JP2019067831A - 光センサ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】対面にある物体及び広範囲の物体を検出し、消費電力、サイズ、及び製造コストを低減させる。【解決手段】光センサ（１）は、複数のＶＣＳＥＬ（１１〜１４）と、複数のＶＣＳＥＬ（１１〜１４）を制御する、複数のスイッチングトランジスタ（Ｔ１〜Ｔ４）と、入力端子（ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２）から入力される信号に基づき、スイッチングトランジスタ（Ｔ１〜Ｔ４）を駆動するための信号を生成する選択回路（１０）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は光センサ及び電子機器に関する。

従来、空間認識を行うために、発光素子を駆動し、反射光量及び反射時間を検出する光センサが広く用いられている。特許文献１には、光送信する電圧信号のレベルに応じて、光送信する光源を駆動する駆動素子をオン／オフする光送信回路が開示されている。

特開２０１５−０７６５８１号公報（２０１５年４月２０日公開）

しかしながら、特許文献１に開示されている光送信回路では、光送信する光源とは別に回路形成する必要がある。例えば、光源を複数用いる場合、複数の光源の各々に対して、接続端子、ワイヤー、及び駆動回路が必要になるので、光送信回路のサイズが大きくなるという問題がある。

本発明の一態様は、対面にある物体及び広範囲の物体を検出し、消費電力、サイズ、及び製造コストを低減させることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサは、複数のＶＣＳＥＬと、複数の前記ＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられ、対応する前記ＶＣＳＥＬを制御する、複数のスイッチングトランジスタと、入力端子から入力される信号に基づき、駆動すべき前記スイッチングトランジスタを選択し、かつ、選択された当該スイッチングトランジスタを駆動するための信号を生成する選択回路とを備える。

本発明の一態様によれば、対面にある物体及び広範囲の物体を検出し、消費電力、サイズ、及び製造コストを低減させることができる。

（ａ）は本発明の実施形態１に係る光センサの構成を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光センサの構成を示す回路図である。 （ａ）は図１に示す光センサの選択回路の構成を示す回路図であり、（ｂ）は図１に示す光センサの断面構造を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態２に係る光センサの構成を示す回路図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光センサの構成を示す模式図である。 （ａ）は本発明の実施形態３に係る光センサの断面構造を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光センサの構成を示す回路図である。 （ａ）は本発明の実施形態４に係る光センサの構成を示す回路図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光センサの変形例の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態５に係る光センサの構成を示す模式図である。

〔実施形態１〕
図１の（ａ）は本発明の実施形態１に係る光センサ１の構成を示す模式図であり、図１の（ｂ）は光センサ１の構成を示す回路図である。図２の（ａ）は光センサ１の選択回路１０の構成を示す回路図であり、図２の（ｂ）は光センサ１の断面構造を示す断面図である。

光センサ１は、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、選択回路１０、ＧａＡｓ基板２０、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザ）１１〜１４、及びスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４を備えている。なお、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４はそれぞれ、ＶＣＳＥＬ１１〜１４と直列接続となるので、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４には電流を駆動する能力が必要となる。このため、図１の（ａ）に示すように、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４のサイズは、ＶＣＳＥＬ１１〜１４のサイズと同等以上である必要がある。

光センサ１は、物体に向けてＶＣＳＥＬ１１〜１４から光を出射し、その物体にて反射した光の受光信号を検出することにより、自身と物体との距離を検出する。光センサ１として、例えば、光量を検出する近接センサ、埃センサ、または光の伝搬時間を測量するＴＯＦ（Time Of Flight）センサが挙げられる。なお、光センサ１を用いた電子機器についても、本実施形態の範疇に入る。

選択回路１０は、図２の（ａ）に示すように、ＡＮＤゲート１１０・１２０・１３０・１４０、及びＮＯＴゲート１５０・１６０・１７０・１８０を備えている。選択回路１０は、絶縁層（図示せず）を介してＧａＡｓ基板２０上に設けられ、入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２と複数のスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４との間に接続される。

ＡＮＤゲート１１０の一方の入力は、入力端子ＣＴＲＬ１と接続されており、ＡＮＤゲート１１０の他方の入力は、入力端子ＣＴＲＬ２と接続されている。ＡＮＤゲート１１０の出力は、スイッチングトランジスタＴ１のベース電極Ｂ１と接続されている。ＡＮＤゲート１２０の一方の入力は、入力端子ＣＴＲＬ１と接続されており、ＡＮＤゲート１２０の他方の入力は、ＮＯＴゲート１５０を介して入力端子ＣＴＲＬ２と接続されている。ＡＮＤゲート１２０の出力は、スイッチングトランジスタＴ２のベース電極Ｂ２と接続されている。

ＡＮＤゲート１３０の一方の入力は、ＮＯＴゲート１６０を介して入力端子ＣＴＲＬ１と接続されており、ＡＮＤゲート１３０の他方の入力は、入力端子ＣＴＲＬ２と接続されている。ＡＮＤゲート１３０の出力は、スイッチングトランジスタＴ３のベース電極Ｂ３と接続されている。ＡＮＤゲート１４０の一方の入力は、ＮＯＴゲート１７０を介して入力端子ＣＴＲＬ１と接続されており、ＡＮＤゲート１４０の他方の入力は、ＮＯＴゲート１８０を介して入力端子ＣＴＲＬ２と接続されている。ＡＮＤゲート１４０の出力は、スイッチングトランジスタＴ４のベース電極Ｂ４と接続されている。

よって、選択回路１０に、図２の（ａ）に示すような一般的なデコーダを形成すれば、以下の表１の真理値表に示すように、光センサ１は、ＶＣＳＥＬ１１〜１４を順次駆動する、または選択して駆動することができる。表１において、入力端子ＣＴＲＬ１の欄の数値は、入力端子ＣＴＲＬ１に入力される信号が１（Ｈｉｇｈ）であるか０（Ｌｏｗ）であるかを示すものである。入力端子ＣＴＲＬ２についても、入力端子ＣＴＲＬ１と同様である。

また、表１において、ＶＣＳＥＬ１１の欄の数値が１であれば、ＶＣＳＥＬ１１がＯＮの状態であることを示し、ＶＣＳＥＬ１１の欄の数値が０であれば、ＶＣＳＥＬ１１がＯＦＦの状態であることを示す。ＶＣＳＥＬ１２〜１４についても、ＶＣＳＥＬ１１と同様である。入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２とスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４との間に、選択回路１０を接続することにより、入力端子の数は、ＶＣＳＥＬの数より少なくなる。

したがって、選択回路１０は、ＶＣＳＥＬ１１〜１４の数より少ない入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２から入力される信号に基づき、駆動すべきＶＣＳＥＬを選択し、かつ、選択されたスイッチングトランジスタを駆動するための信号を生成する。

ＶＣＳＥＬ１１〜１４は、端面発光レーザのように回折することなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と同様に、対面にある物に光を照射する。ＶＣＳＥＬ１１〜１４は、ＧａＡｓ基板２０上に設けられ、複数のスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４の各々と一対一に対応付けられている。ＧａＡｓ基板２０上に複数のＶＣＳＥＬ１１〜１４を設けることにより、広範囲に光を照射することができる。

ＶＣＳＥＬ１１〜１４はそれぞれ、アノード電極Ａ１〜Ａ４及びカソード電極を有する。ＶＣＳＥＬ１１〜１４のカソード電極は共通であり、ＧａＡｓ基板２０である。アノード電極Ａ１〜Ａ４はそれぞれ、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４のエミッタ電極Ｅ１〜Ｅ４と接続され、ＶＣＳＥＬ１１〜１４のカソード電極（ＧａＡｓ基板２０）は、グランド端子ＧＮＤと接続されている。ＶＣＳＥＬ１１〜１４はそれぞれ、アノード電極Ａ１〜Ａ４側に発光部３１〜３４を有する。発光部３１〜３４から光が出射される。

スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４は、絶縁層Ｉ１を介してＧａＡｓ基板２０上に設けられ、入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２から入力される信号によって制御される。入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２には、駆動回路（図示せず）から出力される信号が入力される。この駆動回路は、ＶＣＳＥＬ１１〜１４を駆動させるためのものである。

なお、この駆動回路は、ＧａＡｓ基板２０とは別のＳｉ基板（図示せず）上に設けられていることが好ましい。この駆動回路を安価なＳｉ基板上に設けることにより、高価なＧａＡｓ基板２０を小さくすることができるので、光センサ１の製造コストを低減することができる。

スイッチングトランジスタは、対応するＶＣＳＥＬを制御する。具体的には、スイッチングトランジスタＴ１は、ＶＣＳＥＬ１１を制御し、スイッチングトランジスタＴ２は、ＶＣＳＥＬ１２を制御し、スイッチングトランジスタＴ３は、ＶＣＳＥＬ１３を制御し、スイッチングトランジスタＴ４は、ＶＣＳＥＬ１４を制御する。スイッチングトランジスタがＶＣＳＥＬを制御することとは、スイッチングトランジスタがＶＣＳＥＬのＯＮ／ＯＦＦを制御するということである。

よって、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４によってＶＣＳＥＬ１１〜１４を制御することにより、ＶＣＳＥＬ１１〜１４を順次発光させる、または選択して発光させることができるので、消費電力を低減することができる。

スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４はそれぞれ、ベース電極Ｂ１〜Ｂ４、コレクタ電極Ｃ１〜Ｃ４、及びエミッタ電極Ｅ１〜Ｅ４を有する。コレクタ電極Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ、電源Ｖｃｃと接続されている。

なお、ＧａＡｓ基板２０上には、絶縁層Ｉ１を介してＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Transistor）であるスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４を設けることが可能である。ＨＢＴの構造は、図２の（ｂ）のスイッチングトランジスタＴ１に示すような構造になっている。具体的には、ＨＢＴの構造は、種類の異なる複数の半導体層が接合された構造である。図２の（ｂ）に示すように、エミッタ電極Ｅ１は、アノード電極Ａ１とワイヤーｗ１で接続されている。

ＧａＡｓ基板２０上にＶＣＳＥＬ１１〜１４を設け、ＧａＡｓ基板２０上に絶縁層を介してスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４及び選択回路１０を設ける。また、Ｓｉ基板（図示せず）に、入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２に信号を入力し、ＶＣＳＥＬ１１〜１４を駆動させるための駆動回路を設ける。ＶＣＳＥＬの数をさらに多くしても、入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２とスイッチングトランジスタとの間に選択回路を介することにより、ＶＣＳＥＬ１１〜１４毎に駆動回路を設ける場合と比べて、必要な駆動回路の数を減らすことができる。よって、光センサ１の製造コストを低減することができ、光センサ１のサイズを小さくすることができる。また、駆動回路の数を減らすことができるので、複数のＶＣＳＥＬを安定して制御することができる。

〔実施形態２〕
図３の（ａ）は本発明の実施形態２に係る光センサ１Ａの構成を示す回路図であり、図３の（ｂ）は光センサ１Ａの構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

光センサ１Ａは、光センサ１と比べて、定電流回路４０を備えている点が異なる。定電流回路４０は、駆動端子Ｄ１を介してＶＣＳＥＬ１１〜１４のカソード電極（ＧａＡｓ基板２０）と接続されている。定電流回路４０は、駆動端子Ｄ１を介してＶＣＳＥＬ１１〜１４に駆動電流を供給する。定電流回路４０からＶＣＳＥＬ１１〜１４に供給される駆動電流については、ＶＣＳＥＬ１１〜１４間で駆動電流の大きさに差はない。

また、定電流回路４０は、図３の（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板２５上に設けられている。Ｓｉ基板２５上には、定電流回路４０の他に、受光部５０が設けられている。受光部５０は、ＶＣＳＥＬ１１〜１４それぞれの発光部３１〜３４から出射された光が物体にて反射した光を検出する。ワイヤーｗ２は、ＶＣＳＥＬ１１〜１４のカソード電極（ＧａＡｓ基板２０）と駆動端子Ｄ１との間を接続する。ワイヤーｗ３は、定電流回路４０と駆動端子Ｄ１との間を接続する。

以上により、光センサ１Ａは、ＶＣＳＥＬ１１〜１４に駆動電流を供給する定電流回路４０を備えている。これにより、ＶＣＳＥＬ１１〜１４のうち発光しているＶＣＳＥＬが安定した発光量を維持することができる。ＶＣＳＥＬ１１〜１４はダイオードで形成されており、動作電圧に応じて大幅に発光量が変化するので、定電流回路４０によってＶＣＳＥＬ１１〜１４のうち発光しているＶＣＳＥＬに駆動電流を供給することは効果的である。

また、定電流回路４０の回路規模は大きいので、図３の（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板２０とは別のＳｉ基板２５上に設けることが好ましい。定電流回路４０を安価なＳｉ基板上に設けることにより、高価なＧａＡｓ基板２０を小さくすることができるので、光センサ１Ａの製造コストを低減することができる。さらに、定電流回路４０によってＶＣＳＥＬ１１〜１４を定電流パルスで駆動し、物体にて反射した光の位相遅れを距離に換算することにより広範囲の物体を検出することが可能なＴＯＦセンサを実現することができる。

〔実施形態３〕
図４の（ａ）は、本発明の実施形態３に係る光センサ１Ｂの断面構造を示す断面図であり、図４の（ｂ）は、光センサ１Ｂの構成を示す回路図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

光センサ１Ｂは、図４の（ａ）に示すように、光センサ１と比べて、スイッチングトランジスタＴａ１のコレクタ電極Ｃ５（第２部分）とＶＣＳＥＬ１１ａのアノード電極Ａ５（第１部分）とが一体となっている点が異なっている。

また、光センサ１Ｂは、図４の（ｂ）に示すように、光センサ１と比べて、スイッチングトランジスタＴａ１〜Ｔａ４において、コレクタ電極の位置とエミッタ電極の位置とが逆になっている。つまり、スイッチングトランジスタＴａ１〜Ｔａ４それぞれのエミッタ電極は電源Ｖｃｃと接続され、スイッチングトランジスタＴａ１〜Ｔａ４それぞれのコレクタ電極はＶＣＳＥＬ１１ａ〜１４ａそれぞれのアノード電極と接続される。

スイッチングトランジスタＴａ１・Ｔａ２それぞれのコレクタ電極Ｃ５・Ｃ６及びエミッタ電極Ｅ１・Ｅ２は、Ｐ型半導体で構成され、スイッチングトランジスタＴａ１・Ｔａ２それぞれのベース電極Ｂ１・Ｂ２は、Ｎ型半導体で構成される。また、ＶＣＳＥＬ１１ａ・１２ａそれぞれのアノード電極Ａ５・Ａ６は、Ｐ型半導体で構成され、ＶＣＳＥＬ１１ａ・１２ａそれぞれのカソード電極（ＧａＡｓ基板２０Ａ）は、Ｎ型半導体で構成される。

スイッチングトランジスタＴａ１は、ベース電極Ｂ１、コレクタ電極Ｃ５、及びエミッタ電極Ｅ１を有しており、ＶＣＳＥＬ１１ａは、アノード電極Ａ５及びカソード電極Ｋ１を有している。スイッチングトランジスタＴａ１はＧａＡｓ基板２０Ａ上に設けられ、ＶＣＳＥＬ１１ａは、ＧａＡｓ基板２０Ａ上に設けられている。図４に示すように、コレクタ電極Ｃ５及びアノード電極Ａ５は、互いに一体となることにより、発光部３１から出射される光が通るための開口部を形成する遮光用の金属層となる。

以上により、ＶＣＳＥＬ１１ａの、スイッチングトランジスタＴａ１と電気的に接続するアノード電極Ａ５は、スイッチングトランジスタＴａ１の、ＶＣＳＥＬ１１ａと電気的に接続するコレクタ電極Ｃ５と一体となることにより、アノード電極Ａ５の材料は、コレクタ電極Ｃ５の材料と同一になる。

コレクタ電極Ｃ５とアノード電極Ａ５とが一体となっていることにより、発光部３１の光出射側から見て、光センサ１Ｂの面積を小さくすることができ、光センサ１Ｂのサイズを小さくすることができる。また、光センサ１Ｂのサイズが小さくなるので、光センサ１Ｂの製造コストを低減することができる。

また、スイッチングトランジスタＴａ１とＶＣＳＥＬ１１ａとの接続状態に応じて、スイッチングトランジスタＴａ１のコレクタ電極Ｃ５以外の電極と、ＶＣＳＥＬ１１ａのアノード電極Ａ５以外の電極とが一体となっていてもよい。つまり、ＶＣＳＥＬ１１ａの１つの電極は、スイッチングトランジスタＴａ１の１つの電極と一体となっていてもよい。

なお、他のＶＣＳＥＬ１２ａ〜１４ａについても同様であり、例えば、スイッチングトランジスタＴａ２のコレクタ電極Ｃ６は、ＶＣＳＥＬ１２ａのアノード電極Ａ６と一体となっている。また、発光部の光出射側から見て、ＧａＡｓ基板２０Ａの中央にＶＣＳＥＬが配置され、そのＶＣＳＥＬの周囲にスイッチングトランジスタが配置されることが好ましい。これにより、光センサ１Ｂに応力がかかることで、ＶＣＳＥＬの発光特性にばらつきが発生することを低減することができる。

〔実施形態４〕
図５の（ａ）は本発明の実施形態４に係る光センサ１Ｃの構成を示す回路図であり、図５の（ｂ）は光センサ１Ｄの構成を示す回路図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

光センサ１Ｃは、図５の（ａ）に示すように、光センサ１と比べて、入力端子ＣＴＲＬ１・ＣＴＲＬ２が入力端子ＣＴＲＬに変更されている点、選択回路１０を備えていない点、スイッチングトランジスタＴ５〜Ｔ７を備えている点が異なる。また、光センサ１Ｃは、光センサ１と比べて、選択回路１０Ａ、及び抵抗Ｒ２〜Ｒ４を備えている点が異なる。選択回路１０Ａは、複数の分圧抵抗Ｒ１を有している。

入力端子ＣＴＲＬは、スイッチングトランジスタＴ１のベース電極Ｂ１と接続されており、分圧抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタＴ２・Ｔ５それぞれのベース電極Ｂ２・Ｂ５と接続されている。また、入力端子ＣＴＲＬは、２つの分圧抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタＴ３・Ｔ６それぞれのベース電極Ｂ３・Ｂ６と接続されており、３つの分圧抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタＴ４・Ｔ７それぞれのベース電極Ｂ４・Ｂ７と接続されている。入力端子ＣＴＲＬは、４つの分圧抵抗Ｒ１を介してグランド端子ＧＮＤと接続されている。入力端子ＣＴＲＬの数は、ＶＣＳＥＬ１１〜１４の数より少ない。

スイッチングトランジスタＴ２のベース電極Ｂ２は、スイッチングトランジスタＴ５のベース電極Ｂ５と接続されており、スイッチングトランジスタＴ３のベース電極Ｂ３は、スイッチングトランジスタＴ６のベース電極Ｂ６と接続されている。また、スイッチングトランジスタＴ４のベース電極Ｂ４は、スイッチングトランジスタＴ７のベース電極Ｂ７と接続されている。

スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４それぞれのエミッタ電極Ｅ１〜Ｅ４はそれぞれ、ＶＣＳＥＬ１１〜１４それぞれのアノード電極Ａ１〜Ａ４と接続されている。スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４それぞれのコレクタ電極Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ、抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｃｃと接続されている。

スイッチングトランジスタＴ５〜Ｔ７それぞれのエミッタ電極Ｅ５〜Ｅ７はそれぞれ、抵抗Ｒ４を介してグランド端子ＧＮＤと接続されている。スイッチングトランジスタＴ５〜Ｔ７それぞれのコレクタ電極Ｃ５〜Ｃ７はそれぞれ、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４のコレクタ電極Ｃ１〜Ｃ４それぞれと接続され、抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｃｃと接続されている。全ての分圧抵抗Ｒ１は、互いに同一の抵抗値であることが好ましい。これにより、光センサ１Ｃの製造時において、製造される光センサ１Ｃ毎に分圧抵抗Ｒ１の抵抗値のばらつきが生じることを低減することができる。

スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ７は、絶縁層（図示せず）を介してＧａＡｓ基板（図示せず）上に設けられ、入力端子ＣＴＲＬから入力される信号によって制御される。スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４のベース電極Ｂ１〜Ｂ４の各々の間には、分圧抵抗Ｒ１が接続されている。分圧抵抗Ｒ１は、入力端子ＣＴＲＬから入力される信号の電圧を分圧する。

ＶＣＳＥＬ１１〜１４の各々は、ＧａＡｓ基板上に設けられ、分圧された信号の電圧に応じてスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４の各々によってＯＮされる。ＶＣＳＥＬ１１〜１３の各々は、分圧された信号の電圧に応じてスイッチングトランジスタＴ５〜Ｔ７の各々によってＯＦＦされる。具体的に以下に説明する。

例えば、入力端子ＣＴＲＬから入力される信号の電圧が、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ７の閾値電圧と同一である場合を考える。この場合、スイッチングトランジスタＴ１のベース電極Ｂ１には、スイッチングトランジスタＴ１の閾値電圧と同一の電圧が印加されるので、スイッチングトランジスタＴ１は、ＶＣＳＥＬ１１をＯＮさせる。また、この場合、スイッチングトランジスタＴ２〜Ｔ７のベース電極Ｂ２〜Ｂ７には、スイッチングトランジスタＴ２〜Ｔ７の閾値電圧より小さい電圧が印加されるので、スイッチングトランジスタＴ２〜Ｔ７は動作しない。よって、ＶＣＳＥＬ１１のみがＯＮの状態になり、ＶＣＳＥＬ１２〜１４はＯＦＦの状態になる。

入力端子ＣＴＲＬから分圧抵抗Ｒ１を介してスイッチングトランジスタＴ２・Ｔ５のベース電極Ｂ２・Ｂ５に印加される電圧が、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ７の閾値電圧と同一であるように、入力端子ＣＴＲＬから入力される信号の電圧を設定する場合を考える。この場合、スイッチングトランジスタＴ２・Ｔ５のベース電極Ｂ２・Ｂ５には、スイッチングトランジスタＴ２・Ｔ５の閾値電圧と同一の電圧が印加されるので、スイッチングトランジスタＴ２は、ＶＣＳＥＬ１２をＯＮさせる。

一方、スイッチングトランジスタＴ５は、ＶＣＳＥＬ１１をＯＦＦさせる。また、この場合、スイッチングトランジスタＴ３・Ｔ４・Ｔ６・Ｔ７のベース電極Ｂ３・Ｂ４・Ｂ６・Ｂ７には、スイッチングトランジスタＴ３・Ｔ４・Ｔ６・Ｔ７の閾値電圧より小さい電圧が印加されるので、スイッチングトランジスタＴ３・Ｔ４・Ｔ６・Ｔ７は動作しない。よって、ＶＣＳＥＬ１２のみがＯＮの状態になり、ＶＣＳＥＬ１１・１３・１４はＯＦＦの状態になる。

同様に、入力端子ＣＴＲＬから入力される信号の電圧を上昇させていくことにより、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ３・Ｔ５・Ｔ６を動作させてＶＣＳＥＬ１３のみをＯＮさせることができる。また、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ７を動作させてＶＣＳＥＬ１４のみをＯＮさせることができる。

以上により、選択回路１０Ａは、スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４のベース電極Ｂ１〜Ｂ４の各々の間に接続され、入力端子ＣＴＲＬから入力される信号の電圧を分圧する分圧抵抗Ｒ１を有する。これにより、入力端子ＣＴＲＬに入力される信号の電圧を変更することで、駆動すべきスイッチングトランジスタを選択することができる。よって、入力端子の数を減らすことができるので、光センサ１のサイズを小さくすることができ、かつ、光センサ１の製造コストを削減することができる。また、必要な駆動回路の数を減らすことができるので、光センサの製造コストを低減することができ、光センサのサイズを小さくすることができる。

さらに、入力端子ＣＴＲＬの数を、ＶＣＳＥＬ１１〜１４の数より少なくすることができる。これにより、光センサ１Ｃのサイズを小さくすることができ、光センサ１Ｃの製造コストを低減することができる。また、光センサ１と比べて、入力端子ＣＴＲＬの数をさらに減らすことができる。また、ＶＣＳＥＬ１１〜１４を順次駆動する、または選択して駆動することができるので、消費電力を低減することができる。

（変形例）
光センサ１Ｄは、図５の（ｂ）に示すように、光センサ１Ｃと比べて、定電流回路４０を備えている点が異なる。定電流回路４０は、駆動端子Ｄ１及び抵抗Ｒ３を介してＶＣＳＥＬ１１〜１４のカソード電極（ＧａＡｓ基板）と接続されている。定電流回路４０は、駆動端子Ｄ１及び抵抗Ｒ３を介してＶＣＳＥＬ１１〜１４に駆動電流を供給する。以上により、光センサ１Ｄの構成により、光センサ１Ａの構成による効果、及び光センサ１Ｃの構成による効果の両方を得ることができる。

〔実施形態５〕
図６は、本発明の実施形態５に係る光センサ１Ｅの構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

光センサ１Ｅは、ＧａＡｓ基板２０Ｂ、選択回路１０Ｂ、スイッチングトランジスタアレイＴＡ、ＶＣＳＥＬアレイＶＡ、Ｓｉ基板２５Ａ、受光信号処理回路６０、ＶＣＳＥＬ駆動回路７０、受光素子アレイＳＡ、及びレンズＬ１・Ｌ２を備えている。

ＧａＡｓ基板２０Ｂ上には、絶縁層を介して選択回路１０Ｂ及びスイッチングトランジスタアレイＴＡが設けられ、ＧａＡｓ基板２０Ｂ上にはＶＣＳＥＬアレイＶＡが設けられている。Ｓｉ基板２５Ａ上には、受光信号処理回路６０、ＶＣＳＥＬ駆動回路７０、及び受光素子アレイＳＡが設けられている。

選択回路１０Ｂは、入力端子がＶＣＳＥＬアレイＶＡ内のＶＣＳＥＬの数より少なくなるような構造を有する。選択回路１０Ｂの入力は、ＶＣＳＥＬ駆動回路７０と接続されている。また、選択回路１０Ｂの出力は、スイッチングトランジスタアレイＴＡに設けられた複数のスイッチングトランジスタの各々と接続されている。

スイッチングトランジスタアレイＴＡの複数のスイッチングトランジスタの各々は、ＶＣＳＥＬアレイＶＡの複数のＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられている。具体的には、スイッチングトランジスタアレイＴＡのスイッチングトランジスタは、対応するＶＣＳＥＬを制御する。

ＶＣＳＥＬアレイＶＡには、複数のＶＣＳＥＬが設けられている。ＶＣＳＥＬアレイＶＡの複数のＶＣＳＥＬは、選択回路１０Ｂ、及びスイッチングトランジスタアレイＴＡの複数のスイッチングトランジスタを介して、ＶＣＳＥＬ駆動回路７０によってパルス駆動される。

受光素子アレイＳＡには、複数の受光素子が設けられている。受光素子アレイＳＡの複数の受光素子は、複数のＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられている。具体的には、受光素子アレイＳＡの受光素子は、対応するＶＣＳＥＬから出射された光が物体にて反射した光を検出する。受光素子アレイＳＡの受光素子は、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）であり、検出した光を受光信号に変換し、受光信号を受光信号処理回路６０に供給する。

受光信号処理回路６０は、受光素子アレイＳＡの受光素子から供給された受光信号を処理する。具体的には、受光信号処理回路６０は、ＶＣＳＥＬアレイＶＡのＶＣＳＥＬから出射された光のパルスが物体にて反射した光の位相遅れを処理することにより、光センサ１Ｅから物体までの距離を算出する。受光信号処理回路６０は、その位相遅れを、ＤＬＬ（Delay Locked Loop）回路及び／またはＴＤＣ（Time Digital Converter）回路にて処理する。

レンズＬ１・Ｌ２は、例えば、３枚のレンズから構成されるトリプレットレンズである。レンズＬ１は、ＶＣＳＥＬアレイＶＡの複数のＶＣＳＥＬの光出射側に配置されており、レンズＬ２は、受光素子アレイＳＡの複数の受光素子の受光側に配置されている。レンズＬ１・Ｌ２は、光センサ１Ｅが備える支持部（図示せず）によって支持される。

以上により、ＶＣＳＥＬアレイＶＡの複数のＶＣＳＥＬの光出射側に、トリプレットレンズであるレンズＬ１を配置し、ＶＣＳＥＬから出射された光が物体にて反射した光を、そのＶＣＳＥＬに対応する受光素子が受光する。これにより、光センサ１Ｅと物体との距離を精度よく検出することができる。また、複数のスイッチングトランジスタの各々により複数のＶＣＳＥＬを制御するので、受光素子の受光効率に基づいて、物体の自動追尾を低消費電力で行うことができる。さらに、複数のＶＣＳＥＬの光出射側に、レンズＬ１を配置することで、対面にある物体及び広範囲の物体を検出することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光センサ１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、複数のＶＣＳＥＬ１１、１２、１１ａ、１２ａ、１３、１４と、複数の前記ＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられ、対応する前記ＶＣＳＥＬを制御する、複数のスイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４、Ｔａ１、Ｔａ２と、入力端子ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２、ＣＴＲＬから入力される信号に基づき、駆動すべき前記スイッチングトランジスタを選択し、かつ、選択された当該スイッチングトランジスタを駆動するための信号を生成する選択回路とを備える。

上記の構成によれば、選択回路は、入力端子から入力される信号に基づき、駆動すべきスイッチングトランジスタを選択し、かつ、選択された当該スイッチングトランジスタを駆動するための信号を生成する。また、スイッチングトランジスタは、対応するＶＣＳＥＬを制御する。

これにより、ＶＣＳＥＬの数をさらに多くしても、入力端子とスイッチングトランジスタとの間に選択回路を介することにより、選択回路を介さない場合と比べて、必要な駆動回路の数を減らすことができる。よって、光センサの製造コストを低減することができ、光センサのサイズを小さくすることができる。また、駆動回路の数を減らすことができるので、複数のＶＣＳＥＬを安定して制御することができる。

さらに、スイッチングトランジスタによってＶＣＳＥＬを制御することにより、ＶＣＳＥＬを順次発光させる、または選択して発光させることができるので、消費電力を低減することができる。

本発明の態様２に係る光センサ１Ａ、１Ｄは、上記態様１において、前記ＶＣＳＥＬ１１〜１４に駆動電流を供給する定電流回路４０と、複数の前記ＶＣＳＥＬ、複数の前記スイッチングトランジスタ、及び前記選択回路１０、１０Ａが設けられたＧａＡｓ基板２０と、前記定電流回路が設けられたＳｉ基板２５とをさらに備えてもよい。

上記の構成によれば、光センサは、ＶＣＳＥＬに駆動電流を供給する定電流回路を備えている。これにより、複数のＶＣＳＥＬのうち発光しているＶＣＳＥＬが安定した発光量を維持することができる。ＶＣＳＥＬはダイオードで形成されており、動作電圧に応じて大幅に発光量が変化するので、定電流回路によって複数のＶＣＳＥＬのうち発光しているＶＣＳＥＬに駆動電流を供給することは効果的である。

また、定電流回路は、ＧａＡｓ基板とは別のＳｉ基板上に設けられる。これにより、回路規模が大きい定電流回路を、安価なＳｉ基板上に設けることにより、高価なＧａＡｓ基板を小さくすることができるので、光センサの製造コストを低減することができる。

本発明の態様３に係る光センサ１Ｂは、上記態様１または２において、前記ＶＣＳＥＬ１１ａ、１２ａの、前記スイッチングトランジスタＴａ１、Ｔａ２と電気的に接続する第１部分（アノード電極Ａ５）は、前記スイッチングトランジスタの、前記ＶＣＳＥＬと電気的に接続する第２部分（コレクタ電極Ｃ５）と一体となることにより、前記第１部分の材料は、前記第２部分の材料と同一になってもよい。

上記の構成によれば、ＶＣＳＥＬの、スイッチングトランジスタと電気的に接続する第１部分は、スイッチングトランジスタの、ＶＣＳＥＬと電気的に接続する第２部分と一体となることにより、第１部分の材料は、第２部分の材料と同一になる。これにより、光センサのサイズを小さくすることができる。また、光センサのサイズが小さくなるので、光センサの製造コストを低減することができる。

本発明の態様４に係る光センサ１Ｃ、１Ｄは、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記選択回路１０Ａは、複数の前記スイッチングトランジスタＴ１〜Ｔ４の各々の間に接続され、かつ、前記信号の電圧を分圧する分圧抵抗Ｒ１を有してもよい。

上記の構成によれば、選択回路は、複数のスイッチングトランジスタの各々の間に接続され、かつ、信号の電圧を分圧する分圧抵抗を有する。複数のスイッチングトランジスタの各々の間に分圧抵抗Ｒ１を接続することにより、複数のスイッチングトランジスタの各々に異なる電圧を印加することができる。これにより、入力端子に入力される信号の電圧を変更することで、駆動すべきスイッチングトランジスタを選択することができる。よって、入力端子の数を減らすことができるので、光センサ１のサイズを小さくすることができ、かつ、光センサ１の製造コストを削減することができる。また、必要な駆動回路の数を減らすことができるので、光センサの製造コストを低減することができ、光センサのサイズを小さくすることができる。

本発明の態様５に係る光センサ１Ｅは、上記態様１から４のいずれかにおいて、複数の前記ＶＣＳＥＬの光出射側に配置されるレンズＬ１と、複数の前記ＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられている複数の受光素子とをさらに備え、前記受光素子は、対応する前記ＶＣＳＥＬから出射された光が物体にて反射した光を検出してもよい。

上記の構成によれば、レンズは、複数のＶＣＳＥＬの光出射側に配置される。これにより、対面にある物体及び広範囲の物体を検出することができる。

本発明の態様６に係る電子機器は、上記態様１から５のいずれかにおいて、前記光センサを用いてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 光センサ
１０、１０Ａ、１０Ｂ 選択回路
１１〜１４、１１ａ〜１４ａ ＶＣＳＥＬ
２０、２０Ａ、２０Ｂ ＧａＡｓ基板
２５、２５Ａ Ｓｉ基板
３１〜３４ 発光部
４０ 定電流回路
５０ 受光部
６０ 受光信号処理回路
７０ ＶＣＳＥＬ駆動回路
１１０、１２０、１３０、１４０ ＡＮＤゲート
１５０、１６０、１７０、１８０ ＮＯＴゲート
Ａ１〜Ａ６ アノード電極
Ｂ１〜Ｂ７ ベース電極
Ｃ１〜Ｃ７ コレクタ電極
ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２、ＣＴＲＬ 入力端子
Ｄ１ 駆動端子
Ｅ１〜Ｅ７ エミッタ電極
Ｉ１ 絶縁層
Ｋ１〜Ｋ４ カソード電極
Ｌ１、Ｌ２ レンズ
Ｒ１ 分圧抵抗
Ｒ２〜Ｒ４ 抵抗
Ｔ１〜Ｔ７、Ｔａ１〜Ｔａ４ スイッチングトランジスタ
Ｖｃｃ 電源
ｗ１〜ｗ３ ワイヤー

Claims (6)

1. 複数のＶＣＳＥＬと、
   複数の前記ＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられ、対応する前記ＶＣＳＥＬを制御する、複数のスイッチングトランジスタと、
   入力端子から入力される信号に基づき、駆動すべき前記スイッチングトランジスタを選択し、かつ、選択された当該スイッチングトランジスタを駆動するための信号を生成する選択回路とを備えることを特徴とする光センサ。
2. 前記ＶＣＳＥＬに駆動電流を供給する定電流回路と、
   複数の前記ＶＣＳＥＬ、複数の前記スイッチングトランジスタ、及び前記選択回路が設けられたＧａＡｓ基板と、
   前記定電流回路が設けられたＳｉ基板とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
3. 前記ＶＣＳＥＬの、前記スイッチングトランジスタと電気的に接続する第１部分は、前記スイッチングトランジスタの、前記ＶＣＳＥＬと電気的に接続する第２部分と一体となることにより、
   前記第１部分の材料は、前記第２部分の材料と同一になることを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
4. 前記選択回路は、複数の前記スイッチングトランジスタの各々の間に接続され、かつ、前記信号の電圧を分圧する分圧抵抗を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光センサ。
5. 複数の前記ＶＣＳＥＬの光出射側に配置されるレンズと、
   複数の前記ＶＣＳＥＬの各々と一対一に対応付けられている複数の受光素子とをさらに備え、
   前記受光素子は、対応する前記ＶＣＳＥＬから出射された光が物体にて反射した光を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光センサ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の光センサを用いることを特徴とする電子機器。

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