JP2008098976A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の動きとその距離との双方を検出することを可能にするとともに、簡潔な構成によりコストの低減を図ることを可能にした固体撮像素子を提供する。
【解決手段】物体を撮像する単一の撮像面を備えた固体撮像素子であって、上記撮像面が、物体までの距離を検出する距離検出機能を担うために特化された距離検出エリアと、物体の動きを検出する動き検出機能を担うために特化された動き検出エリアと、外部と通信する通信機能を担うために特化された光通信エリアとに領域分割されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像素子に関し、さらに詳細には、移動物体の検出などに用いて好適な固体撮像素子に関する。

従来、移動している物体（本明細書においては、単に「移動物体」と適宜に称する。）の動き（動きの方向およびその速度）を検出する手法としては、例えば、特許文献１として提示する特開２００３−６７７５２号公報や特許文献２として提示する特開２００２−３１４９８９号公報などに開示されているように、ＣＣＤカメラなどの撮像手段によって撮像された画像データをメモリに記憶し、演算回路によってメモリに記憶した現在の画像データと過去の画像データとのマッチングを行い、そのマッチングの結果を評価することにより移動物体の動き、即ち、動きの方向およびその速度を検出するという手法が知られている。

一方、移動物体などの各種の物体までの距離計測の手法としては、例えば、特許文献３として提示する特開２００５−１８２１３７号公報や特許文献４として提示する特開２０００−７５０３０号公報などに開示されているように、ミリ波レーダーやレーザーレーダーなどのシステムを用いて、レーザーなどの光源を検出したエリア内を走査させ、その反射光を検出することで距離を測定するという手法が知られている。

即ち、従来の技術によれば、物体の動きとその距離との双方を検出するためには、物体の動きを検出するためのシステムとその距離を検出するためのシステムとをそれぞれ別々に用意する必要があるため、システム全体の規模が大型化するとともに、コスト高になるという問題点があった。

また、距離の検出のためにレーザーレーダーを用いる場合には、レーザーをスキャンさせる必要があるため、こうしたスキャンを実現するための機構も必要になり、装置構成がなお一層複雑化するという問題点もあった。

特開２００３−６７７５２号公報 特開２００２−３１４９８９号公報 特開２００５−１８２１３７号公報 特開２０００−７５０３０号公報

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、物体の動きとその距離との双方を検出することを可能にするとともに、簡潔な構成によりコストの低減を図ることを可能にした固体撮像素子を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、単一の固体撮像素子における単一の撮像面内に、移動物体などの各種の物体の距離を測定するために用いる距離検出エリアと、移動物体などの各種の物体の動きを測定するために用いる動き検出エリアとを設けるようにしたものである。

また、本発明は、単一の固体撮像素子における単一の撮像面内に、上記した距離検出エリアと動き検出エリアとに加えて、さらに光通信のために用いる光通信エリアを設けるようにしたものである。

即ち、本発明による固体撮像素子においては、画像情報の取得は全撮像領域、即ち全画面（全画素）を対象として行うが、光を受光して距離計測に用いるデータの生成および出力は距離検出エリアが行い、光を受光して動き検出に用いるデータの生成および出力は動き検出エリアが行い、光を受光して光通信に用いるデータの生成および出力は光通信エリアが行うというように、それぞれ分割された各撮像領域毎にそれぞれの機能を実現する。

こうした本発明によれば、単一の撮像面の固体撮像素子を用いることにより、物体の距離とその動きとの双方を同時に検出することが可能となる。

上記したように、本発明は従来の技術とは異なり、物体の動きを検出するための要素と物体の距離を検出するための要素とが別体とはならず一体化されているので、構成が簡潔になりコストの低減を図ることができる。

さらに、上記したように、本発明においては、物体の動きを検出するための要素と物体の距離を検出するための要素とが一体化されているので、光軸調整などの必要が無く取付が容易である。なお、物体の動きを検出するための要素と物体の距離を検出するための要素とが別体になっている場合には、それぞれの位置合わせが必要となる。

そして、こうした本発明による固体撮像素子を適宜に組み合わせて用いることにより、自動車、ロボットあるいは防犯システムなどの各種の分野において、物体の動きおよびその距離の検出や光通信を低コストで実現することができるようになる。

即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、物体を撮像する単一の撮像面を備えた固体撮像素子であって、上記撮像面が、物体までの距離を検出する距離検出機能を担うために特化された距離検出エリアと、物体の動きを検出する動き検出機能を担うために特化された動き検出エリアとに領域分割されたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、物体を撮像する単一の撮像面を備えた固体撮像素子であって、上記撮像面が、物体までの距離を検出する距離検出機能を担うために特化された距離検出エリアと、物体の動きを検出する動き検出機能を担うために特化された動き検出エリアと、外部と通信する通信機能を担うために特化された光通信エリアとに領域分割されたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記距離検出エリアの画素が、上記他のエリアの画素よりも大きいようにしたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記距離検出エリアと上記距離検出エリアと上記光通信エリアとは、画像情報を取得するようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているので、物体の動きとその距離との双方を検出することが可能になるとともに、簡潔な構成によりコストの低減を図ることが可能になるという優れた効果を奏する。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による固体撮像素子の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

図１には、本発明の実施の形態の一例による固体撮像素子の撮像面の配置構成説明図が示されている。

この本発明による固体撮像素子１０は、従来の固体撮像素子の撮像面が単一の撮像領域よりなるものであるのに対して、単一の撮像面１０ａの撮像領域が分割されていて、撮像面１０ａが複数の撮像領域により構成されている点において、従来の固体撮像素子とは異なっている。

即ち、固体撮像素子１０の撮像面１０ａは、図１において撮像面１０ａの左方側領域に配置されるとともに移動物体などの各種の物体までの距離を検出する距離検出機能を担うために特化された距離検出エリア１２と、図１において撮像面１０ａの右方側領域に配置されるとともに移動物体などの各種の物体の動きを検出する動き検出機能ならびに通信機能を担うために特化された動き検出・通信エリア１４とに領域分割されている。

つまり、この固体撮像素子１０は、撮像面１０ａを単に領域毎に分割して使用するのではなく、その設計段階から撮像面１０ａの領域毎に、それぞれの領域に担当させる機能に特化した設計を行って構成するようになされたものである。

ここで、撮像面１０ａは矩形形状を備えており、横方向に長いサイズ、例えば、縦横比が「４：３」程度に設定されている。

距離検出エリア１２は、上記したように図１において撮像面１０ａの左方側領域に位置し、その大きさは撮像面１０ａ全体の１／４〜１／３程度の面積を占めている。

この距離検出エリア１２は、光を受光して距離計測に用いるデータ（後述するように、この実施の形態においては、距離データである。）を生成して出力する。

動き検出・通信エリア１４は、図１において撮像面１０ａの右方側領域に位置し、撮像面１０ａにおける距離検出エリア１２以外の領域を占めている。この距離検出エリア１２は、画像の取得も可能である。

この動き検出・通信エリア１４は、光を受光して動き検出に用いるデータ（後述するように、この実施の形態においては、フローデータ（ベクトルデータ）である。）を生成して出力する。

また、動き検出・通信エリア１４は、動き検出機能の実行と同時に、通信用データの受光部として用いられるものであって、画像の取得も可能である。

以上の構成において、この固体撮像素子１０によれば、単一の固体撮像素子１０を用いて撮像を行うことによって、固体撮像素子１０の距離検出エリア１２と動き検出・通信エリア１４とがそれぞれ光を受光すると、距離検出エリア１２は距離計測に用いる距離データを生成して出力し、一方、動き検出・通信エリア１４は動き検出に用いるフローデータを生成して出力する。

即ち、固体撮像素子１０により物体を撮像することによって、物体に関する距離検出と動き検出とを同時に行うことができるようになり、距離検出機能と動き検出機能との２つの機能を単一の固体撮像素子１０によって実現できる。

また、動き検出・通信エリア１４は、通信用データを受光するとともに画像の取得も行う。

次に、図２には、本発明の実施の形態の他の例による固体撮像素子の撮像面の配置構成説明図が示されている。

なお、上記した固体撮像素子１０の構成と同一または相当する構成には、固体撮像素子１０において用いた符号と同一の符号を付して示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。

この本発明による固体撮像素子２０は、単一の撮像面２０ａが、距離検出エリア１２と動き検出・通信エリア１４とを備えるとともに、距離検出エリア１２と動き検出・通信エリア１４との上下位置に外部と通信する通信機能を担うために特化された光通信エリア２２を備えている点において、固体撮像素子１０と異なっている。

より詳細には、光通信エリア２２は、距離検出エリア１２と動き検出・通信エリア１４との上方位置と下方位置とにそれぞれ設けられており、撮像面２０ａの横方向全幅にわたって配置されている。

この光通信エリア２２は、光を受光して光通信に用いるデータ（後述するように、この実施の形態においては、受信データである。）を生成して出力する。

また、光通信エリア２２は、光通信機能の実行と同時に、画像の取得も可能である。

以上の構成において、この固体撮像素子２０によれば、単一の固体撮像素子２０を用いて撮像を行うことによって、固体撮像素子２０の距離検出エリア１２と動き検出・通信エリア１４と光通信エリア２２とがそれぞれ光を受光すると、距離検出エリア１２は距離計測に用いる距離データを生成して出力し、一方、動き検出・通信エリア１４は動き検出に用いるフローデータを生成して出力し、さらに、光通信エリア２２は光通信に用いる受信データを生成して出力する。

即ち、固体撮像素子２０により物体を撮像することによって、物体に関する距離検出と動き検出とを同時に行うことができるようになるとともに、これらと同時に外部との通信も行うことができ、距離検出機能と動き検出機能と通信機能との３つの機能を単一の固体撮像素子２０によって実現できる。また、光通信エリア２２は、画像の取得も行う。

ここで、距離検出エリア１２は、具体的には、例えば、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：飛行時間型測定）法により距離計測を実施することができるように構成すればよく、特開２００５−２９５３８１号公報に開示されたような素子構造を用いることが可能である。

なお、ＴＯＦ法とは、光源から測定対象物へ照射された光の反射波を受光したとき、その光の到達時間を計測することで、測定対象物までの距離を求める手法である。距離は光の飛行時間に依存するため、時間を計測することで距離の計算が可能となる。

ＴＯＦ法では、具体的には、光源たる発光部として、例えば、発光デバイス（ＬＥＤ、レーザー、ＳＬＤなど）の高速パルス変調が可能なものを用いるが、距離検出エリア１２は、発光部から測定対象物へ照射された光の反射光を受光し、その受光に基づいて距離計測に用いる距離データを生成して演算回路へ出力し、演算回路がＴＯＦ法に基づく処理を行うことになる（図４を参照しながら後述するセンサシステム１００を参照する。）。

また、距離検出エリア１２は、反射光の検出効率の向上および高速スキャンが必要となるため、距離検出エリア１２の解像度は、他のエリアよりも荒いものとなる。

次に、動き検出・通信エリア１４は、具体的には、例えば、オプティカルフローによる動き検出を実施することができるように構成すればよい。

従来より動き検出に際しては、一般的にオプティカルフローが用いられている。即ち、オプティカルフローは既知の技術であり、通常の固体撮像素子で撮像した映像を過去のデータとの比較を行うことで検出することが可能である。

より詳細には、オプティカルフローとは、時間的に連続する画像の中での物体の動きをベクトルで表現したものである。具体的には、ある時間ｔの特徴点を抽出し、時間ｔより時間が経過したｄｔ時間後にその特徴点がどの位置に動いているかを検出し、特徴点の移動方向と移動距離とをベクトルとして検出し、その検出したベクトルだけを取り出したものがオプティカルフローを示すフローデータである。なお、観測者が直進移動する場合には、オプティカルフローは画像の消失点より外に広がるように移動する。

動き検出・通信エリア１４は、光の受光により画像データを生成してメモリに記憶しておき、現在の画像データと現在よりもｄｔ時間前の画像データとを用いて測定対象物のベクトルを検出し、そのベクトルによるフローデータを演算回路へ出力して、演算回路がオプティカルフローに基づく処理を行うことになる（図４を参照しながら後述するセンサシステム１００を参照する。）。

なお、動き検出・通信エリア１４においては、基本的には図１ならびに図２における矢印Ａ方向のベクトルを主に検出するようになされている。また、動き検出・通信エリア１４においては、上記したように画像データが取得される。

次に、光通信エリア２２は、具体的には、例えば、特開２００３−３３２５９５号公報や特開２００５−１８２４５５号公報に開示された手法による光通信を実施することができるように構成すればよい。

光通信エリア２２は、光を受光し、受光した光に基づいて受信データを生成してデコーダへ出力し、デコーダが受信データをデコードすることになる（図４を参照しながら後述するセンサシステム１００を参照する。）。光通信エリア２２においては、画像データの取得も可能である。

次に、図３を参照しながら、固体撮像素子１０、２０の距離検出エリア１２、動き検出・通信エリア１４ならびに光通信エリア２２の画素の大きさについて説明する。

即ち、固体撮像素子１０、２０の距離検出エリア１２、動き検出・通信エリア１４ならびに光通信エリア２２の画素の大きさに関しては、図３に示すように、距離検出エリア１２の画素が他のエリアの画素よりも大きくするようして構成することが好ましい。

つまり、距離検出エリア１２は、超高速で読み込みを行い、物体からの反射光を受光することでその位置と時間とにより当該物体までの距離を検出するものである。この固体撮像素子１０、２０においては、距離検出エリア１２の画素の大きさを他のエリアより大きくすることで、上記した距離検出を高速化を図ることを可能にした。

また、動き検出・通信エリア１４は、高速読み出しを行って物体の動きの検出を行うものであり、全ての方向のベクトルの検出が可能であるが、この実施の形態においては、図１および図２に示す動き検出・通信エリア１４の矢印Ａ方向のみのベクトルを検出することで、高速化を図るようした。

図４には、固体撮像素子２０を受光部として構成したセンサシステムのブロック構成図が示されている。

このセンサシステム１００は、ＬＥＤやＳＬＤあるいはレーザーなどの光源であって距離検出のための物体への投光や通信のためのデータ送信を行う発光部１０２と、固体撮像素子２０により構成されていて光を受光するためのカメラとなる受光部１０４と、受光部１０４を構成する固体撮像素子２０の距離検出エリア１２で生成されて出力された距離データと動き検出・通信エリア１４で生成されて出力されたフローデータとを入力する演算回路１０６と、受光部１０４を構成する固体撮像素子２０の光通信エリア２２で生成されて出力された受信データを入力するデコーダ１０８と、送信データをエンコードするエンコーダ１１０と、発光部１０２と受光部１０４とを同期させる発光・受光同期回路１１２と、演算回路１０６により制御される制御回路１１４とを有して構成されている。

以上の構成において、このセンサシステム１００においては、発光部１０２と受光部１０４との同期をとるための発光・受光同期回路１１２から出力される信号により、発光部１０２より発光させた光の反射波を受光部１０４により受光する。

受光部１０４においては、受光した反射波に基づいて、固体撮像素子２０の距離検出エリア１２で距離データを生成し、固体撮像素子２０の動き検出・通信エリア１４でフローデータを生成し、固体撮像素子２０の光通信エリア２２で受信データを生成して、これら生成した３つのデータを出力する。

受光部１０４から出力された距離データとフローデータとは、演算回路１０６へ入力されて、演算回路１０６は距離データとフローデータとに基づいて障害物検出などを実行し、演算回路１０６はその結果に基づいて制御回路１１４を制御し、制御回路１１４は制御信号を出力する。

なお、距離データとフローデータとは用途により利用方法が変わるものである。例えば、距離データとフローデータとを別々に用いる場合や、同時に用いる場合などがある。

上記したようにセンサシステム１００は、その用途に合わせた演算回路１０６により演算処理を行い、出力結果をもとに制御回路１１４の制御を行う。

一方、受光部１０４から出力された受信データは、デコーダ１０８へ入力され、このデコーダ１０８により復元されて制御信号として出力される。

また、送信データは、エンコーダ１１０によりエンコードされた後に発光・受光同期回路１１２に入力され、発光部１０２の発光として送信される。

図５には、図４に示すセンサシステム１００を素子としてワンチップにパッケージした状態を示すイメージ図である。

このパッケージにおいては、チップの中心部に固体撮像素子２０により構成された受光部１０４をもうけ、周辺に演算回路１０６やバッファなどを配置する。

図６以降には、固体撮像素子１０、２０を備えたセンサシステム１００を自動車に用いた場合の例が示されている。

ここで、図６には、自動車２００を上面より観察した場合の説明図が示されており、この図６に示す例においては、受光部１０４として自動車２００に７個の固体撮像素子２０が設けられている。

より詳細には、自動車２００の前方方向監視のために符号Ａと符号Ｂとで示す固体撮像素子２０が取り付けられており、自動車２００の左方方向監視のために符号Ｃと符号Ｄとで示す固体撮像素子２０が取り付けられており、自動車２００の右方方向監視のために符号Ｅと符号Ｆとで示す固体撮像素子２０が取り付けられており、自動車２００の後方方向監視のために符号Ｇで示す固体撮像素子２０が取り付けられている。

なお、自動車２００に固体撮像素子１０、２０を取り付ける際にはその取り付け方向が重要になるが、こうした取り付け方向の詳細については後述する。

また、図７、図８および図９には、自動車２００における固体撮像素子２０の取り付け位置の例が示されている。

具体的には、図７（ａ）（ｂ）は、自動車２００の前方方向監視のために固体撮像素子２０を自動車２００へ取り付ける場合の例を示している。固体撮像素子２０は、ヘッドライト２００ａの中へ取り付けたり（図７（ａ）参照）、あるいは、フロントのバンパー２００ｂへ取り付けたりすることができ（図７（ｂ）参照）、また、車室内になどおける前方方向が監視できる位置へ取り付けるようにしてもよい。

また、図８（ａ）（ｂ）は、自動車２００の側方方向監視のために固体撮像素子２０を自動車２００へ取り付ける場合の例を示している。固体撮像素子２０は、サイドミラー２００ｃへ取り付けたり（図８（ａ）参照）、あるいは、ピラー２００ｄへ取り付けたりすることができ（図８（ｂ）参照）、また、ヘッドライトやテールランプの中などにおける側方方向が監視できる位置へ取り付けるようにしてもよい。

さらに、図９（ａ）（ｂ）は、自動車２００の後方方向監視のために固体撮像素子２０を自動車２００へ取り付ける場合の例を示している。固体撮像素子２０は、車両内２００ｅ、例えば、後部ガラスの中に取り付けたり（図９（ａ）参照）、あるいは、リアのバンパー２００ｆへ取り付けたり（図９（ｂ）参照）、あるいは、テールランプ２００ｇの中へ取り付けたりすることができ（図９（ｃ）参照）、また、ハイマウントストップランプなどに取り付けるようにしてもよい。

次に、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しながら、自動車２００に固体撮像素子２０を取り付ける際における、固体撮像素子２０の配置について説明する。

ここで、図１０（ａ）に示す配置は、２つの固体撮像素子２０を互いの距離検出エリア１２が繋がって連続するように配置したものである。こうして固体撮像素子２０で撮像される画像が二つ並べるような画角にすることで、距離検出エリア１２を広くとることができる。

次に、図１０（ｂ）に示す配置は、２つの固体撮像素子２０の互いの距離検出エリア１２を重ね合わせるように配置したものである。こうした配置にすることで、距離の検出精度を向上させることができる。

また、図１０（ｃ）に示す配置は、２つの固体撮像素子２０を互いの動き検出・通信エリア１４が繋がって連続するように配置したものである。こうした配置にすることで、２つの固体撮像素子２０の動き検出・通信エリア１４がつながるような画角となり、シームレスな画像を取得することができ、距離検出エリア１２と重ね合わせた画像を出力することができることになる。

ところで、上記した図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す固体撮像素子２０の配置における撮像面に関しては、その中心部に距離検出エリア１２が位置し、距離検出エリア１２の左右両側に動き検出・通信エリア１４が位置し、距離検出エリア１２および動き検出・通信エリア１４の上下部に光通信エリア２２が位置することになる。

従って、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す配置の固体撮像素子２０を自動車２００の前方方向の監視に用いると、その中心部に位置する距離検出エリア１２によって、自車の進行方向に存在する前方の自動車や障害物との距離を検出することが可能になり、進行方向の障害物や自動車を検知することができる。

また、距離検出エリア１２の左右両側に位置する動き検出・通信エリア１４によって、自車の進行方向に進入して自車の進行方向を妨げる可能性のある物体、例えば、飛び出して来る人の動きを検出することが可能になり、自車の進行方向に進入してくる物体を検知することができる。

そして、こうした距離検出エリア１２ならびに動き検出・通信エリア１４の上記作用による検知に基づいて、衝突防止制御、例えば、ブレーキ制御やハンドル制御などを行うことができる。

一方、光通信エリア２２は、信号や街路灯、その他インフラなどから出力される通信データなどを受光し、その受光した通信データに基づいて運転手に情報提示などを行うことが可能となる。

次に、図１０（ｂ）に示すように配置された固体撮像素子２０を自車の前方に取り付け、固体撮像素子２０により前方方向監視を行う場合において、図１１に示すような状況を検出する際の固体撮像素子２０の検出動作について説明する。

図１１において、符号３００は信号機であり、信号機３００には赤信号が点灯されているものとする。また、符号３０２は自車の前方に位置する車両であり、車両３０２は停止している。さらに、符号３０４、３０６は歩行者であり、歩行者３０４は停止しているが、歩行者３０６は自車の前方の道路上へ移動しているものとする。

こうした場合には、固体撮像素子２０により、歩行者３０４、３０６の飛び出しの検出、先行車である車両３０２との車間距離の検出、インフラ（信号機３００など）や先行車である車両３０２との通信を同時にリアルタイムに行う必要があり、さらには各検出結果や通信結果から被害を軽減する最適な制御手段を総合的に判断する必要がある。

図１０（ｂ）に示すように配置された固体撮像素子２０を自車の前方に取り付けることにより、歩行者３０４，３０６の飛び出しの検出、先行車である車両３０２との車間距離の検出、インフラ（信号機３００など）や先行車である車両３０２との通信を同時にリアルタイムで行うことが可能となる。

まず、はじめに、歩行者３０４，３０６の飛び出しの検出について説明すると、固体撮像素子２０により撮像される画像の右側の歩行者３０６が距離検出エリア１２方向、即ち、固体撮像素子２０により撮像される画像の中央方向へ移動する場合には、右側に位置する動き検出・通信エリア１４において、図１２に示すように中央方向へ向うベクトル４００が検出されてフローデータが出力され、自車の進行方向に入ってくる障害物として認識される。

一方、固体撮像素子２０により撮像される画像の左側の歩行者３０４が道路沿いを歩行している場合は、自車との相対速度により外側への移動ベクトルとなるため、自車の進行方向に入ってくる障害物としての認識は無い。

なお、この際に動き検出・通信エリア１４においては、検出結果は上記したようにフローデータとして出力され、画像データとして出力する必要はない。

次に、先行車である車両３０２との車間距離の検出について説明すると、固体撮像素子２０の距離検出エリア１２では車両３０２を検出し、図１２に示すように輝度濃淡レベルにより距離の遠近が表現される。これにより自車の前方の車両３０２までの距離を検知し、その距離がある閾値を超えたところで、運転者に警告を出すなどの制御が可能となる。即ち、自車の先行車との車間距離検出が可能となる。

次に、インフラ（信号機３００など）との通信について説明すると、自車の先行車である車両３０２のテールランプや街路灯あるいは信号機３００の光源として、ＬＥＤなどの高速変調パルス発光が可能な光源を用いてデータ送出機能を持たせた場合に、光通信エリア２２により送出されたデータを受光することにより情報通信も可能となる。例えば、先行車からブレーキ情報、速度情報などを光通信エリア２２が受け取ることで、衝突回避などが可能となる。

具体的には、信号機の光源もＬＥＤ化されてきているため、そこに情報を載せることで車両への情報送信が可能となってきている（特開２００２−２０２７４１号公報参照）。例えば、信号機３００から現在の信号の状態、信号変化までの時間などを送信し、光通信エリア２２でそれを受信することで、車両の速度制御を行い事故を防ぐことが可能となる。

次に、図２に示す固体撮像素子２０を自車の左側方に取り付けて、側方衝突を検出する場合について説明する。

図１３には、自車の左側方に取り付けた図２に示す固体撮像素子２０により撮像された画像を示している。

固体撮像素子２０の動き検出・通信エリア１４によって、自車に近づいてくる車や人などのベクトルを検出することにより、衝突回避や衝突までの時間を予測した衝突時のエアバッグ制御などを行うことが可能となる。

具体的には、左側方より自車へ接近する車両５００に注目すると、自車が停止しているときと自車が走行しているときとでは、動き検出・通信エリア１４によって出力されるフローデータの形状が大きく異なることが知られている。

このため、自車の速度とベクトルとにより、自車への衝突の可能性を検出することが可能である。

また、距離検出エリア１２で車両５００を検出した場合には、自車のどこに衝突するかの検出が可能である。

これにより、衝突回避の可否が可能であるし、またその場合のエアバック制御などに用いることもできる可能性がある。

また、図１３に示す距離検出エリア１２に関しては、距離検出エリア１２により運転手からの死角となる場所の物体（例えば、縁石などの障害物）までの距離測定を行うことが可能となるため、ある閾値を超えた物体を検出した場合には、運転手への警報を発したり、ハンドルを制御することで衝突を回避することが可能となる。

さらには、距離検出エリア１２は、実際の輝度映像を出力できるため、運転者が映像を確認することが可能になる。

次に、図２に示す固体撮像素子２０を自車の後方に取り付けて、後方方向監視を行う場合について説明する。

図１４（ａ）および図１５（ａ）には、自車の後方に取り付けた図２に示す固体撮像素子２０により撮像された画像を示している。なお、固体撮像素子２０を自車の後方に取り付ける場合には、前方や側方に取り付ける場合と異なり、９０度回転させた方向に固体撮像素子２０を設置する。即ち、固体撮像素子２０の下部に距離検出エリア１２が位置し、固体撮像素子２０の上部に動き検出・通信エリア１４が位置し、固体撮像素子２０の両方の側部に光通信エリア２２が位置するようにして、固体撮像素子２０を自車の後方に設置する。

こうした場合に、図１４（ａ）に示すように自車に対して後方から車両６００が近づいてくる場合には、動き検出・通信エリア１４によって、図１４（ｂ）に示すように画像下部方向へのベクトルが検出されることになり、後方からの衝突回避、衝突警報などの制御に用いることが可能となる。

具体的には、この場合、車両６００が自車に近づいてくるとすると、後方の車両６００の動き検知結果はベクトル６０２となる。これにより、自車の衝突回避や、後方の車両６００への衝突警告（ブレーキランプの輝度を上げる、点滅させるなど）を行うことが可能となる。

また、後方の車両６００に固体撮像素子２０と同様な通信可能なシステムが搭載されていれば、固体撮像素子２０が発光部１０２より送信した情報を受信することが可能となる。

また、インフラ（街路灯など）に情報送出部が搭載されていて情報送信されていれば、光通信エリア２２により周辺環境の情報を受光することも可能である。

一方、図１５（ａ）（ｂ）は、下部に位置する距離検出エリア１２を用いた場合の例を示している。

距離検出エリア１２では、自車をバックさせるときの死角となる領域の障害物検知や壁までの距離計測を行うことを可能にしている。人物７００や車両７０２までの距離を計測することによって、距離がある閾値を越えたところでブレーキ制御や警報を鳴らして衝突を回避することが可能となる。

以上において説明したように、距離計測に特化した距離検出エリア１２と動き検出と通信に特化した動き検出・通信エリア１４とを有する固体撮像素子１０や、距離計測に特化した距離検出エリア１２と動き検出と通信に特化した動き検出・通信エリア１４と光通信の受光に特化した光通信エリア２２とを有する固体撮像素子２０を、自動車ヘッドランプ内、テールランプ内あるいはサイドミラー内などにに取り付けることにより、コスト削減を図りながら当該自動車の周辺監視や障害物検出を有効に行うことが可能になる。

即ち、固体撮像素子１０、２０を自動車に取り付けることにより、当該自動車の進行方向においては障害物の認識や距離計測を可能とし、また、当該自動車の側方においては当該自動車への衝突の可能性やその距離計測を可能とし、また、当該自動車の後方においては当該自動車のへ接近する車両などの検出やバック時の距離計測を可能とするようになる。

このように、固体撮像素子１０、２０を自動車に取り付けると、自車に衝突あるいは自車が衝突すると思われる物、自車の進行方向に入ろうとしている障害物、自車の進行方向の障害物や先行車、自車へ後方から接近する車両ならびに測方衝突の可能性のある車両などの検出が可能となり、また、これらの画像も同時に撮像可能であるとともに、通信を行うことができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態において示した本発明による固体撮像素子１０、２０の距離検出エリア１２、動き検出・通信エリア１４ならびに光通信エリアの形状や大きさ、あるいは、その配置は説明のための一例に過ぎないものであり、用途に応じて距離検出エリア１２、動き検出・通信エリア１４ならびに光通信エリアの形状や大きさ、あるいは、その配置を適宜に変更してよいことは勿論である。

（２）上記した実施の形態においては、固体撮像素子１０、２０を自動車に取り付けた場合について説明したが、固体撮像素子１０、２０の用途は自動車に限られるものではないことは勿論であり、ロボットのセンサーや防犯システムのセンサーなどに利用することができる。

（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、自動車、ロボットあるいは防犯システムなどの各種の分野に利用することができるものである。

図１は、本発明の実施の形態の一例による固体撮像素子の撮像面の配置構成説明図である。 図２は、本発明の実施の形態の他の例による固体撮像素子の撮像面の配置構成説明図である。 図３は、本発明による固体撮像素子の距離検出エリア、動き検出・通信エリアならびに光通信エリアの画素の大きさについて説明図である。 図４は、本発明による固体撮像素子を受光部として構成したセンサシステムのブロック構成図である。 図５は、図４に示すセンサシステムを素子としてワンチップにパッケージした状態を示すイメージ図である。 図６は、図４に示すセンサシステムの受光部として７個の本発明による固体撮像素子を自動車に取り付けた状態を示す説明図である。 図７（ａ）（ｂ）は、自動車の前方方向監視のために本発明による固体撮像素子を当該自動車へ取り付ける場合の取付位置の説明図である。 図８（ａ）（ｂ）は、自動車の側方方向監視のために本発明による固体撮像素子を当該自動車へ取り付ける場合の取付位置の説明図である。 図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、自動車の後方方向監視のために本発明による固体撮像素子を当該自動車へ取り付ける場合の取付位置の説明図である。 図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、自動車に本発明による固体撮像素子を取り付ける際における当該固体撮像素子の配置の説明図である。 図１１は、本発明による固体撮像素子の動作の説明図である。 図１２は、本発明による固体撮像素子の動作の説明図である。 図１３は、本発明による固体撮像素子の動作の説明図である。 図１４（ａ）（ｂ）は、本発明による固体撮像素子の動作の説明図である。 図１５（ａ）（ｂ）は、本発明による固体撮像素子の動作の説明図である。

符号の説明

１０、２０ 固体撮像素子
１０ａ、２０ａ 撮像面
１２ 距離検出エリア
１４ 動き検出・通信エリア
２２ 光通信エリア
１００ センサシステム
１０２ 発光部
１０４ 受光部
１０６ 演算回路
１０８ デコーダ
１１０ エンコーダ
１１２ 発光・受光同期回路
１１４ 制御回路

Claims (4)

1. 物体を撮像する単一の撮像面を備えた固体撮像素子であって、
   前記撮像面が、
   物体までの距離を検出する距離検出機能を担うために特化された距離検出エリアと、
   物体の動きを検出する動き検出機能を担うために特化された動き検出エリアと
   に領域分割された
   ことを特徴とする固体撮像素子。
2. 物体を撮像する単一の撮像面を備えた固体撮像素子であって、
   前記撮像面が、
   物体までの距離を検出する距離検出機能を担うために特化された距離検出エリアと、
   物体の動きを検出する動き検出機能を担うために特化された動き検出エリアと、
   外部と通信する通信機能を担うために特化された光通信エリアと
   に領域分割された
   ことを特徴とする固体撮像素子。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
   前記距離検出エリアの画素が、前記他のエリアの画素よりも大きい
   ことを特徴とする固体撮像素子。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
   前記距離検出エリアと前記距離検出エリアと前記光通信エリアとは、画像情報を取得する
   ことを特徴とする固体撮像素子。