally made of a compound semiconductor, and the drive circuit is generally made of silicon. Therefore, separately, as shown in FIG. 10, the
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。
A circuit of the driving circuit is shown in FIG. There are a plurality of
図12は第七の実施例である。 FIG. 12 shows a seventh embodiment.
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。
As shown in FIG. 12, the laser
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。 FIG. 13 shows an eighth embodiment. In the eighth embodiment, in order to measure an object at a short distance, a function of projecting a laser beam for a short distance is added.
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。
FIG. 13 shows a
図14は第九の実施例である。 FIG. 14 shows a ninth embodiment.
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。 In the method shown in the first embodiment, the area of each laser diode is limited, and the output of the laser diode is also limited. The ninth embodiment shows a method for projecting strong laser light.
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。
An embodiment will be described with reference to FIG. A
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。 In this embodiment, since there is no size restriction on the laser diode, it is possible to project a strong laser beam, so that there is an advantage that even a far object can be measured.
図15は、第十の実施例である。 FIG. 15 shows a tenth embodiment.
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。
The projector 1501 includes a
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。
The laser light projected from the point E of the light projecting element reaches the
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。 Here, the projector and the light receiver have been described as having the same shape, but need not necessarily have the same shape. It is only necessary that the path of the laser beam for projection and reception is the same depending on the selection of the lens.
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。
In the conventional example, the
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。
Since the laser projection according to the invention is parallel light or near parallel light, the laser light reaching a far object is strong and the measurement distance is long. In addition, there are no mechanical parts and vibration resistance.
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。 This technology can recognize the position and outline of a surrounding object three-dimensionally. And since there are no movable parts, it is strong in vibration, small in volume, light and low power.
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。 Possible applications include mounting on a car, recognizing objects around the car, and preventing collisions. Cars are vibrant and large sensors can affect the car design, thus avoiding these problems.
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。 As a second application, it can be installed in a drone. The drone flies while recognizing the surrounding environment. The light range sensor according to the present invention is suitable for a flying drone.
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。 The third application is considered to be deployed in factories. Factories often have many mechanical facilities and vibration, and the installation location is often limited. A small range sensor that is resistant to vibration and suitable for such a place is suitable.
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。 As a fourth use, it can be considered to be used in consumer life. The range sensor of the present invention has a small number of parts, and the cost of semiconductors is reduced due to the mass production effect. It is also used in the consumer sector, where low-cost demands are strong.
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
DESCRIPTION OF
311-316
323-326
401
501 Laser diode 511-522
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