JP6748143B2 - 光センサおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光センサおよびこの光センサを用いた電子機器に関する。

物体の有無を検出したり、物体までの距離を検出したりするために、光センサが広く用いられている。この種の光センサとしては、例えば、特許文献１、２等に記載されているような距離画像センサが知られている。

特許文献１に開示された距離画像センサは、複数の分割光によって対象物上に投光スポットを形成し、その投光スポットで画定された線分の傾きに基づいて距離を測定し、対象物の空間分解画像を生成する構成とされている。また、特許文献２の画像取得装置では、物体の表面形状などの三次元形状を取得するにあたり、光軸に垂直な面内方向の分解能を変更可能とすることが提案されている。

特開２０１２−４７５００号公報 特開２０１２−１３７４６９号公報

前記特許文献１に開示されるような物体の空間分解画像を生成する方法では、すべての投光スポットを駆動させて、対象空間の全範囲にわたって検出を行わなければならない。そのため、必然的に、空間走査に時間がかかってしまい、投光スポットの消費電力も大きくなるという問題点を有していた。

また、前記特許文献２に開示されるような面内方向での分解能は、検出範囲の絞り込みを可能にするものの、複数の光学素子を組み合わせた分解能可変プログラムが必要とされることから、システムが複雑化するとともに、消費電力も大きくなるといった問題点があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で分解能を向上させるとともに、低消費電力であって高速での検出が可能な光センサと、この光センサを用いた電子機器とを提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、出射方向を中心として所定の広がりを有する信号光を出射する発光素子部と、測定対象物に反射された信号光を受光する受光素子部とを備え、前記受光素子部が受光した信号光に基づいて前記測定対象物までの距離を検出する光センサを前提として、前記発光素子部に、複数の発光スポットを配列し、前記発光スポットに、前記信号光の指向角が異なる第１発光素子と第２発光素子とを含む構成としている。

この特定事項により、前記発光スポットは前記第１発光素子と前記第２発光素子とを組み合わせて構成され、異なる指向角の信号光によって細やかな検出が可能となり、構造を複雑化することなく測定対象物までの距離を短時間で検出することが可能となる。

前記光センサにおける、より具体的な構成として次のものが挙げられる。まず、前記第１発光素子および前記第２発光素子は同一平面上に配列された面発光型半導体レーザであることが好ましい。

前記面発光型半導体レーザは、増幅されたレーザ光を基板に対して垂直方向に出射する特性を有しており、このような面発光型半導体レーザによる前記第１発光素子および前記第２発光素子が同一平面上に配列されていることで、前記発光素子部における前記発光スポットの高密度化を図ることが可能となる。

また、前記構成の光センサにおいて、前記第１発光素子は前記第２発光素子よりも指向角の広い信号光を出射するものであることが好ましい。

これにより、指向角の広い前記第１発光素子と、指向角の狭い前記第２発光素子との組み合わせで効率よく短時間で空間走査を行うことが可能となり、低消費電力での検出も可能となる。

また、前記構成の光センサにおいて、前記発光素子部における信号光の出射方向には、光屈折材料が配設されていることが好ましい。

これにより、前記発光素子部から出射される信号光をより広範囲に照射して検出範囲を拡大するとともに、高精度での検出を可能にする。

また、前記構成の光センサにおいて、前記発光スポットは複数の第２発光素子を備え、前記複数の第２発光素子が密に配列された領域と疎に配列された領域とを有することが好ましい。

これにより、少なくとも第２発光素子から出射される信号光について、高密度で照射される領域を形成することができ、より分解能の高い空間走査および検出が可能となる。

また、前記構成の光センサにおいて、前記第１発光素子の駆動後に、前記第２発光素子が駆動されることが好ましい。

これにより、第１発光素子による空間走査に基づいて第２発光素子を駆動させることが可能となり、分解能をさらに高めることができる。

また、前記構成の光センサにおいて、前記受光素子部は、前記第１発光素子が出射する第１信号光または前記第２発光素子が出射する第２信号光を受光して受光信号を出力する複数の受光素子を備え、前記第１信号光の受光信号に基づいて当該第１信号光の照射範囲に出射する第２発光素子が選択されて駆動されることが好ましい。

これにより、前記発光素子部における複数の第２発光素子をすべて駆動させる必要性がなくなり、選択された第２発光素子だけを駆動すれば足りるので、省電力化を図ることが可能となる。

また、前記構成の光センサにおいて、前記受光素子部は、前記複数の受光素子のうち、前記第１信号光の受光信号に基づいて選択された前記第２発光素子の第２信号光を受光する受光素子を駆動させることが好ましい。

これにより、前記受光素子部における複数の受光素子をすべて駆動させる必要性がなくなり、選択された受光素子だけを駆動すれば足りるので、さらに省電力化を図ることが可能となる。

また、前記の目的を達成するため、本発明は、前記いずれかの構成を備えた光センサを搭載した電子機器とすることが好ましい。

これにより、分解能を向上させ、低消費電力であって検出の高速化が可能な光センサを備えた電子機器を提供することができる。

本発明では、簡易な構成で分解能を向上させるとともに、低消費電力で高速での検出が可能な光センサとすることができ、この光センサを用いることで測定対象物を高精度で検出することのできる電子機器が得られる。

本発明の実施形態１に係る光センサの光学系を模式的に示す説明図である。 前記光センサにおける発光素子部による照射範囲を示す説明図である。 前記光センサにおける第２発光素子による照射範囲を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る光センサにおける発光スポットとしての面発光型半導体レーザの構造を示す断面図である。 前記光センサにおける第１発光素子の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 前記光センサにおける第２発光素子の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 前記光センサにおける発光スポットの出射光のファーフィールドパターンを示す説明図である。 本発明の実施形態３に係る光センサの構成を示す説明図である。 前記光センサにおける発光素子部の構成を示す説明図である。 前記光センサを適用した電子機器の例を示す説明図である。 本発明の実施形態４に係る光センサにおける第１発光素子の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 前記光センサにおける第２発光素子の駆動の様子を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態５に係る光センサの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光センサ１について、図面を参照しつつ説明する。

（実施形態１）
図１〜図３は本発明の実施形態１に係る光センサ１に関し、図１は光センサ１の光学系を模式的に示す説明図、図２は光センサ１の発光素子部２による照射範囲２１３、２２３を示す説明図、図３は発光素子部２の第２発光素子２２による照射範囲２２３を示す説明図である。

光センサ１は、信号光を出射する発光素子部２と、測定対象物４に反射された信号光を受光する受光素子部３とを備えて、測定対象物４までの距離を検出する。

受光素子部３は、同一の平面上に配列された複数の発光スポット２０を備えている。信号光は、その出射方向を中心として所定の広がりを有しており、発光スポット２０には、信号光の指向角が異なる第１発光素子２１と第２発光素子２２とが含まれている。

第１発光素子２１は、第１信号光２１１を出射する。また、第２発光素子２２は、第２信号光２２１を出射する。第１発光素子２１は、第２発光素子２２よりも指向角の広い第１信号光２１１を出射する。以下では、第１発光素子２１と第２発光素子２２とを合わせて発光スポット２０というものとする。

図１に示すように、第１発光素子２１および第２発光素子２２は同一のチップ２３上に配列されている。チップ２３は、その上面が、第１信号光２１１の光軸２１２および第２信号光２２１の光軸２２２に直交する平面を構成している。チップ２３上には、複数の第１発光素子２１と複数の第２発光素子２２とが配列されている。

受光素子部３は、発光スポット２０からの第１信号光２１１または第２信号光２２１を受光して受光信号を出力する。受光素子部３は、第１信号光２１１の光軸２１２および第２信号光２２１の光軸２２２に直交する平面上に配置されている。

この光センサ１では、測定対象物４までの距離を測定する光学系において、発光スポット２０の発光を切り替えることにより空間走査の分割を行うことが可能とされる。すなわち、指向角の広い第１信号光２１１を出射する第１発光素子２１と、これよりも指向角の狭い第２信号光２２１を出射する第２発光素子２２との組み合わせによって、空間走査するように構成されている。

図１に示すように、指向角の狭い第２発光素子２２による照射範囲２２３は、照射角の広い第１発光素子２１による照射範囲２１３との重なりを有する。また、一つの第１発光素子２１の照射範囲２１３の内側には、複数の第２発光素子２２による照射範囲２２３が包含されている。このような光学系においては、指向角の広い第１発光素子２１による粗い測定と、指向角の狭い第２発光素子２２による細かい測定とを組み合わせ、第１発光素子２１と第２発光素子２２とが順次駆動されることによって空間走査がなされる。

照射範囲２１３、２２３に着目すると、例えば図２に示すように、一つの第１発光素子２１の照射範囲２１３には、４つの第２発光素子２２による照射範囲２２３が含まれている。図３は、図２と同様の配置形態による第２発光素子２２の照射範囲２２３だけを示した説明図である。

仮に、第２発光素子２２だけを駆動させて測定対象物４を検出する場合について説明する。図３において、１２番目の照射範囲２２３に存在する測定対象物４を見つけるためには、第２発光素子２２を１番目から順に、合計で１２回、発光させて測定対象物４を検出する必要がある。この場合、複数の第２発光素子２２を順番に駆動させていくので、測定対象物４を検出するまでに相当の時間がかかるというデメリットがある。

これに対し、本実施形態に係る光センサ１では、図２に示すように、まず指向角の広い第１発光素子２１を駆動させて、照射範囲２１３の１番目から４番目まで順に空間走査する。これにより、指向角の広い第１発光素子２１による粗い測定をし、測定対象物４の場所を低分解能で特定する。その後、指向角の狭い第２発光素子２２を駆動させ、測定対象物４についてのより細かい検出を行う構成とされている。

図２に示すように、６番目の照射範囲２２３に測定対象物４が存在する場合、第１発光素子２１によって、１番目から４番目までの照射範囲２１３に第１信号光２１１が出射され、測定対象物４が４番目の照射範囲２１３に存在することが特定される。

次いで、４番目の照射範囲２１３に対応する第２信号光２２１を出射する特定の第２発光素子２２を駆動する。第２発光素子２２により、図中の５番目、６番目と、順に照射範囲２２３を走査する。第２発光素子２２が第２信号光２２１を出射し、６番目の照射範囲２２３が照射されると、測定対象物４に第２信号光２２１が反射され、受光素子部３にてその反射光が受光される。受光素子部３は、第２信号光２２１を受光して受光信号を出力する。これにより、６番目の照射範囲２２３において測定対象物４が検出される。

図３に示した例では、測定対象物４を検出するまでに合計１２回発光させることが必要とされた。これに対して、本実施形態に係る光センサ１の図２に示す例では、合計６回の発光で測定対象物４を検出することができ、測定対象物４を検出するまでの時間が大幅に短縮されることがわかる。

光センサ１は、受光素子部３が出力した受光信号に基づいて、測定対象物４までの距離を算出する図示しない算出部を備えている。発光素子部２における発光スポット２０の発光タイミングと、受光素子部３が第１信号光２１１または第２信号光２２１を受光する受光タイミングとは、測定対象物４までの距離に依存する時間差を有しており、この時間差はパルス光が測定対象物４に反射されて受光素子部３に受光されるまでに要する時間に対応している。光センサ１における算出部は、これらの発光タイミングと受光タイミングとの時間差等に基づいて、測定対象物４までの距離を算出することができる。

このように、本実施形態に係る光センサ１においては、異なる指向角の第１発光素子２１と第２発光素子２２とを組み合わせて駆動させることで、発光素子部２に備えられたすべての発光スポット２０を用いて空間走査する必要性がなく、少ない発光回数で測定対象物４までの距離を特定することが可能となる。これにより、第１発光素子２１と第２発光素子２２とを組み合わせるといった簡易な駆動システム構成で測定対象物４を検出することが可能となり、検出の高速化と低消費電力での検出が可能となる。

なお、受光素子部３には、受光素子としてアバランシェフォトダイオードが用いられ、特に、単一光子の入射でアバランシェ現象を起こし大きな出力電流を得られる単一光子アバランシェフォトダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅ：以下ＳＰＡＤという。）を用いることが好ましい。これによって、ｐｓオーダーの分解能での距離検出が可能となる。

また、受光素子部３の受光素子としてのＳＰＡＤには、直接発光パルスを受ける基準用のものと、測定対象物４からの反射光を受ける信号用のものとの２種類の受光素子を設けることが好ましい。例えばＴＤＣ回路により双方の信号検出時間ずれを検出して、２０ｎｓの一定時間内に受光した信号光をヒストグラム回路にてヒストグラム化し、測定対象物４との距離を算出し、出力することが可能となる。

（実施形態２）
図４〜図７は、実施形態２に係る光センサ１に関し、図４は発光スポット２０の一例を示す断面図、図５は第１発光素子２１の駆動の様子を模式的に示す説明図、図６は第２発光素子２２の駆動の様子を模式的に示す説明図、図７は発光スポット２０の出射光のファーフィールドパターンを示す説明図である。

なお、以下に説明する実施形態２〜５に係る光センサ１は、基本構成において実施形態１と共通するものであることから、共通する構成については共通符号を用いてその詳細な説明を省略している。

発光スポット２０としての複数の第１発光素子２１および複数の第２発光素子２２は、図４に示すような面発光型半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：以下ＶＣＳＥＬ５という。）により構成されることが好ましい。ＶＣＳＥＬ５は、活性領域に注入される電流の効率を高めるための電流狭窄機能と、活性領域で発生された光を効率よく閉じ込めるための光閉じ込め機能とを有する。

好ましい形態としては、メサ構造を有する選択酸化型の筒状ＶＣＳＥＬが挙げられ、メサ側面からＡｌ組成の高い半導体層を選択的に酸化して、酸化領域によって囲まれた導電領域（酸化アパーチャー）が電流狭窄および光閉じ込めに寄与する構成とされる。

例えば、ＶＣＳＥＬ５は、図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓの基板５０１の下面にｎ側電極５０２を含み、さらに基板５０１上には、ｎ型のＧａＡｓバッファ層５０３、Ａｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓを対にした半導体多層膜からなるｎ型の下部ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ型反射鏡）５０４、活性領域５０５、Ａｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓの対にした半導体多層膜からなるｐ型の上部ＤＢＲ５０６を備えた半導体層が積層されている。上部ＤＢＲ５０６の一部には、ｐ型のＡｌＡｓからなる酸化層５０７が形成されている。

レーザ光の発光部であるポスト５０８は、活性領域５０５を挟むように下部ＤＢＲ５０４と上部ＤＢＲ５０６との共振器構造を含む。酸化層５０７に形成される導電領域は、酸化アパーチャーと呼ばれる。ポスト５０８の頂部は絶縁膜５０９が一部除去され、ｐ型の円形状の上部電極５１０が形成されている。上部電極５１０の中央には、レーザ光の出射領域を規定する円形状の開口５１１が径Ｄｗにより形成されている。これにより、ＶＣＳＥＬ５は、基板５０１上に活性領域５０５を挟んで垂直共振器を形成しており、増幅されたレーザ光を基板５０１と垂直方向に出射する。

光センサ１において、発光スポット２０は、ポスト径Ｄｍに対して、酸化層５０７の酸化アパーチャー径Ｄａが適宜選択されることよって、第１発光素子２１および第２発光素子２２が構成されている。例えば、酸化アパーチャー径Ｄａが２４μｍであるなどの大きい径であるとき、指向角の広い第１発光素子２１として適用できる。また、例えば酸化アパーチャー径Ｄａが８．５μｍであるなどの小さい径であるとき、指向角の狭い第２発光素子２２として適用できる。

これにより、図５および図６に示すように、指向角の広い第１発光素子２１と、指向角の狭い第２発光素子２２とを、発光素子部２の同一チップ２３上に共に備えさせることができ、発光スポット２０の高密度化を図ることができる。その結果、光センサ１として発光スポット２０を小型化することが可能となり、照射範囲２１３、２２３の誤差や特性誤差を軽減することも可能となる。

光センサ１において、第１発光素子２１および第２発光素子２２は、同時駆動される構成であってもよい。例えば、図５に示すように、複数の第１発光素子２１を同時駆動することによって、特定の第１発光素子２１が出射した第１信号光２１１が受光素子部３に受光されて、受光信号を出力するものとなる。また、図６に示すように、複数の第２発光素子２２を同時駆動することで、第２信号光２２１が受光素子部３に受光され、受光信号を出力することで測定対象物４が特定される。

ＶＣＳＥＬ５におけるアパーチャー径Ｄａが大きいと、駆動電流が増大してマルチモードとなり指向角が広がるものの、照射範囲２１３の周囲と中心との反射率の差によって光軸２１２上の発光量が落ちることが懸念される。しかしながら、図７に示すように、第１発光素子２１と第２発光素子２２の同時駆動によれば、第１発光素子２１によって、ガウス分布型の強度分布（ファーフィールドパターン：以下ＦＦＰという。）に、複数のピークを有するマルチモード（破線）が得られるとともに、第２発光素子２２によって、１つのピークを有するシングルモード（実線）が照射範囲２１３に均等に得られるものとなる。

したがって、指向角が広い第１発光素子２１と、指向角が狭い複数の第２発光素子２２とを組み合わせていることで、ＦＦＰの強度分布を均等に形成することが可能となる。また、第１発光素子２１による広視野角での空間走査時にマルチモードでの検出精度を高めることが可能となり、さらに、第２発光素子２２による狭視野角での検出精度も高めることが可能となる。

（実施形態３）
図８および図９は、実施形態３に係る光センサ１の構成を示す説明図であり、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、光センサ１を適用した電子機器の例を示す説明図である。この形態に係る光センサ１では、発光素子部２に備えられた発光スポット２０が、光屈折材料６を介して測定対象物４に光照射するように構成されている。

第１発光素子２１および第２発光素子２２は、前記のとおりＶＣＳＥＬ５により構成され、基板５０１上に活性領域５０５を挟んで形成された垂直共振器を有し、増幅されたレーザ光を基板５０１に対して垂直方向に出射する特性を有する。

光屈折材料６は、例えば、発光スポット２０の第２発光素子２２の光軸２２２に対して直交し、第２信号光２２１の出射面であるチップ２３に対向するように配置されている。光屈折材料６は、図８に示すように、例えば第２発光素子２２から出射された第２信号光２２１を透過して拡散させる。また、光屈折材料６は、ランダム拡散光ではなく角度依存性のある拡散光を生成可能な光学部材であり、第２発光素子２２から発せられる第２信号光２２１が光屈折材料６を通過する際の光量損失を抑制することができる。

光屈折材料６には、例えば特定の回折パターンを形成し得る回折光学素子（ＤＯＥ）やレンズ（マイクロレンズ）を用いることができる。第２信号光２２１は、光屈折材料６で複数の分割光となされて発光領域を拡張することが可能となる。これによって、第２発光素子２２の走査領域が拡げられる。なお、発光スポット２０の第１発光素子２１においても同様に、発光領域を拡張することが可能となる。したがって、光センサ１において、発光スポット２０の高密度化を実現するとともに、発光スポット２０による空間走査の対象範囲を拡張することが可能となる。

加えて、より好ましい形態として、図９に示すような構成とすることが挙げられる。この場合、発光スポット２０として、複数の第１発光素子２１と複数の第２発光素子２２とが配設された発光素子部２において、複数の第１発光素子２１は均等に配設されているのに対して、第２発光素子２２ついては、第２発光素子２２の配列数が多い領域と、配列数が少ない領域とが設けられている。

発光素子部２は、複数の第２発光素子２２が互いに近接して密に配設された領域を有することによって、光屈折材料６を介して分割された第２信号光２２１が高密度で照射される密領域６１と、比較的分散して第２信号光２２１が照射される疎領域６２を形成することができ、より分解能の高い検出が可能となる。したがって、発光素子部２において、第１発光素子２１は均等の角度での検出が可能であるので外乱光等の背景成分を把握することができるとともに、第２発光素子２２は測定対象物４を詳細に検出するものとすることできる。

このような構成を有する光センサ１を適用した電子機器１０として、スマートフォン等の携帯端末が挙げられる。この場合、図１０（ａ）に示すように、発光スポット２０の中心付近に第２発光素子２２による第２信号光２２１の密領域６１を配置することが好ましい。これにより、第２信号光２２１が高密度で照射される中心付近の分解能を高めることができ、例えば顔認証用途やカメラフォーカス用途に適したものとすることができる。

また、図１０（ｂ）に示すように、電子機器１０としてロボット掃除機に光センサ１を適用した場合、床面１０１付近を照射する第２信号光２２１に密領域６１を設けることで、床面１０１付近の分解能を高めることができ、例えば床面１０１の段差検出精度を向上させることができる。

（実施形態４）
図１１および図１２は、実施形態４に係る光センサ１の構成を示す説明図である。この形態に係る光センサ１では、発光素子部２と受光素子部３との対応づけを含む構成とされている。

受光素子部３には複数の受光素子３１が備えられており、受光素子３１としてＳＰＡＤが用いられている。この場合、ＳＰＡＤの有効径は８μｍ〜１０μｍで構成されて、多数の受光素子３１を受光素子部３に配置することが可能とされている。これらの受光素子３１は、発光素子部２において順次駆動する発光スポット２０に対応づけて配列されている。

例えば、発光素子部２における１つの第１発光素子２１に対して、受光素子部３の複数の受光素子３１とが対応づけられている。また、発光素子部２における複数の第２発光素子２２と、受光素子部３の複数の受光素子３１とは、１対１で対応づけられている。

図１１に示すように、異なる２つの測定対象物４が互いに離れて存在する場合の空間走査について説明する。発光素子部２における、いずれかの第１発光素子２１により出射されて、２つの測定対象物４に反射された第１信号光２１１は、受光素子部３にて受光される。受光素子部３では、受光した第１信号光２１１を出射した第１発光素子２１に、対応づけられている複数の受光素子３１において第１信号光２１１を受光し、第１受光信号を出力する。これにより、２つの測定対象物４による角度分布が把握される。

次いで、図１２に示すように、受光素子部３が出力した第１受光信号に基づいて、対応する複数の第２発光素子２２が駆動される。第２発光素子２２による第２信号光２２１は、一方の測定対象物４に反射され、この第２発光素子２２に対応づけられた受光素子３１にて受光される。同様に、他方の測定対象物４においても第２信号光２２１が反射され、これに対応づけられた受光素子３１にて受光される。

このように、複数の測定対象物４に反射された第２信号光２２１は、互いに影響し合うことなく、対応づけられた受光素子３１に受光され、これらの測定対象物４を高精度に短時間で検出することが可能となる。

仮に、発光素子部２と受光素子部３とに対応づけを有しない構成であると、第２発光素子２２を順次駆動させたときに一方の測定対象物４だけを検出して空間走査が完了するおそれがある。これに対し、本実施形態では、受光素子部３が出力した第１受光信号に基づいて、測定対象物４の角度分布をフィードバックし、駆動させる第２発光素子２２を絞り込むことが可能とされる。そして、選択された第２発光素子２２が第２信号光２２１を出射することによって、複数の測定対象物４を短時間で検出することが可能となる。このように、発光素子部２では、すべての第２発光素子２２を駆動させる必要性がなくなり、選択された第２発光素子２２だけを駆動させることで足りるので、さらなる省電力化を図ることも可能となる。

（実施形態５）
図１３は、実施形態５に係る光センサ１の構成を示す説明図である。この形態に係る光センサ１では、実施形態４に示した構成に加えて、受光素子部３において駆動させる受光素子３１についても絞り込みを行うように構成されている。

前記のとおり、第１発光素子２１の駆動によって測定対象物４を大まかに特定し、駆動する第２発光素子２２が選択される。本実施形態では、さらに、受光素子部３において駆動させる受光素子３１を、選択された第２発光素子２２と対応づけを有する受光素子３１に限定している。

図１３では、第２発光素子２２を駆動する際に、受光素子部３において駆動させる限定された受光素子３１を斜線にて示している。すなわち、受光素子部３では、複数の受光素子３１のうち、選択された第２発光素子２２に対応づけられた、１つの受光素子３１だけを駆動している。斜線で示された受光素子３１は駆動され、その他の受光素子３１については駆動させていない。

すべての受光素子３１を駆動させて空間走査すると、背景等の外乱ノイズの影響を受けやすく、測定対象物４の検出精度が低下するおそれがあるが、本実施形態のように、発光素子部２と受光素子部３とを対応づけて対象範囲を絞り込むことで検出精度を向上させることができる。また、光センサ１における空間走査時に、第２発光素子２２と同時に駆動させる受光素子３１の数を減らすことで、より一層、省電力化を図ることができる。したがって、検出精度を高く保持したまま、低消費電力での高速な空間走査が可能となる。

以上説明したように、本発明に係る光センサ１および電子機器１０においては、第１発光素子２１と第２発光素子２２とを組み合わせた空間走査による簡易な構成で分解能を向上させることができ、検出の高速化と低消費電力での検出が可能となる。

なお、本発明に係る光センサ１および電子機器１０は、前記各実施形態に示す構成に限定されるものではなく、請求項に記載された範囲での種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、発光素子部２における発光スポット２０の構成は前記実施形態に示したものに限定されず、さらに多くの第１発光素子２１および第２発光素子２２の組み合わせによって、高精度であって高速かつ低消費電力の空間走査を行う構成とされてもよい。そのため、前記実施形態は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。

本発明は、空間走査を行う光センサおよびこれを備えた電子機器に好適に利用可能である。

１ 光センサ
２ 発光素子部
２０ 発光スポット
２１ 第１発光素子
２１１ 第１信号光
２１２ 光軸
２１３ 照射範囲
２２ 第２発光素子
２２１ 第２信号光
２２２ 光軸
２２３ 照射範囲
２３ チップ
３ 受光素子部
３１ 受光素子
４ 測定対象物
５ ＶＣＳＥＬ
６ 光屈折材料
６１ 密領域
６２ 疎領域
１０ 電子機器

Claims (8)

1. 出射方向を中心として所定の広がりを有する信号光を出射する発光素子部と、測定対象物に反射された信号光を受光する受光素子部とを備え、前記受光素子部が受光した信号光に基づいて前記測定対象物までの距離を検出する光センサであって、
   前記発光素子部には複数の発光スポットが配列され、前記発光スポットは、少なくとも、前記信号光の指向角が異なる一つの第１発光素子と複数の第２発光素子とを含み、
   前記第１発光素子は前記第２発光素子よりも指向角の広い信号光を出射する面発光型半導体レーザであり、
   前記一つの第１発光素子の照射範囲には、前記複数の第２発光素子による照射範囲が包含されていることを特徴とする光センサ。
2. 請求項１に記載の光センサにおいて、
   前記第１発光素子および前記第２発光素子は同一平面上に配列されたことを特徴とする光センサ。
3. 請求項１または２に記載の光センサにおいて、
   前記発光素子部における信号光の出射方向には、光屈折材料が配設されていることを特徴とする光センサ。
4. 請求項３に記載の光センサにおいて、
   前記発光スポットは、前記複数の第２発光素子が密に配列された領域と疎に配列された領域とを有することを特徴とする光センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光センサにおいて、
   前記第１発光素子の駆動後に、前記第２発光素子が駆動されることを特徴とする光センサ。
6. 請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の光センサにおいて、
   前記受光素子部は、前記第１発光素子が出射する第１信号光または前記第２発光素子が出射する第２信号光を受光して受光信号を出力する複数の受光素子を備え、前記第１信号光の受光信号に基づいて当該第１信号光の照射範囲に出射する第２発光素子が選択されて駆動されることを特徴とする光センサ。
7. 請求項６に記載の光センサにおいて、
   前記受光素子部は、前記複数の受光素子のうち、前記第１信号光の受光信号に基づいて選択された前記第２発光素子の第２信号光を受光する受光素子を駆動させることを特徴とする光センサ。
8. 請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の光センサを備えることを特徴とする電子機器。

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