距离测定装置、存储介质及距离测定方法与流程

1.本发明涉及一种距离测定装置、存储介质及距离测定方法。


背景技术：

2.在专利文献1中提出了一种距离测定装置，其具备：受光部，具有多个像素；基准时间测量部，连接在与所述多个像素中的特定像素连接的基准信号线上，测量从对发光部的第1发光控制的第1发光定时到所述特定像素中的受光定时为止的基准时间值；时间测量部，连接在与所述特定像素连接的信号主线上，测量从所述第1发光定时到所述受光定时为止的规定的时间值；及校正处理部，根据所述基准时间值和所述规定的时间值，计算并存储对所述信号主线的校正值，其中，所述距离测定装置构成为，根据所存储的所述校正值，响应于对所述发光部的第2发光控制，校正从所述特定像素经由所述信号主线输出的信号的延迟。
3.具体而言，即使在相同距离的测定对象物上反射并接收相同发光定时的光，用传感器阵列的各像素计算的距离也会由于与各像素连接的信号线的物理上的差异等而产生差异。因此，为了校正该像素之间的差异，提出了以某一像素中的输出值为基准，以使其他像素中的输出值与基准一致的方式，对来自传感器的输出信号进行校正的技术。
4.专利文献1：日本特开2020-148682号公报
5.在具备多个发光元件的发光部中，由于驱动条件或温度条件等外在因素或个体差、经时变化，各发光元件的发光定时产生偏差。在产生这样的发光部的发光定时的偏差的情况下，若在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离，则在区域之间产生依赖于发光定时的偏差的距离差。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的在于提供一种距离测定装置、存储介质及距离测定方法，能够校正在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差。
7.为了实现上述目的，第1方式所涉及的距离测定装置包括：发光部，具备多个发光元件，且能够在多个区域独立地驱动；受光部，具备多个受光元件，所述多个受光元件接收从所述发光部向对象物发射的光的反射光；整形部，使在所述受光部上产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部；测定部，根据所述受光部接收到的波形与所述发光部的波形之差，测定到所述对象物为止的距离；及校正部，使用由所述测定部测定的所述重叠部中的距离测定值，校正所述反射光的相邻的所述区域之间的距离差。
8.第2方式所涉及的距离测定装置在第1方式所涉及的距离测定装置中，所述整形部对从所述发光部发射的光进行整形，以使在所述受光部上产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部。
9.第3方式所涉及的距离测定装置在第2方式所涉及的距离测定装置中，所述整形部
具备透镜，通过使所述透镜的焦距的位置从所述发光部的位置偏移，产生所述重叠部。
10.第4方式所涉及的距离测定装置在第3方式所涉及的距离测定装置中，所述透镜包括多个透镜，通过使所述多个透镜的合成焦距的位置从所述发光部的位置偏移，产生所述重叠部。
11.第5方式所涉及的距离测定装置在第3方式或第4方式所涉及的距离测定装置中，所述整形部通过使所述发光部的位置从所述焦距的位置向透镜侧偏移，产生所述重叠部。
12.第6方式所涉及的距离测定装置在第1方式所涉及的距离测定装置中，所述整形部使在所述反射光的受光相邻的所述区域的一部分产生重叠的所述重叠部。
13.第7方式所涉及的距离测定装置在第6方式所涉及的距离测定装置中，所述整形部在所述反射光的受光相邻的所述区域的一部分且利用从所述发光元件发射的光产生重叠的所述重叠部，所述发光元件位于远离向所述发光部的各区域发送信号的配线部与所述发光部的结合部的位置。
14.第8方式所涉及的距离测定装置在第1方式所涉及的距离测定装置中，所述整形部通过使相邻的所述区域在被视为一个数据的所述受光部的受光区域接收光来产生所述重叠部，所述校正部通过使由所述受光区域接收到的其中一个所述区域中的距离测定值与另一个所述区域的距离测定值一致来校正所述距离差。
15.第9方式所涉及的距离测定装置在第1方式至第8方式中任一方式所涉及的距离测定装置中，在装置内还包括用于测定距离基准的距离基准部。
16.第10方式所涉及的距离测定装置在第9方式所涉及的距离测定装置中，所述距离基准部设置在盖玻璃的一部分区域。
17.第11方式所涉及的距离测定装置在第1方式至第10方式中任一方式所涉及的距离测定装置中，所述校正部通过校正所述发光部的发光及所述受光部的受光的至少一个，校正所述距离差。
18.第12方式所涉及的距离测定装置还包括异常确定部，所述异常确定部确定可能发生异常的区域，所述校正部以没有异常的所述区域为基准进行校正。
19.第13方式所涉及的距离测定装置在第1方式至第12方式中任一方式所涉及的距离测定装置中，在与重叠部对应的所述发光元件为多个的情况下，所述校正部计算平均值作为所述重叠部中的所述距离测定值来进行校正。
20.第14方式所涉及的存储介质存储有用于使计算机作为上述距离测定装置的所述测定部及所述校正部发挥作用的距离测定程序。
21.第15方式所涉及的距离测定方法包括如下步骤：在多个区域独立地驱动具备多个发光元件的发光部；接收从所述发光部向对象物发射的光的反射光；使产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部；根据接收到的波形与所述发光部的波形之差，测定到所述对象物为止的距离；及使用所述重叠部中的距离测定值，校正所述反射光的相邻的所述区域之间的距离差。
22.发明效果
23.根据第1方式，能够提供一种能够校正在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差的距离测定装置。
24.根据第2方式，能够不使用特殊的光源而在受光部上产生重叠部。
25.根据第3方式，与使用特殊的光源的情况相比，能够容易地产生重叠部。
26.根据第4方式，与用1片透镜产生重叠部相比，能够高精度地产生重叠部。
27.根据第5方式，与使发光部的位置从透镜的焦距的位置向与透镜相反的一侧偏移相比，能够使装置小型化。
28.根据第6方式，能够导出在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差。
29.根据第7方式，与利用从靠近结合部的位置的发光元件发射的光产生重叠部相比，能够在误差变大的位置进行校正。
30.根据第8方式，能够导出在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差。
31.根据第9方式，与没有距离基准的情况相比，能够进行准确的校正。
32.根据第10方式，能够在现有的结构中设置距离基准部。
33.根据第11方式，能够校正在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差。
34.根据第12方式，与以任意区域为基准进行校正相比，能够准确地进行校正。
35.根据第13方式，能够考虑与重叠部对应的多个发光元件的误差而进行校正。
36.根据第14方式，能够提供一种存储能够校正在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差的距离测定程序的存储介质。
37.根据第15方式，能够提供一种能够校正在多个区域独立地驱动发光元件来测定到对象物为止的距离时的区域之间产生的距离差的距离测定方法。
附图说明
38.根据以下附图，对本发明的实施方式进行详细叙述。
39.图1是表示第1实施方式所涉及的测量装置的结构的概略结构图；
40.图2是表示测量装置的电气系统的主要部分结构的框图；
41.图3是光源的俯视图；
42.图4是用于对发光区段进行说明的图；
43.图5是测量装置的电路图；
44.图6是3d传感器的俯视图；
45.图7的(a)是表示第1实施方式所涉及的光学装置的图，图7的(b)是表示发光部、透镜的焦距及发光部的位置的图；
46.图8是表示重叠部的产生条件的图；
47.图9是表示由第1实施方式所涉及的测量装置的控制部执行的校准处理的流程的流程图；
48.图10是表示发光区段的基准及测定顺序的一例的图；
49.图11是表示第2实施方式所涉及的光学装置的图；
50.图12是表示在第3实施方式所涉及的光学装置中，以使相邻的发光区段一部分vcsel重叠的方式产生重叠部的一例(使从靠近栅极电极的vcsel照射的光重叠)的图；
51.图13是表示在第3实施方式所涉及的光学装置中，以使相邻的发光区段一部分
vcsel重叠的方式产生重叠部的一例(使从远离栅极电极的vcsel照射的光重叠)的图；
52.图14是表示在第3实施方式所涉及的光学装置中，在各发光区段中的角部使从相邻的部分的vcsel照射的光重叠的例子的图；
53.图15是用于说明第4实施方式所涉及的光学装置的图。
54.符号说明
55.1-测量装置，3-光学装置，4-发光装置，5-3d传感器，8-控制部，16b-区段对应表，16c-校准程序，20-光源，24-发光区段，26-受光区段，40-距离基准部，90-栅极电极，vcsel-垂直谐振器面发光激光元件，pd-受光元件，t-重叠部。
具体实施方式
56.以下，参考附图对公开的技术所涉及的实施方式的一例详细地进行说明。
57.＜第1实施方式＞
58.测量被测量物的三维形状的测量装置包括根据光的飞行时间的所谓的tof(time of flight：飞行时间)法测量三维形状的装置。在tof法中，测量从测量装置的光源射出光的定时到所照射的光由被测量物反射并由测量装置的三维传感器(以下，标记为3d传感器。)接收的定时为止的时间，测定到被测量物为止的距离，由此确定三维形状。另外，将测量三维形状的对象标记为被测量物。被测量物与对象物的一例对应。并且，有时将测量三维形状标记为三维测量、3d测量或3d感测。
59.tof法包括直接法及相位差法(间接法)。直接法是对被测量物照射仅在极短时间发光的脉冲光，并实际测量到该光返回为止的时间的方法。相位差法是使脉冲光周期性地闪烁，检测多个脉冲光在与被测量物之间往复时的时间延迟作为相位差的方法。在本实施方式中，对通过相位差法测量三维形状的情况进行说明。
60.这样的测量装置搭载在便携式信息处理装置等中，用于希望访问的用户的脸部认证等。以往，在便携式信息处理装置等中，使用通过密码、指纹、虹膜等来认证用户的方法。近年来，要求安全性更高的认证方法。因此，在便携式信息处理装置上搭载测量三维形状的测量装置。即，进行如下：获取所访问的用户的脸部的三维像，识别是否允许访问，仅在认证为允许访问的用户的情况下，允许使用本装置(便携式信息处理装置)。
61.并且，这样的测量装置还适用于增强现实(ar：augmented reality)等持续地测量被测量物的三维形状的情况。
62.在以下说明的本实施方式中说明的结构、功能、方法等不仅适用于脸部认证或增强现实，也适用于其他被测量物的三维形状的测量。
63.(测量装置1)
64.图1是对测量三维形状的测量装置1的结构的一例进行说明的框图。
65.测量装置1具备光学装置3和控制部8。控制部8控制光学装置3。并且，控制部8包括确定被测量物的三维形状的三维形状确定部81。另外，测量装置1是距离测定装置的一例。并且，控制部8是测定部及校正部的一例。
66.图2是表示控制部8的硬件结构的框图。如图2所示，控制部8具备控制器12。控制器12具备cpu(central processing unit：中央处理器)12a、rom(read only memory：只读存储器)12b、ram(random access memory：随机存取存储器)12c及输入输出接口(i/o)12d。并
且，cpu12a、rom12b、ram12c及i/o12d经由系统总线12e分别连接。系统总线12e包括控制总线、地址总线及数据总线。
67.并且，通信部14及存储部16与i/o12d连接。
68.通信部14是用于与外部装置进行数据通信的接口。
69.存储部16由闪存rom等非易失性的可重写的存储器等构成，存储后述的校准程序16a、测量程序16b及后述的区段对应表16c等。cpu12a通过将存储在存储部16中的校准程序16a读入ram12c并执行，从而进行光学装置3的校准。并且，通过将存储在存储部16中的测量程序16b读入ram12c并执行，构成三维形状确定部81，确定被测量物的三维形状。另外，校准程序16a是距离测定程序的一例。
70.光学装置3具备发光装置4和3d传感器5。发光装置4具备配线基板10、散热基材100、光源20、驱动部50、保持部60及电容器(capacitor)70a、70b。而且，为了使驱动部50动作，发光装置4也可以具备电阻元件6、电容器7等无源元件。在此，分别具备2个电阻元件6、电容器7。并且，虽然标记了2个电容器70a、70b，但也可以是1个。另外，在不区分电容器70a、70b的情况下，标记为电容器70。而且，电阻元件6及电容器7可以分别是1个，也可以是多个。在此，有时将光源20、驱动部50及电容器70以外的3d传感器5、电阻元件6、电容器7等电气部件不分别区分而标记为电路部件。另外，电容器有时称为condenser(电容器)。光源20是发光部的一例，3d传感器5是受光部的一例。
71.发光装置4的散热基材100、驱动部50、电阻元件6及电容器7设置在配线基板10的表面上。另外，在图1中，3d传感器5未设置在配线基板10的表面上，但也可以设置在配线基板10的表面上。
72.光源20、电容器70a、70b及保持部60设置在散热基材100的表面上。在此，表面是指图1的纸面的正面侧。更具体而言，在配线基板10中，将设置有散热基材100的一侧称为表面、表侧或表面侧。并且，在散热基材100中，将设置有光源20的一侧称为表面、表侧或表面侧。
73.光源20构成为二维地配置有多个发光元件的发光元件阵列(参考后述的图3)。作为一例，发光元件是垂直谐振器面发光激光元件vcsel(vertical cavity surface emitting laser：垂直腔面发射激光器)。以下，假设发光元件为垂直谐振器面发光激光元件vcsel进行说明。由于光源20设置在散热基材100的表面上，因此光源20相对于散热基材100的表面垂直地向远离散热基材100的方向射出光。即，发光元件阵列是面发光激光元件阵列。另外，光源20中的多个发光元件二维地配置，有时将射出光的光源20的面标记为出射面。
74.在光源20的光出射侧设置有作为整形部的一例的照射光学系统30，从光源20射出的光经由照射光学系统30照射到被测量物。照射光学系统30例如由1个以上的透镜构成。另外，照射光学系统30也可以使光扩散而射出。
75.在通过tof法进行三维测量的情况下，要求光源20通过驱动部50射出例如100mhz以上且上升时间为1ns以下的脉冲光(以下，标记为出射光脉冲。)。另外，在以脸部认证为例的情况下，光照射的距离为10cm左右到1m左右。并且，光照射的范围为1m见方左右。另外，将光照射的距离标记为测量距离，将光照射的范围标记为照射范围或测量范围。并且，将在照射范围或测量范围内虚拟地设置的面标记为照射面。另外，除了脸部认证以外的情况等，到
被测量物为止的测量距离及对被测量物的照射范围也可以是上述以外的范围。
76.3d传感器5具备多个受光元件，例如，640
×
480个受光元件，输出相当于从光源20射出光的定时到由3d传感器5接收的定时为止的时间的信号。并且，3d传感器5具备聚光光学系统31，经由聚光光学系统31入射光。
77.例如，3d传感器5的各受光元件接收相对于来自光源20的出射光脉冲的来自被测量物的脉冲状的反射光(以下，标记为受光脉冲。)，并按每个受光元件积蓄与受光为止的时间对应的电荷。3d传感器5构成为各受光元件具备2个栅极和与它们对应的电荷积蓄部的cmos结构的器件。并且，通过对2个栅极交替地施加脉冲，将所产生的光电子向2个电荷积蓄部的任一个高速传送。在2个电荷积蓄部中积蓄与出射光脉冲和受光脉冲的相位差对应的电荷。并且，3d传感器5经由ad转换器向每个受光元件输出与出射光脉冲和受光脉冲的相位差对应的数字值作为信号。即，3d传感器5输出相当于与从光源20射出光的定时到由3d传感器5接收的定时为止的时间的信号。即，从3d传感器5获取与被测量物的三维形状对应的信号。另外，ad转换器可以设置在3d传感器5中，也可以设置在3d传感器5的外部。
78.如以上说明，测量装置1使光源20射出的光扩散而照射到被测量物，由3d传感器5接收来自被测量物的反射光。如此，测量装置1测量被测量物的三维形状。
79.首先，对构成发光装置4的光源20、照射光学系统30、驱动部50及电容器70a、70b进行说明。
80.(光源20的结构)
81.图3是光源20的俯视图。光源20通过将多个vcsel配置成二维的阵列状而构成。即，光源20构成为将vcsel作为发光元件的发光元件阵列。将纸面的右方向设为x方向，将纸面的上方向设为y方向。
82.将与x方向及y方向正交的方向设为z方向。另外，光源20的表面是指纸面的正面侧，即+z方向侧的面，光源20的背面是指纸面的背面侧，即-z方向侧的面。光源20的俯视图是从表面侧观察光源20的图。
83.进一步进行说明，在光源20中，将形成有作为发光层(后述的活性区域)发挥作用的外延层的一侧称为光源20的表面、表侧或表面侧。
84.vcsel是一种发光元件，在层叠在半导体基板200上的下部多层膜反射镜与上部多层膜反射镜之间设置成为发光区域的活性区域，使激光沿相对于表面垂直的方向射出。由此，vcsel与使用端面出射型的激光器的情况相比，容易进行二维的阵列化。作为一例，光源20所具备的vcsel的数量为100个～1000个。另外，多个vcsel彼此并联连接，并联驱动。上述vcsel的数量为一例，可以根据测量距离或照射范围来设定。
85.并且，光源20在多个区域独立地驱动。例如，如图4所示，被区划为多个发光区段24，按每个发光区段驱动。在图4的例子中，如虚线所示，被区划为4
×
3的12个发光区段24
11
～24
34
，但发光区段的数量并不限于此。另外，在不特别区分发光区段的情况下，简称为发光区段24。并且，在图4的例子中，在1个发光区段24中包括16个vcsel，但在1个发光区段24中包括的vcsel的数量并不限于此，也可以包括1个以上的vcsel。
86.多个vcsel中共用的阳极电极218(参考图5)设置在光源20的表面上。阴极电极214(参考图5)设置在光源20的背面。即，多个vcsel并联连接。通过并联连接多个vcsel进行驱动，与分别单独地驱动vcsel的情况相比，射出强度强的光。
87.在此，光源20从表面侧观察的形状(标记为平面形状。以下相同。)为长方形。并且，将-y方向侧的侧面标记为侧面21a，将+y方向侧的侧面标记为侧面21b，将-x方向侧的侧面标记为侧面22a，及将+x方向侧的侧面标记为侧面22b。侧面21a与侧面21b对置。侧面22a与侧面22b分别连接侧面21a和侧面21b，并且对置。
88.并且，将光源20的平面形状的中心，即x方向及y方向的中央设为中心ov。
89.(驱动部50及电容器70a、70b)
90.在希望更高速驱动光源20的情况下，例如，优选低侧驱动。低侧驱动是指相对于vcsel等驱动对象，使mos晶体管等驱动元件位于电流路径的下游侧的结构。相反，将使驱动元件位于上游侧的结构称为高侧驱动。
91.图5是表示通过低侧驱动来通过光源20时的等效电路的一例的图。在图5中，表示光源20的vcsel、驱动部50、电容器70a、70b、电源82。另外，电源82设置在图1所示的控制部8上。电源82产生以+侧为电源电位，以-侧为基准电位的直流电压。电源电位供给到电源线83，基准电位供给到基准线84。另外，基准电位可以是接地电位(有时标记为gnd。在图5中标记为[g]。)。
[0092]
如上所述，光源20由多个vcsel并联连接而构成。vcsel的阳极电极218(参考图3。在图5中标记为[a]。)与电源线83连接。
[0093]
并且，如上所述，光源20被区划为多个发光区段24，控制部8按每个发光区段24驱动vcsel。另外，在图5中，仅1个发光区段24图示了3个vcsel，省略其他vcsel及发光区段的图示。
[0094]
如图5所示，在各vcsel与电源线83之间设置有开关元件sw，各开关元件sw根据来自控制部8的指令同时接通断开。由此，1个发光区段24中包括的vcsel在相同定时被控制为发光及不发光。
[0095]
驱动部50具备n沟道(channel)型mos晶体管51和使mos晶体管51接通断开的信号产生电路52。mos晶体管51的漏极(在图5中标记为[d]。)与vcsel的阴极电极214(参考图3。在图5中标记为[k]。)连接。mos晶体管51的源极(在图5中标记为[s]。)与基准线84连接。并且，mos晶体管51的栅极与信号产生电路52连接。即，vcsel与驱动部50的mos晶体管51串联连接在电源线83与基准线84之间。信号产生电路52通过控制部8的控制产生使mos晶体管51成为接通状态的“h电平”的信号和使mos晶体管51成为断开状态的“l电平”的信号。
[0096]
电容器70a、70b的其中一个端子与电源线83连接，另一个端子与基准线84连接。在此，在具有多个电容器70的情况下，多个电容器70并联连接。即，在图5中，电容器70是2个电容器70a、70b。另外，电容器70例如是电解电容器或陶瓷电容器等。
[0097]
接着，对作为低侧驱动的光源20的驱动方法进行说明。
[0098]
首先，控制部8将希望使vcsel发光的发光区段24的开关元件sw接通，将不希望使vcsel发光的发光区段24的开关元件sw断开。
[0099]
以下，对使开关元件sw接通的发光区段24中包括的vcsel的驱动进行说明。
[0100]
首先，假设驱动部50中的信号产生电路52所产生的信号为“l电平”。在该情况下，mos晶体管51为断开状态。即，在mos晶体管51的源极(图5的[s])-漏极(图5的[d])之间没有电流流过。因此，在与mos晶体管51串联连接的vcsel中也没有电流流过。即，vcsel不发光。
[0101]
此时，电容器70a、70b与电源82连接，电容器70a、70b的与电源线83连接的其中一
个端子成为电源电位，与基准线84连接的另一个端子成为基准电位。因此，电容器70a、70b从电源82流过电流(供给电荷)而被充电。
[0102]
接着，当驱动部50中的信号产生电路52所产生的信号成为“h电平”时，mos晶体管51从断开状态转变到接通状态。这样一来，由电容器70a、70b和串联连接的mos晶体管51及vcsel构成闭环，积蓄在电容器70a、70b中的电荷供给到串联连接的mos晶体管51和vcsel。即，驱动电流流过vcsel，从而vcsel发光。该闭环是驱动光源20的驱动电路。
[0103]
并且，当驱动部50中的信号产生电路52所产生的信号再次成为“l电平”时，mos晶体管51从接通状态转变为断开状态。由此，电容器70a、70b与串联连接的mos晶体管51及vcsel的闭环(驱动电路)成为开环，并且驱动电流不流过vcsel。由此，vcsel停止发光。这样一来，电容器70a、70b从电源82被供给电荷而被充电。
[0104]
如以上说明，每当信号产生电路52所输出的信号转变为“h电平”和“l电平”时，mos晶体管51反复接通断开，vcsel反复发光和不发光。mos晶体管51的接通断开的反复有时称为开关。
[0105]
另一方面，如图6所示，3d传感器5包括多个受光元件pd。在本实施方式中，将3d传感器5区划为多个受光区段26，并且照射光学系统30对从光源20发射的各发光区段24照射的光进行整形，以产生相邻的受光区段26重叠的重叠部t(参考图7的(a))。受光区段26包括1个以上的受光元件pd。在图6的例子中，1个受光区段26中包括16个受光元件pd，但受光元件pd的数量并不限于此。另外，在图6的例子中，为了便于说明，将3d传感器5以与发光区段24同样地区划为4
×
3的受光区段26
11
～26
34
，但也可以区划为与发光区段24不同的数量。另外，在不特别区分受光区段的情况下，简称为受光区段26。
[0106]
并且，在本实施方式中，在按每个发光区段24使属于发光区段24的vcsel全部发光的情况下，预先确定接收直接光的受光元件pd所属的受光区段26。发光区段24与受光区段26的对应关系作为区段对应表16c预先存储在存储部16中(参考图2)。
[0107]
区段对应表16c例如在不存在障碍物等的状态下对预先设定的被测量物按每个发光区段24分别单独地发光，根据由各受光区段26接收到的光的受光量来求出。
[0108]
另外，发光区段24与受光区段26可以是1对1、多对1、1对多及多对多中的任一种，但在本实施方式中，为了便于说明，假设1对1对应。
[0109]
并且，在本实施方式中，如图7的(a)所示，从光源20发射的光经由照射光学系统30照射到被测量物80，由被测量物80反射，经由聚光光学系统31入射到3d传感器5。在此，照射光学系统30对来自光源20的光进行整形，以使在被测量物80及3d传感器5上产生从多个发光区段24发射的相邻的区域重叠的重叠部t。因此，光源20按每个发光区段24驱动，相邻的发光区段24不重叠，但来自光源20的光被照射光学系统30整形而照射到被测量物80，以使在从发光区段24照射的区域中相邻的区域重叠，因此在被测量物80上，如图7的(a)所示，在与各发光区段24对应的区域中相邻的区域重叠而产生重叠部t。并且，由被测量物80反射而入射到3d传感器5，在3d传感器5上也在相邻的受光区段26产生重叠部t。在图7的(a)中，用阴影线表示3d传感器5上的区域5～7的重叠部t。另外，重叠部t将与受光元件pd的对应关系包含在区段对应表16c中并预先存储在存储部16中。
[0110]
在图7的(b)中，照射光学系统30例如通过使透镜的焦距的位置从发光部(光源20)的位置偏移，从而产生重叠部t。透镜也可以是多个透镜，在多个透镜的情况下，通过使多个
透镜的合成焦距从发光部的位置偏移，从而产生重叠部t。在使发光部的位置从透镜的焦距的位置偏移时，也可以向远离透镜的一侧偏移，但例如向靠近透镜侧的一侧偏移可小型化装置，因此优选。
[0111]
另外，作为重叠部t的产生条件，如图8所示，在照射面上光束间隔δ与照射面上光束扩散σ大致相等的情况(在区域内累计各光束的强度均匀化)和照射面上光束间隔δ＞照射面上光束扩散σ的情况(在区域内累计各光束的强度具有分布)下产生重叠部t。另一方面，在照射面上光束间隔δ＞＞照射面上光束扩散σ的情况(例如，在图7的(b)中，发光部-透镜之间距离＝透镜焦距(σ无限为0))下，不产生重叠部t。因此，以成为产生重叠部t的条件的方式设定光束间隔δ和光束扩散σ即可。例如，照射面上光束扩散σ通过光源20的ffp(far field pattern：远场模式)或由透镜的焦距与发光部的位置关系决定的光束发散度来调整。另一方面，照射面上光束间隔δ通过光源20的元件间隔或由透镜的焦距与发光部的位置关系决定的光学系统倍率来调整。另外，在此，各光束的光束强度i的照度照射面位置(x)的分布通过设为如下进行计算：δ：照射面上光束间隔，σ：照射面上光束扩散，i＝e^(-(x-δ)^2/σ^2)。
[0112]
并且，照射光学系统30可以使从光源20向被测量物80照射的光在每个发光区段成为均匀光，也可以以在被测量物80也成为点照射的方式照射光。
[0113]
如本实施方式那样，在具备多个vcsel的光源20中，由于驱动条件或温度条件等外在因素、个体差、经时变化，各vcsel的发光定时产生偏差。因此，在本实施方式中，判定重叠部t中的测定距离的偏差量，对光源20的发光及3d传感器5的受光的至少一个进行校正，以消除差异。例如，将根据使发光区段24
21
发光时的受光区段26
21
中的重叠部t的受光结果求出的测定距离与根据使发光区段24
22
发光时的受光区段26
21
中的重叠部t的受光结果求出的测定距离进行比较来判定偏差量，并根据偏差量计算校正值。对于各重叠部t同样地判定偏差量，由此求出在各vcsel的发光定时校正偏差的校正值。
[0114]
接着，对本实施方式所涉及的测量装置1的作用进行说明。图9是表示由本实施方式所涉及的测量装置1的控制部8执行的校准处理的流程的流程图。图9所示的测量处理通过cpu12a读入存储在存储部16中的校准程序16a来执行。
[0115]
在步骤s100中，cpu12a使预先设定的发光区段24发光，并转移到步骤s102。即，将驱动部50的mos晶体管51设为接通状态，并且将开关元件sw设为接通状态，以使光源20的预先设定的发光区段24的vcsel发光。由此，预先设定的发光区段24的vcsel发光。作为预先设定的发光区段24，作为一例，使图4的左上的发光区段24
11
发光。
[0116]
在步骤s102中，cpu12a测定重叠部t的距离，并转移到步骤s104。即，参考区段对应表16c，从3d传感器5获取属于与发光区段24对应的受光区段26的重叠部t的受光元件pd的受光量，并通过上述相位差法测定到被测量物为止的距离。例如，在使发光区段24
11
发光的情况下，根据受光区段26
11
和受光区段26
12
的重叠部t的受光元件pd的受光量来测定距离。
[0117]
在步骤s104中，cpu12a使发光中的发光区段24熄灯，使相邻的发光区段24发光，并转移到步骤s106。即，将驱动部50的mos晶体管51设为接通状态，并且将开关元件sw设为接通状态，以使光源20的预先设定的发光区段24的相邻的发光区段24的vcsel发光。由此，预先设定的发光区段24的相邻的发光区段24的vcsel发光。
[0118]
在步骤s106中，cpu12a测定重叠部t的距离，并转移到步骤s108。即，参考区段对应
表16c，从3d传感器5获取属于与发光区段24对应的受光区段26的重叠部t的受光元件pd的受光量，并通过上述相位差法测定到被测量物为止的距离。另外，重叠部t是与步骤s102对应的重叠部t。
[0119]
在步骤s108中，cpu12a计算重叠部t的测定值之差作为校正值，并转移到步骤s110。由此，获得校正在相邻的发光区段24产生的距离差的校正值。作为校正值，可以计算校正光源20的发光的校正值，也可以计算校正3d传感器5的受光的校正值，还可以计算校正这两者的校正值。
[0120]
在步骤s110中，cpu12a判定全部发光区段的距离测定是否结束。在该判定被否定的情况下，转移到步骤s112，在被肯定时，结束一系列的处理。
[0121]
在步骤s112中，cpu12a校正发光中的发光区段24，返回到步骤s102，并反复上述处理。即，使用校正与发光中的发光区段24对应的受光区段26的受光元件pd的受光结果及该发光区段24的vcsel的发光量的至少一个的校正值来进行校正。
[0122]
另外，在图9的处理中，例如，如图10所示，通过从预先设定的基准的发光区段24沿箭头方向依次进行上述处理，获得与基准一致的校正值。并且，基准及测定顺序并不限于图10的顺序，可以以其他位置为基准，也可以适用其他测定顺序。
[0123]
＜第2实施方式＞
[0124]
接着，对第2实施方式进行说明。另外，对与第1实施方式相同的部分标注相同符号，并省略详细的说明。图11是表示第2实施方式所涉及的光学装置的图。
[0125]
在第1实施方式中，区段之间的相对误差消失，但无法校正与真值的偏差。因此，在第2实施方式中，如图11所示，将距离基准部40设置在装置内。
[0126]
距离基准部40例如通过提高设置在已知距离的位置上的盖玻璃的最外周等的一部分反射率而设置在盖玻璃上。或者，也可以与盖玻璃不同地，将反射率高的部件设置在光源20的光路上。
[0127]
并且，若距离基准部40设置在1个发光区段24的光路上，则该区段成为基准，通过进行与第1实施方式相同的处理，计算出校正与真值的偏差的校正值。
[0128]
＜第3实施方式＞
[0129]
接着，对第3实施方式进行说明。另外，对与第1实施方式相同的部分标注相同符号，并省略详细的说明。
[0130]
在上述实施方式中，作为重叠部t，以使相邻的发光区段24的全部vcsel重叠的例子进行了说明，但重叠部t不需要使相邻的发光区段24的全部vcsel重叠，可以仅重叠一部分。
[0131]
在第3实施方式中，对以使相邻的发光区段24的一部分vcsel重叠的方式产生重叠部t的例子进行说明。图12是表示以使相邻的发光区段24的一部分vcsel重叠的方式产生重叠部t的一例的图。另外，图12中的黑圈表示照射面上的vcsel的光束分布。
[0132]
如图12所示，在设为将vcsel排列成1列的发光区段24的情况下，可以不使相邻的区段的全部vcsel重叠，而是如一端侧的vcsel那样，使从一部分vcsel照射的光重叠。在图12的例子中，作为照射面上的光束分布示出，表示使从栅极电极90侧的1个vcsel照射的光重叠的例子。另外，栅极电极90与向各发光区段24发送信号的配线部与光源20的结合部对应。
[0133]
如图12所示，在仅使1个vcsel重叠的情况下，优选如图13所示，例如，使从远离栅极电极90的vcsel照射的光重叠，而不是使从栅极电极90侧照射的光重叠。即，远离栅极电极90与靠近栅极电极90相比，发光定时的偏差量容易变多，在校正发光定时时，以较慢的一方为基准对应时容易校正。另外，在图12、图13中，示出使从1个vcsel照射的光重叠的例子，但也可以使从2个以上的vcsel照射的光重叠。
[0134]
并且，如上述实施方式那样，在vcsel2维配列在发光区段24中的情况下，如图14所示，也可以在各发光区段24中的角部使从相邻的部分的vcsel照射的光重叠。在图14的例子中，区域1、3、4、6表示调整光束分布以使从角的1个vcsel照射的光重叠的例子，区域2、5表示调整光束分布以使从角的2个vcsel照射的光重叠的例子。
[0135]
在此，如第3实施方式那样，对仅使从一部分vcsel照射的光重叠而产生重叠部t的方法进行说明。
[0136]
作为第一方法，有一种使射出vcsel的光的开口不同的方法。具体而言，在vcsel中具有被称为电流狭窄层的层，该层如alas那样由al的组成比高的材料构成，al通过氧化成为al2o3，由此形成电阻变高，电流不易流动的部分。当进行电流狭窄层的氧化时，氧化从圆形截面中的周边部向中心部进行。并且，通过不使中心部氧化，vcsel的截面中的中心部成为电流容易流动的电流通过区域，周边部成为电流不易流动的电流阻止区域。并且，vcsel在电流路径被发光层的电流通过区域限制的部分产生发光。与该电流通过区域对应的vcsel的表面的区域成为发光点，成为光出射口。因此，通过使作为该电流通过区域的直径的氧化直径与其他元件的氧化直径不同来扩大光源的ffp，从而改变照射面上光束分布σ。
[0137]
作为第二方法，设置与各vcsel对应的微透镜作为照射光学系统30，使光束重叠的部分的透镜形状与其他不同，由此改变照射面上光束分布σ。
[0138]
＜第4实施方式＞
[0139]
接着，对第4实施方式进行说明。另外，对与第1实施方式相同的部分标注相同符号，并省略详细的说明。
[0140]
在上述各实施方式中，照射光学系统30对来自光源20的光进行整形，以在被测量物80及3d传感器5上产生从多个发光区段24发射的相邻的区域重叠的重叠部t，但在本实施方式中，重叠部t的生成方法不同。
[0141]
在本实施方式中，重叠部t设定光源20与3d传感器5的位置关系并经由照射光学系统30照射光，以使光实际上不重叠，而是在被视为一个数据的3d传感器5的区域上曝光。例如，如图15所示，将光源20设为将vcsel排列成1列的发光区段24，从相邻的发光区段24的vcsel发射的光照射到被视为一个数据的受光区段26。由此，从相邻的发光区段24的vcsel发射的光等同于在3d传感器上重叠，因此该受光区段26被视为重叠部t。
[0142]
如此，在本实施方式中，即使代替实际上使光重叠而使相邻的发光区段24重叠，也可以通过进行与上述实施方式相同的处理来获得校正值。
[0143]
在该情况下，若根据图15的区域1、区域2及区域3的输出结果得知区域2可能发生发光延迟，则可以进行校正以使传感器区域与相同区域1的结果一致。
[0144]
即，在区域2即将异常时，若以区域3-区域2中相同的方式进行校正，则成为包含传感器的受光误差的形式的校正，因此例如优选在与在受光元件pd上重叠的区域1之间进行校正。
[0145]
另外，在能够使传感器区域可变的情况下，更优选在区域1-区域2和区域3-区域2这两者中尝试并校正。
[0146]
控制部8例如通过以下周知技术来确定可能发生区域2中发生发光延迟等异常的区域：观察是否连续，通过时间变化判定是否始终仅靠近该区域，判定是否即使移动照相机的位置也始终仅靠近该区域，与2维的照相机图像进行比较等。在该情况下，控制部8作为异常确定部发挥作用。
[0147]
并且，在上述各实施方式中，可以确定可能发生异常的区域，以没有异常的区域为基准进行校正。
[0148]
并且，在上述各实施方式中，在与重叠部t对应的受光区段26中包括多个受光元件pd的情况下，也可以计算多个受光元件pd的受光结果的平均值作为重叠部t中的距离测定值来求出校正值。或者，也可以计算多个受光元件pd的受光结果的合计值来求出校正值。
[0149]
然而，如本实施方式那样，在具备多个发光元件的发光部中，由于驱动条件或温度条件等外在因素，各发光元件的发光定时产生偏差。并且，由于发光定时的偏差，在接收从各发光元件对测定对象物照射的光的反射光的受光部中，不能均匀地接收反射光。
[0150]
因此，本发明的目的还可以为提供一种距离测定装置，与将从具备多个发光元件的发光部发射的光直接照射到对象物而接收反射光的情况相比，能够均匀地接收反射光。
[0151]
在该情况下，距离测定装置可以构成为包括：
[0152]
发光部，具备多个发光元件，且能够在多个区域独立地驱动；
[0153]
受光部，具备多个受光元件，所述多个受光元件接收从所述发光部向对象物发射的光的反射光；及
[0154]
整形部，使在所述受光部上产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部。
[0155]
另外，在上述实施方式中，将cpu作为处理器的一例进行了说明，但处理器是指广义上的处理器，包括通用的处理器(例如cpu等)、专用的处理器(例如gpu：graphics processing unit(图形处理单元)、asic：application specific integrated circuit(专用集成电路)、fpga：field programmable gate array(现场可编程门阵列)、可编程逻辑器件等)。
[0156]
并且，上述实施方式中的处理器的动作不仅可以由一个处理器完成，也可以由存在于物理上分离的位置的多个处理器协作完成。并且，处理器的各动作的顺序并不限定于上述各实施方式中记载的顺序，也可以适当变更。
[0157]
并且，由上述实施方式所涉及的测量装置1的控制部8进行的处理可以是由软件进行的处理，也可以是由硬件进行的处理，还可以是将两者组合的处理。并且，由测量装置1的控制部8进行的处理也可以作为程序存储在存储介质中进行流通。
[0158]
并且，本发明并不限定于上述内容，除了上述内容以外，当然也能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形来实施。
[0159]
上述本发明的实施方式是以例示及说明为目的而提供的。另外，本发明的实施方式并不全面详尽地包括本发明，并且并不将本发明限定于所公开的方式。很显然，对本发明所属的领域中的技术人员而言，各种变形及变更是自知之明的。本实施方式是为了最容易理解地说明本发明的原理及其应用而选择并说明的。由此，本技术领域中的其他技术人员
能够通过对假定为各种实施方式的特定使用最优化的各种变形例来理解本发明。本发明的范围由以上的权利要求书及其等同物来定义。

技术特征：
1.一种距离测定装置，其包括：发光部，具备多个发光元件，且能够在多个区域独立地驱动；受光部，具备多个受光元件，所述多个受光元件接收从所述发光部向对象物发射的光的反射光；整形部，使在所述受光部上产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部；测定部，根据所述受光部接收到的波形与所述发光部的波形之差，测定到所述对象物为止的距离；及校正部，使用由所述测定部测定的所述重叠部中的距离测定值，校正所述反射光的相邻的所述区域之间的距离差。2.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，所述整形部对从所述发光部发射的光进行整形，以使在所述受光部上产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部。3.根据权利要求2所述的距离测定装置，其中，所述整形部具备透镜，通过使所述透镜的焦距的位置从所述发光部的位置偏移，产生所述重叠部。4.根据权利要求3所述的距离测定装置，其中，所述透镜包括多个透镜，通过使所述多个透镜的合成焦距的位置从所述发光部的位置偏移，产生所述重叠部。5.根据权利要求3或4所述的距离测定装置，其中，所述整形部通过使所述发光部的位置从所述焦距的位置向透镜侧偏移，产生所述重叠部。6.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，所述整形部使在所述反射光的受光相邻的所述区域的一部分产生重叠的所述重叠部。7.根据权利要求6所述的距离测定装置，其中，所述整形部在所述反射光的受光相邻的所述区域的一部分且利用从所述发光元件发射的光产生重叠的所述重叠部，所述发光元件位于远离向所述发光部的各区域发送信号的配线部与所述发光部的结合部的位置。8.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，所述整形部通过使相邻的所述区域在被视为一个数据的所述受光部的受光区域接收光来产生所述重叠部，所述校正部通过使由所述受光区域接收到的其中一个所述区域中的距离测定值与另一个所述区域的距离测定值一致来校正所述距离差。9.根据权利要求1至8中任一项所述的距离测定装置，其中，在装置内还包括用于测定距离基准的距离基准部。10.根据权利要求9所述的距离测定装置，其中，所述距离基准部设置在盖玻璃的一部分区域。11.根据权利要求1至10中任一项所述的距离测定装置，其中，所述校正部通过校正所述发光部的发光及所述受光部的受光的至少一个，校正所述距离差。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的距离测定装置，其还包括异常确定部，所述异常确定部确定可能发生异常的区域，所述校正部以没有异常的所述区域为基准进行校正。13.根据权利要求1至12中任一项所述的距离测定装置，其中，在与重叠部对应的所述发光元件为多个的情况下，所述校正部计算平均值作为所述重叠部中的所述距离测定值来进行校正。14.一种存储介质，其存储有用于使计算机作为权利要求1至13中任一项所述的距离测定装置的所述测定部及所述校正部发挥作用的距离测定程序。15.一种距离测定方法，其包括如下步骤：在多个区域独立地驱动具备多个发光元件的发光部；接收从所述发光部向对象物发射的光的反射光；使产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部；根据接收到的波形与所述发光部的波形之差，测定到所述对象物为止的距离；及使用所述重叠部中的距离测定值，校正所述反射光的相邻的所述区域之间的距离差。

技术总结
一种距离测定装置、存储介质及距离测定方法，所述距离测定装置包括：发光部，具备多个发光元件，且能够在多个区域独立地驱动；受光部，具备多个受光元件，所述多个受光元件接收从所述发光部向对象物发射的光的反射光；整形部，使在所述受光部上产生在所述反射光的受光相邻的所述区域中重叠的重叠部；测定部，根据所述受光部接收到的波形与所述发光部的波形之差，测定到所述对象物为止的距离；及校正部，使用由所述测定部测定的所述重叠部中的距离测定值，校正所述反射光的相邻的所述区域之间的距离差。距离差。距离差。


技术研发人员：早川纯一朗 崎田智明 竹山庆 井口大介 近藤崇 山本喜博
受保护的技术使用者：富士胶片商业创新有限公司
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2023/8/14