特開 2023-137994 投光装置、測距装置及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023137994

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】投光装置、測距装置及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/484 20060101AFI20230922BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

G01S7/484

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044466

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】517372494

【氏名又は名称】維沃移動通信有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶＩＶＯ ＭＯＢＩＬＥ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１， ｖｉｖｏ Ｒｏａｄ， Ｃｈａｎｇ’ａｎ， Ｄｏｎｇｇｕａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２３８６３， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100196601

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 祐市

(72)【発明者】

【氏名】野田 英希

(72)【発明者】

【氏名】柿本 剛

(72)【発明者】

【氏名】大畑 篤

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA10

2F112CA01

2F112DA02

2F112DA04

2F112DA11

2F112DA25

2F112DA28

2F112DA32

2F112DA40

2F112GA01

2F112GA03

5J084AA05

5J084AD01

5J084BA03

5J084BA40

5J084BB02

5J084BB04

5J084BB40

5J084DA01

5J084EA31

(57)【要約】

【課題】本開示は、投光装置、測距装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】この投光装置は、発光光源と、光軸に焦点可変レンズが配置される投光光学系を含む。前記焦点可変レンズが前記光軸方向に固定される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

投光装置であって、
発光光源と、光軸に焦点可変レンズが配置される投光光学系を含み、前記焦点可変レンズが光軸方向に移動しない場合に、前記焦点可変レンズが駆動信号に応じて焦点位置を変化させることを特徴とする投光装置。

【請求項2】

前記焦点可変レンズが第一駆動状態と第二駆動状態を含み、前記第一駆動状態で前記発光光源から出た光が投光光学系を通過した後、ドット照射に設定され、前記第二駆動状態で前記発光光源から出た光が投光光学系を通過した後、面照射に設定されることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。

【請求項3】

前記焦点可変レンズは、液体レンズ、薄膜レンズまたは、液晶レンズであることを特徴とする請求項２に記載の投光装置。

【請求項4】

前記焦点可変レンズは、光軸方向に固定されることを特徴とする請求項２に記載の投光装置。

【請求項5】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子を含み、前記焦点可変レンズが前記回折光学素子と発光光源の間に位置することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の投光装置。

【請求項6】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子とコリメータレンズを含み、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、前記焦点可変レンズと、前記回折光学素子が設置されること、
または、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、前記回折光学素子と前記焦点可変レンズが設置されることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の投光装置。

【請求項7】

前記焦点可変レンズは、少なくとも二つがあることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の投光装置。

【請求項8】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子とコリメータレンズを含み、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、前記回折光学素子と、少なくとも二つの前記焦点可変レンズが設置されることを特徴とする請求項７に記載の投光装置。

【請求項9】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子とコリメータレンズを含み、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、少なくとも二つの前記焦点可変レンズと、前記回折光学素子が設置されることを特徴とする請求項７に記載の投光装置。

【請求項10】

受光素子と受光光学系を含み、さらに、前記請求項１～９のいずれか一項に記載の投光装置を含むことを特徴とする測距装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の測距装置を含むことを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学素子分野に係り、具体的に、投光装置、測距装置及び電子機器に係る。

【背景技術】

【0002】

近年、物体までの距離を測定する測距モジュールの小型が進んでおり、スマートフォンにも測距モジュールが搭載されている。上述した通り、ＴｏＦ(Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ)方式の測距モジュールでは、光を物体に向かって照射して物体の表面で反射してくる光を検出し、その光の飛行時間を測定した測定値に基づいて物体までの距離が算出される。

【0003】

照射方法としては、投光光学系内の発光素子から回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ ，ＤＯＥ）を透過してマトリックス状に配置された複数のドット照射として照射する方法と、発光素子から拡散光学素子を透過して連続的な拡散光を照射する、面照射方法がある。

【0004】

ドット照射の場合、光が点に絞られ遠距離でも光の強度が維持されるため、限られた光源の電力で比較的遠方対象物の距離を計測することが可能である。一方、面照射の場合、照射面内において均一に光が照射されるため高い分解能で照射できる。

【0005】

ドット照射のデメリットとしては、隣接するドット間距離によって面内の分解能は制限される。また、面照射のデメリットは、対象物の距離が離れると単位面内に照射される光量が低下するため、測定距離は近距離に限定される。

【0006】

光源とＤＯＥの間にコリメータレンズを挿入して、光源から出た光を平行光に補正しているが、大気減衰によって測定対象までの距離が遠くなるにつれ、照射は減衰していく。これに対し従来技術における方法では、被写体距離毎に投光光学系の焦点距離を可変式にしてドット照射と面照射を切り替える対策をしている。しかしながら前記光学系では投光光学系内に光軸方向に駆動させるレンズを使用しており、厚みの制限のあるスマートフォンなどでは不向きである。

【0007】

従来技術における別の方法では、ドット照明と拡散光の二つの照射モジュールを使用して一定の厚みの制限内で両方の利点を得ている。しかしながら、こちらの手法では厚み方向の課題は解決されるものの、二つの照射モジュールによるコストアップと幅方向のサイズが非常に大きくなってしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本開示の少なくとも一つの実施例において、投光装置、測距装置及び電子機器を提供する。測距モジュールに用いられる投光光学系のサイズを維持し、測距距離に応じてドット照射または面照射に切り替えることができる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の技術課題を解決するために、本開示は、以下のように実現される。

【0010】

第一態様において、本開示実施例は、投光装置であって，発光光源と、光軸に焦点可変レンズが配置される投光光学系を含み、前記焦点可変レンズが光軸方向に移動しない場合に、前記焦点可変レンズが駆動信号に応じて焦点位置を変化させる。

【0011】

第二態様において、本開示実施例は、測距装置であって受光素子と受光光学系を含み、さらに前記投光装置を含む。

【0012】

第三態様において、本開示実施例は、電子機器であって、前記測距装置を含む。

【発明の効果】

【0013】

従来技術と比べ、本開示実施例が、投光装置、測距装置及び電子機器を提供し、焦点可変レンズを利用することによって、投光光学系において切り替えることによりドット照射または面照射を実現し、装置構造の小型化に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来技術に起きるドット照射技術案の概念図である。

【図2】本開示実施例における投光装置の一つの構造の概念図である。

【図3】本開示実施例における投光装置によるドット照射の概念図である。

【図4】本開示実施例における投光装置による面照射の概念図である。

【図5】本開示の別の実施例における投光装置の一つの構造の概念図である。

【図6】本開示の別の実施例における投光装置よるドット直径を縮小する概念図である。

【図7】本開示の別の実施例における通常のドット照射の概念図である。

【図8】本開示の別の実施例におけるドット直径を縮小した後のドット照射の概念図である。

【図9】本開示の別の実施例における投光装置の一つの構造の概念図である。

【図10】本開示の別の実施例における投光装置の照射の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施例の図面とともに、本開示の実施例の技術手段を明確且つ完全的に記載する。明らかに、記載する実施例は、本開示の実施例の一部であり、全てではない。本開示の実施例に基づき、当業者が創造性のある作業をしなくても為しえる全ての他の実施例は、いずれも本開示の保護範囲に属するものである。

【0016】

本開示の明細書及び特許請求の範囲における用語「第１」、「第２」などは、類似した対象を区別するためのものであり、必ずしも特定の順序又は優先順位を説明するためのものではない。ここで説明した本開示の実施例が、例えばここでの図示又は説明以外の順序でも実施できるように、このように使用されたデータは、適宜入れ替えてもよいと理解すべきである。尚且つ、用語「第１」、「第２」などにより区別される対象は、通常同種なものであり、対象な数を限定しない。例えば、第一対象は、一つでもよく、複数でもよい。なお、明細書及び特許請求の範囲における「及び／又は」は、接続対象の少なくとも１つを表す。文字「／」は、一般に、前後関連な対象が「或いは」の関係となることを示す。

【0017】

本開示に係る技術案を理解するために、以下、本開示に係る関連する概念を説明する。

【0018】

本開示実施例に記載の焦点可変レンズは、光軸方向に移動させることなく、電圧を印加して焦点位置を変化させる素子を前提としており、液体レンズや膜レンズ、液晶レンズなど複数の候補がある。

【0019】

また、本開示に記載の測距装置とは、発光素子と、投光光学系と、受光素子と受光光学系等を含む。この測距装置は、発光素子からの発光体が対象物で反射して受光素子に戻って結像した光の情報から距離を算出する。結像した光の情報から距離を算出するとは、結像点の間隔から距離を算出するタイプや、発光から受光までの時間から対象物との距離を算出するもので、前記時間により距離を算出するものは、直接的な時間計測から算出されるタイプと発光光と受光光の位相差から時間算出する２種に大別される。

【0020】

本開示実施例は、投光装置であって、特に、投光光学系の高性能化に役立つ。この投光装置は、発光光源と、光軸に焦点可変レンズが配置される投光光学系を含む。ここで、前記焦点可変レンズが光軸方向に移動しない場合に、前記前記焦点可変レンズが駆動信号に応じて、焦点位置を変えさせる。

【0021】

具体的に、前記焦点可変レンズが第一駆動状態と第二駆動状態を含ませてもよい。ここで、前記第一駆動状態で前記発光光源から出た光が投光光学系を通過した後、ドット照射に設定され、前記第二駆動状態で前記発光光源から出た光が投光光学系を通過した後、面照射に設定される。前記焦点可変レンズは、液体レンズ、薄膜レンズまたは、液晶レンズを含むが、これに限られない。

【0022】

このように、本開示実施例における投光装置は、投光光学系レンズ内の適切な位置に光軸方向に焦点可変レンズを配置し、測距距離に応じて、焦点可変レンズを駆動させ、適切な照射方法、例えばドット照射または面照射に切り替えることができる。そのため、本開示実施形態の投光装置は、測距距離に従って前記焦点可変レンズを駆動するための駆動モジュールをさらに含むことができ、前記投光装置が点照明または表面照明に切り替えられる。

【0023】

図１に示すように、従来技術における測距装置のドット照射方法では、この測距装置が、発光光源１１と投光光学系１２を含む投光装置と、受光素子１３と受光光学系１４を含む受光装置を含む。前記投光光学系１２は、コリメータレンズ１０２と、ＤＯＥ １０１を含む。ここで、発光素子から照射されるレーザー光がコリメータレンズ１０２を経由してＤＯＥ １０１へ透過して、マトリックス状に配置される複数ドットが計測領域に照射される。

【0024】

本開示の一つの実施例において、前記投光装置は、投光光学系のレンズ内に光軸方向に移動しない焦点可変レンズを効果的に配置し、ＤＯＥと併用することでドット照射と面照射を切り替える。具体的に、図2に示すように、前記投光光学系はさらに、ＤＯＥ ２０１を含む。前記焦点可変レンズ２０２は、前記ＤＯＥ ２０１と発光光源との間に位置する。この実施例は、発光素子とＤＯＥ ２０１との間に、光軸方向に移動しない焦点可変レンズ２０２を配置する。つまり、前記焦点可変レンズ２０２が光軸方向に固定される。

【0025】

焦点可変レンズの屈折率を変更することで、ドット照射と面照射を切り替えることができる。その屈折率の駆動範囲はピーク強度に対するレーザー強度が４５％以上とする。

【0026】

図２に示される投光装置は、以下のメリットがある。前記実施例における投光装置が適用された測距装置において、特に、発光光学系でドット照射と面照射を切り替えることで実現しつつ、小型化に貢献できる。これにより、物体に向かって照射する照射光として、図３のようにドット照射する場合は、光の密度を高くでき、測定距離を延ばすことができる。一方、近距離に対してはドットが照射されていない箇所の距離測定を改善するため、図４のように焦点可変レンズの屈折率を変更して、面照射に切り替えて高い分解能で測定することができる。

【0027】

従来の方法として、ボイスコイルモータ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ，ＶＣＭ）を使用した方法やドット照射と面照射の二種類の投光光学系を測距モジュールに設置する方法があるが、大型化が懸念される。本開示の以上の実施例では光軸方向に移動しない焦点可変レンズを使用することでサイズアップさせることなく、前記メリットを実現することができる。

【0028】

本開示の実施例において、前記投光光学系が、さらにＤＯＥとコリメータレンズを含ませてもよい。ここで、前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に、前記コリメータレンズと、前記焦点可変レンズと、前記回折光学素子が設置される、または、前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に、前記コリメータレンズと、前記回折光学素子と、前記焦点可変レンズが設置される。

【0029】

例えば、投光装置の光軸方向のスペースに余裕があれば、図５のようにＤＯＥ５０２よりも物体側に焦点可変レンズ５０１を配置することで設計を簡略化できる。図２と同様、この実施例では、投光光学系内に光軸方向に移動しない焦点可変レンズ５０１を用いる。焦点可変レンズ５０１の位置は、ＤＯＥよりも物体側でも発光素子側でもよい。

【0030】

このとき、図６に示すように、ドット照射法を採用する際に、焦点可変レンズ５０１により、物体に照射されるそれぞれのドット径を絞る。図７と図８は通常のドット照射とドット径を絞ったハイパワーのドット照射の概念図である。

【0031】

図５に示す投光装置は、以下のメリットがある。ドット照射のドット径を絞ることによってドットの解像度を向上させ、遠方に照射される物体の測距エラーを防ぐ効果が得られる。ただし、ドット径を絞った影響により、ドット間の距離が広くなるため、照射されない面積が大きくなるため注意したい。

【0032】

本開示の別の実施例では、焦点可変レンズの光学パワーを利用してドット照射における柔軟な画角操作を実現する。ただし、焦点可変レンズの光学パワーが画角操作に対して十分でない場合は、複数枚の焦点可変レンズを使用してもよい。つまり、本開示の別の実施例における投光装置において、前記焦点可変レンズが少なくとも二つある。

【0033】

図９に示すように、本開示の別の実施例による投光装置において、前記投光光学系は、さらに、ＤＯＥ ８０２とコリメータレンズ８０１とを含み、ここで、前記光軸に前記発光光源（例えばレーザー）から離れる方向に、順に前記コリメータレンズ８０１と、ＤＯＥ ８０２と、少なくとも二つの焦点可変レンズ８０３が設置される。オプションとして、焦点可変レンズが、コリメータレンズと、ＤＯＥとの間に設置されてもよい。このとき、前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、少なくとも二つの焦点可変レンズとＤＯＥ ８０２が設置される。

【0034】

基本的な動作として、比較的近距離の対象物８０４に対しては図９のように画角を広めに調整して測定し、遠方の対象物に対しては図１０のように画角を絞って測定する。

【0035】

図９と図１０に示す投光装置は、以下のメリットがある。画角を絞ることでドット照射におけるドット間の距離を短くすることができ、分解能を向上させることができる。撮像画角内に対するドット照射の範囲は狭くなることに注意したい。しかしながら、遠方に存在する対象の測距時に対しては撮像画角の中央を測定するシーンが多いため、撮像画角の中央のみにドット照射を集中させ、分解能を上げることは有益である。

【0036】

前記のいくつかの実施例によって提供される投光装置をもとに、本開示実施例は、さらに、測距装置を提供する。図２，図５と図９に示す投光装置を含む以外、さらに受光装置を含む。前記受光装置は、受光素子と受光光学系を含み、具体的構造について、図１を参考する。

【0037】

さらに、本開示実施例は、前記測距装置を含む電子機器、例えばスマートフォンなどを提供する。

【0038】

なお、本開示の実施例は、ＴｏＦに適用される投影光学系を例として取り上げて、焦点可変レンズを使用するという考えが提案されているが、本開示の実施例は、ＴｏＦの投光光学系だけに適用することではなく、一般的な投光装置にも適用できる。

【0039】

以上、本開示の実施例を図面に基づいて記載したが、本発明は、前記の具体的な実施形態に限定されるものではない。前記の具体的な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではない。本開示の示唆を受け、当業者が本開示の趣旨および特許請求の範囲から逸脱することなくなしえる多くの形態は、すべて本開示の保護範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

投光装置であって、
発光光源と、光軸に焦点可変レンズが配置される投光光学系を含み、前記焦点可変レンズが光軸方向に移動しない場合に、前記焦点可変レンズが駆動信号に応じて焦点位置を変化させ、
前記焦点可変レンズが第一駆動状態と第二駆動状態を含み、前記第一駆動状態で前記発光光源から出た光が投光光学系を通過した後、ドット照射に設定され、前記第二駆動状態で前記発光光源から出た光が投光光学系を通過した後、面照射に設定され、
前記投光装置は、
測距距離に従って前記焦点可変レンズを駆動して、前記投光装置に前記点照明または前記表面照明に切り替えさせるための駆動モジュールをさらに含むことを特徴とする投光装置。

【請求項2】

前記焦点可変レンズは、液体レンズ、薄膜レンズまたは、液晶レンズであることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。

【請求項3】

前記焦点可変レンズは、光軸方向に固定されることを特徴とする請求項１に記載の投光装置。

【請求項4】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子を含み、前記焦点可変レンズが前記回折光学素子と発光光源の間に位置することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の投光装置。

【請求項5】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子とコリメータレンズを含み、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、前記焦点可変レンズと、前記回折光学素子が設置されること、
または、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、前記回折光学素子と前記焦点可変レンズが設置されることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の投光装置。

【請求項6】

前記焦点可変レンズは、少なくとも二つがあることを特徴とする請求項１又は２に記載の投光装置。

【請求項7】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子とコリメータレンズを含み、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、前記回折光学素子と、少なくとも二つの前記焦点可変レンズが設置されることを特徴とする請求項６に記載の投光装置。

【請求項8】

前記投光光学系は、さらに回折光学素子とコリメータレンズを含み、
前記光軸に前記発光光源から離れる方向に、順に前記コリメータレンズと、少なくとも二つの前記焦点可変レンズと、前記回折光学素子が設置されることを特徴とする請求項６に記載の投光装置。

【請求項9】

受光素子と受光光学系を含み、さらに、前記請求項１～８のいずれか一項に記載の投光装置を含むことを特徴とする測距装置。

【請求項10】

請求項９に記載の測距装置を含むことを特徴とする電子機器。