WO2021200016A1 - 測距装置および発光装置 - Google Patents

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WO2021200016A1
WO2021200016A1 PCT/JP2021/009860 JP2021009860W WO2021200016A1 WO 2021200016 A1 WO2021200016 A1 WO 2021200016A1 JP 2021009860 W JP2021009860 W JP 2021009860W WO 2021200016 A1 WO2021200016 A1 WO 2021200016A1
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WO
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light
light emitting
subject
distance measuring
emitting elements
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Application number
PCT/JP2021/009860
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English (en)
French (fr)
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馬渕　交司
貴弘 内村
中村　仁
文彦 半澤
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
ソニーグループ株式会社
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
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication

Definitions

  • This disclosure relates to a distance measuring device and a light emitting device.
  • a distance measuring method for measuring the distance to the subject by triangulation is known.
  • the distance measuring method there is an optical cutting method.
  • the optical cutting method a subject is imaged while being scanned with a sheet-shaped laser beam, and the distance to the subject is calculated using the imaging signal obtained by the imaging.
  • the laser beam can be vibrated by vibrating the mirror that reflects the laser beam or the lens that forms the laser beam with the actuator.
  • the actuator when the actuator is mounted in the distance measuring device, there are problems that the number of parts of the distance measuring device is increased by the actuator and that a small actuator is required to obtain highly accurate vibration. As described above, when measuring the distance to the subject by triangulation, the problem is how to irradiate the subject with suitable light.
  • the present disclosure provides a distance measuring device and a light emitting device capable of irradiating a subject with suitable irradiation light.
  • the distance measuring device on the first side surface of the present disclosure includes a plurality of light emitting elements that generate light, a light emitting device that irradiates a subject with light from the light emitting element, and a light receiving device that receives light reflected from the subject. And a distance measuring unit that measures the distance to the subject based on the light received by the light receiving device, the light emitting device sequentially lights the light emitting elements one by one or a plurality of the light emitting elements. Then, the light from the light emitting element is applied to the subject.
  • the light emitting elements may be arranged in a line shape. Thereby, for example, by sequentially lighting the light emitting elements along the line, it is possible to irradiate the subject with the irradiation light moving on the surface of the subject.
  • the light emitting elements may be arranged in a two-dimensional array. Thereby, for example, by sequentially lighting the light emitting elements in the two-dimensional array, it is possible to irradiate the subject with the irradiation light moving on the surface of the subject.
  • the light emitting element in the two-dimensional array shape may include a plurality of line portions in which the light emitting elements are arranged in a line shape.
  • the line portions extend in the first direction and are adjacent to each other in the second direction perpendicular to the first direction, and the two-dimensional array-shaped light emitting element is described.
  • the light emitting elements may be arranged in a staggered arrangement so as not to be continuous in the second direction. This makes it possible to increase the number of line portions, for example, by narrowing the width between the line portions.
  • the light emitting device may irradiate the subject with light from the light emitting element by sequentially lighting the light emitting element for each line portion. This makes it possible, for example, to irradiate the subject with irradiation light that moves on the surface of the subject.
  • the light emitting device includes a plurality of switches for driving the light emitting element, and each switch is electrically connected to a plurality of light emitting elements in a corresponding line portion. You may. Thereby, for example, the lighting of the light emitting element for each line portion can be controlled by turning on / off the corresponding switch.
  • the light emitting device may irradiate the subject with light including one or more line lights extending in a third direction. This makes it possible to realize distance measurement by line light, for example.
  • the light emitting device irradiates the subject with light including the one or more line lights extending in the third direction and the one or more line lights extending in the fourth direction. You may. This makes it possible, for example, to realize distance measurement by light having spreads in a plurality of directions.
  • the light emitting device may incline the optical axis of the light emitting device with respect to the optical axis of the light receiving device to irradiate the subject with light from the light emitting element. This makes it possible to suppress the adverse effect of the 0th-order light on the distance measurement, for example.
  • the light emitting device tilts the optical axis of the light emitting device so that the 0th order light of the light from the light emitting element is irradiated to a region outside the light receiving range of the light receiving device. You may. This makes it possible, for example, to exclude the 0th-order light from the imaging signal and suppress the adverse effect of the 0th-order light on the distance measurement.
  • the light from the light emitting element includes a plurality of spots of 0th order light, and the plurality of spots are irradiated to a region within the light receiving range of the light receiving device.
  • the light from the light emitting element may be applied to the subject.
  • the timing of sequential lighting of the light emitting element and the timing of exposure in the light receiving device may be synchronized. This makes it possible to reduce waste in the operation of the light emitting device and the light receiving device, for example.
  • the light emitting device may include a collimating lens that collimates the light from the light emitting element and irradiates the subject. This makes it possible, for example, to shape the shape of the light for distance measurement into a desired shape.
  • the light emitting device may include a diffractive optical element that forms the light from the light emitting element by diffraction and irradiates the subject. This makes it possible, for example, to diffract the distance measuring light in a desired manner.
  • the light receiving device includes an image pickup unit that captures the light irradiated to the subject, and the distance measuring unit is based on the light imaged by the image pickup unit and is the subject. Distance may be measured. This makes it possible to perform distance measurement based on, for example, processing of an imaging signal.
  • the light emitting device on the second side of the present disclosure includes a light source including a plurality of light emitting elements that generate light, and an optical element that irradiates the subject with light from the light emitting element, and the light emitting element is individually or.
  • the subject is irradiated with the light from the light emitting element by sequentially turning on each of the plurality of lights. This makes it possible to irradiate the subject with irradiation light moving on the surface of the subject without using parts such as a small actuator.
  • the optical element may include a collimating lens that collimates the light from the light emitting element and irradiates the subject. This makes it possible, for example, to diffract the light irradiating the subject in a desired manner.
  • the optical element may include a diffractive optical element that irradiates the subject by forming light from the light emitting element by diffraction. This makes it possible, for example, to diffract the light irradiating the subject in a desired manner.
  • the light reflected from the subject may be received by the light receiving device.
  • suitable irradiation light emitted from the light emitting device to the subject can be used for distance measurement and the like.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device according to the first embodiment.
  • the distance measuring device of FIG. 1 includes a light emitting device 1, a light receiving device 2, and a distance measuring unit 3.
  • the light emitting device 1 includes a plurality of light emitting elements (described later) that generate light, and irradiates the subject P with light from these light emitting elements.
  • the light receiving device 2 receives the light reflected from the subject P.
  • the distance measuring unit 3 measures (calculates) the distance to the subject P based on the light received by the light receiving device 2.
  • the ranging device of FIG. 1 is used, for example, to recognize a gesture performed by a human using a hand, but may be used for other purposes (for example, authentication of a human face).
  • the light emitting device 1 includes a light source driving unit 11, a light source 12, a collimating lens 13, and a diffractive optical element (DOE) 14.
  • the collimating lens 13 and the diffractive optical element 14 are examples of the optical elements of the present disclosure.
  • the light receiving device 2 includes a lens unit 21, an imaging unit 22, and an imaging signal processing unit 23.
  • the light source driving unit 11 drives the light source 12 to generate light from the light source 12.
  • the light source 12 includes the plurality of light emitting elements described above.
  • the light source driving unit 11 of the present embodiment drives these light emitting elements to generate light from these light emitting elements.
  • Each light emitting element of this embodiment has, for example, a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) structure and generates laser light.
  • the light generated from the light source 12 is, for example, visible light or infrared light. Examples of this infrared ray are near infrared light (NIR) and short wavelength infrared light (SWIR).
  • NIR near infrared light
  • SWIR short wavelength infrared light
  • the collimating lens 13 collimates the light from the light source 12 and emits it to the diffractive optical element 14. As a result, the light from the light source 12 is formed into parallel light.
  • the diffractive optical element 14 forms the light from the collimating lens 13 by diffraction and emits it from the light emitting device 1. As a result, the light from the light source 12 is formed into parallel light and then formed into light having a desired pattern shape.
  • the light emitting device 1 irradiates the subject P with light having the desired pattern shape (irradiation light).
  • the pattern projected on the subject P is also called a projected image.
  • the light emitted to the subject P is reflected by the subject P and received by the light receiving device 2.
  • the lens unit 21 includes a plurality of lenses (described later), and the light reflected from the subject P is collected by these lenses.
  • An antireflection film for preventing light reflection is provided on the surface of these lenses.
  • the antireflection film may function as a BPF (bandpass filter) that transmits light having the same wavelength as the light emitted from the light source 12.
  • the imaging unit 22 captures the light focused by the lens unit 21 and outputs the imaging signal obtained by the imaging.
  • the imaging unit 22 is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • the image pickup signal processing unit 23 performs predetermined signal processing on the image pickup signal output from the image pickup unit 22.
  • the image pickup signal processing unit 23 performs predetermined image processing on the image captured by the image pickup unit 22.
  • the image pickup signal processing unit 23 outputs the image pickup signal subjected to the above signal processing to the distance measuring unit 3.
  • the ranging unit 3 is provided with a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like for executing various information processing.
  • the ranging unit 3 controls the operation of the light source driving unit 11 via, for example, a light source driver (not shown). Further, the distance measuring unit 3 measures, for example, the distance to the subject P by the principle of triangulation based on the image pickup signal of the light radiated to the subject P. In this way, the distance measuring unit 3 controls various operations of the distance measuring device of FIG.
  • FIG. 2 is a perspective portion showing the structure of the distance measuring device of the first embodiment.
  • FIG. 2 shows the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are perpendicular to each other.
  • the X and Y directions correspond to the horizontal direction (horizontal direction), and the Z direction corresponds to the vertical direction (vertical direction). Further, the + Z direction corresponds to the upward direction, and the ⁇ Z direction corresponds to the downward direction.
  • the ⁇ Z direction may or may not exactly coincide with the direction of gravity.
  • FIG. 2 shows a diffractive optical element 14 provided in the light emitting device 1 and a lens unit 21 provided in the light receiving device 2.
  • the lens unit 21 is oriented in the Y direction, while the diffractive optical element 14 is oriented downward with respect to the Y direction.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a light source 12 provided in the light emitting device 1, a collimating lens 13, a diffractive optical element 14, and a reflecting prism 15.
  • the light generated from the light source 12 is reflected by the reflecting prism 15 and then passes through the collimating lens 13 and the diffractive optical element 14 to irradiate the subject P.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the light receiving device 2 of the first embodiment.
  • FIG. 4 shows a lens unit 21 provided in the light receiving device 2 and an imaging unit 22.
  • the lens unit 21 of the present embodiment includes a plurality of (here, two) lenses 21a and 21b.
  • the lens unit 21 collects the light reflected from the subject P by these lenses 21a and 21b.
  • FIG. 3 and 4 show the optical axis A1 of the light emitting device 1 and the optical axis A2 of the light receiving device 2.
  • the optical axis A1 of the light emitting device 1 passes through the center of the diffractive optical element 14 and the collimating lens 13, and the optical axis A2 of the light receiving device 2 passes through the centers of the lenses 21a and 21b.
  • the optical axis A1 of the light emitting device 1 is tilted with respect to the Y direction, and the direction of the diffractive optical element 14 is tilted downward with respect to the Y direction (see also FIG. 2).
  • the optical axis A2 of the light receiving device 2 is parallel to the Y direction, and the lens unit 21 faces the Y direction (see also FIG. 2). Therefore, the optical axis A1 of the light emitting device 1 is tilted with respect to the optical axis A2 of the light receiving device 2.
  • the distance measuring device of the present embodiment may be configured so that the optical axis A1 of the light emitting device 1 can be tilted with respect to the optical axis A2 of the light receiving device 2 by driving the light emitting device 1, for example.
  • the light emitting device 1 tilts the optical axis A1 of the light emitting device 1 with respect to the optical axis A2 of the light receiving device 2 to irradiate the subject P with the light from the light source 12.
  • the 0th-order light included in the light from the light source 12 can be applied to a region outside the light-receiving range of the light receiving device 2, and the adverse effect of the 0th-order light on distance measurement can be suppressed. Details of such control of the optical axis A1 will be described later.
  • FIG. 5 is another vertical cross-sectional view showing the structure of the light emitting device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a light source driving unit 11 provided in the light emitting device 1 and a light source 12.
  • the light source 12 includes a substrate 31, a laminated film 32, a plurality of light emitting elements 33, a plurality of anode electrodes 34, and a plurality of cathode electrodes 35.
  • the light source driving unit 11 includes a substrate 41 and a plurality of connection pads 42.
  • the light source 12 of the present embodiment is a semiconductor chip including a substrate 31, and is mounted on a light source driving unit 11 including the substrate 41 via a plurality of bumps 16.
  • FIG. 5 shows the X'axis, Y'axis, and Z axis'perpendicular to each other.
  • the X'direction and the Y'direction correspond to the horizontal direction (horizontal direction) when the substrate 31 is arranged horizontally
  • the Z'direction corresponds to the vertical direction (vertical direction) when the substrate 31 is arranged horizontally. do.
  • the + Z'direction and the ⁇ Z'direction correspond to the upward direction and the downward direction when the substrate 31 is arranged horizontally, respectively.
  • the X'direction, the Y'direction, and the Z'direction generally do not coincide with the X direction, the Y direction, and the Z direction.
  • the structures of the light source driving unit 11 and the light source 12 will be described with reference to FIG.
  • the structures of the light source driving unit 11 and the light source 12 will be described with the + Z'direction and the ⁇ Z'direction as the upward and downward directions, respectively.
  • the substrate 31 is a semiconductor substrate such as a GaAs (gallium arsenide) substrate.
  • FIG. 5 shows the front surface S1 of the substrate 31 facing the ⁇ Z ′ direction and the back surface S2 of the substrate 31 facing the + Z ′ direction.
  • the laminated film 32 includes a plurality of layers laminated on the surface S1 of the substrate 31. Examples of these layers are an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, a light reflecting layer, an insulating layer having a light emission window, and the like.
  • the laminated film 32 includes a plurality of mesa portions M protruding in the ⁇ Z ′ direction. A part of these mesa portions M is a plurality of light emitting elements 33.
  • the plurality of light emitting elements 33 are provided on the surface S1 side of the substrate 31 as a part of the laminated film 32.
  • Each light emitting element 33 of the present embodiment has a VCSEL structure and emits light in the + Z'direction.
  • the light emitted from each light emitting element 33 passes through the substrate 31 from the front surface S1 to the back surface S2, and is emitted from the back surface S2 of the substrate 31.
  • the light source 12 of the present embodiment is a back-illuminated VCSEL chip.
  • the anode electrode 34 is formed on the lower surface of the light emitting element 33.
  • the cathode electrode 35 is formed on the lower surface of the mesa portion M other than the light emitting element 33, and extends to the lower surface of the laminated film 32 between the mesa portions M.
  • Each light emitting element 33 emits light when a current flows between its anode electrode 34 and the corresponding cathode electrode 35.
  • the light source 12 is arranged on the light source driving unit 11 via the bump 16, and is electrically connected to the light source driving unit 11 by the bump 16.
  • the connection pad 42 is formed on the substrate 41 included in the light source driving unit 11, and the mesa portion M is arranged on the connection pad 42 via the bump 16.
  • Each mesa portion M is arranged on the bump 16 via the anode electrode 34 or the cathode electrode 35.
  • the substrate 41 is a semiconductor substrate such as a Si (silicon) substrate.
  • the light source drive unit 11 includes a drive circuit that drives the light source 12.
  • FIG. 5 schematically shows a plurality of switch SWs included in this drive circuit. Each switch SW is electrically connected to the corresponding light emitting element 33 via the bump 16.
  • the light source driving unit 11 of the present embodiment can control (on / off) these switch SWs for each individual switch SW. Therefore, the light source driving unit 11 can drive a plurality of light emitting elements 33 for each of the individual light emitting elements 33. This makes it possible to precisely control the light emitted from the light source 12, for example, causing only the light emitting element 33 required for distance measurement to emit light.
  • Such individual control of the light emitting element 33 is realized by arranging the light source driving unit 11 below the light source 12 so that each light emitting element 33 and the corresponding switch SW can be easily electrically connected. It is possible. A modification of such a switch SW will be described later.
  • FIG. 6 is a plan view showing an arrangement example of the light emitting element 33 of the first embodiment.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged in a line shape (one-dimensional array shape) on the surface S1 of the substrate 31. Specifically, these light emitting elements 33 are arranged at equal intervals in the X'direction.
  • a in FIG. 6 shows five light emitting elements 33 as an example, the number of light emitting elements 33 arranged in a line on the substrate 31 may be other than five.
  • the light emitting elements 33 may be arranged in a direction other than the X'direction, or may be arranged at non-equal intervals. An example of such an arrangement will be described later.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged in a line shape (one-dimensional array shape) on the surface S1 of the substrate 31.
  • these light emitting elements 33 are arranged at equal intervals in the Y'direction.
  • the light emitting elements 33 of the present embodiment can be arranged in a line shape in various ways.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged on the surface S1 of the substrate 31 in a regular two-dimensional array. Specifically, these light emitting elements 33 are arranged at equal intervals in the X'direction and the Y'direction, and are arranged in a square grid pattern.
  • C in FIG. 6 shows 25 light emitting elements 33 as an example, the number of light emitting elements 33 arranged in a two-dimensional array on the substrate 31 may be other than 25.
  • the light emitting elements 33 may be arranged in a regular two-dimensional array in an arrangement other than the square lattice, or may be arranged in an irregular two-dimensional array. An example of such an arrangement will be described later.
  • the plurality of light emitting elements 33 shown in C of FIG. 6 include a plurality of line portions L1, and here, 25 light emitting elements 33 include five line portions L1.
  • a plurality of (five here) light emitting elements 33 are arranged in a line shape. These line portions L1 extend in the Y'direction and are adjacent to each other in the X'direction. Details of such a line portion L1 will be described later with reference to E in FIG.
  • the plurality of (25) light emitting elements 33 shown in C of FIG. 6 include a plurality of (5) line portions L2.
  • a plurality of (five) light emitting elements 33 are arranged in a line shape.
  • These line portions L2 extend in the X'direction and are adjacent to each other in the Y'direction. Details of such a line portion L2 will be described later with reference to F in FIG.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged on the surface S1 of the substrate 31 in an irregular two-dimensional array.
  • the light emitting element 33 of the present embodiment can be arranged in the two-dimensional array in various ways.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged on the surface S1 of the substrate 31 in a regular two-dimensional array.
  • These light emitting elements 33 include a plurality of line portions L1 extending in the Y'direction, as in the example of C in FIG.
  • these light emitting elements 33 are arranged in a staggered arrangement so that the light emitting elements 33 are not continuous in the X'direction.
  • the light emitting element 33 of a certain line portion L1 and the light emitting element 33 of the adjacent line portion L1 are arranged (continuous) in the X'direction, but in E of FIG.
  • the light emitting element 33 of a certain line portion L1 and the light emitting element 33 of the adjacent line portion L1 are not aligned (not continuous) in the X'direction. That is, in E of FIG. 6, the position of the light emitting element 33 in the Y'direction is deviated between a certain line portion L1 and the adjacent line portion L1.
  • the Y'direction is an example of the first direction of the present disclosure
  • the X'direction is an example of the second direction of the present disclosure.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged on the surface S1 of the substrate 31 in a regular two-dimensional array.
  • These light emitting elements 33 include a plurality of line portions L2 extending in the X'direction, as in the example of C in FIG.
  • these light emitting elements 33 are arranged in a staggered arrangement so that the light emitting elements 33 are not continuous in the Y'direction.
  • the light emitting element 33 of a certain line portion L2 and the light emitting element 33 of the adjacent line portion L2 are arranged (continuous) in the Y'direction, but in F of FIG.
  • the light emitting element 33 of a certain line portion L2 and the light emitting element 33 of the adjacent line portion L2 are not aligned (not continuous) in the Y'direction. That is, in F of FIG. 6, the position of the light emitting element 33 in the X'direction is deviated between a certain line portion L2 and the adjacent line portion L2.
  • the X'direction is an example of the first direction of the present disclosure
  • the Y'direction is an example of the second direction of the present disclosure.
  • the subject P is irradiated with the light from the light emitting elements 33 by sequentially lighting the plurality of light emitting elements 33 provided on the substrate 31 one by one or each of the plurality of light emitting elements 33.
  • the light emitting elements 33 may be turned on in five stages. In this case, the light emitting elements 33 are turned on one by one.
  • the light emitting elements 33 in the first, second, third, fourth, and fifth line portions L1 from the left of C in FIG. 6 are sequentially lit. By doing so, the 25 light emitting elements 33 may be turned on in five stages. In this case, a plurality of (5 in this case) light emitting elements 33 are lit.
  • the present embodiment by sequentially lighting the plurality of light emitting elements 33 one by one or each of the plurality of light emitting elements 33, it is possible to irradiate the subject P with the irradiation light moving on the surface of the subject P. That is, the subject P can be scanned with the irradiation light. This makes it possible to realize distance measurement by the optical cutting method.
  • the light emitting elements 33 of the present embodiment are arranged in a staggered arrangement as shown in E (or F) of FIG. 6 rather than being arranged in a square lattice as shown in C of FIG.
  • 25 light emitting elements 33 are arranged on the substrate 31, whereas in E (or F) of FIG. 6, 45 light emitting elements 33 are arranged on the substrate 31.
  • Arranging the light emitting elements 33 at a high density has an advantage that, for example, the scanning accuracy of the subject P by the irradiation light can be improved.
  • FIG. 7 is a plan view showing an operation example of the light emitting element 33 of the first embodiment.
  • a plurality of light emitting elements 33 are arranged in a staggered arrangement including a plurality of line portions L1 as in the example of E of FIG.
  • a to E of FIG. 7 show how these light emitting elements 33 are sequentially turned on for each line portion L1.
  • a to E in FIG. 7 show how the light emitting elements 33 in the first, second, third, fourth, and fifth line portions L1 from the left are turned on, respectively.
  • Reference numeral 33a indicates a light emitting element 33 that is lit.
  • the light emitting elements 33 in the line portion L1 of the first, second, third, fourth, and fifth lines from the left are sequentially turned on to irradiate the subject P with the light from these light emitting elements 33. ..
  • the light emitting elements 33 in the sixth, seventh, eighth, and ninth line portions L1 from the left may be sequentially turned on.
  • the number of line parts L1 has increased from 5 to 9 by adopting a staggered arrangement instead of a square grid.
  • the irradiation position of the irradiation light can be changed in 5 steps.
  • the irradiation position of the irradiation light can be changed in 9 steps. Therefore, according to this example, by adopting a staggered arrangement instead of the square grid, it is possible to improve the scanning accuracy of the subject P by the irradiation light.
  • FIG. 8 is a plan view showing a connection example of the light emitting element 33 of the first embodiment.
  • the switch SW of the present embodiment may be connected to the light emitting element 33 as shown in FIG.
  • Each switch SW in FIG. 8 is electrically connected to a plurality (five) light emitting elements 33 in one corresponding line portion L1.
  • Reference numeral E indicates wiring for connecting each switch SW and these light emitting elements 33.
  • FIG. 8 shows six switch SWs connected to the six line portions L1.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the pattern of the irradiation light 51 of the first embodiment.
  • the light from the light source 12 of the present embodiment is formed into parallel light by the collimated lens 13, formed into a desired pattern light by the diffractive optical element 14, and emitted from the light emitting device 1.
  • the light emitting device 1 irradiates the subject P with light having the desired pattern shape (irradiation light 51).
  • a to F of FIG. 9 show various examples of the pattern of the irradiation light 51.
  • the irradiation light 51 includes a plurality of (here, three) line lights 52 extending in the Z direction.
  • the light emitting device 1 moves the irradiation position of the irradiation light 51 in the X direction.
  • the arrangement example shown in E of FIG. 6 and the operation example shown in A to E of FIG. 7 are adopted, if the light emitting element 33a being lit is changed as shown in A to E of FIG. It is desirable to configure the light emitting device 1 so that the irradiation position of the irradiation light 51 moves in the X direction. This makes it possible to scan the subject P with the irradiation light 51.
  • the Z direction is an example of the third direction of the present disclosure.
  • the irradiation light 51 includes a plurality of (here, three) line lights 52 extending in the X direction.
  • the light emitting device 1 moves the irradiation position of the irradiation light 51 in the Z direction.
  • the X direction is an example of the third direction of the present disclosure.
  • the irradiation light 51 includes a plurality of line lights 52 extending in the Z direction and a plurality of line lights 52 extending in the X direction, and has a grid-like shape.
  • the irradiation position of the irradiation light 51 may be moved in the X direction or the Z direction.
  • one of the Z direction and the X direction is an example of the third direction of the present disclosure
  • the other of the Z direction and the X direction is an example of the fourth direction of the present disclosure.
  • the irradiation light 51 includes a plurality of line lights 52 extending in the X direction, as in the example of B in FIG.
  • the irradiation light 51 includes a plurality of line lights 52 extending in the Z direction, as in the example of A in FIG.
  • the irradiation light 51 includes one line light 52 extending in the Z direction and one line light 52 extending in the X direction, and has a cross-shaped shape.
  • the number of line lights 52 included in the irradiation light 51 may be any number.
  • the collimating lens 13 and the diffractive optical element 14 make it possible to form the light from the light source 12 into various shapes.
  • the light from the light source 12 can be formed into light having a two-dimensional spread.
  • the irradiation lights 51 shown by A to F in FIG. 9 are spread in the Z direction and the X direction.
  • the irradiation light 51 shown by FIGS. 9A to 9F includes linear light, but may include non-linear light.
  • the irradiation light 51 may include curved light or may include light having a random shape.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the operation of the diffractive optical element 14 of the first embodiment.
  • D ⁇ (sin ⁇ sin ⁇ ) m ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (1)
  • D represents the aperture spacing of the diffractive optical element 14
  • ⁇ represents the wavelengths of the incident light and the diffracted light
  • m represents the diffraction order (integer value).
  • FIG. 10 shows the 0th-order light, the ⁇ 1st-order light, and the ⁇ 2nd-order light included in the diffracted light in the case where the diffraction angle ⁇ is represented by the equation (2).
  • the 0th-order light appears in the normal direction of the diffractive optical element 14. Since this 0th-order light has high brightness, it may cause erroneous recognition at the time of distance measurement.
  • FIG. 11 is another diagram showing an example of the pattern of the irradiation light 51 of the first embodiment.
  • a of FIG. 11 shows an irradiation light 51 including a plurality of line lights 52 extending in the Z direction, as in the example of E of FIG. A of FIG. 11 further shows a spot of the 0th-order light 53 included in the irradiation light 51 and a light receiving range (imaging range) 54 of the light receiving device 2.
  • the light receiving device 2 of the present embodiment can receive the irradiation light 51 irradiated to the region within the light receiving range 54 and image the irradiation light 51.
  • the 0th-order light 53 is imaged by the light receiving device 2. Since the brightness of the 0th-order light 53 is high, if the 0th-order light 53 is imaged by the light receiving device 2, it may cause erroneous recognition at the time of distance measurement. Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress the adverse effect of the 0th-order light 53 on the distance measurement by using either the first method shown in B of FIG. 11 or the second method shown in C of FIG. desirable.
  • the optical axis A1 of the light emitting device 1 is tilted with respect to the optical axis A2 of the light receiving device 2.
  • the 0th-order light 53 can be applied to a region outside the light receiving range 54.
  • the spot of the 0th order light 53 exists outside the light receiving range 54. This makes it possible to suppress the adverse effect of the 0th-order light 53 on the distance measurement.
  • the plurality of light emitting elements 33 provided on the substrate 31 are sequentially turned on for each plurality.
  • these light emitting elements 33 are sequentially turned on for each line portion L1 (see A to E in FIG. 7).
  • the five light emitting elements 33 are turned on at the same time.
  • C in FIG. 11 shows how the five light emitting elements 33 are turned on at the same time.
  • the irradiation light 51 includes five spots of the 0th-order light 53.
  • C in FIG. 11 shows five spots of the 0th order light 53 existing in the light receiving range 54.
  • the intensity of the irradiation light 51 is five times as high as the power supplied to each light emitting element 33 is constant.
  • the distance measurement can be sufficiently performed by lighting one light emitting element 33, it is useless to increase the intensity of the irradiation light 51 by 5 times.
  • the power supplied to each light emitting element 33 may be reduced.
  • the power supplied to each light emitting element 33 may be reduced for 5 minutes. It may be reduced to 1.
  • the total power supplied to the five light emitting elements 33 that are lit at the same time is the same as the power supplied to the one light emitting element 33 that is lit independently.
  • the intensity of the irradiation light 51 is considered to be the same as before the number is increased. This makes it possible to suppress waste that increases the intensity of the irradiation light 51.
  • the brightness of each spot of the 0th-order light 53 is also reduced by reducing the power supplied to each light emitting element 33 to one-fifth. Therefore, if the brightness of each spot of the 0th-order light 53 can be sufficiently reduced, even if the 0th-order light 53 is irradiated to the region within the light receiving range 54, the adverse effect of the 0th-order light 53 on the distance measurement can be suppressed. Can be done.
  • the plurality of light emitting elements 33 provided on the substrate 31 are sequentially turned on, and the electric power supplied to each light emitting element 33 is set small.
  • these light emitting elements 33 are sequentially turned on every five, and the electric power supplied to each light emitting element 33 is set to one-fifth of the electric power when one light emitting element 33 is individually turned on. ..
  • the adverse effect of the 0th-order light 53 on the distance measurement can be suppressed.
  • FIG. 12 is a timing chart showing an operation example of the distance measuring device of the first embodiment.
  • FIG. 12 shows the on / off timing of the frame synchronization signal, the exposure timing of the imaging unit 22 (global shutter), the lighting timing of the light emitting element 33 (driver output), and the light emitting position (lighting position) of the light emitting element 33. ) And.
  • FIG. 12 shows the operation from the Nth cycle to the N + M cycle (N and M are integers of 1 or more).
  • the imaging unit 22 of the present embodiment includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array.
  • the exposure timing shown in FIG. 12 indicates the timing of exposing these pixels with the light from the lens unit 21, that is, the timing of opening the shutter.
  • FIG. 12 shows M circles per cycle.
  • the M circles indicate the M light emitting elements 33 when the light emitting elements 33 are lit individually, or the M line portions when the light emitting elements 33 are lit for each line portion. There is.
  • the black circle in each cycle indicates the light emitting element 33 or the line portion during lighting.
  • the light source 12 of the present embodiment sequentially lights the light emitting element 33 for each light emitting element 33 or for each line portion.
  • the lighting timing shown in FIG. 12 indicates the timing at which the light emitting element 33 is sequentially turned on for each light emitting element 33 or for each line portion.
  • FIG. 12 shows an operation example of the global shutter method.
  • the distance measuring device synchronizes the timing of the sequential lighting of the light emitting element 33 with the timing of the exposure in the imaging unit 22. Therefore, when one or a plurality of light emitting elements 33 are turned on once, each pixel of the imaging unit 22 is exposed once in synchronization with the lighting. This makes it possible to reduce the waste of operation of the distance measuring device. For example, it is possible to reduce unnecessary lighting of the light emitting element 33 and unnecessary exposure of the imaging unit 22, and it is possible to reduce the power consumption of the distance measuring device.
  • the control for synchronizing the lighting and the exposure is performed by, for example, the distance measuring unit 3.
  • FIG. 13 is a timing chart showing another operation example of the distance measuring device of the first embodiment.
  • FIG. 13 shows the on / off timing of the frame synchronization signal, the exposure timing of the imaging unit 22, and the lighting timing (driver output) of the light emitting element 33.
  • the nature of the frame synchronization signal and the lighting mode of the light emitting element 33 in the example of FIG. 13 are the same as those of the example of FIG.
  • the imaging unit 22 of the present embodiment includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array.
  • the imaging unit 22 of the present embodiment includes pixels in m rows and n columns (m and n are integers of 2 or more).
  • FIG. 13 shows an operation example of the rolling shutter method.
  • the ranging device changes the timing of exposing the pixels of m rows and n columns, that is, the timing of opening the shutter for each pixel in one row (n pixels).
  • the two parallelograms shown in FIG. 13 show how the exposure timing changes from row to row. These parallelograms indicate when these pixels are exposed.
  • the rectangle in each parallelogram indicates the timing at which these pixels are exposed and the light emitting element 33 is turned on.
  • the rectangle in each parallel quadrilateral indicates when these pixels are exposed by the reflected light from the light source 12 and the reflected light from the outside light, and the other in each parallel quadrilateral.
  • the region indicates the timing at which these pixels are exposed only by the reflected light of the outside light.
  • the cycle of exposing these pixels with the reflected light of the light from the light source 12 and the reflected light of the outside light at the timing of the rectangle and the timing of the rectangle are used.
  • a cycle may be provided in which these pixels are exposed only by the reflected light of the external light. In this case, by taking the difference between the image pickup signal of the former cycle and the image pickup signal of the latter cycle, it is possible to remove the influence of external light from the image pickup signal of the former cycle.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a distance measuring method of the distance measuring device of the first embodiment.
  • FIG. 14 shows a triangle between the position of the subject (object) P, the position of the lens 21a, and the position of the light source 12 (more accurately, the position of the diffractive optical element 14).
  • the triangulation of this embodiment is applied to this triangle.
  • FIG. 14 further shows the coordinates of the subject P (x P , y P , z P ), the coordinates of the center of the sensor of the imaging unit (sensor) 22 (x L , y L , z L ), and the imaging in the imaging unit 22.
  • the coordinates of the points (x 1 , y 1 , z 1 ) are shown.
  • the x-axis of the present embodiment is set to be parallel to the straight line (baseline) connecting the position of the lens 21a and the position of the light source 12, and the xz plane of the present embodiment is parallel to the triangle. Is set to.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis of this embodiment are perpendicular to each other.
  • FIG. 14 further shows the angle ⁇ of the triangle at the position of the lens 21a, the angle ⁇ of the triangle at the position of the light source 12, and the length d of the baseline.
  • the baseline length d corresponds to the length of the base of the triangle.
  • FIG. 14 further shows a distance d 1 in the x direction between the lens 21a and the subject P, and a distance d 2 in the x direction between the light source 12 and the subject P.
  • z P d ⁇ f ⁇ tan ⁇ / (f + x 1 ⁇ tan ⁇ ) ⁇ (6)
  • the values of d, f, and ⁇ are known. Therefore, by detecting the value of x 1 from the image signal, it is possible to calculate the value of z p.
  • the value of z p corresponds to the distance between the object P and the distance measuring device.
  • the light emitting elements 33 provided on the substrate 31 are sequentially turned on one by one or a plurality of light emitting elements 33, so that the light from these light emitting elements 33 is directed to the subject P. Irradiate. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to irradiate the subject P with irradiation light 51 suitable for distance measurement without using parts such as a small actuator. For example, irradiation moving on the surface of the subject P. It is possible to irradiate the subject P with the light 51.
  • the light emitting device 1 and the light receiving device 2 of the present embodiment are provided in the same device (distance measuring device), but may not be provided in the same device.
  • a distance measuring system may be constructed in which the light emitting device 1, the light receiving device 2, and the distance measuring unit 3 are connected by a network. In this case, signals are exchanged between the light emitting device 1, the light receiving device 2, and the distance measuring unit 3 by communication via a network.
  • This network may be a wired network or a wireless network.
  • a light emitting device that includes a plurality of light emitting elements that generate light and irradiates a subject with light from the light emitting element.
  • a light receiving device that receives the light reflected from the subject and A distance measuring unit for measuring the distance to the subject based on the light received by the light receiving device is provided.
  • the light emitting device is a distance measuring device that irradiates the subject with light from the light emitting element by sequentially lighting the light emitting elements one by one or a plurality of the light emitting elements.
  • the line portions extend in the first direction and are adjacent to each other in the second direction perpendicular to the first direction.
  • the light emitting device includes a plurality of switches for driving the light emitting element.
  • the light emitting device is such that the light from the light emitting element includes a plurality of spots of 0th order light and the plurality of spots are irradiated to a region within the light receiving range of the light receiving device.
  • the distance measuring device according to (1) which irradiates the subject with light.
  • the light emitting device includes a diffractive optical element that forms light from the light emitting element by diffraction and irradiates the subject.
  • the light receiving device includes an imaging unit that captures light emitted from the subject.
  • the distance measuring device according to (1) wherein the distance measuring unit measures a distance to the subject based on the light imaged by the imaging unit.
  • optical element includes a diffractive optical element that forms light from the light emitting element by diffraction and irradiates the subject.

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Abstract

［課題］好適な照射光を被写体に照射可能な測距装置および発光装置を提供する。 ［解決手段］本開示の測距装置は、光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの光を被写体に照射する発光装置と、前記被写体から反射した光を受光する受光装置と、前記受光装置により受光された光に基づいて、前記被写体との距離を測定する測距部とを備え、前記発光装置は、前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する。

Description

測距装置および発光装置
　本開示は、測距装置および発光装置に関する。
　被写体との距離を三角測量により測定する測距方法が知られている。測距方法の一例として、光切断法が挙げられる。光切断法では、被写体をシート状のレーザー光でスキャンしながら撮像し、撮像により得られた撮像信号を用いて被写体との距離を算出する。この場合、レーザー光を何らかの手段により振動させることで、振動するレーザー光を被写体に照射する必要がある。レーザー光を振動させることで、被写体をレーザー光でスキャンすることが可能となる。
特開２０１７－１８７３８６号公報 国際公開ＷＯ２０１９／０５３９９８号公報
　そこで、レーザー光を振動させるためのアクチュエータを測距装置内に搭載することが考えられる。この場合、レーザー光を反射するミラーや、レーザー光を成形するレンズをアクチュエータにより振動させることで、レーザー光を振動させることができる。
　しかしながら、測距装置内にアクチュエータを搭載する場合には、測距装置の部品数がアクチュエータにより増えることや、精度の高い振動を得るために小型のアクチュエータが必要となることなどが問題となる。このように、被写体との距離を三角測量により測定する際には、どのような手法で被写体に好適な光を照射するかが問題となる。
　そこで、本開示は、好適な照射光を被写体に照射可能な測距装置および発光装置を提供する。
　本開示の第１の側面の測距装置は、光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの光を被写体に照射する発光装置と、前記被写体から反射した光を受光する受光装置と、前記受光装置により受光された光に基づいて、前記被写体との距離を測定する測距部とを備え、前記発光装置は、前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する。これにより例えば、小型のアクチュエータなどの部品を用いずに、測距にとって好適な照射光を被写体に照射することが可能となり、具体的には、被写体の表面上を移動する照射光を被写体に照射することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光素子は、ライン状に配置されていてもよい。これにより例えば、ラインに沿って発光素子を順次点灯させることで、被写体の表面上を移動する照射光を被写体に照射することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光素子は、２次元アレイ状に配置されていてもよい。これにより例えば、２次元アレイ内で発光素子を順次点灯させることで、被写体の表面上を移動する照射光を被写体に照射することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記２次元アレイ状の前記発光素子は、前記発光素子がライン状に配置された複数のライン部分を含んでいてもよい。これにより例えば、ライン部分ごとに発光素子を順次点灯させることで、被写体の表面上を移動する照射光を被写体に照射することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記ライン部分は、第１方向に延び、かつ前記第１方向に垂直な第２方向に互いに隣接しており、前記２次元アレイ状の前記発光素子は、前記発光素子が前記第２方向に連続しないように千鳥配列状に配置されていてもよい。これにより例えば、ライン部分間の幅を狭くすることで、ライン部分の本数を増やすことが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記発光素子を１本のライン部分ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射してもよい。これにより例えば、被写体の表面上を移動する照射光を被写体に照射することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記発光素子を駆動する複数のスイッチを備え、各スイッチは、対応する１本のライン部分内の複数の発光素子に電気的に接続されていてもよい。これにより例えば、ライン部分ごとの発光素子の点灯を、対応するスイッチのオン・オフにより制御することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記被写体に、第３方向に延びる１本以上のライン光を含む光を照射してもよい。これにより例えば、ライン光による測距を実現することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記被写体に、前記第３方向に延びる前記１本以上のライン光と第４方向に延びる１本以上のライン光とを含む光を照射してもよい。これにより例えば、複数方向に拡がりを持つ光による測距を実現することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記受光装置の光軸に対して前記発光装置の光軸を傾けて、前記発光素子からの光を前記被写体に照射してもよい。これにより例えば、測距に対する０次光の悪影響を抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記発光素子からの光の０次光が、前記受光装置の受光範囲外の領域に照射されるように、前記発光装置の光軸を傾けてもよい。これにより例えば、０次光を撮像信号から排除して、測距に対する０次光の悪影響を抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記発光素子からの光が０次光の複数のスポットを含み、かつ、前記複数のスポットが前記受光装置の受光範囲内の領域に照射されるように、前記発光素子からの光を前記被写体に照射してもよい。これにより例えば、発光装置の光軸を傾ける代わりに０次光の明るさを抑えることで、測距に対する０次光の悪影響を抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光素子の順次点灯のタイミングと、前記受光装置における露光のタイミングとを同期させてもよい。これにより例えば、発光装置および受光装置の動作の無駄を減らすことが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記発光素子からの光をコリメートして、前記被写体に照射するコリメートレンズを備えていてもよい。これにより例えば、測距用の光の形状を所望の形状に成形することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記発光装置は、前記発光素子からの光を回折により成形して、前記被写体に照射する回折光学素子を備えていてもよい。これにより例えば、測距用の光を所望の態様で回折させることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記受光装置は、前記被写体に照射された光を撮像する撮像部を備え、前記測距部は、前記撮像部により撮像された光に基づいて、前記被写体との距離を測定してもよい。これにより例えば、撮像信号の処理に基づいて測距を行うことが可能となる。
　本開示の第２の側面の発光装置は、光を発生させる複数の発光素子を含む光源と、前記発光素子からの光を被写体に照射する光学素子とを備え、前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する。これにより例えば、小型のアクチュエータなどの部品を用いずに、被写体の表面上を移動する照射光を被写体に照射することが可能となる。
　また、この第２の側面において、前記光学素子は、前記発光素子からの光をコリメートして、前記被写体に照射するコリメートレンズを含んでいてよい。これにより例えば、被写体に照射する光を所望の態様で回折させることが可能となる。
　また、この第２の側面において、前記光学素子は、前記発光素子からの光を回折により成形して、前記被写体に照射する回折光学素子を含んでいてもよい。これにより例えば、被写体に照射する光を所望の態様で回折させることが可能となる。
　また、この第２の側面において、前記被写体から反射した光は、受光装置により受光されてもよい。これにより例えば、発光装置から被写体に照射された好適な照射光を、測距などに使用することが可能となる。
第１実施形態の測距装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の測距装置の構造を示す斜視部である。 第１実施形態の発光装置の構造を示す縦断面図である。 第１実施形態の受光装置の構造を示す横断面図である。 第１実施形態の発光装置の構造を示す別の縦断面図である。 第１実施形態の発光素子の配置例を示す平面図である。 第１実施形態の発光素子の動作例を示す平面図である。 第１実施形態の発光素子の接続例を示す平面図である。 第１実施形態の照射光のパターンの例を示す図である。 第１実施形態の回折光学素子の作用を説明するための断面図である。 第１実施形態の照射光のパターンの例を示す別の図である。 第１実施形態の測距装置の動作例を示すタイミングチャートである。 第１実施形態の測距装置の別の動作例を示すタイミングチャートである。 第１実施形態の測距装置の測距方式を説明するための図である。
　以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態の測距装置の構成を示すブロック図である。
　図１の測距装置は、発光装置１と、受光装置２と、測距部３とを備えている。発光装置１は、光を発生させる複数の発光素子（後述）を含み、これらの発光素子からの光を被写体Ｐに照射する。受光装置２は、被写体Ｐから反射した光を受光する。測距部３は、受光装置２により受光された光に基づいて、被写体Ｐとの距離を測定（算出）する。図１の測距装置は、例えば人間が手を用いて行うジェスチャを認識するために使用されるが、それ以外の用途（例えば人間の顔の認証）に使用されてもよい。
　発光装置１は、光源駆動部１１と、光源１２と、コリメートレンズ１３と、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１４とを備えている。コリメートレンズ１３および回折光学素子１４は、本開示の光学素子の例である。受光装置２は、レンズユニット２１と、撮像部２２と、撮像信号処理部２３とを備えている。
　光源駆動部１１は、光源１２を駆動して、光源１２から光を発生させる。光源１２は、上述の複数の発光素子を含んでいる。本実施形態の光源駆動部１１は、これらの発光素子を駆動して、これらの発光素子から光を発生させる。本実施形態の各発光素子は例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）構造を有しており、レーザー光を発生させる。光源１２から発生する光は、例えば可視光または赤外線である。この赤外線の例は、近赤外光（ＮＩＲ）や短波長赤外光（ＳＷＩＲ）である。
　コリメートレンズ１３は、光源１２からの光をコリメートして、回折光学素子１４へと出射する。これにより、光源１２からの光が平行光に成形される。回折光学素子１４は、コリメートレンズ１３からの光を回折により成形して、発光装置１から出射する。これにより、光源１２からの光が平行光に成形された後、所望のパターン形状を有する光に成形される。発光装置１は、この所望のパターン形状を有する光（照射光）を被写体Ｐに照射する。被写体Ｐに投影されたパターンは、投影像とも呼ばれる。被写体Ｐに照射された光は、被写体Ｐで反射して受光装置２により受光される。
　レンズユニット２１は、複数のレンズ（後述）を含み、被写体Ｐから反射した光をこれらのレンズにより集光する。これらのレンズの表面には、光の反射を防止する反射防止膜が設けられている。当該反射防止膜は、光源１２から出射される光と同じ波長の光を透過するＢＰＦ（バンドパスフィルタ）として機能してもよい。
　撮像部２２は、レンズユニット２１により集光された光を撮像し、撮像により得られた撮像信号を出力する。撮像部２２は例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。
　撮像信号処理部２３は、撮像部２２から出力された撮像信号に対して所定の信号処理を施す。撮像信号処理部２３は例えば、撮像部２２により撮像された画像に対して所定の画像処理を施す。撮像信号処理部２３は、上記の信号処理が施された撮像信号を測距部３に出力する。
　測距部３は、種々の情報処理を実行するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。測距部３は例えば、光源ドライバ（不図示）を介して光源駆動部１１の動作を制御する。また、測距部３は例えば、被写体Ｐに照射された光の撮像信号に基づいて、三角測量の原理により被写体Ｐとの距離を測定する。このように、測距部３は、図１の測距装置の種々の動作を制御する。
　図２は、第１実施形態の測距装置の構造を示す斜視部である。
　図２は、互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ方向およびＹ方向は横方向（水平方向）に相当し、Ｚ方向は縦方向（垂直方向）に相当する。また、＋Ｚ方向は上方向に相当し、－Ｚ方向は下方向に相当する。－Ｚ方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。
　図２は、発光装置１に設けられた回折光学素子１４と、受光装置２に設けられたレンズユニット２１とを示している。図２では、レンズユニット２１がＹ方向を向いているのに対し、回折光学素子１４の向きがＹ方向に対して下向きに傾いている。
　図３は、第１実施形態の発光装置１の構造を示す縦断面図である。
　図３は、発光装置１に設けられた光源１２と、コリメートレンズ１３と、回折光学素子１４と、反射プリズム１５とを示している。本実施形態の発光装置１では、光源１２から発生した光が、反射プリズム１５により反射された後、コリメートレンズ１３と回折光学素子１４とを通過して、被写体Ｐに照射される。
　図４は、第１実施形態の受光装置２の構造を示す横断面図である。
　図４は、受光装置２に設けられたレンズユニット２１と、撮像部２２とを示している。本実施形態のレンズユニット２１は、複数（ここでは２つ）のレンズ２１ａ、２１ｂを含んでいる。レンズユニット２１は、被写体Ｐから反射した光を、これらのレンズ２１ａ、２１ｂにより集光する。
　図３と図４は、発光装置１の光軸Ａ１と、受光装置２の光軸Ａ２とを示している。発光装置１の光軸Ａ１は、回折光学素子１４やコリメートレンズ１３の中心を通過しており、受光装置２の光軸Ａ２は、レンズ２１ａ、２１ｂの中心を通過している。図３では、発光装置１の光軸Ａ１がＹ方向に対して傾いており、回折光学素子１４の向きがＹ方向に対して下向きに傾いている（図２も参照）。図４では、受光装置２の光軸Ａ２がＹ方向に平行となっており、レンズユニット２１がＹ方向を向いている（図２も参照）。よって、発光装置１の光軸Ａ１が、受光装置２の光軸Ａ２に対して傾いている。
　本実施形態の測距装置は例えば、発光装置１を駆動することで、発光装置１の光軸Ａ１を受光装置２の光軸Ａ２に対して傾けることができるように構成されていてもよい。この場合、発光装置１は、受光装置２の光軸Ａ２に対して発光装置１の光軸Ａ１を傾けて、光源１２からの光を被写体Ｐに照射する。これにより、光源１２からの光に含まれる０次光を、受光装置２の受光範囲外の領域に照射することが可能となり、測距に対する０次光の悪影響を抑制することが可能となる。このような光軸Ａ１の制御の詳細については、後述する。
　図５は、第１実施形態の発光装置１の構造を示す別の縦断面図である。
　図５は、発光装置１に設けられた光源駆動部１１と、光源１２とを示している。図５に示すように、光源１２は、基板３１と、積層膜３２と、複数の発光素子３３と、複数のアノード電極３４と、複数のカソード電極３５とを備えている。また、光源駆動部１１は、基板４１と、複数の接続パッド４２とを備えている。本実施形態の光源１２は、基板３１を含む半導体チップであり、基板４１を含む光源駆動部１１上に、複数のバンプ１６を介して積載されている。
　図５は、互いに垂直なＸ’軸、Ｙ’軸、およびＺ軸’を示している。Ｘ’方向とＹ’方向は、基板３１を水平に配置した場合の横方向（水平方向）に相当し、Ｚ’方向は、基板３１を水平に配置した場合の縦方向（垂直方向）に相当する。また、＋Ｚ’方向と－Ｚ’方向はそれぞれ、基板３１を水平に配置した場合の上方向と下方向に相当する。図３に示す光源１２の傾きから分かるように、Ｘ’方向、Ｙ’方向、およびＺ’方向は一般に、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向とは一致しない。
　以下、図５を参照して、光源駆動部１１および光源１２の構造の詳細を説明する。図５の説明では、＋Ｚ’方向と－Ｚ’方向をそれぞれ上方向と下方向として、光源駆動部１１および光源１２の構造を説明する。
　基板３１は、例えばＧａＡｓ（ガリウムヒ素）基板などの半導体基板である。図５は、－Ｚ’方向を向いている基板３１の表面Ｓ１と、＋Ｚ’方向を向いている基板３１の裏面Ｓ２とを示している。
　積層膜３２は、基板３１の表面Ｓ１に積層された複数の層を含んでいる。これらの層の例は、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、光反射層、光の射出窓を有する絶縁層などである。積層膜３２は、－Ｚ’方向に突出した複数のメサ部Ｍを含んでいる。これらのメサ部Ｍの一部が、複数の発光素子３３となっている。
　複数の発光素子３３は、積層膜３２の一部として、基板３１の表面Ｓ１側に設けられている。本実施形態の各発光素子３３は、ＶＣＳＥＬ構造を有しており、光を＋Ｚ’方向に出射する。各発光素子３３から出射された光は、基板３１内を表面Ｓ１から裏面Ｓ２へと透過し、基板３１の裏面Ｓ２から出射される。このように、本実施形態の光源１２は、裏面照射型のＶＣＳＥＬチップとなっている。
　アノード電極３４は、発光素子３３の下面に形成されている。カソード電極３５は、発光素子３３以外のメサ部Ｍの下面に形成されており、メサ部Ｍ間にある積層膜３２の下面まで延びている。各発光素子３３は、そのアノード電極３４と対応するカソード電極３５との間に電流が流れることで光を出射する。
　上述のように、光源１２は、光源駆動部１１上にバンプ１６を介して配置され、バンプ１６により光源駆動部１１と電気的に接続されている。具体的には、光源駆動部１１に含まれる基板４１上に接続パッド４２が形成され、接続パッド４２上にバンプ１６を介してメサ部Ｍが配置されている。各メサ部Ｍは、アノード電極３４またはカソード電極３５を介してバンプ１６上に配置されている。基板４１は、例えばＳｉ（シリコン）基板などの半導体基板である。
　光源駆動部１１は、光源１２を駆動する駆動回路を含んでいる。図５は、この駆動回路に含まれる複数のスイッチＳＷを模式的に示している。各スイッチＳＷは、バンプ１６を介して、対応する発光素子３３と電気的に接続されている。本実施形態の光源駆動部１１は、これらのスイッチＳＷを個々のスイッチＳＷごとに制御（オン・オフ）することができる。よって、光源駆動部１１は、複数の発光素子３３を個々の発光素子３３ごとに駆動させることができる。これにより、例えば測距に必要な発光素子３３のみを発光させるなど、光源１２から出射される光を精密に制御することが可能となる。このような発光素子３３の個別制御は、光源駆動部１１を光源１２の下方に配置することにより、各発光素子３３とこれに対応するスイッチＳＷとを電気的に接続しやすくなったことで実現可能となっている。なお、このようなスイッチＳＷの変形例については、後述する。
　図６は、第１実施形態の発光素子３３の配置例を示す平面図である。
　図６のＡの例では、複数の発光素子３３が、基板３１の表面Ｓ１に、ライン状（１次元アレイ状）に配置されている。具体的には、これらの発光素子３３は、Ｘ’方向に等間隔で並んでいる。図６のＡは、一例として５個の発光素子３３を示しているが、基板３１上にライン状に配置される発光素子３３の個数は、５個以外でもよい。なお、これらの発光素子３３は、Ｘ’方向以外の方向に並んでいてもよいし、非等間隔に並んでいてもよい。このような配置例については、後述する。
　図６のＢの例でも、複数の発光素子３３が、基板３１の表面Ｓ１に、ライン状（１次元アレイ状）に配置されている。ただし、これらの発光素子３３は、Ｙ’方向に等間隔で並んでいる。このように、本実施形態の発光素子３３は、様々な態様でライン状に配置することが可能である。
　図６のＣの例では、複数の発光素子３３が、基板３１の表面Ｓ１に、規則的な２次元アレイ状に配置されている。具体的には、これらの発光素子３３は、Ｘ’方向およびＹ’方向に等間隔で配置されており、正方格子状に配置されている。図６のＣは、一例として２５個の発光素子３３を示しているが、基板３１上に２次元アレイ状に配置される発光素子３３の個数は、２５個以外でもよい。なお、これらの発光素子３３は、正方格子以外の配列で規則的な２次元アレイ状に配置されていてもよいし、不規則な２次元アレイ状に配置されていてもよい。このような配置例については、後述する。
　図６のＣに示す複数の発光素子３３は、複数のライン部分Ｌ１を含んでおり、ここでは２５個の発光素子３３が、５本のライン部分Ｌ１を含んでいる。各ライン部分Ｌ１では、複数（ここでは５個）の発光素子３３がライン状に配置されている。これらのライン部分Ｌ１は、Ｙ’方向に延びており、かつＸ’方向に互いに隣接している。このようなライン部分Ｌ１の詳細については、図６のＥを参照して後述する。
　別の見方をすると、図６のＣに示す複数（２５個）の発光素子３３は、複数（５本）のライン部分Ｌ２を含んでいる。各ライン部分Ｌ２では、複数（５個）の発光素子３３がライン状に配置されている。これらのライン部分Ｌ２は、Ｘ’方向に延びており、かつＹ’方向に互いに隣接している。このようなライン部分Ｌ２の詳細については、図６のＦを参照して後述する。
　図６のＤの例では、複数の発光素子３３が、基板３１の表面Ｓ１に、不規則な２次元アレイ状に配置されている。このように、本実施形態の発光素子３３は、様々な態様で２次元アレイに配置することが可能である。
　図６のＥの例では、複数の発光素子３３が、基板３１の表面Ｓ１に、規則的な２次元アレイ状に配置されている。これらの発光素子３３は、図６のＣの例と同様に、Ｙ’方向に延びる複数のライン部分Ｌ１を含んでいる。ただし、これらの発光素子３３は、発光素子３３がＸ’方向に連続しないように千鳥配列状に配置されている。例えば、図６のＣにおいては、あるライン部分Ｌ１の発光素子３３とその隣のライン部分Ｌ１の発光素子３３がＸ’方向に並んでいる（連続している）が、図６のＥにおいては、あるライン部分Ｌ１の発光素子３３とその隣のライン部分Ｌ１の発光素子３３がＸ’方向に並んでいない（連続していない）。つまり、図６のＥでは、発光素子３３のＹ’方向の位置が、あるライン部分Ｌ１とその隣のライン部分Ｌ１との間でずれている。図６のＥにおいて、Ｙ’方向は、本開示の第１方向の例であり、Ｘ’方向は、本開示の第２方向の例である。
　図６のＦの例では、複数の発光素子３３が、基板３１の表面Ｓ１に、規則的な２次元アレイ状に配置されている。これらの発光素子３３は、図６のＣの例と同様に、Ｘ’方向に延びる複数のライン部分Ｌ２を含んでいる。ただし、これらの発光素子３３は、発光素子３３がＹ’方向に連続しないように千鳥配列状に配置されている。例えば、図６のＣにおいては、あるライン部分Ｌ２の発光素子３３とその隣のライン部分Ｌ２の発光素子３３がＹ’方向に並んでいる（連続している）が、図６のＦにおいては、あるライン部分Ｌ２の発光素子３３とその隣のライン部分Ｌ２の発光素子３３がＹ’方向に並んでいない（連続していない）。つまり、図６のＦでは、発光素子３３のＸ’方向の位置が、あるライン部分Ｌ２とその隣のライン部分Ｌ２との間でずれている。図６のＦにおいて、Ｘ’方向は、本開示の第１方向の例であり、Ｙ’方向は、本開示の第２方向の例である。
　本実施形態では、基板３１に設けられた複数の発光素子３３を、１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、これらの発光素子３３からの光を被写体Ｐに照射する。例えば、図６のＡに示す配置例を採用する場合には、図６のＡの左から１番目、２番目、３番目、４番目、５番目の発光素子３３を順次点灯させることで、５個の発光素子３３を５段階に分けて点灯させてもよい。この場合、発光素子３３は１個ずつ点灯する。一方、図６のＣに示す配置例を採用する場合には、図６のＣの左から１本目、２本目、３本目、４本目、５本目のライン部分Ｌ１内の発光素子３３を順次点灯させることで、２５個の発光素子３３を５段階に分けて点灯させてもよい。この場合、発光素子３３は複数個（ここでは５個）ずつ点灯する。
　本実施形態によれば、複数の発光素子３３を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、被写体Ｐの表面上を移動する照射光を被写体Ｐに照射することが可能となる。すなわち、被写体Ｐを照射光でスキャンすることが可能となる。これにより、光切断法による測距を実現することが可能となる。
　被写体Ｐを照射光でスキャンするために、照射光を振動させるためのアクチュエータを測距装置内に搭載することが考えられる。しかしながら、測距装置内にアクチュエータを搭載する場合には、測距装置の部品数がアクチュエータにより増えることや、精度の高い振動を得るために小型のアクチュエータが必要となることなどが問題となる。本実施形態によれば、アクチュエータを用いずに照射光を移動させることができるため、測距装置の部品数の増加を抑制することが可能となる。また、本実施形態によれば、発光素子３３の点灯箇所を移動させることで照射光を移動させることができるため、照射光の移動を、精度の低い機械的手段（アクチュエータ等）ではなく、精度の高い光学的手段（発光素子３３）により制御することが可能となる。さらには、アクチュエータを動作させるための電力も不要となる。これにより、照射光の移動を、安価かつ高精度に実現することが可能となる。このように、本実施形態によれば、好適な照射光を被写体Ｐに照射することが可能となる。
　本実施形態の発光素子３３は、図６のＣに示すように正方格子状に配置するよりも、図６のＥ（またはＦ）に示すように千鳥配列状に配置することが望ましい。これにより、発光素子３３を高密度に配置することが可能となる。図６のＣでは、基板３１に２５個の発光素子３３が配置されているのに対し、図６のＥ（またはＦ）では、基板３１に４５個の発光素子３３を配置されていることに留意されたい。発光素子３３を高密度に配置することには、例えば、照射光による被写体Ｐのスキャン精度を向上させることができるという利点がある。
　図７は、第１実施形態の発光素子３３の動作例を示す平面図である。
　図７のＡ～Ｅでは、複数の発光素子３３が、図６のＥの例と同様に、複数のライン部分Ｌ１を含む千鳥配列状に配置されている。図７のＡ～Ｅは、これらの発光素子３３を、１本のライン部分Ｌ１ごとに順次点灯させる様子を示している。具体的には、図７のＡ～Ｅはそれぞれ、左から１本目、２本目、３本目、４本目、５本目のライン部分Ｌ１内の発光素子３３を点灯させる様子を示している。符号３３ａは、点灯中の発光素子３３を示している。この例では、左から１本目、２本目、３本目、４本目、５本目のライン部分Ｌ１内の発光素子３３を順次点灯させることで、これらの発光素子３３からの光を被写体Ｐに照射する。この例ではその後、左から６本目、７本目、８本目、９本目のライン部分Ｌ１内の発光素子３３を順次点灯させてもよい。
　この例によれば、複数の発光素子３３を１本のライン部分Ｌ１ごとに順次点灯させることで、被写体Ｐの表面上を移動する照射光を被写体Ｐに照射することが可能となる。すなわち、被写体Ｐを照射光でスキャンすることが可能となる。これにより、光切断法による測距を実現することが可能となる。
　この例では、正方格子の代わりに千鳥配列を採用することで、ライン部分Ｌ１の本数が５本から９本に増えている。ライン部分Ｌ１の本数が５本の場合には、照射光の照射位置を５段階に変化させることができる。一方、ライン部分Ｌ１の本数が９本の場合には、照射光の照射位置を９段階に変化させることができる。よって、この例によれば、正方格子の代わりに千鳥配列を採用することで、照射光による被写体Ｐのスキャン精度を向上させることが可能となる。
　図８は、第１実施形態の発光素子３３の接続例を示す平面図である。
　図７のＡ～Ｅの動作例を採用する場合には、本実施形態のスイッチＳＷは、図８に示すように発光素子３３と接続してもよい。図８の各スイッチＳＷは、対応する１本のライン部分Ｌ１内の複数（５個）の発光素子３３に電気的に接続されている。符号Ｅは、各スイッチＳＷとこれらの発光素子３３とを接続する配線を示す。図８は、６本のライン部分Ｌ１に接続された６個のスイッチＳＷを示している。
　この例によれば、１個のスイッチＳＷのオン・オフを制御することで、１本のライン部分Ｌ１内のすべての発光素子３３の点灯・消灯を制御することができる。これにより、スイッチＳＷの個数を低減することや、ライン部分Ｌ１ごとの発光素子３３の制御を簡易化することが可能となる。
　図９は、第１実施形態の照射光５１のパターンの例を示す図である。
　本実施形態の光源１２からの光は、コリメートレンズ１３により平行光に成形され、回折光学素子１４により所望のパターン光に成形され、発光装置１から出射される。発光装置１は、この所望のパターン形状を有する光（照射光５１）を被写体Ｐに照射する。図９のＡ～Ｆは、照射光５１のパターンの様々な例を示している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向については、図２等を参照されたい。
　図９のＡの例では、照射光５１が、Ｚ方向に延びる複数本（ここでは３本）のライン光５２を含んでいる。この場合、発光装置１は、照射光５１の照射位置をＸ方向に移動させることが望ましい。例えば、図６のＥに示す配置例と、図７のＡ～Ｅに示す動作例とを採用する場合には、点灯中の発光素子３３ａを図７のＡ～Ｅのように変化させると、照射光５１の照射位置がＸ方向に移動するように、発光装置１を構成することが望ましい。これにより、被写体Ｐを照射光５１でスキャンすることが可能となる。図９のＡにおいて、Ｚ方向は、本開示の第３方向の例である。
　図９のＢの例では、照射光５１が、Ｘ方向に延びる複数本（ここでは３本）のライン光５２を含んでいる。この場合、発光装置１は、照射光５１の照射位置をＺ方向に移動させることが望ましい。例えば、図６のＥに示す配置例と、図７のＡ～Ｅに示す動作例とを採用する場合には、点灯中の発光素子３３ａを図７のＡ～Ｅのように変化させると、照射光５１の照射位置がＺ方向に移動するように、発光装置１を構成することが望ましい。これにより、被写体Ｐを照射光５１でスキャンすることが可能となる。図９のＢにおいて、Ｘ方向は、本開示の第３方向の例である。
　図９のＣの例では、照射光５１が、Ｚ方向に延びる複数本のライン光５２と、Ｘ方向に延びる複数本のライン光５２とを含み、グリッド状の形状を有している。この場合の照射光５１の照射位置は、Ｘ方向に移動させてもＺ方向に移動させてもよい。図９のＣにおいて、Ｚ方向およびＸ方向の一方は、本開示の第３方向の例であり、Ｚ方向およびＸ方向の他方は、本開示の第４方向の例である。
　図９のＤの例では、照射光５１が、図９のＢの例と同様に、Ｘ方向に延びる複数本のライン光５２を含んでいる。図９のＥの例では、照射光５１が、図９のＡの例と同様に、Ｚ方向に延びる複数本のライン光５２を含んでいる。図９のＦの例では、照射光５１が、Ｚ方向に延びる１本のライン光５２と、Ｘ方向に延びる１本のライン光５２とを含み、十字型の形状を有している。このように、照射光５１に含まれるライン光５２の本数は、何本でもよい。
　本実施形態によれば、コリメートレンズ１３および回折光学素子１４により、光源１２からの光を様々な形状に成形することが可能となる。例えば、１個のドット光または１本のライン光を含む光が光源１２から発生した場合に、光源１２からの光を、２次元的な拡がりを有する光に成形することが可能となる。図９のＡ～Ｆの示す照射光５１は、いずれもＺ方向およびＸ方向に拡がっている。
　なお、図９のＡ～Ｆの示す照射光５１は、いずれも直線状の光を含んでいるが、非直線状の光を含んでいてもよい。例えば、照射光５１は、曲線状の光を含んでいてもよいし、ランダムな形状の光を含んでいてもよい。
　図１０は、第１実施形態の回折光学素子１４の作用を説明するための断面図である。
　回折光学素子１４への入射光の入射角をφとし、回折光学素子１４からの回折光の回折角をθとする場合、φとθとの間には式（１）が成り立つ。
　　　Ｄ×（ｓｉｎφ－ｓｉｎθ）＝ｍλ　・・・（１）
　ただし、Ｄは、回折光学素子１４の開口間隔を表し、λは、入射光および回折光の波長を表し、ｍは、回折次数（整数値）を表す。
　ここで、入射光が回折光学素子１４に垂直に入射する場合には、φ＝０°となり、ｓｉｎφ＝０となる。さらに、回折角が小さい場合には、ｓｉｎθ≒θとなる。これらの結果を式（１）に代入すると、式（２）が成り立つ。
　　　θ≒－ｍλ／Ｄ　・・・（２）
　図１０は、回折角θが式（２）で表される場合に関し、回折光に含まれる０次光、±１次光、および±２次光を示している。この場合、０次光は、回折光学素子１４の法線方向に現れる。この０次光は輝度が高いため、測距時に誤認識の原因となるおそれがある。
　図１１は、第１実施形態の照射光５１のパターンの例を示す別の図である。
　図１１のＡは、図９のＥの例と同様に、Ｚ方向に延びる複数本のライン光５２を含む照射光５１を示している。図１１のＡはさらに、照射光５１に含まれる０次光５３のスポットと、受光装置２の受光範囲（撮像範囲）５４とを示している。本実施形態の受光装置２は、受光範囲５４内の領域に照射された照射光５１を受光して、この照射光５１を撮像することができる。
　図１１のＡでは、受光範囲５４内に０次光５３のスポットが存在する。そのため、０次光５３が受光装置２により撮像される。０次光５３の輝度は高いため、０次光５３が受光装置２により撮像されると、測距時に誤認識の原因となるおそれがある。そこで、本実施形態では、図１１のＢに示す第１の手法と、図１１のＣに示す第２の手法のいずれかを用いて、測距に対する０次光５３の悪影響を抑制することが望ましい。
　第１の手法（図１１のＢ）では、図３および図４を参照して説明したように、発光装置１の光軸Ａ１を受光装置２の光軸Ａ２に対して傾ける。これにより、０次光５３を、図１１のＢに示すように、受光範囲５４外の領域に照射することが可能となる。図１１のＢでは、０次光５３のスポットが受光範囲５４外に存在している。これにより、測距に対する０次光５３の悪影響を抑制することが可能となる。
　第２の手法（図１１のＣ）では、基板３１に設けられた複数の発光素子３３を、複数個ごとに順次点灯させる。例えば、これらの発光素子３３を、１本のライン部分Ｌ１ごとに順次点灯させる（図７のＡ～Ｅを参照）。この場合、５個の発光素子３３が同時に点灯されることとなる。
　図１１のＣは、５個の発光素子３３が同時に点灯された様子を示している。この場合、照射光５１は、０次光５３の５個のスポットを含むことになる。図１１のＣは、受光範囲５４内に存在する０次光５３の５個のスポットを示している。
　同時に点灯する発光素子３３の個数を１個から５個に増やす場合、各発光素子３３に供給する電力を一定とすると、照射光５１の強度は５倍になると考えられる。しかし、１個の発光素子３３の点灯で測距を十分に行える場合、照射光５１の強度を５倍にすることは無駄である。
　そこで、同時に点灯する発光素子３３の個数を１個から５個に増やす場合には、各発光素子３３に供給する電力を低減してもよく、例えば、各発光素子３３に供給する電力を５分の１に低減してもよい。この場合、同時に点灯される５個の発光素子３３に供給される合計電力は、単独で点灯される１個の発光素子３３に供給される電力と同じになる。その結果、同時に点灯する発光素子３３の個数を１個から５個に増やしても、照射光５１の強度は当該個数を増やす前と同じになると考えられる。これにより、照射光５１の強度を高める無駄を抑制することが可能となる。
　この場合、各発光素子３３に供給する電力を５分の１に低減することで、０次光５３の各スポットの輝度も低減されると考えられる。そのため、０次光５３の各スポットの輝度を十分に低減することができれば、受光範囲５４内の領域に０次光５３が照射されても、測距に対する０次光５３の悪影響を抑制することができる。
　よって、第２の手法（図１１のＣ）では、基板３１に設けられた複数の発光素子３３を複数個ごとに順次点灯させ、かつ、各発光素子３３に供給する電力を小さく設定する。例えば、これらの発光素子３３を５個ごとに順次点灯させ、かつ、各発光素子３３に供給する電力を、１個の発光素子３３を単独で点灯する場合の電力の５分の１に設定する。これにより、受光範囲５４内の領域に０次光５３を照射しても、測距に対する０次光５３の悪影響を抑制することが可能となる。
　図１２は、第１実施形態の測距装置の動作例を示すタイミングチャートである。
　図１２は、フレーム同期信号のオン・オフのタイミングと、撮像部２２の露光のタイミング（グローバルシャッタ）と、発光素子３３の点灯のタイミング（ドライバ出力）と、発光素子３３の発光位置（点灯位置）とを示している。
　本実施形態のフレーム同期信号は、負論理を採用している。よって、フレーム同期信号が１回立ち下がると、測距装置の１サイクルの動作が開始される。図１２は、第Ｎサイクルから第Ｎ＋Ｍサイクルの動作を示している（Ｎ、Ｍは１以上の整数）。
　本実施形態の撮像部２２は、２次元アレイ状に配置された複数の画素を含んでいる。図１２に示す露光のタイミングは、レンズユニット２１からの光でこれらの画素を露光するタイミング、すなわち、シャッタを開くタイミングを示している。
　図１２は、１サイクルごとにＭ個の円を示している。Ｍ個の円は、発光素子３３を１個ごとに点灯する場合のＭ個の発光素子３３、または、発光素子３３を１本のライン部分ごとに点灯する場合のＭ本のライン部分を示している。各サイクルの黒丸は、点灯中の発光素子３３またはライン部分を示している。
　本実施形態の光源１２は、１個の発光素子３３ごとまたは１本のライン部分ごとに発光素子３３を順次点灯させる。図１２に示す点灯のタイミングは、発光素子３３を１個の発光素子３３ごとまたは１本のライン部分ごとに順次点灯させるタイミングを示している。
　図１２は、グローバルシャッタ方式の動作例を示している。この場合、測距装置は、図１２に示すように、発光素子３３の順次点灯のタイミングと、撮像部２２における露光のタイミングとを同期させる。そのため、１個または複数個の発光素子３３が１回点灯すると、点灯と同期して撮像部２２の各画素が１回露光される。これにより、測距装置の動作の無駄を減らすことが可能となる。例えば、発光素子３３の無駄な点灯や撮像部２２の無駄な露光を減らすことが可能となり、測距装置の消費電力を低減することが可能となる。なお、点灯と露光の同期のための制御は、例えば測距部３により行われる。
　図１３は、第１実施形態の測距装置の別の動作例を示すタイミングチャートである。
　図１３は、フレーム同期信号のオン・オフのタイミングと、撮像部２２の露光のタイミングと、発光素子３３の点灯のタイミング（ドライバ出力）とを示している。図１３の例におけるフレーム同期信号の性質や、発光素子３３の点灯の態様は、図１２の例と同様である。
　本実施形態の撮像部２２は、上述のように、２次元アレイ状に配置された複数の画素を含んでいる。例えば、本実施形態の撮像部２２は、ｍ行ｎ列の画素を含んでいる（ｍ、ｎは２以上の整数）。
　図１３は、ローリングシャッタ方式の動作例を示している。この場合、測距装置は、ｍ行ｎ列の画素を露光するタイミング、すなわち、シャッタを開くタイミングを、１行の画素（ｎ個の画素）ごとに変化させる。図１３に示す２つの平行四辺形は、露光のタイミングが行ごとに変化する様子を示している。これらの平行四辺形は、これらの画素が露光されるタイミングを示している。
　一方、各平行四辺形内の長方形は、これらの画素が露光され、かつ、発光素子３３が点灯されるタイミングを示している。別言すると、各平行四辺形内の長方形は、これらの画素が、光源１２からの光の反射光と外光の反射光とで露光されているタイミングを示し、各平行四辺形内のその他の領域は、これらの画素が、外光の反射光のみで露光されているタイミングを示している。
　図１３の動作例を採用する場合には、上記長方形のタイミングで、これらの画素を、光源１２からの光の反射光と外光の反射光とで露光するサイクルと、上記長方形のタイミングで、これらの画素を、外光の反射光のみで露光するサイクルとを設けてもよい。この場合、前者のサイクルの撮像信号と、後者のサイクルの撮像信号との差分をとることで、前者のサイクルの撮像信号から外光の影響を除去することが可能となる。
　図１４は、第１実施形態の測距装置の測距方式を説明するための図である。
　図１４は、被写体（対象）Ｐの位置と、レンズ２１ａの位置と、光源１２の位置（より正確には回折光学素子１４の位置）との間の三角形を示している。本実施形態の三角測量は、この三角形について適用される。
　図１４はさらに、被写体Ｐの座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）と、撮像部（センサ）２２のセンサ中心の座標（ｘＬ，ｙＬ，ｚＬ）と、撮像部２２における結像点の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とを示している。なお、本実施形態のｘ軸は、レンズ２１ａの位置と光源１２の位置とを結ぶ直線（ベースライン）と平行になるように設定され、本実施形態のｘｚ平面は、上記三角形と平行になるように設定されている。本実施形態のｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、互いに垂直である。
　図１４はさらに、レンズ２１ａの位置における上記三角形の角度αと、光源１２の位置における上記三角形の角度βと、ベースラインの長さｄとを示している。ベースラインの長さｄは、上記三角形の底辺の長さに相当する。図１４はさらに、レンズ２１ａと被写体Ｐとの間のｘ方向の距離ｄ１と、光源１２と被写体Ｐとの間のｘ方向の距離ｄ２とを示している。
　この場合、ｄ＝ｄ１＋ｄ２、ｔａｎα＝ｚｐ／ｄ１、およびｔａｎβ＝ｚｐ／ｄ２の関係が成り立つため、ｄは次の式（３）で表される。
　　　ｄ＝ｚｐ／ｔａｎα＋ｚｐ／ｔａｎβ　・・・（３）
　式（３）を変形すると、ｚｐは次の式（４）で表される。
　　　ｚＰ＝ｄ・ｔａｎα・ｔａｎβ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）　・・・（４）
　ここで、レンズユニット２１のレンズ２１ａ、２１ｂの焦点距離をｆとすると、上記のｔａｎαは次の式（５）で表される。
　　　ｔａｎα＝ｆ／ｘ１　・・・（５）
　式（４）に式（５）を代入すると、次の式（６）が得られる。
　　　ｚＰ＝ｄ・ｆ・ｔａｎβ／（ｆ＋ｘ１・ｔａｎβ）　・・・（６）
　式（６）において、ｄ、ｆ、βの値は既知である。よって、撮像信号からｘ１の値を検出すれば、ｚｐの値を算出することができる。ｚｐの値は、被写体Ｐと測距装置との間の距離に相当する。
　以上のように、本実施形態の発光装置１は、基板３１に設けられた発光素子３３を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、これらの発光素子３３からの光を被写体Ｐに照射する。よって、本実施形態によれば、小型のアクチュエータなどの部品を用いずに、測距にとって好適な照射光５１を被写体Ｐに照射することが可能となり、例えば、被写体Ｐの表面上を移動する照射光５１を被写体Ｐに照射することが可能となる。
　なお、本実施形態の発光装置１と受光装置２は、同じ装置（測距装置）内に設けられているが、同じ装置内に設けられていなくてもよい。例えば、発光装置１、受光装置２、および測距部３がネットワークで接続された測距システムを構築してもよい。この場合、発光装置１、受光装置２、および測距部３の間の信号の授受は、ネットワークを介した通信により行われる。このネットワークは、有線ネットワークでもよいし、無線ネットワークでもよい。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、２つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。
　なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
　（１）
　光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの光を被写体に照射する発光装置と、
　前記被写体から反射した光を受光する受光装置と、
　前記受光装置により受光された光に基づいて、前記被写体との距離を測定する測距部とを備え、
　前記発光装置は、前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、測距装置。
　（２）
　前記発光素子は、ライン状に配置されている、（１）に記載の測距装置。
　（３）
　前記発光素子は、２次元アレイ状に配置されている、（１）に記載の測距装置。
　（４）
　前記２次元アレイ状の前記発光素子は、前記発光素子がライン状に配置された複数のライン部分を含む、（３）に記載の測距装置。
　（５）
　前記ライン部分は、第１方向に延び、かつ前記第１方向に垂直な第２方向に互いに隣接しており、
　前記２次元アレイ状の前記発光素子は、前記発光素子が前記第２方向に連続しないように千鳥配列状に配置されている、（４）に記載の測距装置。
　（６）
　前記発光装置は、前記発光素子を１本のライン部分ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、（４）に記載の測距装置。
　（７）
　前記発光装置は、前記発光素子を駆動する複数のスイッチを備え、
　各スイッチは、対応する１本のライン部分内の複数の発光素子に電気的に接続されている、（４）に記載の測距装置。
　（８）
　前記発光装置は、前記被写体に、第３方向に延びる１本以上のライン光を含む光を照射する、（１）に記載の測距装置。
　（９）
　前記発光装置は、前記被写体に、前記第３方向に延びる前記１本以上のライン光と第４方向に延びる１本以上のライン光とを含む光を照射する、（８）に記載の測距装置。
　（１０）
　前記発光装置は、前記受光装置の光軸に対して前記発光装置の光軸を傾けて、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、（１）に記載の測距装置。
　（１１）
　前記発光装置は、前記発光素子からの光の０次光が、前記受光装置の受光範囲外の領域に照射されるように、前記発光装置の光軸を傾ける、（１０）に記載の測距装置。
　（１２）
　前記発光装置は、前記発光素子からの光が０次光の複数のスポットを含み、かつ、前記複数のスポットが前記受光装置の受光範囲内の領域に照射されるように、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、（１）に記載の測距装置。
　（１３）
　前記発光素子の順次点灯のタイミングと、前記受光装置における露光のタイミングとを同期させる、（１）に記載の測距装置。
　（１４）
　前記発光装置は、前記発光素子からの光をコリメートして、前記被写体に照射するコリメートレンズを備える、（１）に記載の測距装置。
　（１５）
　前記発光装置は、前記発光素子からの光を回折により成形して、前記被写体に照射する回折光学素子を備える、（１）に記載の測距装置。
　（１６）
　前記受光装置は、前記被写体に照射された光を撮像する撮像部を備え、
　前記測距部は、前記撮像部により撮像された光に基づいて、前記被写体との距離を測定する、（１）に記載の測距装置。
　（１７）
　光を発生させる複数の発光素子を含む光源と、
　前記発光素子からの光を被写体に照射する光学素子とを備え、
　前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、発光装置。
　（１８）
　前記光学素子は、前記発光素子からの光をコリメートして、前記被写体に照射するコリメートレンズを含む、（１７）に記載の発光装置。
　（１９）
　前記光学素子は、前記発光素子からの光を回折により成形して、前記被写体に照射する回折光学素子を含む、（１７）に記載の発光装置。
　（２０）
　前記被写体から反射した光は、受光装置により受光される、（１７）に記載の発光装置。
　１：発光装置、２：受光装置、３：測距部、
　１１：光源駆動部、１２：光源、１３：コリメートレンズ、
　１４：回折光学素子、１５：反射プリズム、１６：バンプ、
　２１：レンズユニット、２１ａ：レンズ、２１ｂ：レンズ、
　２２：撮像部、２３：撮像信号処理部、
　３１：基板、３２：積層膜、３３：発光素子、３３ａ：点灯中の発光素子、
　３４：アノード電極、３５：カソード電極、４１：基板、４２：接続パッド、
　５１：照射光、５２：ライン光、５３：０次光、５４：受光範囲

Claims (20)

  1. 　光を発生させる複数の発光素子を含み、前記発光素子からの光を被写体に照射する発光装置と、
    　前記被写体から反射した光を受光する受光装置と、
    　前記受光装置により受光された光に基づいて、前記被写体との距離を測定する測距部とを備え、
    　前記発光装置は、前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、測距装置。
  2. 　前記発光素子は、ライン状に配置されている、請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記発光素子は、２次元アレイ状に配置されている、請求項１に記載の測距装置。
  4. 　前記２次元アレイ状の前記発光素子は、前記発光素子がライン状に配置された複数のライン部分を含む、請求項３に記載の測距装置。
  5. 　前記ライン部分は、第１方向に延び、かつ前記第１方向に垂直な第２方向に互いに隣接しており、
    　前記２次元アレイ状の前記発光素子は、前記発光素子が前記第２方向に連続しないように千鳥配列状に配置されている、請求項４に記載の測距装置。
  6. 　前記発光装置は、前記発光素子を１本のライン部分ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、請求項４に記載の測距装置。
  7. 　前記発光装置は、前記発光素子を駆動する複数のスイッチを備え、
    　各スイッチは、対応する１本のライン部分内の複数の発光素子に電気的に接続されている、請求項４に記載の測距装置。
  8. 　前記発光装置は、前記被写体に、第３方向に延びる１本以上のライン光を含む光を照射する、請求項１に記載の測距装置。
  9. 　前記発光装置は、前記被写体に、前記第３方向に延びる前記１本以上のライン光と第４方向に延びる１本以上のライン光とを含む光を照射する、請求項８に記載の測距装置。
  10. 　前記発光装置は、前記受光装置の光軸に対して前記発光装置の光軸を傾けて、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、請求項１に記載の測距装置。
  11. 　前記発光装置は、前記発光素子からの光の０次光が、前記受光装置の受光範囲外の領域に照射されるように、前記発光装置の光軸を傾ける、請求項１０に記載の測距装置。
  12. 　前記発光装置は、前記発光素子からの光が０次光の複数のスポットを含み、かつ、前記複数のスポットが前記受光装置の受光範囲内の領域に照射されるように、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、請求項１に記載の測距装置。
  13. 　前記発光素子の順次点灯のタイミングと、前記受光装置における露光のタイミングとを同期させる、請求項１に記載の測距装置。
  14. 　前記発光装置は、前記発光素子からの光をコリメートして、前記被写体に照射するコリメートレンズを備える、請求項１に記載の測距装置。
  15. 　前記発光装置は、前記発光素子からの光を回折により成形して、前記被写体に照射する回折光学素子を備える、請求項１に記載の測距装置。
  16. 　前記受光装置は、前記被写体に照射された光を撮像する撮像部を備え、
    　前記測距部は、前記撮像部により撮像された光に基づいて、前記被写体との距離を測定する、請求項１に記載の測距装置。
  17. 　光を発生させる複数の発光素子を含む光源と、
    　前記発光素子からの光を被写体に照射する光学素子とを備え、
    　前記発光素子を１個ごとまたは複数個ごとに順次点灯させることで、前記発光素子からの光を前記被写体に照射する、発光装置。
  18. 　前記光学素子は、前記発光素子からの光をコリメートして、前記被写体に照射するコリメートレンズを含む、請求項１７に記載の発光装置。
  19. 　前記光学素子は、前記発光素子からの光を回折により成形して、前記被写体に照射する回折光学素子を含む、請求項１７に記載の発光装置。
  20. 　前記被写体から反射した光は、受光装置により受光される、請求項１７に記載の発光装置。
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