WO2023199826A1 - 光測距装置 - Google Patents

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WO2023199826A1
WO2023199826A1 PCT/JP2023/014131 JP2023014131W WO2023199826A1 WO 2023199826 A1 WO2023199826 A1 WO 2023199826A1 JP 2023014131 W JP2023014131 W JP 2023014131W WO 2023199826 A1 WO2023199826 A1 WO 2023199826A1
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WO
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light
aperture
module
light emitting
measuring device
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/014131
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English (en)
French (fr)
Inventor
康介 新村
Original Assignee
株式会社デンソー
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.)
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Publication date
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Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02Details
    • G01C3/06Use of electric means to obtain final indication
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical distance measuring device that detects a distance to an object based on the time from irradiating light to receiving reflected light from the object.
  • Patent Document 1 discloses, as a configuration of an optical distance measuring device, a light receiving unit that includes a matrix of detectors that respond to sensing light reflected by an object on the front side of an irradiation unit that includes a matrix of light emitting elements that irradiate sensing light.
  • the optical distance measuring device here refers to a device that detects the position of an object by using the time from when sensing light is irradiated until the sensing light is reflected by the object and returned.
  • Patent Document 2 describes an optical configuration for diffusing and outputting laser light in a desired angular range.
  • the present disclosure has been made based on the above considerations, and one of its objectives is to provide an optical distance measuring device that can improve object detection performance.
  • the first optical ranging device disclosed herein is an optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plurality of sensors that respond to sensing light having a predetermined wavelength.
  • a light receiving module is a plate-like member in which a detector is placed, a plurality of light emitting elements emit sensing light, and a dot-shaped light receiving module is used to pass the reflected light, which is the sensing light reflected by the target, toward the detector.
  • an aperture module disposed above the light receiving module, the plate member having a plurality of openings; It is being
  • the light emitting element is arranged above the light receiving module. According to this configuration, there is no need to provide a gap between the detectors for passing the sensing light emitted by the light emitting element.
  • the detectors can be arranged densely. As a result, object detection performance (eg, spatial resolution) can be improved.
  • the second optical ranging device disclosed herein is an optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plurality of sensors that respond to sensing light having a predetermined wavelength.
  • a light receiving module that is a plate-like member in which a detector is placed, multiple light emitting elements that emit sensing light, and multiple openings that allow the reflected light that is the sensing light reflected by the target to pass toward the detector.
  • an aperture module disposed above the light receiving module; the plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where no opening is provided;
  • a heat conductor is added to a portion of the module located on the back side of the light emitting element.
  • the object detection performance can be improved by the same effect as the first optical distance measuring device.
  • a heat conductor is provided on the back side of the light emitting element, so that heat dissipation can be improved.
  • the third optical ranging device disclosed herein is an optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plurality of sensors that respond to sensing light having a predetermined wavelength.
  • a light receiving module that is a plate-like member in which a detector is placed, multiple light emitting elements that emit sensing light, and multiple openings that allow the reflected light that is the sensing light reflected by the target to pass toward the detector.
  • an aperture module disposed above the light receiving module; the plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where no opening is provided; The section is set in a circular shape.
  • the fourth optical ranging device disclosed herein is an optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plurality of sensors that respond to sensing light having a predetermined wavelength.
  • a light receiving module that is a plate-like member in which a detector is placed, multiple light emitting elements that emit sensing light, and multiple openings that allow the reflected light that is the sensing light reflected by the target to pass toward the detector.
  • an aperture module disposed above the light receiving module, the plurality of openings are arranged in a staggered manner in the aperture module, and the plurality of light emitting elements are arranged in a staggered manner in the aperture module. It is provided in a part where no opening is provided.
  • the amount of reflected light that enters the openings can be increased compared to a configuration in which the openings are arranged in a grid pattern, and object detection performance can be further improved.
  • the fifth optical ranging device disclosed herein is an optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plurality of sensors that respond to sensing light having a predetermined wavelength.
  • a light receiving module that is a plate-like member in which a detector is placed, multiple light emitting elements that emit sensing light, and multiple openings that allow the reflected light that is the sensing light reflected by the target to pass toward the detector.
  • an aperture module disposed above the light receiving module; the plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where no opening is provided;
  • the module is a module in which a plurality of through holes serving as openings are formed in a metal plate.
  • the above-described effect makes it possible to improve the object detection performance, and the aperture module itself plays the role of dissipating the heat of the light emitting element. Therefore, it is possible to reduce the risk that the light emitting element will become inoperable or malfunction due to heat.
  • the sixth optical ranging device disclosed herein is an optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plurality of sensors that respond to sensing light having a predetermined wavelength.
  • a light receiving module that is a plate-like member in which a detector is placed, multiple light emitting elements that emit sensing light, and multiple openings that allow the reflected light that is the sensing light reflected by the target to pass toward the detector.
  • the plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where no opening is provided, the detector includes a plurality of light receiving elements, and the detector includes a plurality of light receiving elements.
  • the number of elements is set to different values between the center and the periphery.
  • the seventh optical distance measurement device disclosed herein is an optical distance measurement device that detects the distance to a target using the round trip time of light, and includes a plate-shaped device that transmits sensing light, which is light having a predetermined wavelength.
  • An irradiation module is provided with a plurality of light emitting elements that irradiate sensing light onto a member
  • a light receiving module is a plate-like member in which a plurality of detectors that respond to the sensing light are arranged
  • a light receiving module is provided with a plurality of light emitting elements that emit sensing light onto the member.
  • the irradiation module includes an aperture array which is a plate-like member having a plurality of openings for passing reflected light, which is sensing light, toward the detector, and the irradiation module is disposed above the light receiving module and facing the light receiving module. , the aperture array is disposed between the light receiving module and the illumination module.
  • the seventh configuration described above also makes it possible to improve the object detection performance in the same manner as the first configuration.
  • the symbols in parentheses in the claims indicate correspondence with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and do not limit the technical scope of the present disclosure. do not have.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an optical distance measuring device.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a light receiving module.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a detector.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an irradiation unit. It is a figure which shows an example of the manufacturing procedure of an irradiation array part. It is a figure which shows another example of the manufacturing procedure of an irradiation array part.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining dimensions of a light emitting element and an aperture.
  • FIG. 2 is a diagram showing a package including a light receiving board and an irradiation board.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of an optical unit.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the path of irradiation light.
  • FIG. 3 is a diagram showing a field of view of a detector. It is a functional block diagram of a control part.
  • FIG. 3 is a diagram showing a comparative configuration.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which an auxiliary lens is provided below the aperture.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a configuration in which an auxiliary lens is provided below the aperture. It is a figure which shows the example of a structure which provided the diffuser plate below an aperture.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a thermal conductor is arranged around a light emitting element. It is a figure which shows the example of introduction of an upper thermal conductor.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a thermal conductor is arranged around a light emitting element. It is a figure which shows the example of introduction of an upper thermal conductor.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a thermal conductor is arranged below a light emitting element.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a microlens array is arranged above an irradiation array section.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a VCSEL array and an aperture array are separated.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which an optical path distribution unit is provided above the irradiation array section. It is a figure which shows the other example of a structure of an optical distance measuring device.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of setting the size of a pixel group according to a pixel position. It is a figure which shows the modification of a detector.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of setting the size of a pixel group according to a pixel position. It is a figure which shows the modification of a detector.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a condenser lens is arranged between an irradiation array section and a light receiving array section.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a configuration in which a condenser lens is arranged between an irradiation array section and a light receiving array section.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of a microlens array that functions as a condensing lens.
  • the optical distance measuring device 100 shown in FIG. 1 is a device that measures the distance to an object based on the round trip time of light to the target. That is, the optical ranging device 100 calculates the ranging result based on the time from irradiating sensing light of a predetermined wavelength until receiving reflected light corresponding to the sensing light (so-called ToF: Time of Flight).
  • a distance image is generated as the data shown.
  • the distance image includes a plurality of pixels corresponding to a direction to be detected.
  • the value of each pixel constituting the distance image is data indicating the distance to an object existing in the direction corresponding to the pixel.
  • Such an optical ranging device 100 is also called LiDAR (Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detection and Ranging).
  • the optical distance measuring device 100 is used while being mounted on a vehicle as a moving object.
  • the optical distance measuring device 100 may be used by being placed at the front, left and right sides, rear, or roof of the vehicle.
  • the own vehicle refers to a vehicle to which the optical distance measuring device 100 is attached.
  • targets in the present disclosure refer to various objects that can reflect sensing light. Targets include other vehicles, pedestrians, median strips, guardrails, and other objects that are independent of the own vehicle and that can become obstacles to vehicle control.
  • the optical ranging device 100 is configured as a type of flash-type LiDAR that irradiates diffused sensing light at once toward an angular range corresponding to the detection range.
  • the wavelength of the light (that is, the sensing light) used by the optical distance measuring device 100 to detect an object can take any value.
  • the sensing light may be infrared. In another embodiment, the sensing light may be visible light.
  • the sensing light may be light that belongs to a band of 900 ⁇ 50 nm, which is common for laser light.
  • the irradiation unit 4 may be configured to output laser light with a wavelength of 1400 nm or more, such as 1550 nm. According to a configuration that employs electromagnetic waves of 1400 nm or more as sensing light, resistance (for example, signal-to-noise ratio) to white noise such as sunlight can be easily increased.
  • the optical distance measuring device 100 is used by being connected to an in-vehicle ECU 202 via an in-vehicle network 201.
  • ECU in the present disclosure is an abbreviation for Electronic Control Unit and means an electronic control device.
  • the in-vehicle network 201 is a LAN (Local Area Network) constructed within the vehicle.
  • LAN Local Area Network
  • Controller Area Network CAN is a registered trademark
  • Ethernet registered trademark
  • the optical distance measuring device 100 may be directly connected to some sensors/ECUs installed in the own vehicle using a dedicated communication line.
  • the in-vehicle ECU 202 is any ECU mounted on the own vehicle.
  • the optical distance measuring device 100 is used by being connected to a driving support ECU or the like.
  • the driving support ECU is an ECU that executes processing to support the driver's driving operations.
  • the driving support ECU notifies the driver of a collision with another moving object or a stationary object based on the detection result of the optical distance measuring device 100.
  • the driving support ECU is not limited to information presentation, and may be an ECU that automatically performs braking control and steering according to the detection results of the optical distance measuring device 100. Other moving objects refer to pedestrians, other vehicles, cyclists, etc.
  • the driving support ECU may be an automatic operation device that autonomously drives the vehicle to a preset destination.
  • the optical distance measuring device 100 includes a housing 1, a control section 2, a light receiving unit 3, an irradiation unit 4, and an optical unit 5, as shown in FIG.
  • the housing 1 is configured to house a control section 2, a light receiving unit 3, an irradiation unit 4, and an optical unit 5.
  • the light receiving unit 3 is arranged so as to overlap with the irradiation unit 4 on the back side of the irradiation unit 4, in other words, to face the irradiation unit 4.
  • the back side of the irradiation unit 4 refers to the side opposite to the irradiation direction of the sensing light.
  • upward/forward for components housed in the housing 1, such as the light receiving unit 3 and the irradiation unit 4, corresponds to the irradiation direction of the sensing light unless otherwise specified.
  • the lower/rear side (back side) of the configuration housed in the housing 1 refers to the direction opposite to the irradiation direction.
  • the irradiation direction of the sensing light which serves as a reference for explaining the positional relationship of the members, can be rephrased as the traveling direction of the sensing light.
  • the housing 1 is provided with a window 11 for irradiating sensing light to the outside.
  • the window portion 11 is realized using a translucent material that is transparent to sensing light.
  • the translucent material is glass, optical plastic, or the like.
  • Optical plastics include colorless and transparent polycarbonate resin (PC) and acrylic resin (PMMA).
  • the translucent material may be any material as long as it has the property of transmitting sensing light, and does not necessarily need to be colorless and transparent.
  • the window portion 11 can also function as a window through which the light receiving unit 3 receives reflected light from the target. The reflected light is sensing light that is reflected back from the target.
  • the window portion 11 may also be called a housing opening, an optical window, or the like.
  • the control unit 2 controls the operation of the optical distance measuring device 100.
  • the control unit 2 inputs a signal related to the sensing light irradiation setting to the irradiation unit 4. Further, the control unit 2 acquires pulse information of a light reception pulse corresponding to the reflected light from the light reception unit 3.
  • the control unit 2 is realized using a processor 21, a RAM (Random Access Memory) 22, and a storage 23.
  • the control unit 2 includes a DSP (Digital Signal Processor), a CPU (Central Processing Unit), and the like as a processor 21 .
  • Various functions of the control unit 2 are realized by the processor 21 executing programs stored in the storage 23. Details of the functions of the control unit 2 will be described separately later.
  • the light-receiving unit 3 is a module in which a light-receiving array section 31 and a light-receiving control circuit 32 are formed on a plate-shaped light-receiving substrate 30.
  • the light receiving substrate 30 is a plate-like member made of a dielectric material such as glass epoxy resin. A part or all of the light receiving board 30 may be configured as a single-sided/double-sided/multilayer type circuit board.
  • the light-receiving array section 31 refers to a portion of the light-receiving substrate 30 in which detectors 311 that output electrical signals according to the incidence of reflected light from an object are arranged in a matrix.
  • the plurality of detectors 311 are arranged in a two-dimensional matrix.
  • matrix refers to a mode in which one row is arranged at regular intervals in the horizontal direction, and a plurality of rows are arranged in the vertical direction according to a predetermined rule.
  • the plurality of detectors 311 are arranged in a staggered manner.
  • Staggered arrangement means an arrangement pattern in which the arrangement intervals of elements in each row are constant, but the horizontal positions of the elements are shifted from row to row.
  • the staggered arrangement corresponds to an arrangement pattern having a plurality of rows, in which the horizontal position of the component in the next row is located between the elements in the previous row.
  • the staggered arrangement can also be understood as a mode in which elements are arranged at the intersections of a diagonal lattice. Therefore, a state in which the detectors 311 are arranged in a staggered manner corresponds to a state in which the horizontal positions of the detectors 311 are regularly shifted from row to row.
  • the plurality of detectors 311 may be arranged in a grid pattern. In this embodiment, the distance between the detectors 311 is approximately 0, and the detectors 311 are arranged in the light receiving array section 31 without any gaps. As another example, a predetermined distance, such as 5 ⁇ m to 10 ⁇ m, may be formed between the detectors 311.
  • One detector 311 corresponds to one pixel forming a distance image.
  • the detector 311 includes nine light receiving elements 3111 arranged in a 3 ⁇ 3 matrix. That is, macroscopically, the light receiving array section 31 corresponds to a configuration in which a large number of light receiving elements 3111 are arranged in a matrix.
  • the light receiving array section 31 may be configured as a silicon photo multiplier (SiPM) in which a plurality of light receiving elements 3111 are arranged in an array.
  • SiPM silicon photo multiplier
  • the detector 311 can be understood as a group in which light receiving elements 3111 arranged in a matrix are virtually/logically divided according to a predetermined shape pattern.
  • Ld indicates the size of one detector 311
  • Le indicates the size of one light receiving element 3111.
  • the light receiving element 3111 has, for example, a square shape with one side of 10 ⁇ m. Accordingly, the detector 311 has a square shape with one side of about 30 ⁇ m. Note that the light receiving elements 3111 may be arranged in a staggered manner on the light receiving substrate 30.
  • the light receiving element 3111 is a SPAD (Single Photon Avalanche Diode).
  • SPAD is a type of avalanche photodiode. SPAD operates by applying a voltage higher than the breakdown voltage as a reverse bias voltage.
  • the light receiving element 3111 includes a quench circuit connected in series to the SPAD.
  • the quench circuit may be configured using a resistance element having a predetermined resistance value (so-called quench resistance), a MOSFET, or the like.
  • the light receiving element 3111 detects a voltage change when the SPAD breaks down due to the incidence of photons, and outputs a digital pulse (hereinafter referred to as a pulse signal) having a predetermined pulse width. Since the detector 311 includes nine light receiving elements 3111, it can output 0 to 9 pulse signals in parallel depending on the intensity of the received light.
  • the number of light receiving elements 3111 constituting one pixel/detector 311 is not limited to 9 (3 x 3), but may be 4 (2 x 2), 16 (4 x 4), or 25 (5 x 5). ), 64 (8 ⁇ 8), etc.
  • the detector 311 is not limited to a square shape, but may have a rectangular shape such as 18 (6 ⁇ 3).
  • the number of rows and columns of the light receiving elements 3111 forming the detector 311 may be different.
  • the light receiving element 3111 may be an element other than SPAD.
  • the light receiving element 3111 may be an MPPC (registered trademark, Multi-pixel Photon Counter) or a PMT (Photo Multiplier Tube).
  • a group of multiple light receiving elements 3111 corresponding to one pixel is also referred to as a pixel group.
  • Each pixel group corresponds to the detector 311 described above.
  • the detector 311 corresponds to a grouping of light receiving elements 3111 arranged in a grid or diagonal grid in a predetermined size, such as 3 rows and 3 columns.
  • individual pixel groups are set so as not to overlap with each other.
  • each pixel group may be set to overlap with other adjacent pixel groups. According to the configuration in which each pixel group partially shares the light receiving element 3111, the number of detectors 311, and thus the number of pixels, can be increased while the number of light receiving elements 3111 remains constant.
  • the light reception control circuit 32 is a circuit module that controls the operation of the light reception unit 3.
  • the light reception control circuit 32 controls the energization state of each detector 311, essentially each light receiving element 3111, based on the signal from the control unit 2.
  • the light reception control circuit 32 energizes each light receiving element 3111 based on the signal from the control unit 2, and switches it to a light receiving state in which reflected light can be detected.
  • the light reception control circuit 32 also includes an adder 321 and a peak detection section 322, which function as a processing function section for the output signal of the light receiving element 3111.
  • the adder 321 is configured to add the number of pulse signals output from the plurality of light receiving elements 3111 forming one detector 311.
  • the adder 321 is provided for each pixel, in other words, for each detector 311.
  • Each adder 321 may be realized as software or hardware.
  • the plurality of adders 321 may be realized using FPGA (Field-Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like.
  • the output of each adder 321 indicates the number of responses of the light receiving element 3111 corresponding to the adder 321, in other words, the received light intensity of each detector 311. In the present disclosure, the output of the adder 321 is also expressed as a received light intensity or a level value.
  • each of the plurality of light receiving elements 3111 configuring the detector 311 outputs a number of pulse signals corresponding to the amount of incident light. Therefore, when the reflected light from the target enters the detector 311, the number of pulse signals output from the detector 311 per unit time, that is, the pulse rate increases significantly. Accordingly, the output level of the adder 321 corresponding to the detector 311 may also sharply increase at a timing corresponding to the reception of the reflected light. For convenience, a series of signals whose peak exceeds a predetermined level is referred to as a received light pulse.
  • the peak detection unit 322 is configured to detect the peak of the received light pulse based on time series data of the received light intensity for each detector 311.
  • the peak detection unit 322 is provided for each detector 311, in other words, for each pixel/adder 321.
  • the peak corresponds to the time when the received light intensity increases and then begins to decrease.
  • the peak detection unit 322 generates a histogram showing the received light intensity at each time.
  • the generated histogram is held in a predetermined format such as a table in a memory or RAM 22 (not shown).
  • the peak detection unit 322 detects a received light pulse and its peak based on time series data (histogram) of received light intensity, and acquires pulse information associated with the peak.
  • the pulse information includes peak intensity, rise determination time, peak arrival time, and pulse width.
  • the peak intensity indicates the intensity (that is, the peak value) at the time when the intensity within the waveform becomes maximum.
  • the peak intensity corresponds to the value immediately before the received light intensity begins to decrease, in other words, the intensity at the time when the slope becomes 0.
  • the slope here corresponds to the time rate of change of the received light intensity. If the intensity of the received light pulse has reached the measurement upper limit value, the measurement upper limit value becomes the peak intensity.
  • the measurement upper limit value corresponds to the maximum value in the range of values that the adder 321 can output.
  • the measurement upper limit value corresponds to the number of light receiving elements 3111 that constitute the detector 311. Assuming that the number of light receiving elements 3111 constituting one detector 311 is nine, the sensor upper limit value is nine.
  • the rise determination time is the elapsed time from when the sensing light is irradiated until the received light intensity reaches the determination threshold value.
  • the determination threshold is set to a value obtained by multiplying the actually observed peak intensity by a predetermined coefficient k.
  • k is set to 0.55 (equivalent to 55%).
  • the determination threshold is a parameter that defines a so-called half-value point where the received light intensity is half of the peak.
  • the half-value point here is not limited to a point exactly at 50%, but may be a point at 45%, 60%, etc., as described above.
  • the light reception intensity output by the light reception control circuit 32 may include a steady noise component that is steady noise caused by sunlight or the like.
  • the peak detection unit 322 may determine the peak intensity, rising position/falling position, etc. from time-series data of the corrected light receiving intensity obtained by removing stationary noise components from the output value of the light receiving control circuit 32.
  • the magnitude of the stationary noise component can be determined based on the intensity of the received light before irradiating the sensing light.
  • the peak arrival time is the elapsed time from when the sensing light is irradiated until the peak intensity is observed. If the peak detected by the peak detection unit 322 corresponds to the reflected light from the target, the peak arrival time corresponding to the peak corresponds to the round-trip flight time to the target (that is, ToF). Therefore, the control unit 2 can calculate the distance to the target for each pixel by multiplying the peak arrival time by C/2 (C is the speed of light). Note that if the true peak is unclear due to the received light intensity reaching the measurement upper limit, the peak detection unit 322 determines the intermediate time located in the middle of the period in which the received light intensity reaches the upper limit as the peak arrival time. Adoptable.
  • the pulse width is a parameter indicating the width of the received light pulse.
  • the pulse width corresponds to the length of time during which the received light intensity is equal to or greater than the determination threshold. In other words, the pulse width can be determined by subtracting the rise determination time from the fall determination time.
  • the fall determination time is the elapsed time from when the sensing light is irradiated until the received light intensity falls below the determination threshold after the peak.
  • the peak detection unit 322 does not necessarily need to generate and output all the parameters described above as pulse information.
  • the peak detection unit 322 may be configured to acquire necessary parameters in the distance calculation process from among all the parameters described above.
  • Such a light reception control circuit 32 is formed on the light reception surface, which is the surface on which the light reception array section 31 is formed, of the two surfaces of the light reception substrate 30. A part or all of the light reception control circuit 32 may be formed on the light receiving back surface, which is the surface opposite to the light receiving surface.
  • the light reception control circuit 32 may be formed on a physically different substrate from the substrate on which the light reception array section 31 is formed. The light reception control circuit 32 outputs pulse information for each detector 311 to the control unit 2.
  • the irradiation unit 4 is a module in which an irradiation array section 41 and an irradiation control circuit 42 are formed on a plate-shaped irradiation substrate 40.
  • the irradiation substrate 40 is made of opaque resin such as glass epoxy resin, for example. Note that the irradiation substrate 40 may be realized using a translucent material such as acrylic.
  • the irradiation unit 4 is arranged above the light receiving unit 3 so that the irradiation array section 41 overlaps the light receiving array section 31. That is, the irradiation array section 41 is arranged above the light receiving array section 31. Note that the broken line in FIG. 4 indicates the position of the detector 311.
  • the irradiation array section 41 is a portion of the irradiation substrate 40 in which light emitting elements 411 are arranged in a matrix. In the irradiation array section 41, the plurality of light emitting elements 411 are arranged in a staggered manner.
  • the light emitting element 411 may be a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • the light emitting element 411 is not limited to a VCSEL, but may be an edge emitting laser (EEL). In that case, the irradiation array section 41 may have a configuration in which EELs are retrofitted in rows and columns on the surface of the aperture array 43. Note that VCSEL has the advantage that it is easier to manufacture in matrix than EEL.
  • an aperture 412 which is an optical opening for passing sensing light, is also arranged in the irradiation array section 41.
  • the apertures 412 are arranged in a staggered manner using regions located between the light emitting elements 411. That is, the irradiation array section 41 has a configuration in which light emitting elements 411 and apertures 412 are arranged alternately.
  • such an irradiation array section 41 is constructed by forming through holes as apertures 412 in a matrix in a VCSEL array 44 in which VCSELs as light emitting elements 411 are arranged in a matrix. It can be realized.
  • the aperture 412 can be realized by laser processing, etching, or the like.
  • the VCSEL array 44 may correspond to the irradiation module. Further, since the irradiation array section 41 includes a plurality of apertures 412, the irradiation array section 41 corresponds to an aperture module.
  • Typical VCSEL manufacturing processes are (1) epitaxial growth process, (2) mask formation process, (3) mesa processing process, (4) oxidation confinement process, (5) protective film formation, and (6) electrode formation process. may include.
  • the epitaxial growth process is a process of forming a laminated structure including an active layer and a distributed reflector (DBR) multilayer film consisting of tens or more pairs of AlGaAs/GaAs layers on a base material.
  • DBR distributed reflector
  • the mask forming process is a process of forming a mask pattern for forming the epitaxial layer into a cylindrical shape called a mesa.
  • the mesa processing step is a step of forming a mesa by dry etching.
  • the oxidation confinement process is a process in which a specific AlGaAs layer designed near the active layer is oxidized and constricted by wet oxidation.
  • the protective film forming step is a step of applying a protective film to the side surface of the mesa.
  • the electrode forming step is a step of forming electrodes on each of the n-type and p-type layers.
  • the VCSEL array 44 of the present disclosure may also be produced by common techniques.
  • the method for manufacturing the irradiation array section 41 described above is one example, and can be modified as appropriate.
  • the irradiation array section 41 may be manufactured by attaching a plurality of light emitting elements 411 in a matrix on the upper surface of the aperture array 43 using MTP (Micro-Transfer Printing) technology or the like, as shown in FIG.
  • MTP Micro-Transfer Printing
  • Such an irradiation array section 41 corresponds to a structure in which light emitting elements 411 are mounted between apertures 412 on the surface of an aperture array 43 which is a plate-like member in which apertures 412 are arranged in rows and columns.
  • the aperture array 43 may correspond to the irradiation substrate 40.
  • the irradiation array section 41 can also be understood as having an aperture 412 arranged between adjacent VCSELs in the row direction in the VCSEL array 44.
  • the aperture array 43 may be a plate-like member in which a light-shielding film 413 is partially provided on the surface of a base material 40a that transmits sensing light.
  • the aperture array 43 may be manufactured by adding a resist film to the base material 40a at the positions where the apertures 412 are to be formed, forming the light shielding film 413, and then removing the resist film.
  • the aperture 412 corresponds to a hole provided in a non-light-transmitting plate or a portion of a light-transmitting plate member where the light-shielding film 413 is not formed.
  • the light shielding film 413 may be a conductive film.
  • the light shielding film 413 may be realized using a conductive layer.
  • the aperture array 43 may have a configuration in which a plurality of through holes as apertures 412 are provided in an opaque base material 40b that does not transmit sensing light.
  • the aperture 412 may have a macroscopic point-like configuration that allows the sensing light to pass through.
  • Aperture 412 can be called an opening or a light transmission hole (optical hole).
  • the optical hole is a structure that allows sensing light to pass through, and may be filled with a transparent material such as glass or acrylic resin.
  • a portion of the aperture array 43 where the apertures 412 are not formed is also referred to as a light-blocking region.
  • a portion where the light shielding film 413 is provided and a portion where no through hole as the aperture 412 is formed corresponds to a light shielding region.
  • the light emitting element 411 is placed in the light shielding area.
  • the aperture 412 is circular.
  • the diameter of the aperture 412 (FIG. 7 ⁇ p) is set to 10 ⁇ m or the like.
  • the plurality of apertures 412 are arranged, for example, at positions overlapping the center of the detector 311 when viewed from the irradiation direction. That is, the same number of apertures 412 as the number of detectors 311 are formed in the irradiation array section 41 . Similar to the detector 311, the plurality of apertures 412 are arranged in a staggered manner.
  • the arrangement interval (La) of the apertures 412 is set to, for example, 30 ⁇ m.
  • the arrangement interval of the apertures 412 corresponds to the distance between the centers of the apertures 412 arranged in the row direction.
  • the arrangement interval of the apertures 412 can be changed as appropriate depending on the dimensions of the detector 311.
  • the signal-to-noise ratio is a parameter indicating the ratio or difference between a signal and noise, and can also be expressed as SNR (Signal-to-Noise Ratio), SN ratio, S/N, etc.
  • SNR Signal-to-Noise Ratio
  • SN ratio S/N
  • SNR Signal-to-Noise Ratio
  • S/N S/N
  • the diameter of the aperture 412 can be appropriately designed, for example, in the range of 3 ⁇ m to 20 ⁇ m so as to obtain the desired performance.
  • the aperture 412 is formed to be the same as the light emitting element 411 or smaller than the light emitting element 411.
  • the shape of the aperture 412 is not limited to a circle, but may be rectangular, hexagonal, octagonal, or the like. Rectangular shapes include diamonds, squares, and the like. Since the aperture 412 has a circular or polygonal shape with a size of 20 ⁇ m or less, macroscopically, the aperture 412 can be understood as a point-like/dot-like opening. Each aperture 412 is not linear (slit).
  • the dot shape in the present disclosure includes a state having a certain area, such as a circle with a diameter of 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and a polygon having an equivalent area.
  • the plurality of light emitting elements 411 are also arranged in a staggered manner in the irradiation array section 41.
  • the light emitting element 411 may be formed at a midpoint between two apertures 412 arranged in the row direction.
  • the light emitting elements 411 are arranged in parallel in the row direction at intervals corresponding to the intervals of the apertures 412 (for example, 30 ⁇ m).
  • the light emitting elements 411 are arranged so as to sandwich one aperture 412 therebetween.
  • the two light emitting elements 411 sandwiching one aperture 412 are located in point-symmetrical positions with the aperture 412 as the center. This configuration corresponds to an example of a configuration in which at least one light emitting element 411 is arranged within 60 ⁇ m from the aperture 412.
  • the light emitting element 411 includes a plate-shaped base portion 4111 and a cylindrical mesa portion 4112, and a light emitting region 4113 is formed at the upper end of the mesa portion 4112.
  • the base portion 4111 is formed into a square shape with each side set to, for example, 16 ⁇ m.
  • the diameter ( ⁇ m) of the mesa portion 4112 may be 10 ⁇ m or the like.
  • the light emitting region 4113 is circular, and its diameter ( ⁇ t) is set to 8 ⁇ m or the like.
  • the values of various dimensions are just examples and can be changed as appropriate.
  • Each light emitting element 411 forms a steep conical beam.
  • the beam spread angle which is the angle at which the laser light emitted by each light emitting element 411 spreads, may be set to 10°, 20°, or the like.
  • the beam divergence angle is an element corresponding to the apex angle of the conical beam, and is also referred to as the beam divergence angle.
  • the beam spread angle and irradiation direction of each light emitting element 411 are designed so that the beam spots of adjacent light emitting elements 411 begin to overlap at a predetermined distance (for example, 100 m) in front. Note that the irradiation direction of each light emitting element 411 itself can be adjusted by the optical unit 5.
  • the irradiation control circuit 42 is a circuit module that controls the operation of the light emitting element 411.
  • the irradiation control circuit 42 controls the energization state of each light emitting element 411 based on the signal from the control unit 2.
  • the irradiation control circuit 42 causes all the light emitting elements 411 to irradiate sensing light at predetermined irradiation intervals based on a command from the control unit 2 .
  • the irradiation control circuit 42 can adjust the pulse width, irradiation intensity, irradiation interval, etc. of the sensing light irradiated to the light emitting element 411 based on the control signal input from the control unit 2.
  • the irradiation intensity corresponds to the peak height (so-called peak power) of pulsed light output as sensing light.
  • the sensing light irradiated from the irradiation unit 4 will also be referred to as irradiation light.
  • the pulse width of the irradiation light is set to, for example, 5 nanoseconds.
  • the pulse width of the irradiation light may be 20 nanoseconds, 10 nanoseconds, or 1 nanosecond. Further, the pulse width of the irradiation light may be set to a value less than 1 nanosecond, such as 50 picoseconds, 100 picoseconds, or 200 picoseconds.
  • the irradiation control circuit 42 may be configured to be able to drive the light emitting elements 411 constituting the irradiation array section 41 on a row-by-row or column-by-column basis. Further, the irradiation control circuit 42 may be configured to be able to drive the plurality of light emitting elements 411 individually.
  • the irradiation control circuit 42 is formed on the array formation surface, which is the surface on which the irradiation array section 41 is formed, of the two surfaces of the irradiation substrate 40.
  • the irradiation control circuit 42 is formed around the irradiation array section 41 on the array forming surface. Part or all of the irradiation control circuit 42 may be formed on the non-array forming surface, which is the surface opposite to the array forming surface.
  • the irradiation control circuit 42 may be formed on a physically different substrate from the substrate on which the irradiation array section 41 is formed. In other words, the irradiation substrate 40 shown in FIG. 4 may be realized by being divided into two substrates.
  • the light receiving unit 3 and the irradiating unit 4 described above may be assembled into the housing 1 in a packaged manner as shown in FIG. 8.
  • the light receiving unit 3 is fixed within a substantially box-shaped inner lower case 12 that is open at the top.
  • the irradiation board 40 is fixed to the upper end of the inner lower case 12 so as to close the opening of the inner lower case 12. From another perspective, this configuration corresponds to the inner lower case 12 that accommodates the light-receiving board 30 attached to the lower surface of the irradiation board 40.
  • the optical unit 5 has a configuration mainly consisting of a lens.
  • the optical unit 5 plays the role of adjusting the traveling direction of the light emitted from each light emitting element 411 and condensing reflected light toward the light receiving array section 31. Further, the optical unit 5 can play the role of spreading the sensing light irradiated from each light emitting element 411 to a desired angle of view and outputting it.
  • the optical unit 5 is arranged between the window section 11 and the irradiation unit 4. In other words, the optical unit 5 is arranged above the irradiation unit 4.
  • the irradiation array section 41 and the light receiving array section 31 overlap, and the optical unit 5 common to the irradiation system and the light receiving system is provided on the premise that they are arranged close to each other. used. This allows the optical distance measuring device 100 to be downsized.
  • the optical unit 5 may be a combination of multiple types of lenses. As shown in FIG. 9, the optical unit 5 includes a first plano-concave cylindrical lens 51, a first cylindrical lens 52, a second convex cylindrical lens 53, and a second plano-concave cylindrical lens 54 arranged in this order along the irradiation direction. It has a configuration arranged in .
  • the optical unit 5 is configured such that the synthetic focal plane is located on the substrate surface of the irradiation array section 41. Note that the position of the composite focal plane is determined by the curvature of the lens included in the optical unit 5. Further, the optical unit 5 is designed to form an image circle Imc surrounding the irradiation array section 41. In other words, the irradiation array section 41 is arranged within the image circle Imc of the optical unit 5.
  • the image circle Imc is a range in which light passing through a lens forms an image, and can be determined by the focal length and open F value of the lens constituting the optical unit 5. Furthermore, the optical unit 5 is designed to form a depth of field (DOF) depending on the distance range to be detected.
  • DOF depth of field
  • the optical unit 5 may include only one lens. Additionally, the optical unit 5 may be realized using lenses other than those illustrated in FIG.
  • the optical unit 5 may be a Fresnel lens or the like that forms a desired focal length.
  • the optical unit 5 may have the optical configuration disclosed in Patent Document 2. Note that the light receiving unit 3 and the irradiation unit 4 are arranged within the focal depth of the optical unit 5. That is, the distance (Dz) between the light receiving unit 3 and the irradiation unit 4 is set to a value corresponding to the depth of focus of the optical unit 5. When the axial distance of the depth of focus formed by the optical unit 5 is 10 mm, the distance between the light receiving unit 3 and the irradiation unit 4 may be set to 10 mm or less, such as 6 mm, for example.
  • the sensing light emitted by the light emitting element 411 is emitted to the outside of the housing 1 through the optical unit 5 and the window section 11, and then is reflected by an object and returns.
  • Tgt in the figure indicates a target, that is, an object that reflects sensing light.
  • the reflected light from the target is directed to the irradiation array section 41 via the window section 11 and the optical unit 5.
  • the reflected light that has reached the surface of the irradiation substrate 40 is received by the detector 311 via the aperture 412.
  • the two-dot chain line in the figure conceptually shows the path of reflected light.
  • each aperture 412 receives reflected light corresponding to the sensing light emitted from the light emitting elements 411 located above, below, and to the left and right of the aperture 412. can be input.
  • the upper and lower sides here refer to the upper and lower sides of the paper plane showing FIGS. 3 and 4, and correspond to the column direction of the matrix. That is, reflected light corresponding to the sensing light emitted from the four light emitting elements 411 surrounding the aperture 412 can be input into one aperture 412 .
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the relationship between the field of view of the detector 311 and the beam of the light emitting element 411.
  • the hatched portion of the dot pattern in FIG. 11 indicates the field of view of each detector 311.
  • each detector 311 mainly operates to detect sensing light emitted from two/four light emitting elements 411 adjacent to an aperture 412 located above the detector 311.
  • light emitting elements 411 located at positions sandwiching an aperture 412 above a certain detector 311 in the row and column directions when viewed from a certain detector 311 are also referred to as adjacent light emitting elements.
  • the control unit 2 outputs a signal instructing the irradiation of sensing light to the irradiation control circuit 42, and inputs a predetermined control signal to the light receiving unit 3 to drive each detector 311 for a certain period of time.
  • each detector 311 may be configured to always maintain a driving state in which it can respond according to the intensity of incident light.
  • control unit 2 provides functions corresponding to the various functional blocks shown in FIG. 12 by executing programs stored in the storage 23. That is, the control section 2 includes a pulse information acquisition section F1, a distance calculation section F2, and an image generation section F3 as functional blocks.
  • the pulse information acquisition unit F1 acquires pulse information from the peak detection unit 322 corresponding to each pixel. That is, the pulse information acquisition unit F1 acquires pulse information for each pixel. Each pixel can be distinguished by a pixel number, which is a unique number for each pixel. Note that some of the functions included in the peak detection unit 322 may be included in the pulse information acquisition unit F1.
  • the peak detection unit 322 may be configured to perform only peak detection. The process of extracting the feature amount of the received light pulse including the detected peak may be executed by the pulse information acquisition unit F1. The functional arrangement can be changed as appropriate.
  • the distance calculation unit F2 generates a distance value for each pixel based on the feature amount of the light reception pulse for each pixel observed by irradiation with sensing light.
  • the distance calculation unit F2 may calculate, as the distance value, a value obtained by subtracting a predetermined rise correction value from a value obtained by multiplying the observed peak arrival time by half the speed of light.
  • the rise correction value is a parameter for offsetting (correcting) circuit response delay and the like. Note that the distance calculation unit F2 may calculate the distance value using the rise determination time instead of the peak arrival time. Further, the distance calculation unit F2 may correct the distance value using the pulse width.
  • the image generation unit F3 generates a data set as a distance image in which the distance value for each pixel calculated by the distance calculation unit F2 is assigned as an element value of each pixel.
  • the image generation unit F3 may generate intensity image data that is a data set in which the peak intensity detected by the peak detection unit 322 is associated with each pixel. Further, the image generation unit F3 may generate image data in which each pixel includes distance information and intensity information.
  • the distance image generated by the image generation unit F3 is output to a driving support ECU or the like.
  • the irradiation array section 41 is arranged behind the light receiving array section 31, an opening 312 for passing the irradiated light is provided at a position in the light receiving array section 31 overlapping with the light emitting element 411. It is necessary to form a As a result, the detectors 311 and the light receiving elements 3111 are arranged sparsely. Further, the irradiated light from the light emitting element 411 passes through the opening 312 provided in the light receiving array section 31 and goes to the outside of the housing. If the opening 312 is set large so as not to obstruct the emission of the irradiation light, the spacing between the light receiving elements 3111 becomes even sparser.
  • the opening 312 is made smaller, a portion of the irradiated light may be blocked by the light receiving array section 31, and the irradiation intensity may be attenuated. Since the intensity itself is high immediately after irradiation, the attenuation effect immediately after irradiation can relatively shorten the detection distance.
  • the irradiation array section 41 is arranged before the light receiving array section 31, the irradiation light from the light emitting element 411 is less likely to be attenuated within the device. Therefore, according to the proposed configuration, compared to the comparative configuration, it is possible to improve the detection distance even with the same emission intensity (power consumption). In addition, compared to the comparative configuration, according to the proposed configuration, there is no need to provide a gap between the light receiving elements 3111 for passing the irradiated light. Therefore, the light receiving elements 3111 can be arranged more densely than in the comparative configuration, and the spatial resolution can be improved. Note that the spatial resolution here refers to the ability to distinguish two points that are close to each other as two independent points.
  • sensing light from two light emitting elements 411 adjacent to the aperture 412 located above the detector 311 enters one detector 311 almost simultaneously.
  • the effect of improving the signal-to-noise ratio can be expected by increasing the amount of light incident on one detector 311.
  • the optical unit 5 is shared by the irradiation system and the light receiving system. Therefore, the device can be downsized. Alternatively, since the lens of the light receiving system can be omitted, the lens of the optical unit 5 can be made larger. In other words, according to the proposed configuration, the aperture (amount of light collected) of the lens can be increased, and the detection distance and spatial resolution can be improved. Further, according to the proposed configuration, the light gathering ability is improved, so the dynamic range can also be expanded. As a result, the detection performance of highly reflective objects and objects existing at a short distance can also be improved. Strongly reflective objects refer to reflectors installed on other vehicles. The short distance may refer to, for example, within 1 m from the window portion 11.
  • the detectors 311 and the like are arranged in a staggered manner. According to this configuration, the number of detectors 311 existing within a unit circle can be increased more than when the detectors 311 are arranged in a regular grid. As a result, spatial resolution can be improved.
  • the arrangement interval of the apertures 412 does not necessarily have to match the dimensions of the detector 311. Furthermore, the aperture 412 does not necessarily need to be arranged to coincide with the center of the detector 311. Aperture 412 may be located at a position offset from the center of detector 311. The size and position of the detector 311 may vary depending on how the light receiving elements 3111 are grouped and handled. The setting of the pixel group as the detector 311 may be changed depending on the position of the aperture 412. In the optical ranging device 100, the position of the aperture 412 is not designed with the detector 311 as a reference, but the detector 311 may be arranged with the position of the aperture 412 as a reference.
  • FIG. 14 shows a configuration in which a light-receiving system microlens array 6X in which a concave portion as an aperture lens 61 is formed at a position overlapping with the aperture 412 is attached to the lower surface of the irradiation substrate 40.
  • the light receiving system microlens array 6X does not necessarily need to be attached to the lower surface of the irradiation substrate 40.
  • the light receiving system microlens array 6X may be fixed to the housing 1 so as to have a predetermined distance from the irradiation substrate 40.
  • FIG. 14 shows an embodiment in which the aperture lens 61 is a concave lens
  • the aperture lens 61 may be formed as a convex lens as shown in FIG. 15.
  • an upwardly convex microlens array may be arranged instead of/in addition to the aperture lens 61.
  • the size of each lens constituting the microlens array covering the light receiving array section 31 can correspond to the size of the light receiving element 3111.
  • the aperture lens 61 may be provided below the aperture 412 as described above, it may be possible to guide the light that has reached the aperture 412 to the detector 311 more efficiently.
  • the shape (curvature, etc.) of the aperture lens 61 may vary depending on the positional relationship between the aperture 412 and the detector 311.
  • the shape of the aperture lens 61 may vary depending on whether the center of the detector 311 is located directly below the aperture 412.
  • Each aperture lens 61 may be designed to more efficiently guide the reflected light incident on the aperture 412 to the corresponding detector 311. According to the configuration in which the aperture lens 61 is provided below the aperture 412, the restriction on the position of the detector 311 with respect to the aperture 412 can be relaxed, and the degree of freedom in the position where the detector 311 is provided can be increased.
  • a diffusion plate 63 may be arranged between the aperture 412 and the detector 311, as shown in FIG.
  • the diffuser plate 63 is an optical member that diffuses the light coming from the semi-convex aperture lens 61 toward the detector 311 and outputs the diffused light.
  • the diffusion plate 63 may be a translucent glass/acrylic plate with random irregularities formed on its surface.
  • the diffuser plate 63 is arranged directly below the aperture lens 61, in other words, above the detector 311.
  • the diffusion plate 63 may be arranged for each aperture 412.
  • the plurality of diffusion plates 63 are fixed on a support plate 64 which is a transparent plate-like member.
  • the diffuser plate 63 may be integrated with the support plate 64.
  • the distance between the diffuser plate 63 and the detector 311 is determined based on the optical characteristics of the diffuser plate 63 (for example, the divergence angle) and the dimensions of the detector 311 so that the reflected light from the aperture lens 61 reaches the corners of the detector 311. It can be designed based on
  • An upper thermal conductor 71 which is a thermally conductive member, may be provided above the irradiation substrate 40, particularly around the light emitting element 411.
  • the upper thermal conductor 71 is realized using a transparent material.
  • the upper thermal conductor 71 may have a gel-like/putty-like structure such as silicone. Further, the gel-like/putty-like upper thermal conductor 71 may be applied around the light emitting element 411 and then cured by irradiation with ultraviolet rays or the like. Note that although FIG. 17 shows a configuration in which the upper thermal conductor 71 is added so that the light emitting region 4113 is exposed, the present invention is not limited to this.
  • the upper thermal conductor 71 may be added to cover the light emitting region 4113.
  • the upper thermal conductor 71 may be a glass plate 71a.
  • a glass plate 71a serving as the upper thermal conductor 71 may be arranged so as to come into contact with the upper end of the light emitting element 411.
  • Translucent grease may be applied between the glass plate 71a and the light emitting region 4113.
  • the temperature rise of the light emitting element 411 can be suppressed. Additionally, it may also be possible to increase the irradiation intensity accordingly. If the irradiation intensity can be increased, the detection distance can be further extended.
  • a lower thermal conductor 72 which is a thermally conductive member, may be provided on a portion located on the back side of the light emitting element 411, as shown in FIG.
  • the lower thermal conductor 72 may be made of a transparent material such as glass, or may be realized using a material that does not transmit sensing light, such as a metal plate or carbon graphite. If the lower thermal conductor 72 is implemented using an opaque material, the lower thermal conductor 72 is formed so as not to block the aperture 412.
  • the lower thermal conductor 72 may be a thermally conductive sheet with holes formed at positions corresponding to the apertures 412.
  • the thermally conductive sheet is attached to the lower surface of the irradiation substrate 40 with adhesive or the like.
  • the lower thermal conductor 72 may be a metal film or the like.
  • the lower thermal conductor 72 may be a copper foil or the like patterned on the lower surface of the irradiation board 40.
  • the internal conductor layer of the multilayer substrate can be used as the lower thermal conductor 72.
  • the lower thermal conductor 72 may be realized using a conductor layer of the irradiation substrate 40 or the like. According to this configuration, in addition to the effect of suppressing the temperature rise of the light emitting element 411, it is possible to reduce the possibility that electromagnetic noise emitted from the light emitting element 411 will propagate to the detector 311. Note that the heat dissipation structure arranged on the back side of the light emitting element 411 may be a metal fin or the like.
  • the base material of the aperture array 43 in other words, the base material of the VCSEL array 44, may be a metal plate such as aluminum.
  • the aperture 412 may be configured as a through hole having a predetermined diameter.
  • the base material itself on which the light emitting element 411 is arranged is a metal plate, heat dissipation can be further improved.
  • the through hole as the aperture 412 can be realized by laser processing, blasting, or the like.
  • An optical filter that removes light other than reflected light, such as sunlight and illumination light, may be placed before or after the optical unit 5.
  • the optical filter is an element that transmits sensing light while attenuating other light.
  • An integrated microlens array 8 may be arranged between the optical unit 5 and the irradiation array section 41 as shown in FIG.
  • the integrated microlens array 8 includes an auxiliary lens for irradiation 81 which is a lens for the light emitting element 411 and an auxiliary lens for light reception 82 which is an auxiliary lens for focusing light on the aperture 412.
  • the shape of the irradiation auxiliary lens 81 does not necessarily have to be a convex lens, but may be a concave lens or the like.
  • the shapes of the irradiation auxiliary lens 81 and the light receiving auxiliary lens 82 may be different.
  • the auxiliary irradiation lens 81 it becomes easier to adjust the irradiation beam to a desired direction/shape. Furthermore, the configuration in which the light receiving auxiliary lens 82 is provided increases the light receiving efficiency.
  • the aperture array 43 and the VCSEL array 44 are integrated as the irradiation array section 41 has been described above, they may be provided separately. As shown in FIG. 21, the aperture array 43 may be provided below the VCSEL array 44 as an entity independent of the VCSEL array 44. In that case, it is assumed that the array base material 441 on which the light emitting elements 411 are arranged in the VCSEL array 44 is realized using a resin or the like that transmits sensing light.
  • an optical path distribution unit 9 may be arranged between the optical unit 5 and the irradiation substrate 40.
  • the optical path distribution unit 9 includes an irradiation mirror 91 located above the light emitting element 411, a light receiving mirror 92 located above the aperture 412, and a support body 93 that accommodates/fixes them. There are a plurality of irradiation mirrors 91 and a plurality of light-receiving mirrors 92, respectively.
  • the irradiation mirror 91 is configured to directly transmit the sensing light emitted from the light emitting element 411, and may be a half mirror or a mirror with holes.
  • the irradiation mirror 91 is fixed to the support body 93 in an angular position that reflects the reflected light in the direction of the adjacent light receiving mirror.
  • the support body 93 is realized using a material that transmits sensing light.
  • the optical path distribution unit 9 is a plate-like solid body as a whole.
  • the light-receiving mirror 92 is a mirror that reflects the light reflected by the irradiation mirror toward the direction in which the aperture 412 exists.
  • the optical path distribution unit 9 corresponds to a mechanism that coaxially emits and receives sensing light at an upper stage (outside) of the optical path distribution unit 9.
  • a mirror 110 may be disposed between the optical unit 5 and the window portion 11 to bend the path of the sensing light.
  • the light receiving unit 3 only needs to optically overlap the irradiation unit 4.
  • One or more mirrors may be interposed between the light receiving unit 3 and the irradiation unit 4.
  • Mirror 110 may be a plane mirror or a concave mirror. Further, the mirror 110 may be configured to be rotatable using a motor or the like.
  • the optical distance measuring device 100 may be configured to be able to sweep and irradiate sensing light by rotating the mirror 110. Further, the optical distance measuring device 100 may be able to dynamically change the detection direction by rotating the mirror 110.
  • the plurality of light emitting elements 411 do not necessarily need to be arranged to form a plurality of rows.
  • the light emitting elements 411 included in the irradiation unit 4 may be arranged in one row.
  • the number and arrangement of the light emitting elements 411 arranged on the irradiation substrate 40 can be changed as appropriate.
  • the size of the pixel group may vary depending on the position within the range image.
  • the size of the pixel group may be different depending on whether it is in the central region Rc or in the peripheral region Re.
  • the number of light-receiving elements 3111 constituting the pixels located in the central portion Rc of the distance image is 3 ⁇ 3 (9), while the number of light-receiving elements 3111 constituting the pixels located in the peripheral portion Re is The number may be 25 (5 ⁇ 5).
  • the number of light receiving elements 3111 constituting a pixel located in the intermediate portion Rm located between the central portion Rc and the peripheral portion Re may be 16 (4 ⁇ 4).
  • the further away from the center of the range image the harder it is for the reflected light to reach you.
  • the detection sensitivity of reflected light can be increased. According to the above configuration, it is possible to reduce the possibility that the distance measurement sensitivity will decrease depending on the position within the distance image.
  • FIG. 24 illustrates an example in which the distance image is divided into three parts: the central part Rc, the intermediate part Rm, and the peripheral part Re, the division setting of the distance image can be changed as appropriate.
  • the distance image may be divided into two parts, a central part Rc and a peripheral part Re, or may be divided into four or more parts.
  • the size of the pixel group for each pixel may be set to increase in proportion to the distance from the center of the distance image. As described above, pixel group settings are logical, and pixel groups may be set to overlap with each other.
  • the vertical and horizontal lengths of the light receiving array section 31 may be set to 50% to 60% of the irradiation array section 41, respectively.
  • the area of the light receiving array section 31 may be 25% to 36% of the area of the irradiating array section 41.
  • a condenser lens 6A may be arranged between the light receiving array section 31 and the irradiation array section 41, as shown in FIG.
  • the condensing lens 6A is a lens for condensing the light from each aperture 412 provided in the irradiation array section 41 onto the light receiving array section 31.
  • the condensing lens 6A only needs to have optical characteristics (for example, focal length) to form an image on the surface of the light receiving array section 31.
  • the condenser lens 6A may be a biconvex lens as shown in FIG. 26, or a plano-convex lens as shown in FIG. 27.
  • the condenser lens 6A may be a convex meniscus lens or a Fresnel lens.
  • a plano-convex lens refers to a lens in which one side is flat and the other side is formed in a convex shape.
  • a convex meniscus lens is a lens in which one side is convex and the other side is concave, and the center of the lens is thicker than the periphery.
  • a Fresnel lens refers to a lens having a sawtooth cross section, which is obtained by dividing the lens illustrated in FIGS. 26 and 27 into concentric circles to reduce the thickness of the lens.
  • the condenser lens 6A may be a light receiving system microlens array 6X in which the position of each aperture lens 61 is finely adjusted. As shown in FIG. 28, the condenser lens 6A is a light receiving system in which the aperture lens 61 is shifted toward the center of the irradiation array section 41 from the aperture 412 located directly above as the distance from the center of the irradiation array section 41 increases. It may be a microlens array 6X.
  • aperture 412a shown in FIG. 28 represents the aperture 412 located at the center of the irradiation array section 41.
  • Apertures 412b, 412c, and 412d represent apertures 412 located farther from the center of the irradiation array section 41 in this order.
  • Aperture lenses 61a to 61d are aperture lenses corresponding to apertures 412a to 412d in order.
  • the dashed line in FIG. 28 indicates the optical axis of the aperture lens 61.
  • the two-dot chain line in FIG. 28 indicates the optical axis of the aperture 412.
  • the optical axis of the aperture 412 refers to a line passing through the center of the aperture 412 and perpendicular to the substrate.
  • the offset amount ⁇ r for a certain aperture lens 61 means the degree of deviation between the optical axis of the aperture 412 located above the aperture lens 61 and the optical axis of the aperture lens 61.
  • the offset amount ⁇ r of the aperture lens 61d may be set larger than the offset amount ⁇ r of the aperture lens 61b.
  • the offset amount ⁇ r of the aperture lens 61a may be set to zero.
  • the offset direction which is the direction in which the aperture lens 61 is shifted with respect to the aperture 412, is set in the direction from the aperture 412 toward the center of the irradiation array section 41.
  • the positions of the individual aperture lenses 61 included in the light-receiving microlens array 6X as the condensing lens 6A are designed according to the distance and direction of the corresponding aperture 412 from the center of the irradiation array section 41. Therefore, at least one of the offset amount ⁇ r and the offset direction may be different for each aperture lens 61.
  • the condenser lens 6A is arranged between the irradiation array section 41 and the light receiving array section 31, it is possible to make the light receiving array section 31 smaller than the irradiation array section 41.
  • the condenser lens 6A is arranged between the irradiation array section 41 and the light receiving array section 31, it is possible to arrange the irradiation array section 41 which is large with respect to the light receiving array section 31. Become. Being able to increase the size of the irradiation array section 41 means that it is possible to increase the size of each light emitting element 411.
  • a vehicle to which the system/device/method, etc. of the present disclosure is applied may be an owner car owned by an individual or a service car.
  • a service car is a vehicle used for car sharing services or vehicle rental services.
  • Service cars include taxis, route buses, and shared buses. Further, the service car may be a robot taxi or an unmanned bus without a driver on board.
  • Service cars can broadly include vehicles that provide mobile services. Service cars can include vehicles that function as unmanned delivery robots that automatically transport packages to predetermined destinations.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; a plate-like member provided with a plurality of dot-shaped openings for passing reflected light, which is the sensing light reflected by the target, toward the detector, the plate member being disposed above the light receiving module; an aperture module (41), In the optical distance measuring device, the plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; An aperture module (41 ) and, The plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided, In the optical distance measuring device, a thermal conductor (71, 71a) is added to a portion of the aperture module located on the back side of the light emitting element.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; An aperture module (41 ) and, The plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided, In the optical distance measuring device, the opening is set in a circular shape.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; An aperture module (41 ) and, the plurality of openings are arranged in a staggered manner in the aperture module; In the optical distance measuring device, the plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; An aperture module (41 ) and, The plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided,
  • the aperture module is an optical distance measuring device that is a module in which a plurality of through holes as the openings are formed in a metal plate.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; An aperture module (41 )and, an image generation unit (F3) that generates a distance image in which each pixel indicates a distance to the target located in a predetermined direction based on the output signals of the plurality of detectors; The plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided, The detector includes a plurality of light receiving elements, In the optical distance measuring device, the number of light receiving elements included in the detector is set to different values between a central portion and a peripheral portion.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, an irradiation module (44) provided with a plurality of light emitting elements that irradiate sensing light onto a plate-shaped member that transmits sensing light that is light having a predetermined wavelength; a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors responsive to the sensing light are arranged; an aperture array (43) that is a plate-like member having a plurality of openings for passing reflected light, which is the sensing light reflected by the target, toward the detector;
  • the irradiation module is disposed above the light receiving module and facing the light receiving module,
  • the aperture array is an optical distance measuring device arranged between the light receiving module and the irradiation module.
  • An optical ranging device that detects the distance to a target using the round trip time of light, a light receiving module (31) that is a plate-like member in which a plurality of detectors (311) responsive to sensing light having a predetermined wavelength are arranged; a plurality of light emitting elements (411) that irradiate the sensing light; An aperture module (41 ) and, The plurality of light emitting elements are provided in a portion of the aperture module where the opening is not provided, In the aperture module, a glass plate is disposed above the light emitting element so as to be in contact with an upper end of the light emitting element.
  • the optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 9, comprising an optical unit (5) that focuses the reflected light on each of the plurality of openings,
  • the optical distance measuring device is configured such that the sensing light from the light emitting element is also input to the optical unit.
  • the optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 10,
  • the light emitting element is arranged in the aperture module so as to sandwich the opening.
  • optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 12, An optical distance measuring device, wherein at least one of the light emitting elements is disposed within 60 ⁇ m from the opening.
  • the optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 13,
  • the plurality of detectors are arranged in a matrix,
  • the plurality of openings are arranged in positions overlapping with the plurality of detectors arranged in a matrix.
  • the optical distance measuring device according to technical idea 14,
  • the light emitting element is arranged between the adjacent openings.
  • the optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 15, The optical distance measuring device has the openings arranged in a staggered manner.
  • optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 16, An optical distance measuring device in which a thermal conductor (71, 71a, 72) is added above or on the side of the light emitting element.
  • the optical distance measuring device according to any one of technical ideas 1 to 17, The optical distance measuring device has a circular outline of the opening.
  • the aperture module is larger than the light receiving module;
  • the devices, systems, and techniques described in this disclosure may be implemented by a special purpose computer comprising a processor programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. .
  • the apparatus and techniques described in this disclosure may be implemented using dedicated hardware logic circuits.
  • the apparatus and techniques described in this disclosure may be implemented by one or more special purpose computers comprised of a combination of a processor executing a computer program and one or more hardware logic circuits.
  • a processor a CPU, MPU, GPU (Graphics Processing Unit), DFP (Data Flow Processor), etc. can be adopted.
  • a part or all of the functions included in the control unit 2 may be realized using any one of a system-on-chip (SoC), an integrated circuit (IC), and an FPGA.
  • SoC system-on-chip
  • IC integrated circuit
  • FPGA field-programmable gate array

Landscapes

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Abstract

[課題]物体の検出性能を向上可能な光測距装置を提供すること。 [解決手段]光測距装置において、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための点状の開口部が複数設けられている板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられている。

Description

光測距装置 関連出願の相互参照
 この出願は、2022年4月13日に日本に出願された特許出願第2022-066519号、及び、2022年11月9日に日本に出願された特許出願第2022-179811号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
 本開示は、光を照射してから物体からの反射光を受光するまでの時間に基づいて物体までの距離を検出する光測距装置に関する。
 特許文献1には、光測距装置の構成として、センシング光を照射する発光素子を行列状に備える照射ユニットの前側に、物体で反射されたセンシング光に応答する検出器を行列状に備える受光モジュールを配置した構成が開示されている。ここでの光測距装置とは、センシング光を照射してから、当該センシング光が物体で反射されて返ってくるまでの時間を利用して当該物体の位置を検出する装置を指す。なお、特許文献2には、レーザ光を所望の角度範囲に拡散出力するための光学的構成が記載されている。
米国特許第11187789号明細書 特表2020-532141号公報
 特許文献1に開示の構成では検出器を発光素子が発する光の光路を確保するために、検出器同士をある程度間隔をおいて配置する必要があり、空間分解能が低下しうる。
 本開示は、上記の着眼に基づいて成されたものであり、その目的の1つは、物体の検出性能を向上可能な光測距装置を提供することにある。
 ここに開示される第1の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器が配置されている板状部材である受光モジュールと、センシング光を照射する複数の発光素子と、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための点状の開口部が複数設けられている板状部材であって、受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュールと、を備え、複数の発光素子は、アパーチャモジュールにおいて開口部が設けられていない部分に設けられている。
 上記の第1の光測距装置によれば、受光モジュールの上側に発光素子を配置した構成となる。当該構成によれば、検出器の間に発光素子が照射したセンシング光を通すための隙間を設ける必要がない。つまり、上記構成によれば検出器を密集配置可能となる。その結果、物体の検出性能(例えば空間分解能)を向上可能となる。
 ここに開示される第2の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器が配置されている板状部材である受光モジュールと、センシング光を照射する複数の発光素子と、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュールと、を備え、複数の発光素子は、アパーチャモジュールにおいて開口部が設けられていない部分に設けられており、アパーチャモジュールにおいて発光素子の裏側に位置する部分には、熱伝導体が付加されている。
 上記第2の光測距装置によれば、第1の光測距装置と同様の作用により、物体の検出性能を向上可能となる。加えて、上記第2の光測距装置では、発光素子の裏側に熱伝導体が設けられているため、放熱性を高めることができる。
 ここに開示される第3の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器が配置されている板状部材である受光モジュールと、センシング光を照射する複数の発光素子と、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュールと、を備え、複数の発光素子は、アパーチャモジュールにおいて開口部が設けられていない部分に設けられており、開口部は、円形に設定されている。
 上記構成によっても、第1の光測距装置と同様の作用により、物体の検出性能を向上可能となる。
 ここに開示される第4の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器が配置されている板状部材である受光モジュールと、センシング光を照射する複数の発光素子と、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュールと、を備え、複数の開口部は、アパーチャモジュールにおいて千鳥配置されており、複数の発光素子は、アパーチャモジュールにおいて開口部が設けられていない部分に設けられている。
 上記構成によれば、開口部が格子状に配置された構成よりも、開口部に入射する反射光の量を増大させることができ、物体の検出性能をより一層向上可能となる。
 ここに開示される第5の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器が配置されている板状部材である受光モジュールと、センシング光を照射する複数の発光素子と、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュールと、を備え、複数の発光素子は、アパーチャモジュールにおいて開口部が設けられていない部分に設けられており、アパーチャモジュールは、金属板に開口部としての貫通孔が複数形成されたモジュールである。
 上記構成によれば、上述した作用により、物体の検出性能を向上可能となるとともに、アパーチャモジュール自体が発光素子の熱を逃がす役割を果たす。よって、熱によって発光素子が不作動となる恐れ、或いは、誤作動を起こすおそれを低減できる。
 ここに開示される第6の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器が配置されている板状部材である受光モジュールと、センシング光を照射する複数の発光素子と、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュールと、複数の検出器の出力信号をもとに、各画素が所定方向に存在するターゲットとの距離を示す距離画像を生成する画像生成部と、を備え、複数の発光素子は、アパーチャモジュールにおいて開口部が設けられていない部分に設けられており、検出器は複数の受光素子を含み、検出器が備える受光素子の数は、中央部と周辺部とで異なる値に設定されている。
 上記構成によれば、物体の検出性能を向上可能となるとともに、距離画像の中央部に位置する画素に比べて周辺部に位置する画素の測距感度が低下するおそれを低減できる。
 ここに開示される第7の光測距装置は、光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、所定波長を有する光であるセンシング光を透過する板状部材の上にセンシング光を照射する複数の発光素子が設けられた照射モジュールと、センシング光に応答する複数の検出器が複数配置されている板状部材である受光モジュールと、ターゲットで反射されたセンシング光である反射光を検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であるアパーチャアレイと、を備え、照射モジュールは、受光モジュールの上方において受光モジュールと対向配置されており、アパーチャアレイは、受光モジュールと照射モジュールの間に配置されている。
 上記の第7の構成によっても、第1の構成と同様に物体の検出性能を向上可能となる。なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
光測距装置の構成を示すブロック図である。 受光モジュールの構成を示す図である。 検出器の構成を示す図である。 照射ユニットの構成を示す図である。 照射アレイ部の製造手順の一例を示す図である。 照射アレイ部の製造手順の他の例を示す図である。 発光素子及びアパーチャの寸法を説明するための図である。 受光基板と照射基板とを含むパッケージを示す図である。 光学ユニットの構成の一例を示す図である。 照射光の経路を説明するための図である。 検出器の視野を示した図である。 制御部の機能ブロック図である。 比較構成を示す図である。 アパーチャの下側に補助レンズを付与した構成を示す図である。 アパーチャの下側に補助レンズを付与した構成の他の例を示す図である。 アパーチャの下側に拡散板を付与した構成例を示す図である。 発光素子の周りに熱伝導体を配置した構成を示す図である。 上方熱伝導体の導入例を示す図である。 発光素子の下側に熱伝導体を配置した構成を示す図である。 照射アレイ部の上側にマイクロレンズアレイを配置した構成を示す図である。 VCSELアレイとアパーチャアレイとを別体とした構成を示す図である。 照射アレイ部の上側に光路分配ユニットを設けた構成を示す図である。 光測距装置の他の構成例を示す図である。 画素位置に応じた画素グループのサイズの設定例を示す図である。 検出器の変形例を示す図である。 照射アレイ部と受光アレイ部の間に集光レンズを配置した構成を示す図である。 照射アレイ部と受光アレイ部の間に集光レンズを配置した構成の他の例を示す図である。 集光レンズとして機能するマイクロレンズアレイの構成を説明するための図である。
 以下、本開示の実施形態について図を用いて説明する。図1に示す光測距装置100は、ターゲットまでの光の往復時間から、対象物までの距離を計測する装置である。すなわち、光測距装置100は、所定波長のセンシング光を照射してから、当該センシング光に対応する反射光を受光するまでの時間(いわゆるToF:Time of Flight)に基づいて、測距結果を示すデータとしての距離画像を生成する。距離画像は、検出対象とする方向に対応する複数の画素を備える。距離画像を構成する個々の画素の値は、当該画素に対応する方向に存在する物体との距離を示すデータである。このような光測距装置100は、LiDAR(Light Detection and Ranging / Laser Imaging Detection and Ranging)とも呼ばれる。
 <前置き>
 光測距装置100は、移動体としての車両に搭載されて使用される。光測距装置100は、車両の前方部、左右の側方部、後方部、又はルーフ等に配置されて使用されてよい。以降における自車両とは、光測距装置100が取り付けられている車両を指す。また、本開示におけるターゲットとは、センシング光を反射しうる多様な物体を指す。他車両や歩行者、中央分離帯、ガードレールなどといった自車両とは独立した存在であって、車両の走行制御上の障害物となりうる地物/移動体などがターゲットに該当しうる。
 光測距装置100は、検出範囲に対応する角度範囲に向けて、拡散されたセンシング光を一度に照射する、一種のフラッシュ型のLiDARとして構成されている。光測距装置100が物体検出に使用する光(つまりセンシング光)の波長は、任意の値を採用可能である。センシング光は、赤外線であってよい。他の態様としてセンシング光は、可視光であってもよい。センシング光は、レーザ光として一般的な900±50nmの帯域に属する光であってよい。照射ユニット4は、1550nmなど、1400nm以上の波長のレーザ光を出力するように構成されていても良い。1400nm以上の電磁波をセンシング光として採用する構成によれば、太陽光などのホワイトノイズに対する耐性(例えば信号対雑音比)を高めやすくなる。
 光測距装置100は、図1に示すように、車両内ネットワーク201を介して車載ECU202と接続されて使用される。本開示におけるECUは、Electronic Control Unitの略であり、電子制御装置を意味する。車両内ネットワーク201は、車両内に構築されているLAN(Local Area Network)である。LANの規格としてはController Area Network(CANは登録商標)、イーサネット(登録商標)などを採用可能である。もちろん、光測距装置100は、自車に搭載された一部のセンサ/ECUと、専用の通信線を用いて直接的に接続されていても良い。
 車載ECU202は、自車両に搭載されている任意のECUである。光測距装置100は、運転支援ECUなどと接続されて使用される。運転支援ECUは、ドライバの運転操作を支援する処理を実行するECUである。運転支援ECUは、光測距装置100の検出結果に基づいて、他の移動体や静止物との衝突にかかる報知をドライバに対して実施する。運転支援ECUは情報提示にとどまらず、光測距装置100の検出結果に応じた自動的な制動制御や操舵を実施するECUであってもよい。他の移動体とは、歩行者や他車両、サイクリストなどを指す。運転支援ECUは、予め設定されている目的地まで車両を自律的に走行させる自動運行装置であってもよい。
 <光測距装置100の構成>
 光測距装置100は、図1に示すように、筐体1、制御部2、受光ユニット3、照射ユニット4、及び光学ユニット5を備える。筐体1は、制御部2、受光ユニット3、照射ユニット4、及び光学ユニット5を収容する構成である。受光ユニット3は、照射ユニット4の裏側において照射ユニット4と重なるように、換言すれば、照射ユニット4と対向するように配置されている。照射ユニット4の裏側とは、センシング光の照射方向とは反対側を指す。本開示では、受光ユニット3や照射ユニット4などといった筐体1内に収容される構成にとっての上方/前方とは、特段の注釈がない限り、センシング光の照射方向に相当する。また、筐体1内に収容される構成にとっての下方/後ろ側(裏側)とは、照射方向とは反対方向を指す。部材の位置関係を説明する上での基準となるセンシング光の照射方向は、センシング光の進行方向と言い換えることができる。
 筐体1には、センシング光を外部に照射するための窓部11が設けられている。窓部11は、センシング光にとって透明な材料である透光性材料を用いて実現されている。透光性材料は、ガラスや光学用プラスチックなどである。光学用プラスチックは、無色透明なポリカーボネート樹脂(PC)やアクリル樹脂(PMMA)などである。透光性材料は、センシング光を透過する特性を有するものであればよく、必ずしも無色透明である必要はない。窓部11は、受光ユニット3がターゲットからの反射光を受光するための窓としても機能しうる。反射光は、ターゲットで反射されて返ってきたセンシング光である。窓部11は、筐体開口部や光学窓などとも呼ばれうる。
 制御部2は、光測距装置100の動作を制御する。制御部2は、照射ユニット4に対してセンシング光の照射設定に係る信号を入力する。また、制御部2は受光ユニット3から反射光に対応する受光パルスのパルス情報を取得する。当該制御部2は、プロセッサ21、RAM(Random Access Memory)22、ストレージ23を用いて実現されている。制御部2は、プロセッサ21として、DSP(Digital Signal Processor)やCPU(Central Processing Unit)などを備える。制御部2の各種機能は、プロセッサ21がストレージ23に格納されたプログラムを実行することにより実現される。制御部2の機能の詳細については別途後述する。
 受光ユニット3は、図2に示すように、板状の受光基板30に、受光アレイ部31と、受光制御回路32とが形成されているモジュールである。受光基板30はガラスエポキシ樹脂などの誘電体を材料とする板状部材である。受光基板30の一部又は全部は、片面/両面/多層型の回路基板として構成されていてよい。受光アレイ部31は、受光基板30において、物体からの反射光の入射に応じた電気信号を出力する検出器311が行列状に配置されている部分を指す。
 複数の検出器311は、2次元行列状に配置されている。ここでの行列状とは、横方向に一定間隔で配置された配列を1つの行として、複数の行が縦方向に所定規則で配置された態様を指す。本実施形態では一例として複数の検出器311は千鳥配置されている。千鳥配置とは、各行内の要素の配置間隔は一定としつつ、行ごとに要素の横位置をずらした配置パターンを意味する。換言すれば、千鳥配置とは、複数の行を有する配置態様において、次の行の構成要素の横位置が、1つ前の行を構成する要素の中間に位置する配置パターンに相当する。さらに換言すれば、千鳥配置は、斜め格子の交点に要素を配置した態様と解することもできる。よって、検出器311が千鳥配置されている状態とは、行ごとに検出器311の横位置が規則的にずれている状態に相当する。もちろん、複数の検出器311は格子状に配置されていても良い。本実施形態においては、検出器311同士の間隔はほぼ0であり、受光アレイ部31には隙間なく検出器311が配列されている。他の例としては、検出器311同士の間には、例えば5μm~10μmなど、所定量の間隔が形成されていても良い。1つの検出器311は、距離画像を構成する1つの画素に対応する。
 検出器311は、図3に示すように、3×3の行列状に並んだ9個の受光素子3111を含む。すなわち、受光アレイ部31は、巨視的には多数の受光素子3111が行列状に配置された構成に相当する。受光アレイ部31は、複数の受光素子3111をアレイ状に配置したシリコンフォトマルチプライヤ(SiPM:Silicon Photo Multipliers)として構成されていてよい。検出器311は、行列状に配置されている受光素子3111を、所定の形状パターンで仮想的/論理的に区分したグループと解する事ができる。図中のLdは1つの検出器311の大きさを、Leは1つの受光素子3111の大きさを示している。受光素子3111は、例えば1辺が10μmの正方形状である。それに伴い、検出器311は1辺が30μm程度の正方形状である。なお、受光基板30には受光素子3111が千鳥配置されていても良い。
 受光素子3111は、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)である。SPADはアバランシェフォトダイオードの一種である。SPADは、逆バイアス電圧としてブレイクダウン電圧よりも高い電圧を印加することにより動作する。受光素子3111は、SPADに直列的に接続するクエンチ回路を含む。クエンチ回路は、所定の抵抗値を有する抵抗素子(いわゆるクエンチ抵抗)、又は、MOSFET等を用いて構成されていてよい。受光素子3111は、フォトンの入射によりSPADがブレイクダウンしたときの電圧変化を検出して、所定パルス幅のデジタルパルス(以下、パルス信号)を出力する。検出器311は、9個の受光素子3111を備えるため、受光した光の強度に応じて、0~9個のパルス信号を並列的に出力しうる。
 もちろん、1つの画素/検出器311を構成する受光素子3111の数は、9(3×3)に限らず、4(2×2)や、16(4×4)や、25(5×5)、64(8×8)などであってもよい。検出器311は正方形状に限らず、18(6×3)など、長方形状であってもよい。検出器311を構成する受光素子3111の行数と列数は異なっていても良い。検出器311を構成する受光素子3111が多いほど、距離画像を構成する1つの要素(つまり画素)の情報量は増大し、より高精度/高精細な距離画像となる。なお、受光素子3111は、SPAD以外の素子であってもよい。受光素子3111は、MPPC(登録商標、Multi-pixel Photon Counter)、又はPMT(Photo Multiplier Tube)であってもよい。
 本開示では、1つの画素に対応する複数の受光素子3111のまとまりを画素グループとも称する。個々の画素グループは上記の検出器311に対応する。検出器311は、格子状又は斜め格子状に配置された受光素子3111を3行3列など、所定のサイズでグループ化したものに相当する。本実施形態では個々の画素グループは、互いにオーバーラップしないように設定されている。他の態様として、各画素グループは、隣接する他の画素グループとオーバーラップするように設定されていても良い。各画素グループが部分的に受光素子3111を共用する構成によれば、受光素子3111の数は一定のまま、検出器311の数、ひいては画素数を増大させることができる。
 受光制御回路32は、受光ユニット3の動作を制御する回路モジュールである。受光制御回路32は、制御部2からの信号に基づき、各検出器311、実体的には各受光素子3111への通電状態を制御する。受光制御回路32は、制御部2からの信号に基づき、各受光素子3111へ通電し、反射光を検知可能な受光状態に切り替える。
 また、受光制御回路32は、受光素子3111の出力信号を処理機能部として、加算器321及びピーク検出部322を備える。加算器321は、1つの検出器311を構成する複数の受光素子3111から出力されるパルス信号の数を加算する構成である。加算器321は、画素ごと、換言すれば検出器311ごとに設けられている。個々の加算器321は、ソフトウェアとして実現されていても良いし、ハードウェアとして実現されていても良い。複数の加算器321は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などを用いて実現されていてよい。各加算器321の出力は、当該加算器321に対応する受光素子3111の応答数、換言すれば、検出器311ごとの受光強度を示す。本開示では加算器321の出力を受光強度或いはレベル値とも表記する。
 上記の通り、検出器311を構成する複数の受光素子3111のそれぞれからは、入射光量に応じた数のパルス信号が出力される。このため、検出器311にターゲットからの反射光が入射したときには、検出器311から単位時間当たりに出力されるパルス信号の数、つまり、パルスレートが著しく増加する。それに伴い、検出器311に対応する加算器321の出力レベルも、反射光の受光に呼応するタイミングで急峻に増加しうる。便宜上、ピークが所定の水準を超える1つながりの信号系列を受光パルスと称する。
 ピーク検出部322は、検出器311毎の受光強度の時系列データに基づいて、受光パルスのピークを検出する構成である。ピーク検出部322は、検出器311毎ごとに、換言すれば画素ごと/加算器321ごとに設けられている。ピークは、受光強度が上昇してから下降に転じる時刻に相当する。ピーク検出部322は、時間ごとの受光強度を示すヒストグラムを生成する。生成されたヒストグラムは、図示しないメモリ又はRAM22にテーブル等の所定の形式で保持される。
 ピーク検出部322は、受光強度の時系列データ(ヒストグラム)に基づいて、受光パルス及びそのピークを検出するとともに、当該ピークに付随するパルス情報を取得する。パルス情報には、ピーク強度、立ち上がり判定時間、ピーク到来時間及びパルス幅が含まれる。ピーク強度は、波形内の強度が最大となった時点での強度(つまりピーク値)を示す。ピーク強度は、受光強度が減少し始める直前の値、換言すれば傾きが0となる時刻での強度に相当する。ここでの傾きとは受光強度の時間変化率に対応する。仮に受光パルスの強度が計測上限値に到達している場合には、計測上限値がピーク強度となる。計測上限値は、加算器321が出力可能な値の範囲の最大値に相当する。計測上限値は、検出器311を構成する受光素子3111の数に対応する。仮に1つの検出器311を構成する受光素子3111の数を9とすると、センサ上限値は9となる。
 立ち上がり判定時間は、センシング光を照射してから受光強度が判定閾値に到達するまでの経過時間である。判定閾値は、実際に観測されているピーク強度に所定の係数kを乗じた値に設定される。係数kの値としては、例えば0.45や、0.50、0.55、0.60などが採用される。ここでは一例としてk=0.55(55%相当)に設定されている。判定閾値は、受光強度がピークの半分となる、いわゆる半値点を定義するパラメータである。ここでの半値点とは、ちょうど50%となる点に限定されず、上述の通り、45%や、60%などとなる点であっても良い。
 なお、受光制御回路32が出力する受光強度には、太陽光などによる定常的なノイズである定常ノイズ成分が含まれうる。ピーク検出部322は、受光制御回路32の出力値から定常ノイズ成分を除去してなる補正済み受光強度の時系列データから、ピーク強度や立ち上がり位置/立ち下がり位置等を決定してもよい。定常ノイズ成分の大きさは、センシング光を照射する前の受光強度をもとに決定可能である。
 ピーク到来時間は、センシング光を照射してからピーク強度が観測されるまでの経過時間である。仮にピーク検出部322が検出したピークが、ターゲットからの反射光に対応するものとすれば、当該ピークに対応するピーク到来時間は、ターゲットまでの往復飛行時間(つまりToF)に相当する。故に制御部2は、ピーク到来時間に、C/2(Cは光速)を乗算することにより、画素ごとにターゲットまでの距離を算出することができる。なお、ピーク検出部322は、受光強度が計測上限値に到達することによって真のピークが不明瞭である場合、受光強度が上限に達している期間の中間に位置する中間時間をピーク到来時間として採用可能である。
 パルス幅は、受光パルスの幅を示すパラメータである。パルス幅は、受光強度が判定閾値以上となっている時間の長さに相当する。つまり、パルス幅は、立下がり判定時間から立ち上がり判定時間を減算することで特定されうる。立ち下がり判定時間は、センシング光が照射されてから、ピーク後において受光強度が判定閾値を下回るまでの経過時間である。なお、ピーク検出部322は上述した全てのパラメータを必ずしもパルス情報として生成及び出力しなくとも良い。ピーク検出部322は上述した全てのパラメータのうち、距離演算処理において必要なパラメータを取得するように構成されていればよい。
 このような受光制御回路32は、受光基板30が備える2つの面のうち、受光アレイ部31が形成されている面である受光面に形成されている。受光制御回路32の一部又は全部は、受光面とは反対側の面である受光裏側面に形成されていても良い。受光制御回路32は、受光アレイ部31が形成されている基板とは物理的に異なる基板に形成されていても良い。受光制御回路32は、検出器311毎のパルス情報を制御部2に出力する。
 照射ユニット4は、図4に示すように、板状の照射基板40に、照射アレイ部41と、照射制御回路42とが形成されているモジュールである。照射基板40は、一例としてガラスエポキシ樹脂などの不透明な樹脂を実現されている。なお、照射基板40は、アクリルなどの透光性材料を用いて実現されていてもよい。
 照射ユニット4は、照射アレイ部41が受光アレイ部31と重なるように、受光ユニット3の上側に配置されている。つまり、照射アレイ部41は受光アレイ部31の上側に配置されている。なお、図4中の破線は、検出器311の位置を示している。
 照射アレイ部41は、照射基板40において、発光素子411が行列状に配置されている部分である。照射アレイ部41において、複数の発光素子411は、千鳥配置されている。発光素子411は、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)であってよい。発光素子411は、VCSELに限らず、端面発光レーザ(EEL:Edge Emitting Laser)であってもよい。その場合、照射アレイ部41は、アパーチャアレイ43の表面に、EELを行列状に後付けした構成となりうる。なお、VCSELのほうが、EELに比べて行列状に製造しやすいといった利点を有する。
 また、照射アレイ部41には、センシング光を通過させるための光学的な開口部であるアパーチャ412も配置されている。アパーチャ412は発光素子411の間に位置する領域を用いて千鳥配置されている。すなわち、照射アレイ部41は、発光素子411とアパーチャ412が交互に並んだ構成を有する。
 このような照射アレイ部41は、図5に示すように、発光素子411としてのVCSELが行列状に配置されたVCSELアレイ44に対して、アパーチャ412としての貫通孔を行列状に形成することにより実現されうる。アパーチャ412は、レーザ加工やエッチング等により実現されうる。VCSELアレイ44が照射モジュールに相当しうる。また、照射アレイ部41は複数のアパーチャ412を備えるため、照射アレイ部41はアパーチャモジュールに相当する。
 なお、VCSELアレイ44の製造方法自体は、特許文献1(特にFig.4)に開示の方法など、多様な方法を援用可能である。一般的なVCSELの製造工程は、(1)エピタキシャル成長工程、(2)マスク形成工程、(3)メサ加工工程、(4)酸化狭窄工程、(5)保護膜形成、及び(6)電極形成工程を含みうる。エピタキシャル成長工程は、基材上にAlGaAs/GaAs層を数十ペア以上からなる分布反射型(DBR:Distributed Bragg Reflector)多層膜と活性層を含む積層構造を形成する工程である。マスク形成工程は、エピタキシャルをメサと呼ばれる円柱状に形成するためのマスクパターンを形成する工程である。メサ加工工程は、ドライエッチングによりメサを形成する工程である。酸化狭窄工程は、活性層近傍に設計された特定のAlGaAs層をウェット酸化により酸化狭窄する工程である。保護膜形成工程は、メサの側面に保護膜を付与する工程である。電極形成工程は、n型、p型それぞれの層へ電極形成を行う工程である。本開示のVCSELアレイ44もまた一般的な手法により生成されうる。
 上記の照射アレイ部41の製造方法は一例であって、適宜変更可能である。照射アレイ部41は、図6に示すようにアパーチャアレイ43の上側面に、MTP(Micro-Transfer Printing)技術などを用いて複数の発光素子411を行列状に取り付けることで製造されても良い。このような照射アレイ部41は、アパーチャ412を行列状に設けた板状部材であるアパーチャアレイ43の表面において、アパーチャ412の間に、発光素子411を実装した構成に相当する。それに伴い、アパーチャアレイ43が照射基板40に相当しうる。また、他の観点において、照射アレイ部41は、VCSELアレイ44において、行方向に隣り合うVCSEL同士の間にアパーチャ412が配置されている構成と解することもできる。
 なお、アパーチャアレイ43は、センシング光を透過する基材40aの表面に、遮光膜413が部分的に付与された板状部材であってもよい。アパーチャアレイ43は、基材40aにおいてアパーチャ412を形成すべき位置にレジスト膜を付加した後に遮光膜413を形成し、更にその後、レジスタ膜を除去することで製造されてよい。不透光性の板に設けられた穴部、又は、透光性を有する板状部材において遮光膜413が形成されていない部分が、アパーチャ412に相当する。遮光膜413は導電膜であっても良い。遮光膜413は導電層を援用して実現されていても良い。
 もちろん、アパーチャアレイ43は、センシング光を透過しない不透明基材40bに、アパーチャ412としての貫通孔を複数設けた構成であってもよい。アパーチャ412は、センシング光を通過させる、マクロ的に点状の構成であればよい。アパーチャ412は、開口部、あるいは、光透過孔(光学的な穴)と呼ぶことができる。光学的な穴とは、センシング光を通過させる構造であって、ガラスやアクリル樹脂などといった透光性材料で充填されていてもよい。本開示では、アパーチャアレイ43においてアパーチャ412が形成されていない部分のことを遮光領域とも称する。遮光膜413が設けられている部分や、アパーチャ412としての貫通孔が形成されていない部分が遮光領域に相当する。発光素子411は遮光領域に配置される。
 アパーチャ412は、円形である。アパーチャ412の直径(図7 φp)は10μmなどに設定されている。ここでの円形には、真円だけでなく、楕円形も含まれる。複数のアパーチャ412は、例えば照射方向から見たときに検出器311の中心部と重なる位置に配置されている。つまり、照射アレイ部41には、検出器311の数と同じ数だけアパーチャ412が形成されている。複数のアパーチャ412は、検出器311と同様、千鳥配置されている。アパーチャ412の配置間隔(La)は、例えば30μmなどに設定されている。アパーチャ412の配置間隔とは、行方向に並ぶアパーチャ412の中心間距離に相当する。アパーチャ412の配置間隔は、検出器311の寸法に応じて適宜変更可能である。
 検出器311の前にアパーチャ412が配置された構成によれば、検出器311がノイズに対して反応する恐れを低減できる。すなわち、アパーチャ412を設ける事により、信号雑音比を向上させる効果が期待できる。信号雑音比は、信号と雑音の比あるいは差分を示すパラメータであって、SNR(Signal-to-Noise Ratio)、SN比、S/Nなどとも表現されうる。信号雑音比は、数値が大きいほど品質がよい事を示す。なお、アパーチャ412の直径を大きくすれば受光感度も高まるが、検出器311がノイズに応答する確率も高まる。
 アパーチャ412の直径は、所望の性能が得られるように、例えば3μmから20μmの範囲で適宜設計されうる。アパーチャ412は発光素子411と同じか、発光素子411よりも小さく形成されている。なお、アパーチャ412の形状は円形に限らず、矩形状や、六角形、八角形などであっても良い。矩形状には、ひし形や正方形などが含まれる。アパーチャ412は寸法が20μm以下の円又は多角形状であるため、マクロ的にはアパーチャ412は点状/ドット状の開口部と解することができる。個々のアパーチャ412は線状(スリット)ではない。本開示の点状には、径が3μm以上、20μm以下の円、及び、同等の面積を有する多角形など、ある程度の面積を有する状態も含まれる。
 複数の発光素子411もまた、照射アレイ部41において千鳥配置されている。発光素子411は、行方向に並ぶ2つのアパーチャ412の中間点に形成されていてよい。発光素子411は、アパーチャ412の間隔に応じた間隔(例えば30μm)で行方向に並設されている。また、発光素子411は、1つのアパーチャ412を挟み込むように配置されている。1つのアパーチャ412を挟む関係にある2つの発光素子411は、当該アパーチャ412を中心として点対称な位置にある。当該構成は、アパーチャ412から60μm以内に少なくとも1つの発光素子411が配置された構成の一例に相当する。
 なお、発光素子411は、板状のベース部4111と、円柱状のメサ部4112とを備え、メサ部4112の上端部に発光領域4113が形成されている。ベース部4111は、1辺が例えば16μmなどに設定された正方形状に形成されている。メサ部4112の直径(φm)は、10μmなどであってよい。発光領域4113は、円形であってその直径(φt)は8μmなどに設定されている。各種寸法の値は何れも一例であって適宜変更可能である。
 各発光素子411は、急峻な円錐形のビームを形成する。各発光素子411が照射したレーザ光が拡がる角度であるビーム拡がり角は、10°や20°などに設定されていてよい。ビーム拡がり角は円錐状のビームの頂角に対応する要素であって、ビーム発散角などとも称される。所定距離(例えば100m)前方において隣り合う発光素子411のビームスポットが重なり始めるように、各発光素子411のビーム拡がり角及び照射方向は設計されている。なお、個々の発光素子411の照射方向自体は、光学ユニット5によって調整されうる。
 照射制御回路42は、発光素子411の動作を制御する回路モジュールである。照射制御回路42は、制御部2からの信号に基づき、各発光素子411への通電状態を制御する。照射制御回路42は、制御部2からの指令に基づき、全ての発光素子411からセンシング光を所定の照射間隔で照射させる。
 照射制御回路42は、制御部2から入力される制御信号に基づき、発光素子411に照射させるセンシング光のパルス幅や、照射強度、照射間隔などを調整しうる。照射強度は、センシング光として出力するパルス光のピークの高さ(いわゆるピークパワー)に相当する。反射光として受信するセンシング光との区別のため、照射ユニット4から照射するセンシング光のことを照射光とも記載する。照射光のパルス幅は例えば5ナノ秒に設定されている。もちろん照射光のパルス幅は、20ナノ秒や10ナノ秒、1ナノ秒であってもよい。また、照射光のパルス幅は、50ピコ秒や100ピコ秒、200ピコ秒など、1ナノ秒未満の値に設定されていてもよい。照射制御回路42は、照射アレイ部41を構成する発光素子411を、行単位あるいは列単位で駆動可能に構成されていても良い。また、照射制御回路42は、複数の発光素子411を個別に駆動可能に構成されていても良い。
 当該照射制御回路42は、照射基板40が備える2つの面のうち、照射アレイ部41が形成されている面であるアレイ形成面に形成されている。照射制御回路42は、アレイ形成面において、照射アレイ部41の周りに形成されている。照射制御回路42の一部又は全部は、アレイ形成面とは反対側の面である非アレイ形成面に形成されていても良い。照射制御回路42は、照射アレイ部41が形成されている基板とは物理的に異なる基板に形成されていても良い。つまり図4に示す照射基板40は、2つの基板に分けて実現されていても良い。
 以上で述べた受光ユニット3及び照射ユニット4は、図8に示すようにパッケージ化された態様で、筐体1に組み付けられていてよい。図8に示すパッケージにおいては、受光ユニット3は、上側が開口している略箱型のインナーロアケース12内に固定されている。照射基板40は、インナーロアケース12の開口部を塞ぐように、インナーロアケース12の上端部に固定されている。当該構成は、別の観点によれば、照射基板40の下側面に、受光基板30を収容しているインナーロアケース12を組み付けたものに相当する。
 光学ユニット5は、レンズを主体とする構成である。光学ユニット5は、各発光素子411から照射された光の進行方向を調整したり、反射光を受光アレイ部31に向けて集光したりするための役割を担う。また、光学ユニット5は、各発光素子411から照射されるセンシング光を所望の画角に広げて出力する役割を担いうる。光学ユニット5は、窓部11と照射ユニット4と間に配置されている。換言すれば、光学ユニット5は、照射ユニット4の上側に配置されている。本開示の光測距装置100では、照射アレイ部41と受光アレイ部31とが重なっており、且つそれらが近接配置されていることを前提として照射系と受光系とで共通の光学ユニット5が使用される。これにより、光測距装置100を小型化可能となる。
 光学ユニット5は、複数種類のレンズが組み合わさっていても良い。光学ユニット5は、図9に示すように、第1平凹シリンドリカルレンズ51、第1シリンドリカルレンズ52、第2凸シリンドリカルレンズ53、及び第2平凹シリンドリカルレンズ54がこの順番に照射方向に沿うように配列された構成を有する。
 光学ユニット5は、照射アレイ部41の基板表面に合成焦点面が位置するように構成されている。なお、合成焦点面の位置は、光学ユニット5が備えるレンズの曲率によって決定される。また、光学ユニット5は、照射アレイ部41を包むイメージサークルImcを形成するように設計されている。換言すれば、照射アレイ部41は、光学ユニット5のイメージサークルImc内に配置されている。イメージサークルImcは、レンズを通った光が結像する範囲であって、光学ユニット5を構成するレンズの焦点距離や開放F値によって定まりうる。さらに、光学ユニット5は、検出対象とする距離レンジに応じた被写界深度(DOF:Depth of field)を形成するように設計されている。
 なお、前述の第1平凹シリンドリカルレンズ51、第1シリンドリカルレンズ52、第2凸シリンドリカルレンズ53、及び第2平凹シリンドリカルレンズ54の一部は省略されていてもよい。また、光学ユニット5を構成するレンズは1つだけであっても良い。加えて、光学ユニット5は、図9に例示したもの以外のレンズを用いて実現されていても良い。光学ユニット5は、所望の焦点距離を形成するフレネルレンズなどであってもよい。光学ユニット5は特許文献2に開示される光学的構成を有していてもよい。なお、受光ユニット3及び照射ユニット4は、光学ユニット5の焦点深度内に配置されている。すなわち、受光ユニット3と照射ユニット4の間隔(Dz)は、光学ユニット5の焦点深度に応じた値に設定されている。光学ユニット5が形成する焦点深度の軸方向距離が10mmなどである場合、受光ユニット3と照射ユニット4の間隔は、例えば6mmなど、10mm以下に設定されていてよい。
 <センシング光の経路についての補足>
 発光素子411が照射したセンシング光は、図10に示すように光学ユニット5及び窓部11を介して筐体1の外に照射されたのちに、物体で反射されて戻ってくる。図中のTgtはターゲット、すなわちセンシング光を反射する物体を示している。ターゲットからの反射光は、窓部11及び光学ユニット5を介して照射アレイ部41に向かう。照射基板40の表面まで到達した反射光は、アパーチャ412を介して検出器311で受光される。図中の二点鎖線が反射光の経路を概念的に示している。
 図10に示すように、アパーチャ412が千鳥配置された構成によれば、1つのアパーチャ412には、当該アパーチャ412の上下左右に存在する発光素子411から照射されたセンシング光に対応する反射光が入力されうる。ここでの上下とは、図3、図4を示す紙面の上下であり、行列の列方向に対応する。つまり、1つのアパーチャ412には、当該アパーチャ412を囲む4つの発光素子411から照射されたセンシング光に対応する反射光が入力されうる。
 アパーチャ412に入った反射光は、当該アパーチャ412の下方に存在する検出器311で受光される。アパーチャ412及び光学ユニット5は、検出器311の視野を規定する。図11は、検出器311の視野と、発光素子411のビームの関係を模擬的に示した図である。図11中のドットパターンのハッチングを施している部分が、各検出器311の視野を示している。図11に示すように個々の検出器311は、主として当該検出器311の上側に存在するアパーチャ412に隣接する2つ/4つの発光素子411から照射されたセンシング光を検知するように作動する。本開示では、或る検出器311からみて当該検出器311の上側に存在するアパーチャ412を行方向及び列方向において挟む位置にある発光素子411のことを、隣接発光素子とも称する。
 <制御部の機能及び作動について>
 制御部2は、センシング光の照射を指示する信号を照射制御回路42に出力するとともに、受光ユニット3に所定の制御信号を入力することで各検出器311を一定時間駆動させる。もちろん、他の態様として各検出器311は常時、入射光の強度に応じて応答可能な駆動状態を維持するように構成されていても良い。
 また、制御部2は、ストレージ23に保存されているプログラムを実行することにより、図12に示す種々の機能ブロックに対応する機能を提供する。すなわち、制御部2は機能ブロックとして、パルス情報取得部F1、距離演算部F2、及び画像生成部F3を備える。
 パルス情報取得部F1は、各画素に対応するピーク検出部322からパルス情報を取得する。つまり、パルス情報取得部F1は画素ごとのパルス情報を取得する。各画素は画素ごとに固有の番号である画素番号にて区別されうる。なお、ピーク検出部322が備える機能の一部はパルス情報取得部F1が備えていても良い。ピーク検出部322はピークの検出のみを実行するように構成されていても良い。検出されたピークを含む受光パルスの特徴量の抽出処理は、パルス情報取得部F1によって実行されても良い。機能配置は適宜変更可能である。
 距離演算部F2は、センシング光の照射によって観測された画素ごとの受光パルスの特徴量に基づいて、画素ごとの距離値を生成する。距離演算部F2は、観測されたピーク到来時間に光速の半分を乗じた値から、所定の立ち上がり補正値を減算した値を、距離値として算出してよい。立ち上がり補正値は、回路の応答遅延などを相殺(補正)するためのパラメータである。なお、距離演算部F2は、ピーク到来時間の代わりに、立ち上がり判定時間を用いて距離値を算出しても良い。また、距離演算部F2はパルス幅を用いて距離値を補正しても良い。
 画像生成部F3は、距離画像として、距離演算部F2が算出した画素ごとの距離値を、各画素の要素値として割り当てたデータセットを生成する。なお、画像生成部F3は、ピーク検出部322によって検出されたピーク強度を、各画素に対応付けたデータセットである強度画像データを生成してもよい。また、画像生成部F3は、個々の画素が距離情報と強度情報とを含む画像データを生成しても良い。画像生成部F3が生成した距離画像は、運転支援ECUなどに向けて出力される。
 <効果について>
 ここでは比較構成として図13に示すように受光アレイ部31の後ろ側に照射アレイ部41を配置した構成を用いて、本開示の構成である提案構成の効果について説明する。
 図13に示す比較構成では、受光アレイ部31の後ろ側に照射アレイ部41が配置されているため、受光アレイ部31において発光素子411と重なる位置には、照射光を通すための開口部312を形成する必要が有る。その結果、検出器311及び受光素子3111の配置が疎となってしまう。また発光素子411からの照射光は、受光アレイ部31に設けられた開口部312を通って筐体外に向かうこととなる。照射光の射出を阻害しないように開口部312を大きく設定すると、受光素子3111の配置間隔がより一層疎となる。また、開口部312を小さくすると、照射光の一部が受光アレイ部31で遮られ、照射強度が減衰しうる。照射直後は強度自体が大きいため、照射直後の減衰作用は、検出距離を相対的に短くしうる。
 一方、提案構成によれば、受光アレイ部31よりも前段に照射アレイ部41が配置されているため、発光素子411からの照射光が装置内で減衰されにくくなる。故に、提案構成によれば比較構成に比べて、同じ発光強度(消費電力)でも検出距離を向上可能となる。加えて、比較構成に比べて提案構成によれば、受光素子3111間に、照射光を通すための隙間を設ける必要もない。よって、受光素子3111を比較構成よりも密に配置する事が可能となり、空間分解能を高めることができる。なお、ここでの空間分解能とは、位置的に接近した2点を独立した2点として見分ける能力を指す。
 また、上記提案構成によれば、1つの検出器311に対して、当該検出器311の上方に位置するアパーチャ412に隣接する2つの発光素子411からのセンシング光がほぼ同時に入射する。提案構成によれば、1つの検出器311に入射する光量が増えることにより、信号雑音比を向上させる効果が期待できる。
 また、提案構成では、照射系と受光系とで光学ユニット5を共用する。そのため、装置を小型化可能である。あるいは、受光系のレンズを省略できる分、光学ユニット5のレンズを大きくすることができる。つまり、提案構成によれば、レンズの開口(集光量)を増大でき、検出距離や空間分解能を向上可能となる。また、提案構成によれば、集光能力が向上するため、ダイナミックレンジも拡大しうる。その結果、強反射物や近距離に存在するオブジェクトなどの検出性能も向上しうる。強反射物とは、他車両に設けられた反射板などを指す。近距離とは、例えば窓部11から1m以内を指しうる。
 その他、提案構成では検出器311等が千鳥配置されている。当該構成によれば、検出器311を正格子状に配置した場合よりも、単位円内に存在する検出器311の数を増大させることができる。その結果、空間分解能を高めることができる。
 以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。下記の種々の変形例は、技術的な矛盾が生じない範囲において適宜組み合わせられてよい。2つ以上の変形例を組み合わせてなる、明示しない構成もまた本開示に含まれる。なお、以上で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については上記説明を適用することができる。
 <変形例(1)>
 アパーチャ412の配置間隔は、必ずしも検出器311の寸法と一致している必要はない。またアパーチャ412は、検出器311の中心と必ずしも一致するように配置されている必要もない。アパーチャ412は、検出器311の中心からずれた位置に配置されていてもよい。検出器311の大きさや位置は、受光素子3111をどのようにグループ化して扱うかによって変動しうる。検出器311としての画素グループの設定は、アパーチャ412の位置に応じて変更されても良い。光測距装置100は、検出器311を基準としてアパーチャ412の位置が設計されるのではなく、アパーチャ412の位置を基準として検出器311が配置されていても良い。
 <変形例(2)>
 図14に示すように、アパーチャ412の下側にはアパーチャレンズ61が配置されていても良い。図14では、アパーチャ412と重なる位置にアパーチャレンズ61としての凹部が形成された受光系マイクロレンズアレイ6Xが、照射基板40の下側面に取り付けられている構成を示している。なお、受光系マイクロレンズアレイ6Xは必ずしも照射基板40の下側面に取り付けられている必要はない。受光系マイクロレンズアレイ6Xは、照射基板40とは所定の間隔を有するように筐体1に固定されていても良い。
 図14ではアパーチャレンズ61を凹レンズとする態様を示しているが、図15に示すようにアパーチャレンズ61は、凸レンズとして形成されていてもよい。受光アレイ部31の上側には、アパーチャレンズ61の代わりに/それとともに、上に凸のマイクロレンズアレイが配置されていても良い。受光アレイ部31を覆うマイクロレンズアレイを構成する個々のレンズの大きさは、受光素子3111の寸法に対応しうる。
 上記のようにアパーチャ412の下側にアパーチャレンズ61が設けられた構成によれば、アパーチャ412まで到達した光をより効率よく検出器311に導くことが可能となりうる。なお、アパーチャ412と検出器311との位置関係に応じて、アパーチャレンズ61の形状(曲率など)は異なっていても良い。アパーチャ412の真下に検出器311の中心が位置しているか否かに応じて、アパーチャレンズ61の形状は異なっていても良い。各アパーチャレンズ61は、アパーチャ412に入射した反射光を、対応する検出器311へより効率的に導くように設計されていればよい。アパーチャ412の下側にアパーチャレンズ61を設けた構成によれば、アパーチャ412に対する検出器311の位置制約を緩和でき、検出器311を設ける位置の自由度を高めることができる。
 その他、アパーチャ412と検出器311との間には、図16に示すように、拡散板63が配置されていても良い。拡散板63は、半凸型のアパーチャレンズ61から到来する光を、検出器311に向けて拡散して出力する光学部材である。拡散板63は、表面にランダムな凹凸が形成された、透光性を有するガラス/アクリル板であってよい。拡散板63は、アパーチャレンズ61の直下、換言すれば、検出器311の上方に配置されている。拡散板63は、アパーチャ412ごとに配置されていてよい。複数の拡散板63は、透明な板状部材である支持板64上に固定されている。拡散板63は、支持板64と統合されていても良い。拡散板63と検出器311との離隔は、アパーチャレンズ61からの反射光が検出器311の隅部まで届くように、拡散板63の光学的特性(例えば拡がり角)と検出器311の寸法とをもとに設計されうる。
 <変形例(3)>
 照射基板40の上側、特に、発光素子411の周囲には、熱伝導性を有する部材である上方熱伝導体71が設けられていても良い。上方熱伝導体71は、透光性材料を用いて実現されている。上方熱伝導体71は、シリコンなどのジェル状/パテ状の構成であってもよい。また、ジェル状/パテ状の上方熱伝導体71は、発光素子411の周囲へ塗布された後に紫外線等の照射により硬化されていても良い。なお、図17では発光領域4113が露出するように上方熱伝導体71を付加した構成が示しているがこれに限らない。上方熱伝導体71は発光領域4113を覆うように付加されていても良い。
 また、図18に示すように上方熱伝導体71はガラス板71aであってもよい。上方熱伝導体71としてのガラス板71aが、発光素子411の上端に当接するように配置されていても良い。ガラス板71aと発光領域4113の間には透光性を有するグリスが付与されていても良い。
 発光素子411の上側又は側方に上方熱伝導体71を付加した構成によれば、発光素子411の温度上昇を抑制できる。また、それに伴い、照射強度を上げることも可能となりうる。照射強度を上げることができれば、検出距離のさらなる拡張も可能となる。
 <変形例(4)>
 照射基板40の下側面において、発光素子411の裏側に位置する部分には、図19に示すように熱伝導性を有する部材である下方熱伝導体72が付与されていても良い。下方熱伝導体72は、ガラスなどの透光性材料であっても良いし、金属板やカーボングラファイトなどのセンシング光を透過させない材料を用いて実現されていても良い。下方熱伝導体72が不透明材料を用いて実現されている場合、下方熱伝導体72は、アパーチャ412を塞がないように形成されている。下方熱伝導体72は、アパーチャ412に対応する位置に穴が形成された、熱伝導シートであってもよい。熱伝導シートは接着剤などによって照射基板40の下面に取り付けられる。下方熱伝導体72は、金属膜などであってもよい。下方熱伝導体72は、照射基板40の下側面にパターン形成された銅箔などであってもよい。加えて、VCSELアレイ44の基材が多層基板である場合には、当該多層基板の内部導体層を下方熱伝導体72として援用可能である。
 下方熱伝導体72は、照射基板40の導体層などを用いて実現されていても良い。当該構成によれば、発光素子411の温度上昇抑制等の効果に加えて、発光素子411からの放射される電磁ノイズが検出器311に伝搬する恐れを低減できる。なお、発光素子411の裏側に配置される放熱用の構成は、金属フィンなどであってもよい。
 加えて、アパーチャアレイ43の基材、換言すればVCSELアレイ44の基材は、アルミニウムなどの金属板であってもよい。その場合、アパーチャ412は所定の径を有する貫通孔として構成されうる。発光素子411を配置する基材そのものが金属板である場合、放熱性をより一層向上可能となる。なお、アパーチャ412としての貫通孔は、レーザ加工やブラスト処理などにより実現されうる。
 <変形例(5)>
 光学ユニット5の前段又は後段には、太陽光や照明光など、反射光以外の光を除去する光学フィルタが配置されていても良い。光学フィルタは、センシング光は透過させる一方、その他の光は減衰させる要素である。
 <変形例(6)>
 光学ユニット5と照射アレイ部41の間には図20に示すように統合マイクロレンズアレイ8が配置されていても良い。統合マイクロレンズアレイ8は、発光素子411用のレンズである照射用補助レンズ81と、アパーチャ412に集光するための補助レンズである受光用補助レンズ82とを含む。照射用補助レンズ81の形状は必ずしも凸レンズである必要はなく凹レンズなどであっても良い。照射用補助レンズ81と受光用補助レンズ82の形状は異なっていても良い。照射用補助レンズ81を設けた構成によれば、照射ビームを所望の方向/形状に調整しやすくなる。また、受光用補助レンズ82を設けた構成によれば受光効率を高められる。
 <変形例(7)>
 以上では、アパーチャアレイ43とVCSELアレイ44が照射アレイ部41として一体化されている構成を例示したが、これらは別々に設けられていても良い。図21に示すようにアパーチャアレイ43が、VCSELアレイ44とは独立した存在として、VCSELアレイ44の下側に設けられていても良い。その場合、VCSELアレイ44において発光素子411が配置されるアレイ基材441は、センシング光を透過させる樹脂等を用いて実現されているものとする。
 <変形例(8)>
 光学ユニット5と照射基板40の間には図22に示すように、光路分配ユニット9が配置されていても良い。光路分配ユニット9は、発光素子411の上方に位置する照射用ミラー91と、アパーチャ412の上方に位置する受光用ミラー92と、それらを収容/固定する支持体93を備える。照射用ミラー91及び受光用ミラー92はそれぞれ複数個存在する。
 照射用ミラー91は、発光素子411から射出されてきたセンシング光をそのまま透過させる構成であって、ハーフミラーや、穴あきミラーであってよい。照射用ミラー91は、反射光を隣接する受光用ミラーが存在する方向に反射する角度姿勢で支持体93に固定されている。支持体93はセンシング光を透過する材料を用いて実現されている。光路分配ユニット9は全体として板状の固体である。受光用ミラー92は、照射用ミラーで反射されてきた反射光を、アパーチャ412が存在する方向に向けて反射するミラーである。光路分配ユニット9は、光路分配ユニット9よりも上段(外側)においてセンシング光の照射と受光とを同軸とする機構に相当する。
 当該構成によれば、1つの発光素子411の照射光に対応する反射光が、1つの検出器311に入射するようになる。つまり、発光素子411と検出器311とを1対1に対応させる事が可能となる。当該構成によれば、上述した実施形態よりも、SNRの向上や、検知距離の拡張といった効果が期待できる。
 <変形例(9)>
 光学ユニット5と窓部11の間には、図23に示すように、センシング光の経路を折り曲げるミラー110が配置されていてもよい。受光ユニット3は、光学的に照射ユニット4と重なっていればよい。受光ユニット3と照射ユニット4との間には、1つ又は複数の鏡が介在していても良い。ミラー110は平面鏡であってもよいし、凹面鏡であってもよい。また、当該ミラー110はモータ等を用いて回動可能に構成されていてもよい。光測距装置100は、ミラー110を回動させることでセンシング光を掃引照射可能に構成されていても良い。また、光測距装置100は、ミラー110を回動させることで検出方向を動的に変更可能であってもよい。
 その他、複数の発光素子411は必ずしも複数の行を形成するように配置されている必要はない。照射ユニット4が備える発光素子411は1列であってもよい。照射基板40に配置する発光素子411の数や、配置態様は適宜変更可能である。
 <変形例(10)>
 画素グループのサイズは、距離画像内の位置に応じて異なっていても良い。画素グループのサイズは、中央部Rcか周辺部Reかで異なっていても良い。図24に示すように、距離画像の中央部Rcに位置する画素を構成する受光素子3111の数は3×3の9個とする一方、周辺部Reに位置する画素を構成する受光素子3111の数は5×5の25個であってもよい。中央部Rcと周辺部Reの間に位置する中間部Rmに位置する画素を構成する受光素子3111の数は4×4の16個であってもよい。距離画像の中心から離れるほど、反射光が届きにくくなる。一方、画素グループのサイズを大きくすれば、反射光の検知感度を高めることができる。上記構成によれば、距離画像内の位置に応じて測距感度が低下するおそれを低減できる。
 なお、図24中の一点鎖線の内側が中央部Rcであり、二点鎖線の外側が周辺部Reである。一点鎖線と二点鎖線で囲まれる部分が中間部Rmに相当する。図24では、距離画像を、中央部Rcと中間部Rmと周辺部Reの3つに分けた態様を例示したが、距離画像の区分設定は適宜変更可能である。距離画像は中央部Rcと周辺部Reの2つに区分されていても良いし、4つ以上に区分されていても良い。画素ごとの画素グループのサイズは、距離画像の中心からの距離に比例して増大するように設定されていてもよい。前述の通り、画素グループの設定は論理的なものであって、画素グループ同士がオーバーラップするように設定されていても良い。
 <変形例11>
 検出器311のサイズは30μmに限定されない。受光素子3111の小型化及び密集実装技術の発展に伴い、検出器311の1辺の長さは20μmや15μmであってもよい。検出器311のサイズは、アパーチャ412の配置間隔よりも小さくともよい。検出器311は、図25に示すように、受光素子3111が3×3の行列状に配置された、1辺が15μmの正方形状であってもよい。検出器311のサイズはそのままで、1つの検出器311を構成する受光素子3111の数が、25(=5×5)や36(=6×6)に変更されても良い。
 受光素子3111の高密度実装技術の発展に伴い、受光アレイ部31の縦横の長さは、それぞれ照射アレイ部41の50%~60%に設定されていても良い。つまり受光アレイ部31の面積は照射アレイ部41の25%~36%であってもよい。
 受光アレイ部31が照射アレイ部41よりも小さい構成においては、図26に示すように、受光アレイ部31と照射アレイ部41との間には、集光レンズ6Aが配置されていても良い。集光レンズ6Aは、照射アレイ部41に設けられた各アパーチャ412からの光を受光アレイ部31に集光するためのレンズである。集光レンズ6Aは、受光アレイ部31の表面に結像する光学的特性(例えば焦点距離)を有していればよい。集光レンズ6Aは、図26に示すように両凸レンズであってもよいし、図27に示すような平凸レンズであってもよい。また、集光レンズ6Aは、凸メニスカスレンズやフレネルレンズであっても良い。なお、平凸レンズは片面が平坦であって、他方が凸状に形成されているレンズを指す。凸メニスカスレンズは、片面が凸、もう片面が凹になっており、且つ、レンズ中央が周辺部よりも厚く形成されているレンズを指す。フレネルレンズは、図26や図27に例示するレンズを同心円状に分割して、レンズとしての厚みを減らしたノコギリ状の断面を持つレンズを指す。
 また、アパーチャレンズ61から受光アレイ部31に向かって出射される光の向きは、アパーチャ412に対するアパーチャレンズ61の位置によっても調整可能である。故に、集光レンズ6Aは、アパーチャレンズ61ごとの位置が微調整された受光系マイクロレンズアレイ6Xであってもよい。集光レンズ6Aは、図28に示すように照射アレイ部41の中心から離れるほど、アパーチャレンズ61を真上に位置するアパーチャ412から照射アレイ部41の中心寄りにずらして配置されている受光系マイクロレンズアレイ6Xであってもよい。
 なお、図28に示すアパーチャ412aは照射アレイ部41の中心に位置するアパーチャ412を表している。アパーチャ412b、412c、412dは、順に照射アレイ部41の中心から遠い位置にあるアパーチャ412を表している。アパーチャレンズ61a~61dは、アパーチャ412a~412dに順に対応するアパーチャレンズである。図28中の一点鎖線はアパーチャレンズ61の光軸を示している。図28中の二点鎖線はアパーチャ412の光軸を示している。アパーチャ412の光軸とは、アパーチャ412の中心を通って基板に直交する線を指す。
 照射アレイ部41(換言すれば受光系マイクロレンズアレイ6X)の中心から遠いほど、各アパーチャレンズ61のオフセット量Δrは大きく設定されている。或るアパーチャレンズ61にとってのオフセット量Δrは、当該アパーチャレンズ61の上に位置するアパーチャ412の光軸と当該アパーチャレンズ61の光軸のずれ度合いを意味する。アパーチャレンズ61dのオフセット量Δrは、アパーチャレンズ61bのオフセット量Δrよりも大きく設定されていてよい。アパーチャレンズ61aのオフセット量Δrは0に設定されうる。
 アパーチャ412に対してアパーチャレンズ61をずらす方向であるオフセット方向は、アパーチャ412から照射アレイ部41の中心に向かう方向に設定されている。集光レンズ6Aとしての受光系マイクロレンズアレイ6Xが備える個々のアパーチャレンズ61の位置は、それぞれに対応するアパーチャ412の照射アレイ部41の中心からの距離及び方向に応じて設計されている。故に、アパーチャレンズ61ごとに、オフセット量Δrとオフセット方向の少なくとも何れか一方は異なりうる。
 照射アレイ部41と受光アレイ部31の間に集光レンズ6Aが配置されている構成によれば、照射アレイ部41に対して受光アレイ部31を小さくすることが可能となる。また、別の観点においては、照射アレイ部41と受光アレイ部31の間に集光レンズ6Aが配置されている構成によれば、受光アレイ部31に対して大きい照射アレイ部41を配置可能となる。照射アレイ部41の大型化が可能となることは、個々の発光素子411の大型化が可能であることを意味する。発光素子411は大きいほど照射する光の量が大きくなるため、検出距離が伸びる。つまり、照射アレイ部41と受光アレイ部31の間に集光レンズ6Aが配置されている構成によれば、発光素子411を大型化することによって物体の検出距離を拡張可能となりうる。
 <付言(1)>
 上記の光測距装置100は、道路上を走行する多様な車両に適用可能である。本開示のシステム/装置/方法等が適用される車両は、個人によって所有されるオーナーカーであってもよいし、サービスカーであってもよい。サービスカーは、カーシェアリングサービスや車両貸し出しサービスに供される車両である。サービスカーには、タクシーや路線バス、乗り合いバスなどが含まれる。また、サービスカーは、運転手が搭乗していない、ロボットタクシー又は無人運行バスなどであってもよい。サービスカーには、広く、移動サービスを提供する車両を含めることができる。サービスカーには、荷物を所定の目的地まで自動運搬する無人配送ロボットとしての車両を含めることができる。
 <付言(2)>
 本明細書には、以下に列挙する複数の技術的思想と、それらの複数の組み合わせが開示されている。
 [技術的思想1]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための点状の開口部が複数設けられている板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられている光測距装置。
 [技術的思想2]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
 前記アパーチャモジュールにおいて前記発光素子の裏側に位置する部分には、熱伝導体(71、71a)が付加されている光測距装置。
 [技術的思想3]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
 前記開口部は、円形に設定されている光測距装置。
 [技術的思想4]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
 複数の前記開口部は、前記アパーチャモジュールにおいて千鳥配置されており、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられている光測距装置。
 [技術的思想5]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
 前記アパーチャモジュールは、金属板に前記開口部としての貫通孔が複数形成されたモジュールである光測距装置。
 [技術的思想6]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、
 複数の前記検出器の出力信号をもとに、各画素が所定方向に存在する前記ターゲットとの距離を示す距離画像を生成する画像生成部(F3)と、を備え、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
 前記検出器は複数の受光素子を含み、
 前記検出器が備える受光素子の数は、中央部と周辺部とで異なる値に設定されている光測距装置。
 [技術的思想7]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光を透過する板状部材の上に前記センシング光を照射する複数の発光素子が設けられた照射モジュール(44)と、
 前記センシング光に応答する複数の検出器が複数配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であるアパーチャアレイ(43)と、を備え、
 前記照射モジュールは、前記受光モジュールの上方において前記受光モジュールと対向配置されており、
 前記アパーチャアレイは、前記受光モジュールと前記照射モジュールの間に配置されている光測距装置。
 [技術的思想8]
 光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
 所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
 前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
 前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
 複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
 前記アパーチャモジュールにおいて前記発光素子の上側には、ガラス板が前記発光素子の上端と当接するように配置されている光測距装置。
 [技術的思想9]
 技術的思想1、3から8の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記アパーチャモジュールにおいて前記発光素子の裏側に位置する部分には、熱伝導体が付加されている光測距装置。
 [技術的思想10]
 技術的思想1から9の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記反射光を複数の前記開口部のそれぞれに集光する光学ユニット(5)を備え、
 前記光学ユニットには、前記発光素子からの前記センシング光も入力されるように構成されている光測距装置。
 [技術的思想11]
 技術的思想1から10の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部を挟むように配置されている光測距装置。
 [技術的思想12]
 技術的思想11に記載の光測距装置であって、
 前記開口部を挟む関係にある前記発光素子は、前記開口部から等しい距離に配置されている光測距装置。
 [技術的思想13]
 技術的思想1から12の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記開口部から60μm以内に少なくとも1つの前記発光素子が配置されている光測距装置。
 [技術的思想14]
 技術的思想1から13の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 複数の前記検出器は行列状に配置されており、
 複数の前記開口部は、行列状に配置された複数の前記検出器と重なる位置に配置されている光測距装置。
 [技術的思想15]
 技術的思想14に記載の光測距装置であって、
 前記発光素子は、隣り合う前記開口部の間に配置されている光測距装置。
 [技術的思想16]
 技術的思想1から15の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記開口部は千鳥配置されている光測距装置。
 [技術的思想17]
 技術的思想1から16の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記発光素子の上側又は側方には熱伝導体(71、71a、72)が付加されている光測距装置。
 [技術的思想18]
 技術的思想1から17の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記開口部の輪郭は、円形である光測距装置。
 [技術的思想19]
 技術的思想1から18の何れか1つに記載の光測距装置であって、
 前記アパーチャモジュールは、前記受光モジュールよりも大きく、
 前記アパーチャモジュールと前記受光モジュールの間には、前記アパーチャモジュールが備える複数の前記開口部からの光を前記受光モジュールに集光するレンズモジュール(6A)が配置されている光測距装置。
 <付言(3)>
 本開示に記載の装置、システム、並びにそれらの手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウェア論理回路を用いて実現されてもよい。本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。プロセッサとしては、CPUや、MPU、GPU(Graphics Processing Unit)、DFP(Data Flow Processor)などを採用可能である。制御部2が備える機能の一部又は全部は、システムオンチップ(SoC:System-on-Chip)、IC(Integrated Circuit)、及びFPGAの何れかを用いて実現されていてもよい。ICの概念には、ASICも含まれる。

Claims (17)

  1.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための点状の開口部が複数設けられている板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
     複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられている光測距装置。
  2.  請求項1に記載の光測距装置であって、
     前記反射光を複数の前記開口部のそれぞれに集光する光学ユニット(5)を備え、
     前記光学ユニットには、前記発光素子からの前記センシング光も入力されるように構成されている光測距装置。
  3.  請求項1又は2に記載の光測距装置であって、
     前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部を挟むように配置されている光測距装置。
  4.  請求項3に記載の光測距装置であって、
     前記開口部を挟む関係にある前記発光素子は、前記開口部から等しい距離に配置されている光測距装置。
  5.  請求項1又は2に記載の光測距装置であって、
     前記開口部から60μm以内に少なくとも1つの前記発光素子が配置されている光測距装置。
  6.  請求項1又は2に記載の光測距装置であって、
     複数の前記開口部は、行列状に配置されており、
     複数の前記検出器は、少なくとも1つの前記開口部と重なるように形成されている光測距装置。
  7.  請求項6に記載の光測距装置であって、
     前記発光素子は、隣り合う前記開口部の間に配置されている光測距装置。
  8.  請求項1又は2に記載の光測距装置であって、
     複数の前記開口部は、千鳥配置されている光測距装置。
  9.  請求項1に記載の光測距装置であって、
     前記発光素子の上側、裏側、又は側方には、熱伝導体(71、71a、72)が付加されている光測距装置。
  10.  請求項1に記載の光測距装置であって、
     前記開口部の輪郭は、円形である光測距装置。
  11.  請求項1に記載の光測距装置であって、
     前記アパーチャモジュールは、前記受光モジュールよりも大きく、
     前記アパーチャモジュールと前記受光モジュールの間には、前記アパーチャモジュールが備える複数の前記開口部からの光を前記受光モジュールに集光するレンズモジュール(6A)が配置されている光測距装置。
  12.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
     複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
     前記アパーチャモジュールにおいて前記発光素子の裏側に位置する部分には、熱伝導体(71、71a)が付加されている光測距装置。
  13.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
     複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
     前記開口部は、円形に設定されている光測距装置。
  14.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
     複数の前記開口部は、前記アパーチャモジュールにおいて千鳥配置されており、
     複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられている光測距装置。
  15.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、を備え、
     複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
     前記アパーチャモジュールは、金属板に前記開口部としての貫通孔が複数形成されたモジュールである光測距装置。
  16.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光に応答する複数の検出器(311)が配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記センシング光を照射する複数の発光素子(411)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であって、前記受光モジュールの上側に配置されているアパーチャモジュール(41)と、
     複数の前記検出器の出力信号をもとに、各画素が所定方向に存在する前記ターゲットとの距離を示す距離画像を生成する画像生成部(F3)と、を備え、
     複数の前記発光素子は、前記アパーチャモジュールにおいて前記開口部が設けられていない部分に設けられており、
     前記検出器は複数の受光素子を含み、
     前記検出器が備える受光素子の数は、中央部と周辺部とで異なる値に設定されている光測距装置。
  17.  光の往復時間を用いてターゲットとの距離を検出する光測距装置であって、
     所定波長を有する光であるセンシング光を透過する板状部材の上に前記センシング光を照射する複数の発光素子が設けられた照射モジュール(44)と、
     前記センシング光に応答する複数の検出器が複数配置されている板状部材である受光モジュール(31)と、
     前記ターゲットで反射された前記センシング光である反射光を前記検出器に向けて通すための複数の開口部を備える板状部材であるアパーチャアレイ(43)と、を備え、
     前記照射モジュールは、前記受光モジュールの上方において前記受光モジュールと対向配置されており、
     前記アパーチャアレイは、前記受光モジュールと前記照射モジュールの間に配置されている光測距装置。
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