JP2019191018A - 測距装置及び測距モジュール - Google Patents

測距装置及び測距モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP2019191018A
JP2019191018A JP2018084613A JP2018084613A JP2019191018A JP 2019191018 A JP2019191018 A JP 2019191018A JP 2018084613 A JP2018084613 A JP 2018084613A JP 2018084613 A JP2018084613 A JP 2018084613A JP 2019191018 A JP2019191018 A JP 2019191018A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
distance measuring
light
light emitting
substrate
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018084613A
Other languages
English (en)
Inventor
雄介 尾山
Yusuke Oyama
雄介 尾山
菊地　健
Takeshi Kikuchi
健 菊地
大鳥居　英
Suguru Otorii
英 大鳥居
大谷栄二
Eiji Otani
栄二 大谷
寛 森田
Hiroshi Morita
寛 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Corp
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp, Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2018084613A priority Critical patent/JP2019191018A/ja
Priority to US17/048,203 priority patent/US20210156965A1/en
Priority to PCT/JP2019/007834 priority patent/WO2019207953A1/ja
Priority to EP19793447.4A priority patent/EP3786662A4/en
Priority to TW108111448A priority patent/TWI821266B/zh
Priority to CN201910311185.0A priority patent/CN110416199A/zh
Priority to CN201920533163.4U priority patent/CN210092078U/zh
Publication of JP2019191018A publication Critical patent/JP2019191018A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4812—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver transmitted and received beams following a coaxial path
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93272—Sensor installation details in the back of the vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93274—Sensor installation details on the side of the vehicles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape

Abstract

【課題】簡易的な構造で、発光素子と受光素子とを一体化する。【解決手段】発光素子を有する発光基板が、回路基板に対して第１のバンプを介して接続され、単体もしくは二次元状に配置される受光素子を有する受光基板が、回路基板に対して第２のバンプを介して接続される。レンズの光軸と、発光素子の光軸と、受光素子の中心軸とは、略同軸上に配置されている。本技術は、測距を行う測距装置等に適用することができる。【選択図】図１

Description

本開示は、測距装置及び測距モジュールに関する。
光源と、受光部と、レンズとを同軸上に一体形成した構造の発光素子・受光素子組立体が、例えば特許第５６５９９０３号に記載されている。
特許第５６５９９０３号
特許第５６５９９０３号に開示された技術にあっては、受光部に開口を設ける必要があり、受光素子の製造が困難であった。また、複数の発光素子をモジュール化する技術については記載されておらず、広範囲に光を照射して測距することができなかった。
従って、本開示の目的は、簡易的な構造で、且つ発光素子と受光素子とが一体化された測距装置及び測距モジュールを提供することである。
本技術の測距装置は、レンズと、回路基板と、発光素子を有する発光基板と、単体もしくは二次元状に配置される受光素子を有する受光基板と、を備え、前記発光基板は、前記回路基板に対して第１のバンプを介して接続され、前記受光基板は、前記回路基板に対して第２のバンプを介して接続され、前記レンズの光軸と、前記発光素子の光軸と、前記受光素子の中心軸と、が略同軸上に配置される測距装置である。
本技術の測距モジュールは、本技術の測距装置を有する測距モジュールである。
本技術の測距装置及び測距モジュールにおいては、発光素子を有する前記発光基板が、前記回路基板に対して第１のバンプを介して接続され、単体もしくは二次元状に配置される受光素子を有する前記受光基板が、前記回路基板に対して第２のバンプを介して接続されている。そして、前記レンズの光軸と、前記発光素子の光軸と、前記受光素子の中心軸と、が略同軸上に配置されている。
本技術によれば、簡易的な構造で、発光素子と受光素子とを一体化することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した測距装置の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した測距装置の構成部品の例を示す外観図である。 本技術を適用した測距モジュールの構成例を示す平面図である。 本技術を適用した測距モジュールの組立例を示す図である。 本技術を適用した測距モジュールの構成例を示す断面図である。 本技術を適用した測距装置の構成例のうち、２枚レンズを用いた構成例を示す断面図である。 本技術を適用した測距モジュールの適用例を示す図である。
図１は、本技術を適用した測距装置の構成例を示す断面図である。
図１において、測距装置１０は、発光基板１１、受光基板１２、回路基板１３、透明基板１４、及び、レンズ１５を備えて構成される。
発光基板１１は、発光素子２１を備える。発光素子２１は、例えば垂直共振器面発光レーザ（VCSEL、Vertical Cavity Surface Emitting LASER）によって構成される。
受光基板１２は、単体もしくは二次元状に配置される受光素子２２を備える。受光素子２２は、例えばPD（フォトダイオード）、APD（アバランシェフォトダイオード）またはSPAD（シングルフォトンアバランシェダイオード）によって構成される。
回路基板１３は、図示せぬ発光制御部（LDD：レーザーダイオードドライバ）、トランスインピーダンスアンプ（TIA）、時間計測部（TDC：Time to Digital Converter）、距離算出部、シリアライザ、デシリアライザ等を備える。発光制御部は、発光素子２１の発光を制御する。時間計測部は、発光素子２１が光（出射光）を照射してから受光素子２２が光（照射光が物体で反射されることで戻ってくる戻り光）を受けるまでの時間を計測する。距離算出部は、時間計測部によって計測された時間に基づいて、光が照射された物体までの距離を算出する。
透明基板（レンズ基板）１４は、回路基板１３に積層して形成される。透明基板１４は、例えば石英で形成される。透明基板１４は、接着剤で構成される接着層１９等によって、回路基板１３に接着される。
レンズ１５は、透明基板１４上に形成される。レンズ１５は、樹脂、アクリル、または石英等で形成される。
発光基板１１は、回路基板１３に対して第１のバンプ（はんだバンプ）３１を介して接続される。一方、受光基板１２は、回路基板１３に対して、第１のバンプ３１よりも大きい第２のバンプ３２を介して接続される。
本技術は、発光素子２１と受光素子２２とレンズ１５が略同軸上に積層一体化された素子を用いることが特徴である。つまり、回路基板１３と、発光基板１１と、受光基板１２とは、レンズ１５に対して、回路基板１３、発光基板１１、受光基板１２の順に配置される。尚、同軸が保たれれば、発光基板１１と受光基板１２の位置は逆でも良い。レンズ１５は、発光素子２１（VCSEL）の放射光を平行光の出射光に変換するコリメートレンズである。同時に、レンズ１５は、戻り光を受光素子２２（PD）に集光するレンズとしても機能する。戻り光においては、やや焦点がボケるよう、受光素子２２の位置を設定する。理由は、受光素子２２の中央の受光側には発光素子２１があり、受光素子２２の中央部は戻り光に反応しないため、意図的に焦点をボカした方が、受光効率が上がるためである。もしくは、レンズ１５の形状を工夫する。発光素子２１のビームが当たるレンズ１５の中央部は、出射光のコリメートレンズとして機能する形状になることを優先し、設計する。レンズ１５の中央部の外側（レンズ１５の周辺部）は、入射する平行光の戻り光がデフォーカス状態で受光素子２２に当たるような形状になることを優先し、設計する。各スペックの具体値を一例として挙げると、チップサイズ：１．８mm、レンズ径：Φ１．６ｍｍ、PDチップサイズ：１．１ｍｍ、厚さ：５０um、PDの受光径：Φ１ｍｍ、VCSELチップサイズ：３００μm、厚さ：３０um、VCSELからの光波長：９０５nm、出射角：２５°＠全角、出射並行光径：Φ３００μm、レンズ基板（透明基板１４）厚さ：０．８ｍｍ、などである。
測距装置１０の構造のポイントとしては、受光素子２２（PD）の前方に発光素子２１（発光基板１１）（VCSELチップ）と、回路基板１３（回路層）があることである。回路基板１３は例えばSiで出来ており、厚さは、例えば３０umである。非常に薄いため、ほとんどの光が回路基板１３を透過できるが、少なからず透過効率は低下する。そこで、より多くの光を透過させるため、回路基板１３のうち発光素子２１に対応する部分および受光素子２２に対応する部分にそれぞれ開口部４１及び４２が形成される。
また、発光基板１１（VCSELチップ）は、例えばGaAsで出来ている。発光基板１１についても、発光基板１１自体の材料だけであれば、数十％光を透過するが、パターン配線に用いられている電極金属などにより、発光基板１１を透過する光の透過率が低下してしまう。その場合は、受光素子２２としてのPD（含APD、SPAD）の該当部を、PDカソードリングなどで覆い、非検出部化する。これにより、受光素子２２としてのPDの受光面積が減るが、寄生容量を減らすことが出来る。このような工夫を施し、より高速化に有利な構造を取らせても良い。
発光素子２１は、一般的な高出力の端面発光型のLDで構成されても良い。しかしながら、構造上、端面発光型のLDを配置するのが困難な場合、面発光型のVCSELを発光素子２１に適用する。VCSELには、表面発光タイプが適用される。受光素子２２としてのPDには、表面受光タイプが適用されても良いし、裏面受光タイプが適用されても良い。また、将来的には、PDと回路基板１３が一体化した構成でも良い。
またPDの種類としては、標準的なPDが適用されても良いが、高感度なAPD（アバランシェフォトダイオード）またはSPAD（シングルフォトンアバランシェダイオード）が適用されても良い。この場合、APDのカソードに、５０〜１００Vレベルの高電圧を印可する必要がある。そのため、APDのカソードと、測距装置１０のはんだバンプ１７を直結させ、測距装置１０の外部の基板から直接高電圧を導く構造を取る。
またその場合、APDのカソード配線に、電流制御回路（大電流カットオフ回路、大電流時電圧低下を生じさせる回路、等）を設ける。これは、APDに強い光が当たった場合、APDのアノード側に大電流が流れ、回路基板１３が有するTIAに不具合が生じてしまう事を防ぐためである。この電流制御回路は、単体のチップとして測距装置１０に組み込んだり、APDに混載したり、回路基板１３（LDD/TIAなど）と同じレイヤーに作り込んだりしても良い。測距装置１０を複数設ける場合には、各測距装置１０の隣に、SMT(Surface mount technology)チップとして配置しても良い。
以上のように構成される測距装置１０は、例えば、フレキシブル基板１８に実装され、測距モジュールを構成する。測距装置１０の、フレキシブル基板１８への実装は、例えば、はんだバンプ１７によって、測距装置１０の回路基板１３と、フレキシブル基板１８とを電気的に接続することにより行われる。
図２は、本技術を適用した測距装置１０の構成部品の例を示す外観図である。
図２は、測距装置１０の底面図、正面図、及び、平面図、受光基板１２の平面図及び正面図、並びに、発光基板１１の平面図及び正面図である。図２における発光基板１１（VCSEL）、受光基板１２（APD）、レンズ１５が形成された透明基板１４が積層された回路基板１３(Lens & IC)のうち、VCSELは平面視において最も面積が小さい。平面視において、APDはVCSELよりも面積が大きい。つまり、APDの受光面積は、VCSELの発光面積よりも大きい。これにより、VCSELから発光され、対象物において反射した光が、VCSELにすべて遮られることがなくなる。これにより、APDが反射光を受光することができる。
さらに、レンズ１５の集光面積は、APDの受光面積よりも大きい。これにより、効率的に反射光をAPDへ集光することができる。
図３は、本技術を適用した測距モジュールの構成例を示す平面図である。
図３において、測距モジュール６０は、複数の測距素子６１、コントロール素子６２、及び、インターフェース素子６３等を有する。複数の測距素子６１は、図１の測距装置１０と同様に構成され、起点にコントロール素子６２(Control-IC)、終点にインターフェース素子６３(TransferJet-IC)を接続した形で一列シリーズに接続される。測距素子６１は、所定の間隔にて切れ目のあるフレキシブル基板１８に配置される。測距モジュール６０は、所定の間隔にて切れ目のあるフレキシブル基板１８を有し、フレキシブル基板１８の切れ目により形成された複数の縦長部分の１つには、１以上の測距素子６１が配置される。図３では、１つの縦長部分に、２つ又は３つの測距素子６１が縦方向に並んで配置されている。さらに、図３では、フレキシブル基板１８に対する測距素子６１の縦方向の位置が、所定量だけシフトするように、測距素子６１がフレキシブル基板１８に配置されている。コントロール素子６２とインターフェース素子６３は、フレキシブル基板１８の左上及び右上にそれぞれ配置される。すなわち、図３において、フレキシブル基板１８は、矩形（以下、本体矩形ともいう）の左上及び右上に、その矩形より小さい矩形（以下、耳矩形ともいう）が設けられた形状になっている。本体矩形には、縦（垂直）方向の複数の切れ目が、横（水平）方向に所定の間隔で設けられ、これにより、切れ目どうしの間には、縦長の短冊状の領域（以下、短冊領域ともいう）が形成されている。フレキシブル基板１８において、各短冊領域には、測距素子６１の縦方向の位置が、所定量だけシフトするように、２つ又は３つの測距素子６１が縦方向に並んで配置されている。そして、フレキシブル基板１８の左上の耳矩形には、コントロール素子６２が配置され、右上の耳矩形には、インターフェース素子６３が配置されている。接続線６５は、複数の測距素子６１、コントロール素子６２、及び、インターフェース素子６３を、シリーズに接続する。接続線６５は、クロックペア差動線、データペア差動線、を基本とし、その他数種のコントロール線により構成される。電源系は、例えば3.3VのVcc、GND、受光素子２２としてのAPD向けの高電圧などを想定している。コントロール素子６２は、起動状態になると、等間隔でトリガー信号を発信する。例えば、測距素子６１の発光→受光→時間差距離換算→データ書き込みの動作時間が、0.5mSec未満の場合、コントロール素子６２は、0.5mSec以上でトリガー信号を発信する。これを受け、後続の測距素子６１は、順次バケツリレー状態で、測距動作を開始し、その測距動作により得られる測距データとしてのパケットデータを送信する。終点のインターフェース素子６３は、測距素子６１からのパケットデータを受信し、別途設けられた本体に送信する。より具体的には、測距素子６１から受け取ったシリアルデータとしてのパケットデータを、本体のCPUへ送信する。送信は有線でも無線でも構わないが、無線伝送が望ましい。無線伝送の規格としては、例えば、トランスファージェット（登録商標）などが挙げられる。
図４は、本技術を適用した測距モジュールの組立例を示す図である。
本技術におけるフレキシブル基板１８の層数は、３〜４層を想定している。各測距素子６１をシリーズ接続するため、フレキシブル基板１８は細長い一直線形状（縦長の短冊状）であっても良い。しかしながら、測距モジュール６０を構成するフレキシブル基板のコストダウンを考慮すると、出来るだけ四角いマザー基板から多くの製品基板取り出せた方が良い。そこで測距モジュール６０を構成するフレキシブル基板の基板形状としては、渦巻き型、ジグザグ型、提灯型、などが好ましい。あるいは、一直線型、放射型などの形状でも良い。図４では、提灯型の構成例を示している。
図４では、図３に示したように、複数の測距素子６１を切れ目に対して縦方向に並べて配置したフレキシブル基板１８が、球（地球）の経線（子午線）を構成するように配置されることで、測距モジュール６０は、やや上下に潰れた球状の、提灯のような形状に構成されている。すなわち、図４では、図３のフレキシブル基板１８を、やや上下に潰れた球状（略球状）のベース部材に、いわば巻き付けるように配置することで、フレキシブル基板１８の短冊領域が経線を構成するような略球状の測距モジュール６０が構成されている。測距装置１０と同様に構成される測距素子６１は、レンズ１５を外側に向ける形で、フレキシブル基板１８に配置されている。なお、図４では、図が煩雑になるのを避けるため、接続線６５の図示を省略してある。
さらに、給電の面から考えると、例えば細幅が延々と続く渦巻き型には、給電層における電圧降下などが懸念される。すなわち、両端部は十分な電圧を掛けることが出来るが、中央部は、自ずと給電部からの距離が遠くなるため、基板配線抵抗による、電圧低下が問題となってくる。この場合、シリーズ配線の各々のUターン部から給電可能な、ジグザグ型、提灯型などが望ましい。
測距モジュール６０の組み立てでは、測距素子６１が配置されたフレキシブル基板１８を、凸形状、球形状などの曲面を有するベース部材に貼り付け固定する。位置決めは、例えばフレキシブル基板１８に穴、ベース部材には突起などを設け、嵌め合い位置決めにて行われる。その他、フレキシブル基板１８及びベース部材の双方に穴を設け、位置決め用のピンを用いての位置決め固定でも良い。これにより、測距素子６１（のレンズ１５の光軸）を曲面の垂直方向に向けることが出来、測距素子６１毎に該当方向の測距が可能となる。測距角度、分解能など、測距モジュール６０の主要な仕様は、測距素子６１の実装位置、ピッチなどを変えることで、自在に設定出来る。ある方向は高分解能で、ある方向は低分解能で、といった設定も可能となる。
但し、例えば分解能１°以下の高分解能を持たせようとすると、その分測距素子６１が必要となるため、多数の測距素子６１が必要となる。例えば、縦横：０．１°の分解能にて、全天球方向を測距する場合、おおよそ６５０万素子の測距素子６１が必要となる（＝３６００ｘ１８００）。
この様な高分解能が必要とされる場合、ベース部材を回転させる構造がコストダウンのためには有効である。例えば、Ｈ(Horizontal)方向を１０°おき（３６ライン）、Ｖ(Vertical)方向に３．６°おき（５０素子）に測距素子６１を実装し、実装位置を０．１°づつオフセットさせ回転走査させると、先と同様の０．１°の分解能を、僅か１８００素子（＝３６ｘ５０）の測距素子６１にて実現出来る。参考までに、この時、１回転あたり３６００回（＝３６０°／０．１°）、測距する。１測定あたり、0.5mSecが必要とすると、１回転：1.8Sec（＝0.5mSecｘ３６００回）にて回転させれば上記測定が可能となる。
或いは、傘の骨組み状のベース部材にフレキシブル基板１８を実装する形態も考えられる。例えば、Ｈ方向を９０°おき（４ライン）、Ｖ方向に６°おき（３０素子）に測距素子６１を実装し、実装位置を１．５°づつオフセットさせ回転走査させる。その際、一回転ごとに、０．１°骨組みの角度を変え回転させると、測距素子６１の数を１２０素子（４ｘ３０）に減らすことができる。参考までにこの時、１回転あたり３６００回、測距する。１測定あたり、0.5mSecが必要とすると、１回転：1.8Secにて回転させれば良く、１５回転にて全方向スキャンが完了する事になる。
図５は、本技術を適用した測距モジュールの構成例を示す断面図である。
図５において、測距モジュール６０は、フレキベース（ベース部材）１１１、メインベアリング１１２、ロータリ接点１１３、マイクロDCモーター１１４、メインギア１１５、主軸１１６、透明カバー１１７等を備えて構成される。測距モジュール６０では、やや上下に潰れた球状のフレキベース１１１の外面に沿って、経線を形成するように、測距素子６１（図５では図示せず）が設けられたフレキシブル基板１８が配置されている。
マイクロDCモーター１１４は、メインギア１１５に嵌合する。マイクロDCモーター１１４の駆動に応じて、トルクがメインギア１１５へ伝達され、メインギア１１５に嵌合する主軸１１６、メインギア１１５、透明カバー１１７以外の測距モジュール６０のフレキシブル基板１８を含む構成品が主軸１１６を中心に回転する。つまり、マイクロDCモーター１１４が回転トルクを発生している間は、マイクロDCモーター１１４自体も他の構成品と一体となって主軸１１６を中心に回転する。尚、測距モジュール６０を回転駆動する駆動部（手段）は、マイクロDCモーター１１４に限定されるものではなく、フレームレスモータ等のトルクを発生するモータであればどのようなモータであっても良い。
回転構造は、標準的なベアリングを用いたもので良い。傘骨組の開閉も、一般的なリンク機構で実現すれば良い。給電も、ブラシなどの標準的な給電方法で良い。フレキベース１１１等の回転するベース部材の位置と位相検出は、一般的なホール素子を用いたものなどで行えば良い。測距データの送信は、電極などを用いた有線伝送でも良いが、トランスファージェット（登録商標）などによる無線伝送でも良い。
現在既に公知となっている可動式測距装置は、光源、センサー、光学部品の高精度位置決めが必要で、かつ、その高い位置精度を、過酷な環境にて長時間保つ必要がある。また、振動にも強くする必要があるため、重厚で堅牢な回転体と、それを支持する頑丈な筐体が必要である。ゆえに、大型で重く高価、更に定期的なメンテナンスが必要となっている。本開示の技術では、光源としての発光基板１１、センサーとしての受光基板１２、光学部品としてのレンズ１５等が、チップレベルで一体化しているため、これらを位置決めする必要が無い。すなわち、本開示の技術によれば、簡易的な構造で、発光素子２１、受光素子２２、及び、レンズ１５が一体化された測距装置１０及び測距モジュール６０を提供することができる。ゆえに、小型で軽量、安価でメンテ不要な装置が実現可能となる。
また、回転走査ではなく、往復揺動走査や、２次元揺動＋回転可能なヒンジなどによる走査方法でも良い。
より遠距離の測距や、測距の高精度化を実現するためには、放射光の取り込み効率を上げることが有効である。それには、レンズ径を大きくすることが有効な手段である。しかし、本案は、半導体工程ベースでレンズ１５を形成しているため、レンズ１５を大きくすると、大幅に測距素子６１（測距装置１０）のコストが高くなってしまう。
図６は、２枚レンズ構造の測距装置の構成例を示す断面図及び平面図である。
コストUPを防ぎたい場合、測距装置１０は、例えば、図６に示すように、２枚レンズ構造を取る。図６では、測距装置１０の上方に、安価な樹脂成型レンズ１３１が配置されている。例えば、樹脂成型レンズ１３１の径は、素子（回路基板１３）の約２倍のΦ3.8mmとする。双方のレンズ間、すなわち、レンズ１５と樹脂成型レンズ１３１との間は、例えばΦ1.2mmの平行光にてコリメート結合させる。これにより、例えば、双方のレンズ（レンズ１５及び樹脂成型レンズ１３１）に±0.2mmの軸ズレが生じても、結合効率はほとんど低下せず、安定した測距が可能となる。また、樹脂成型レンズ１３１を設けた測距装置１０では、見た目のレンズ径が２倍となるため、樹脂成型レンズ１３１を設けない場合と比し、光の取り込み面積は、約４倍を確保することが出来る。
図６の測距装置１０を測距素子６１として有する測距モジュールでは、これら光学系（レンズ１５及び樹脂成型レンズ１３１）を完全に覆う形で、最外部に透明カバーを被せ封止する。全天球仕様の場合、継ぎ目無い透明カバーが必要となる。
図７は、本技術を適用した測距モジュールの適用例を示す図である。
測距装置１０を用いて構成される測距モジュールは、微小な受発光素子（発光素子２１及び受光素子２２）を自由に配置する構造なため、図７に示すように、様々な形態を持たせることが出来る。
これまでは、標準仕様として、全天球方向測距可能な電球型（提灯型）の例を示した。フレキシブル基板１８を貼り付けるベース部材を半球状にすれば、測距モジュールはドーム型の装置となり、半球方向の測距が可能な仕様となる。また、図７に示すように、複数の測距素子６１が格子状に配列されたフレキシブル基板１５１を、平面、もしくは緩やかな曲面に貼り付けた測距モジュールを、車のバンパーやボディーに埋め込めば、車の車体そのものをセンサー化できる。また、線状の細長いフレキシブル基板を、軸状のベース部材に貼り、回転させれば、測距モジュールは細長で高精細なラインセンサー型となる。更に、車のワイパーや、ホイール、タイヤなどに貼り付け、車本体そのものの可動構造を活かし、スキャンする構造も取り得る。車内天井に低密度で張り巡らせば、大型路線バスの乗客の動きなどを検知するセンサーとしても活用できる。フレキシブル基板を透明とし、フロント、リア、サイドガラスに貼れば、透過性を持った測距センサーとしても活用できる。ベース部材として、柔軟性のあるものを採用すると、自由に変形できる測距モジュールも実現できる。無論、測距素子６１を１個だけ用いると、非常に安価な一点測距モジュールとしても機能する。この様に、本開示の技術は、非常に設計自由度が高い。ベースとなる測距素子６１さえあれば、様々な顧客の要望に安価に応えることが可能となる。
なお、本技術は、以下の構成をとることができる。
＜１＞
レンズと、
回路基板と、
発光素子を有する発光基板と、
単体もしくは二次元状に配置される受光素子を有する受光基板と、
を備え、
前記発光基板は、前記回路基板に対して第１のバンプを介して接続され、
前記受光基板は、前記回路基板に対して第２のバンプを介して接続され、
前記レンズの光軸と、前記発光素子の光軸と、前記受光素子の中心軸と、が略同軸上に配置される
測距装置。
＜２＞
前記回路基板と、前記発光基板と、前記受光基板とは、前記レンズに対して、前記回路基板、前記発光基板、前記受光基板の順に配置され、
前記受光素子の受光面積は、前記発光素子の発光面積よりも大きい
＜１＞に記載の測距装置。
＜３＞
前記回路基板は、前記発光素子と前記レンズとの間に第１の開口部を有する
＜１＞又は＜２＞に記載の測距装置。
＜４＞
前記回路基板は、前記受光素子と前記レンズとの間に第２の開口部を有する
＜１＞ないし＜３＞のいずれかに記載の測距装置。
＜５＞
前記レンズは、レンズ基板上に配置され、
前記レンズ基板は、前記回路基板に積層される
＜１＞ないし＜４＞のいずれかに記載の測距装置。
＜６＞
前記受光素子は、APD（アバランシェフォトダイオード）またはSPAD（シングルフォトンアバランシェダイオード）である
＜１＞ないし＜５＞のいずれかに記載の測距装置。
＜７＞
前記回路基板は、前記発光素子を制御する発光制御部を有する
＜１＞ないし＜６＞のいずれかに記載の測距装置。
＜８＞
前記回路基板は、前記発光素子が光を照射してから前記受光素子が前記光を受けるまでの時間を計測する時間計測部を有する
＜１＞ないし＜７＞のいずれかに記載の測距装置。
＜９＞
前記回路基板は、前記時間計測部によって計測された時間に基づいて、前記光が照射された物体までの距離を算出する距離算出部を有する
＜８＞に記載の測距装置。
＜１０＞
＜１＞ないし＜９＞のいずれかに記載の測距装置を有する測距モジュール。
＜１１＞
複数の前記測距装置が実装されたフレキシブル基板を備える
＜１１＞に記載の測距モジュール。
＜１２＞
前記フレキシブル基板が提灯型に形成された
＜１１＞に記載の測距モジュール。
＜１３＞
前記フレキシブル基板を回転させる駆動部をさらに備える
＜１１＞又は＜１２＞に記載の測距モジュール。
＜１４＞
前記駆動部に嵌合するギアと、
前記ギアに嵌合する主軸と、を更に備え、
前記駆動部は、回転トルクを発生させることで、前記フレキシブル基板とともに前記主軸を中心に回転する
＜１３＞に記載の測距モジュール。
＜１５＞
前記測距装置を覆う透明カバーを備えた
＜１０＞ないし＜１４＞のいずれかに記載の測距モジュール。
１０ 測距装置， １１ 発光基板， １２ 受光基板， １３ 回路基板， １４ 透明基板， １５ レンズ， １７ はんだバンプ，１８ フレキシブル基板， １９ 接着層， ２１ 発光素子， ２２ 受光素子， ３１，３２ バンプ， ４１，４２ 開口部， ６０ 測距モジュール， ６１ 測距素子， ６２ コントロール素子， ６３ インターフェース素子， ６５ 接続線， １１１ フレキベース， １１２ メインベアリング， １１３ ロータリー接点， １１４ マイクロDCモーター， １１５ メインギア， １１６ 主軸， １１７ 透明カバー， １３１ 樹脂成型レンズ， １５１ フレキシブル基板

Claims (15)

  1. レンズと、
    回路基板と、
    発光素子を有する発光基板と、
    単体もしくは二次元状に配置される受光素子を有する受光基板と、
    を備え、
    前記発光基板は、前記回路基板に対して第１のバンプを介して接続され、
    前記受光基板は、前記回路基板に対して第２のバンプを介して接続され、
    前記レンズの光軸と、前記発光素子の光軸と、前記受光素子の中心軸と、が略同軸上に配置される
    測距装置。
  2. 前記回路基板と、前記発光基板と、前記受光基板とは、前記レンズに対して、前記回路基板、前記発光基板、前記受光基板の順に配置され、
    前記受光素子の受光面積は、前記発光素子の発光面積よりも大きい
    請求項１に記載の測距装置。
  3. 前記回路基板は、前記発光素子と前記レンズとの間に第１の開口部を有する
    請求項１に記載の測距装置。
  4. 前記回路基板は、前記受光素子と前記レンズとの間に第２の開口部を有する
    請求項１に記載の測距装置。
  5. 前記レンズは、レンズ基板上に配置され、
    前記レンズ基板は、前記回路基板に積層される
    請求項１に記載の測距装置。
  6. 前記受光素子は、APD（アバランシェフォトダイオード）またはSPAD（シングルフォトンアバランシェダイオード）である
    請求項１に記載の測距装置。
  7. 前記回路基板は、前記発光素子を制御する発光制御部を有する
    請求項１に記載の測距装置。
  8. 前記回路基板は、前記発光素子が光を照射してから前記受光素子が前記光を受けるまでの時間を計測する時間計測部を有する
    請求項１に記載の測距装置。
  9. 前記回路基板は、前記時間計測部によって計測された時間に基づいて、前記光が照射された物体までの距離を算出する距離算出部を有する
    請求項８に記載の測距装置。
  10. 請求項１に記載の測距装置を有する測距モジュール。
  11. 複数の前記測距装置が実装されたフレキシブル基板を備える
    請求項１０に記載の測距モジュール。
  12. 前記フレキシブル基板が提灯型に形成された
    請求項１１に記載の測距モジュール。
  13. 前記フレキシブル基板を回転させる駆動部をさらに備える
    請求項１１に記載の測距モジュール。
  14. 前記駆動部に嵌合するギアと、
    前記ギアに嵌合する主軸と、を更に備え、
    前記駆動部は、回転トルクを発生させることで、前記フレキシブル基板とともに前記主軸を中心に回転する
    請求項１３に記載の測距モジュール。
  15. 前記測距装置を覆う透明カバーを備えた
    請求項１０に記載の測距モジュール。
JP2018084613A 2018-04-26 2018-04-26 測距装置及び測距モジュール Pending JP2019191018A (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018084613A JP2019191018A (ja) 2018-04-26 2018-04-26 測距装置及び測距モジュール
US17/048,203 US20210156965A1 (en) 2018-04-26 2019-02-28 Ranging device and ranging module
PCT/JP2019/007834 WO2019207953A1 (ja) 2018-04-26 2019-02-28 測距装置及び測距モジュール
EP19793447.4A EP3786662A4 (en) 2018-04-26 2019-02-28 TELEMETRY DEVICE AND TELEMETRY MODULE
TW108111448A TWI821266B (zh) 2018-04-26 2019-04-01 測距裝置及測距模組
CN201910311185.0A CN110416199A (zh) 2018-04-26 2019-04-18 测距装置以及测距模块
CN201920533163.4U CN210092078U (zh) 2018-04-26 2019-04-18 测距装置以及测距模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018084613A JP2019191018A (ja) 2018-04-26 2018-04-26 測距装置及び測距モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019191018A true JP2019191018A (ja) 2019-10-31

Family

ID=68294940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018084613A Pending JP2019191018A (ja) 2018-04-26 2018-04-26 測距装置及び測距モジュール

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210156965A1 (ja)
EP (1) EP3786662A4 (ja)
JP (1) JP2019191018A (ja)
CN (2) CN210092078U (ja)
TW (1) TWI821266B (ja)
WO (1) WO2019207953A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022080128A1 (ja) * 2020-10-12 2022-04-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距センサ、測距システム、および、電子機器

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220397469A1 (en) * 2019-10-30 2022-12-15 Sony Group Corporation Optical sensor and optical sensor module
CN115298836A (zh) * 2020-04-28 2022-11-04 索尼集团公司 光学模块
WO2023028970A1 (zh) * 2021-09-02 2023-03-09 深圳市大疆创新科技有限公司 测距模组、激光雷达及可移动平台
JP7344333B1 (ja) * 2022-03-22 2023-09-13 維沃移動通信有限公司 測距装置及び電子機器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10143060A1 (de) * 2001-09-03 2003-03-20 Sick Ag Optoelektronische Erfassungseinrichtung
JP5659903B2 (ja) * 2011-03-29 2015-01-28 ソニー株式会社 発光素子・受光素子組立体及びその製造方法
JP5895504B2 (ja) * 2011-12-15 2016-03-30 ソニー株式会社 撮像パネルおよび撮像処理システム
JP5985661B2 (ja) * 2012-02-15 2016-09-06 アップル インコーポレイテッド 走査深度エンジン
US8836922B1 (en) * 2013-08-20 2014-09-16 Google Inc. Devices and methods for a rotating LIDAR platform with a shared transmit/receive path
DE102014101312B3 (de) * 2014-02-04 2014-12-04 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
CN106256055A (zh) * 2014-05-13 2016-12-21 索尼公司 光电模块和光学元件
CN107850427B (zh) * 2015-06-03 2021-03-09 赫普塔冈微光有限公司 可操作用于距离测量的光电模块
JP2017003541A (ja) * 2015-06-16 2017-01-05 富士重工業株式会社 光学式レーダの清掃装置
TWI608244B (zh) * 2015-08-07 2017-12-11 佳能股份有限公司 光電轉換設備、測距裝置、及資訊處理系統
US10545240B2 (en) * 2017-03-28 2020-01-28 Luminar Technologies, Inc. LIDAR transmitter and detector system using pulse encoding to reduce range ambiguity
EP3470872B1 (en) * 2017-10-11 2021-09-08 Melexis Technologies NV Sensor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022080128A1 (ja) * 2020-10-12 2022-04-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距センサ、測距システム、および、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3786662A1 (en) 2021-03-03
CN110416199A (zh) 2019-11-05
CN210092078U (zh) 2020-02-18
WO2019207953A1 (ja) 2019-10-31
TW201945755A (zh) 2019-12-01
EP3786662A4 (en) 2021-06-16
US20210156965A1 (en) 2021-05-27
TWI821266B (zh) 2023-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2019191018A (ja) 測距装置及び測距モジュール
US11300665B2 (en) Rotating compact light ranging system
CN110710072B (zh) 具有结合光束转向的超小型垂直腔表面发射激光发射器的器件
JP4793099B2 (ja) 光モジュール
US20240107677A1 (en) Electronic circuit board, base member, electronic equipment, electronic equipment manufacturing method, and electronic circuit board manufacturing method
TWI423544B (zh) 具光接收器及雷射二極體的光電子電路與包含該電路之模組
WO2019113368A1 (en) Rotating compact light ranging system
US11862929B2 (en) Laser diode packaging module, distance detection device, and electronic device
JP2009200433A (ja) 光学モジュールおよびそれを用いた医療用光計測システム
JP2019192915A (ja) 半導体装置
JP7036236B2 (ja) 触覚及び近接センサ
JP2009027088A (ja) 半導体発光装置
US20190129030A1 (en) Distance sensing apparatus
KR20070113651A (ko) 수동 정렬된 광결합 장치 및 그 제작방법
KR20110070036A (ko) 인터포저를 이용한 광전변환모듈
WO2023058423A1 (ja) 受光素子、測距装置、測距モジュール、電子機器、及び受光素子の製造方法
US11965989B2 (en) Copackaging photodetector and readout circuit for improved LiDAR detection
JP3978445B2 (ja) 反射形エンコーダおよびそれを用いた電子機器
CN215262061U (zh) 光电传感器组件及激光雷达
CN111077540A (zh) 多线激光雷达装置及其制造方法
CN214540401U (zh) 计数模组及机械计时设备
WO2022217948A1 (zh) 接收装置和激光雷达
CN116299329A (zh) Tof传感器以及终端设备
CN117136437A (zh) 光电模块
KR20090109670A (ko) 일체형 광모듈 패키지 및 그 제조방법