JP2019132640A - 測距モジュール、測距方法、及び、電子機器 - Google Patents

測距モジュール、測距方法、及び、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】ToFを用いた測距精度を向上させる。【解決手段】測距モジュールは、光源部と、少なくとも1つの画素を備える受光部と、前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材とを備え、前記画素は、前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する。本技術は、例えば、携帯用の電子機器に適用できる。【選択図】図2

Description

本技術は、測距モジュール、測距方法、及び、電子機器に関し、特に、ToF(Time of Flight)を用いて測距を行う測距モジュール、測距方法、及び、電子機器に関する。
ToF(Time of Flight)を用いた測距方法において、発光素子から出射された出射光が物体により反射された測定光を第1の受光部で受光し、発光素子と第2の受光部とを結ぶ光路を通過した基準光を第2の受光部で受光し、基準光と測定光の受光タイミングの時間差に基づいて、物体までの距離を測定することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2008−3075号公報
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、基準光の受光部と測定光の受光部が異なるため、各受光部の性能や、各受光部と他の回路との間の信号の遅延時間等のバラツキにより、測距精度が低下することがある。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ToFを用いた測距精度を向上させるようにするものである。
本技術の第1の側面の測距モジュールは、第1の光源部と、少なくとも1つの画素を備える受光部と、前記第1の光源部から第1の出射光が出射される側において、前記第1の光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材とを備え、前記画素は、前記透明部材により前記第1の出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する。
本技術の第2の側面の測距モジュールは、光源部と、複数の画素を備える受光部と、前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う1枚の透明板と、各前記画素が前記透明板により前記出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間を前記画素毎に測定する時間測定部とを備える。
本技術の第3の側面の測距方法は、光源部と、少なくとも1つの画素を備える受光部と、前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材とを備える測距装置が、前記画素が前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間を測定する。
本技術の第4の側面の電子機器は、測距モジュールと、前記測距モジュールの測定結果に基づく処理を行う制御部とを備え、前記測距モジュールは、光源部と、少なくとも1つの画素を備える受光部と、前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材とを備え、前記画素は、前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する。
本技術の第1の側面においては、透明部材により第1の出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光が画素により受光される。
本技術の第2の側面又は第3の側面においては、画素が透明部材により出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間が測定される。
本技術の第4の側面においては、透明部材により出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光が画素により受光される。
本技術の第1の側面乃至第4の側面によれば、ToFを用いた測距精度を向上させることができる。
本技術の第1の実施の形態に係る電子機器の構成例を示すブロック図である。 図1の測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 図1の光源部の構成例を示す回路図である。 図1の測距センサの構成例を示すブロック図である。 図4の画素の構成例を示す回路図である。 図1の信号変化検出回路の構成例を示すブロック図である。 図6の微分回路の構成例を示すブロック図である。 図1の時間測定回路の構成例を示すブロック図である。 図1の測距モジュールの動作を説明するためのタイミングチャートである。 光源部及び光源制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 画素のFD部のポテンシャルの状態を模式的に示す図である。 時間測定回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 微分信号を用いる効果を説明するための図である。 微分信号を用いる効果を説明するための図である。 図1の測距モジュールの動作の変形例を説明するためのタイミングチャートである。 図2のカバーガラスの第1の変形例を示す図である。 図2のカバーガラスの第2の変形例を示す図である。 図2の測距モジュールの第1の変形例を示す図である。 図2の測距モジュールの第2の変形例を示す図である。 画素の変形例を示す回路図である。 図20の画素のFD部のポテンシャルの状態を模式的に示す図である。 図6の微分回路の第1の変形例を示す回路図である。 図6の微分回路の第2の変形例を示す回路図である。 図6の微分回路の第3の変形例を示す回路図である。 図6の微分回路の第4の変形例を示す回路図である。 本技術の第2の実施の形態に係る電子機器の構成例を示すブロック図である。 図26の測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 図26の光源部の構成例を示す回路図である。 図26の測距モジュールの動作を説明するためのタイミングチャートである。 図26の光源部の変形例を示す回路図である。 図27の測距モジュールの第1の変形例を示す図である。 図31の測距モジュールを電子機器に組み込んだ例を示す図である。 図27の測距モジュールの第2の変形例を電子機器に組み込んだ例を示す図である。 図27の測距モジュールの第3の変形例を示す図である。 本技術の第3の実施の形態に係る測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 測定用射出光の照射範囲の例を示す図である。 本技術の第4の実施の形態に係る測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 測定用射出光の照射範囲の例を示す図である。 測定用射出光の照射範囲の例を示す図である。 本技術の第5の実施の形態に係る測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 測定用射出光の照射範囲の例を示す図である。 本技術の第6の実施の形態に係る測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 測定用射出光の照射範囲の例を示す図である。 本技術の第7の実施の形態に係る測距モジュールの構成例を模式的に示す断面図である。 測定用射出光の照射範囲の例を示す図である。
以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(基準光用の光源と測定光用の光源を共通にした場合)
2.第1の実施の形態の変形例
3.第2の実施の形態(基準光用の光源と測定光用の光源を分けた場合)
4.第2の実施の形態の変形例
5.第3の実施の形態(照射角が異なる測定用出射光を用いた場合)
6.第4の実施の形態(照射距離が異なる測定用出射光を用いた場合1)
7.第5の実施の形態(照射距離が異なる測定用出射光を用いた場合2)
8.第6の実施の形態(照射角及び照射距離が異なる測定用出射光を用いた場合)
9.第7の実施の形態(測定範囲により光源の数を増減する場合)
10.その他の変形例
<<1.第1の実施の形態>>
まず、図1乃至図15を参照して、本技術の第1の実施の形態について説明する。
<電子機器11の構成例>
図1は、本技術の第1の実施の形態に係る電子機器11の構成例を示している。
電子機器11は、ToF法を用いて、測定対象となる物体12までの距離を測定する測距機能を備える電子機器である。電子機器11は、例えば、測距機能のみを備えていてもよいし、他の機能を備えていてもよい。後者の場合、電子機器11は、例えば、スマートフォン、携帯電話機、デジタルカメラ等の携帯用の電子機器からなる。
電子機器11は、操作部21、制御部22、測距モジュール23、表示部24、及び、記憶部25を備える。
操作部21は、例えば、スイッチ、ボタン、キーボード、タッチパネル等の電子機器11の操作を行うための各種の操作デバイスを備える。操作部21は、操作内容を示す操作信号を制御部22に供給する。
制御部22は、例えば、CPU等のプロセッサを備える。制御部22は、例えば、操作部21からの操作信号等に基づいて、電子機器11の各部の制御を行ったり、記憶部25に記憶されているプログラムを実行することにより、所定の処理を行ったりする。例えば、制御部22は、測距モジュール23の測定結果に基づく処理を行う。
測距モジュール23は、物体12までの距離の測定を行うモジュールである。測距モジュール23は、光源部31、光源用レンズ32、撮像用レンズ33、及び、測距センサ34を備える。
光源部31は、測距センサ34の光源制御回路42の制御の下に、パルス状の光である出射光を出射する。出射光の一部は、測距モジュール23内で反射され、測距センサ34の受光部43に入射する。また、出射光の一部は、光源用レンズ32を透過して物体12に照射され、物体12により反射され、撮像用レンズ33を透過し、受光部43に入射する。
なお、出射光には、可視光、赤外光等の任意の波長の光が用いられる。例えば、出射光の波長は、測距モジュール23の用途に応じて任意に選択される。
以下、測距モジュール23内で反射される反射光を基準光と称し、物体12により反射される反射光を測定光と称する。
光源用レンズ32は、光源部31用のレンズであり、光源部31からの出射光の集光や整形等に用いられる。
撮像用レンズ33は、受光部43用のレンズであり、物体12からの測定光の像を受光部43の受光面に結像させる。
測距センサ34は、物体12までの距離の測定を行うセンサである。測距センサ34は、タイミング制御回路41、光源制御回路42、受光部43、信号変化検出回路44、及び、時間測定回路45を備える。
タイミング制御回路41は、制御部22の制御の下に、測距モジュール23の測距タイミングを制御する回路である。例えば、タイミング制御回路41は、光源部31から出射光を出射するタイミングを制御する出射制御信号を光源制御回路42に供給する。また、例えば、タイミング制御回路41は、クロック信号、並びに、測距時間の測定を開始するスタート信号及び停止するストップ信号を時間測定回路45に供給する。
光源制御回路42は、光源部31から出射光を出射するタイミング、及び、出射光の光量等の制御を行う。
受光部43は、後述するように、2次元に配置された複数の画素を備える。受光部43の各画素は、基準光及び測定光等を受光し、受光量に応じた画素信号を信号変化検出回路44に供給する。
信号変化検出回路44は、外部から供給される判定レベルに基づいて、基準光又は測定光を受光することにより画素信号が大きく変化するタイミング(変化タイミング)を検出し、検出結果を示す信号を時間測定回路45に供給する。
時間測定回路45は、信号変化検出回路44により検出された画素信号の変化タイミングに基づいて、受光部43の各画素の基準光の検出時刻(受光時刻)と測定光の検出時刻(受光時刻)との差分時間である測距時間を検出する。時間測定回路45は、画素毎の測距時間の検出結果を示す信号を制御部22に供給する。
表示部24は、例えば、ディスプレイ等の表示デバイスを備える。表示部24は、例えば、物体12の各部までの距離の測定結果や、測距を行うための操作画面を表示する。
記憶部25は、制御部22の処理に必要なデータやプログラム、及び、制御部22の処理により得られたデータ等を記憶する。例えば、記憶部25は、物体12の各部までの距離の測定結果を示す3次元の距離データを記憶する。
<測距モジュール23の構成例>
図2は、図1の測距モジュール23の構成例を模式的に示す断面図である。
測距モジュール23は、図1に示した光源部31、光源用レンズ32、撮像用レンズ33、及び、測距センサ34の他に、基板61、レンズホルダ62、カバーガラス63、及び、鏡筒64を備える。
基板61には、例えば、プリント配線板(PWB(Printed Wiring Board))、又は、コンデンサ等の部品を実装したプリント回路板(PCB(Printed Circuit Board))が用いられる。基板61の実装面には、光源部31、測距センサ34、及び、レンズホルダ62が実装されている。光源部31と測距センサ34は、所定の間隔を空けて配置されている。また、光源部31は、レンズホルダ62の光源用レンズ32を装着するための円形の開口部のほぼ中央に配置されている。
レンズホルダ62には、1枚の板状の透明なガラス又はプラスチックからなるカバーガラス63が装着(支持)されている。カバーガラス63は、基板61の実装面に対向し、基板61の実装面に対して平行に配置されている。また、カバーガラス63は、光源部31及び測距センサ34の上方(光源部31から出射光が出射される側)において、光源部31及び測距センサ34(の受光部43)全体を隙間を空けて覆っている。
基板61の実装面と、カバーガラス63の基板61の実装面と対向する反射面との間の光源部31及び測距センサ34を含む空間は、レンズホルダ62及び樹脂等により封止されている。これにより、光源部31及び測距センサ34が存在する空間内にゴミや埃等が混入することが防止される。また、例えば、必要に応じて、空間内に空気又は窒素が充填される。例えば、空間内に窒素が充填されることにより、測距モジュール23が低温動作する場合に、結露の発生が防止される。或いは、例えば、光源部31からの出射光が赤外光である場合、空間内が真空にされる。
また、カバーガラス63の測定光が入射する入射面、及び、その反対側の反射面には、反射防止膜(AR(Anti Reflection)コート)が蒸着されている。反射防止膜には、例えば、フッ化マグネシウム、シリコン、二酸化ケイ素等の材料を用いた薄膜層を多層コーティングした膜が用いられる。これにより、カバーガラス63の可視光の反射率を、例えば4〜7%から1%以下まで低減することができ、受光部43における黒浮き(フレア)や二重像(ゴースト)の発生が抑制される。また、カバーガラス63の反射率は、基準光が十分な光量になるように、例えば、0.5%以上に設定される。
光源用レンズ32は、レンズホルダ62に装着(支持)され、カバーガラス63の入射面において光源部31の上方に配置されている。光源部31の光軸と光源用レンズ32の光軸とは一致する。
鏡筒64は、レンズホルダ62に装着(支持)され、カバーガラス63の入射面において測距センサ34の上方に配置されている。また、撮像用レンズ33は、鏡筒64に装着(支持)され、測距センサ34の上方に配置されている。
光源部31から出射された出射光の一部は、カバーガラス63で反射され、その反射光である基準光の一部が測距センサ34の受光部43に入射する。一方、出射光の一部は、カバーガラス63及び光源用レンズ32を透過し、物体12に照射される。そして、物体12により反射された反射光である測定光の一部が、撮像用レンズ33により、測距センサ34の受光部43の受光面において結像する。
<光源部31の構成例>
図3は、図1の光源部31の構成例を示している。
光源部31は、発光素子101、ドライバ102、電流源103、及び、スイッチ104を備える。
発光素子101は、LED(Light Emission Diode)又はLD(Laser Diode)からなる。発光素子101のアノードには電圧VLEDが供給され、カソードは電流源103の一端に接続されている。電流源103の他端は、スイッチ104を介して接地されている。
ドライバ102は、光源制御回路42からの制御信号Paに基づいて、制御信号Pbを電流源103に供給し、電流源103を駆動する。
電流源103は、例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタにより構成され、所定の値の電流を流す。
スイッチ104は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、光源制御回路42からの制御信号Pcに基づいて、オン又はオフする。
<測距センサ34の構成例>
図4は、図1の測距センサ34の構成例を示している。
測距センサ34は、図1のタイミング制御回路41乃至時間測定回路45の他に、ライン選択回路131、及び、カラム増幅回路132を備える。
タイミング制御回路41は、制御部22の制御の下に、クロック信号を生成し、ライン選択回路131に供給し、出射制御信号を生成し、時間測定回路45に供給し、スタート信号及びストップ信号を生成し、時間測定回路45に供給する。
光源制御回路42は、出射制御信号に基づいて、制御信号Pa及び制御信号Pcを生成し、光源部31に供給する。
受光部43には、画素Pが2次元に配列されている。各画素Pは、個別に基準光及び測定光を受光する。
ライン選択回路131は、タイミング制御回路41からのクロック信号に基づいて、受光部43の各画素Pに対して制御信号を生成し、供給することで、各画素Pを、全画素同時あるいは行単位等で駆動する。
ライン選択回路131から供給される制御信号によって選択された画素行の各画素Pから出力される画素信号は、各画素列の垂直信号線VSLを介してカラム増幅回路132に供給される。
カラム増幅回路132は、各画素列の画素信号を増幅し、増幅した画素信号を信号変化検出回路44に供給する。
信号変化検出回路44は、外部から供給される判定レベルに基づいて、基準光又は測定光を受光することにより画素信号が大きく変化するタイミングを検出し、変化検出信号を時間測定回路45に供給する。
時間測定回路45は、信号変化検出回路44からの変化検出信号に基づいて、受光部43の各画素Pの基準光の検出時刻と測定光の検出時刻との差分時間である測距時間を測定する。時間測定回路45は、画素毎の測距時間の測定結果を示す信号を制御部22に供給する。
<画素Pの構成例>
図5は、図4の受光部43の画素Pの構成例を示している。
画素Pは、受光素子である光電変換素子151、読出しトランジスタ152、リセットトランジスタ153、FD(フローティングディフュージョン)154、増幅トランジスタ155、及び、選択トランジスタ156を備える。すなわち、画素Pは、4トランジスタ構成の画素である。なお、この例では、画素Pの各トランジスタは、N型のMOSトランジスタにより構成されている。
また、画素Pに対して、複数の信号線が、例えば画素行毎に配線される。そして、図4のライン選択回路131から複数の信号線を介して、制御信号TG、制御信号RS、及び、制御信号SELが各画素Pに供給される。これらの制御信号は、画素Pの各トランジスタがN型のMOSトランジスタなので、高レベル(例えば、電源電圧VDD)の状態がアクティブ状態となり、低レベルの状態(例えば、グラウンドレベル)が非アクティブ状態となる信号である。
なお、以下、制御信号がアクティブ状態になることを、制御信号がオンするとも称し、制御信号が非アクティブ状態になることを、制御信号がオフするとも称する。
光電変換素子151は、例えば、PN接合のフォトダイオードからなる。光電変換素子151は、受光した光量に応じた電荷を生成し、蓄積する。
読出しトランジスタ152は、光電変換素子151とFD部154との間に接続されている。読出しトランジスタ152のゲート電極には、制御信号TGが印加される。制御信号TGがオンすると、読出しトランジスタ152が導通状態になり、光電変換素子151に蓄積されている電荷が、読出しトランジスタ152を介してFD部154に転送される。
リセットトランジスタ153は、電源VDDとFD部154との間に接続されている。リセットトランジスタ153のゲート電極には、制御信号RSが印加される。制御信号RSがオンすると、リセットトランジスタ153が導通状態になり、FD部154の電位が、電源電圧VDDのレベルにリセットされる。
FD部154は、蓄積されている電荷を電圧信号に変換(電荷電圧変換)して出力する。
増幅トランジスタ155は、ゲート電極がFD部154に接続され、ドレイン電極が電源VDDに接続されており、FD部154に保持されている電荷を読み出す読出し回路、所謂ソースフォロワ回路の入力部となる。すなわち、増幅トランジスタ155は、ソース電極が選択トランジスタ156を介して垂直信号線VSLに接続されることにより、当該垂直信号線VSLの一端に接続される電流源161とソースフォロワ回路からなる出力回路171を構成する。
選択トランジスタ156は、増幅トランジスタ155のソース電極と垂直信号線VSLとの間に接続されている。選択トランジスタ156のゲート電極には、制御信号SELが印加される。制御信号SELがオンすると、選択トランジスタ156が導通状態になり、画素Pが選択状態となる。これにより、増幅トランジスタ155から出力される画素信号が、選択トランジスタ156を介して、垂直信号線VSLに出力される。
なお、光電変換素子151にアバランシェ増幅型のフォトダイオードを用いてもよい。光電変換素子151にアバランシェ増幅型のフォトダイオードを用いた場合、例えば、読出しトランジスタ152を削除することが可能である。
また、以下、各トランジスタが導通状態になることを、各トランジスタがオンするともいい、各トランジスタが非導通状態になることを、各トランジスタがオフするともいう。
<信号変化検出回路44の構成例>
図6は、図4の信号変化検出回路44の受光部43の1画素列分に対応する回路の構成例を示している。
信号変化検出回路44は、微分回路201及びコンパレータ202を備える。
微分回路201は、各画素Pからの画素信号を微分し、得られた微分信号をコンパレータ202に供給する。
コンパレータ202は、微分信号と電源211により規定される判定レベルとを比較することにより、画素信号が大きく変化するタイミング(変化タイミング)を検出する。コンパレータ202は、画素信号の変化タイミングの検出結果を示す変化検出信号を時間測定回路45に供給する。
<微分回路201の構成例>
図7は、図6の微分回路201の構成例を示している。
微分回路201は、遅延回路231及び減算回路232を備える。
遅延回路231は、画素Pから供給される画素信号を所定の時間だけ遅延させることにより遅延信号を生成し、減算回路232に供給する。
減算回路232は、画素信号と遅延信号の差分をとることにより、画素信号の変化量を示す微分信号を生成し、コンパレータ202に供給する。
<時間測定回路45の構成例>
図8は、図4の時間測定回路45の受光部43の1画素列分に対応する回路の構成例を示している。
時間測定回路45は、フリップフロップ回路261、アンド回路262、及び、カウンタ263を備える。
フリップフロップ回路261は、タイミング制御回路41から供給されるクロック信号CKに同期して、信号変化検出回路44から変化検出信号が入力される毎に出力信号のレベルを切り替える。すなわち、フリップフロップ回路261の出力信号は、Lowレベルのときに変化検出信号が入力されると、Hiレベルに切り替わり、Hiレベルのとき変化検出信号が入力されると、Lowレベルに切り替わる。
アンド回路262は、フリップフロップ回路261の出力信号とタイミング制御回路41のクロック信号CKの論理積を示す出力信号TCKを出力する。すなわち、アンド回路262は、フリップフロップ回路261の出力信号がHiレベルのときに、クロック信号CKに同期した出力信号TCKを出力する。
カウンタ263は、タイミング制御回路41からスタート信号が入力されてからストップ信号が入力されるまでの間、アンド回路262の出力信号TCKのクロック数をカウントし、カウント値を示すカウント信号Dcountを制御部22に供給する。
<測距モジュール23の動作>
次に、図9乃至図14を参照して、測距モジュール23の動作について説明する。
図9は、測距モジュール23の動作を示すタイミングチャートである。具体的には、図9は、光源部31から出射される出射光、画素Pが受光する反射光(基準光及び測定光)、ライン選択回路131から出力される制御信号TG及び制御信号RS、画素Pから出力される画素信号、微分回路201から出力される微分信号、信号変化検出回路44から出力される変化検出信号、及び、カウンタ263のカウント期間のタイミングチャートを示している。
時刻t0において、受光部43のライン選択回路131は、制御信号TGをオンし、制御信号RSをオフする。これにより、受光部43の各画素Pの読出しトランジスタ152がオンし、リセットトランジスタ153がオフし、各画素Pの受光期間が開始する。そして、光電変換素子151で生成された電荷が、読出しトランジスタ152を介してFD部154に転送され、蓄積される。
時刻t1から時刻t2まで、光源部31は、光源制御回路42の制御の下に、出射光を出射する。
ここで、図10を参照して、光源部31及び光源制御回路42の動作例について説明する。
図10は、図9の時刻t1から時刻t2までの期間付近の光源部31及び光源制御回路42の動作例を示すタイミングチャートである。
時刻t1より前の時刻t11において、光源制御回路42は、制御信号PcをLowレベルからHiレベルに変化させる。これにより、光源部31のスイッチ104が、オフ状態からオン状態に変化する。
時刻t1において、光源制御回路42は、制御信号PaをLowレベルからHiレベルに変化させる。ドライバ102は、制御信号Paに基づいて、制御信号Pbを出力する。制御信号Pbは、ドライバ102及び電流源103の応答性や、発光素子101の負荷容量等により、制御信号Paより立ち上がりが鈍くなる。電流源103は、制御信号Pbに応じて電流を流す。これにより、発光素子101は、発光(出射光の出射)を開始する。
発光素子101から出射された出射光の一部はカバーガラス63で反射され、出射光の一部は光源用レンズ32を透過し、物体12に照射される。
時刻t2において、光源制御回路42は、制御信号PcをHiレベルからLowレベルに変化させる。これにより、スイッチ104は、オン状態からオフ状態に高速に変化する(高速カットオフする)。そして、発光素子101は、発光(出射光の出射)を停止する。
これにより、光源部31から出射される出射光のパルス幅がTpwに制御される。また、出射光の後端における光量の変化が急峻になる。従って、例えば、カバーガラス63で反射された基準光の後端、及び、物体12で反射された測定光の後端を利用して物体12までの距離を測定することにより、測距精度を向上させることができる。
時刻t12において、光源制御回路42は、制御信号PaをHiレベルからLowレベルに変化させる。ドライバ102は、制御信号Paに基づいて、制御信号Pbの出力を停止する。制御信号Pbは、ドライバ102及び電流源103の応答性や、発光素子101の負荷容量等により、制御信号Paより立ち下がりが鈍くなる。
図9に戻り、時刻t3から時刻t4までの期間、受光部43の画素Pは、出射光がカバーガラス63により反射された反射光である基準光を受光する。
その後、時刻t5から時刻t6までの期間、受光部43の画素Pは、出射光が物体12により反射された反射光である測定光を受光する。
図11は、このときの画素PのFD部154のポテンシャルの状態を模式的に示している。
光電変換素子151は、アクティブ光(基準光又は測定光)以外に、背景光が入射するため、アクティブ光による電荷及び背景光による電荷を生成する。光電変換素子151により生成された電荷は、時刻t0において読出しトランジスタ152がオンし、リセットトランジスタ153がオフしているので、FD部154に転送され蓄積される。
従って、時刻t0以降において、背景光及びアクティブ光により光電変換素子151で生成された電荷は、連続的にFD部154に転送される。FD部154は、画素信号のサンプリングタイミングとは無関係に、リセットされることなく、継続して電荷を蓄積する。出力回路171は、FD部154に蓄積された電荷に基づく電圧を示す画素信号を出力する。すなわち、画素Pは電荷の積分動作を行い、画素信号は積分信号となる。
ここで、背景光の光量はほぼ一定であり、図9に示されるように、画素信号の背景光による成分は、時刻t0で読出しトランジスタ152がオンし、リセットトランジスタ153がオフした後、ほぼ線形に緩やかに増加する。
一方、画素信号のうちアクティブ光による成分は、基準光が受光される時刻t3から時刻t4までの期間、及び、測定光が受光される時刻t5から時刻t6までの期間に大きく増加する。
従って、信号変化検出回路44の微分回路201から出力される微分信号は、時刻t3から時刻t4までの期間、及び、時刻t5から時刻t6までの期間に大きく変化し、それ以外の期間において、ほぼ一定になる。
そして、時刻t3と時刻t4の間の時刻taにおいて、微分信号が判定レベル未満になったとき、信号変化検出回路44は、変化検出信号の出力を開始する。その後、時刻t4において、基準光の受光が終了し、微分信号が判定レベル以上になると、信号変化検出回路44は、変化検出信号の出力を停止する。すなわち、この例では、基準光の立ち上がりが検出される。
また、時刻t5と時刻t6の間の時刻tbにおいて、微分信号が判定レベル未満になったとき、信号変化検出回路44は、変化検出信号の出力を開始する。その後、時刻t6において、測定光の受光が終了し、微分信号が判定レベル以上になると、信号変化検出回路44は、変化検出信号の出力を停止する。すなわち、この例では、測定光の立ち上がりが検出される。
なお、例えば、信号変化検出回路44は、時刻t4及び時刻t6において、微分信号が判定レベル以上になったとき、パルス状の変化検出信号を出力するようにしてもよい。この場合、基準光及び測定光の立ち下がりが検出される。
ここで、図12を参照して、図9の時刻taから時刻t6までの期間付近の図8の時間測定回路45の動作の詳細について説明する。
図12は、信号変化検出回路44から出力される変化検出信号、タイミング制御回路41から出力されるクロック信号CK、フリップフロップ回路261から出力されるF/F出力信号、アンド回路262から出力される出力信号TCK、及び、カウンタ263のカウント期間のタイミングチャートを示している。
時刻taにおいて、図9を参照して上述したように、基準光の受光に対応して変化検出信号の出力が開始される。これにより、F/F出力信号がLowレベルからHiレベルに変化し、出力信号TCKの出力が開始される。
時刻t4において、図9を参照して上述したように、基準光の受光の停止に伴い変化検出信号の出力が停止する。
時刻tbにおいて、図9を参照して上述したように、測定光の受光に対応して変化検出信号の出力が開始される。これにより、F/F出力信号がHiレベルからLowレベルに変化し、出力信号TCKの出力が停止する。
例えば、出射光が出射される時刻t1において、タイミング制御回路41は、スタート信号をカウンタ263に供給する。これにより、カウンタ263は、出力信号TCKのクロック数のカウントを開始する。ただし、実際に出力信号TCKが出力されるのは時刻taから時刻tbまでの期間であり、カウンタ263は、時刻taから時刻tbまでの期間の出力信号TCKのクロック数をカウントする。
その後、次の出射光が出射される前に、タイミング制御回路41は、ストップ信号をカウンタ263に供給する。これにより、カウンタ263は、出力信号TCKのクロック数のカウントを停止し、それまでのカウント値を示すカウント信号Dcountを制御部22に供給する。
このカウント信号Dcountのカウント値は、時刻taから時刻tbまでのカウント期間の出力信号TCKのクロック数のカウント値である。また、出力信号TCKのクロック間隔は、クロック信号CKと同じである。従って、制御部22は、カウント信号Dcountのカウント値とクロック信号CKのクロック間隔に基づいて、時刻taから時刻tbまでの時間である測距時間を算出する。すなわち、測距時間は、画素Pが基準光を受光してから測定光を受光するまでの時間とほぼ等しくなる。
そして、制御部22は、受光部43の画素P毎に、測距時間を算出し、算出した測距時間に基づいて物体までの距離を算出する。
ここで、受光部43の各画素Pの画素信号の応答特性は画素P毎に異なる。
例えば、各画素Pとカラム増幅回路132との間の垂直信号線VSLの抵抗成分により各画素Pの画素信号の応答特性が異なる。例えば、受光部43の上部の画素Pは、カラム増幅回路132から遠く、垂直信号線VSLの抵抗値が大きくなるため、画素信号の遅延時間が大きくなる。一方、受光部43の下部の画素Pは、カラム増幅回路132に近く、垂直信号線VSLの抵抗値が小さくなるため、画素信号の遅延時間が小さくなる。また、電源電圧の変化、環境温度の変化、製造バラツキ等により、垂直信号線VSLにおける画素信号の応答特性のバラツキが大きくなる。例えば、画素P間の画素信号の応答特性のバラツキは10nS〜100nSとなり、これは距離に換算して、1.5m〜15mとなる。
また、例えば、カラム増幅回路132及び信号変化検出回路44の回路特性が、画素列毎にばらつく。
さらに、例えば、時間測定回路45の動作が画素列毎にばらつく。例えば、タイミング制御回路41と各画素列の時間測定回路45との間の配線長の違いにより、クロック信号CKの遅延時間がばらつくことにより、時間測定回路45の動作が画素列毎にばらつく。
これに対して、同じ画素Pで基準光及び測定光を受光し、基準光の検出時刻と測定光の検出時刻との差分をとることにより、上述した画素P間の応答特性及び回路特性のバラツキの影響を軽減することができる。そして、基準光の検出時刻と測定光の検出時刻との間の測距時間に基づいて、物体12までの距離を測定することにより測距精度が向上する。
時刻t6において、図9を参照して上述したように、測定光の受光の停止に伴い変化検出信号の出力が停止する。
図9に戻り、図示は省略するが、その後、制御信号TGがオフし、制御信号RSがオンし、FD部154の電位がリセットされた後、時刻t0以降の処理が繰り返し実行される。
ここで、図13及び図14を参照して、画素信号のサンプリングタイミングとは無関係に、光電変換素子151により生成された電荷をFD部154に連続して蓄積し、蓄積した電荷(電荷の積算値)に基づく画素信号を出力する積分動作の効果について説明する。
図13のAは、積分動作をしない場合の画素信号の時系列の変化を示している。グラフの横軸は時刻を示し、縦軸は信号及び光量のレベルを示している。波形S1は、画素信号の波形を示し、波形S2は、測定光の波形を示している。以下、画素信号S1に含まれる背景光成分の平均レベルをL1とする。時刻t31乃至時刻t36は、信号変化検出回路44が画素信号の変化を検出する時刻である。
画素信号S1は、主に背景光に含まれる光ショットノイズからなるランダムノイズにより、激しく振幅している。
ここで、時刻t33から時刻t34において、背景光の平均レベルとほぼ同じ光量の測定光S2が受光された場合、画素信号S1のレベルが全体的に少し大きくなる。しかし、画素信号S1に含まれる背景光と測定光S2の成分がほぼ同レベルであるため、図に示されるように時刻t31乃至時刻t36における画素信号S1のサンプリング値では、測定光S2の受光タイミングを正確に検出することは困難である。
一方、図13のBは、積分動作をした場合の画素信号、及び、微分信号の時系列の変化を示している。グラフの横軸は時刻を示し、縦軸は信号レベルを示している。波形S3は、画素信号(積分信号)の波形を示し、波形S4は、画素信号S3の微分信号の波形を示している。以下、微分信号S4に含まれる背景光成分の平均レベルをL2とする。
画素信号S3においては、背景光成分が積算されることにより、背景光に含まれるランダムノイズのバラツキが平均化され、抑制される。その結果、画素信号S3は、緩やかに増加する。
一方、時刻t33から時刻t34の期間において、測定光が受光されることにより、微分信号S4の変化量が顕著に変化する。そして、微分信号S4のピーク値は、信号レベルL2の約2倍となり、時刻t33と時刻t34の間の時刻tcにおいて、微分信号S4が判定レベルLthを超える。そして、時刻t34において、測定光S2の受光が検出される。
このように、積分信号S3及び微分信号S4を用いることより、測定光が背景光に対して微小であっても、測定光の受光タイミングが正確に検出される。
図14は、積分信号である画素信号とその微分信号の例を示している。グラフの横軸は時刻を示し、縦軸は信号レベルを示している。波形Sp1乃至波形Sp3は、それぞれ画素信号を示している。波形Sd1乃至波形Sd3は、それぞれ画素信号Sp1乃至画素信号Sp3の微分信号を示している。波形Sbは、背景光の波形を示している。
なお、この例では、時刻t41の少し前から時刻t44の少し前の期間において、測定光が受光されているものとする。また、測定光の光量がそれぞれ異なり、画素信号Sp1>画素信号Sp2>画素信号Sp3の関係になるものとする。
まず、画素信号Sp1乃至画素信号Sp3、及び、判定レベルLth1を用いて、測定光による画素信号の立ち上がり時に測定光の受光を検出する場合について説明する。
画素信号Sp1を用いた場合、時刻t42において、画素信号Sp1が判定レベルLth1を超え、測定光の受光が検出される。画素信号Sp2を用いた場合、時刻t43において、画素信号Sp2が判定レベルLth1を超え、測定光の受光が検出される。一方、画素信号Sp3を用いた場合、画素信号Sp3は判定レベルLth1を超えないため、測定光の受光が検出されない。
次に、画素信号Sp1乃至画素信号Sp3、及び、判定レベルLth1を用いて、測定光による画素信号の立ち下がり時に測定光の受光を検出する場合について説明する。
画素信号Sp1を用いた場合、時刻t45において、画素信号Sp1が判定レベルLth1以下となり、測定光の受光が検出される。画素信号Sp2を用いた場合、時刻t46において、画素信号Sp2が判定レベルLth1以下となり、測定光の受光が検出される。一方、画素信号Sp3を用いた場合、画素信号Sp3は判定レベルLth1を超えないため、測定光の受光が検出されない。
このように、積分信号である画素信号Sp1乃至画素信号Sp3を用いた場合、測定光の光量により検出タイミングがばらついたり、検出できなかったりする。
次に、微分信号Sd1乃至微分信号Sd3、及び、判定レベルLth2を用いて、測定光による微分信号の立ち上がり時に測定光の受光を検出する場合について説明する。
微分信号Sd1乃至微分信号Sd3を用いた場合、時刻t41において、微分信号Sd1乃至微分信号Sd3がそれぞれ判定レベルLth2を超え、測定光の受光が検出される。
次に、微分信号Sd1乃至微分信号Sd3、及び、判定レベルLth3を用いて、測定光による微分信号の立ち下がり時に測定光の受光を検出する場合について説明する。
微分信号Sd1乃至微分信号Sd3を用いた場合、時刻t44において、微分信号Sd1乃至微分信号Sd3が判定レベルLth3以下となり、測定光の受光が検出される。
このように、微分信号Sd1乃至微分信号Sd3を用いることにより、測定光の光量に関わらず、ほぼ同じタイミングで測定光の受光を検出することができる。
以上のようにして、ToFを用いた測距精度を向上させることができる。すなわち、測定光の光量や、受光部43における画素Pの位置による物体12までの距離の検出結果のバラツキを低減することができる。また、測定光が微小な場合や背景光が大きい場合でも、物体12までの距離を正確に検出することができる。
また、カバーガラス63は、ガラス製又はプラスチック製であり、温度により変形しにくいため、温度変化に関わらず安定して高精度の測距を行うことができる。
さらに、カバーガラス63は、例えば、市販のものをそのまま加工せずに使用できるため、安価で容易に入手可能である。さらに、測距モジュール23は、例えば、従来の構造のモジュールに、光源部31及び光源用レンズ32を追加するのみでよい。また、光源用レンズ32の組立精度は、撮像用レンズ33と比較して、要求レベルが低い。さらに、基準光用の専用の受光部を設ける必要がない。従って、測距モジュール23は、従来の測距モジュールと比較して、材料及び製造コストの増加やサイズの増大を抑制することができる。
<測距モジュール23の性能の例>
次に、測距モジュール23の性能の例について説明する。
測距モジュール23の測距分解能は、タイミング制御回路41のクロック信号CKの周期で決まり、最大測距レンジは、クロック信号CKの周期、及び、時間測定回路45のカウンタ263の最大カウント数で決まる。
例えば、測距モジュール23が車両の衝突防止に用いられる場合、測距精度はそれほど要求されない。そこで、例えば、クロック信号CKの周期が200ピコ秒に設定され、測距分解能が30mmに設定される。この場合、カウンタ263の最大カウント数を100カウントに設定すると、最大測距レンジは3mとなり、最大カウント時間は20ナノ秒となる。カウンタ263の最大カウント数を1000カウントに設定すると、最大測距レンジは30mとなり、最大カウント時間は200ナノ秒となる。
一方、例えば、精密な3Dデータを必要とする建築用の設計図面データの作成や、銅像や人形等の3D図面化を行う場合、より細かな距離分解能が要求される。そこで、例えば、クロック信号CKの周期が20ピコ秒に設定され、測距分解能が3mmに設定される。この場合、カウンタ263の最大カウント数を100カウントに設定すると、最大測距レンジは0.3mとなり、最大カウント時間は20ナノ秒となる。カウンタ263の最大カウント数を1000カウントに設定すると、最大測距レンジは3mとなり、最大カウント時間は200ナノ秒となる。
また、例えば、より遠距離の物体12を検出する場合、クロック信号CKの周期が2ナノ秒に設定され、カウンタ263の最大カウント数が1000カウントに設定される。この場合、測距分解能は300mmとなり、最大測距レンジは300mとなり、最大カウント時間は2マイクロ秒となる。
ここで、出射光を遠距離まで照射するには、出射光の光量を大きくする必要がある。例えば、出射光のパルス幅Tpwを20ナノ秒に設定すると、パルス幅Tpwを200ピコ秒に設定した場合と比較して、出射光の光量は100倍になる。一方、出射光の光量は(1/飛行距離の平方根)倍で減衰するため、出射光の照射距離は約10倍になる。
これに対して、パルス幅Tpwを大きくし、出射光の光量を大きくすると、基準光の光量が大きくなりすぎて、基準光の受光時点でFD部154が飽和し、測距できなくなる場合が想定される。
ここで、図15を参照して、基準光によるFD部154の飽和に対する対策例について説明する。
図15は、測距モジュール23の動作の変形例を示すタイミングチャートである。
図15のタイミングチャートは、図9のタイミングチャートと比較して、基準光を受光してから測定光を受光するまでの間の処理が異なる。
具体的には、時刻t4において、基準光の受光が終了した後、時刻t61において、制御信号RSがオンする。これにより、FD部154の電荷が電源VDDに排出され、FD部154の電位がリセットされる。
その後、時刻t62において、制御信号RSがオフし、FD部154への電荷の蓄積が再開される。
これにより、基準光によりFD部154が飽和しても、測定光の受光前にFD部154がリセットされるため、測定光の受光を検出することができる。
ただし、この方法では、時刻t1から時刻t62までの間は、測定光の受光を検出できなくなる。しかし、この方法は、上述したように、出射光の光量を大きくし、遠距離の物体12の距離を測定することを目的としているため、実質的には問題にならない。
なお、いずれの場合においても、出射光のパルス幅Tpwをクロック信号CKの周期以下に設定することにより、出射光が出射される期間が、複数のクロック信号CKの出力期間にまたがることが防止される。その結果、測距結果のバラツキを大幅に低減することができる。
<<2.第1の実施の形態の変形例>>
次に、図16乃至図25を参照して、本技術の第1の実施の形態の変形例について説明する。
<カバーガラス63の変形例>
まず、図16乃至図17を参照して、カバーガラス63の変形例について説明する。
図16は、カバーガラス63の第1の変形例であるカバーガラス63aの構成例を示している。
カバーガラス63aにおいては、光源部31と測距センサ34との間に反射部301aが設けられている。反射部301aは、測距センサ34の受光部43に入射する基準光が反射される領域付近に配置される。反射部301aにおいては、カバーガラス63aの入射面及び反射面に反射防止膜が設けられていない。
これにより、反射部301aの反射光量が、反射防止膜を設けた場合と比較して増加する。その結果、測距センサ34の受光部43に入射する基準光の光量が増加し、基準光の検出精度が向上する。
また、例えば、反射部301aにおいて、カバーガラス63aの入射面及び反射面の少なくとも一方をすりガラス状に凹凸加工するようにしてもよい。これにより、反射部301aで反射された基準光が拡散するため、基準光が測距センサ34の受光部43全体に確実に入射されるようになる。
図17は、カバーガラス63の第2の変形例であるカバーガラス63bの構成例を示している。
カバーガラス63bにおいては、光源部31の上方に反射部301bが設けられている。反射部301bは、光源部31及びその周囲を覆うように配置される。反射部301bにおいては、カバーガラス63aの入射面及び反射面に反射防止膜が設けられていない。
出射光の指向性が強い場合(照射角が狭い場合)、測距センサ34の受光部43に入射する基準光のほとんどが、光源部31の上方でカバーガラス63aにより反射される。従って、反射部301bが、光源部31の上方に設けられる。
なお、例えば、反射部301bにおいて、カバーガラス63aの入射面及び反射面の少なくとも一方をすりガラス状に凹凸加工するようにしてもよい。これにより、反射部301bで反射された基準光が拡散するため、基準光が測距センサ34の受光部43全体に確実に入射されるようになる。
<測距モジュール23の変形例>
次に、図18及び図19を参照して、測距モジュール23の変形例について説明する。
図18は、測距モジュール23の第1の変形例である測距モジュール23aの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図2の測距モジュール23と対応する部分には同じ符号を付してある。
測距モジュール23aは、測距モジュール23と比較して、反射防止膜331及び反射膜332が設けられている点が異なる。
反射防止膜331には、例えば、カバーガラス63の反射防止膜と同じ素材が用いられる。また、反射防止膜331は、基板61の実装面において、光源部31の周囲を囲むように配置されている。
この反射防止膜331により、例えば、外部からの強い光が光源用レンズ32に入射した場合に、その入射光が基板61の実装面で反射され、測距センサ34の受光部43に伝搬することが防止される。これにより、受光部43に入射する背景光が抑制され、基準光及び測定光の検出精度が向上する。
反射膜332は、カバーガラス63の反射面において、例えば、図16の反射部301aとほぼ同じ位置に配置されている。反射膜332は、例えば、カバーガラス63の反射面に金属膜を蒸着することにより形成され、例えば、80%以上の反射率を有する。これにより、測距センサ34の受光部43に入射する基準光の光量が増加し、基準光の検出精度が向上する。
図19は、測距モジュール23の第2の変形例である測距モジュール23bの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図2の測距モジュール23と対応する部分には同じ符号を付してある。
測距モジュール23bは、測距モジュール23と比較して、光源部31及び光源用レンズ32の代わりに発光ダイオード352が設けられ、レンズホルダ62及びカバーガラス63の代わりにレンズホルダ351及びカバーガラス353が設けられ、反射膜354及び反射膜355が追加されている点が異なる。
レンズホルダ351及びカバーガラス353は、図2のレンズホルダ62及びカバーガラス63とほぼ同様の形状を有している。ただし、カバーガラス353は、測距センサ34の上方において、測距センサ34(の受光部43)全体を隙間を空けて覆っているものの、発光ダイオード352は覆っていない。このカバーガラス353が覆う範囲の差により、レンズホルダ351の形状が、レンズホルダ62と若干異なっている。
発光ダイオード352は、レンズホルダ351に装着(支持)され、基板61の実装面に実装されている。また、発光ダイオード352は、発光素子を透明樹脂でモールドしたものである。このモールド樹脂は、凸型に形成されており、光源用レンズを兼ねている。
また、レンズホルダ351の発光ダイオード352と測距センサ34の間が空洞になっており、発光ダイオード352と測距センサ34の間が空間的に繋がり、導光路が形成されている。そして、発光ダイオード352と測距センサ34の間の導光路において、基板61の実装面に反射膜354が形成され、レンズホルダ351の基板61の実装面と対向する底面に反射膜355が形成されている。反射膜354及び反射膜355は、反射率の高い塗料又は金属を塗装することにより形成される。
そして、発光ダイオード352の透明樹脂内で乱反射した出射光の一部が、発光ダイオード352と測距センサ34の間の導光路内を伝達し、測距センサ34の受光部43に基準光として入射する。このとき、導光路内の上下を覆う反射膜354及び反射膜355により、基準光が導光路内を伝達されやすくなる。
また、基板61の実装面と、カバーガラス353の基板61の実装面と対向する反射面との間の測距センサ34を含む空間は、レンズホルダ351、発光ダイオード352、及び、樹脂等により封止されている。これにより、測距センサ34が存在する空間内にゴミや埃等が混入することが防止される。また、例えば、必要に応じて、空間内に空気又は窒素が充填される。
なお、例えば、図2の測距モジュール23の光源部31と測距センサ34の間に、図19の反射膜354及び反射膜355と同様の反射膜を設けるようにしてもよい。
<画素Pの変形例>
次に、図20及び図21を参照して、画素Pの変形例について説明する。
図20は、画素Pの変形例である画素Paの構成例を示している。なお、図中、図5の画素Pと対応する部分には、同じ符号を付している。
画素Paは、画素Pと比較して、読出しトランジスタ152が削除されている点が異なる。すなわち、画素Paは、3トランジスタ構成の画素である。
画素Paでは、光電変換素子151により生成され蓄積された電荷が、直接電圧に変換され、画素信号として垂直信号線VSLに出力される。
図21は、画素Paの光電変換素子151のポテンシャルの状態を模式的に示している。
光電変換素子151は、入射するアクティブ光(基準光又は測定光)、並びに、背景光を電荷に変換する。リセットトランジスタ153がオフされている場合、生成された電荷がそのまま光電変換素子151に蓄積される。出力回路171は、光電変換素子151に蓄積された電荷に基づく電圧を示す画素信号を出力する。画素Paは、画素Pと同様に、電荷の積分動作を行い、画素信号は積分信号となる。
一方、リセットトランジスタ153がオンされると、光電変換素子151に蓄積されている電荷が電源VDDに排出され、光電変換素子151の電位がリセットされる。
<微分回路201の変形例>
次に、図22乃至図25を参照して、図6の信号変化検出回路44の微分回路201の変形例について説明する。
図22は、微分回路201の第1の変形例である微分回路201aの構成例を示している。微分回路201aは、コンデンサ401及び抵抗402を用いたパッシブ型の微分回路である。
図23は、微分回路201の第2の変形例である微分回路201bの構成例を示している。微分回路201bは、コンデンサ421、増幅器422、及び、抵抗423を用いたアクティブ型の微分回路である。
図24は、微分回路201の第3の変形例である微分回路201cの構成例を示している。
微分回路201cは、サンプルホールド回路441a、サンプルホールド回路441b、及び、減算回路442を備える差分回路からなる。サンプルホールド回路441aは、スイッチ451a及びコンデンサ452aを備える。サンプルホールド回路441bは、スイッチ451b及びコンデンサ452bを備える。
サンプルホールド回路441aのスイッチ451aとサンプルホールド回路441bのスイッチ451bは、所定の時間だけずれたタイミングでオン状態になる。これにより、微分回路201cは、画素信号の互いに所定の時間離れた2つのタイミングにおける信号値の差分をとることにより、微分信号を生成する。
図25は、微分回路201の第4の変形例である微分回路201dの構成例を示している。
微分回路201dは、LPF(ローパスフィルタ)461a、LPF461b、及び、減算回路462を備える差分回路からなる。
LPF461bの時定数は、LPF461aの時定数よりも長く設定されている。これにより、LPF461bの出力信号の位相は、LPF461aの出力信号の位相よりも遅れる。よって、減算回路462は、画素信号の互いに所定の時間離れた2つのタイミングにおける信号値の差分をとることにより、微分信号を生成する。
なお、この例では、2つのLPF461a及びLPF461bを設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、LPF461aを省いてもよい。
<<3.第2の実施の形態>>
次に、図26乃至図29を参照して、本技術の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して、基準光用の光源部と測定光用の光源部とが分かれている点が異なる。
<電子機器501の構成例>
図26は、本技術の第2の実施の形態に係る電子機器501の構成例を示している。なお、図中、図1の電子機器11と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
電子機器501は、電子機器11と比較して、測距モジュール23の代わりに測距モジュール511が設けられている点が異なる。
測距モジュール511は、測距モジュール23と比較して、光源部31の代わりに、光源部521及び光源部522が設けられ、測距センサ34の代わりに測距センサ523が設けられている点が異なる。
測距センサ523は、測距センサ34と比較して、光源制御回路42の代わりに光源制御回路531が設けられている点が異なる。
光源部521は、測距センサ523の光源制御回路531の制御の下に、パルス状の出射光(以下、基準用出射光と称する)を出射する。基準用出射光は測距モジュール511内で反射され、その反射光である基準光の一部が測距センサ523の受光部43に入射する。
光源部522は、測距センサ523の光源制御回路531の制御の下に、パルス状の出射光(以下、測定用出射光と称する)を出射する。測定用出射光は、光源用レンズ32を透過して物体12に照射され、物体12により反射され、その反射光である測定光の一部が、撮像用レンズ33を透過し、受光部43に入射する。
<測距モジュール511の構成例>
図27は、図26の測距モジュール511の構成例を模式的に示す断面図である。なお、図中、図2の測距モジュール23と対応する部分には同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
上述したように、測距モジュール511は、測距モジュール23と比較して、光源部31、並びに、測距センサ34の代わりに、光源部521及び光源部522、並びに、測距センサ523が設けられている点が異なる。また、測距モジュール511は、測距モジュール23と比較して、基板61、レンズホルダ62、及び、カバーガラス63の代わりに、基板551、レンズホルダ552、及び、カバーガラス553が設けられている点が異なる。
基板551には、測距モジュール23の基板61と同様に、プリント配線板やプリント回路板が用いられる。基板551の実装面には、光源部521、光源部522、測距センサ523、及び、レンズホルダ552が実装されている。光源部522と測距センサ523は、所定の間隔を空けて配置されている。光源部522と測距センサ523の間に光源部521が配置されている。光源部522は、レンズホルダ552の光源用レンズ32を装着するための円形の開口部のほぼ中央に配置されている。光源部521及び測距センサ523と光源部522との間は、レンズホルダ552により遮光分離されている。
レンズホルダ552には、図2のカバーガラス63と同様のカバーガラス553が装着(支持)されている。カバーガラス553は、基板551の実装面に対向し、基板551の実装面に対して平行に配置されている。また、カバーガラス553は、光源部521及び測距センサ523の上方(光源部521から基準用出射光が出射される側)において、光源部521及び測距センサ523(の受光部43)全体を隙間を空けて覆っている。
基板551の実装面と、カバーガラス553の基板551の実装面と対向する反射面との間の光源部521及び測距センサ523を含む空間は、レンズホルダ552及び樹脂等により封止されている。これにより、光源部521及び測距センサ523が存在する空間内にゴミや埃等が混入することが防止される。また、例えば、必要に応じて、空間内に空気又は窒素が充填されたり、空間内が真空にされたりする。
光源用レンズ32は、レンズホルダ552に装着(支持)され、光源部522の上方に配置されている。光源部522の光軸と光源用レンズ32の光軸とは一致する。
鏡筒64は、レンズホルダ552に装着(支持)され、カバーガラス553の入射面において測距センサ523の上方に配置されている。また、撮像用レンズ33は、鏡筒64に装着(支持)され、測距センサ523の上方に配置されている。
そして、光源部521から出射された基準用出射光の一部がカバーガラス553で反射され、その反射光である基準光の一部が測距センサ523の受光部43に入射する。一方、光源部522から出射された測定用基準光の一部は、光源用レンズ32を透過し、測定対象となる物体12(不図示)に照射される。そして、物体12により反射された反射光である測定光の一部が、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
<光源部521及び光源部522の構成例>
図28は、光源部521及び光源部522の構成例を示している。
光源部521及び光源部522は、図3の光源部31と同様の構成有している。
具体的には、光源部521は、発光素子601、ドライバ602、電流源603、及び、スイッチ604を備える。
発光素子601は、LED又はLDからなり、基準用出射光を出射する。発光素子601のアノードには電圧VLEDが供給され、カソードは電流源603の一端に接続されている。電流源603の他端は、スイッチ604を介して接地されている。
ドライバ602は、光源制御回路531からの制御信号Pa1に基づいて、制御信号Pb1を電流源603に供給し、電流源603を駆動する。
電流源603は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、所定の値の電流を流す。
スイッチ604は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、光源制御回路531からの制御信号Pcに基づいて、オン又はオフする。
光源部522は、発光素子611、ドライバ612、電流源613、及び、スイッチ614を備える。
発光素子611は、LED又はLDからなり、測定用出射光を出射する。発光素子611のアノードには電圧VLEDが供給され、カソードは電流源613の一端に接続されている。電流源613の他端は、スイッチ614を介して接地されている。
ドライバ612は、光源制御回路531からの制御信号Pa2に基づいて、制御信号Pb2を電流源613に供給し、電流源613を駆動する。
電流源613は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、所定の値の電流を流す。
スイッチ614は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、光源制御回路531からの制御信号Pcに基づいて、オン又はオフする。
なお、制御信号Pa1及び制御信号Pa2は、基本的に同じタイミングでドライバ602及びドライバ612に供給される。また、共通の制御信号Pcが、スイッチ604及びスイッチ614に供給される。従って、基準用出射光及び測定用出射光は、同じタイミングで出射される。また、制御信号Pa1と制御信号Pa2を分けることにより、基準用出射光と測定用出射光の光量を個別に制御することができる。さらに、制御信号Pcを共通にすることにより、基準用出射光と測定用出射光を同時に高速カットオフすることができる。
<測距モジュール511の動作>
次に、図29のタイミングチャートを参照して、測距モジュール511の動作について説明する。
このタイミングチャートは、図9のタイミングチャートと比較して、時刻t1から時刻t2までの期間に、基準用出射光と測定用出射光が、個別に同期して出射される点が異なり、後の期間の動作は同様である。
<<4.第2の実施の形態の変形例>>
次に、図30乃至図34を参照して、本技術の第2の実施の形態の変形例について説明する。
<光源部522の変形例>
まず、図30を参照して、測定光用の光源部522の変形例について説明する。
図30は、光源部522の変形例であるミラースキャン型の光源部522aの構成例を示している。
光源部522aは、発光部651及び走査部661を備える。
発光部651は、発光素子671、LDドライバ672、電流源673、及び、スイッチ674を備える。
発光素子671は、LDからなる。発光素子671のアノードには電圧VLDが供給され、カソードは電流源673の一端に接続されている。電流源673の他端は、スイッチ674を介して接地されている。
LDドライバ672は、光源制御回路531からの制御信号Pa2に基づいて、制御信号Pb2を電流源673に供給し、電流源673を駆動する。
電流源673は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、所定の値の電流を流す。
スイッチ674は、例えば、MOSトランジスタにより構成され、光源制御回路531からの制御信号Pcに基づいて、オン又はオフする。
走査部661は、LDレンズ681、モータドライバ682、及び、スキャナ683を備える。
LDレンズ681は、発光素子671から出射される測定用出射光を平行光にして、スキャナ683に入射する。
モータドライバ682は、光源制御回路531から供給される制御信号Pmに従って、スキャナ683のミラー683Aを2次元の方向に駆動する。
発光素子671から出射された測定用出射光は、LDレンズ681により平行光となり、スキャナ683のミラー683Aに入射する。そして、ミラー683Aがモータドライバ682により2次元の方向に駆動されると、ミラー683Aにより反射された測定用出射光が、2次元の方向に走査される。すなわち、光源部522aは、測定用出射光を2次元にスキャンすることができる。
<測距モジュール511の変形例>
次に、図31乃至図34を参照して、測距モジュール511の変形例について説明する。
図31は、測距モジュール511の第1の変形例である測距モジュール511aの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図27の測距モジュール511と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール511aは、測距モジュール511と比較して、基板551及びレンズホルダ552の代わりに、基板701乃至基板703、並びに、レンズホルダ704及びレンズホルダ705が設けられ、反射防止膜706が追加されている点が異なる。
基板702と基板703は、基板701の実装面に所定の間隔を空けて配置されている。
光源部522及びレンズホルダ704は、基板702の実装面に実装されている。光源部522は、レンズホルダ704の光源用レンズ32を装着するための円形の開口部のほぼ中央に配置され、周囲をレンズホルダ704により囲まれており、周囲と遮光分離されている。
光源用レンズ32は、レンズホルダ704に装着(支持)され、光源部522の上方に配置されている。光源部31の光軸と光源用レンズ32の光軸とは一致する。
光源部521、測距センサ523、及び、レンズホルダ705は、基板703の実装面に実装されている。光源部521及び測距センサ523は、基板703の実装面に所定の間隔を空けて配置され、周囲をレンズホルダ705により囲まれており、周囲と遮光分離されている。
レンズホルダ705には、カバーガラス553が装着(支持)されている。カバーガラス553は、基板703の実装面に対向し、基板703の実装面に対して平行に配置されている。また、カバーガラス553は、光源部521及び測距センサ523の上方(光源部521から基準用出射光が出射される側)において、光源部521及び測距センサ523(の受光部43)全体を隙間を空けて覆っている。
基板703の実装面と、カバーガラス553の反射面との間の光源部521及び測距センサ523を含む空間は、レンズホルダ705及び樹脂等により封止されている。これにより、光源部521及び測距センサ523が存在する空間内にゴミや埃等が混入することが防止される。また、例えば、必要に応じて、空間内に空気又は窒素が充填されたり、空間内が真空にされたりする。
鏡筒64は、レンズホルダ705に装着(支持)され、カバーガラス553の入射面において、測距センサ523の上方に配置されている。また、撮像用レンズ33は、鏡筒64に装着(支持)され、測距センサ523の上方に配置されている。
基板701の実装面において、基板702と基板703の間に反射防止膜706が設けられている。
そして、光源部521から出射された基準用出射光の一部がカバーガラス553で反射され、その反射光である基準光の一部が測距センサ523の受光部43に入射する。
一方、光源部522から出射された測定用基準光の一部は、光源用レンズ32を透過し、物体12に照射される。そして、物体12により反射された反射光である測定光の一部が、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
図32は、測距モジュール511aを電子機器501の筺体内に配置した場合の断面の構成例を模式的に示している。
電子機器501の筐体は、ケース721、カバーガラス722、カバーガラス723、及び、遮光壁724を備える。
ケース721は、測距モジュール511aの周囲を覆っている。また、ケース721には、カバーガラス722及びカバーガラス723が装着(支持)されている。カバーガラス722は光源用レンズ32の上方に配置されており、光源部522から出射された測定用出射光が、カバーガラス722を透過して、ケース721の外部に出射される。カバーガラス723は撮像用レンズ33の上方に配置されており、物体12により反射された測定光が、カバーガラス723、撮像用レンズ33、及び、カバーガラス553を透過して、測距センサ523に入射する。
また、ケース721の内面には、内面に対して垂直な遮光壁724が、レンズホルダ704とレンズホルダ705の間を遮光分離するように形成されている。
この遮光壁724により、カバーガラス722を介してケース721内に入射した外光が、測距センサ523に入射することが抑制される。また、反射防止膜706により、カバーガラス722を介してケース721内に入射した外光が、基板701により反射され、測距センサ523に入射することが抑制される。これにより、測距センサ523の受光部43に入射する背景光が抑制され、基準光及び測定光の検出精度が向上する。なお、遮光構造は、遮光壁724に限定されず、測距モジュール側又は電子装置側のいずれに設けられてもよい。
図33は、測距モジュール511の第2の変形例である測距モジュール511bの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図32の測距モジュール511aと対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール511bは、測距モジュール511aと比較して、反射防止膜706の代わりに、遮光クッション材741が設けられている点が異なる。
遮光クッション材741は、基板701の実装面の基板702と基板703の間に、遮光壁724の位置に合わせて実装されている。そして、測距モジュール511bをケース721内に収納したときに、遮光壁724の下端が遮光クッション材741に当接する。これにより、遮光壁724と遮光クッション材741により、レンズホルダ704とレンズホルダ705の間が完全に遮光分離される。そして、カバーガラス722を介してケース721内に入射した外光が、測距センサ523に入射することがより確実に防止される。
図34は、測距モジュール511の第3の変形例である測距モジュール511cの断面の構成例を模式的に示している。なお、図中、図31の測距モジュール511aと対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール511cは、測距モジュール511aと比較して、測距センサ523の代わりに、測距センサ761が設けられている点が異なる。
測距センサ761は、測距センサ523と同様の機能を有するとともに、光源部762を備える点が、測距センサ523と異なる。すなわち、測距センサ761と光源部762とが一体化されている。
光源部762は、例えば、測距センサ761の受光部43(不図示)の周囲に配置されている。なお、光源部762の数は、特に限定されず任意に設定することができる。例えば、4つの光源部762が、受光部43の4隅付近、又は、測距センサ761を構成するチップの4隅付近に配置される。
これにより、測距センサ761の受光部と光源部762とがより近くなり、光源部762から出射される基準用出射光の反射光である基準光が、より多く受光部43に受光されるようになる。その結果、基準光の検出精度が向上する。或いは、例えば、基準用出射光の光量を下げることができる。
なお、図32及び図33の遮光壁724として、例えば、薄い遮光フィルムを用いることも可能である。この場合、基板702及びレンズホルダ704と、基板703及びレンズホルダ705との間の間隔を、例えば0.1mm〜3mm程度にすることができる。これにより、測距モジュール511a及び測距モジュール511bを小型化することができる。
<<5.第3の実施の形態>>
次に、図35及び図36を参照して、本技術の第3の実施の形態について説明する。
<測距モジュール801の構成例>
図35は、本技術の第3の実施の形態に係る測距モジュール801の構成例を示している。図35のAは、測距モジュール801の断面模式図であり、図35のBは、測距モジュール801の平面模式図である。なお、図中、図27の測距モジュール511と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール801は、測距モジュール511と比較して、光源部521、光源部522、基板551、レンズホルダ552、及び、カバーガラス553の代わりに、光源部812、光源部813、基板811、レンズホルダ814、及び、カバーガラス816が設けられ、レンズホルダ815及び光源用レンズ817が追加されている点が異なる。
基板811には、測距モジュール511の基板551と同様に、プリント配線板やプリント回路板が用いられる。基板811の実装面には、測距センサ523、光源部812、光源部813、レンズホルダ814、及び、レンズホルダ815が実装されている。測距センサ523は、光源部812と光源部813の間に、光源部812及び光源部813と所定の間隔を空けて配置されている。
光源部812は、光源部813より出射光の照射角が広い(例えば、約60度)広角光源を備える。光源部812は、レンズホルダ814の光源用レンズ32を装着するための円形の開口部のほぼ中央に配置されている。測距センサ523と光源部812との間は、レンズホルダ814により遮断されておらず、空間的に繋がっている。
光源部813は、光源部812より出射光の照射角が狭い(例えば、約20度)狭角光源を備える。光源部813は、レンズホルダ815の光源用レンズ817を装着するための円形の開口部のほぼ中央に配置されている。光源部813の周囲はレンズホルダ815により囲まれており、測距センサ523と光源部813との間は、レンズホルダ815により遮光分離されている。
レンズホルダ814には、図27のカバーガラス553と同様のカバーガラス816が装着(支持)されている。カバーガラス816は、基板811の実装面に対向し、基板811の実装面に対して平行に配置されている。また、カバーガラス816は、光源部812及び測距センサ523の上方(光源部812から出射光が出射される側)において、光源部812及び測距センサ523(の受光部43)全体を隙間を空けて覆っている。
基板811の実装面と、カバーガラス816の基板811の実装面と対向する反射面との間の光源部812及び測距センサ523を含む空間は、レンズホルダ814及び樹脂等により封止されている。これにより、光源部812及び測距センサ523が存在する空間内にゴミや埃等が混入することが防止される。また、例えば、必要に応じて、空間内に空気又は窒素が充填されたり、空間内が真空にされたりする。
光源用レンズ32は、レンズホルダ814に装着(支持)され、カバーガラス816の入射面において光源部812の上方に配置されている。光源部812の光軸と光源用レンズ32の光軸とは一致する。
鏡筒64は、レンズホルダ814に装着(支持)され、カバーガラス816の入射面において測距センサ523の上方に配置されている。また、撮像用レンズ33は、鏡筒64に装着(支持)され、測距センサ523の上方に配置されている。
光源用レンズ817は、レンズホルダ815に装着(支持)され、光源部813の上方に配置されている。光源部813の光軸と光源用レンズ817の光軸とは一致する。
そして、光源部812から出射された出射光(以下、広角出射光と称する)の一部はカバーガラス816の反射面で反射され、その反射光である基準光の一部が、測距センサ523の受光部43に入射する。また、広角出射光の一部は、カバーガラス816及び光源用レンズ32を透過し、外部に出射され、物体12(不図示)に照射される。広角出射光が物体12により反射された反射光である測定光(以下、広角測定光と称する)の一部が、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
光源部813から出射された出射光(以下、狭角出射光と称する)の一部は、光源用レンズ817を透過し、外部に出射され、物体12に照射される。狭角出射光が物体12により反射された反射光である測定光(以下、狭角測定光と称する)の一部が、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
図36は、広角出射光と狭角出射光の水平方向(幅方向(横方向)及び距離方向(奥行き方向))照射範囲の例を示している。具体的には、照射範囲AL1は、広角出射光の照射範囲の例を示し、照射範囲AL2は、狭角出射光の照射範囲の例を示している。また、点線の矢印AF1は、撮像用レンズ33の画角を示している。
広角出射光は狭角出射光と比較して、照射角は広いが、照射角が広い分だけ光が拡散し、照射距離が短くなる。従って、照射範囲AL1は、照射範囲AL2と比較して、幅方向は広くなるが、距離方向が短くなる。
そこで、例えば、測定対象となる物体までの距離(測距レンジ)に応じて、広角出射光と狭角出射光が使い分けられる。
例えば、測距レンジが1m以内の場合、広角出射光が使用される。一方、測距レンジが1mから5mまでの範囲内である場合、狭角出射光が使用される。なお、例えば、広角出射光と狭角出射光を同時に使用してもよいし、用途に応じて使い分けるようにしてもよい。
例えば、測距モジュール801は、自走するロボットや荷物を自動的に運送する自動運送車等における衝突防止機能を実現するために用いられる。
例えば、広角出射光を用いることにより、幅方向においてより広い範囲の物体までの距離を検出することができる。これにより、例えば、測距モジュール801を用いた機器の側方からの移動体との衝突又は接触や、機器が回転運動した場合の周囲の物体との衝突又は接触等を回避することができる。
一方、狭角出射光を用いることにより、進行方向においてより遠くの物体までの距離を検出することができる。これにより、例えば、測距モジュール801を用いた機器の進行方向にある物体への衝突又は接触等を事前に回避することができる。
このように、照射範囲(照射角及び照射距離)の異なる光源部812及び光源部813を用いることにより、幅方向及び距離方向に容易に測距範囲を広げることができる。また、用途に応じて光源部812及び光源部813を使い分けることにより、消費電力の増加や、測距モジュール801の発熱量を抑制することができる。
<<6.第4の実施の形態>>
次に、図37乃至図39を参照して、本技術の第4の実施の形態について説明する。
<測距モジュール901の構成例>
図37は、本技術の第4の実施の形態に係る測距モジュール901の構成例を示している。図37のAは、測距モジュール901の断面模式図であり、図37のBは、測距モジュール901の平面模式図である。なお、図中、図27の測距モジュール511と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール901は、測距モジュール511と比較して、光源部522、基板551、レンズホルダ552、及び、光源用レンズ32の代わりに、光源部912a乃至光源部912c、基板911、レンズホルダ913a、レンズホルダ913b、及び、レンズホルダ914、並びに、光源用レンズ915a乃至光源用レンズ915cが設けられている点が異なる。
基板911には、測距モジュール511の基板551と同様に、プリント配線板やプリント回路板が用いられる。基板911の実装面には、光源部521、測距センサ523、光源部912a乃至光源部912c、レンズホルダ913a、レンズホルダ913b、及び、レンズホルダ914が実装されている。光源部912a乃至光源部912c、測距センサ523、及び、光源部521は、ほぼ一直線に並ぶように配置されている。光源部912aと光源部912bの間隔、光源部912bと光源部912cの間隔、及び、光源部912cと測距センサ523の間隔は、ほぼ同じであり、測距センサ523と光源部521の間隔は、他の間隔より狭くなっている。
光源部912a乃至光源部912cは、例えば、図30の光源部522aと同様の構成を備え、測定用出射光を2次元の方向に走査可能である。一方、光源部912a乃至光源部912cは、測定用出射光の照射範囲、特に照射距離が異なる。具体的には、測定用出射光の照射距離は、光源部912a<光源部912b<光源部912cとなる。
光源部912aは、レンズホルダ913aの光源用レンズ915aを装着するための矩形の開口部のほぼ中央に配置されている。光源部912aは、周囲をレンズホルダ913aにより囲まれており、周囲と遮光分離されている。
光源用レンズ915aは、レンズホルダ913aに装着(支持)され、光源部912aの上方に配置されている。光源部912aの光軸と光源用レンズ915aの光軸とは一致する。
光源部912bは、レンズホルダ913bの光源用レンズ915bを装着するための矩形の開口部のほぼ中央に配置されている。光源部912bは、周囲をレンズホルダ913bにより囲まれており、周囲と遮光分離されている。
光源用レンズ915bは、レンズホルダ913bに装着(支持)され、光源部912bの上方に配置されている。光源部912bの光軸と光源用レンズ915bの光軸とは一致する。
光源部912cは、レンズホルダ914の光源用レンズ915cを装着するための矩形の開口部のほぼ中央に配置されている。光源部912cは、周囲をレンズホルダ914により囲まれており、周囲と遮光分離されている。
光源用レンズ915cは、レンズホルダ914に装着(支持)され、光源部912cの上方に配置されている。光源部912cの光軸と光源用レンズ915cの光軸とは一致する。
レンズホルダ914には、カバーガラス553が装着(支持)されている。カバーガラス553は、基板911の実装面に対向し、基板911の実装面に対して平行に配置されている。また、カバーガラス553は、光源部521及び測距センサ523の上方(光源部521から基準用出射光が出射される側)において、光源部521及び測距センサ523(の受光部43)全体を隙間を空けて覆っている。
基板911の実装面と、カバーガラス553の反射面との間の光源部521及び測距センサ523を含む空間は、レンズホルダ914及び樹脂等により封止されている。これにより、光源部521及び測距センサ523が存在する空間内にゴミや埃等が混入することが防止される。また、例えば、必要に応じて、空間内に空気又は窒素が充填されたり、空間内が真空にされたりする。
鏡筒64は、レンズホルダ914に装着(支持)され、カバーガラス553の入射面において、測距センサ523の上方に配置されている。また、撮像用レンズ33は、鏡筒64に装着(支持)され、測距センサ523の上方に配置されている。
そして、光源部521から出射された基準用出射光の一部は、カバーガラス553の反射面で反射され、その反射光である基準光の一部が、測距センサ523の受光部43に入射する。
光源部912aから出射された測定用出射光(以下、長距離出射光と称する)の一部は、光源用レンズ915aを透過し、外部に出射され、物体12(不図示)に照射される。長距離出射光が物体12により反射された反射光である測定光(以下、長距離測定光と称する)の一部は、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
光源部912bから出射された測定用出射光(以下、中距離出射光と称する)の一部は、光源用レンズ915bを透過し、外部に出射され、物体12に照射される。中距離出射光が物体12により反射された反射光である測定光(以下、中距離測定光と称する)の一部は、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
光源部912cから出射された測定用出射光(以下、短距離出射光と称する)の一部は、光源用レンズ915cを透過し、外部に出射され、物体12に照射される。短距離出射光が物体12により反射された反射光である測定光(以下、短距離測定光と称する)の一部は、撮像用レンズ33により、測距センサ523の受光部43の受光面において結像する。
ここで、図38及び図39を参照して、測距モジュール901により、前方斜め下方向の撮影を行い、測距を行う場合について説明する。
図38は、長距離出射光、中距離出射光、及び、短距離出射光の照射範囲の例を示している。具体的には、照射範囲AL11は、長距離出射光の照射範囲の例を示し、照射範囲AL12は、中距離出射光の照射範囲の例を示し、照射範囲AL13は、短距離出射光の照射範囲の例を示している。図38のAは、各出射光の垂直方向(高さ方向及び距離方向)の照射範囲を示し、図38のBは、各出射光の水平方向の照射範囲を示している。
図38のAに示されるように、各出射光は、それぞれ前方斜め下方向に向けて出射される。一方、各出射光の地面に対する出射角は、長距離出射光<中距離出射光<短距離出射光の関係となる。すなわち、長距離出射光は、他の出射光より水平に近い方向に出射され、短距離出射光は、他の出射光より垂直に近い方向に出射される。従って、長距離出射光は、他の出射光より遠くを照射し、短距離出射光は、他の出射光より近くを照射する。
一方、図38のBに示されるように、各出射光の幅方向の照射角は、ほぼ同じになる。
図39は、受光部43に入射する測定光の範囲の例を示している。この例では、受光部43が垂直方向(上下方向)に領域43A乃至領域43Cの3つの領域に分割されている。
例えば、いちばん上の領域43Aには、長距離出射光の反射光である長距離測定光が主に入射する。真ん中の領域43Bには、中距離出射光の反射光である中距離測定光が主に入射する。いちばん下の領域43Cには、短距離出射光の反射光である短距離測定光が主に入射する。
ここで、各出射光の光量を同じにした場合、各出射光の減衰のみを考慮し、物体の反射率を考慮しなければ、各測定光の光量は、長距離測定光<中距離測定光<短距離測定光の関係となる。
ここで、より遠くの物体の測距精度を向上させるために、各出射光の光量を大きくすると、短距離測定光の光量が大きくなり、受光部43の領域43C内の画素Pが飽和しやすくなる。一方、受光部43の領域43C内の画素Pの飽和を避けるために、各出射光の光量を小さくすると、長距離測定光の光量が小さくなり、遠くの物体の測距精度が低下する。
そこで、各出射光の光量を、長距離出射光>中距離出射光>短距離出射光の関係に設定することが望ましい。
以上のように、照射範囲の異なる光源部912a乃至光源部912cを用いることにより、容易に測距範囲を距離方向に広げることができる。また、測定光用の光源部の種類や数を増やすことにより、さらに測距範囲を距離方向に広げることができる。
なお、例えば、長距離出射光、中距離出射光、及び、短距離出射光を同時に使用してもよいし、用途に応じて使い分けるようにしてもよい。用途に応じて使い分けることにより、消費電力や測距モジュール901の発熱量を抑制することができる。
さらに、例えば、受光部43を行単位で動作させ、受光部の動作領域に合わせて使用する光源部912a乃至光源部912cを切り替えて出射光を制御することにより、さらに消費電力や測距モジュール901の発熱量を抑制することができる。
<<7.第5の実施の形態>>
次に、図40及び図41を参照して、本技術の第5の実施の形態について説明する。
<測距モジュール1001の構成例>
図40は、本技術の第5の実施の形態に係る測距モジュール1001の撮像側の平面模式図である。なお、図中、図37の測距モジュール901と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。本実施形態は、第4の実施の形態の図37のライン状の照射光源の代わりに、円形状の照射光源を複数個使った構成例を示している。
測距モジュール1001は、測距モジュール901と比較して、測定光用の光源部の数及び配置が異なる。
具体的には、測距モジュール1001には、光源部1013a乃至光源部1013h(不図示)の8つの測定光用の光源部が鏡筒64の周辺に正方配置されている。光源部1013a乃至光源部1013hは、例えば、図28の光源部522又は図30の光源部522aと同様の構成を備える。
また、光源部1013a乃至光源部1013hに対して、レンズホルダ1011a乃至レンズホルダ1011h、及び、光源用レンズ1012a乃至光源用レンズ1012hがそれぞれ設けられている。
レンズホルダ1011aは、図40内において、鏡筒64の左上に配置され、光源用レンズ1012aが装着(支持)されている。光源部1013aは、光源用レンズ1012aの奥に配置され、光源部1013aの光軸と光源用レンズ1012aの光軸が一致する。
レンズホルダ1011bは、図40内において、鏡筒64の上に配置され、光源用レンズ1012bが装着(支持)されている。光源部1013bは、光源用レンズ1012bの奥に配置され、光源部1013bの光軸と光源用レンズ1012bの光軸が一致する。
レンズホルダ1011cは、図40内において、鏡筒64の右上に配置され、光源用レンズ1012cが装着(支持)されている。光源部1013cは、光源用レンズ1012cの奥に配置され、光源部1013cの光軸と光源用レンズ1012cの光軸が一致する。
レンズホルダ1011dは、図40内において、鏡筒64の左に配置され、光源用レンズ1012dが装着(支持)されている。光源部1013dは、光源用レンズ1012dの奥に配置され、光源部1013dの光軸と光源用レンズ1012dの光軸が一致する。
レンズホルダ1011eは、図40内において、鏡筒64の右に配置され、光源用レンズ1012eが装着(支持)されている。光源部1013eは、光源用レンズ1012eの奥に配置され、光源部1013eの光軸と光源用レンズ1012eの光軸が一致する。
レンズホルダ1011fは、図40内において、鏡筒64の左下に配置され、光源用レンズ1012fが装着(支持)されている。光源部1013fは、光源用レンズ1012fの奥に配置され、光源部1013fの光軸と光源用レンズ1012fの光軸が一致する。
レンズホルダ1011gは、図40内において、鏡筒64の下に配置され、光源用レンズ1012gが装着(支持)されている。光源部1013gは、光源用レンズ1012gの奥に配置され、光源部1013gの光軸と光源用レンズ1012gの光軸が一致する。
レンズホルダ1011hは、図40内において、鏡筒64の右下に配置され、光源用レンズ1012hが装着(支持)されている。光源部1013hは、光源用レンズ1012hの奥に配置され、光源部1013hの光軸と光源用レンズ1012hの光軸が一致する。
なお、以下、光源部1013a乃至光源部1013hを個々に区別する必要がない場合、単に光源部1013と称する。
図41は、測距モジュール1001の各光源部1013の出射光の水平方向の照射範囲を示している。
例えば、光源部1013a乃至光源部1013cの出射光(以下、長距離出射光と称する)は、照射範囲AL21に照射される。そして、長距離出射光は、例えば、測距モジュール1001からの距離が5mから10mの範囲内の物体の距離の測定に用いられる。
光源部1013f乃至光源部1013hの出射光(以下、中距離出射光と称する)は、照射範囲AL22に照射される。そして、中距離出射光は、例えば、測距モジュール1001からの距離が2.5mから5mの範囲内の物体の距離の測定に用いられる。
光源部1013d及び光源部1013eの出射光(以下、短距離出射光と称する)は、照射範囲AL23に照射される。そして、短距離出射光は、例えば、測距モジュール1001からの距離が0mから2.5mの範囲内の物体の距離の測定に用いられる。
このとき、図38を参照して上述した例と同様に、長距離出射光>中距離出射光>短距離出射光の関係になるように、各光源部1013の出射光の光量を設定することが望ましい。
例えば、長距離出射光用の光源部1013a乃至光源部1013cの各出射光の光量は、中距離出射光用の光源部1013f乃至光源部1013gの各出射光の光量より大きく設定される。
一方、短距離出射光用の光源部1013は、中距離出射光用の光源部1013より数が少ない。従って、例えば、短距離出射光用の光源部1013d及び光源部1013eの各出射光の光量は、中距離出射光用の光源部1013f乃至光源部1013gの各出射光の光量と比較して、小さく設定してもよいし、同じに設定してもよい。
このように、各光源部の光量や使用する光源部の数を調整することにより、出射光の照射範囲を制御することができる。
<<8.第6の実施の形態>>
次に、図42及び図43を参照して、本技術の第6の実施の形態について説明する。
<測距モジュール1101の構成例>
図42は、本技術の第6の実施の形態に係る測距モジュール1101の撮像側の平面模式図である。なお、図中、図37の測距モジュール901と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール1101は、測距モジュール901と比較して、測定光用の光源部の数及び配置が異なる。
具体的には、測距モジュール1101には、光源部1113a乃至光源部1113g(不図示)及び光源部1116(不図示)の8つの測定光用の光源部が鏡筒64の周辺に正方配置されている。光源部1113a乃至光源部1113g及び光源部1116は、例えば、図28の光源部522と同様の構成を備える。ただし、例えば、光源部1113a乃至光源部1113gにおいては、照射角の広いLEDが発光素子に用いられ、光源部1116においては、照射角が狭く指向性の高いLDが発光素子に用いられる。
また、光源部1113a乃至光源部1113gに対して、レンズホルダ1111a乃至レンズホルダ1111g、及び、光源用レンズ1112a乃至光源用レンズ1112gがそれぞれ設けられている。さらに、光源部1116に対して、レンズホルダ1114及び光源用レンズ1115が設けられている。
レンズホルダ1111aは、図42内において、鏡筒64の左上に配置され、光源用レンズ1112aが装着(支持)されている。光源部1113aは、光源用レンズ1112aの奥に配置され、光源部1113aの光軸と光源用レンズ1112aの光軸が一致する。
レンズホルダ1111bは、図42内において、鏡筒64の右上に配置され、光源用レンズ1112bが装着(支持)されている。光源部1113bは、光源用レンズ1112bの奥に配置され、光源部1113bの光軸と光源用レンズ1112bの光軸が一致する。
レンズホルダ1111cは、図42内において、鏡筒64の左に配置され、光源用レンズ1112cが装着(支持)されている。光源部1113cは、光源用レンズ1112cの奥に配置され、光源部1113cの光軸と光源用レンズ1112cの光軸が一致する。
レンズホルダ1111dは、図42内において、鏡筒64の右に配置され、光源用レンズ1112dが装着(支持)されている。光源部1113dは、光源用レンズ1112dの奥に配置され、光源部1113dの光軸と光源用レンズ1112dの光軸が一致する。
レンズホルダ1111eは、図42内において、鏡筒64の左下に配置され、光源用レンズ1112eが装着(支持)されている。光源部1113eは、光源用レンズ1112eの奥に配置され、光源部1113eの光軸と光源用レンズ1112eの光軸が一致する。
レンズホルダ1111fは、図42内において、鏡筒64の下に配置され、光源用レンズ1112fが装着(支持)されている。光源部1113fは、光源用レンズ1112fの奥に配置され、光源部1113fの光軸と光源用レンズ1112fの光軸が一致する。
レンズホルダ1111gは、図42内において、鏡筒64の右下に配置され、光源用レンズ1112gが装着(支持)されている。光源部1113gは、光源用レンズ1112gの奥に配置され、光源部1113gの光軸と光源用レンズ1112gの光軸が一致する。
レンズホルダ1114は、図42内において、鏡筒64の上に配置され、光源用レンズ1115が装着(支持)されている。光源用レンズ1115の中心位置は、他の光源用レンズ1112a乃1112gの中心位置より鏡筒64の近くに配置されている。光源部1116は、例えば、光源用レンズ1115の奥に配置され、光源部1116の光軸と光源用レンズ1115の光軸と一致する。
なお、以下、光源部1113a乃至光源部1113gを個々に区別する必要がない場合、単に光源部1113と称する。
図43は、測距モジュール1101の各光源部1113及び光源部1116の出射光の水平方向の照射範囲を示している。
ここで、各光源部1113の出射光の照射角及び照射距離は異なる。具体的には、各光源部1113の出射光の照射角は、光源部1113a=光源部1113b=光源部1113e=光源部1113g<光源部1113c=光源部1113d<光源部1113fの関係となる。一方、各光源部1113の出射光の照射距離は、光源部1113a=光源部1113b=光源部1113e=光源部1113g>光源部1113c=光源部1113d>光源部1113fの関係となる。
そして、例えば、光源部1113a、光源部1113b、光源部1113e、及び、光源部1113gの出射光(以下、長距離出射光と称する)は、照射範囲AL31に照射される。そして、長距離出射光は、例えば、測距モジュール1101からの距離が5mから10mの範囲内の物体の距離の測定に用いられる。
光源部1113c及び光源部1113dの出射光(以下、中距離出射光と称する)は、照射範囲AL32に照射される。そして、中距離出射光は、例えば、測距モジュール1101からの距離が2.5mから5mの範囲内の物体の距離の測定に用いられる。
光源部1113f出射光(以下、短距離出射光と称する)は、照射範囲AL33に照射される。そして、短距離出射光は、例えば、測距モジュール1101からの距離が0mから2.5mの範囲内の物体の距離の測定に用いられる。
光源部1116からの出射光(以下、超長距離出射光と称する)は、指向性の高いスポット光であり、ほぼ直線状の照射範囲AL34に照射される。そして、超長距離出射光は、測距モジュール1101からの距離が10m以上の物体の距離の測定に用いられる。
ここで、各出射光の照射角は、超長距離出射光<長距離出射光<中距離出射光<短距離出射光の関係となる。従って、各照射範囲の幅方向の範囲は、照射範囲AL34<照射範囲AL31<照射範囲AL32<照射範囲AL33の関係となる。
一方、各光源部1113の出射光の光量を全て同じとすると、各出射光の光量は、各出射光に対応する光源部の数に応じて、長距離出射光>中距離出射光>短距離出射光の関係となる。従って、物体の反射率が同じ場合、長距離出射光に対応する長距離測定光、中距離出射光に対応する中距離測定光、及び、短距離出射光に対応する短距離測定光の測距モジュール1101の受光部43における光量をほぼ同じにすることができる。
なお、超長距離出射光の光量は、例えば、他の出射光より大きく設定される。
これにより、各出射光を用途に応じて使い分けることにより、測距範囲の幅及び距離を容易に切り替えることができる。
例えば、測距モジュール1101は、ドローンに搭載され、ドローンを目標位置へ移動させ、荷物を運搬する場合等に使用することができる。
例えば、目標位置までの距離が10mを超える場合、ドローンは、超長距離出射光を用いて測距を行いながら、自動運転又は遠隔操作運転される。
一方、目標位置までの距離が10m以内になると、例えば、ドローンは、周囲の物体との衝突又は接触を回避したり、目標位置までの距離を正確に測定したりするために、長距離射出光を用いて測距を行う。
目標位置までの距離が5m以内になると、例えば、ドローンは、より水平方向に広い範囲を監視するために、中距離射出光を用いて測距を行う。
目標位置までの距離が2.5m以内になると、例えば、ドローンは、着地可能な平坦な場所を迅速かつ確実に探索するために、短距離射出光を用いて測距を行う。
以上のように、幅方向及び距離方向の照射範囲が異なる光源部1113a乃至光源部1113g及び光源部1116を用いることにより、容易に測距範囲を幅方向及び距離方向に広げることができる。また、測定光用の光源部の種類や数を増やすことにより、さらに測距範囲を幅方向及び距離方向に広げることができる。
なお、例えば、各種類の出射光を同時に使用してもよいし、用途に応じて使い分けるようにしてもよい。用途に応じて各種類の出射光を使い分けることにより、消費電力の増加や、測距モジュール1101の発熱量を抑制することができる。
<<9.第7の実施の形態>>
次に、図44及び図45を参照して、本技術の第7の実施の形態について説明する。
<測距モジュール1201の構成例>
図44は、本技術の第7の実施の形態に係る測距モジュール1201の撮像側の平面模式図である。なお、図中、図37の測距モジュール901と対応する部分には、同じ符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
測距モジュール1201は、測距モジュール901と比較して、測定光用の光源部の数及び配置が異なる。
具体的には、測距モジュール1201には、光源部1213a乃至光源部1213p(不図示)の16の測定光用の光源部が鏡筒64の周囲に円周状に配置されている。光源部1213a乃至光源部1213pは、例えば、図28の光源部522と同様の構成を備える。
また、光源部1213a乃至光源部1213pに対して、光源用レンズ1212a乃至光源用レンズ1212pがそれぞれ設けられている。
レンズホルダ1211は、鏡筒64の周囲を円周状に囲んでいる。光源用レンズ1212a乃至光源用レンズ1212pは、レンズホルダ1211に等間隔に配置され、鏡筒64の周囲を囲んでいる。光源部1213a乃至光源部1213pは、光源用レンズ1212a乃至光源用レンズ1212pの奥にそれぞれ配置され、光源部1213a乃至光源部1213pの光軸と光源用レンズ1212a乃至光源用レンズ1212pの光軸とがそれぞれ一致する。
なお、以下、光源部1213a乃至光源部1213pを個々に区別する必要がない場合、単に光源部1213と称する。
各光源部1213の出射光の照射範囲の照射角及び照射距離はほぼ同じである。
そこで、測距モジュール1201は、使用する光源部1213の個数により、測距範囲の距離を調整する。
図45は、測距モジュール1201の測定用出射光の水平方向の照射範囲の例を示している。
例えば、1個の光源部1213から測定用出射光を出射した場合、測定用出射光は測距モジュール1201から1mの範囲内に十分に照射される。従って、この場合、測距範囲は、測距モジュール1201から1mの範囲内に設定される。
例えば、4個の光源部1213から測定用出射光を出射した場合、測定用出射光は測距モジュール1201から2mの範囲内に十分に照射される。従って、この場合、測距範囲は、測距モジュール1201から2mの範囲内に設定される。
例えば、16個の光源部1213から測定用出射光を出射した場合、測定用出射光は測距モジュール1201から4mの範囲内に十分に照射される。従って、この場合、測距範囲は、測距モジュール1201から4mの範囲内に設定される。
このように、使用する光源部1213の数を1個単位で切り替えることにより、測距範囲の距離を容易かつ適切に設定することができる。
なお、例えば、16個の光源部1213を同時に使用し、16個の光源部1213の光量を同時に変化させることにより、適切な測定光を得るようにすることも可能である。
<<10.その他の変形例>>
以下、上述した以外の変形例について説明する。
以上説明した実施の形態は、適宜組み合わせることが可能である。
例えば、図16乃至図18に示した実施の形態を、第2乃至第7の実施の形態と組み合わせることが可能である。
また、例えば、図37、図40、図42、及び、図44の実施の形態において、基準光用の光源部を省略して、図2の実施の形態と同様に、複数の測定光用の光源部のうちの1つ以上の出射光を用いて基準光を生成するようにしてもよい。
さらに、例えば、カバーガラスに反射防止膜を設けないようにしてもよい。或いは、例えば、カバーガラスの入射面又は反射面のうちの一方に反射防止膜を設けるようにしてもよい。
また、光源部の光源素子用のLDには、例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を用いることができる。また、例えば、複数のVCSELを1次元又は2次元に配置したアレイ状の光源を用いることも可能である。
さらに、例えば、図30の光源部522aにおいて、出射光を2次元でなく、1次元の方向にのみ走査するようにしてもよい。
また、例えば、測距結果を表示する場合、距離情報を3次元データとして表示してもよいし、或いは、カラー若しくはモノクロの画像に距離情報を重ねて表示してもよい。後者の場合、カラー若しくはモノクロの画像は、例えば、同じ測距モジュールで撮影してもよいし、別のカメラ等により撮影してもよい。
さらに、例えば、カバーガラスには、ガラス又はプラスチック以外の透明な部材を用いてもよい。ただし、熱による変形が少なく、丈夫で耐久性に優れた部材を用いることが望ましい。
また、例えば、受光部43に画素Pを1次元に配列したり、或いは、1つの画素Pのみを設けたりすることも可能である。
なお、本技術の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、例えば、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
第1の光源部と、
少なくとも1つの画素を備える受光部と、
前記第1の光源部から第1の出射光が出射される側において、前記第1の光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材と
を備え、
前記画素は、前記透明部材により前記第1の出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する
測距モジュール。
(2)
前記透明部材は、1枚の透明板からなる
前記(1)に記載の測距モジュール。
(3)
前記第1の光源部及び前記受光部が実装されている基板を
さらに備え、
前記透明板は、前記実装面に対向し、前記基板の実装面に対して平行に配置されている
前記(2)に記載の測距モジュール。
(4)
前記第1の光源部用のレンズである光源用レンズを
さらに備え、
前記基板の前記実装面において、前記第1の光源部の周囲に反射防止膜が設けられている
前記(3)に記載の測距モジュール。
(5)
前記透明板は、カバーガラスである
前記(2)乃至(4)のいずれかに記載の測距モジュール。
(6)
前記第1の光源部と前記受光部の間において、前記透明部材に反射部が設けられている
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の測距モジュール。
(7)
前記透明部材の前記反射部を除く部分に反射防止膜が設けられている
前記(6)に記載の測距モジュール。
(8)
前記反射部において前記透明部材の面が凹凸加工されている
前記(6)に記載の測距モジュール。
(9)
前記反射部に反射膜が設けられている
前記(6)に記載の測距モジュール。
(10)
前記第1の光源部用のレンズである光源用レンズと、
前記受光部用のレンズである撮像用レンズと
を備え、
前記透明部材は、前記第1の光源部及び前記受光部と前記光源用レンズ及び前記撮像用レンズとの間に配置されている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の測距モジュール。
(11)
第2の光源部を
さらに備え、
前記測定光は、前記第2の光源部から出射される第2の出射光が前記物体により反射された反射光である
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の測距モジュール。
(12)
前記受光部用のレンズである撮像用レンズを
備え、
前記透明部材は、前記第1の光源部及び前記受光部と前記撮像用レンズとの間に配置されている
前記(11)に記載の測距モジュール。
(13)
前記第2の光源部用のレンズである光源用レンズと、
前記光源用レンズを支持するとともに、前記第1の光源部及び前記受光部と前記第2の光源部との間を遮光分離する第1のレンズホルダと
を備える前記(12)に記載の測距モジュール。
(14)
前記撮像用レンズを支持する第2のレンズホルダと、
前記第1の光源部、前記第2の光源部、前記受光部、前記第1のレンズホルダ、及び、前記第2のレンズホルダが実装されている基板と
をさらに備える前記(13)に記載の測距モジュール。
(15)
前記第1のレンズホルダと前記第2のレンズホルダとの間において、前記基板の実装面に反射防止膜が設けられている
前記(14)に記載の測距モジュール。
(16)
前記第1のレンズホルダと前記第2のレンズホルダとの間に遮光壁が設けられている
前記(14)に記載の測距モジュール。
(17)
前記測定光は、前記第1の出射光が前記物体により反射された反射光である
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の測距モジュール。
(18)
前記受光部は、複数の前記画素を備え、
各前記画素は、それぞれ前記基準光及び前記測定光を受光する
前記(1)乃至(17)のいずれかに記載の測距モジュール。
(19)
前記画素が前記基準光を受光してから前記測定光を受光するまでの時間である測距時間を測定する時間測定部を
さらに備える前記(1)乃至(18)のいずれかに記載の測距モジュール。
(20)
前記画素は、電荷の積算値に基づく画素信号を出力し、
前記時間測定部は、前記画素信号の変化量に基づいて前記測距時間を測定する
前記(19)に記載の測距モジュール。
(21)
前記時間測定部は、前記画素信号の微分信号に基づいて前記測距時間を測定する
前記(20)に記載の測距モジュール。
(22)
光源部と、
複数の画素を備える受光部と、
前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う1枚の透明板と、
各前記画素が前記透明板により前記出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間を前記画素毎に測定する時間測定部と
を備える測距モジュール。
(23)
光源部と、
少なくとも1つの画素を備える受光部と、
前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材と
を備える測距装置が、
前記画素が前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間を測定する
測距方法。
(24)
測距モジュールと、
前記測距モジュールの測定結果に基づく処理を行う制御部と
を備え、
前記測距モジュールは、
光源部と、
少なくとも1つの画素を備える受光部と、
前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材と
を備え、
前記画素は、前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する
電子機器。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
11 電子機器, 12 物体, 22 制御部, 23,23a,23b 測距モジュール, 31 光源部, 32 光源用レンズ, 33 撮像用レンズ, 34 測距センサ, 42 光源制御回路, 43 受光部, 44 信号変化検出回路, 45 時間測定回路, 61 基板, 62 レンズホルダ, 63,63a,63b カバーガラス, 64 鏡筒, 151 光電変換素子, 154 FD部, 301a,301b 反射部, 331 反射防止膜, 332 反射膜, 351 レンズホルダ, 353 カバーガラス, 354,355 反射膜, 501 電子機器, 511,511a乃至511c 測距モジュール, 521,522,522a 光源部, 523 測距センサ, 531 光源制御回路, 551 基板, 552 レンズホルダ, 553 カバーガラス, 701乃至703 基板, 704,705 レンズホルダ, 706 反射防止膜, 724 遮光壁, 741 遮光クッション材, 761 測距センサ, 762 光源部, 801 測距モジュール, 811 基板, 812,813 光源部, 814,815 レンズホルダ, 816 カバーガラス, 817 光源用レンズ, 901 測距モジュール, 911 基板, 912a乃至912c 光源部, 913a,913b,914 レンズホルダ, 915a乃至915c 光源用レンズ, 1001 測距モジュール, 1011a乃至1011h レンズホルダ, 1012a乃至1012h 光源用レンズ, 1013a乃至1013h 光源部, 1101 測距モジュール, 1111a乃至1111g レンズホルダ, 1112a乃至1112g 光源用レンズ, 1113a乃至1113g 光源部, 1114 レンズホルダ, 1115 光源用レンズ, 1116 光源部, 1201 測距モジュール, 1211レンズホルダ, 1211a乃至1211p レンズホルダ, 1212a乃至1212p 光源用レンズ, 1213a乃至1213p 光源部, P,Pa 画素

Claims (24)

  1. 第1の光源部と、
    少なくとも1つの画素を備える受光部と、
    前記第1の光源部から第1の出射光が出射される側において、前記第1の光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材と
    を備え、
    前記画素は、前記透明部材により前記第1の出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する
    測距モジュール。
  2. 前記透明部材は、1枚の透明板からなる
    請求項1に記載の測距モジュール。
  3. 前記第1の光源部及び前記受光部が実装されている基板を
    さらに備え、
    前記透明板は、前記実装面に対向し、前記基板の実装面に対して平行に配置されている
    請求項2に記載の測距モジュール。
  4. 前記第1の光源部用のレンズである光源用レンズを
    さらに備え、
    前記基板の前記実装面において、前記第1の光源部の周囲に反射防止膜が設けられている
    請求項3に記載の測距モジュール。
  5. 前記透明板は、カバーガラスである
    請求項2に記載の測距モジュール。
  6. 前記第1の光源部と前記受光部の間において、前記透明部材に反射部が設けられている
    請求項1に記載の測距モジュール。
  7. 前記透明部材の前記反射部を除く部分に反射防止膜が設けられている
    請求項6に記載の測距モジュール。
  8. 前記反射部において前記透明部材の面が凹凸加工されている
    請求項6に記載の測距モジュール。
  9. 前記反射部に反射膜が設けられている
    請求項6に記載の測距モジュール。
  10. 前記第1の光源部用のレンズである光源用レンズと、
    前記受光部用のレンズである撮像用レンズと
    を備え、
    前記透明部材は、前記第1の光源部及び前記受光部と前記光源用レンズ及び前記撮像用レンズとの間に配置されている
    請求項1に記載の測距モジュール。
  11. 第2の光源部を
    さらに備え、
    前記測定光は、前記第2の光源部から出射される第2の出射光が前記物体により反射された反射光である
    請求項1に記載の測距モジュール。
  12. 前記受光部用のレンズである撮像用レンズを
    備え、
    前記透明部材は、前記第1の光源部及び前記受光部と前記撮像用レンズとの間に配置されている
    請求項11に記載の測距モジュール。
  13. 前記第2の光源部用のレンズである光源用レンズと、
    前記光源用レンズを支持するとともに、前記第1の光源部及び前記受光部と前記第2の光源部との間を遮光分離する第1のレンズホルダと
    を備える請求項12に記載の測距モジュール。
  14. 前記撮像用レンズを支持する第2のレンズホルダと、
    前記第1の光源部、前記第2の光源部、前記受光部、前記第1のレンズホルダ、及び、前記第2のレンズホルダが実装されている基板と
    をさらに備える請求項13に記載の測距モジュール。
  15. 前記第1のレンズホルダと前記第2のレンズホルダとの間において、前記基板の実装面に反射防止膜が設けられている
    請求項14に記載の測距モジュール。
  16. 前記第1のレンズホルダと前記第2のレンズホルダとの間に遮光壁が設けられている
    請求項14に記載の測距モジュール。
  17. 前記測定光は、前記第1の出射光が前記物体により反射された反射光である
    請求項1に記載の測距モジュール。
  18. 前記受光部は、複数の前記画素を備え、
    各前記画素は、それぞれ前記基準光及び前記測定光を受光する
    請求項1に記載の測距モジュール。
  19. 前記画素が前記基準光を受光してから前記測定光を受光するまでの時間である測距時間を測定する時間測定部を
    さらに備える請求項1に記載の測距モジュール。
  20. 前記画素は、電荷の積算値に基づく画素信号を出力し、
    前記時間測定部は、前記画素信号の変化量に基づいて前記測距時間を測定する
    請求項19に記載の測距モジュール。
  21. 前記時間測定部は、前記画素信号の微分信号に基づいて前記測距時間を測定する
    請求項20に記載の測距モジュール。
  22. 光源部と、
    複数の画素を備える受光部と、
    前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う1枚の透明板と、
    各前記画素が前記透明板により前記出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間を前記画素毎に測定する時間測定部と
    を備える測距モジュール。
  23. 光源部と、
    少なくとも1つの画素を備える受光部と、
    前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材と
    を備える測距装置が、
    前記画素が前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光を受光してから、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光するまでの時間である測距時間を測定する
    測距方法。
  24. 測距モジュールと、
    前記測距モジュールの測定結果に基づく処理を行う制御部と
    を備え、
    前記測距モジュールは、
    光源部と、
    少なくとも1つの画素を備える受光部と、
    前記光源部から出射光が出射される側において、前記光源部及び前記受光部を隙間を空けて覆う透明部材と
    を備え、
    前記画素は、前記透明部材により前記出射光が反射された反射光である基準光、及び、測定対象となる物体からの反射光である測定光を受光する
    電子機器。
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