JP2019095218A

JP2019095218A - 測距センサ

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Publication number: JP2019095218A
Application number: JP2017222194A
Authority: JP
Inventors: 友貴種村; Tomoki Tanemura; 浩市大山; Koichi Oyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: CN109799510A; CN109799510B; JP7039948B2; US11353561B2; US20190154810A1

Abstract

【課題】体格の大型化を抑制しながら光の照射範囲を広角化することが可能な測距センサを提供する。【解決手段】測距センサは、光源１と、光源１が発生させた光を光源１の外部へ出射する複数の出射部２と、出射部２から出射された光をミラーで反射するとともにミラーを振動させることにより、該光を走査する走査部と、該光の物体での反射光を受信する受光部４と、受光部４が受信した光に基づいて物体との距離を測定する処理部５と、を備え、複数の出射部２からの出射光が互いに異なる方向からミラーに入射することで、走査部によって複数の出射部２からの出射光が互いに異なる範囲で走査される構成とされており、光源１は、半導体基板６に配置された半導体光増幅器７、および、半導体基板６に形成されたシリコンフォトニクス回路を有する共振器８で構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、測距センサに関するものである。

近年、レーザを用いて物体との距離等を検出するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）が提案されており、車載用のＬＩＤＡＲで広角化が要求されている。

例えば特許文献１では、光ファイバを備える２つの光源が発生させた光を２方向からミラーに照射することで、ミラーで反射した２つの光ビームが互いに異なる範囲に照射される測距センサが提案されている。この測距センサでは、可動域が制限された１つのミラーに対して、通常の約２倍の広さの範囲に光を照射することができる。

特表２００４−５１７３５２号公報

車載用のＬＩＤＡＲでは搭載場所の自由度が重要であるため、小型かつ広角のＬＩＤＡＲが必要とされている。しかしながら、ミラーに２方向から光を照射するために、特許文献１に記載のように光ファイバを備える光源を２つ用意し、あるいは、光源からの光を伝達するファイバを分岐させると、光学系の体格及び製造コストが増加する。

本発明は上記点に鑑みて、体格の大型化を抑制しながら光の照射範囲を広角化することが可能な測距センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、光の送受信により物体との距離を測定する測距センサであって、光源（１）と、光源が発生させた光を光源の外部へ出射する複数の出射部（２）と、出射部から出射された光をミラー（２３）で反射するとともにミラーを振動させることにより、該光を走査する走査部（３）と、該光の物体での反射光を受信する受光部（４）と、受光部が受信した光に基づいて物体との距離を測定する処理部（５）と、を備え、複数の出射部からの出射光が互いに異なる方向からミラーに入射することで、走査部によって複数の出射部からの出射光が互いに異なる範囲で走査される構成とされており、光源は、半導体基板（６）に配置された半導体光増幅器（７）、および、半導体基板に形成されたシリコンフォトニクス回路を有する共振器（８）で構成されている。

これによれば、光源が、半導体光増幅器、および、シリコンフォトニクス回路を有する共振器で構成されているため、光源を単一基板に形成することが可能となり、光源の体格を小さくすることができる。そのため、ミラーに複数の方向から光を照射して光の照射範囲を広角化する構成としても測距センサの体格の大型化を抑制することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる測距センサの構成を示す図である。第１実施形態にかかる測距センサの構成を示す平面図である。図２に示す半導体基板の断面図である。図２に示す半導体基板およびチップの断面図である。２つの光源の発光時間および受光部が光を受信する時間を示す図である。２つの光源が発生させた光の走査範囲を示す図である。第２実施形態にかかる測距センサの平面図である。第３実施形態における出射光の周波数を示す図である。第４実施形態における出射光および受信光の偏光方向を示す図である。第４実施形態にかかる測距センサの構成を示す図である。第５実施形態における出射光および受信光のモードを示す図である。出射光のモードを制御する方法について説明するための図である。受信光のモードを識別する方法について説明するための図である。第６実施形態にかかる測距センサの平面図である。第７実施形態にかかる測距センサの平面図である。第８実施形態にかかる測距センサの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の測距センサは、車両に搭載され、光の送受信により車両と物体との距離を測定するものである。ここでは、送信光と受信光とを合成してこれらの周波数差を調べるヘテロダイン検波によって物体との距離を算出するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave：周波数変調連続波）方式の測距センサについて説明する。

図１、図２に示すように、測距センサは、光源１と、光源１が発生させた光を光源１の外部へ出射する出射部２と、出射部２から出射された光を走査する走査部３とを備える。また、測距センサは、外部からの光を受信する受光部４と、受光部４が受信した光に基づいて物体との距離を測定する処理部５とを備えている。

図２に示すように、光源１は、半導体基板６に配置されたＳＯＡ（半導体光増幅器）７、および、半導体基板６に形成されたシリコンフォトニクス回路を有する共振器８で構成されている。本実施形態の測距センサは、光源１を２つ備えている。すなわち、測距センサは、ＳＯＡ７と、共振器８とを、それぞれ２つ備えている。

図３に示すように、半導体基板６は、Ｓｉで構成された支持層９、ＳｉＯ_２で構成された犠牲層１０、Ｓｉで構成された活性層１１が順に積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板とされている。

活性層１１はエッチングにより一部が除去されており、活性層１１と、活性層１１が除去されることによって露出した犠牲層１０は、ＳｉＯ_２で構成された絶縁膜１２に覆われている。そして、活性層１１をコア層とし、活性層１１の周りの犠牲層１０および絶縁膜１２をクラッド層として、光導波路１３が構成されている。光導波路１３は、基板側光導波路に相当する。

また、絶縁膜１２の表面には、Ａｌ等で構成された配線１４が形成されている。配線１４は、処理部５が備える複数の構成要素を互いに接続し、また、測距センサを図示しない電源等に接続するためのものである。

本実施形態では、光導波路１３のコア層がＳｉで構成され、クラッド層がＳｉＯ_２で構成されているが、これらの層を他の材料で構成してもよい。なお、Ｓｉ、または、不純物がドープされたＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＬＮ、ＩｎＰから選択された少なくとも１つの材料で光導波路１３のコア層を構成することが好ましい。また、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＬＮ、ＩｎＧａＡｓＰから選択された少なくとも１つの材料でクラッド層を構成することが好ましい。ただし、コア層とクラッド層は、異なる材料構成とされる。

図２に示すように、測距センサは、ＳＯＡ７が形成されたチップ１５を２つ備えている。図４に示すように、チップ１５は、基板１６に、クラッド層１７、コア層１８、クラッド層１９が順に積層された構成とされており、クラッド層１９が下になるように、半導体基板６上に配置されている。

コア層１８は、エッチングにより一部が除去されており、コア層１８と、コア層１８が除去されることによって露出したクラッド層１７は、クラッド層１９に覆われている。これにより、図２に示すようにチップ１５の一端と他端とを連結する形状の光導波路２０が形成されている。光導波路２０は、チップ側光導波路に相当する。コア層１８は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ等のIII−V族半導体で構成される。

図４に示すように、半導体基板６の端部において、活性層１１と、犠牲層１０と、支持層９の一部とが除去されている。そして、残された支持層９の上にクラッド層１９が積層されており、活性層１１の端面はコア層１８の端面に対向している。これにより、光導波路１３から出射された光が光導波路２０に入射し、また、光導波路２０から出射された光が光導波路１３に入射する。

図２に示すように、共振器８は、光導波路１３によって構成されたリング共振器とされている。ＳＯＡ７が発生させた光の一部は、共振器８によって波長および周波数帯域が調整された後、光導波路１３から出射し、チップ１５の光導波路２０に入射してＳＯＡ７に戻る。そして、他の一部は、共振器８によって波長および周波数帯域が調整された後、受光部４が出力した光信号と合波されてから処理部５に入力される。

共振器８からＳＯＡ７に戻った光は、光導波路２０のうち光導波路１３とは反対側の端部で構成された出射部２から、チップ１５の外部へ出射される。出射部２から出射された光は、図１の実線矢印で示すように、固定ミラー２１およびハーフミラー２２で反射した後、走査部３が備えるスキャンミラー２３に入射する。

前述したように、本実施形態の測距センサはＳＯＡ７が形成されたチップ１５、および共振器８をそれぞれ２つ備えており、各ＳＯＡ７が発生させた光の一部は、各共振器８からＳＯＡ７に戻った後、各チップ１５に形成された出射部２から出射される。

すなわち、本実施形態では、光源１および出射部２が２つ配置されており、一方の光源１が発生させた光が一方の出射部２から出射され、他方の光源１が発生させた光が他方の出射部２から出射される。そして、図２に示すように、２つの光導波路２０は、出射部２を構成する部分において、一方が他方に対して傾斜するように形成されており、一方の出射部２からの出射光は、他方の出射部２からの出射光に対して傾斜した状態で固定ミラー２１に入射する。これにより、２つの出射光が互いに異なる方向からスキャンミラー２３に入射する。

また、本実施形態では、２つの出射部２のうちの一方から出射される光と、他方から出射される光とで、発光時間が異なる。すなわち、２つの光源１をそれぞれ光源１ａ、１ｂとすると、図５に示すように、光源１ａと光源１ｂが交互に光を発生させる。これにより、受光部４は、光源１ａが発生させた光の反射光と、光源１ｂが発生させた光の反射光とを、交互に受信する。

本実施形態では、光源１ａ、１ｂは、発生させる光の周波数を時間によって変化させる。例えば、光源１ａが発生させる光の周波数の波形は、ｆ_Ａ０とｆ_Ａ１との間で増減を繰り返す三角波とされ、光源１ｂが発生させる光の周波数の波形は、ｆ_Ｂ０とｆ_Ｂ１との間で増減を繰り返す三角波とされる。光源１ａ、１ｂの１回の発光時間は、例えば三角波の１周期分とされる。

走査部３は、スキャンミラー２３と、図示しない駆動部とを備えており、出射部２から出射された光をスキャンミラー２３で反射するとともに、スキャンミラー２３を図示しない駆動部によって振動させることにより、該光を走査する。

スキャンミラー２３としては、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーや、コイルが取り付けられて電磁石で動くボイスコイルミラー等が用いられる。振動するスキャンミラー２３が光を反射することにより、２次元スキャンまたは１次元ラインスキャンが行われる。

前述したように、２つの出射部２からの光が互いに異なる方向からスキャンミラー２３に入射するようになっており、これにより、一方の出射部２からの出射光が、他方の出射部２からの出射光とは異なる範囲で走査される。

光源１ａ、１ｂが発生させた光の走査範囲をそれぞれ走査範囲Ｒａ、Ｒｂとすると、走査範囲Ｒａ、Ｒｂは、例えば図６に示すように矩形状の範囲とされる。図６では走査範囲Ｒａ、Ｒｂの一部が重なっているが、他の部分では走査範囲Ｒａ、Ｒｂが分かれており、走査範囲Ｒａ、Ｒｂのいずれか一方のみで走査する場合に比べて、全体での走査範囲が広くなっている。なお、図６では、固定ミラー２１、ハーフミラー２２等の図示を省略している。

走査範囲Ｒａ、Ｒｂ内の物体で反射した光は、図１の破線矢印で示すように、スキャンミラー２３に入射した後、ハーフミラー２２を通過し、固定ミラー２４で反射して、受光部４に入射する。

受光部４は、例えば光導波路１３によって構成された回折格子とされている。図２に示すように、受光部４に接続された光導波路１３と、共振器８に接続された光導波路１３は、途中で合流して合波器２５を形成しており、受光部４および共振器８からの光信号は、合波器２５によって合波されて処理部５に入力される。

処理部５は、ＰＤ（フォトダイオード）２６、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）２７、算出部２８を備えている。本実施形態の処理部５は、物体との距離および物体の速度をＦＭＣＷ方式で測定する。

ＰＤ２６は、入力された光信号を電気信号に変換するものである。ＰＤ２６は光導波路１３によって合波器２５に接続されており、合波器２５が形成した光信号は、ＰＤ２６に入力される。

ＰＤ２６は、例えばＰＩＮフォトダイオードで構成されており、入力された光信号に応じて電流信号を出力する。なお、ＰＤ２６をアバランシェフォトダイオードで構成してもよい。ＰＤ２６は、配線１４によってＴＩＡ２７に接続されており、ＰＤ２６が出力する電流信号は、ＴＩＡ２７に入力される。

ＴＩＡ２７は、ＰＤ２６から入力された電流信号を電圧信号に変換して出力する。ＴＩＡ２７は配線１４によって算出部２８に接続されており、ＴＩＡ２７が出力する電圧信号は、算出部２８に入力される。

算出部２８は、入力された電気信号を処理し、ヘテロダイン検波により物体との距離等を算出するものである。具体的には、算出部２８は、ＴＩＡ２７が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に含まれる周波数成分をＦＦＴによって検出し、この周波数成分に基づいて物体との距離および物体の速度を算出する。

算出部２８は、測距用の光を出射した出射部２を識別するとともに、スキャンミラー２３の角度を取得し、これらに基づいて物体の方向を検出する。そして、算出部２８は、物体との距離等の算出結果と、物体の方向の検出結果とを用いて、走査部３が２次元スキャンを行っている場合には２次元のデータを形成し、走査部３が１次元ラインスキャンを行っている場合には１次元のデータを形成する。算出部２８が形成したデータは、車両に搭載された図示しないＥＣＵ等に送信され、物体との衝突を回避するための自動ブレーキ等に用いられる。

図２に示すように、本実施形態の測距センサは処理部５を２つ備えており、２つの処理部５は、光導波路１３、合波器２５を介して、光源１ａ、１ｂにそれぞれ接続されている。光源１ａ、１ｂに接続された処理部５をそれぞれ処理部５ａ、５ｂとする。

また、測距センサは受光部４を２つ備えており、処理部５ａ、５ｂは、光導波路１３、合波器２５を介して、それぞれ受光部４に接続されている。処理部５ａ、５ｂに接続された受光部４をそれぞれ受光部４ａ、４ｂとする。

そして、各処理部５は、受光部４が光を受信した時間によって、該光を出射した出射部２を識別する。具体的には、処理部５ａの算出部２８は、光源１ａが発光している間にＰＤ２６に入力された光信号から、受光部４が受信した光と、光源１ａが発生させた光とのビート周波数を検出し、このビート周波数に基づいて物体との距離および物体の速度を算出する。また、処理部５ｂの算出部２８は、光源１ｂが発光している間にＰＤ２６に入力された光信号から、受光部４が受信した光と、光源１ｂが発生させた光とのビート周波数を検出し、このビート周波数に基づいて物体との距離および物体の速度を算出する。

以上が本実施形態の測距センサの構成である。なお、ＳＯＡ７、ＰＤ２６、ＴＩＡ２７、算出部２８は、図示しない配線によって外部の制御回路に接続されており、この制御回路から入力される電気信号に応じて作動する。

本実施形態の測距センサの作動について説明する。光源１のＳＯＡ７が光を発生させると、ＳＯＡ７から共振器８に光信号が入力される。共振器８は、入力された光信号の波長および帯域を調整して、ＳＯＡ７およびＰＤ２６に向けて出力する。共振器８からＳＯＡ７に戻った光は、光導波路２０で構成された出射部２から出射され、固定ミラー２１、ハーフミラー２２、スキャンミラー２３で反射して、車両の外部に照射される。

このとき、外部から入力される電気信号に応じて、光源１ａ、１ｂは交互に光を発生させる。また、光源１ａ、１ｂが発生させた光は、互いに異なる方向からスキャンミラー２３に照射され、これら２つの光は互いに異なる範囲に走査される。

車両の外部に照射された光は、車両の外部の物体で反射して、スキャンミラー２３に入射する。そして、反射光は、ハーフミラー２２を通過し、固定ミラー２４で反射して、２つの受光部４に入射する。

受光部４が受信した光は、合波器２５によって、共振器８からの光と合成される。これにより形成された光信号は、ＰＤ２６によって電流信号に変換され、さらにＴＩＡ２７によって電圧信号に変換されて、算出部２８に入力される。

算出部２８は、入力された信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号の周波数成分をＦＦＴにより検出し、検出した周波数成分に基づいて、物体との距離および物体の速度を算出する。

なお、処理部５ａの算出部２８は、光源１ａの発光時間において検出されたビート周波数に基づいて物体との距離等を算出し、処理部５ｂの算出部２８は、光源１ｂの発光時間において検出されたビート周波数に基づいて物体との距離等を算出する。

算出部２８は、算出結果を図示しないＥＣＵ等に送信する。そして、所定距離以内に物体がある場合には、物体との衝突を回避するための自動ブレーキ等が作動する。

本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、光源１が、ＳＯＡ７、および、シリコンフォトニクス回路を有する共振器８で構成されており、１つの半導体基板６上にＳＯＡ７および共振器８が配置されているため、光源１の体格が小さい。したがって、スキャンミラー２３に２方向から光を照射する構成としても測距センサの体格の大型化を抑制することができる。

また、光源が発生させた光の一部をＰＤへ入力するＦＭＣＷ方式のＬＩＤＡＲでは、光源が増えるとシステムが複雑になる。これに対して、本実施形態のように、ヘテロダイン検波の参照光と信号光を合波する回路をシリコンフォトニクス技術によって１つの半導体基板６上に形成することにより、システムの複雑化による測距センサの大型化を抑制することができる。

また、２つの出射部２からの出射光が、互いに異なる方向からスキャンミラー２３に入射することにより、互いに異なる範囲で走査される。したがって、片方の出射光のみを走査する場合に比べて、光の照射範囲を広角化することができる。

また、光源１、受光器４、処理部５等を１つの半導体基板６上に配置しているため、これらを別の基板上に配置する場合に比べて、測距センサの製造が容易である。

また、光源１ａ、１ｂとで発光時間が異なるため、物体との距離等を測定する際に、測定用の光を出射した出射部２を識別することができる。これにより、物体の方向を正しく検出することができる。

なお、固定ミラー２１を２つ配置し、２つの固定ミラー２１の角度によって光源１ａ、１ｂからの光が互いに異なる方向からスキャンミラー２３に入射するようにしてもよい。しかしながら、本実施形態のように出射部２を構成する光導波路２０の角度でスキャンミラーへの入射方向を調整することで、部品点数が減り、測距センサの製造コストを低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してチップ１５の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、本実施形態の測距センサは、２つのＳＯＡ７が形成されたチップ１５を備えており、２つの出射部２は、チップ１５に形成された２つの光導波路２０で構成されている。なお、図７では、受光部４、処理部５等の図示を省略している。

このように、２つのＳＯＡ７を１つのチップ１５に形成することにより、部品点数が減り、測距センサの小型化が可能となる。また、測距センサの製造がさらに容易になる。また、測距センサの製造コストをさらに低減することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して光源を識別する方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、２つの出射部２のうちの一方から出射される光と、他方から出射される光とで、周波数が異なる。例えば、ｆ_Ａ０、ｆ_Ａ１とｆ_Ｂ０、ｆ_Ｂ１との間にＴＨｚオーダの差が設けられている。

このように周波数の差を設けると、処理部５ａでは、次のようにビートが検出される。すなわち、光源１ａが発生させた光が受光部４ａに入射すると、図８の矢印Ａ、Ｂで示すように、ヘテロダイン検波においてＧＨｚオーダ以下のビート、例えば１ＧＨｚ程度のビートが検出される。一方、光源１ｂが発生させた光が受光部４ａに入射すると、ビート周波数はＴＨｚオーダとなり、この周波数の光は通常ＰＤ２６では検知されないため、処理部５ａでは、ビート周波数が検出されない。

処理部５ｂでは、次のようにビートが検出される。すなわち、光源１ｂが発生させた光が受光部４ｂに入射すると、図８の矢印Ｃ、Ｄで示すように、ヘテロダイン検波においてＧＨｚオーダ以下のビート、例えば１ＧＨｚ程度のビートが検出される。一方、光源１ａが発生させた光が受光部４ｂに入射すると、ビート周波数はＴＨｚオーダとなり、この周波数の光は通常ＰＤ２６では検知されないため、処理部５ｂでは、ビート周波数が検出されない。

このように、光源１ａ、１ｂが発生させる光に周波数の差を設けることで、処理部５において、ビートが検出されたか否かによって、２つの出射部２から出射された光の反射光を識別することができる。したがって、光源１ａと光源１ｂが同時に発光しても物体を検知することが可能となり、フレームレートが向上する。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して光源を識別する方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、２つの出射部２のうちの一方から出射される光と、他方から出射される光とで、偏光方向が異なる。具体的には、光源１ａが発生させて一方の出射部２から出射される光は、ＴＥ波（Transverse Electric Wave）とされており、光源１ｂが発生させて他方の出射部２から出射される光は、ＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）とされている。そして、図９に示すように、光源１ａ、１ｂは同時に光を発生させ、受光部４には、各光源１が発生させた光の反射光が同時に入射する。

また、図１０に示すように、受光部４は、一方の出射部２からの出射光と同じ偏光方向の光を受信する受光アンテナ２９と、他方の出射部２からの出射光と同じ偏光方向の光を受信する受光アンテナ３０と、を備えている。具体的には、受光アンテナ２９は、ＴＥ波を受信可能な向きにスリットが形成された回折格子とされており、受光アンテナ３０は、ＴＭ波を受信可能な向きにスリットが形成された回折格子とされている。

また、本実施形態では２つのハーフミラー２２が配置されており、２つのハーフミラー２２は、ＴＥ波を通すＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）と、ＴＭ波を通すＰＢＳで構成されている。

処理部５は、受光部４が受信した光の偏光方向によって、該光を出射した出射部２を識別する。具体的には、処理部５は２つのＰＤ２６を備えており、一方のＰＤ２６には受光アンテナ２９と共振器８からの光信号が入力され、他方のＰＤ２６には受光アンテナ３０と共振器８からの光信号が入力される。また、処理部５は２つのＰＤ２６に対応して２つのＴＩＡ２７を備えている。そして、算出部２８は、いずれのＴＩＡ２７から電気信号が入力されたかによって、受光部４が受信した光を出射した出射部２を識別する。

このように、受信光の偏光方向によって光源を識別する本実施形態では、光源１ａと光源１ｂが同時に発光しても物体を検知することができる。したがって、フレームレートを向上させることができる。

また、このように偏光特性を利用すると、光の利用効率が高くなる。例えば光源１が発生させた光がハーフミラー２２を通過する本実施形態では、光の利用効率は０．５の２乗すなわち０．２５となる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して光源を識別する方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、２つの出射部２のうちの一方から出射される光と、他方から出射される光とで、モードが異なる。具体的には、光源１ａが発生させた光は、中央部の強度が高く外側へ向かうにつれて強度が低くなる基本モードとされ、光源１ｂが発生させた光は、強度のピークが２つ存在する１次モードとされて出射される。そして、図１１に示すように、光源１ａ、１ｂは同時に光を発生させ、受光部４には、各光源１が発生させた光の反射光が同時に入射する。

このように出射光のモードを調整するには、例えば、ＳＯＡ７と出射部２との間の光導波路２０を、基本モードの光のみが通過するように形成する。そして、光源１ｂに接続された出射部２においては、図１２に示すように、光源１ｂが発生させた光が２つに分波し、その後再び合波して出射されるように、光導波路２０の一部を２つに分岐させる。さらに、２つに分岐した光導波路２０のうち、片方の光導波路２０を挟むように電極３１、３２を配置し、電極３１、３２に電圧を印加することで、この光導波路２０に電流を流して屈折率を変化させ、この光導波路２０を通る光の位相を反転させる。これにより、合波した後の光のモードが１次モードとなり、出射部２から出射される。

処理部５は、受光部４が受信した光のモードによって、該光を出射した出射部２を識別する。具体的には、本実施形態の処理部５は半導体基板６の外部に配置されており、図１３に示すようにアレイ状に並んだ複数のＰＤ２６を備えている。そして、受光部４および共振器８から送信された光は、合波器２５によって合波された後に半導体基板６の端面から出射され、複数のＰＤ２６に照射される。また、処理部５は複数のＰＤ２６に対応してＴＩＡ２７を複数備えており、各ＰＤ２６の出力電流はＴＩＡ２７によって電圧信号に変換され、算出部２８に入力される。

算出部２８は、外周部のＰＤ２６よりも内周部のＰＤ２６の出力が大きく、かつ、複数のＰＤ２６全体で出力のピークが１つであるとき、受信光のモードが基本モードである、すなわち、受信光が光源１ａから出射された光の反射光であると判定する。また、算出部２８は、中央部のＰＤ２６の出力が小さく、出力のピークが中央部の両側に２つ存在するとき、受信光のモードが１次モードである、すなわち、受信光が光源１ｂから出射された光の反射光であると判定する。

このように、受信光のモードによって光源を識別する本実施形態では、光源１ａと光源１ｂが同時に発光しても物体を検知することができる。したがって、フレームレートを向上させることができる。また、光のモードは外乱や熱で変化しにくいので、測距センサのロバスト性を向上させることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して光導波路２０の構成を変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１４に示すように、本実施形態では、半導体基板６とチップ１５との接続部では、２つの光導波路２０が互いに平行に形成されるとともに、２つの光導波路１３が互いに平行に形成されている。なお、２つの光導波路が互いに略平行に形成されていてもよい。

光導波路１３を上記のように形成することにより、半導体基板６の活性層１１等を除去するためのエッチングの位置がずれた場合にも、半導体基板６の端面において、２つの光導波路１３の間隔が維持される。また、光導波路２０を上記のように形成することにより、チップ１５のダイシングの位置がずれた場合にも、チップ１５の端面において、２つの光導波路２０の間隔が維持される。したがって、光導波路１３と光導波路２０の位置がずれることを抑制することができる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態は、第６実施形態に対してＳＯＡを追加したものであり、その他については第６実施形態と同様であるため、第６実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１５に示すように、本実施形態の測距センサは、ＳＯＡ７とは別のＳＯＡ３３を備えている。ＳＯＡ３３は、チップ１５と同様の構成とされたチップ３４に２つ形成されており、チップ３４には、２つの光導波路３５が形成されている。

チップ３４は、２つの出射部２から出射された光が２つの光導波路３５に入射するように半導体基板６上に配置されており、光源１が発生させた光は、ＳＯＡ３３によって増幅されて出射される。

このようにＳＯＡ３３を配置して出射部２からの出射光を増幅することにより、測距センサの高出力化が可能になる。なお、チップ３４の端面での反射を抑制するために、チップ３４の端面にＡＲコート（反射防止膜）を形成することが望ましい。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して出射部２の位置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１６に示すように、本実施形態の測距センサは、光源１と、受光部４と、処理部５とをそれぞれ１つ備えている。また、測距センサはチップ１５のうち共振器８とは反対側の端面に配置された全反射ミラー３６を備えており、ＳＯＡ７が発生させた光は、全反射ミラー３６によって反射されて、光導波路２０から光導波路１３に入射し、共振器８によって帯域を調整される。

また、半導体基板６には光スイッチ３７が形成されており、共振器８と合波器２５とを接続する光導波路１３は、途中で分岐して光スイッチ３７に接続されている。光スイッチ３７には、半導体基板６の端面に至る２つの光導波路１３が接続されており、出射部２は、共振器８および光スイッチ３７と半導体基板６の端面とを接続する光導波路１３で構成されている。

また、測距センサは、ＳＯＡ３３が形成されたチップ３４を２つ備えており、半導体基板６には、出射部２から出射された光が光導波路３５に入射するように２つのチップ３４が配置されている。

通常、半導体基板６はチップ１５に比べて幅が大きいため、このように半導体基板６側に出射部２を形成することで、２つの出射部２の間隔を大きくすることができる。これにより、光学系を小型化することが可能となる。

なお、このように半導体基板６の光導波路１３から出射する場合には、ＬＩＤＡＲで必要とされる高輝度出射のために、Ｓｉよりもバンドギャップが高く２光子吸収のないＳｉＮやドープＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘで光導波路１３を構成することが望ましい。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１〜第８実施形態を、パルス光の往復時間を測定して物体との距離を測定するＴＯＦ（Time of Flight）方式の測距センサに適用してもよい。第１実施形態をＴＯＦ方式の測距センサに適用する場合には、例えば光源１ａの１〜２回のパルス発光と、光源１ｂの１〜２回のパルス発光とが交互に行われる。また、第３実施形態をＴＯＦ方式の測距センサに適用する場合には、ＰＤ２６として、周波数依存性を持つものが用いられる。

また、測距センサが光源１を３つ以上備えていてもよい。また、測距センサが出射部２を３つ以上備えていてもよく、この場合にも、複数の出射部２からの出射光の間で発光時間、周波数、モード等が異なっていれば、受光部４が光を受信した時間、受信光の周波数、モード等によって光源を識別することができる。

１光源
２出射部
３走査部
４受光部
５処理部
６半導体基板
７ＳＯＡ
８共振器
２３スキャンミラー

Claims

光の送受信により物体との距離を測定する測距センサであって、
光源（１）と、
前記光源が発生させた光を前記光源の外部へ出射する複数の出射部（２）と、
前記出射部から出射された光をミラー（２３）で反射するとともに前記ミラーを振動させることにより、該光を走査する走査部（３）と、
該光の物体での反射光を受信する受光部（４）と、
前記受光部が受信した光に基づいて物体との距離を測定する処理部（５）と、を備え、
前記複数の出射部からの出射光が互いに異なる方向から前記ミラーに入射することで、前記走査部によって前記複数の出射部からの出射光が互いに異なる範囲で走査される構成とされており、
前記光源は、半導体基板（６）に配置された半導体光増幅器（７）、および、前記半導体基板に形成されたシリコンフォトニクス回路を有する共振器（８）で構成されている測距センサ。
前記半導体光増幅器が形成された複数のチップ（１５）を備え、
前記複数の出射部は、前記複数のチップに形成された光導波路（２０）で構成されている請求項１に記載の測距センサ。
前記半導体光増幅器が複数形成されたチップ（１５）を備え、
前記複数の出射部は、前記チップに形成された複数の光導波路（２０）で構成されている請求項１に記載の測距センサ。
前記複数の光導波路をそれぞれチップ側光導波路とし、
前記半導体基板に、前記共振器からの光を前記チップへ出射するための複数の基板側光導波路（１３）が形成されており、
前記半導体基板および前記チップは、前記複数の基板側光導波路からの出射光が複数の前記チップ側光導波路に入射するように配置されており、
前記半導体基板と前記チップとの接続部では、複数の前記チップ側光導波路が互いに平行に形成されるとともに、前記複数の基板側光導波路が互いに平行に形成されている請求項３に記載の測距センサ。
前記出射部は、前記共振器と前記半導体基板の端面とを接続する光導波路（１３）で構成されている請求項１に記載の測距センサ。
前記複数の出射部からの出射光は、互いに発光時間が異なる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の測距センサ。
前記処理部は、前記受光部が光を受信した時間によって、該光を出射した出射部を識別する請求項６に記載の測距センサ。
前記複数の出射部からの出射光は、互いに偏光方向が異なる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の測距センサ。
前記処理部は、前記受光部が受信した光の偏光方向によって、該光を出射した出射部を識別する請求項８に記載の測距センサ。
前記複数の出射部からの出射光は、互いにモードが異なる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の測距センサ。
前記処理部は、前記受光部が受信した光のモードによって、該光を出射した出射部を識別する請求項１０に記載の測距センサ。
前記処理部は、物体との距離および物体の速度を周波数変調連続波方式で測定する請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の測距センサ。
前記複数の出射部からの出射光は、互いに周波数が異なり、
前記処理部は、物体との距離および物体の速度を周波数変調連続波方式で測定する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の測距センサ。
前記処理部は、前記受光部が受信した光の周波数によって、該光を出射した出射部を識別する請求項１３に記載の測距センサ。
前記複数の出射部からの出射光を増幅する半導体光増幅器（３３）を備える請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の測距センサ。