JP7238928B2 - Photodetector and rangefinder - Google Patents

Photodetector and rangefinder Download PDF

Info

Publication number
JP7238928B2
JP7238928B2 JP2021123399A JP2021123399A JP7238928B2 JP 7238928 B2 JP7238928 B2 JP 7238928B2 JP 2021123399 A JP2021123399 A JP 2021123399A JP 2021123399 A JP2021123399 A JP 2021123399A JP 7238928 B2 JP7238928 B2 JP 7238928B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical deflection
deflection element
optical
shaped member
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.)
Active
Application number
JP2021123399A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023018980A (en
Inventor
健 南條
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2021123399A priority Critical patent/JP7238928B2/en
Publication of JP2023018980A publication Critical patent/JP2023018980A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7238928B2 publication Critical patent/JP7238928B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

本発明は、光検出器および測距装置に関する。 The present invention relates to photodetectors and ranging devices.

近年、自動運転の自動車向けにLIDAR(Light Detection And Ranging)と称する測距装置の開発が進んでいる。このLIDARにおいては、時速100[km/h]程度の車速で走行する場合、安全上300[m]程度先までの物体との距離を正確に測定する必要があり、その方法として直接TOF(Time Of Flight)方式が主流である。直接TOF方式とは、コヒーレントなレーザ光を、検出する方向に放射し、物体に衝突し反射してきたレーザ光をレンズを経由してフォトダイオード等の受光部に入射させ、放射から検出までの時間と光速とから物体までの距離を測定する方式であり、広範囲かつ長距離を高精度かつ高速に測定することが求められる。直接TOF方式を用いた測距装置は、機械的に360[°]水平面で回転させ、垂直方向に測定系を複数積層する構成が一般的である。 In recent years, the development of a distance measuring device called LIDAR (Light Detection And Ranging) for self-driving automobiles is progressing. In this LIDAR, when traveling at a vehicle speed of about 100 [km/h] per hour, it is necessary to accurately measure the distance to an object up to about 300 [m] for safety. Of Flight) method is the mainstream. In the direct TOF method, a coherent laser beam is emitted in the direction to be detected, the laser beam that has collided with an object and is reflected is made incident on a light receiving part such as a photodiode via a lens, and the time from emission to detection is measured. It is a method to measure the distance to an object from the speed of light and the speed of light. A distance measuring device using the direct TOF method is generally configured to mechanically rotate 360[°] in a horizontal plane and stack a plurality of measurement systems in the vertical direction.

しかし、今までの測距装置では、垂直方向に積層する測定系の個数はその大きさに起因して制約があるため縦方向では十分な解像度が得られないという課題があり、かつ該測定系を多数積層した場合には機器の小型化が困難となる課題があった。さらに、機械的に360°回転させる機構の耐久性を確保しなければならず、かつ耐震性を考慮した構造にしなければならないという課題があった。 However, conventional distance measuring devices have the problem that sufficient resolution cannot be obtained in the vertical direction because the number of measuring systems stacked in the vertical direction is limited due to their sizes. There was a problem that miniaturization of equipment becomes difficult when a large number of are stacked. Furthermore, there was a problem that the durability of the mechanical 360° rotation mechanism had to be ensured, and that the structure had to be constructed in consideration of earthquake resistance.

このような縦方向の解像度、および機械的な耐久性の課題を解決するための技術として、検出器の信号対雑音比を大幅に高めることを目的として、偏向アレーに撮像光学系による画像情報を直前に入力させて視野中の各点に対応する2次元アレー内で動作させる画素を決定し、オン動作させた画素からの反射光をフォトダイオードへ向けることと、オフ動作させた画素からの反射光をフォトダイオードから離れた吸光板に向けることを特徴とし、かつ当該フォトダイオードは感光画素が2次元に配列したアレーからなる感光部材すなわちフォトダイオードアレーであり、2次元の光偏向アレーから得られた2次元配列の検出光をそのまま2次元のフォトダイオードアレーで検出するという構成が開示されている(例えば特許文献1)。 As a technique for solving the problems of vertical resolution and mechanical durability, we have developed a deflection array that transmits image information from the imaging optics to the detector for the purpose of significantly increasing the signal-to-noise ratio of the detector. A pixel that is input immediately before and is operated within a two-dimensional array corresponding to each point in the field of view is determined, reflected light from the pixel that is operated on is directed to the photodiode, and light is reflected from the pixel that is operated off. The photodiode is a photosensitive element or photodiode array consisting of a two-dimensional array of photosensitive pixels, which is obtained from a two-dimensional light deflection array. A configuration is disclosed in which the two-dimensional array of detection light is directly detected by a two-dimensional photodiode array (for example, Patent Document 1).

しかし、特許文献1に記載された技術では、撮像した画像情報を書き込むための、各画素直下に配置された複数のトランジスタ等を有する構造が必要となり、各画素の動作情報を書き込むための時間が必要であるため、高速動作が困難であるという課題がある。また、光偏向アレーから得られた2次元の反射光はそのまま2次元のフォトダイオードアレーに入射させるため、大型で高性能なフォトダイオードアレーが必要となるという課題がある。 However, the technique described in Patent Document 1 requires a structure having a plurality of transistors or the like arranged directly under each pixel for writing captured image information, and it takes time to write the operation information of each pixel. Therefore, there is a problem that high-speed operation is difficult. In addition, since the two-dimensional reflected light obtained from the light deflection array is directly incident on the two-dimensional photodiode array, there is a problem that a large-sized high-performance photodiode array is required.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出を可能とする光検出器および測距装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photodetector and a distance measuring device that can suppress an increase in size and can detect light at high speed.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、検出器であって、外界から入射した物体からの反射光である入射光を導光する導光部と、前記導光部に入射した前記入射光であって該導光部により導光された入射光を偏向させる偏向部と、前記偏向部により偏向された前記入射光の光束のうち一部を検出する受光部と、を備え、前記偏向部は、前記入射光を偏向させる複数の光偏向素子を含む光偏向素子群を複数有し、前記光偏向素子群は、前記複数の光偏向素子が互いに電気的に並列に接続されて構成され、前記光偏向素子群が有する前記複数の光偏向素子は、パッシブマトリクス駆動により、同時に偏向動作を行い、複数の前記光偏向素子群は、時間経過と共に同時または順番に前記偏向動作を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a photodetector comprising: a light guide section for guiding incident light, which is reflected light from an object incident from the outside; a deflection section for deflecting the incident light that has entered the section and is guided by the light guide section; a light receiving section, wherein the deflection section has a plurality of optical deflection element groups including a plurality of optical deflection elements for deflecting the incident light; The plurality of optical deflection elements included in the optical deflection element group are passively matrix-driven to simultaneously perform deflection operations, and the plurality of optical deflection element groups are simultaneously or simultaneously connected with the passage of time. The deflection operation is performed in order.

本発明によれば、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出を可能とする。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in size and to detect light at high speed.

図1は、一般的な光検出器を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a typical photodetector. 図2は、一般的な光検出器の構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a general photodetector. 図3は、従来の光検出器の構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional photodetector. 図4は、DMDの光偏向素子の断面の概略を示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of an optical deflection element of the DMD. 図5は、実施形態に係る測距装置の構成の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the distance measuring device according to the embodiment; 図6は、実施形態に係る測距装置の光偏向素子の上面図および断面図である。6A and 6B are a top view and a cross-sectional view of the optical deflection element of the rangefinder according to the embodiment. 図7は、実施形態に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作の一例を説明する図である。7A and 7B are diagrams for explaining an example of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to the embodiment. 図8は、実施形態に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作のタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a timing chart of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to the embodiment. 図9は、実施形態に係る測距装置の測距動作の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of ranging operation of the ranging device according to the embodiment. 図10は、変形例1に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作の一例を説明する図である。10A and 10B are diagrams for explaining an example of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to Modification 1. FIG. 図11は、変形例2に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作の一例を説明する図である。11A and 11B are diagrams for explaining an example of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to Modification 2. FIG. 図12は、変形例2に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作のタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of a timing chart of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to Modification 2. As shown in FIG. 図13は、変形例3に係る測距装置においてレーザ強度を変える動作を示すタイミングチャートの一例を示す図である。13A and 13B are diagrams showing an example of a timing chart showing an operation of changing the laser intensity in the distance measuring device according to Modification 3. FIG.

以下に、図面を参照しながら、本発明に係る光検出器および測距装置の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。 Embodiments of a photodetector and a distance measuring device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited by the following embodiments, and the constituent elements in the following embodiments can be easily conceived by those skilled in the art, substantially the same, and so-called equivalent ranges. is included. Furthermore, various omissions, replacements, changes and combinations of components can be made without departing from the gist of the following embodiments.

(従来の光検出器について)
図1は、一般的な光検出器を説明する図である。図2は、一般的な光検出器の構成の一例を示す図である。図1および図2を参照しながら、一般的な検出器の構成について説明する。
(For conventional photodetectors)
FIG. 1 is a diagram illustrating a typical photodetector. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a general photodetector. A typical detector configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

図1において、測距装置101は、一般的な測距装置であり、物体102~105は、それぞれ空間に存在する測距対象となる物体を示している。測距装置101は、物体102~105等の外界の物体との距離を測定する装置である。測距装置101は、それぞれ距離が異なる場所に存在する物体102~105との距離を同時に、または順次に測定する。 In FIG. 1, a distance measuring device 101 is a general distance measuring device, and objects 102 to 105 indicate objects existing in space and subject to distance measurement. A distance measuring device 101 is a device for measuring distances to external objects such as objects 102 to 105 . Distance measuring device 101 simultaneously or sequentially measures distances to objects 102 to 105 located at different distances.

図2に示すように、測距装置101は、例えば、レーザ光源201と、整形レンズ202と、ポリゴンミラー203と、レンズ204と、結像レンズ205と、受光器206と、を備えている。 As shown in FIG. 2, the distance measuring device 101 includes, for example, a laser light source 201, a shaping lens 202, a polygon mirror 203, a lens 204, an imaging lens 205, and a light receiver 206.

レーザ光源201は、例えば近赤外線のレーザ光を放射する光源である。整形レンズ202は、レーザ光源201から放射されたレーザ光をコヒーレントなレーザ光に整形するレンズである。ポリゴンミラー203は、整形レンズ202により整形されたレーザ光を水平方向(例えば120[°]~360[°]の範囲)に走査するように反射させて、レンズ204へ向かわせる部材である。レンズ204は、ポリゴンミラー203により反射されたレーザ光を測距装置101外部へ放射させるレンズである。このように、レンズ204から放射したレーザ光は、外界に存在する物体で反射し、反射光として測距装置101に入射する。 The laser light source 201 is a light source that emits near-infrared laser light, for example. The shaping lens 202 is a lens that shapes the laser light emitted from the laser light source 201 into coherent laser light. The polygon mirror 203 is a member that reflects the laser beam shaped by the shaping lens 202 so as to scan in the horizontal direction (for example, the range of 120[°] to 360[°]) and directs it toward the lens 204 . A lens 204 is a lens that emits the laser beam reflected by the polygon mirror 203 to the outside of the distance measuring device 101 . In this way, the laser light emitted from the lens 204 is reflected by an object existing in the outside world and enters the distance measuring device 101 as reflected light.

結像レンズ205は、外界から入射した物体からの反射光を受光器206に結像させるレンズである。受光器206は、結像レンズ205を透過した反射光を同時にまたは順次に検出する部材である。測距装置101は、受光器206により検出された反射光によって、各物体との距離を測定し、水平方向、垂直方向および奥行き方向の3次元の情報を取得する。 The imaging lens 205 is a lens that forms an image on the light receiver 206 of reflected light from an object that has entered from the outside world. The light receiver 206 is a member that simultaneously or sequentially detects reflected light that has passed through the imaging lens 205 . The distance measuring device 101 measures the distance to each object from the reflected light detected by the light receiver 206, and acquires three-dimensional information in the horizontal, vertical and depth directions.

以上のような測距装置101は、広範囲の測距データを高解像度でできるだけ高速に検出することが望まれており、かつ小型で安価であることが望まれているが、現状では非常に高価で大規模な機器となる課題を有している。 The distance measuring device 101 as described above is desired to detect a wide range of distance measurement data with high resolution and as fast as possible, and is also desired to be small and inexpensive. However, it has the problem of becoming a large-scale device.

図3は、従来の光検出器の構成の一例を示す図である。図4は、DMDの光偏向素子の断面の概略を示す図である。次に、図3および図4を参照しながら、例えば米国特許出願公開第2017/0357000号明細書等に記載された従来の光検出器の構成について説明する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional photodetector. FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of an optical deflection element of the DMD. Next, the configuration of a conventional photodetector described in, for example, US Patent Application Publication No. 2017/0357000 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

光検出器101aは、物体111、112等の外界の物体からの反射光を入射して検出する装置である。反射光は、図1に示したように、何らかのレーザ光源から放射された場合の反射光であってもよい。図3に示すように、光検出器101aは、結像レンズ211と、DMD(Digital Micromirror Device)212と、結像レンズ213と、受光器214と、を備えている。 The photodetector 101a is a device that receives and detects reflected light from external objects such as the objects 111 and 112 . The reflected light may be the reflected light emitted from some laser light source, as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the photodetector 101a includes an imaging lens 211, a DMD (Digital Micromirror Device) 212, an imaging lens 213, and a light receiver 214.

結像レンズ211は、外界から入射した物体からの反射光をDMD212に結像させるレンズである。DMD212は、可動式の微小なミラー(図4に示す光偏向素子212a)を、集積回路の基板の上に多数2次元配列した光偏向アレーである。結像レンズ213は、DMD212における光偏向素子212aのオン動作により反射された光を、受光器214へ結像させるレンズである。受光器214は、DMD212におけるオン動作した光偏向素子212aで反射した光であって、結像レンズ213を透過した光を検出するフォトダイオードアレーである。遠方の物体を測距するためには、受光器214について、通常のフォトダイオードよりも、少ない光子を計測することに適したアバランシェフォトダイオードを用いることが望ましい。 The imaging lens 211 is a lens that forms an image on the DMD 212 of reflected light from an object that has entered from the outside world. The DMD 212 is an optical deflection array in which a large number of movable minute mirrors (optical deflection elements 212a shown in FIG. 4) are two-dimensionally arranged on an integrated circuit substrate. The imaging lens 213 is a lens that forms an image on the light receiver 214 of the light reflected by the ON operation of the optical deflection element 212 a in the DMD 212 . The photodetector 214 is a photodiode array that detects light that is reflected by the ON-operated optical deflection element 212 a in the DMD 212 and that has passed through the imaging lens 213 . In order to measure the distance of a distant object, it is desirable to use an avalanche photodiode, which is suitable for measuring a small number of photons, as the light receiver 214 rather than a normal photodiode.

光検出器101aは、外界の物体に対する画像情報を、DMD212による検出の直前に取得して、DMD212の各光偏向素子212aのうち、オン動作させる光偏向素子212aと、オフ動作させる光偏向素子212aとを決定する。この際、各光偏向素子212aのオン/オフ動作の情報を記憶しておくことが必要となる。そして、光検出器101aのDMD212は、オン動作させるものと決定した光偏向素子212aのみをオン動作させて、結像レンズ211からの反射光を、結像レンズ213へ向けて反射させる。これにより、光検出器101aは信号対雑音比を向上させることができるものとしている。 The photodetector 101a acquires image information of an external object immediately before detection by the DMD 212, and among the optical deflection elements 212a of the DMD 212, the optical deflection element 212a to be turned on and the optical deflection element 212a to be turned off. to determine. At this time, it is necessary to store information on the ON/OFF operation of each optical deflection element 212a. Then, the DMD 212 of the photodetector 101 a turns ON only the optical deflection element 212 a determined to be turned ON, and reflects the reflected light from the imaging lens 211 toward the imaging lens 213 . As a result, the photodetector 101a can improve the signal-to-noise ratio.

ここで、DMD212の光偏向素子212aの構成について、図4を参照しながら説明する。光偏向素子212aは、図4に示すように、ミラー構成部301と、SRAM(Static Random Access Memory)302と、を有する。 Here, the configuration of the optical deflection element 212a of the DMD 212 will be described with reference to FIG. The optical deflection element 212a has a mirror configuration section 301 and an SRAM (Static Random Access Memory) 302, as shown in FIG.

ミラー構成部301は、SRAM302の上に積層され、捩じり梁によりミラー部材の角度を変える構成を有する。SRAM302は、上述のように、当該光偏向素子212aのオン/オフ動作の情報を記憶するための、P型トランジスタ、N型トランジスタおよび多層配線等を含む記憶部分である。光偏向素子212aは、このような構成を備えることよって、SRAM302に記憶されたオン/オフ情報に従ってミラー構成部301のミラー部材を可動させる。 The mirror component 301 is layered on the SRAM 302 and has a structure in which the angle of the mirror member is changed by torsion beams. The SRAM 302 is, as described above, a storage section including P-type transistors, N-type transistors, multi-layer wiring, etc., for storing information on the ON/OFF operation of the light deflection element 212a. The light deflection element 212 a having such a configuration moves the mirror member of the mirror configuration section 301 according to the ON/OFF information stored in the SRAM 302 .

以上のような光検出器101aにおいては、上述のように、外界の物体に対する画像情報を、DMD212による検出の直前に取得して、当該画像情報に基づいて、オン動作させる光偏向素子212aを特定することになるが、例えば、上述の米国特許出願公開第2017/0357000号明細書では、どのような方法で特定するのかが必ずしも明確ではない。また、光検出器101aにおいては、測距動作時に毎回画像情報を読み込みことが必要となるが、当該画像情報が取得できない等の予測できない場合に対応するための動作が明確でない。また、光検出器101aにおいては、撮像した画像情報を書き込むための、DMD212の各画素直下に配置された複数のトランジスタ等を有する構造が必要となるため複雑な構成とならざるを得ず、コストが高くなり、各画素の動作情報を書き込むための時間が必要であるため、高速動作が困難であるという課題がある。また、光偏向素子212aは、捩じり梁型で可動する構成であるため、反射方向の変位において梁の復元力および残留振動が発生するため、偏向時間が長くかかり高速動作が困難であるという課題がある。また、オン動作する光偏向素子212aを特定した後に測距動作を行っているので、特定した後に測距を行っているので、特定したタイミングよりも少し時間がずれたタイミングでの測距データが得られるという不具合もある。また、光偏向アレーとしてのDMD212から得られた2次元の反射光はそのまま2次元のフォトダイオードアレーである受光器214に入射させるため、大型で高性能なフォトダイオードアレーが必要となるという課題がある。 In the photodetector 101a as described above, the image information of the object in the external world is acquired immediately before detection by the DMD 212, and the optical deflection element 212a to be turned on is specified based on the image information. However, for example, in the above-mentioned US Patent Application Publication No. 2017/0357000, it is not necessarily clear how to specify. Further, in the photodetector 101a, image information must be read each time the distance measurement operation is performed, but the operation for coping with an unpredictable case such as being unable to acquire the image information is not clear. In addition, the photodetector 101a requires a structure having a plurality of transistors and the like arranged directly under each pixel of the DMD 212 for writing captured image information. becomes high, and it takes time to write the operation information of each pixel, so there is a problem that high-speed operation is difficult. In addition, since the optical deflection element 212a is of a torsion beam type and movable, a restoring force of the beam and a residual vibration are generated in the displacement in the reflection direction. I have a problem. Further, since the distance measurement operation is performed after specifying the optical deflection element 212a to be turned on, the distance measurement data is obtained at a timing slightly shifted from the specified timing. There is also a problem that it can be obtained. In addition, since the two-dimensional reflected light obtained from the DMD 212 as a light deflection array is directly incident on the light receiver 214 as a two-dimensional photodiode array, there is a problem that a large-sized high-performance photodiode array is required. be.

以下では、上述の課題を解決することができる本実施形態に係る測距装置1の構成および動作について説明する。 The configuration and operation of the distance measuring device 1 according to this embodiment, which can solve the above-described problems, will be described below.

(測距装置の構成)
図5は、実施形態に係る測距装置の構成の一例を示す図である。図6は、実施形態に係る測距装置の光偏向素子の上面図および断面図である。図5および図6を参照しながら、本実施形態に係る測距装置1の構成について説明する。
(Configuration of distance measuring device)
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the distance measuring device according to the embodiment; 6A and 6B are a top view and a cross-sectional view of the optical deflection element of the rangefinder according to the embodiment. The configuration of the distance measuring device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

図5に示すように、測距装置1は、レーザ光源11(光源)と、整形レンズ12と、光走査装置13(光走査部)と、反射ミラー14(光学系の一例)と、垂直方向拡大レンズ15(光学系の一例)と、結像レンズ16(導光部)と、光偏向アレー17(偏向部)と、吸光板18(吸光部)と、結像レンズ19と、受光器20(受光部)と、コントローラ21と、を備えている。 As shown in FIG. 5, the distance measuring device 1 includes a laser light source 11 (light source), a shaping lens 12, an optical scanning device 13 (optical scanning section), a reflecting mirror 14 (an example of an optical system), and a vertical A magnifying lens 15 (an example of an optical system), an imaging lens 16 (light guide section), a light deflection array 17 (deflecting section), a light absorbing plate 18 (light absorbing section), an image forming lens 19, and a light receiver 20 (light receiving portion) and a controller 21 .

レーザ光源11は、例えば近赤外線のパルス状のレーザ光を放射する光源である。 The laser light source 11 is a light source that emits, for example, near-infrared pulsed laser light.

整形レンズ12は、レーザ光源11から放射されたレーザ光をコヒーレントなレーザ光に整形するレンズである。 The shaping lens 12 is a lens that shapes the laser light emitted from the laser light source 11 into coherent laser light.

光走査装置13は、整形レンズ12により整形されたレーザ光を水平方向(第1方向の一例)に走査するように反射させて、反射ミラー14へ向かわせる部材である。なお、光走査装置13によるレーザ光の走査方向は、水平方向に限定されるものではない。 The optical scanning device 13 is a member that reflects the laser beam shaped by the shaping lens 12 so as to scan in the horizontal direction (an example of the first direction) and directs it toward the reflecting mirror 14 . Note that the scanning direction of the laser light by the optical scanning device 13 is not limited to the horizontal direction.

反射ミラー14は、光走査装置13により反射されたレーザ光を、垂直方向拡大レンズ15へ向けて反射するミラー部材である。 The reflecting mirror 14 is a mirror member that reflects the laser light reflected by the optical scanning device 13 toward the vertical magnifying lens 15 .

垂直方向拡大レンズ15は、反射ミラー14により反射されたレーザ光を、垂直方向に拡大して測距装置1の外部へ放射させるレンズである。このように、垂直方向拡大レンズ15から放射したレーザ光は、外界に存在する物体で反射し、反射光(検出光)として測距装置1に入射する。なお、垂直方向拡大レンズ15によるレーザ光の拡大方向は、光走査装置13によるレーザ光の走査方向(例えば水平方向)に直交する方向に限定されるものではなく、少なくとも当該走査方向に交差する方向であればよい。 The vertical magnifying lens 15 is a lens that magnifies the laser light reflected by the reflecting mirror 14 in the vertical direction and radiates it to the outside of the distance measuring device 1 . In this way, the laser light emitted from the vertical magnifying lens 15 is reflected by an object existing in the outside world and enters the distance measuring device 1 as reflected light (detection light). Note that the direction in which the laser light is expanded by the vertical direction expansion lens 15 is not limited to the direction perpendicular to the scanning direction (for example, the horizontal direction) of the laser light by the optical scanning device 13, and at least the direction intersecting the scanning direction. If it is

結像レンズ16は、外界から入射した物体からの反射光(入射光)を導光して光偏向アレー17に結像させるレンズである。 The imaging lens 16 is a lens that guides reflected light (incident light) from an object that has entered from the outside and forms an image on the light deflection array 17 .

光偏向アレー17は、図6に示す光偏向素子17aを2次元配列した光偏向アレーである。光偏向アレー17は、複数の光偏向素子17aのうち任意の光偏向素子17aが互いに電気的に並列に接続された光偏向素子群を複数形成し、光偏向素子群を構成する各光偏向素子17aについてはパッシブマトリクス駆動により同時に光偏向動作を行わせ、各光偏向素子群を時間の経過と共に同時または順番に光偏向動作を行わせる。光偏向素子群は、パッシブマトリクス駆動により、外部信号(コントローラ21からの信号等)により直接駆動される。このように、光偏向アレー17のいずれかの光偏向素子群に対するパッシブマトリクス駆動によるオン動作により、当該光偏向素子群を構成するいずれかの光偏向素子17aに入射した、結像レンズ16からの反射光は、当該光偏向素子17aにより結像レンズ19へ向かうON光として反射(偏向)される。オン動作が行われた光偏向装置群によりON光として反射された光は纏められるか分別され、受光器20において同時に検出されることとなる。また、一方、オフ動作となっている光偏向素子群を構成するいずれかの光偏向素子17aに入射した結像レンズ16からの反射光は、当該光偏向素子17aにより吸光板18へ向かうOFF光として反射(偏向)される。 The optical deflection array 17 is an optical deflection array in which the optical deflection elements 17a shown in FIG. 6 are arranged two-dimensionally. The optical deflection array 17 forms a plurality of optical deflection element groups in which arbitrary optical deflection elements 17a of the plurality of optical deflection elements 17a are electrically connected to each other in parallel, and each optical deflection element constituting the optical deflection element group. As for 17a, optical deflection operations are simultaneously performed by passive matrix driving, and each optical deflection element group is caused to perform optical deflection operations simultaneously or sequentially as time elapses. The optical deflection element group is directly driven by an external signal (such as a signal from the controller 21) by passive matrix driving. In this way, by the ON operation by passive matrix driving of any one of the light deflection element groups of the light deflection array 17, the light from the imaging lens 16 that is incident on one of the light deflection elements 17a constituting the light deflection element group The reflected light is reflected (deflected) as ON light directed toward the imaging lens 19 by the optical deflection element 17a. The light beams reflected as ON light beams by the group of optical deflectors that have been turned on are collected or separated, and are simultaneously detected by the light receiver 20 . On the other hand, the reflected light from the imaging lens 16 that has entered one of the optical deflection elements 17a that constitute the optical deflection element group that is in the off state is turned off toward the light absorbing plate 18 by the optical deflection element 17a. is reflected (deflected) as

吸光板18は、光偏向アレー17によりOFF光として反射された光を吸光する部材である。 The light absorbing plate 18 is a member that absorbs light reflected as OFF light by the light deflection array 17 .

結像レンズ19は、光偏向アレー17により反射されたON光を受光器20に結像させるレンズである。 The imaging lens 19 is a lens that forms an image of the ON light reflected by the light deflection array 17 on the light receiver 20 .

受光器20は、結像レンズ19を透過したON光を順次に検出(受光)する1~数個のフォトダイオード(受光素子の一例)である。なお、フォトダイオードに限定されるものではなく、例えばアバランシェフォトダイオード(受光素子の一例)で構成されるものとしてもよい。 The light receiver 20 is one to several photodiodes (an example of light receiving elements) that sequentially detect (receive) the ON light that has passed through the imaging lens 19 . In addition, it is not limited to a photodiode, and may be configured by, for example, an avalanche photodiode (an example of a light receiving element).

コントローラ21は、測距装置1の動作全体を制御する制御装置である。コントローラ21は、例えば、レーザ光源11によるレーザ光の放射動作、光走査装置13による走査動作、および、光偏向アレー17による光偏向素子群のオン/オフ動作を実行する。また、コントローラ21は、レーザ光源11によりレーザ光が放射されてから受光器20によりON光が検出されるまでの時間と光速とから、物体の点までの距離を測定し、その距離情報を用いて3Dマップ(三次元画像)を生成する。 The controller 21 is a control device that controls the overall operation of the distance measuring device 1 . The controller 21 executes, for example, a laser light emission operation by the laser light source 11 , a scanning operation by the optical scanning device 13 , and an on/off operation of the optical deflection element group by the optical deflection array 17 . Further, the controller 21 measures the distance to the point of the object from the time from when the laser light source 11 emits the laser light to when the ON light is detected by the light receiver 20 and the speed of light, and uses the distance information. to generate a 3D map (three-dimensional image).

以上のような測距装置1の構成とすることにより、外界の物体に対する距離の測定を時間経過と共に1点ずつ順次に行うことができる。なお、受光器20のフォトダイオードを数個とした場合、複数点での距離の測定を同時に行うことも可能である。 With the configuration of the distance measuring device 1 as described above, the distance to an object in the external world can be measured one by one as time elapses. If the photodetector 20 has several photodiodes, it is possible to simultaneously measure the distance at a plurality of points.

なお、測距装置1のうち、結像レンズ16、光偏向アレー17、吸光板18、結像レンズ19、受光器20およびコントローラ21の構成部分を抽出した場合、外界から入射した光を順次に検出する光検出器の一例と捉えることもでき、測距装置1自体についても当該構成部分だけを考えた場合、光検出器の一例と捉えることもできる。 In the case where the imaging lens 16, the optical deflection array 17, the light absorbing plate 18, the imaging lens 19, the light receiver 20, and the controller 21 are extracted from the distance measuring device 1, the incident light from the outside is sequentially It can also be regarded as an example of a photodetector for detection, and the distance measuring device 1 itself can also be regarded as an example of a photodetector when only the relevant component is considered.

次に、光偏向アレー17の光偏向素子17aの構成の詳細について説明する。 Next, the details of the configuration of the optical deflection element 17a of the optical deflection array 17 will be described.

図6に示すように、光偏向素子17aは、基板31と、配線32と、絶縁膜33と、接続孔34と、電極35a、35bと、接触部材36と、支点部材37と、板形状部材38と、柱39と、笠形状部材40と、を有する。図6(b)は、図6(a)におけるA-A’断面図である。 As shown in FIG. 6, the optical deflection element 17a includes a substrate 31, a wiring 32, an insulating film 33, a connection hole 34, electrodes 35a and 35b, a contact member 36, a fulcrum member 37, and a plate-shaped member. 38 , a post 39 and a hat-shaped member 40 . FIG. 6(b) is a cross-sectional view taken along the line A-A' in FIG. 6(a).

基板31は、平面状部分を有する板形状部材である。配線32は、図6(a)に示すように、基板31上に互いに平行に並設された導体で形成された複数の配線である。絶縁膜33は、図6(b)に示すように、基板31上に配置された配線32を絶縁して保護するとともに、平坦化するための膜である。 The substrate 31 is a plate-shaped member having a planar portion. As shown in FIG. 6A, the wirings 32 are a plurality of wirings formed of conductors arranged in parallel on the substrate 31 . As shown in FIG. 6B, the insulating film 33 is a film for insulating and protecting the wiring 32 arranged on the substrate 31 and planarizing it.

接続孔34は、図6(b)に示すように、絶縁膜33を貫通して、電極35aと任意の配線32とを電気的に接続し、電極35bと任意の配線32とを電気的に接続する部材である。この接続孔34によって、電極35a、35bと任意の配線32とが電気的に接続されることにより異なる光偏向素子17aと電気的に接続され、上述したように、任意の光偏向素子17aを互いに電気的に並列に接続された光偏向素子群が形成される。 As shown in FIG. 6B, the connection hole 34 penetrates the insulating film 33 to electrically connect the electrode 35a and the arbitrary wiring 32, and electrically connect the electrode 35b and the arbitrary wiring 32. It is a member to be connected. The electrodes 35a and 35b are electrically connected to an arbitrary wiring 32 through the connection hole 34, thereby electrically connecting different optical deflection elements 17a. A group of optical deflection elements electrically connected in parallel is formed.

電極35a、35bは、絶縁膜33上に支点部材37に対して対称となるように配置された電極である。上述したように、電極35a、35bは、接続孔34によってそれぞれ任意の配線32に電気的に接続されている。 The electrodes 35 a and 35 b are electrodes arranged on the insulating film 33 so as to be symmetrical with respect to the fulcrum member 37 . As described above, the electrodes 35a and 35b are electrically connected to arbitrary wirings 32 through the connection holes 34, respectively.

接触部材36は、図6(b)に示すように、支点部材37に対して電極35a、35bの反対側の絶縁膜33上に配置された部材であり、板形状部材38が傾斜したときに接触させる部材である。 As shown in FIG. 6B, the contact member 36 is a member arranged on the insulating film 33 on the side opposite to the electrodes 35a and 35b with respect to the fulcrum member 37, and when the plate-shaped member 38 is inclined, the contact member 36 It is a member to be contacted.

支点部材37は、基板31の平面状部分の電極35aと電極35bとの間に複数(図6(a)の例では2つ)配置され、板形状部材38の反射面と反対側の面に接離自在に接触し、当該板形状部材38の傾斜動作の支点となる部材である。 A plurality of fulcrum members 37 (two in the example of FIG. 6A) are arranged between the electrodes 35a and 35b on the planar portion of the substrate 31, and are arranged on the surface of the plate-shaped member 38 opposite to the reflecting surface. It is a member that comes into contact with the plate-shaped member 38 so as to move freely toward and away from it, and serves as a fulcrum for the tilting motion of the plate-shaped member 38 .

板形状部材38は、電極35a、35bに対向する態様で、支点部材37に接離自在に支持され、支点部材37に接触した面とは反対側の面が、検出光を反射する高反射率の反射面となっており、支点部材37に接触した面の少なくとも一部に電極35a、35bと対向した導電性領域を含む板形状の弾性部材である。 The plate-shaped member 38 is supported by the fulcrum member 37 so as to face the electrodes 35a and 35b so as to be freely contactable and detachable. It is a plate-shaped elastic member including a conductive region facing the electrodes 35 a and 35 b on at least a part of the surface in contact with the fulcrum member 37 .

柱39は、基板31の平面状部分、かつ、複数の支点部材37の支点を結ぶ線上の板形状部材38の当該線方向の端部側にそれぞれ配設されることにより板形状部材38の配置を規制する柱形状部である。笠形状部材40は、それぞれの柱39の基板31と反対側の端部に設置された笠形状の部材であり、板形状部材38の上述の線方向の端部の一部を覆うことによって板形状部材38の配置を規制し飛び出しを防止する部材である。ただし、板形状部材38と笠形状部材40との間には、板形状部材38の傾斜動作が自在に行われるように空隙が設けられている。 The pillars 39 are arranged on the planar portion of the substrate 31 and on the end side of the plate-shaped member 38 on the line connecting the fulcrums of the plurality of fulcrum members 37 in the direction of the line. It is a pillar-shaped portion that regulates the The cap-shaped member 40 is a cap-shaped member installed at the end of each of the columns 39 opposite to the substrate 31, and covers a part of the end of the plate-shaped member 38 in the above-described line direction to form a plate. It is a member that regulates the arrangement of the shape member 38 and prevents it from popping out. However, a gap is provided between the plate-shaped member 38 and the cap-shaped member 40 so that the plate-shaped member 38 can be freely tilted.

以上のように、光偏向素子17aでは、上述の図4に示した光偏向素子212aのように、トランジスタ等を含むSRAM302に相当する部分がなく、ミラー構成部301に相当する部分の構成のみとなっている。このため、光偏向素子17aを有する光偏向アレー17は、従来のDMD212と比較して、作製の工数を大幅に削減することができ、歩留まりがよく、容易に作製することができる。 As described above, unlike the optical deflection element 212a shown in FIG. 4, the optical deflection element 17a does not have a portion corresponding to the SRAM 302 including transistors and the like, and has only a configuration corresponding to the mirror configuration portion 301. It's becoming Therefore, the optical deflection array 17 having the optical deflection elements 17a can be manufactured with a large reduction in manufacturing man-hours compared to the conventional DMD 212, and can be easily manufactured with a high yield.

また、以上のような光偏向素子17aの構成によって、図6(a)に示す矢印方向に冷光偏向動作が行われる。具体的には、板形状部材38は、支点部材37、接触部材36および笠形状部材40との接触により傾斜角度が決定され、電極35a、35bへの印加電圧により傾斜方向が定まる。すなわち、板形状部材38は、電極35a、35bに対する印加電圧の状態によって、図6(b)に示すように、検出光をON光として反射するように傾斜動作を行い、または検出光をOFF光として反射するように傾斜動作を行う。このように、光偏向素子17aは、上述のDMD212の光偏向素子212aのように捩じり梁における復元力を持たないので、高速に光偏向動作を行うことができる。 Also, with the configuration of the light deflection element 17a as described above, the cold light deflection operation is performed in the direction of the arrow shown in FIG. 6(a). Specifically, the inclination angle of the plate-shaped member 38 is determined by contact with the fulcrum member 37, the contact member 36, and the cap-shaped member 40, and the inclination direction is determined by the voltage applied to the electrodes 35a and 35b. That is, the plate-shaped member 38 performs tilting operation so as to reflect the detection light as ON light, or changes the detection light as OFF light, as shown in FIG. Perform tilting motion so as to reflect as In this way, the optical deflection element 17a does not have the restoring force of the torsion beam unlike the optical deflection element 212a of the DMD 212 described above, so that the optical deflection operation can be performed at high speed.

(光偏向素子群のパターンの切り替え動作)
図7は、実施形態に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作の一例を説明する図である。図8は、実施形態に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作のタイミングチャートの一例を示す図である。図7および図8を参照しながら、オン動作させる光偏向素子群のパターンの切り替え動作について説明する。なお、図7および図8では、測距装置1において、水平視野角120[°]、垂直視野角20[°]、検出レート5[Hz]、測距距離300[m]まで、水平画素数1200点、垂直画素数40点で検出するものとする。ここで、検出レートとは、光偏向アレー17の画素(光偏向素子17a)のすべてで検出された場合を1回とした場合の処理レートである。また、図7に示す光偏向アレー17の画素数は、簡易的に説明するために、上述の水平および垂直の画素数と同一になっていないことを付言しておく。
(Switching operation of pattern of optical deflection element group)
7A and 7B are diagrams for explaining an example of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to the embodiment. FIG. 8 is a diagram showing an example of a timing chart of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to the embodiment. The switching operation of the pattern of the optical deflection element group to be turned on will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 and 8, the distance measuring device 1 has a horizontal viewing angle of 120 [°], a vertical viewing angle of 20 [°], a detection rate of 5 [Hz], and a ranging distance of up to 300 [m]. It is assumed that 1200 points and 40 vertical pixels are used for detection. Here, the detection rate is the processing rate when detection is performed by all the pixels (optical deflection elements 17a) of the optical deflection array 17 once. Further, it should be added that the number of pixels of the optical deflection array 17 shown in FIG. 7 is not the same as the number of horizontal and vertical pixels described above for the sake of simple explanation.

図7では、光偏向アレー17における光偏向素子群として、各水平方向(第2方向の一例)に並んだ画素(光偏向素子17a)を電気的に並列に接続して形成した例を示す。図7に示す光偏向アレー17のうち各セルが各光偏向素子17aに相当し、光偏向アレー17の全域が外界の測定空間の全域に対応する。そして、複数の光偏向素子群のうちどの光偏向素子群をオン動作させるかのパターンについて、図7ではパターン(1)~パターン(40)があるものとしている。具体的には、パターン(1)では、図7の紙面視の上から1番目の水平方向の光偏向素子群をオン動作(他の光偏向素子群はオフ動作とする。以下も同様である。)させた状態を示し、パターン(2)では、2番目の水平方向の光偏向素子群がオン動作させた状態を示す。同様に、パターンを規定し、最後のパターン(40)では、図7の紙面視の一番下の水平方向の光偏向素子群をオン動作させた状態を示す。また、図7では、外界の物体から反射された反射光(検出光)が光偏向アレー17の左から3番目の垂直方向の画素列(入射光領域ILA)に入射している状態を示している。これは、上述したように、垂直方向拡大レンズ15により垂直方向に拡大されたレーザ光が外部へ放射されるため、当該レーザ光についての物体からの反射光も、垂直方向に拡大された検出光として測距装置1に入射するためである。なお、光偏向素子群に含まれる各光偏向素子17aの配列方向は、水平方向に限定されるものではなく、他の方向であってもよい。 FIG. 7 shows an example in which the pixels (optical deflection elements 17a) arranged in each horizontal direction (an example of the second direction) are electrically connected in parallel as the optical deflection element group in the optical deflection array 17. FIG. Each cell of the optical deflection array 17 shown in FIG. 7 corresponds to each optical deflection element 17a, and the entire area of the optical deflection array 17 corresponds to the entire area of the external measurement space. In FIG. 7, there are patterns (1) to (40) as patterns indicating which of the plurality of light deflection element groups is to be turned on. Specifically, in pattern (1), the first horizontal optical deflection element group from the top of FIG. 7 is turned on (other optical deflection element groups are turned off). ), and pattern (2) shows a state in which the second horizontal light deflection element group is turned on. Similarly, patterns are defined, and the last pattern (40) shows a state in which the horizontal light deflection element group at the bottom of FIG. 7 is turned on. FIG. 7 also shows a state in which reflected light (detection light) reflected from an object in the external world is incident on the third vertical pixel row (incident light area ILA) from the left of the light deflection array 17 . there is This is because, as described above, the laser light expanded in the vertical direction by the vertical expansion lens 15 is emitted to the outside, so that the reflected light of the laser light from the object is also the detection light expanded in the vertical direction. This is because it is incident on the distance measuring device 1 as a The arrangement direction of each optical deflection element 17a included in the optical deflection element group is not limited to the horizontal direction, and may be another direction.

このように規定された各パターンについて、例えば、図7に示すように、入射光領域ILAに検出光が入射している状態において、コントローラ21は、パターン(1)からパターン(40)までを順次切り替える。この場合、各パターンでオン動作している光偏向素子群と入射光領域ILAとが交差する画素である検出点DPで反射されたON光が受光器20で検出されることになる。この場合、受光器20は、単一のフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードで構成されるものとしてもよい。すなわち、コントローラ21は、当該タイミングにおいて受光器20で検出された光が、当該パターンでオン動作している光偏向素子群と入射光領域ILAとが交差する画素からのON光であることが認識できるので、当該ON光に対応する物体の点までの距離情報として用いることにより、最終的に3Dマップを生成することができる。 For each pattern defined in this way, for example, as shown in FIG. 7, in a state in which the detection light is incident on the incident light area ILA, the controller 21 sequentially performs pattern (1) to pattern (40). switch. In this case, the light receiver 20 detects the ON light reflected at the detection point DP, which is the pixel where the light deflection element group that is ON in each pattern and the incident light area ILA intersect. In this case, the receiver 20 may consist of a single photodiode or avalanche photodiode. In other words, the controller 21 recognizes that the light detected by the light receiver 20 at this timing is the ON light from the pixel where the light deflection element group that is ON in the pattern intersects with the incident light area ILA. Therefore, it is possible to finally generate a 3D map by using it as distance information to the point of the object corresponding to the ON light.

一方、入射光領域ILAのうち検出点DP以外の領域で反射された反射光(検出光)は、当該領域に対応する光偏向素子17aはオフ動作の状態となっているので、OFF光として吸光板18へ向かい、吸光板18で吸光される。これによって、反射光(検出光)のうちON光以外の光が、測距装置1内を迷光として残存することを抑制することができる。 On the other hand, the reflected light (detection light) reflected by the regions other than the detection point DP in the incident light region ILA is absorbed as OFF light because the light deflection element 17a corresponding to the region is in the OFF state. It goes to the plate 18 and is absorbed by the light absorbing plate 18 . As a result, light other than the ON light among the reflected light (detection light) can be suppressed from remaining as stray light in the distance measuring device 1 .

すなわち、従来技術のDMD212のように、外界の物体に対する画像情報を検出の直前に取得して、各光偏向素子212aのオン/オフ動作の情報を直下のトランジスタ等の素子に記憶させておく必要がなく、本実施形態に係る測距装置1の光偏向アレー17では、予め決められた任意のパターンに対応する光偏向素子群のオン動作により、受光器20へ反射させる反射光束を形成する。 That is, like the DMD 212 of the prior art, it is necessary to acquire image information for an external object immediately before detection, and to store information on the ON/OFF operation of each optical deflection element 212a in an element such as a transistor immediately below. However, in the optical deflection array 17 of the distance measuring device 1 according to the present embodiment, a reflected light flux is formed to be reflected to the light receiver 20 by turning on the optical deflection element group corresponding to a predetermined arbitrary pattern.

ここで、図8に、各パターンの切り替えのタイミングチャートを示す。水平方向の解像度(水平画素数)から算出される、特定の入射光領域ILAあたりの検出時間、すなわちパターン(1)~パターン(40)の全体の検出時間は、166.7[μsec]である。これを垂直方向に40分割し、40個のパターンそれぞれにおける検出時間は、等しい時間であることが望ましいので、1画素の検出時間は、図8に示すように、4[μsec]となる。ここで、例えば300[m]までの測距に要する時間は、最大で2[μsec]であるので十分検出が可能となり、高速な検出が可能となる。これに対して、上述の従来技術におけるDMD212に代表される捩じり梁型のデバイスでは、変位後の残留振動があるため、上述のような短時間での光偏向動作は困難である。 Here, FIG. 8 shows a timing chart of switching of each pattern. The detection time per specific incident light area ILA calculated from the horizontal resolution (the number of horizontal pixels), that is, the total detection time for patterns (1) to (40) is 166.7 [μsec]. . Since it is desirable that the detection time for each of the 40 patterns is equal, the detection time for one pixel is 4 [μsec] as shown in FIG. Here, for example, since the time required for distance measurement up to 300 [m] is 2 [μsec] at maximum, detection is sufficiently possible, and high-speed detection is possible. On the other hand, in the torsion beam type device represented by the DMD 212 in the above-described prior art, there is residual vibration after displacement, so it is difficult to perform the light deflection operation in a short time as described above.

なお、オン動作させる光偏向素子群における光偏向素子17aの接続構成、および、各パターンにおいてどの光偏向素子群をオン動作させるかについては、図7に示した構成に限定されるものではなく、光検出動作または測距動作の仕様に応じて任意に決定することが可能である。また、光偏向アレー17の画素数、および光偏向アレー17内の光偏向素子17aに大きさ等についても、測距装置1の仕様に応じて任意に決定することが可能である。 The connection configuration of the optical deflection elements 17a in the optical deflection element groups to be turned on and which optical deflection element group is to be turned on in each pattern are not limited to the configuration shown in FIG. It can be arbitrarily determined according to the specifications of the light detection operation or range finding operation. Further, the number of pixels of the optical deflection array 17, the size of the optical deflection element 17a in the optical deflection array 17, and the like can be arbitrarily determined according to the specifications of the distance measuring device 1. FIG.

(測距装置の測距動作の流れ)
図9は、実施形態に係る測距装置の測距動作の流れの一例を示すフローチャートである。図9を参照しながら、本実施形態に係る測距装置1の測距動作の流れについて説明する。
(Flow of range finding operation of range finder)
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of ranging operation of the ranging device according to the embodiment. The flow of the ranging operation of the ranging device 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG.

<ステップS11>
レーザ光源11は、コントローラ21による制御に従って、赤外線等のパルス状のレーザ光を放射する。そして、レーザ光源11から放射されたレーザ光は、整形レンズ12によりコヒーレントなレーザ光に整形される。そして、ステップS12へ移行する。
<Step S11>
The laser light source 11 emits pulsed laser light such as infrared light under the control of the controller 21 . Laser light emitted from the laser light source 11 is shaped into coherent laser light by the shaping lens 12 . Then, the process proceeds to step S12.

<ステップS12>
光走査装置13は、コントローラ21による制御に従って、整形レンズ12により整形されたレーザ光を、特定の水平方向に走査した状態で反射させて、反射ミラー14へ向かわせる。そして、反射ミラー14は、光走査装置13により反射されたレーザ光を、垂直方向拡大レンズ15へ向けて反射する。そして、ステップS13へ移行する。
<Step S12>
Under the control of the controller 21 , the optical scanning device 13 reflects the laser light shaped by the shaping lens 12 while scanning in a specific horizontal direction, and directs it toward the reflecting mirror 14 . The reflecting mirror 14 reflects the laser light reflected by the optical scanning device 13 toward the vertical magnifying lens 15 . Then, the process proceeds to step S13.

<ステップS13>
垂直方向拡大レンズ15は、反射ミラー14により反射されたレーザ光を、垂直方向に拡大して測距装置1の外部へ放射させる。そして、ステップS14へ移行する。
<Step S13>
The vertical magnifying lens 15 magnifies the laser light reflected by the reflecting mirror 14 in the vertical direction and radiates it to the outside of the distance measuring device 1 . Then, the process proceeds to step S14.

<ステップS14>
垂直方向拡大レンズ15から放射したレーザ光は、外界に存在する物体で反射し、反射光(検出光)として測距装置1に入射する。そして、ステップS15へ移行する。
<Step S14>
The laser light emitted from the vertical magnifying lens 15 is reflected by an object existing in the outside world and enters the distance measuring device 1 as reflected light (detection light). Then, the process proceeds to step S15.

<ステップS15>
結像レンズ16は、外界から入射した物体からの反射光を光偏向アレー17に結像させる。そして、ステップS16へ移行する。
<Step S15>
The imaging lens 16 forms an image on the light deflection array 17 of reflected light from an object that has entered from the outside world. Then, the process proceeds to step S16.

<ステップS16>
光偏向アレー17は、コントローラ21による制御に従って、特定にパターンに対応する光偏向素子群をパッシブマトリクス駆動によりオン動作させて、オン動作している光偏向素子群と、反射光(検出光)が入射している入射光領域とが交差する画素(光偏向素子17a)により、当該反射光をON光として受光器20へ向かわせる。そして、ステップS17へ移行する。
<Step S16>
The light deflection array 17 turns on the light deflection element group corresponding to a specific pattern by passive matrix driving according to the control by the controller 21, and the light deflection element group in the on operation and the reflected light (detection light) are A pixel (light deflection element 17a) that intersects with the incident light region directs the reflected light to the light receiver 20 as ON light. Then, the process proceeds to step S17.

<ステップS17>
光偏向アレー17により反射されたON光は、結像レンズ19により受光器20に結像される。そして、受光器20は、結像レンズ19を透過したON光を検出する。そして、コントローラ21は、レーザ光源11によりレーザ光が放射されてから受光器20により当該ON光が検出されるまでの時間と光速とから、物体の点までの距離を測定する。そして、ステップS18へ移行する。
<Step S17>
The ON light reflected by the light deflection array 17 is imaged on the light receiver 20 by the imaging lens 19 . The light receiver 20 detects the ON light that has passed through the imaging lens 19 . Then, the controller 21 measures the distance to the point of the object from the time from when the laser light source 11 emits the laser light to when the light receiver 20 detects the ON light and from the speed of light. Then, the process proceeds to step S18.

<ステップS18>
まだ切り替えらえていないパターンがある場合(ステップS18:Yes)、ステップS19へ移行し、すべてのパターンの切り替えが終了した場合(ステップS18:No)、ステップS20へ移行する。
<Step S18>
If there is a pattern that has not been switched yet (step S18: Yes), the process proceeds to step S19, and if all patterns have been switched (step S18: No), the process proceeds to step S20.

<ステップS19>
光偏向アレー17は、コントローラ21による制御に従って、次に切り替えるべきパターンに切り替える。このようなパターンの切り替えは、上述のような光偏向素子17aの構成に基づく高速な光偏向動作によって、高速に実行することが可能である。そして、ステップS16へ移行する。
<Step S19>
The optical deflection array 17 switches to the next pattern to be switched under the control of the controller 21 . Such pattern switching can be performed at high speed by a high-speed optical deflection operation based on the configuration of the optical deflection element 17a as described above. Then, the process proceeds to step S16.

<ステップS20>
コントローラ21は、反射光(検出光)が入射している光偏向アレー17の入射光領域に対応する画素(垂直1列の画素)に対応する、測距された距離情報を得る。そして、ステップS21へ移行する。
<Step S20>
The controller 21 obtains measured distance information corresponding to the pixels (one vertical column of pixels) corresponding to the incident light area of the light deflection array 17 on which the reflected light (detection light) is incident. Then, the process proceeds to step S21.

<ステップS21>
光偏向アレー17における入射光領域の水平方向の走査が全領域で完了した場合(ステップS21:Yes)、ステップS22へ移行し、完了していない場合(ステップS21:No)、光走査装置13によるレーザ光の水平方向の走査により、光偏向アレー17の次の入射光領域へ走査させるために、ステップS12へ戻る。
<Step S21>
If the horizontal scanning of the incident light region in the light deflection array 17 has been completed for the entire region (step S21: Yes), the process proceeds to step S22. In order to scan the next incident light area of the light deflection array 17 by scanning the laser light in the horizontal direction, the process returns to step S12.

<ステップS22>
コントローラ21は、光偏向アレー17の各画素(光偏向素子17a)に対応する距離情報を用いて3Dマップを生成する。
<Step S22>
The controller 21 generates a 3D map using distance information corresponding to each pixel (optical deflection element 17a) of the optical deflection array 17. FIG.

以上のステップS1~ステップS22の流れで、測距装置1による測距動作が実行される。すなわち、レーザ光源11、整形レンズ12、光走査装置13、反射ミラー14および垂直方向拡大レンズ15を含む送信器としての構成と、結像レンズ16、光偏向アレー17、吸光板18、結像レンズ19および受光器20を含む受信器(光検出器)としての構成とが、同期を取りながら、外界の測定空間内の全点に対する測距動作が可能となる。 Through the flow of steps S1 to S22 described above, the distance measuring operation by the distance measuring device 1 is executed. That is, a configuration as a transmitter including a laser light source 11, a shaping lens 12, an optical scanning device 13, a reflecting mirror 14, and a vertical magnifying lens 15, an imaging lens 16, an optical deflection array 17, a light absorbing plate 18, and an imaging lens 19 and the receiver (photodetector) including the photodetector 20 can perform range finding operations for all points in the external measurement space while synchronizing.

以上のように、本実施形態に係る測距装置1では、結像レンズ16は、入射光を導光し、光偏向アレー17は、結像レンズ16より導光された入射光を偏向させ、受光器20は、光偏向アレー17により偏向された入射光のうち一部を検出し、光偏向アレー17は、入射光を偏向させる複数の光偏向素子17aを含む光偏向素子群を複数有し、光偏向素子群は、複数の光偏向素子17aが互いに電気的に並列に接続されて構成され、光偏向素子群が有する複数の光偏向素子17aは、パッシブマトリクス駆動により、同時に偏向動作を行い、複数の光偏向素子群は、時間経過と共に同時または順番に偏向動作を行うものとしている。これによって、従来のように複数の測定系となる検出器を垂直方向に積層する必要がなく、画像情報を記憶させておく必要もないため、当該画像情報を入力する時間も不要となるため、大型化を抑制し、かつ高速に光の検出が可能となる。また、画像情報を書き込むための、DMD212ように各画素直下に配置された複数のトランジスタ等を有する構造が不要であるため、簡易な構造とすることができる。また、パッシブマトリクス駆動としていることにより、外部から画素ごとに駆動する信号が不要となるため、コントローラの構成が簡易になる。また、複数の光偏向素子17aを並列に接続して同時に光偏向動作を行わせるため、電圧印加用のパッド数を低減することができる。 As described above, in the distance measuring device 1 according to the present embodiment, the imaging lens 16 guides the incident light, the optical deflection array 17 deflects the incident light guided by the imaging lens 16, The light receiver 20 detects part of the incident light deflected by the light deflection array 17, and the light deflection array 17 has a plurality of light deflection element groups including a plurality of light deflection elements 17a for deflecting the incident light. The optical deflection element group is configured by electrically connecting a plurality of optical deflection elements 17a in parallel, and the plurality of optical deflection elements 17a included in the optical deflection element group perform deflection operations simultaneously by passive matrix driving. , the plurality of optical deflection element groups perform deflection operations simultaneously or sequentially as time elapses. As a result, there is no need to vertically stack a plurality of detectors serving as measurement systems as in the prior art, and there is no need to store image information. It is possible to suppress an increase in size and to detect light at high speed. Further, since a structure having a plurality of transistors or the like arranged directly under each pixel like the DMD 212 for writing image information is unnecessary, the structure can be made simple. In addition, passive matrix driving eliminates the need for an external signal for driving each pixel, which simplifies the configuration of the controller. In addition, since a plurality of optical deflection elements 17a are connected in parallel and optical deflection operations are performed simultaneously, the number of pads for voltage application can be reduced.

また、本実施形態に係る測距装置1では、光偏向素子17aは、基板31は、平面状部分を有し、板形状部材38は、入射光を偏向する偏向面を有し、支点部材37は、平面状部分に突設され、板形状部材38の偏向面と反対側の面に接離自在に、板形状部材38の傾斜動作の支点となるものとし、笠形状部材40は、板形状部材38の配置を規制し、板形状部材38との間に空隙が設けられることにより板形状部材38の傾斜動作を自在に可能とし、複数の電極35a、35bは、平面状部分に、支点部材に対して対称に配置され、板形状部材38は、板形状部材38の反射面の反対側の面において複数の電極35a、35bに対向する導電性領域を含むものとしている。これによって、上述のDMD212の光偏向素子212aのように捩じり梁における復元力を持たないので、高速に光偏向動作を行うことができる。 In the distance measuring device 1 according to the present embodiment, the optical deflection element 17a includes the substrate 31 having a planar portion, the plate-shaped member 38 having a deflection surface for deflecting incident light, and the fulcrum member 37 is protruding from the planar portion and serves as a fulcrum of the tilting motion of the plate-shaped member 38 so as to be able to come into contact with and separate from the surface of the plate-shaped member 38 opposite to the deflection surface. By regulating the arrangement of the member 38 and providing a gap between the plate-shaped member 38 and the plate-shaped member 38, the plate-shaped member 38 can be freely tilted. The plate-shaped member 38 includes conductive regions facing the plurality of electrodes 35a and 35b on the surface of the plate-shaped member 38 opposite to the reflecting surface. As a result, unlike the optical deflection element 212a of the DMD 212 described above, the torsion beam does not have a restoring force, so that the optical deflection operation can be performed at high speed.

また、本実施形態に係る光偏向素子17aでは、受光器20は、単一の受光素子としている。これによって、複数の測定系となる検出器を垂直方向に積層する必要がなくなるため、大型化を抑制することができる。 Further, in the optical deflection element 17a according to this embodiment, the light receiver 20 is a single light receiving element. This eliminates the need to vertically stack a plurality of detectors serving as measurement systems, thereby suppressing an increase in size.

(変形例1)
変形例1に係る光検出器の一例としての測距装置1について、上述の実施形態に係る測距装置1と相違する点を中心に説明する。
(Modification 1)
A distance measuring device 1 as an example of a photodetector according to Modification 1 will be described, focusing on the points that are different from the distance measuring device 1 according to the above-described embodiment.

図10は、変形例1に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作の一例を説明する図である。図10を参照しながら、本変形例におけるオン動作させる光偏向素子群のパターンの切り替え動作について説明する。 10A and 10B are diagrams for explaining an example of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to Modification 1. FIG. Referring to FIG. 10, the switching operation of the pattern of the optical deflection element group to be turned on in this modified example will be described.

図10では、光偏向アレー17における光偏向素子群として、3×3の9つの画素(光偏向素子17a)を電気的に並列に接続して形成した例を示す。図10に示す光偏向アレー17のうち各セルが各光偏向素子17aに相当し、光偏向アレー17の全域が外界の測定空間の全域に対応する。そして、複数の光偏向素子群のうちどの光偏向素子群をオン動作させるかのパターンについて、図10ではパターン(1)~パターン(40)があるものとしている。すなわち、各パターンにおいて、異なる3×3の9つの画素(光偏向素子17a)が電気的に並列に接続された光偏向素子群を対応させている。なお、40のパターン数は仮に示したものであり、実際には、光偏向素子群に含まれる光偏向素子17aの数、および光偏向アレー17全体の水平および垂直方向の画素数に応じて定まるものである。また、光偏向素子群についても、3×3の9つの画素に限定されるものではなく、水平方向および垂直方向に異なる画素数の画素群により光偏向素子群が形成されるものとしてもよい。 FIG. 10 shows an example in which nine pixels (optical deflection elements 17a) of 3×3 are electrically connected in parallel as an optical deflection element group in the optical deflection array 17 . Each cell of the optical deflection array 17 shown in FIG. 10 corresponds to each optical deflection element 17a, and the entire area of the optical deflection array 17 corresponds to the entire area of the external measurement space. In FIG. 10, there are patterns (1) to (40) as patterns for determining which of the plurality of light deflection element groups is to be turned on. That is, each pattern corresponds to an optical deflection element group in which nine different 3×3 pixels (optical deflection elements 17a) are electrically connected in parallel. The number of patterns of 40 is shown provisionally, and is actually determined according to the number of light deflecting elements 17a included in the light deflecting element group and the number of pixels in the horizontal and vertical directions of the entire light deflecting array 17. It is. Also, the optical deflection element group is not limited to 3×3=9 pixels, and the optical deflection element group may be formed by pixel groups having different numbers of pixels in the horizontal direction and the vertical direction.

このように規定された各パターンについて、図10に示すようにコントローラ21は、パターン(1)からパターン(40)までを順次切り替える。測距装置1の送信器からのレーザ光の放射動作の仕様については、このような各パターンの構成に依存するものであり、当該パターンの構成に応じて決定するものとすればよい。上述の実施形態と同様に、各パターンでオン動作している光偏向素子群と入射光領域とが重なる画素である検出点で反射されたON光が受光器20で検出されることになる。すなわち、コントローラ21は、当該タイミングにおいて受光器20で検出された光が、当該パターンでオン動作している光偏向素子群と入射光領域とが重複する画素からのON光であることが認識できるので、当該ON光に対応する物体の点までの距離情報として用いることにより、最終的に3Dマップを生成することができる。なお、この場合、1つのフォトダイオードで構成された受光器20で検出されることに限定されるものではなく、数個のフォトダイオードで構成された受光器20で検出されるものとしてもよい。 For each pattern defined in this way, the controller 21 sequentially switches from pattern (1) to pattern (40) as shown in FIG. The specifications of the operation of emitting laser light from the transmitter of the distance measuring device 1 depend on the configuration of each pattern, and may be determined according to the configuration of the pattern. As in the above-described embodiment, the light receiver 20 detects the ON light reflected at the detection point, which is the pixel where the light deflection element group that is ON in each pattern and the incident light area overlap. That is, the controller 21 can recognize that the light detected by the light receiver 20 at this timing is the ON light from the pixels where the incident light region overlaps with the light deflection element group that is ON-operated in the pattern. Therefore, a 3D map can be finally generated by using it as distance information to the point of the object corresponding to the ON light. In this case, the detection is not limited to the photodetector 20 configured with one photodiode, and detection may be performed with the photodetector 20 configured with several photodiodes.

以上のような変形例1に係る測距装置1においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。 The distance measuring device 1 according to Modification 1 as described above also has the same effect as the above-described embodiment.

(変形例2)
変形例2に係る光検出器の一例としての測距装置1について、上述の実施形態に係る測距装置1との相違点を中心に説明する。
(Modification 2)
A distance measuring device 1 as an example of a photodetector according to Modification 2 will be described, focusing on differences from the distance measuring device 1 according to the above-described embodiment.

図11は、変形例2に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作の一例を説明する図である。図12は、変形例2に係る測距装置においてオン動作させる光偏向素子群のパターンを切り替える動作のタイミングチャートの一例を示す図である。図11および図12を参照しながら、本変形例におけるオン動作させる光偏向素子群のパターンの切り替え動作について説明する。 11A and 11B are diagrams for explaining an example of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to Modification 2. FIG. FIG. 12 is a diagram showing an example of a timing chart of the operation of switching the pattern of the optical deflection element group to be turned on in the distance measuring device according to Modification 2. As shown in FIG. The switching operation of the pattern of the optical deflection element group to be turned on in this modified example will be described with reference to FIGS. 11 and 12 .

図11では、光偏向アレー17における光偏向素子群として、中央部分の画素群(光偏向素子17a群)を電気的に並列に接続して形成した領域R1、当該領域R1の外側に位置する画素群を電気的に並列に接続して形成した領域R2、さらに、当該領域R2の外側に位置する画素群を電気的に並列に接続して形成した領域R3、というように構成される。そして、本変形例の特徴としては、上述の実施形態および変形例1の場合のように、1つのパターンに1つの光偏向素子群を対応させているのではなく、1つのパターンに1以上の光偏向素子群を対応させている点である。例えば、パターン(2)では、領域R1、R2の2つの光偏向素子群を対応させ、パターン(3)では、領域R1~R3の3つの光偏向素子群を対応させている。さらに、パターン(18)では、領域R1~R3に加えて、間のパターン(4)~(17)で層状的に追加されていった複数の光偏向素子群を含む領域R11を対応させている。パターン(19)では、領域R1~R3、R11に加えて、領域R11の外側に位置する画素群を電気的に並列に接続して形成した1または複数の光偏向素子群を含む領域R12を対応させている。さらに、パターン(20)では、領域R1~R3、R11、R12に加えて、領域R12の外側に位置する画素群を電気的に並列に接続して形成した1または複数の光偏向素子群を含む領域R13を対応させている。 In FIG. 11, as an optical deflection element group in the optical deflection array 17, a region R1 formed by electrically connecting a central pixel group (optical deflection element 17a group) in parallel, and pixels positioned outside the region R1 are shown. A region R2 is formed by electrically connecting groups in parallel, and a region R3 is formed by electrically connecting pixel groups located outside the region R2 in parallel. A feature of this modification is that, unlike the above-described embodiment and modification 1, one light deflection element group corresponds to one pattern, but one pattern has one or more optical deflection element groups. The point is that the optical deflection element groups are made to correspond to each other. For example, in pattern (2), two optical deflection element groups of regions R1 and R2 are associated, and in pattern (3), three optical deflection element groups of regions R1 to R3 are associated. Furthermore, in pattern (18), in addition to regions R1 to R3, a region R11 including a plurality of light deflection element groups layered in patterns (4) to (17) is associated. . In the pattern (19), in addition to the regions R1 to R3 and R11, a region R12 including one or more light deflection element groups formed by electrically connecting pixel groups located outside the region R11 in parallel corresponds. I am letting Furthermore, pattern (20) includes, in addition to regions R1 to R3, R11, and R12, one or more light deflection element groups formed by electrically connecting pixel groups located outside region R12 in parallel. Region R13 is made to correspond.

すなわち、上述の実施形態および変形例1で説明したパターン構成は、カメラでいうところのローリングシャッタの効果を目的とした構成であるのに対し、本変形例のパターン構成は、カメラでいうところの猫の目絞りの効果を目的とした構成である。なお、20のパターン数は仮に示したものであり、実際には、光偏向素子群に含まれる光偏向素子17aの数、および光偏向アレー17全体の水平および垂直方向の画素数に応じて定まるものである。 That is, the pattern configuration described in the above-described embodiment and modification 1 is configured for the purpose of a rolling shutter effect in terms of a camera. This configuration is aimed at the effect of squeezing a cat's eye. The number of patterns of 20 is shown provisionally, and is actually determined according to the number of light deflection elements 17a included in the light deflection element group and the number of pixels in the horizontal and vertical directions of the entire light deflection array 17. It is.

このように規定された各パターンについて、図11に示すようにコントローラ21は、パターン(1)からパターン(20)までを順次切り替える。測距装置1の送信器からのレーザ光の放射動作の仕様については、このような各パターンの構成に依存するものであり、当該パターンの構成に応じて決定するものとすればよい。上述の実施形態と同様に、各パターンでオン動作している光偏向素子群と入射光領域とが重なる画素である検出点で反射されたON光が受光器20で検出されることになる。すなわち、コントローラ21は、当該タイミングにおいて受光器20で検出された光が、当該パターンでオン動作している光偏向素子群と入射光領域とが重複する画素からのON光であることが認識できるので、当該ON光に対応する物体の点までの距離情報として用いることにより、最終的に3Dマップを生成することができる。なお、この場合、1つのフォトダイオードで構成された受光器20で検出されることに限定されるものではなく、数個のフォトダイオードで構成された受光器20で検出されるものとしてもよい。 For each pattern defined in this way, the controller 21 sequentially switches from pattern (1) to pattern (20) as shown in FIG. The specifications of the operation of emitting laser light from the transmitter of the distance measuring device 1 depend on the configuration of each pattern, and may be determined according to the configuration of the pattern. As in the above-described embodiment, the light receiver 20 detects the ON light reflected at the detection point, which is the pixel where the light deflection element group that is ON in each pattern and the incident light area overlap. That is, the controller 21 can recognize that the light detected by the light receiver 20 at this timing is the ON light from the pixels where the incident light region overlaps with the light deflection element group that is ON-operated in the pattern. Therefore, a 3D map can be finally generated by using it as distance information to the point of the object corresponding to the ON light. In this case, the detection is not limited to the light receiver 20 configured with one photodiode, and detection may be performed with the light receiver 20 configured with several photodiodes.

ここで、図12に、各パターンの切り替えのタイミングチャートを示す。例えば、特定の入射光領域の検出時間、すなわちパターン(1)~パターン(20)の全体の検出時間は、166.7[μsec]とする。パターン(1)~パターン(3)のオン動作している光検出素子群の領域が小さい場合には、レンズとの相関により近距離の測距を行うことを目的とし検出時間は短くてよく例えば2[μsec]とする。後半のパターン(18)~パターン(20)においては、遠方の測距を行うことを目的とし検出時間が相対的に長いので6~8[μsec]とする。このとき、遠方ゆえに光量が低下することを考慮して開口を大きくするようなパターン構成としている。 Here, FIG. 12 shows a timing chart of switching of each pattern. For example, the detection time for a specific incident light region, that is, the total detection time for patterns (1) to (20) is 166.7 [μsec]. If the area of the group of photodetecting elements that are ON in patterns (1) to (3) is small, the detection time may be short because the object is to perform distance measurement at a short distance by correlation with the lens. 2 [μsec]. In patterns (18) to (20) in the latter half, the detection time is set to 6 to 8 [μsec] because the purpose is to perform distance measurement at a long distance and the detection time is relatively long. At this time, the pattern configuration is such that the aperture is enlarged considering that the amount of light decreases due to the distance.

このように、本変形例では、光偏向アレー17を用いてカメラ構成でいうところの猫の目絞りのような開口の調整を高速に行うことができる。これによって、高性能な光検出を提供することができる。 Thus, in this modification, the optical deflection array 17 can be used to adjust the aperture like a cat's eye diaphragm in a camera configuration at high speed. This can provide high performance photodetection.

(変形例3)
変形例3に係る光検出器の一例としての測距装置1について、上述の実施形態に係る測距装置1と相違する点を中心に説明する。
(Modification 3)
A distance measuring device 1 as an example of a photodetector according to Modification 3 will be described, centering on the differences from the distance measuring device 1 according to the above-described embodiment.

図13は、変形例3に係る測距装置においてレーザ強度を変える動作を示すタイミングチャートの一例を示す図である。図13を参照しながら、本変形例に係る測距装置1において、外界から入射した他のレーザ光との誤検出を抑制するためのレーザ強度を変える動作について説明する。 13A and 13B are diagrams showing an example of a timing chart showing an operation of changing the laser intensity in the distance measuring device according to Modification 3. FIG. With reference to FIG. 13, the operation of changing the laser intensity for suppressing erroneous detection with another laser beam incident from the outside in the distance measuring device 1 according to this modification will be described.

例えば、上述の図7に示したパターン構成において、各パターンにおける測距時間が4[μsec]となる場合、光偏向素子17aの傾斜動作に1.5[μsec]を要すると仮定すると、検出する時間は、残りの2.5[μsec]ということになる。例えば300[m]先までの測距には2[μsec]で可能なので十分であるが、このとき検出されたレーザ光が測距装置1自身から放射されたレーザ光であるか否かを判断する必要がある。特に、例えば自動運転を行う車両等に測距装置1を搭載する場合、他の車両に搭載された測距装置等レーザ光との混合による誤検出を抑制できることが要請される。 For example, in the pattern configuration shown in FIG. 7 described above, when the distance measurement time for each pattern is 4 [μsec], assuming that the tilting operation of the optical deflection element 17a requires 1.5 [μsec], detection is possible. The time is the remaining 2.5 [μsec]. For example, 2 [μsec] is sufficient for distance measurement up to 300 [m] ahead. There is a need to. In particular, when the range finder 1 is mounted on a vehicle that operates automatically, for example, it is required that erroneous detection due to mixing with laser light from a range finder mounted on another vehicle can be suppressed.

そのため、本変形例に係る測距装置1は、レーザ光をナノ秒レベルのパルス状にして、出力の途中で強度または位相のうち少なくともいずれかを変更することにより、測距装置1自身から放射されたレーザ光なのか、他のレーザ光なのかを判別して誤検出を抑制する。例えば、図13の点線で示したパルス状波形に示すように、測距装置1は、光偏向アレー17の光偏向素子群の傾斜動作と同期させてレーザ光を放射させるとき、任意の周期でレーザ強度が変わるようなレーザ光を放射する。これによって、このようなレーザ光についての物体からの反射光も、同様な強度比を有するので、測距装置1は、当該強度比を同様な光を検出した場合には、測距装置1自身から放射されたレーザ光に対する反射光であると判別でき、異なる強度比の光を検出した場合には、他のレーザ光であると判別することができるので、正確な測距が可能となる。 Therefore, the range finder 1 according to the present modification converts the laser light into a nanosecond level pulse and changes at least one of the intensity and the phase in the middle of the output, thereby radiating from the range finder 1 itself. erroneous detection is suppressed by discriminating whether it is a laser beam that has been emitted or another laser beam. For example, as shown by the pulse-shaped waveform indicated by the dotted line in FIG. A laser beam with varying laser intensity is emitted. As a result, the reflected light from the object with respect to such a laser beam also has a similar intensity ratio. When detecting light with a different intensity ratio, it can be determined that it is a different laser beam, so accurate distance measurement is possible.

1 測距装置
11 レーザ光源
12 整形レンズ
13 光走査装置
14 反射ミラー
15 垂直方向拡大レンズ
16 結像レンズ
17 光偏向アレー
17a 光偏向素子
18 吸光板
19 結像レンズ
20 受光器
21 コントローラ
31 基板
32 配線
33 絶縁膜
34 接続孔
35a、35b 電極
36 接触部材
37 支点部材
38 板形状部材
39 柱
40 笠形状部材
101 測距装置
101a 光検出器
102~105、111、112 物体
201 レーザ光源
202 整形レンズ
203 ポリゴンモミラー
204 レンズ
205 結像レンズ
206 受光器
211 結像レンズ
212 DMD
212a 光偏向素子
213 結像レンズ
214 受光器
301 ミラー構成部
302 SRAM
DP 検出点
ILA 入射光領域
R1~R3、R11~R13 領域
1 distance measuring device 11 laser light source 12 shaping lens 13 optical scanning device 14 reflecting mirror 15 vertical magnifying lens 16 imaging lens 17 optical deflection array 17a optical deflection element 18 light absorbing plate 19 imaging lens 20 light receiver 21 controller 31 substrate 32 wiring 33 insulating film 34 connection hole 35a, 35b electrode 36 contact member 37 fulcrum member 38 plate-shaped member 39 pillar 40 shade-shaped member 101 distance measuring device 101a photodetector 102 to 105, 111, 112 object 201 laser light source 202 shaping lens 203 polygon Mommirror 204 Lens 205 Imaging Lens 206 Light Receiver 211 Imaging Lens 212 DMD
212a optical deflection element 213 imaging lens 214 light receiver 301 mirror structure 302 SRAM
DP detection point ILA incident light area R1 to R3, R11 to R13 area

米国特許出願公開第2017/0357000号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2017/0357000

Claims (8)

検出器であって、
外界から入射した物体からの反射光である入射光を導光する導光部と、
前記導光部に入射した前記入射光であって該導光部により導光された入射光を偏向させる偏向部と、
前記偏向部により偏向された前記入射光の光束のうち一部を検出する受光部と、
を備え、
前記偏向部は、前記入射光を偏向させる複数の光偏向素子を含む光偏向素子群を複数有し、
前記光偏向素子群は、前記複数の光偏向素子が互いに電気的に並列に接続されて構成され、
前記光偏向素子群が有する前記複数の光偏向素子は、パッシブマトリクス駆動により、同時に偏向動作を行い、
複数の前記光偏向素子群は、時間経過と共に同時または順番に前記偏向動作を行う光検出器。
a photodetector ,
a light guide section for guiding incident light , which is reflected light from an object incident from the outside world ;
a deflection section that deflects the incident light that has entered the light guide section and is guided by the light guide section;
a light receiving unit that detects a part of the incident light beam deflected by the deflecting unit;
with
The deflection unit has a plurality of optical deflection element groups including a plurality of optical deflection elements that deflect the incident light,
The optical deflection element group is configured by electrically connecting the plurality of optical deflection elements in parallel,
the plurality of optical deflection elements included in the optical deflection element group perform deflection operations simultaneously by passive matrix driving;
A photodetector in which the plurality of optical deflection element groups perform the deflection operation simultaneously or sequentially over time.
前記光偏向素子は、
平面状部分を有する基板と、
前記入射光を偏向する偏向面を有する板形状部材と、
前記平面状部分に突設され、前記板形状部材の前記偏向面と反対側の面に接離自在に、該板形状部材の傾斜動作の支点となる支点部材と、
前記板形状部材の配置を規制し、該板形状部材との間に空隙が設けられることにより該板形状部材の傾斜動作を自在に可能とする笠形状部材と、
前記平面状部分に、前記支点部材に対して対称に配置された複数の電極と、
を備え、
前記板形状部材は、前記反対側の面において前記複数の電極に対向する導電性領域を含む請求項1に記載の光検出器。
The optical deflection element is
a substrate having a planar portion;
a plate-shaped member having a deflection surface that deflects the incident light;
a fulcrum member projecting from the planar portion and serving as a fulcrum of tilting motion of the plate-shaped member so as to freely come into contact with and separate from a surface of the plate-shaped member opposite to the deflection surface;
a shade-shaped member that regulates the arrangement of the plate-shaped member and allows the plate-shaped member to freely tilt by providing a gap between the plate-shaped member and the plate-shaped member;
a plurality of electrodes arranged symmetrically with respect to the fulcrum member on the planar portion;
with
2. The photodetector according to claim 1, wherein said plate-shaped member includes a conductive region facing said plurality of electrodes on said opposite surface.
前記偏向面は、反射面である請求項2に記載の光検出器。 3. The photodetector according to claim 2, wherein the deflection surface is a reflective surface. 前記受光部は、単一の受光素子で構成された請求項1~3のいずれか一項に記載の光検出器。 4. The photodetector according to any one of claims 1 to 3, wherein the light receiving section is composed of a single light receiving element. 前記光偏向素子が前記入射光を前記受光部に向けて反射させない状態において、該入射光が入射した場合に該光偏向素子により反射された該入射光を吸光する吸光部を、さらに備えた請求項1~4のいずれか一項に記載の光検出器。 Further comprising a light absorbing section for absorbing the incident light reflected by the optical deflection element when the incident light is incident in a state where the light deflection element does not reflect the incident light toward the light receiving section. Item 5. The photodetector according to any one of Items 1 to 4. レーザ光を放射する光源と、
前記レーザ光を第1方向に走査するように偏向させる光走査部と、
前記光走査部により偏向された前記レーザ光を外部へ放射させる光学系と、
請求項1~5のいずれか一項に記載の光検出器と、
を備えた測距装置。
a light source that emits laser light;
an optical scanning unit that deflects the laser light so as to scan in a first direction;
an optical system that emits the laser beam deflected by the optical scanning unit to the outside;
A photodetector according to any one of claims 1 to 5;
Range finder with.
前記光学系は、前記光走査部により反射された前記レーザ光を、前記第1方向と交差する方向に拡大して外部へ放射させ、
前記光偏向素子群は、前記複数の光偏向素子を第2方向に並べて構成された請求項6に記載の測距装置。
the optical system expands the laser beam reflected by the optical scanning unit in a direction intersecting the first direction and radiates it to the outside;
7. The distance measuring device according to claim 6, wherein the optical deflection element group is configured by arranging the plurality of optical deflection elements in the second direction.
前記光源から前記レーザ光が放射されてから、前記受光部により光が検出されるまでの時間により求まる距離に基づいて、三次元画像を生成する生成部を、さらに備えた請求項6または7に記載の測距装置。 8. The method according to claim 6 or 7, further comprising a generating unit that generates a three-dimensional image based on a distance obtained from the time from when the laser light is emitted from the light source until the light is detected by the light receiving unit. Range finder as described.
JP2021123399A 2021-07-28 2021-07-28 Photodetector and rangefinder Active JP7238928B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021123399A JP7238928B2 (en) 2021-07-28 2021-07-28 Photodetector and rangefinder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021123399A JP7238928B2 (en) 2021-07-28 2021-07-28 Photodetector and rangefinder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023018980A JP2023018980A (en) 2023-02-09
JP7238928B2 true JP7238928B2 (en) 2023-03-14

Family

ID=85159554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021123399A Active JP7238928B2 (en) 2021-07-28 2021-07-28 Photodetector and rangefinder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7238928B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000338389A (en) 1999-03-22 2000-12-08 Eaton Corp Method and system for optical object distance detection and imaging
US20090103053A1 (en) 2007-10-02 2009-04-23 Hirotoshi Ichikawa Projection apparatus comprising spatial light modulator
JP2010096574A (en) 2008-10-15 2010-04-30 Ihi Corp Laser radar and measurement method by laser radar
JP2014512525A (en) 2011-03-17 2014-05-22 ウニベルジテート ポリテクニカ デ カタル−ニア System and method for receiving a light beam and computer program
JP2021519926A (en) 2018-04-01 2021-08-12 オプシス テック リミテッド Noise adaptive solid rider system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000338389A (en) 1999-03-22 2000-12-08 Eaton Corp Method and system for optical object distance detection and imaging
US20090103053A1 (en) 2007-10-02 2009-04-23 Hirotoshi Ichikawa Projection apparatus comprising spatial light modulator
JP2010096574A (en) 2008-10-15 2010-04-30 Ihi Corp Laser radar and measurement method by laser radar
JP2014512525A (en) 2011-03-17 2014-05-22 ウニベルジテート ポリテクニカ デ カタル−ニア System and method for receiving a light beam and computer program
JP2021519926A (en) 2018-04-01 2021-08-12 オプシス テック リミテッド Noise adaptive solid rider system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023018980A (en) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9897687B1 (en) Lidar system with improved scanning speed for high-resolution depth mapping
JP7019894B2 (en) How to detect objects and sensor systems
CN111751836B (en) Solid-state optical system
US11422239B2 (en) Lidar sensor for a lidar system
JP6856784B2 (en) Solid-state photodetection and range-finding (LIDAR) systems, systems and methods for improving solid-state light detection and range-finding (LIDAR) resolution.
US11561287B2 (en) LIDAR sensors and methods for the same
US20240036196A1 (en) Waveguide Diffusers for LIDARs
US11867841B2 (en) Methods and systems for dithering active sensor pulse emissions
CN215494140U (en) Time of flight TOF sensing module and electronic equipment
CN114641702B (en) Multilayer optical device and system
JP7238928B2 (en) Photodetector and rangefinder
JP7310859B2 (en) Photodetector and rangefinder
US20210173059A1 (en) Lidar sensor
JP6908015B2 (en) Optical ranging device and optical ranging method
WO2017176410A1 (en) Time-of-flight detector with single-axis scan
CN114729992A (en) Optical signal routing device and system
US20210302543A1 (en) Scanning lidar systems with flood illumination for near-field detection
JP2023101803A (en) Scanning device and distance-measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220927

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20220927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221025

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230131

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230213

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7238928

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151