JP2023060730A

JP2023060730A - 光検出素子、及び光検出装置

Info

Publication number: JP2023060730A
Application number: JP2021170488A
Authority: JP
Inventors: 信男中村; Nobuo Nakamura; 淳戸田; Atsushi Toda
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-04-28
Also published as: CN118103725A; WO2023067844A1

Abstract

【課題】より小型化が可能な光検出素子、及び光検出装置を提供する。【解決手段】実施形態に従った光検出素子は、測定対象に第１方向の測定光を射出し、第１方向と異なる第２方向の参照光を射出する光射出部と、参照光を受光し、光電変換する光電変換素子と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、検出素子、及び光検出装置に関する。

従来の光検出方式には、光の往復時間を測定して測距するｄＴｏＦ（ＤｉｒｅｃｔＴｏＦ方式）、光の位相差を測定して測距するｉＴｏＦ（ＩｎｄｉｒｅｃｔＴｏＦ）方式、光周波数を周波数変調（Ｃｈｉｒｐ）して参照光と反射光のビート（Ｂｅａｔ）周波数から測距する周波数連続変調（ＦＭＣＷ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）方式等、複数の種類がある。その中でもＦＭＣＷ方式は、低消費電力化、高精細化、測距精度の高度化、背景光耐性が高いなどの特徴があり、近年研究開発と実用化が進んでいる。

また、ＦＭＣＷ方式の中のＦＰＡ（ＦｏｃａｌＰｌａｎｅＡｒｒａｙ）型ＦＭＣＷ方式では、光を射出するＴＸ（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）部と光を受信するＲＸ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）部がチップの別々の箇所に配置されている。このため、大きなチップ面積が必要となり、光検出素子が大きくなってしまう。また、ＴＸ部とＲＸ部が同一のＬＳＰＣＷ（格子シフト型ＰＣＷ、ｌａｔｔｉｃｅ－ｓｈｉｆｔｅｄｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）から構成される装置も知られている。しかしながら、長辺方向には電子的に波長を変えて出射角度を制御できるものの、短辺方向には光を集めることが出来ないため、プリズムレンズをつけて光を集光する必要がある。このため、光検出装置が大きくなってしまう。

特開平１１－３５２２１５号公報

そこで、本開示では、より小型化が可能な光検出素子、及び光検出装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、測定対象に第１方向の測定光を射出し、前記第１方向と異なる第２方向の参照光を射出する光射出部と、
前記参照光を受光し、光電変換する光電変換素子と、
を備える、光検出素子が提供される。

前記光電変換素子は、前記測定対象からの前記測定光の戻り光を更に受光し、前記参照光と前記戻り光とを光電変換してもよい。

前記第２方向は、前記第１方向と反対の方向であってもよい。

前記光射出部は、第１領域から測定対象に前記測定光を射出し、前記第１領域と異なる第２領域から前記参照光を射出してもよい。

前記第２領域は、前記第１領域から出射される前記測定光の進行方向と反対側の面の領域であってもよい。

前記光射出部は７００ｎｍよりも長波長をもつ光を放射してもよい。

前記光射出部は放射される前記光の波長に相当するエネルギ―以上のバンドギャップを持つ材料であってもよい。

前記光射出部はシリコン（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、硝酸ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくともいずれかを含んで構成されてもよい。

前記光射出部は回折部で構成される回折格子であり、
前記測定光は、前記回折格子から出射してもよい。

前記光射出部は微少機械システム（メムス）を使った光スイッチから構成されてもよい。

前記光射出部はチャープした周波数のチャープ光を前記測定光として出射してもよい。

前記光電変換素子に対して、複数のレンズを介して前記測定対象からの前記測定光の戻り光が受光されてもよい。

前記光電変換素子は、前記回折格子から出射される光を吸収する材料で構成されてもよい。

前記光電変換素子はゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマ二ウム（ＳｉＧｅ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ゲイナス（ＧａＩｎＡｓＰ）、エルビウム添加ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ：Ｅｒ）、エルビウム添加イン化インジウム（ＩｎＰ：Ｅｒ）、炭素添加シリコン（Ｓｉ：Ｃ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、インジウムヒ素アンチモンリン（ＩｎＡｓＳｂＰ）、及び酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）の少なくともいずれかを含み構成されてもよい。

前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換する読出し回路部を更に備え、
前記光射出部、前記光検出素子、前記読出し回路部の順番で積層構造を有してもよい。

前記読出し回路部は、シリコン（Ｓｉ）基板と表層のシリコン（Ｓｉ）層との間に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を有する構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成されてもよい。

前記読出し回路部は検出回路基板と電気的に接続されてもよい。

前記読出し回路部は、可視光を検出する検出素子と電気的に接続されてもよい。

前記光電変換素子はバランスドフォトダイオードから構成されてもよい。

前記光電変換素子の上部にレンズが形成されてもよい。

前記レンズは１つの前記光検出素子に対して１個以上配置されてもよい。

前記光電変換素子の上部に凹凸構造を有する曲面レンズが形成されてもよい。

前記光電変換素子の上部にメタレンズが形成されてもよい。

前記光電変換素子は２次元の格子状に複数配置されてもよい。

前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換する読出し回路部を更に備え、
前記読出し回路部は、前記光電変換素子の出力信号を増幅するトランスインピーダンスアンプリファイアと、
前記トランスインピーダンスアンプリファイアの出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を有してもよい。

前記トランスインピーダンスアンプリファイアと、前記アナログデジタル変換器とは、前記光電変換素子毎に配置されてもよい。

前記トランスインピーダンスアンプリファイアは、複数の前記光電変換素子毎に一つ配置されてもよい。

前記アナログデジタル変換器は、複数の前記光電変換素子毎に一つ配置されてもよい。

前記光射出部、前記光電変換素子、前記読出し回路部の順に積層されてもよい。

前記光射出部は、前記光電変換素子に対応し、一つの前記光電変換素子に対して少なくとも一つの前記光射出部が配置されてもよい。

前記光射出部は、複数の前記光電変換素子に対応し、前記複数の前記光電変換素子に対して少なくとも一つの行状の前記光射出部が配置されてもよい。

前記光射出部、前記光電変換素子、前記読出し回路部はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成されてもよい。

前記光射出部、前記光電変換素子、及び前記読出し回路部は金属配線で接続されてもよい。

可視光を検出する第２光電変換素子と、を更に備え、
第２光電変換素子は、前記光電変換素子に対して光の入射側に配置されてもよい。

光検出素子と、
前記測定光の光源と、
を備えてもよい。

前記光電変換素子は２次元の格子状に複数配置され、
前記格子状に配置される複数の前記光電変換素子に対応して、前記光射出部が配置されてもよい。

前記光電変換素子に対応して配置される、前記光射出部の発光を制御する制御部を更に備えてもよい。

前記制御部は、
前記複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部に対して、同一タイミングで発光させる制御を行ってもよい。

前記制御部は、
行状に配置される複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を、発光しながら行が変わるように制御してもよい。

前記制御部は、
複数の行状に配置される複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を、発光しながら行が変わるように制御してもよい。

前記制御部は、
複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を発光させ、更に前記複数の前記光電変換素子の中の一部の前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換されてもよい。

本開示によれば、赤外光を検出する第１光電変換素子と、
可視光を検出する第２光電変換素子と、備え、
第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子に対して光の入射側に配置される、光検出素子が提供される。

前記第１光電変換素子と異なる波長帯域の赤外光を検出する第３光電変換素子を更に備えてもよい。

前記第３光電変換素子と、第２光電変換素子とは積層されてもよい。

逆ピラミッド形状を有する２次元アレイ状の光回折構造部を更に備え、
前記光回折構造部は、前記第２光電変換素子よりも、光の入射側に配置されてもよい。

第１の実施形態に係る光検出素子を適用した光検出装置の構成の一例を示す概略構成図。光検出素子の構成の一例を示す図。光検出素子の画素アレイ部と光変調部の構成例を示す図。画素の構成例１を示す図。画素における信号例を示す図。信号処理部の信号処理結果の例を示す図。画素の断面図。図７で示した画素を配置した光検出素子の構成例を示す図。図７で示した画素を配置した光検出素子の別の構成例を示す図。同一行に配置される複数の画素の構成例を示す図。光射出部を回折格子で構成した際の特性パラメータを示す図。図１１で示す特性パラメータに対するシミュレーション結果例を示す図。マイクロレンズを配置しない場合の画素の断面図。光回路部と、読出し回路部とを積層した画素の断面図。図１４の画素とマイクロレンズとを積層した画素の断面図。図１３の画素の下層に読出し回路部を配置した画素の断面図。図１６の画素にマイクロレンズを配置した画素の断面図。図１６の画素の光電変換素子側のみにマイクロレンズを配置した画素の断面図。マイクロレンズの構成例を示す図。マイクロレンズの製造方法例を示す図。メタレンズで構成したマイクロレンズの構成例を示す図。メタレンズで構成したマイクロレンズの製造方法例を示す図。画素アレイ部の一行分の構成例を模式的に示す図。光照射部の参照光の出射側にも格子部を形成した例を示す図。光照射部を微少機械システム（ＭＥＭＳ）で形成した例を示す図。光照射部をホトニクス（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）構造により構成した例を示す図。１行の隣接した２画素を示した画素の構成例を示す図。画素の構成例２を示す図。画素の構成例３を示す図。画素の構成例４を示す図。送信波信号と反射波信号との関係を示す図。参照光と戻り光との関係を示す図。処理部の演算したビート周波数を示す図。画素アレイ部２の全面照射の制御例を示す図。矢印で示す１行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す２行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す３行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す１及び２行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す３及び４行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す５及び６行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す１から３行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す２から４行目の光照射部が出射している例を示す図。矢印で示す３から５行目の光照射部が出射している例を示す図。図１０に対応する画素２の構成例を示す図。複数の画素の構成例３を示す図。図４５に対応する画素の構成例を示す図。複数の画素の構成例４を示す図。図４７に対応する画素の構成例を示す図。複数の画素の構成例５を示す図。図４９に対応する画素の構成例を示す図。複数の画素の構成例６を示す図。図５１に対応する画素の構成例を示す図。複数の画素の構成例７を示す図。図５３に対応する画素の構成例を示す図。アナログデジタル変換回路を列方向の画素で共有する画素の構成例２を示す図。アナログデジタル変換回路を列方向の画素で共有する画素の構成例３を示す図。複数の画素の構成例８を示す図。複数の画素の構成例９を示す図。図５７、及び図５８に対応する画素の構成例を示す図。複数の画素の構成例１０を示す図。可視撮像が可能な画素の構成例を示す図。赤外撮像が可能な画素の構成例を示す断面図。可視撮像が可能な画素と赤外撮像が可能な画素とを更に積層した画素の断面図。赤外撮像が可能な画素の構成例を示す断面図。赤外撮像が可能な画素の構成例を示す断面図。可視撮像が可能な画素と赤外撮像が可能な画素とを更に積層した画素の断面図。可視撮像が可能な画素と赤外撮像が可能な画素とを更に積層した画素の断面図。赤外撮像が可能な画素の構成例を示す断面図。可視撮像が可能な画素と赤外撮像が可能な画素とを更に積層した画素の断面図。可視撮像が可能な画素の構成例を示す図。可視撮像が可能な画素と赤外撮像が可能な画素とを更に積層した画素の断面図。技術が適用される移動装置制御システムの一例である車両制御システムの構成例を示すブロック図。図７２の外部認識センサのカメ、レーダ、ＬｉＤＡＲ５３、及び、超音波センサ等によるセンシング領域の例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

（第１実施形態）
（測距装置の構成）
図１は、本開示の第１実施形態に係る光検出素子を適用した光検出装置の構成の一例を示す概略構成図である。

第１の実施形態に係る光検出装置１００は、例えば、光飛行時間に基づいて物体（被写体）までの距離を測定する光検出素子に適用することができる。また、光検出装置１００は、撮像が可能である。この光検出装置１００は、図１に示すように、光検出素子１と、レーザ光源１１ａと、レンズ光学系１２と、制御部１０と、信号処理部１５と、モニタ６０と、操作部７０とを備える。なお、光検出装置１００は、少なくとも光検出素子１と、レーザ光源１１ａと、制御部１０と、モニタ６０と、操作部７０とを備えるものであってもよい。この場合、レンズ光学系１２は、光検出装置１００に対し外部から接続可能なものとなる。

レーザ光源１１ａは、制御部１０の制御に従って、レーザ光を生成する。波長λ＝７００ｎｍ以上の波長が使用される。一例としては、波長λ＝１５５０ｎｍ、１３３０ｎｍ、２０００ｎｍ等の眼に影響がない眼安全（Ｅｙｅｓａｆｅ）帯の光が用いられる。また、例えばＡｌＧａＡｓ系半導体レーザで、波長λ＝９４０ｎｍのレーザ光を発生してもよい。

レンズ光学系１２は、光検出素子１から出射されたレーザ光を集光して、集光したレーザ光を被写体へ送出し、被写体からの光を光検出素子１に導き、光検出素子１の画素アレイ部２０（図２参照）に結像させる。

また、レンズ光学系１２は、制御部１０の制御に従って、レンズの焦点調整や駆動制御を行う。さらに、レンズ光学系１２は、制御部１０の制御に従って、絞りを指定された絞り値にする。信号処理部１５は、例えば画素アレイ部２０（図２参照）が生成した距離情報を含む信号に対してフ－リエ変換処理などの信号処理を行う。これにより、画素アレイ部２０を構成する画素ごとに対応する距離値の情報を含む距離画像データを生成する。また、信号処理部１５は、画素アレイ部２０が有する可視光電変換素子で光電変換した撮像信号を処理し、撮像画像データを生成することも可能である。

モニタ６０は、光検出素子１により得られた距離画像データ、及び撮像画像データの少なくともいずれかを表示することが可能である。光検出装置１００の利用者（例えば撮影者）は、画像データをモニタ６０から観察することができる。制御部１０は、ＣＰＵやメモリ等を用いて構成されており、操作部７０からの操作信号に応答して、光検出素子１の駆動を制御し、レンズ光学系１２を制御する。

（光検出デバイスの構成）
図２は、光検出素子１の構成の一例を示す図である。同図に示すように、光検出素子１は、例えば、画素アレイ部２０と、垂直駆動部３０と、水平駆動部４０と、光変調部５０（図３参照）とを含み構成される。垂直駆動部３０及び水平駆動部４０の動作は、制御部１０により制御される。

画素アレイ部２０は、入射した光の強さに応じた電荷を生成し蓄積する、アレイ状（行列状）に配置された複数の画素２００を含み構成される。画素の配列としては、例えば、クアッド（Ｑｕａｄ）配列やベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列が知られているが、これに限られない。同図中、画素アレイ部２０の上下方向を列方向ないしは垂直方向と称し、左右方向を行方向ないしは水平方向と定義する。なお、画素アレイ部２０における画素の構成の詳細については、後述する。

垂直駆動部３０は、シフトレジスタやアドレスデコーダ（図示せず）などを含み構成される。垂直駆動部３０は、制御部１０の制御の下、例えば、画素アレイ部２０の複数の画素２００を、行単位で順番に、垂直方向に駆動していく。本開示では、垂直駆動部３０は、信号の読出しのための走査を行う読出し走査回路３２と光電変換素子から不要な電荷を掃き出す（リセットする）走査を行う掃出し走査回路３４を含み得る。

読出し走査回路３２は、各画素２００から電荷に基づく信号を読み出すために、画素アレイ部２０の複数の画素２００を行単位で順に選択走査を行う。掃出し走査回路３４は、読出し走査回路３２によって読出し動作が行われる読出し行に対して、その読出し動作よりも電子シャッターの動作速度の時間分だけ先行して掃出し走査を行う。掃出し走査回路３４による不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッター動作を行うことが可能である。

水平駆動部４０は、シフトレジスタやアドレスデコーダ（図示せず）などを含み構成される。水平駆動部４０は、制御部１０の制御の下、例えば、画素アレイ部２０の複数の画素２００を、列単位で順番に、水平方向に駆動していく。垂直駆動部３０及び水平駆動部４０による画素の選択的な駆動により、選択された画素２００に蓄積された電荷に基づく信号が信号処理部１５に出力される。

（画素アレイ部２０と光変調部５０の構成例）
図３は、光検出素子１の画素アレイ部２０と光変調部５０の構成例を示す図である。図３に示すように、画素アレイ部２０は、二次元状の行列に配置される複数の画素２００を有する。なお、本実施形態に係る画素２００は、光射出部２０２と、マイクロレンズ２０４とを有するが、これに限定されない。例えば、後述するように、マイクロレンズ２０４を有さない構成も可能である。

光射出部２０２は、光変調部５０から導入される光を射出する。本実施形態に係る光射出部２０２は、画素アレイ部２０の各行毎に配置され、例えば画素アレイ部２０の一端から他端まで連続している。光射出部２０２の材料は、レーザ光の波長に相当するエネルギ以上のバンドギャップを持つ材料が使用される。この材料は、シリコン（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、硝酸ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）などである。なお、本実施形態に係る光射出部２０２は、画素アレイ部２０の一端から他端まで連続しているが、これに限定されない。また、各画素２００には、光を射出し、且つ、集光するマイクロレンズ２０４が配置されている。なお、マイクロレンズ２０４はオンチップレンズ（ＯＣＬ）と称する場合がある。

光変調部５０は、複数の受光端部５０２ａ、５０２ｂと、周波数変調部５０４と、光スイッチ５０６と、を備える。複数の受光端部（入力ポート）５０２ａ、５０２ｂは、例えばスポットサイズ変換器（ＳｐｏｔＳｉｚｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。複数の受光端部（入力ポート）５０２ａ、５０２ｂは、複数のレーザ光源１１ａ、１１ｂから導入される光を受光し、導波路を介して周波数変調部（ＦＭ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）５０４にレーザ光を導波する。導波路は例えば光ファイバにより構成される。

レーザ光源１１ａの波長は例えば１５５０ｎｍであり、レーザ光源１１ｂの波長は例えば１３３０ｎｍである。これにより、光変調部５０には、波長１５５０ｎｍ又は１３３０ｎｍのレーザ光が制御部１０（図１参照）の制御により導波される。光変調部５０は、レーザ光の周波数を時系列に増減させたチャープ（Ｃｈｉｒｐ）波を生成する。すなわち、このチャープ波は、周波数が時系列に増減する。そして、このチャープ波は、光スイッチ５０６を介して各行の光射出部２０２に導波される。また、レーザ光源１１ａ、１１ｂは、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの発光ダイオードにより構成してもよい。

光スイッチ５０６は、例えば制御部１０（図１参照）の制御により、光を透過させる行を変更させることが可能である。光スイッチ５０６は、例えば微少機械システム（メムス）（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）型の光スイッチなどで構成可能である。

各行の光射出部２０２から画素２００毎に射出されたチャープ波は、測定光Ｌ１０としてマイクロレンズ２０４及びレンズ光学系１２を介して測定対象Ｔｇに照射される。そして、測定対象Ｔｇに反射された戻り光Ｌ１１は、レンズ光学系１２及びマイクロレンズ２０４を介して画素２００毎に受光される。この場合、例えば測定光Ｌ１０が測定対象Ｔｇに照射され、測定対象Ｔｇから反射して戻った戻り光Ｌ１１は、測定光Ｌ１０と同一の光路をたどり、射出した同一のマイクロレンズ２０４に受光される。

（画素２００の構成例１）
図４は、画素２００の構成例１を示す図である。図４に示すように、画素２００は、例えば光回路部２００ａと、読出し回路部２００ｂとを備える。なお、本実施形態に係る画素２００は、読みだし回路部２００ｂを備えるがこれに限定されない。例えば、読みだし回路部２００ｂは、画素２００外の共通基板に構成してもよい。

光回路部２００ａは、測定光Ｌ１２を射出し、参照光Ｌ１４と戻り光Ｌ１６とを受光し、第１ビート信号Ｓｂａｅｔａを生成する。より具体的には、光回路部２００ａは、光射出部（回折格子）２０２と、マクロレンズ（ＯＣＬ）２０４と、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂと、を備える。

このような構成により、光射出部２０２は、第１方向に測定光Ｌ１２を射出する。一方で、光射出部２０２は、第１方向と異なる第２方向に、参照光Ｌ１４を射出する。例えば、第２方向は、第１方向と反対の方向である。なお、本実施形態に係る第２方向は、第１方向と反対の方向であるがこれに限定されない。例えば、第２方向は、第１方向と例えば、９０、１２０、１５０度などの異なる方向としてもよい。この場合、光電変換素子２０６ａの受光範囲を移動させたり、鏡面で反射させたりして、光電変換素子２０６ａに参照光Ｌ１４を受光させてもよい。なお、参照光Ｌ１４を漏れ光と称し、戻り光Ｌ１６を反射光と称する場合がある。

また、図４に示すように、光射出部２０２において、測定光Ｌ１２を射出する第１領域と、参照光Ｌ１４を射出する第２領域とは異なる。例えば、第２領域は、第１領域から出射される測定光Ｌ１２の進行方向と反対側の面の領域である。

光電変換素子２０６ａ、２０６ｂは、例えばバランスドフォトダイオード（Ｂ－ＰＤ）であり、光電変換素子２０６ａと、光電変換素子２０６ｂとで構成される。光電変換素子２０６ａと、光電変換素子２０６ｂとは共通の光電変換素子で構成され、光電変換素子２０６ａは、主として参照光Ｌ１４を受光し、光電変換素子２０６ｂは、主として戻り光Ｌ１６を受光する。なお、光電変換素子２０６ａも戻り光Ｌ１６を受光し、光電変換素子２０６ｂも参照光Ｌ１４を受光してもよい。これらから分かるように、光電変換素子２０６ａと、光電変換素子２０６ｂとで参照光Ｌ１４と戻り光Ｌ１６とが合波され、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂによる光電変換後の信号であるＦＭＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）信号として第１ビート信号Ｓｂａｅｔａが生成される。また、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマ二ウム（ＳｉＧｅ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ゲイナス（ＧａＩｎＡｓＰ）、エルビウム添加ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ：Ｅｒ）、エルビウム添加イン化インジウム（ＩｎＰ：Ｅｒ）、炭素添加シリコン（Ｓｉ：Ｃ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、インジウムヒ素アンチモンリン（ＩｎＡｓＳｂＰ）、及び酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）の少なくともいずれかを含み構成される。

このように、光射出部２０２から第１方向に測定光Ｌ１２を射出し、光射出部２０２から第１方向と異なる第２方向に参照光Ｌ１４を射出することにより、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを測定光Ｌ１２の射出を阻害しない位置に配置可能となる。さらに、参照光Ｌ１４を直接的に光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが受光するので、合波用の光ファイバや光学カプラなどを用いずに、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂにより参照光Ｌ１４と戻り光Ｌ１６との合波が可能となる。このため、画素２００を小型化することが可能となる。これにより、光検出素子１、及び光検出装置１００をより小型化できる。

読出し回路部２００ｂは、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが生成した第１ビート信号（Ｓｂｅａｔａ）を増幅し、デジタル信号に変換する。より具体的には、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）２１０とを有する。すなわち、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８は、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが生成した第１ビート信号（Ｓｂｅａｔａ）を増幅して第２ビート信号（Ｓｂｅａｔｂ）を生成する。そして、アナログデジタル変換回路２１０は、第２ビート信号（Ｓｂｅａｔｂ）をデジタル信号に変換し、信号処理部１５に出力する。

（信号特性）
図５は、画素２００における信号例を示す図である。図５Ａは、参照光Ｌ１４の光強度の周波数変化を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は光強度（パワー）を示す。図５Ａに示すように、参照光Ｌ１４は、時系列に周波数が増減するチャープ波である。測定光Ｌ１２も光強度は異なるが、参照光Ｌ１４と同等のチャープ波である。

図５Ｂは、戻り光Ｌ１６の光強度の変換を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は光強度（パワー）を示す。図５Ｂに示すように、戻り光Ｌ１６は、空間伝搬の遅延をともなって時系列に周波数が増減する。

図５Ｃは、第１ビート信号（Ｓｂｅａｔａ）の光強度の変化を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は光強度（パワー）を示す。図５Ｃに示すように、第１ビート信号（Ｓｂｅａｔａ）は、参照光Ｌ１４と、戻り光Ｌ１６との合波により、空間伝搬の遅延の情報を有するビート信号となる。第１ビート信号（Ｓｂｅａｔａ）は、ビート周波数を発生する。

（信号処理結果例）
図６は、信号処理部１５の信号処理結果の例を示す図である。横軸はビート周波数を示し、縦軸は出力密度を示す。図６に示すように、信号処理部１５（図１参照）は、増幅しデジタル変換された第１ビート信号（Ｓｂｅａｔａ）の周波数が距離によって変化するのを利用し、例えばヘテロダイン検波により測距する。すなわち、信号処理部１５は、デジタル変換された第２ビート信号（Ｓｂｅａｔｂ）をフーリエ変換などし、測定対象Ｔｇまでの距離値２２、６６、１１０、１５４、１９８メートルなどを生成する。さらに、信号処理部１５は、２つのビート周波数Ｆの差分はドップラー効果でシフトした周波数となることを利用し、測定対象ＴｇのＺ方向速度を生成することも可能である。

（画素２００の積層構造例１）
図７は、画素２００の断面図である。図７に示すように、画素２００の光回路部２００ａは、例えばシリコン（Ｓｉ）基板と酸化シリコン（ＳｉＯ_２）とを有する構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成される。なお、シリコン（Ｓｉ）基板を更にシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板として構成してもよい。図７に示すように、光射出部２０２の下に光電変換素子２０６ａが配置されている。一方で、光電変換素子２０６ｂの上には、光射出部２０２が配置されていないので、光電変換素子２０６ｂは、光射出部２０２に阻害されることなく、戻り光を受光可能となる。

（光検出素子１の構成例１）
図８は、図７で示した画素２００を配置した光検出素子１の構成例を示す図である。シリコン貫通電極（ＴＳＶ：ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）、カッパーカッパー接続（ＣＣＣ：Ｃｕ－ＣｕＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）などの接続技術によって、積層構造で形成される。例えば光回路部２００ａは、光回路部基板２０ａに構成され、読みだし回路部２００ｂは、ＲＯＩＣ（Ｒｅａｄ－ｏｕｔＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｕｉｃｕｉｔｓ）と呼ばれる読出し回路基板２０ｂに構成される。このように、光回路部基板２０ａと、読出し回路基板２０ｂとは、シリコン貫通電極（ＴＳＶ：ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）、カッパーカッパー接続（ＣＣＣ：Ｃｕ－ＣｕＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）などの接続技術によって、積層される。また、レーザ光源１１ａ、及びレーザ光源１１ｂも光回路部基板２０ａが構成される共通基板上に構成される。

（光検出素子１の構成例２）
図９は、図７で示した画素２００を配置した光検出素子１の別の構成例を示す図である。光回路部基板２０ａと、読出し回路基板２０ｂとは、シリコン貫通電極（ＴＳＶ：ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）、カッパーカッパー接続（ＣＣＣ：Ｃｕ－ＣｕＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）などの接続技術によって、積層される。一方で、レーザ光源１１ａ、及びレーザ光源１１ｂは、光回路部基板２０ａが構成される共通基板と異なる基板上に、分離して構成される。右図は、光回路部基板２０ａのレーザ光源１１ａ、及びレーザ光源１１ｂとは反対側の端面に配置される光射出部２０２、マイクロレンズ２０４、光電変換素子２０６ａ、ｂの配置を模式的に示す図である。このように、各光射出部２０２は行方向（水平方向）に沿って並行に配置される。

（複数の画素２００の構成例１）
図１０は、同一行に配置される複数の画素２００の構成例を示す図である。光回路部基板２０ａと、読出し回路基板２０ｂとは、カッパーカッパー接続４００ｃで接続される。これにより、画素アレイ部２０の行毎に発光させることが可能である。

（光射出部２０２の光学特性）
ここで、図１１及び図１２を用いて、光射出部２０２の光学特性を説明する。図１１は、光射出部２０２を回折格子で構成した際の特性パラメータを示す図である。図１２は、図１１で示す特性パラメータに対するシミュレーション結果例を示す図である。図１１に示すうように、回折格子（ピッチＰ、高さｈ、幅Ｗ）は、光が進行する主光路である導波路（コア、屈折率ｎ１）と、回折格子を構成する格子部と、を有する。回折格子の光学特性は、導波路（コア）及び格子部の屈折率ｎ１、導波路（コア）及び格子部を覆うクラッドの屈折率ｎ２、格子部の高さｈ、幅Ｗ、及びピッチ（間隔）Ｐなどのパラメータにより変わる。

図１２のＡ～Ｃ図は、横軸が格子部の高さを示し、縦軸が出射される光のパワー（強度）を示す。図１２のＡ図は、格子部の幅Ｗが１００マイクロメートルであり、Ｂ図は、格子部の幅Ｗが２００マイクロメートルであり、Ｃ図は、格子部の幅Ｗが３００マイクロメートルである。格子部の有る側である前方から射出された光のパワーをＭｏｎｉｔｏｒ１で示し、後方から射出された光のパワーをＭｏｎｉｔｏｒ２で示す。図Ａでは、高さｈが０．０５マイクロメートルから０．２マイクロメートルに増加するにしたがい前方側のパワーＭｏｎｉｔｏｒ１、後方側のパワーＭｏｎｉｔｏｒ２共に増加し、その後減少する。

また、図Ｂでは前方側のパワーＭｏｎｉｔｏｒ１は、高さｈが０．０５マイクロメートルから０．２５マイクロメートルに増加するにしたがい増加或いは維持される。一方で、後方側のパワーＭｏｎｉｔｏｒ２は、高さｈが０．０５マイクロメートルから０．２５マイクロメートルに増加するにしたがい増加した後に一端減少し、その後に再び増加する。

また、図Ｃでは前方側のパワーＭｏｎｉｔｏｒ１、後方側のパワーＭｏｎｉｔｏｒ２共に、高さｈが０．０５マイクロメートルを除く範囲で、高さｈが増加するにしたがい線形的に増加する。このように、光学系（マイクロレンズ２０４、及び光学系１２）の特性、及びクラッドの屈折率ｎ２に応じて、光射出部２０２の形状を設定することが可能である。

（画素２００の積層構造例２）
図１３は、マイクロレンズ２０４を配置しない場合の画素２００の断面図である。図１３に示すように、光学系１２の特性、及びクラッドの屈折率ｎ２に応じて、光射出部２０２の形状を設定する場合には、画素２００の構造によれば、マイクロレンズ２０４を配置しない場合にも、光検出の性能条件を満たす場合がある。このように、光射出部２０２は、マイクロレンズ２０４と同程度の光の集光特性、或いは拡散特性を有するように設計可能である。

（画素２００の積層構造例３）
図１４は、光回路部２００ａと、読出し回路部２００ｂとを積層した画素２００の断面図である。図１４に示すように、読出し回路部２００ｂを光回路部２００ａと、積層して構成してもよい。例えば、読出し回路部２００ｂは、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層に構成される。この場合、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、又はシリコン（Ｓｉ）基板上に積層してもよい。このような積層構造では、光回路部２００ａと、読出し回路部２００ｂとは、カッパー（Ｃｕ）配線同士を接続したり、シリコン貫通電極ＴＳＶなどで接続したりすることにより、積層が可能となる。

（画素２００の積層構造例４）
図１５は、図１４の画素２００とマイクロレンズ２０４とを積層した画素の断面図である。図１５に示すように、図１４に示す画素２００にマイクロレンズ２０４を積層し、マイクロレンズ２０４と光射出部２０２とを組み合わせた例である。このように、マイクロレンズ２０４と光射出部２０２とを組み合わせることにより、光学系の光学特性を調整可能である。

（画素２００の積層構造例５）
図１６は、図１３の画素の下層に読出し回路部２００ｂを配置した画素の断面図である。図１６に示すように、ＴＳＶ（ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）等を使って、光電変換素子２０６ａ，２０６ｂと読出し回路部２００ｂを電気的に接続できるため、デバイス構造を簡単化することが可能になる。

（画素２００の積層構造例６）
図１７は、図１６の画素にマイクロレンズ２０４ａを配置した画素の断面図である。図１７に示すように、図１６に示す画素２００にマイクロレンズ２０４を積層し、マイクロレンズ２０４と光射出部２０２とを組み合わせた例である。このように、マイクロレンズ２０４と光射出部２０２とを組み合わせることにより、光学系の光学特性を調整可能である。

（画素２００の積層構造例７）
図１８は、図１６の画素の光電変換素子２０６ｂ側のみにマイクロレンズ２０４ｂを配置した画素の断面図である。図１８に示すように、光電変換素子２０６ｂ側のみにマイクロレンズ２０４ｂを積層し、測定光の射出側（照射光）と、戻り光側で光学特性を変更することも可能である。これにより、マイクロレンズ２０４ｂの位置を最適化することが可能である。また、光射出部２０２からの光を、マイクロレンズ２０４ｂを透過させないので、より広い角度で光を発光可能となる。一方で、光電変換素子２０６ｂ側はマイクロレンズ２０４ｂにより戻り光を効率的に集光させることが可能である。また、マイクロレンズ２０４ｂの位置は、一般的な撮像と同様に、瞳補正が実施されていてもよい。

（マイクロレンズの構成例１）
図１９は、マイクロレンズ２０４ｃの構成例を示す図であり、断面図と上面図を示す。マイクロレンズ２０４ｃは、曲面レンズ構造を有する。すなわち、このマイクロレンズ２０４ｃは、光射出部２０２側を凹レンズとして形成し、光電変換素子２０６ｂ側を凸レンズとして形成している。このように、測定光の射出側（照射光）と、戻り光側で光学特性の異なるレンズ特性を持たせることができる。

（マイクロレンズの製造方法例１）
図２０は、マイクロレンズ２０４ｃの製造方法例を示す図である。まず、光回路部２００ａを構成した酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層５０２上に硝材５００を配置する（Ｓ１００）。次に、リソグラフィ技術によって、凹形上部をドライエッチング等で硝材５００に対して形成する（Ｓ１０２）。そして、リフローすることにより、マイクロレンズ２０４ｃのなだらかな曲面を形成する（Ｓ１０４）。

（マイクロレンズの構成例２）
図２１は、メタレンズで構成したマイクロレンズ２０４ｄの構成例を示す図であり、断面図と上面図を示す。マイクロレンズ２０４ｄは、メタレンズで構成される。すなわち、光射出部２０２の直上ではメタレンズによる凹メタレンズを形成し、射出光を拡散させる。一方で、光電変換素子２０６ｂの直上ではメタレンズによる凸メタレンズを形成し、戻り光を集光させる。すなわち、凹メタレンズは柱状が疎、凸メタレンズは柱状が密の配置となる。このように、マイクロレンズ２０４ｄは、光射出部２０２側を凹レンズとして形成し、光電変換素子２０６ｂ側を凸レンズとして形成している。これにより、測定光の射出側と、戻り光側で光学特性の異なるレンズ特性を持たせることができる。

（オンチップレンズの製造方法例２）
図２２は、メタレンズで構成したマイクロレンズ２０４ｄの製造方法例を示す図である。まず、光回路部２００ａを構成した酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層５０２上に硝材５００を配置する（Ｓ２００）。次に、リソグラフィにより粗密をパターニングし、硝材５００をドライエッチングしてマイクロレンズ２０４ｄを形成する（Ｓ２０２）。メタレンズ（Ｐｉｌｌｅｒ）部分の材料は、より屈折率が高い材料で構成される。例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｐｏｌｙ－Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－Ｓｉｌｉｃｏｎ、ＴａＯｘ、Ａｌ_２Ｏ_３などである。一方で、Ｐｉｌｌｅｒ状のメタレンズ間の材料は、より屈折率が低い材料で構成される。例えば、空気（ａｉｒ）、ＳｉＯ_２などである。

（画素アレイ部２０の一行分の構成例１）
図２３は、画素アレイ部２０の一行分の構成例を模式的に示す図である。図２３では、上述したように、光射出部２０２は、測定光（照射光）を照射する側に回折格子を形成し、参照光の出射側には、回折格子を形成しない例である。このように、回折格子の有無により、測定光と、参照光との光強度及び照射角の調整を異ならせることが可能となる。

（画素アレイ部２０の一行分の構成例２）
図２４は、光射出部２０２ａの参照光の出射側にも回折格子を形成した例を示す図である。図２４に示すように、光射出部２０２ａの参照光の出射側にも回折格子を形成する。これにより、参照光の光パワーを向上させることが可能となる。これにより参照光の強度を大きくすることによりの測定精度をより向上させることが可能となる。

（画素アレイ部２０の一行分の構成例３）
図２５は、光射出部２０２ｂを微少機械システム（メムス）（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）で光スイッチを形成した例を示す図である。図２５に示すように、制御部１０の微少機械システムのＯＮ／ＯＦＦ制御により、光射出部２０２ｂへの入射光が、上方向、又は下方向に反射、回折される。これにより、上方向に反射、回折された光は測定光となり、下方向に反射、回折された光は参照光となる。このように、光射出部２０２ｂを微少機械システムで構成してもよい。

（画素アレイ部２０の一行分の構成例４）
図２６は、光射出部２０２ｃをホトニクス（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）構造により構成した例を示す図である。図２６に示すように、ホトニクス（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）構造により、光射出部２０２ｃへの入射光を、上方向、又は下方向に出射させる。これにより、上方向に出射させた光は測定光となり、下方向に出射させた光は参照光となる。このように、光射出部２０２ｃをホトニクス構造で構成してもよい。

（複数の画素２００の構成例２）
図２７は、１行の隣接した２画素を示した画素２００の構成例を示す図である。光回路部基板２０ａと、読出し回路基板２０ｂとは、カッパーカッパー接続４００ｃで接続される。

（画素２００の構成例２）
図２８は、画素２００の構成例２を示す図である。読出し回路部２００ｂのトランスインピーダンスアンプリファイア（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０８ｂは、フォトダイオード２０６ａの電流Ｉ１とフォトダイオード２０６ｂの電流Ｉ２の差電流を、電圧に変換する上述のように光電変換素子２０６ａ、ｂは、例えばバランスドフォトダイオード（ＢｌａｎｃｅｄＰＤ）である。

図２８に示すように、光電変換素子２０６ａの一端はＶＳＳ電源に接続され、他端は光電変換素子２０６ｂの一端及びトランスインピーダンスアンプリファイア（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０８ｂの入力端子Ａに接続される。光電変換素子２０６ｂの他端はＶＤＤ電源に接続される。ＶＳＳ電源は、グランド電圧であり、例えば０Ｖである。ＶＤＤ電源は、高電圧側であり、例えば２．７Ｖである。上述のように、光回路部２００ａは、光回路部基板２０ａ（図８、９参照）に構成され、読みだし回路部２００ｂは、ＲＯＩＣ（Ｒｅａｄ－ｏｕｔＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｕｉｃｕｉｔｓ）と呼ばれる読出し回路基板２０ｂ（図８、９参照）に構成される。

参照光は主として光電変換素子２０６ａに入射する。戻り光（反射光）は、主として光電変換素子２０６ｂに入射する。これにより、光電変換素子２０６ａは、主として参照光に基づく信号電流Ｉ１を生成する。また、光電変換素子２０６ｂは、主として戻り光に基づく信号電流Ｉ２を生成する。これにより、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ｂは、入力端子Ａに入力した入力電流Ｉ１－Ｉ２を、抵抗Ｒを介して出力端子Ｂに電圧Ｖｏｕｔ＝Ｒ×（Ｉ１－Ｉ２）として出力する。後は、図４で示した読出し回路部２００ｂと同等の処理が行われる。

（画素２００の構成例３）
図２９は、画素２００の構成例３を示す図である。光電変換素子２０６ａ、ｂへ入力する参照光と戻り光を、事前に合波しておくことが、図２８で示す画素２００と相違する。事前に合波することにより、信号電流Ｉ１と信号電流Ｉ２をほぼ同じ大きさにしておくことが可能になる。これにより、例えば入力端子Ａの信号を２倍に大きくすることが可能となる。

（画素２００の構成例４）
図３０は、画素２００の構成例４を示す図である。図２９で示す画素２００とは、光回路部基板２０ａ（図８、９参照）と読出し回路基板２０ｂ（図８、９参照）の接続位置が相違する。すなわち、図３０で示す画素２００の構成例４では、光回路部基板２０ａは、光射出部２０２を有し、回路基板２０ｂは、光電変換素子２０６ａ、ｂと、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ｂと、アナログデジタル変換回路２１０とを有する。

（信号処理部１５の処理概念）
ここでは、信号処理部１５（図１参照）の処理概念を説明する。

図３１は、参照光Ｌ３２ａと戻り光Ｌ３２ｂとの関係を示す図である。横軸は測定時間を示し、縦軸は周波数を示す。τは遅れ時間を示し、ΔＦは掃引周波数幅ｆｗに対応し、１／ｆｍは掃引時間ｓｔに対応する。ビート周波数ｆ_Ｂとすると、光速ｃ、距離Ｌを用いると、ｆ_Ｂ＝２×ｆｗ×Ｌ／（ｓｔ×ｃ）の関係があり、ビート周波数ｆ_Ｂに基づき距離Ｌを求めることが可能となる。

図３２は、送信波信号Ｌ３１ａと反射波信号Ｌ３１ｂとの関係を示す図である。横軸は測定時間を示し、縦軸は周波数を示す。τは遅れ時間を示し、ΔＦは周波数の変化範囲を示す。送信波信号Ｌ３１ａは、参照光Ｌ３２ａ（図３１参照）に対応する信号であり、反射波信号Ｌ３１ｂは戻り光Ｌ３２ｂ（図３１参照）に対応する信号である。すなわち、送信波信号Ｌ３１ａは、光電変換素子２０６ａ、ｂの参照光の受光に対応する信号であり、反射波信号Ｌ３１ｂは、光電変換素子２０６ａ、ｂの戻り光の受光に対応する信号である。このため、上述のように送信波信号Ｌ３１ａは、信号電流Ｉ１として出力され、反射波信号Ｌ３１ｂは、信号電流Ｉ２として出力される。

図３３は、処理部１５の演算したビート周波数ｆ_Ｂを示す図である。横軸が周波数であり、縦軸が振幅である。上述のように送信波信号Ｌ３１ａは、信号電流Ｉ１として出力され、反射波信号Ｌ３１ｂは、信号電流Ｉ２として出力される。これらから分かるように、電圧Ｖｏｕｔ＝Ｒ×（Ｉ１－Ｉ２）に基づくビート信号の周波数分析を行うことで、ビート周波数ｆ_Ｂが演算される。そして、上述のビート周波数ｆ_Ｂと距離Ｌとの関係式により距離Ｌを演算可能となる。

ここで、図３４から図４３を用いて、画素アレイ部２０の光射出部２０２の光照射の制御例を説明する。

（全面照射の制御例）
図３４は、画素アレイ部２０の全面照射の制御例を示す図である。図３４に示すように、光スイッチ５０６を全行に光を透過させる状態にすることにより、全面照射が可能となる。レーザ光源１１ａの光は、複数の受光端部５０２ａ、５０２ｂ（スポットサイズ変換器、ＳｐｏｔＳｉｚｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）、周波数変調部５０４（ＦＭ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を経由して、複数のスイッチで構成される光スイッチ５０６に入る。光スイッチ５０６の光は、それぞれ分波され画素アレイ部２０の各行に配置される光射出部２０２に配られる。光スイッチ５０６により、均等の光として各行に配ることにより、すべての行からの光が測定対象Ｔｇに放出される。各画素２００の光は、各画素２００の位置によって射出される時刻が異なる。しかし、画素２００から出射される光が反射光となって画素２００に戻ってくるため、出射時刻の画素の物理的な位置による差分はキャンセルされる。

（１行照射の制御例）
図３５から図３７を用いて、画素アレイ部２０の１行照射の制御例を説明する。図３５は、矢印Ｌ６０で示す１行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。図３６は、矢印Ｌ６０で示す２行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。図３７は、矢印Ｌ６０で示す３行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。これらの図で示すように、一行照射の制御では、画素アレイ部２０の各行を一行ずつ順に照射させる。この場合、照射範囲となる照射される行数を限定してもよい。或いは、数行おきに照射させてもよい。

図３５から図３７のように、レーザ光源１１ａの光は、画素アレイ部２０の１行目しか分配されない駆動方法となる。このため、画素アレイ部２０の全行であるＮ行に分配していた光を１行に集中させることが出来るので、光パワーを向上させることが可能となる。あるいは、光パワーを抑制可能な場合には、発光部（レーザ等）パワーを下げて低消費電力化を行うことが可能となる。

（２行照射の制御例）
図３８から図４０を用いて、画素アレイ部２０の２行照射の制御例を説明する。図３８は、矢印Ｌ６０で示す１及び２行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。図３９は、矢印Ｌ６０で示す３及び４行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。図４０は、矢印Ｌ６０で示す５及び６行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。これらの図で示すように、２行照射の制御では、画素アレイ部２０の各行を２行ずつ順に照射させる。この場合、照射範囲となる照射される行数を限定してもよい。或いは、数行おきに照射させてもよい。

図３８から図４０に示すように、レーザ光源１１ａの光は、画素アレイ部２０の２行分にしか分配されない駆動方法となる。そのため、１行照射と比較して、全行を読み出す時間を半減でき、距離画像の撮像フレームレートを上げることが可能となる。

（３行照射の制御例）
図４１から図４３を用いて、画素アレイ部２０の３行照射の制御例を説明する。図４１は、矢印Ｌ６０で示す１から３行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。図４２は、矢印Ｌ６０で示す２から４行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。図４３は、矢印Ｌ６０で示す３から５行目の光射出部２０２が出射している例を示す図である。これらの図で示すように、３行の画素が発光するため、例えば図３５から図３７と比較すると光の強度を３倍とすることが可能である。すなわち、信号の検出は真ん中の行のみで行うため、上下の光の反射光が真ん中の画素でも検出される成分があるため、検出感度を上げることが可能である。この場合、光の受光は１行ずつ、ずらしている。

ここで、図４４から図６０を用いて、画素アレイ部２０の構成例を説明する。

（図１０に対応する回路構成例）
図４４は、図１０に対応する画素２００の構成例を示す図である。画素アレイ部２０内の四角形の範囲に対応する画素２００の回路図を模式的に示す。ここでは光電変換素子２０６ａ、２０６ｂ、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ｂ、及びアナログデジタル変換回路２１０の構成を図示している。図４４に示すように、画素が行方向に並んでいる４画素分の等価回路を示している。それぞれの画素に対応する回路は独立しており、画素信号を独立に出力することが可能である。

（アナログデジタル変換回路２１０を２画素で共有）
（複数の画素２００の構成例３）
図４５は、複数の画素２００の構成例３を示す図である。図２７に示した複数の画素２００の構成と、アナログデジタル変換回路２１０を２画素で共有している点で相違する。

（図４５に対応する回路構成例）
図４６は、図４５に対応する画素２００の構成例を示す図である。画素アレイ部２０内の四角形の範囲に対応する画素２００の回路図を模式的に示す。ここでは光電変換素子２０６ａ、２０６ｂ、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８、及びアナログデジタル変換回路２１０の構成を図示している。アナログデジタル変換回路２１０には、スイッチＳＷ１を介してＡ１側のトランスインピーダンスアンプリファイア２０８が接続され、スイッチＳＷ２を介してＡ２側のトランスインピーダンスアンプリファイア２０８が接続される。また、Ａ１側の光電変換素子２０６ａ、２０６ｂからの信号は、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８を通して電圧信号Ｂ１に変換される。同様にＡ２側の光電変換素子２０６ａ、２０６ｂからの信号は、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８を通して電圧信号Ｂ２に変換される。そして、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを切り変えることにより、電圧信号Ｂ１又は電圧信号Ｂ２がデジタル信号に変換される。このように、アナログデジタル変換回路２１０を共有化することより画素アレイ部２０をより小型化可能となる。

（複数の画素２００の構成例４）
図４７は、複数の画素２００の構成例４を示す図である。例えば、図４７は１行方向の画素断面図の例である。図４５に示す複数の画素２００の配置と、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８を更に２画素で共有している点で相違する。

（図４７に対応する回路構成例）
図４８は、図４７に対応する画素２００の構成例を示す図である。画素アレイ部２０内の四角形の範囲に対応する画素２００の回路図を模式的に示す。ここでは光電変換素子２０６ａ、２０６ｂ、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８、及びアナログデジタル変換回路２１０の構成を図示している。トランスインピーダンスアンプリファイア２０８には、スイッチＳＷ１を介してＡ１側の光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが接続され、スイッチＳＷ２を介してＡ２側の光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが接続される。また、各信号はトランスインピーダンスアンプリファイア２０８を通して電圧信号Ｂこのように、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８を共有化することより画素アレイ部２０を更に小型化可能となる。

（複数の画素２００の構成例５）
図４９は、複数の画素２００の構成例５を示す図である。例えば、図４９は１行方向の画素断面図の例である。図４７に示す複数の画素２００の配置と、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを更に２画素で共有している点で相違する。光電変換素子２０６ａ、２０６ｂには２つのマイクロレンズ２０４を透過した光が同時に受光される。

（図４９に対応する回路構成例）
図５０は、図４９に対応する画素２００の構成例を示す図である。画素アレイ部２０内の四角形の範囲に対応する画素２００の回路図を模式的に示す。ここでは光電変換素子２０６ａ、２０６ｂ、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８、及びアナログデジタル変換回路２１０の構成を図示している。トランスインピーダンスアンプリファイア２０８には、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが接続され、さらにアナログデジタル変換回路２１０には、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８が接続される。光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを複数の画素で共有化することより、解像度は低下するが、受光感度を向上させることが可能となる。なお、図５０では２画素に対して、一つの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを構成しているが、これに限定されない。例えば、３画素以上に対して、一つの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを共有してもよい。

（アナログデジタル変換回路２１０を４画素で共有）
（複数の画素２００の構成例６）
図５１は、複数の画素２００の構成例６を示す図である。図４９に示す複数の画素２００の配置と、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを４画素で共有している点で相違する。光電変換素子２０６ａ、２０６ｂには４つのマイクロレンズ２０４を透過した光が同時に受光される。

（図５１に対応する回路構成例）
図５２は、図５１に対応する画素２００の構成例を示す図である。画素アレイ部２０内の四角形の範囲に対応する画素２００の回路図を模式的に示す。ここでは光電変換素子２０６ａ、２０６ｂ、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８、及びアナログデジタル変換回路２１０の構成を図示している。トランスインピーダンスアンプリファイア２０８には、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが接続され、さらにアナログデジタル変換回路２１０には、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８が接続される。光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを４つの画素で共有化することより、解像度は低下するが、受光感度を更に向上させることが可能となる。

（アナログデジタル変換回路２１０を列方向の画素で共有）
（複数の画素２００の構成例７）
図５３は、複数の画素２００の構成例７を示す図である。図１０に示す複数の画素２００の配置と、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを列方向の画素で共有している点で相違する。また、図５３に示す画素アレイ部２０では、マイクロレンズ２０４の図示を省略している。

（図５３に対応する回路構成例１）
図５４は、図５３に対応する画素２００の構成例を示す図である。画素アレイ部２０内の四角形の範囲に対応する画素２００の回路図を模式的に示す。ここでは光電変換素子２０６ａ、２０６ｂ、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８、及びアナログデジタル変換回路２１０の構成を図示している。トランスインピーダンスアンプリファイア２０８には、列状に配置される各光電変換素子２０６ａ、２０６ｂがスイッチＡを介して接続され、さらにアナログデジタル変換回路２１０には、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８が接続される。これにより、出力信号ＶＳＬ１（図５３参照）は、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８で信号Ｂに変換され、アナログデジタル変換回路２１０によりデジタル信号に変換される。このように、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８及びアナログデジタル変換回路２１０を、画素アレイ部２０の列状に配置される画素で共有化する。これにより、画素アレイ部２０をより小型化できる。なお、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８及びアナログデジタル変換回路２１０は、画素外のカラムに配置される。例えば、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８及びアナログデジタル変換回路２１０を水平駆動部４０（図２参照）に配置してもよい。

（アナログデジタル変換回路２１０を列方向の画素で共有する回路構成例２）
図５５は、アナログデジタル変換回路２１０を列方向の画素で共有する画素２００の構成例２を示す図である。２つのトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、及び２つのアナログデジタル変換回路２１０ａ、ｂを列状に配置される各光電変換素子２０６ａ、２０６ｂがスイッチＡを介して接続される点で、図５４示す回路構成例と相違する。例えば、奇数行と偶数行に分けて、それぞれ２組のトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、及びアナログデジタル変換回路２１０ａ、ｂにより、信号をデジタル値に変換する。これにより、フレームレートを図５４で示す回路構成例の約２倍に高速化することが可能である。この場合、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、及びアナログデジタル変換回路２１０ａへの接続方法（分担方法）は、偶数行と奇数行とに分けてもよい。或いは、１行と２行がトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、３行と４行がトランスインピーダンスアンプリファイア２０８のように、２行ずつに分けてもよい。このように、複数のトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、及びアナログデジタル変換回路２１０ａ、ｂを有することにより、回路設計の自由度をあげることが可能になる。これにより、回路特性をより高める回路配置（レイアウト）にすることが可能となる。

（ナログデジタル変換回路２１０を列方向の画素で共有する回路構成例３）
図５６は、アナログデジタル変換回路２１０を列方向の画素で共有する画素２００の構成例３を示す図である。２つのトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、及び２つのアナログデジタル変換回路２１０ａ、ｂを列状に配置される各光電変換素子２０６ａ、２０６ｂがスイッチＡを介して接続される。この場合、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、及び２つのアナログデジタル変換回路２１０ａ、ｂの内の一組が一方の端部に配置され、他方の一組が他方の端部に配置された点で、図５５で示す回路構成例３と相違する。

これにより、画素アレイ部２０を上部に配置する画素グループと、下部に配置する画素グループに分け、上部に配置する画素グループはトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ及びアナログデジタル変換回路２１０ａで読み出す。下部に配置する画素グループはトランスインピーダンスアンプリファイア２０８及びアナログデジタル変換回路２１０ｂで読み出す。これにより、図５４で示す構成例と比較して、フレームレートを約２倍に高速化することが可能となる。

（複数の画素２００の構成例８）
図５７は、複数の画素２００の構成例８を示す図である。図５３に示す複数の画素２００の配置と、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａを各画素内に配置する点で相違する。このような回路にすることによって、各画素のサイズを小さくしたり、画素アレイ部２０チップ面積を小さくしたりことが可能となる。

（複数の画素２００の構成例９）
図５８は、複数の画素２００の構成例９を示す図である。列方向に配置される各光電変換素子２０６ａ、２０６ｂは上層に積層され、トランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ、ｂ、アナログデジタル変換回路２１０ａ、ｂ、及びスイッチング素子を下層に積層する点で、図５７に示す構成例と相違する。

（図５７、及び図５８に対応する回路構成例）
図５９は、図５７、及び図５８に対応する画素２００の構成例を示す図である。アログデジタル変換回路２１０を列方向の画素で共有する。各光電変換素子２０６ａ、２０６ｂは、同一画素内のトランスインピーダンスアンプリファイア２０８ａ及びスイッチング素子Ａを介してアナログデジタル変換回路２１０に接続される。このような回路にすることによって、各画素のサイズを小さくしたり、画素アレイ部２０チップ面積をより小さくしたりすることが可能となる。

（複数の画素２００の構成例１０）
図６０は、複数の画素２００の構成例１０を示す図である。光射出部２０２ａ、ｂの一画素分には周期的な回折格子が設けられていない点で、図５１に示す構成例と相違する。このような、光射出部２０２ａ、ｂの構成にすることにより、４画素中の２画素から測定光と参照光が射出される。一方で、４画素中の他の２画素には、参照光が射出されないので、主として戻り光を受光することが可能となる。このように、光を射出する画素と、光を受光する画素とを分けて機能させることが可能となる。これにより、出射波と反射波の混色を抑えることが可能となる。

（可視撮像と赤外撮像が可能な光検出素子１の構成例）
図６１から図７２を用いて、可視撮像と赤外撮像とが可能な光検出素子１の構成例を説明する。

図６１は、可視撮像が可能な画素２０００ｂの構成例を示す図である。図６１に示すように、画素２０００ｂは、マイクロレンズ２０４と、光電変換素子（光電変換部）２０６ｃと、フローティングディフュージョン（Ｆｄ）３０４とを少なくとも有する。光電変換素子２０６ｃは、例えば可視光センサであり、波長λ＝４００ｎｍ～７００ｎｍの範囲の光を光電変換する。フローティングディフュージョン３０４は、光電変換素子２０６ｃが光電変換した電子を蓄積可能である。

図６２は、赤外撮像が可能な画素２０００ｃの構成例を示す断面図である。図６２で示すように、光回路部２００ａと読出し回路部２００ｂとが積層して構成される。光回路部２００ａは、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂを有する。光電変換素子２０６ａと、光電変換素子２０６ｂは、感度を有する波長帯域がずれている。このため、光電変換素子２０６ａと、光電変換素子２０６ｂで分光が可能である。より具体的には、光電変換素子２０６ａ及び光電変換素子２０６ｂは、別々の材料により構成されている。例えば、シリコンでは吸収されない波長帯１１００ｎｍ以上の光で、１５５０ｎｍ、２０００ｎｍのような２種類の光を、この光電変換素子２０６ａ、光電変換素子２０６ｂで検出することが可能となる。これにより、これまで一般に実施困難であった、１５５０ｎｍ近傍の波長を分離して検出することが可能となる。

読出し回路部２００ｂは、フローティングディフュージョン２０９と、アナログデジタル変換回路２１０とを有する。例えば、読出し回路部２００ｂは、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層に構成される。この場合、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、又はシリコン（Ｓｉ）基板上に積層してもよい。このような積層構造では、光回路部２００ａと、読出し回路部２００ｂとは、カッパー（Ｃｕ）配線同士を接続したり、シリコン貫通電極ＴＳＶなどで接続したりすることにより、積層が可能となる。

図６３は、可視撮像が可能な画素２０００ｂと赤外撮像が可能な画素２０００ｃとを更に積層した画素の断面図である。可視光である青（Ｂｌｕｅ）光、緑（Ｇｒｅｅｎ）光、赤（Ｒｅｄ）光は、画素２０００ｂ側で吸収される。しかしながら、波長の長い近赤外光は画素２０００ｂ側で吸収されないため、上チップを通過し、下チップの光検出素子で光電変換される。例えば、１５５０ｎｍ、１３３０ｎｍ、２０００ｎｍ等の光は、可視光センサでは受光が出来ないため、下チップの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂにより光電変換される。これにより、可視画像と赤外画像の撮像が可能となる。また、このような立体型の光検出素子１では、可視撮像が可能な画素２０００ｂと赤外撮像が可能な画素２０００ｃが積層されるので、平面型よりも高解像度化が可能である。

図６４は、赤外撮像が可能な画素２０００ｄの構成例を示す断面図である。図６４で示すように、光電変換素子２０６ａと、光素子２０６ｂとを積層する点で画素２０００ｃと相違する。

図６５は、赤外撮像が可能な画素２０００ｅの構成例を示す断面図である。図６５で示すように、光電変換素子２０６ａと、光素子２０６ｂとを一体的に積層する点で画素２０００ｄと相違する。これにより、光電変換素子２０６ａと、光素子２０６ｂとの受光面積を更に広げることが可能である。

図６６は、可視撮像が可能な画素２０００ｂと赤外撮像が可能な画素２０００ｄとを更に積層した画素の断面図である。可視光である青（Ｂｌｕｅ）光、緑（Ｇｒｅｅｎ）光、赤（Ｒｅｄ）光は、画素２０００ｂ側で吸収される。しかしながら、波長の長い近赤外光は画素２０００ｂ側で吸収されないため、上チップを通過し、下チップの光検出素子で光電変換される。例えば、１５５０ｎｍ、１３３０ｎｍ、２０００ｎｍ等の光は、可視光センサでは受光が出来ないため、下チップの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂにより光電変換される。これにより、可視画像と赤外画像の撮像が可能となる。また、このような立体型の光検出素子１では、可視撮像が可能な画素２０００ｂと赤外撮像が可能な画素２０００ｄが積層されるので、平面型よりも高解像度化が可能である。

同様に図６７は、可視撮像が可能な画素２０００ｂと赤外撮像が可能な画素２０００ｅとを更に積層した画素の断面図である。可視光である青（Ｂｌｕｅ）光、緑（Ｇｒｅｅｎ）光、赤（Ｒｅｄ）光は、画素２０００ｂ側で吸収される。しかしながら、波長の長い近赤外光は画素２０００ｂ側で吸収されないため、上チップを通過し、下チップの光検出素子で光電変換される。なお、図６１から図６８で示した画素例では、画素外のレーザ光源の射出した戻り光を受光することが可能である。

図６８は、赤外撮像が可能な画素２０００ｆの構成例を示す断面図である。図６８で示す画素２０００ｆは、上端部と下端部を接続するシリコン貫通電極ＴＳＶやカッパーカッパーコネクション接合を有する点で、図１４で示す画素２００と相違する。

図６９は、可視撮像が可能な画素２０００ｂと赤外撮像が可能な画素２０００ｆとを更に積層した画素の断面図である。可視光である青（Ｂｌｕｅ）光、緑（Ｇｒｅｅｎ）光、赤（Ｒｅｄ）光は、画素２０００ｂ側で吸収される。しかしながら、波長の長い近赤外光は画素２０００ｂ側で吸収されないため、上チップを通過し、下チップの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂで光電変換される。これにより、光射出部２０２の戻り光は、下チップの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂで受光される。

図７０は、可視撮像が可能な画素２０００ｇの構成例を示す図である。図７０に示すように、イメージセンサ側に逆ピラミッド形状を有する２次元アレイ状の光回折構造（ＩＰＡ、ＩｎｖｅｒｔｅｄＰｙｒａｍｉｄＡｒｒａｙ）３０６を更に有する点で、図６１で示した画素２０００ｂと相違する。これにより、光検出素子２０６ｃは９４０ｎｍ、８５０ｎｍ程度の近赤外線にも感度を有する。なお、シリコンのバンドギャップ１１００ｎｍ以上の波長はシリコンで吸収できないため、１３３０ｎｍ、１５５０ｎｍ、２０００ｎｍなどの赤外線は画素２０００ｇでは吸収されずに透過する。

図７１は、可視撮像が可能な画素２０００ｇと赤外撮像が可能な画素２０００ｆとを更に積層した画素の断面図である。可視光である青（Ｂｌｕｅ）光、緑（Ｇｒｅｅｎ）光、赤（Ｒｅｄ）光は、画素２０００ｇ側で吸収される。しかしながら、波長の長い近赤外光は画素２０００ｂ側で吸収されないため、上チップを通過し、下チップの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂで光電変換される。これにより、光射出部２０２の戻り光は、下チップの光電変換素子２０６ａ、２０６ｂで受光される。

以上説明したように、本実施形態によれば、光射出部２０２が、第１領域から測定対象に第１方向の測定光を射出し、第１方向と異なる第２方向の参照光を射出して、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが参照光を受光し、電気信号に変換することとした。これにより、参照光を直接的に光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが受光するので、画素２００を小型化することが可能となる。さらに、戻り光を光電変換素子２０６ａ、２０６ｂが受光することが可能であり、合波用の光ファイバや光学カプラなどを用いずに、光電変換素子２０６ａ、２０６ｂにより参照光Ｌ１４と戻り光Ｌ１６との合波が可能となる。このため、画素２００を更に小型化することが可能となる。これにより、光検出素子１、及び光検出装置１００をより小型化できる。

（第２実施形態）
以下、本技術を実施するための形態例について説明する。
＜＜１．車両制御システムの構成例＞＞
図７２は、本技術が適用される移動装置制御システムの一例である車両制御システム１１の構成例を示すブロック図である。

車両制御システム１１は、車両１０００に設けられ、車両１０００の走行支援及び自動運転に関わる処理を行う。すなわち、車両制御システム１１が有する後述のＬｉＤＡＲ５３に上述の検出装置１００が適用される。

車両制御システム１１は、車両制御ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２１、通信部２２、地図情報蓄積部２３、位置情報取得部２４、外部認識センサ２５、車内センサ２６、車両センサ２７、記憶部２８、走行支援・自動運転制御部２９、ＤＭＳ（ＤｒｉｖｅｒＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）３０、ＨＭＩ（ＨｕｍａｎＭａｃｈｉｎｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ）３１、及び、車両制御部３２を備える。

車両制御ＥＣＵ２１、通信部２２、地図情報蓄積部２３、位置情報取得部２４、外部認識センサ２５、車内センサ２６、車両センサ２７、記憶部２８、走行支援・自動運転制御部２９、ドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）３０、ヒューマンマシーンインタフェース（ＨＭＩ）３１、及び、車両制御部３２は、通信ネットワーク４１を介して相互に通信可能に接続されている。通信ネットワーク４１は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（ＬｏｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＮｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）、イーサネット（登録商標）といったデジタル双方向通信の規格に準拠した車載通信ネットワークやバス等により構成される。通信ネットワーク４１は、伝送されるデータの種類によって使い分けられてもよい。例えば、車両制御に関するデータに対してＣＡＮが適用され、大容量データに対してイーサネットが適用されるようにしてもよい。なお、車両制御システム１１の各部は、通信ネットワーク４１を介さずに、例えば近距離無線通信（ＮＦＣ（ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ））やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）といった比較的近距離での通信を想定した無線通信を用いて直接的に接続される場合もある。

なお、以下、車両制御システム１１の各部が、通信ネットワーク４１を介して通信を行う場合、通信ネットワーク４１の記載を省略するものとする。例えば、車両制御ＥＣＵ２１と通信部２２が通信ネットワーク４１を介して通信を行う場合、単に車両制御ＥＣＵ２１と通信部２２とが通信を行うと記載する。

車両制御ＥＣＵ２１は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）といった各種のプロセッサにより構成される。車両制御ＥＣＵ２１は、車両制御システム１１全体又は一部の機能の制御を行う。

通信部２２は、車内及び車外の様々な機器、他の車両、サーバ、基地局等と通信を行い、各種のデータの送受信を行う。このとき、通信部２２は、複数の通信方式を用いて通信を行うことができる。

通信部２２が実行可能な車外との通信について、概略的に説明する。通信部２２は、例えば、５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＤＳＲＣ（ＤｅｄｉｃａｔｅｄＳｈｏｒｔＲａｎｇｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）等の無線通信方式により、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク上に存在するサーバ（以下、外部のサーバと呼ぶ）等と通信を行う。通信部２２が通信を行う外部ネットワークは、例えば、インターネット、クラウドネットワーク、又は、事業者固有のネットワーク等である。通信部２２が外部ネットワークに対して行う通信方式は、所定以上の通信速度、且つ、所定以上の距離間でデジタル双方向通信が可能な無線通信方式であれば、特に限定されない。

また例えば、通信部２２は、Ｐ２Ｐ（ＰｅｅｒＴｏＰｅｅｒ）技術を用いて、自車の近傍に存在する端末と通信を行うことができる。自車の近傍に存在する端末は、例えば、歩行者や自転車等の比較的低速で移動する移動体が装着する端末、店舗等に位置が固定されて設置される端末、又は、ＭＴＣ（ＭａｃｈｉｎｅＴｙｐｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）端末である。さらに、通信部２２は、Ｖ２Ｘ通信を行うこともできる。Ｖ２Ｘ通信とは、例えば、他の車両との間の車車間（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＶｅｈｉｃｌｅ）通信、路側器等との間の路車間（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）通信、家との間（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＨｏｍｅ）の通信、及び、歩行者が所持する端末等との間の歩車間（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＰｅｄｅｓｔｒｉａｎ）通信等の、自車と他との通信をいう。

通信部２２は、例えば、車両制御システム１１の動作を制御するソフトウエアを更新するためのプログラムを外部から受信することができる（ＯｖｅｒＴｈｅＡｉｒ）。通信部２２は、さらに、地図情報、交通情報、車両１０００の周囲の情報等を外部から受信することができる。また例えば、通信部２２は、車両１０００に関する情報や、車両１０００の周囲の情報等を外部に送信することができる。通信部２２が外部に送信する車両１０００に関する情報としては、例えば、車両１０００の状態を示すデータ、認識部７３による認識結果等がある。さらに例えば、通信部２２は、ｅコール等の車両緊急通報システムに対応した通信を行う。

例えば、通信部２２は、電波ビーコン、光ビーコン、ＦＭ多重放送等の道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ（ＶｅｈｉｃｌｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）（登録商標））により送信される電磁波を受信する。

通信部２２が実行可能な車内との通信について、概略的に説明する。通信部２２は、例えば無線通信を用いて、車内の各機器と通信を行うことができる。通信部２２は、例えば、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＮＦＣ、ＷＵＳＢ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＵＳＢ）といった、無線通信により所定以上の通信速度でデジタル双方向通信が可能な通信方式により、車内の機器と無線通信を行うことができる。これに限らず、通信部２２は、有線通信を用いて車内の各機器と通信を行うこともできる。例えば、通信部２２は、図示しない接続端子に接続されるケーブルを介した有線通信により、車内の各機器と通信を行うことができる。通信部２２は、例えば、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ－ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅ）（登録商標）、ＭＨＬ（ＭｏｂｉｌｅＨｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎＬｉｎｋ）といった、有線通信により所定以上の通信速度でデジタル双方向通信が可能な通信方式により、車内の各機器と通信を行うことができる。

ここで、車内の機器とは、例えば、車内において通信ネットワーク４１に接続されていない機器を指す。車内の機器としては、例えば、運転者等の搭乗者が所持するモバイル機器やウェアラブル機器、車内に持ち込まれ一時的に設置される情報機器等が想定される。

地図情報蓄積部２３は、外部から取得した地図及び車両１０００で作成した地図の一方又は両方を蓄積する。例えば、地図情報蓄積部２３は、３次元の高精度地図、高精度地図より精度が低く、広いエリアをカバーするグローバルマップ等を蓄積する。

高精度地図は、例えば、ダイナミックマップ、ポイントクラウドマップ、ベクターマップ等である。ダイナミックマップは、例えば、動的情報、準動的情報、準静的情報、静的情報の４層からなる地図であり、外部のサーバ等から車両１０００に提供される。ポイントクラウドマップは、ポイントクラウド（点群データ）により構成される地図である。ベクターマップは、例えば、車線や信号機の位置といった交通情報等をポイントクラウドマップに対応付け、ＡＤＡＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＤｒｉｖｅｒＡｓｓｉｓｔａｎｃｅＳｙｓｔｅｍ）やＡＤ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＤｒｉｖｉｎｇ）に適合させた地図である。

ポイントクラウドマップ及びベクターマップは、例えば、外部のサーバ等から提供されてもよいし、カメラ５１、レーダ５２、ＬｉＤＡＲ５３等によるセンシング結果に基づいて、後述するローカルマップとのマッチングを行うための地図として車両１０００で作成され、地図情報蓄積部２３に蓄積されてもよい。また、外部のサーバ等から高精度地図が提供される場合、通信容量を削減するため、車両１０００がこれから走行する計画経路に関する、例えば数百メートル四方の地図データが外部のサーバ等から取得される。

位置情報取得部２４は、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）衛星からＧＮＳＳ信号を受信し、車両１０００の位置情報を取得する。取得した位置情報は、走行支援・自動運転制御部２９に供給される。なお、位置情報取得部２４は、ＧＮＳＳ信号を用いた方式に限定されず、例えば、ビーコンを用いて位置情報を取得してもよい。

外部認識センサ２５は、車両１０００の外部の状況の認識に用いられる各種のセンサを備え、各センサからのセンサデータを車両制御システム１１の各部に供給する。外部認識センサ２５が備えるセンサの種類や数は任意である。

例えば、外部認識センサ２５は、カメラ５１、レーダ５２、ＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ、ＬａｓｅｒＩｍａｇｉｎｇＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）５３、及び、超音波センサ５４を備える。これに限らず、外部認識センサ２５は、カメラ５１、レーダ５２、ＬｉＤＡＲ５３、及び、超音波センサ５４のうち１種類以上のセンサを備える構成でもよい。カメラ５１、レーダ５２、ＬｉＤＡＲ５３、及び、超音波センサ５４の数は、現実的に車両１０００に設置可能な数であれば特に限定されない。また、外部認識センサ２５が備えるセンサの種類は、この例に限定されず、外部認識センサ２５は、他の種類のセンサを備えてもよい。外部認識センサ２５が備える各センサのセンシング領域の例は、後述する。

なお、カメラ５１の撮影方式は、特に限定されない。例えば、測距が可能な撮影方式であるＴｏＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラといった各種の撮影方式のカメラを、必要に応じてカメラ５１に適用することができる。これに限らず、カメラ５１は、測距に関わらずに、単に撮影画像を取得するためのものであってもよい。

また、例えば、外部認識センサ２５は、車両１０００に対する環境を検出するための環境センサを備えることができる。環境センサは、天候、気象、明るさ等の環境を検出するためのセンサであって、例えば、雨滴センサ、霧センサ、日照センサ、雪センサ、照度センサ等の各種センサを含むことができる。

さらに、例えば、外部認識センサ２５は、車両１０００の周囲の音や音源の位置の検出等に用いられるマイクロフォンを備える。

車内センサ２６は、車内の情報を検出するための各種のセンサを備え、各センサからのセンサデータを車両制御システム１１の各部に供給する。車内センサ２６が備える各種センサの種類や数は、現実的に車両１０００に設置可能な種類や数であれば特に限定されない。

例えば、車内センサ２６は、カメラ、レーダ、着座センサ、ステアリングホイールセンサ、マイクロフォン、生体センサのうち１種類以上のセンサを備えることができる。車内センサ２６が備えるカメラとしては、例えば、ＴｏＦカメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラといった、測距可能な各種の撮影方式のカメラを用いることができる。これに限らず、車内センサ２６が備えるカメラは、測距に関わらずに、単に撮影画像を取得するためのものであってもよい。車内センサ２６が備える生体センサは、例えば、シートやステアリングホイール等に設けられ、運転者等の搭乗者の各種の生体情報を検出する。

車両センサ２７は、車両１０００の状態を検出するための各種のセンサを備え、各センサからのセンサデータを車両制御システム１１の各部に供給する。車両センサ２７が備える各種センサの種類や数は、現実的に車両１０００に設置可能な種類や数であれば特に限定されない。

例えば、車両センサ２７は、速度センサ、加速度センサ、角速度センサ（ジャイロセンサ）、及び、それらを統合した慣性計測装置（ＩＭＵ（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ））を備える。例えば、車両センサ２７は、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ、ヨーレートセンサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ、及び、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサを備える。例えば、車両センサ２７は、エンジンやモータの回転数を検出する回転センサ、タイヤの空気圧を検出する空気圧センサ、タイヤのスリップ率を検出するスリップ率センサ、及び、車輪の回転速度を検出する車輪速センサを備える。例えば、車両センサ２７は、バッテリの残量及び温度を検出するバッテリセンサ、並びに、外部からの衝撃を検出する衝撃センサを備える。

記憶部２８は、不揮発性の記憶媒体及び揮発性の記憶媒体のうち少なくとも一方を含み、データやプログラムを記憶する。記憶部２８は、例えばＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）として用いられ、記憶媒体としては、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）といった磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、及び、光磁気記憶デバイスを適用することができる。記憶部２８は、車両制御システム１１の各部が用いる各種プログラムやデータを記憶する。例えば、記憶部２８は、ＥＤＲ（ＥｖｅｎｔＤａｔａＲｅｃｏｒｄｅｒ）やＤＳＳＡＤ（ＤａｔａＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍｆｏｒＡｕｔｏｍａｔｅｄＤｒｉｖｉｎｇ）を備え、事故等のイベントの前後の車両１０００の情報や車内センサ２６によって取得された情報を記憶する。

走行支援・自動運転制御部２９は、車両１０００の走行支援及び自動運転の制御を行う。例えば、走行支援・自動運転制御部２９は、分析部６１、行動計画部６２、及び、動作制御部６３を備える。

分析部６１は、車両１０００及び周囲の状況の分析処理を行う。分析部６１は、自己位置推定部７１、センサフュージョン部７２、及び、認識部７３を備える。

自己位置推定部７１は、外部認識センサ２５からのセンサデータ、及び、地図情報蓄積部２３に蓄積されている高精度地図に基づいて、車両１０００の自己位置を推定する。例えば、自己位置推定部７１は、外部認識センサ２５からのセンサデータに基づいてローカルマップを生成し、ローカルマップと高精度地図とのマッチングを行うことにより、車両１０００の自己位置を推定する。車両１０００の位置は、例えば、後輪対車軸の中心が基準とされる。

ローカルマップは、例えば、ＳＬＡＭ（ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＭａｐｐｉｎｇ）等の技術を用いて作成される３次元の高精度地図、占有格子地図（ＯｃｃｕｐａｎｃｙＧｒｉｄＭａｐ）等である。３次元の高精度地図は、例えば、上述したポイントクラウドマップ等である。占有格子地図は、車両１０００の周囲の３次元又は２次元の空間を所定の大きさのグリッド（格子）に分割し、グリッド単位で物体の占有状態を示す地図である。物体の占有状態は、例えば、物体の有無や存在確率により示される。ローカルマップは、例えば、認識部７３による車両１０００の外部の状況の検出処理及び認識処理にも用いられる。

なお、自己位置推定部７１は、位置情報取得部２４により取得される位置情報、及び、車両センサ２７からのセンサデータに基づいて、車両１０００の自己位置を推定してもよい。

センサフュージョン部７２は、複数の異なる種類のセンサデータ（例えば、カメラ５１から供給される画像データ、及び、レーダ５２から供給されるセンサデータ）を組み合わせて、新たな情報を得るセンサフュージョン処理を行う。異なる種類のセンサデータを組合せる方法としては、統合、融合、連合等がある。

認識部７３は、車両１０００の外部の状況の検出を行う検出処理、及び、車両１０００の外部の状況の認識を行う認識処理を実行する。

例えば、認識部７３は、外部認識センサ２５からの情報、自己位置推定部７１からの情報、センサフュージョン部７２からの情報等に基づいて、車両１０００の外部の状況の検出処理及び認識処理を行う。

具体的には、例えば、認識部７３は、車両１０００の周囲の物体の検出処理及び認識処理等を行う。物体の検出処理とは、例えば、物体の有無、大きさ、形、位置、動き等を検出する処理である。物体の認識処理とは、例えば、物体の種類等の属性を認識したり、特定の物体を識別したりする処理である。ただし、検出処理と認識処理とは、必ずしも明確に分かれるものではなく、重複する場合がある。

例えば、認識部７３は、レーダ５２又はＬｉＤＡＲ５３等によるセンサデータに基づくポイントクラウドを点群の塊毎に分類するクラスタリングを行うことにより、車両１０００の周囲の物体を検出する。これにより、車両１０００の周囲の物体の有無、大きさ、形状、位置が検出される。

例えば、認識部７３は、クラスタリングにより分類された点群の塊の動きを追従するトラッキングを行うことにより、車両１０００の周囲の物体の動きを検出する。これにより、車両１０００の周囲の物体の速度及び進行方向（移動ベクトル）が検出される。

例えば、認識部７３は、カメラ５１から供給される画像データに基づいて、車両、人、自転車、障害物、構造物、道路、信号機、交通標識、道路標示等を検出又は認識する。また、認識部７３は、セマンティックセグメンテーション等の認識処理を行うことにより、車両１０００の周囲の物体の種類を認識してもよい。

例えば、認識部７３は、地図情報蓄積部２３に蓄積されている地図、自己位置推定部７１による自己位置の推定結果、及び、認識部７３による車両１０００の周囲の物体の認識結果に基づいて、車両１０００の周囲の交通ルールの認識処理を行うことができる。認識部７３は、この処理により、信号機の位置及び状態、交通標識及び道路標示の内容、交通規制の内容、並びに、走行可能な車線等を認識することができる。

例えば、認識部７３は、車両１０００の周囲の環境の認識処理を行うことができる。認識部７３が認識対象とする周囲の環境としては、天候、気温、湿度、明るさ、及び、路面の状態等が想定される。

行動計画部６２は、車両１０００の行動計画を作成する。例えば、行動計画部６２は、経路計画、経路追従の処理を行うことにより、行動計画を作成する。

なお、経路計画（Ｇｌｏｂａｌｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ）とは、スタートからゴールまでの大まかな経路を計画する処理である。この経路計画には、軌道計画と言われ、計画した経路において、車両１０００の運動特性を考慮して、車両１０００の近傍で安全かつ滑らかに進行することが可能な軌道生成（Ｌｏｃａｌｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ）を行う処理も含まれる。

経路追従とは、経路計画により計画された経路を計画された時間内で安全かつ正確に走行するための動作を計画する処理である。行動計画部６２は、例えば、この経路追従の処理の結果に基づき、車両１０００の目標速度と目標角速度を計算することができる。

動作制御部６３は、行動計画部６２により作成された行動計画を実現するために、車両１０００の動作を制御する。

例えば、動作制御部６３は、後述する車両制御部３２に含まれる、ステアリング制御部８１、ブレーキ制御部８２、及び、駆動制御部８３を制御して、軌道計画により計算された軌道を車両１０００が進行するように、加減速制御及び方向制御を行う。例えば、動作制御部６３は、衝突回避又は衝撃緩和、追従走行、車速維持走行、自車の衝突警告、自車のレーン逸脱警告等のＡＤＡＳの機能実現を目的とした協調制御を行う。例えば、動作制御部６３は、運転者の操作によらずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行う。

ＤＭＳ３０は、車内センサ２６からのセンサデータ、及び、後述するＨＭＩ３１に入力される入力データ等に基づいて、運転者の認証処理、及び、運転者の状態の認識処理等を行う。認識対象となる運転者の状態としては、例えば、体調、覚醒度、集中度、疲労度、視線方向、酩酊度、運転操作、姿勢等が想定される。

なお、ＤＭＳ３０が、運転者以外の搭乗者の認証処理、及び、当該搭乗者の状態の認識処理を行うようにしてもよい。また、例えば、ＤＭＳ３０が、車内センサ２６からのセンサデータに基づいて、車内の状況の認識処理を行うようにしてもよい。認識対象となる車内の状況としては、例えば、気温、湿度、明るさ、臭い等が想定される。

ＨＭＩ３１は、各種のデータや指示等の入力と、各種のデータの運転者等への提示を行う。

ＨＭＩ３１によるデータの入力について、概略的に説明する。ＨＭＩ３１は、人がデータを入力するための入力デバイスを備える。ＨＭＩ３１は、入力デバイスにより入力されたデータや指示等に基づいて入力信号を生成し、車両制御システム１１の各部に供給する。ＨＭＩ３１は、入力デバイスとして、例えばタッチパネル、ボタン、スイッチ、及び、レバーといった操作子を備える。これに限らず、ＨＭＩ３１は、音声やジェスチャ等により手動操作以外の方法で情報を入力可能な入力デバイスをさらに備えてもよい。さらに、ＨＭＩ３１は、例えば、赤外線又は電波を利用したリモートコントロール装置や、車両制御システム１１の操作に対応したモバイル機器又はウェアラブル機器等の外部接続機器を入力デバイスとして用いてもよい。

ＨＭＩ３１によるデータの提示について、概略的に説明する。ＨＭＩ３１は、搭乗者又は車外に対する視覚情報、聴覚情報、及び、触覚情報の生成を行う。また、ＨＭＩ３１は、生成された各情報の出力、出力内容、出力タイミング及び出力方法等を制御する出力制御を行う。ＨＭＩ３１は、視覚情報として、例えば、操作画面、車両１０００の状態表示、警告表示、車両１０００の周囲の状況を示すモニタ画像等の画像や光により示される情報を生成及び出力する。また、ＨＭＩ３１は、聴覚情報として、例えば、音声ガイダンス、警告音、警告メッセージ等の音により示される情報を生成及び出力する。さらに、ＨＭＩ３１は、触覚情報として、例えば、力、振動、動き等により搭乗者の触覚に与えられる情報を生成及び出力する。

ＨＭＩ３１が視覚情報を出力する出力デバイスとしては、例えば、自身が画像を表示することで視覚情報を提示する表示装置や、画像を投影することで視覚情報を提示するプロジェクタ装置を適用することができる。なお、表示装置は、通常のディスプレイを有する表示装置以外にも、例えば、ヘッドアップディスプレイ、透過型ディスプレイ、ＡＲ（ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙ）機能を備えるウエアラブルデバイスといった、搭乗者の視界内に視覚情報を表示する装置であってもよい。また、ＨＭＩ３１は、車両１０００に設けられるナビゲーション装置、インストルメントパネル、ＣＭＳ（ＣａｍｅｒａＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）、電子ミラー、ランプ等が有する表示デバイスを、視覚情報を出力する出力デバイスとして用いることも可能である。

ＨＭＩ３１が聴覚情報を出力する出力デバイスとしては、例えば、オーディオスピーカ、ヘッドホン、イヤホンを適用することができる。

ＨＭＩ３１が触覚情報を出力する出力デバイスとしては、例えば、ハプティクス技術を用いたハプティクス素子を適用することができる。ハプティクス素子は、例えば、ステアリングホイール、シートといった、車両１０００の搭乗者が接触する部分に設けられる。

車両制御部３２は、車両１０００の各部の制御を行う。車両制御部３２は、ステアリング制御部８１、ブレーキ制御部８２、駆動制御部８３、ボディ系制御部８４、ライト制御部８５、及び、ホーン制御部８６を備える。

ステアリング制御部８１は、車両１０００のステアリングシステムの状態の検出及び制御等を行う。ステアリングシステムは、例えば、ステアリングホイール等を備えるステアリング機構、電動パワーステアリング等を備える。ステアリング制御部８１は、例えば、ステアリングシステムの制御を行うステアリングＥＣＵ、ステアリングシステムの駆動を行うアクチュエータ等を備える。

ブレーキ制御部８２は、車両１０００のブレーキシステムの状態の検出及び制御等を行う。ブレーキシステムは、例えば、ブレーキペダル等を含むブレーキ機構、ＡＢＳ（ＡｎｔｉｌｏｃｋＢｒａｋｅＳｙｓｔｅｍ）、回生ブレーキ機構等を備える。ブレーキ制御部８２は、例えば、ブレーキシステムの制御を行うブレーキＥＣＵ、ブレーキシステムの駆動を行うアクチュエータ等を備える。

駆動制御部８３は、車両１０００の駆動システムの状態の検出及び制御等を行う。駆動システムは、例えば、アクセルペダル、内燃機関又は駆動用モータ等の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構等を備える。駆動制御部８３は、例えば、駆動システムの制御を行う駆動ＥＣＵ、駆動システムの駆動を行うアクチュエータ等を備える。

ボディ系制御部８４は、車両１０００のボディ系システムの状態の検出及び制御等を行う。ボディ系システムは、例えば、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウインドウ装置、パワーシート、空調装置、エアバッグ、シートベルト、シフトレバー等を備える。ボディ系制御部８４は、例えば、ボディ系システムの制御を行うボディ系ＥＣＵ、ボディ系システムの駆動を行うアクチュエータ等を備える。

ライト制御部８５は、車両１０００の各種のライトの状態の検出及び制御等を行う。制御対象となるライトとしては、例えば、ヘッドライト、バックライト、フォグライト、ターンシグナル、ブレーキライト、プロジェクション、バンパーの表示等が想定される。ライト制御部８５は、ライトの制御を行うライトＥＣＵ、ライトの駆動を行うアクチュエータ等を備える。

ホーン制御部８６は、車両１０００のカーホーンの状態の検出及び制御等を行う。ホーン制御部８６は、例えば、カーホーンの制御を行うホーンＥＣＵ、カーホーンの駆動を行うアクチュエータ等を備える。

図７３は、図７２の外部認識センサ２５のカメラ５１、レーダ５２、ＬｉＤＡＲ５３、及び、超音波センサ５４等によるセンシング領域の例を示す図である。なお、図７３において、車両１０００を上面から見た様子が模式的に示され、左端側が車両１０００の前端（フロント）側であり、右端側が車両１０００の後端（リア）側となっている。

センシング領域１０１Ｆ及びセンシング領域１０１Ｂは、超音波センサ５４のセンシング領域の例を示している。センシング領域１０１Ｆは、複数の超音波センサ５４によって車両１０００の前端周辺をカバーしている。センシング領域１０１Ｂは、複数の超音波センサ５４によって車両１０００の後端周辺をカバーしている。

センシング領域１０１Ｆ及びセンシング領域１０１Ｂにおけるセンシング結果は、例えば、車両１０００の駐車支援等に用いられる。

センシング領域１０２Ｆ乃至センシング領域１０２Ｂは、短距離又は中距離用のレーダ５２のセンシング領域の例を示している。センシング領域１０２Ｆは、車両１０００の前方において、センシング領域１０１Ｆより遠い位置までカバーしている。センシング領域１０２Ｂは、車両１０００の後方において、センシング領域１０１Ｂより遠い位置までカバーしている。センシング領域１０２Ｌは、車両１０００の左側面の後方の周辺をカバーしている。センシング領域１０２Ｒは、車両１０００の右側面の後方の周辺をカバーしている。

センシング領域１０２Ｆにおけるセンシング結果は、例えば、車両１０００の前方に存在する車両や歩行者等の検出等に用いられる。センシング領域１０２Ｂにおけるセンシング結果は、例えば、車両１０００の後方の衝突防止機能等に用いられる。センシング領域１０２Ｌ及びセンシング領域１０２Ｒにおけるセンシング結果は、例えば、車両１０００の側方の死角における物体の検出等に用いられる。

センシング領域１０３Ｆ乃至センシング領域１０３Ｂは、カメラ５１によるセンシング領域の例を示している。センシング領域１０３Ｆは、車両１０００の前方において、センシング領域１０２Ｆより遠い位置までカバーしている。センシング領域１０３Ｂは、車両１０００の後方において、センシング領域１０２Ｂより遠い位置までカバーしている。センシング領域１０３Ｌは、車両１０００の左側面の周辺をカバーしている。センシング領域１０３Ｒは、車両１０００の右側面の周辺をカバーしている。

センシング領域１０３Ｆにおけるセンシング結果は、例えば、信号機や交通標識の認識、車線逸脱防止支援システム、自動ヘッドライト制御システムに用いることができる。センシング領域１０３Ｂにおけるセンシング結果は、例えば、駐車支援、及び、サラウンドビューシステムに用いることができる。センシング領域１０３Ｌ及びセンシング領域１０３Ｒにおけるセンシング結果は、例えば、サラウンドビューシステムに用いることができる。

センシング領域１０４は、ＬｉＤＡＲ５３のセンシング領域の例を示している。センシング領域１０４は、車両１０００の前方において、センシング領域１０３Ｆより遠い位置までカバーしている。一方、センシング領域１０４は、センシング領域１０３Ｆより左右方向の範囲が狭くなっている。

センシング領域１０４におけるセンシング結果は、例えば、周辺車両等の物体検出に用いられる。

センシング領域１０５は、長距離用のレーダ５２のセンシング領域の例を示している。センシング領域１０５は、車両１０００の前方において、センシング領域１０４より遠い位置までカバーしている。一方、センシング領域１０５は、センシング領域１０４より左右方向の範囲が狭くなっている。

センシング領域１０５におけるセンシング結果は、例えば、ＡＣＣ（ＡｄａｐｔｉｖｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ）、緊急ブレーキ、衝突回避等に用いられる。

なお、外部認識センサ２５が含むカメラ５１、レーダ５２、ＬｉＤＡＲ５３、及び、超音波センサ５４の各センサのセンシング領域は、図７３以外に各種の構成をとってもよい。具体的には、超音波センサ５４が車両１０００の側方もセンシングするようにしてもよいし、ＬｉＤＡＲ５３が車両１０００の後方をセンシングするようにしてもよい。また、各センサの設置位置は、上述した各例に限定されない。また、各センサの数は、１つでもよいし、複数であってもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
測定対象に第１方向の測定光を射出し、前記第１方向と異なる第２方向の参照光を射出する光射出部と、
前記参照光を受光し、光電変換する光電変換素子と、
を備える、光検出素子。

（２）
前記光電変換素子は、前記測定対象からの前記測定光の戻り光を更に受光し、前記参照光と前記戻り光とを光電変換する、（１）に記載の光検出素子。

（３）
前記第２方向は、前記第１方向と反対の方向である、（１）に記載の光検出素子。

（４）
前記光射出部は、第１領域から測定対象に前記測定光を射出し、前記第１領域と異なる第２領域から前記参照光を射出する、（１）に記載の光検出素子。

（５）
前記第２領域は、前記第１領域から出射される前記測定光の進行方向と反対側の面の領域である、（４）に記載の光検出素子。

（６）
前記光射出部は７００ｎｍよりも長波長をもつ光を放射する、（１）に記載の光検出素子。

（７）
前記光射出部は放射される前記光の波長に相当するエネルギ―以上のバンドギャップを持つ材料である、（６）に記載の光検出素子。

（８）
前記光射出部はシリコン（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、硝酸ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくともいずれかを含んで構成される、（１）に記載の光検出素子。

（９）
前記光射出部は回折部で構成される回折格子であり、
前記測定光は、前記回折格子から出射される、（１）に記載の光検出素子。

（１０）
前記光射出部は微少機械システム（メムス）を使った光スイッチから構成される、（１）に記載の光検出素子。

（１１）
前記光射出部はチャープした周波数のチャープ光を前記測定光として出射する、（１）に記載の光検出素子。

（１２）
前記光電変換素子に対して、複数のレンズを介して前記測定対象からの前記測定光の戻り光が受光される、（１）に記載の光検出素子。

（１３）
前記光電変換素子は、前記回折格子から出射される光を吸収する材料で構成される、（９）に記載の光検出素子。

（１４）
前記光電変換素子はゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマ二ウム（ＳｉＧｅ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ゲイナス（ＧａＩｎＡｓＰ）、エルビウム添加ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ：Ｅｒ）、エルビウム添加イン化インジウム（ＩｎＰ：Ｅｒ）、炭素添加シリコン（Ｓｉ：Ｃ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、インジウムヒ素アンチモンリン（ＩｎＡｓＳｂＰ）、及び酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）の少なくともいずれかを含み構成される、（１）に記載の光検出素子。

（１５）
前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換する読出し回路部を更に備え、
前記光射出部、前記光検出素子、前記読出し回路部の順番での積層構造を有する、（１）に記載の光検出素子。

（１６）
前記読出し回路部は、シリコン（Ｓｉ）基板と表層のシリコン（Ｓｉ）層との間に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を有する構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成される、（１５）に記載の光検出素子。

（１７）
前記読出し回路部は検出回路基板と電気的に接続されている、（１５）に記載の光検出素子。

（１８）
前記読出し回路部は、可視光を検出する検出素子と電気的に接続されることを特徴とする、（１５）に記載の光検出素子。

（１９）
前記光電変換素子はバランスドフォトダイオードから構成される、（１）に記載の光検出素子。

（２０）
前記光電変換素子の上部にレンズが形成されている、（１）に記載の光検出素子。

（２１）
前記レンズは１つの前記光検出素子に対して１個以上配置される、（２０）に記載の光検出素子。

（２２）
前記光電変換素子の上部に凹凸構造を有する曲面レンズが形成されている、（１）に記載の光検出素子。

（２３）
前記光電変換素子の上部にメタレンズが形成されている、（１）に記載の光検出素子。
（２４）
前記光電変換素子は２次元の格子状に複数配置されている、（１）に記載の光検出素子。

（２５）
前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換する読出し回路部を更に備え、
前記読出し回路部は、前記光電変換素子の出力信号を増幅するトランスインピーダンスアンプリファイアと、
前記トランスインピーダンスアンプリファイアアンプの出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を有する、（２４）に記載の光検出素子。

（２６）
前記トランスインピーダンスアンプリファイアと、前記アナログデジタル変換器とは、前記光電変換素子毎に配置される、（２５）に記載の光検出素子。

（２７）
前記トランスインピーダンスアンプリファイアは、複数の前記光電変換素子毎に一つ配置される、（２５）に記載の光検出素子。

（２８）
前記アナログデジタル変換器は、複数の前記光電変換素子毎に一つ配置される、（２５）に記載の光検出素子。

（２９）
前記光射出部、前記光電変換素子、前記読出し回路部の順に積層される、（２８）に記載の光検出素子。

（３０）
前記光射出部は、前記光電変換素子に対応し、一つの前記光電変換素子に対して少なくとも一つの前記光射出部が配置される、（２９）に記載の光検出素子。

（３１）
前記光射出部は、複数の前記光電変換素子に対応し、前記複数の前記光電変換素子に対して少なくとも一つの行状の前記光射出部が配置される、（２９）に記載の光検出素子。

（３２）
前記光射出部、前記光電変換素子、前記読出し回路部はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成される、（２８）に記載の光検出素子。

（３３）
前記光射出部、前記光電変換素子、及び前記読出し回路部は金属配線で接続されている、（２８）に記載の光検出素子。

（３４）
可視光を検出する第２光電変換素子と、を更に備え、
第２光電変換素子は、前記光電変換素子に対して光の入射側に配置される、（１）に記載の光検出素子。

（３５）
（１）に記載の光検出素子と、
前記測定光の光源と、
を備える、光検出装置。

（３６）
前記光電変換素子は２次元の格子状に複数配置され、
前記格子状に配置される複数の前記光電変換素子に対応して、前記光射出部が配置される、（３５）に記載の光検出装置。

（３７）
前記光電変換素子に対応して配置される、前記光射出部の発光を制御する制御部を更に備える、（３６）に記載の光検出装置。

（３８）
前記制御部は、
前記複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部に対して、同一タイミングで発光させる制御を行う、（３７）に記載の光検出装置。

（３９）
前記制御部は、
行状に配置される複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を、発光しながら行が変わるように制御する、（３７）に記載の光検出装置。

（４０）
前記制御部は、
複数の行状に配置される複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を、発光しながら行が変わるように制御する、（３７）に記載の光検出装置。

（４１）
前記制御部は、
複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を発光させ、更に前記複数の前記光電変換素子の中の一部の前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換させる、（３７）に記載の光検出装置。

（４２）
赤外光を検出する第１光電変換素子と、
可視光を検出する第２光電変換素子と、備え、
第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子に対して光の入射側に配置される、光検出素子。

（４３）
前記第１光電変換素子と異なる波長帯域の赤外光を検出する第３光電変換素子を更に備える、（４２）に記載の光検出素子。

（４４）
前記第３光電変換素子と、第２光電変換素子とは積層される、（４３）に記載の光検出素子。

（４５）
逆ピラミッド形状を有する２次元アレイ状の光回折構造部を更に備え、
前記光回折構造部は、前記第２光電変換素子よりも、光の入射側に配置される、（４２）に記載の光検出素子。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１：光検出素子、１１ａ、１１ｂ：レーザ光源、１００：光検出装置、２００：画素、２００ａ：光回路部、２００ｂ：読みだし回路部、２０２：光射出部、２０４：マイクロレンズ、２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ：光電変換素子、２０８：トランスインピーダンスアンプリファイア、２１０：アナログデジタル変換回路。

Claims

測定対象に第１方向の測定光を射出し、前記第１方向と異なる第２方向の参照光を射出する光射出部と、
前記参照光を受光し、光電変換する光電変換素子と、
を備える、光検出素子。
前記光電変換素子は、前記測定対象からの前記測定光の戻り光を更に受光し、前記参照光と前記戻り光とを光電変換する、請求項１に記載の光検出素子。
前記第２方向は、前記第１方向と反対の方向である、請求項１に記載の光検出素子。
前記光射出部は、第１領域から測定対象に前記測定光を射出し、前記第１領域と異なる第２領域から前記参照光を射出する、請求項１に記載の光検出素子。
前記第２領域は、前記第１領域から出射される前記測定光の進行方向と反対側の面の領域である、請求項４に記載の光検出素子。
前記光射出部は７００ｎｍよりも長波長をもつ光を放射する、請求項１に記載の光検出素子。
前記光射出部は放射される前記光の波長に相当するエネルギ―以上のバンドギャップを持つ材料である、請求項６に記載の光検出素子。
前記光射出部はシリコン（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、硝酸ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、及びゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくともいずれかを含んで構成される、請求項１に記載の光検出素子。
前記光射出部は回折部で構成される回折格子であり、
前記測定光は、前記回折格子から出射される、請求項１に記載の光検出素子。
前記光射出部は微少機械システム（メムス）を使った光スイッチから構成される、請求項１に記載の光検出素子。
前記光射出部はチャープした周波数のチャープ光を前記測定光として出射する、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子に対して、複数のレンズを介して前記測定対象からの前記測定光の戻り光が受光される、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子は、前記回折格子から出射される光を吸収する材料で構成される、請求項９に記載の光検出素子。
前記光電変換素子はゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマ二ウム（ＳｉＧｅ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ゲイナス（ＧａＩｎＡｓＰ）、エルビウム添加ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ：Ｅｒ）、エルビウム添加イン化インジウム（ＩｎＰ：Ｅｒ）、炭素添加シリコン（Ｓｉ：Ｃ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、インジウムヒ素アンチモンリン（ＩｎＡｓＳｂＰ）、及び酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）の少なくともいずれかを含み構成される、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換する読出し回路部を更に備え、
前記光射出部、前記光検出素子、前記読出し回路部の順番での積層構造を有する、請求項１に記載の光検出素子。
前記読出し回路部は、シリコン（Ｓｉ）基板と表層のシリコン（Ｓｉ）層との間に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を有する構造のシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成される、請求項１５に記載の光検出素子。
前記読出し回路部は検出回路基板と電気的に接続されている、請求項１５に記載の光検出素子。
前記読出し回路部は、可視光を検出する検出素子と電気的に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載の光検出素子。
前記光電変換素子はバランスドフォトダイオードから構成される、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子の上部にレンズが形成されている、請求項１に記載の光検出素子。
前記レンズは１つの前記光検出素子に対して１個以上配置される、請求項２０に記載の光検出素子。
前記光電変換素子の上部に凹凸構造を有する曲面レンズが形成されている、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子の上部にメタレンズが形成されている、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子は２次元の格子状に複数配置されている、請求項１に記載の光検出素子。
前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換する読出し回路部を更に備え、
前記読出し回路部は、前記光電変換素子の出力信号を増幅するトランスインピーダンスアンプリファイアアンプと、
前記トランスインピーダンスアンプリファイアアンプの出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、を有する、請求項２４に記載の光検出素子。
前記トランスインピーダンスアンプリファイアアンプと、前記アナログデジタル変換器とは、前記光電変換素子毎に配置される、請求項２５に記載の光検出素子。
前記トランスインピーダンスアンプリファイアアンプは、複数の前記光電変換素子毎に一つ配置される、請求項２５に記載の光検出素子。
前記アナログデジタル変換器は、複数の前記光電変換素子毎に一つ配置される、請求項２５に記載の光検出素子。
前記光射出部、前記光電変換素子、前記読出し回路部の順に積層される、請求項２８に記載の光検出素子。
前記光射出部は、前記光電変換素子に対応し、一つの前記光電変換素子に対して少なくとも一つの前記光射出部が配置される、請求項２９に記載の光検出素子。
前記光射出部は、複数の前記光電変換素子に対応し、前記複数の前記光電変換素子に対して少なくとも一つの行状の前記光射出部が配置される、請求項２９に記載の光検出素子。
前記光射出部、前記光電変換素子、前記読出し回路部はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板上に構成される、請求項２８に記載の光検出素子。
前記光射出部、前記光電変換素子、及び前記読出し回路部は金属配線で接続されている、請求項２８に記載の光検出素子。
可視光を検出する第２光電変換素子と、を更に備え、
第２光電変換素子は、前記光電変換素子に対して光の入射側に配置される、請求項１に記載の光検出素子。
請求項１に記載の光検出素子と、
前記測定光の光源と、
を備える、光検出装置。
前記光電変換素子は２次元の格子状に複数配置され、
前記格子状に配置される複数の前記光電変換素子に対応して、前記光射出部が配置される、請求項３５に記載の光検出装置。
前記光電変換素子に対応して配置される、前記光射出部の発光を制御する制御部を更に備える、請求項３６に記載の光検出装置。
前記制御部は、
前記複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部に対して、同一タイミングで発光させる制御を行う、請求項３７に記載の光検出装置。
前記制御部は、
行状に配置される複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を、発光しながら行が変わるように制御する、請求項３７に記載の光検出装置。
前記制御部は、
複数の行状に配置される複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を、発光しながら行が変わるように制御する、請求項３７に記載の光検出装置。
前記制御部は、
複数の前記光電変換素子に対応する前記光射出部を発光させ、更に前記複数の前記光電変換素子の中の一部の前記光電変換素子の出力信号をデジタル信号に変換させる、請求項３７に記載の光検出装置。
赤外光を検出する第１光電変換素子と、
可視光を検出する第２光電変換素子と、備え、
第２光電変換素子は、前記第１光電変換素子に対して光の入射側に配置される、光検出素子。
前記第１光電変換素子と異なる波長帯域の赤外光を検出する第３光電変換素子を更に備える、請求項４２に記載の光検出素子。
前記第３光電変換素子と、第２光電変換素子とは積層される、請求項４３に記載の光検出素子。
逆ピラミッド形状を有する２次元アレイ状の光回折構造部を更に備え、
前記光回折構造部は、前記第２光電変換素子よりも、光の入射側に配置される、請求項４２に記載の光検出素子。