JP2024053957A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサに適切なバイアス電圧を印加し、光センサの特性を向上させることができる光検出装置を提供する。【解決手段】本実施形態による光検出装置は、第１光源と、第１光源とは特性の異なる第２光源と、第１および第２光源を収容する筐体と、第１光源から出射された第１光が筐体の外部にある対象物に反射した第１反射光を検出する第１光センサと、第２光源から出射された第２光が筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する第２光センサと、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、光検出装置に関する。

ＴｏＦ（Time of Flight）等の測距機能を有する光検出装置では、ＳＰＡＤ（Single-Photon Avalanche Diode）等の光センサを用いて物体からの反射光を検出することが多い。光センサに印加するバイアス電圧が適切でないと、特性が劣化し、感度の低下または暗電流の増大に繋がる。従って、光センサに印加するバイアス電圧を適切に調整する必要がある。

特開２０２１－０５６０１６号公報 特開２０１９－１３２６４０号公報

光センサに適切なバイアス電圧を印加し、光センサの特性を向上させることができる光検出装置を提供する。

本開示の一側面の光検出装置は、第１光源と、第１光源とは特性の異なる第２光源と、第１および第２光源を収容する筐体と、第１光源から出射された第１光が筐体の外部にある対象物に反射した第１反射光を検出する第１光センサと、第２光源から出射された第２光が筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する第２光センサと、を備える。

第２光の波長は、第１光の波長と異なる。

第１光源は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、第２光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。

第１および第２光源の駆動信号は異なるタイミングで活性化される。

光検出装置は、第１光センサの画素の第１画素信号をＡＤ（Analog-to-Digital）変換し、第１画素信号のデジタル信号を出力する第１画素回路と、第２光センサの画素の第２画素信号の電圧値を保持し、該第２画素信号の電圧値をアナログ信号で出力する第２画素回路と、をさらに備える。

光検出装置は、第１反射光を検出するときに第１光センサにアナログ信号に基づいたバイアス電圧を印加する制御部をさらに備える。

第１および第２光源が第１および第２光を交互に出射し、制御部は、第２光によって得られたアナログ信号に基づいて、次の第１光が検出されるときのバイアス電圧を設定する。

制御部は、第１画素信号のデジタル信号を出力している期間にバイアス電圧を設定する。

制御部は、第１光源が第１光を射出した後、第２光源が第２光を射出する前に、第１光源からの次の第１光が検出されるときのバイアス電圧を設定する。

第１および第２光源は、第１光および第２光を同時に出射する。

制御部は、第２光源が第２光を射出した後、第１光源が第１光を射出する前に、該第１光が検出されるときのバイアス電圧を設定する。

光検出装置は、筐体内に設けられ、第１反射光の所定周波数帯の光を第１光センサへ通過させるフィルタをさらに備え、第1部材はフィルタである。

第１光のフィルタに対する透過率は、第２光のフィルタに対する透過率よりも高く、第１光のフィルタに対する反射率は、第２光のフィルタに対する反射率よりも低い。

第１および第２光センサは、１つの半導体チップ上に設けられている。

光検出装置は、第１光源と第２光源との間に設けられ、第１および第２光を遮る壁をさらに備える。

光検出装置は、第１光源と第２光源との間に設けられ、第１および第２光を遮る壁をさらに備え、第１および第２光センサは、１つの半導体チップに設けられ、壁は半導体チップ上には設けられていない。

第１画素信号のデジタル信号は、第１光センサから対象物までの距離の測定に用いられる。

本開示の他の側面の光検出装置は、第１光源と、第１光源とは特性の異なる第２光源と、第１および第２光源を収容する筐体と、第１光源から出射された第１光の第１反射光を検出する第１光センサと、第２光源から出射された第２光の第２反射光を検出する第２光センサと、第２光センサからの第２画素信号の電圧値に基づいて、第１反射光を検出するときに第１光センサに印加するバイアス電圧を設定する制御部とを備える。

光検出装置は、第１光センサの第１画素信号をＡＤ変換し、第１画素信号のデジタル信号を出力する第１画素回路と、第２光センサの第２画素信号の電圧値を保持し、該第２画素信号の電圧値をアナログ信号で出力する第２画素回路と、をさらに備える。

第２光センサは、第２光が筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する。

第１部材は、第１光の透過率が第２光の透過率よりも高く、かつ、第１光の反射率が第２光の反射率よりも低い。

光検出装置は、第１光源と第２光源との間に設けられ、第１および第２光を遮る壁をさらに備える。

第１および第２光センサは、１つの半導体チップに設けられ、壁は半導体チップ上には設けられていない。

第１画素信号のデジタル信号は、第１光センサから対象物までの距離の測定に用いられる。

第１実施形態に係る電子機器の構成例を示す図。 測距モジュールの構成例を示す断面図。 測距モジュールの構成例を示す平面図。 測距センサのチップ構成の一例を示す概略図。 受光部の構成例を示す平面図。 受光部およびセンサ制御回路の構成例を示すブロック図。 タイミング検出回路およびサンプル・ホールド回路の構成例を示すブロック図。 第１実施形態による測距モジュールの動作の一例を示すタイミング図。 第２実施形態による測距モジュールの動作の一例を示すタイミング図。 第３実施形態による測距モジュールの動作の一例を示すタイミング図。 第４実施形態による測距モジュールの構成例を示すタ平面図。 光学フィルタの特性例を示すグラフ。 第６実施形態によるセンサ制御回路の一部の構成例を示す回路図。 移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図。 撮像部の設置位置の例を示す図。

以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電子機器１１の構成例を示す図である。電子機器１１は、ＴｏＦ法を用いて、測定対象となる物体１２までの距離を測定する測距機能を備える電子機器である。電子機器１１は、例えば、測距機能のみを備えていてもよいし、他の機能を備えていてもよい。電子機器１１は、例えば、スマートフォン、携帯電話機、デジタルカメラ、自動車等の電子機器からなる。

電子機器１１は、操作部２１、制御部２２、測距モジュール２３、表示部２４、及び、記憶部２５を備える。

操作部２１は、例えば、スイッチ、ボタン、キーボード、タッチパネル等の電子機器１１の操作を行うための各種の操作デバイスを備える。操作部２１は、操作内容を示す操作信号を制御部２２に供給する。

制御部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを備える。制御部２２は、例えば、操作部２１からの操作信号等に基づいて、電子機器１１の各部の制御を行ったり、記憶部２５に記憶されているプログラムを実行することにより、所定の処理を行ったりする。例えば、制御部２２は、測距モジュール２３の測定結果に基づく処理を行う。

測距モジュール２３は、物体１２までの距離の測定を行うモジュールである。測距モジュール２３は、光源部３１、光源用レンズ３２、撮像用レンズ３３、及び、測距センサ３４を備える。物体１２は、電子機器１１の外部にある任意の物である。

第１光源としての光源部３１は、測距センサ３４の光源制御回路４２の制御の下に、パルス状の光である第１光としての出射光を出射する。出射光は、光源用レンズ３２を透過して物体１２に照射され、物体１２により反射された第１反射光としての反射光が撮像用レンズ３３を透過し、受光部４３に入射する。一方、光源部３１は遮光壁３６によって光源部３５および受光部４３から光学的に遮蔽されている。よって、光源部３１からの照射光は、測距モジュール２３の筐体の内部において反射してあるいは直接に受光部４３へ入射しない。光源部３１は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）構造を有し、レーザ光を出射光として出射する。光源部３１からの出射光の波長は、測距モジュール２３の用途に応じて任意に選択されるが、光源用レンズ３２を充分に透過する波長であることが好ましい。

光源用レンズ３２は、光源部３１の発光面に対向する位置に設けられたレンズであり、光源部３１からの出射光を透過させ、その出射光の整形等に用いられる。

撮像用レンズ３３は、受光部４３の受光面に対向する位置に設けられたレンズであり、物体１２からの反射光を透過させ、その反射光を用いて物体１２の像を受光部４３の受光面に結像させる。

第２光源としての光源部３５は、光源制御回路４２の制御の下に、パルス状の出射光を出射する。光源部３５からの出射光は、測距モジュール２３の筐体の内部の部材に照射され、その部材により反射された第２反射光としての反射光が受光部４３に入射する。光源部３５は遮光壁３６によって光源部３１から遮蔽されているが、受光部４３とは光学的に遮蔽されていない。よって、光源部３５からの照射光は、測距モジュール２３の筐体の内部において反射して受光部４３へ入射し得る。光源部３５は、光源部３１とは特性の異なる光源であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。この場合、光源部３５からの出射光は、レーザ光ではなく、通常光となる。光源部３５からの出射光の波長は、測距モジュール２３の用途に応じて任意に選択されるが、光源部３５の照射光を反射する部材が該出射光を充分に反射する波長であることが好ましい。

測距センサ３４は、物体１２までの距離の測定を行うセンサである。測距センサ３４は、タイミング制御回路４１、光源制御回路４２、受光部４３、及び、センサ制御回路４４を備える。

タイミング制御回路４１は、制御部２２の制御の下に、測距モジュール２３の測距タイミングを制御する回路である。例えば、タイミング制御回路４１は、光源部３１から出射光を出射するタイミングを制御する出射制御信号を光源制御回路４２に供給する。また、例えば、タイミング制御回路４１は、クロック信号、並びに、測距時間の測定を開始するスタート信号及び停止するストップ信号をセンサ制御回路４４に供給する。

光源制御回路４２は、光源部３１から出射光（以下、第１光ともいう）を出射するタイミング、及び、出射光の光量等の制御を行う。また、光源制御回路４２は、光源部３５から出射光（以下、第２光ともいう）を出射するタイミング、及び、出射光の光量等の制御を行う。

受光部４３は、図１では図示しないが、後述するように、物体１２からの反射光（以下、第１反射光ともいう）を受光する第１光センサと、測距モジュール２３の筐体内部で反射する反射光を受光する第２光センサ（以下、第２反射光ともいう）とを備える。第１および第２光センサは、２次元的に配列された複数の画素を備える。受光部４３は、第１反射光の受光量に応じた画素信号をセンサ制御回路４４に出力し、第２反射光の受光量に応じた画素信号をセンサ制御回路４４に出力する。

センサ制御回路４４は、受光部４３からの画素信号に基づいて、光源部３１が第１光を出射してから受光部の第１光センサが第１反射光を受光するまでの測距時間を検出する。この測距時間は、センサ制御回路４４または制御部２２において演算処理され、電子機器１１から物体１２までの距離を算出する。尚、センサ制御回路４４は、第１光の出射時刻をタイミング制御回路４１から得ればよい。また、センサ制御回路４４は、受光部４３の第２光センサからの画素信号に基づいて、第１光センサに印加するバイアス電圧を設定し、第１反射光を検出するときに該バイアス電圧を第１光センサに印加する。

表示部２４は、例えば、ディスプレイ等の表示デバイスを備える。表示部２４は、例えば、物体１２の各部までの距離の測定結果、測距を行うための操作画面、あるいは、第１光センサに印加するバイアス電圧の値を表示する。

記憶部２５は、制御部２２の処理に必要なデータ、プログラム、制御部２２、及び、センサ制御回路４４の処理により得られたデータ等を記憶する。例えば、記憶部２５は、物体１２の各部までの距離の測定結果を示す３次元の距離データを記憶する。また、記憶部２５は、第１光センサに印加するバイアス電圧の推移を記憶する。

図２は、測距モジュール２３の構成例を示す断面図である。図３は、測距モジュール２３の構成例を示す平面図である。図２に示すように、測距モジュール２３は、支持基板１０と、筐体２０と、光源部３１、３５と、レンズ３２、３３と、測距センサ３４と、遮光壁３６と、光源ドライバ４０と、回折光学素子（ＤＯＥ（Diffractive Optical Element））６０と、光学フィルタ９０とを備えている。

支持基板１０は、測距モジュール２３の各構成要素を搭載する基板であり、剛性を有し、電気的に絶縁性の材料で構成されている。支持基板１０には、例えば、樹脂、絶縁性金属等が用いられる。

筐体２０は、測距モジュール２３の各構成要素を支持基板１０との間に収容し、各構成要素を支持基板１０に対して固定している。また、筐体２０は、光源部３１からの第１光を外部へ出射可能にし、かつ、第１反射光Ｒ１を入射可能に構成されている。筐体２０には、例えば、樹脂または絶縁性金属等の絶縁性材料が用いられている。

光源部３１は、上述の通り、パルス状の第１光Ｌ１を出射する。第１光Ｌ１は、光源用レンズ３２、ＤＯＥ６０を透過して物体１２に照射され、物体１２により反射された第１反射光Ｒ１として撮像用レンズ３３を透過し、受光部４３の第１光センサ４３ａに入射する。光源部３１は、例えば、ＶＣＳＥＬ構造を有し、第１光および第１反射光はレーザ光である。

光源部３５は、上述の通り、光パルス状の第２光Ｌ２を出射する。第２光Ｌ２は、筐体２０の内部の光学フィルタ９０に照射され、光学フィルタ９０に反射した第２反射光Ｒ２が受光部４３の第２光センサ４３ｂに入射する。光源部３５は、例えば、ＬＥＤであり、第２光および第２反射光は、レーザ光ではない通常光である。なお、光源部３５はレンズ３３の直下には設けられず、筐体が直上にあってもよい。

レンズ３２は、第１光Ｌ１を透過させ整形する。レンズ３３は、第１反射光Ｒ１を透過させ第１光センサ４３ａに集光させる。

ＤＯＥ６０は、第１光Ｌ１を回折させて外部へ出射する。

測距センサ３４は、１つの半導体チップとして構成されており、半導体基板上に設けられた受光部４３を備える。受光部４３は、第１光センサ４３ａと、第２光センサ４３ｂとを１つの半導体チップに備えている。また、図１に示すタイミング制御回路４１、光源制御回路４２およびセンサ制御回路４４も、同一の半導体チップ内に設けられていてもよい。尚、図４に示すように、測距センサ３４は、画素チップ２０１と、回路チップ２０２との積層チップであってもよい。図４は、測距センサ３４のチップ構成の一例を示す概略図である。この場合、受光部４３は、画素チップ２０１に設けられる。タイミング制御回路４１、光源制御回路４２およびセンサ制御回路４４等の回路は、回路チップ２０２に設けられる。画素チップ２０１と回路チップ２０２は、ＴＳＶ（Through Silicon Via）等のビアを介して電気的に接続されてもよく、あるいは、Ｃｕ－Ｃｕ接合やバンプ接合で電気的に接続されていてもよい。

図２を再度参照する。受光部４３は、第１光センサ４３ａおよび第２光センサ４３ｂを含む。第１光センサ４３ａは、第１光Ｌ１が筐体２０の外部にある物体１２に反射した第１反射光Ｒ１を検出する。第１光センサ４３ａは、２次元的に配列された複数の画素を備える。第１光センサ４３ａには、例えば、ＳＰＡＤ等の光センサを用いている。第１光センサ４３ａは、第１反射光Ｒ１の受光量に応じた画素信号をセンサ制御回路４４に出力する。このとき、第１光センサ４３ａからの画素信号は、ＡＤ（Analog-to-Digital）変換されて、画素信号のデジタル信号として出力される。

第２光センサ４３ｂは、第２光Ｌ２が筐体２０の内部にある光学フィルタ９０に反射した第２反射光Ｒ２を検出する。第２光センサ４３ｂは、２次元的に配列された複数の画素を備える。第２光センサ４３ｂは、第１光センサ４３ａとは離間した位置に設けられているが、第２光センサ４３ｂにも、例えば、ＳＰＡＤ等の光センサを用いている。第２光センサ４３ｂのフォトダイオードは、第１光センサ４３ａのフォトダイオードの構成と同じであることが好ましい。これにより、第２光センサ４３ｂは、第１光センサ４３ａが第１反射光Ｒ１を検出するときに第１光センサ４３ａに印加する逆バイアス電圧を設定するために用いることができる。また、第１光センサ４３ａと第２光センサ４３ｂを同時に製造可能になる。第２光センサ４３ｂは、第２反射光によって反応した第２光センサ４３ｂのカソード電圧(クエンチ電圧)を画素信号としてセンサ制御回路４４に出力する。このとき、第２光センサ４３ｂからの画素信号は、その電圧値を示すアナログ信号として出力される。第１光センサ４３ａに印加する逆バイアス電圧は、このアナログ信号に基づいて設定される。

このように、光源部３５および第２光センサ４３ｂは、第１光センサ４３ａに印加する逆バイアス電圧を設定するバイアス調整用の光源および光センサである。光源部３１および第１光センサ４３ａは、測距モジュール２３から物体１２までの距離を測定する測距用の光源および光センサである。

遮光壁３６は、光源部３１と光源部３５との間に設けられ、第１光Ｌ１および第２光Ｌ２を遮る。従って、第１光Ｌ１は、測距センサ３４側へ進入せず、逆に、第２光Ｌ２は、光源部３１側へ進入しない。遮光壁３６は、筐体２０と支持基板１０との間に設けられている。遮光壁３６の下端は、支持基板１０の表面に接続されており、その上端は筐体２０に接続されている。遮光壁３６には、例えば、樹脂または金属等の不透明材料が用いられる。遮光壁３６は、筐体２０と同一材料で一体として形成されていてもよい。

遮光壁３６は、受光部４３の半導体チップ上には設けられていない。遮光壁３６が半導体チップ上に設けられている場合、半導体チップの光学的特性または電気的特性が変化する。また、半導体チップの光学的特性または電気的特性を維持するために、遮光壁３６の設計が困難になるおそれがある。これに対し、本実施形態では、遮光壁３６は、受光部４３の半導体チップ上には設けられていない。これにより、受光部４３の光学的特性または電気的特性を変化させることなく、測距モジュール２３の組み立てが容易になる。

図３に示すように、遮光壁３６は、光源部３１およびレンズ３２等のある第１光Ｌ１の発光側と、受光部４３およびレンズ３３等のある第１反射光Ｒ１の受光側との間を光学的に分離するように設けられている。遮光壁３６は、第１光Ｌ１の出射方向から見て、測距モジュール２３の中心部を二分するように設けられている。

光源ドライバ４０は、光源部３１、３５を駆動し発光させる。

光学フィルタ９０は、例えば、バンドパスフィルタであり、第１反射光Ｒ１の所定周波数帯の光を第１光センサ４３ａへ通過させる。一方、光学フィルタ９０は、第２光Ｌ２については第２光センサ４３ｂへ反射する。図１２に示すように、第１光Ｌ１の光学フィルタ９０に対する透過率は、第２光Ｌ２の光学フィルタ９０に対する透過率よりも高い。また、第１光Ｌ１の光学フィルタ９０に対する反射率は、第２光Ｌ２の光学フィルタ９０に対する反射率よりも低い。このように光学フィルタ９０が第１光Ｌ１を透過させ、第２光Ｌ２を反射するように、光学フィルタ９０の材料、第１光Ｌ１の波長、第２光Ｌ２の波長、および、光源部３５と第２光センサ４３ｂとの相対位置を設定する。例えば、光源部３５と第２光センサ４３ｂとの相対位置によって、光学フィルタ９０への第２光Ｌ２の入射角が決まる。従って、光学フィルタ９０への第２光Ｌ２の入射角が臨界角に近くなるようにあるいは臨界角以上となるように、光源部３５と第２光センサ４３ｂとの位置関係を設定する。

図５は、受光部４３の構成例を示す平面図である。第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂは、それぞれフォトダイオードおよび画素回路を含む複数の画素によって構成されている。複数の画素は、第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂにおいて、例えば、行列状に二次元配置されている。第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂを構成する複数の画素は、例えば、同一の構成のＳＰＡＤを有していている。第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂの画素回路の構成は互いに異なる。

図６は、受光部４３およびセンサ制御回路４４の構成例を示すブロック図である。第１光センサ４３ａの画素は、測距用画素である。第１光センサ４３ａの各画素は、ＳＰＡＤ２１１と、ｐ型ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ３８１と、インバータ３８２とを備える。トランジスタ３８１およびインバータ３８２が第１光センサ４３ａの各画素の画素回路（第１画素回路）を構成している。

ＳＰＡＤ２１１のアノードは低レベル電圧源（基準電圧源）に接続されている。ＳＰＡＤ２１１のカソードは、トランジスタ３８１のドレインに接続されている。トランジスタ３８１のソースは、電源ＶＥに接続されている。トランジスタ３８１のゲートは、センサ制御回路４４からの制御信号ＲＣＨ１を受ける。トランジスタ３８１とＳＰＡＤ２１１との間のセンスノードＶｓ１は、インバータ３８２の入力に接続されている。インバータ３８２の出力は、センサ制御回路４４に接続されている。

制御信号ＲＣＨ１は、センスノードＶｓ１をリチャージするときに低レベル電圧に立ち下がる（ロウアクティブ）。制御信号ＲＣＨ１が低レベル電圧に立ち下がると、トランジスタ３８１が導通状態となり、センスノードＶｓ１が電源ＶＥにより高レベル電圧に充電される。このとき、インバータ３８２は、論理ロウをセンサ制御回路４４へ出力する。センスノードＶｓ１が充電されると、制御信号ＲＣＨ１が高レベル電圧に立ち上がり、トランジスタ３８１が非導通状態となり、センスノードＶｓ１は高レベル電圧の状態を維持する。

センスノードＶｓ１が充電されると、ＳＰＡＤ２１１には、センスノードＶｓ１と低レベル電圧源との間で逆バイアス電圧が印加される。第１反射光Ｒ１のフォトンが、逆バイアス状態のＳＰＡＤ２１１に入射すると、ＳＰＡＤ２１１がアバランシェ増倍してセンスノードＶｓ１の電荷が低レベル電圧源側へ瞬時に流れる。これにより、センスノードＶｓ１は、高レベル電圧から低レベル電圧へ低下し、インバータ３８２の出力が論理ロウから論理ハイへ反転する。その後、ＳＰＡＤ２１１は、アバランシェ降伏前の状態に戻る（クエンチング）。その後、制御信号ＲＣＨ１が再度、低レベル電圧に立ち下がり、センスノードＶｓ１が電源ＶＥにより高レベル電圧にリチャージされる。このとき、インバータ３８２の出力は、論理ロウに戻る。

このように、第１光センサ４３ａのＳＰＡＤ２１１はフォトンの入射を検知し、画素回路はフォトンの入射ごとにパルス信号をセンサ制御回路４４へ出力することができる。即ち、トランジスタ３８１およびインバータ３８２を含む画素回路は、第１光センサ４３ａの画素の画素信号（センスノードＶｓ１の電圧値）をＡＤ（Analog-to-Digital）変換し、該画素信号のバルス信号（デジタル信号）を出力する。

センサ制御回路４４は、光源部３１の発光から第１光センサ４３ａからのパルス信号までの期間を測定することによって測距モジュール２３から物体１２までの距離を算出する。

第２光センサ４３ｂの画素は、第１光センサ４３ａの各画素のＳＰＡＤ２１１に印加する逆バイアス電圧を調整するための画素である。第２光センサ４３ｂの各画素は、ＳＰＡＤ２１２と、ｐ型ＭＯＳトランジスタ３１１と、タイミング検出回路３２０と、サンプル・ホールド回路３３０と、バッファ３４０、３５０とを備える。トランジスタ３１１、タイミング検出回路３２０、サンプル・ホールド回路３３０、および、バッファ３４０、３５０が第２光センサ４３ｂの各画素の画素回路（第２画素回路）を構成している。

ＳＰＡＤ２１２のアノードは低レベル電圧源（基準電圧源）に接続されている。ＳＰＡＤ２１２のカソードは、トランジスタ３１１のドレインに接続されている。トランジスタ３１１のソースは、電源ＶＥに接続されている。トランジスタ３１１のゲートは、センサ制御回路４４からの制御信号ＲＣＨ２を受ける。トランジスタ３１１とＳＰＡＤ２１２との間のセンスノードＶｓ２は、バッファ３４０の入力およびタイミング検出回路３２０に接続されている。タイミング検出回路３２０およびバッファ３４０の出力は、サンプル・ホールド回路３３０に接続されている。サンプル・ホールド回路３３０の出力は、バッファ３５０の入力に接続されている。バッファ３５０の出力は、センサ制御回路４４に接続されている。

制御信号ＲＣＨ２は、センスノードＶｓ２をリチャージするときに低レベル電圧に立ち下がる（ロウアクティブ）。制御信号ＲＣＨ２が低レベル電圧に立ち下がると、トランジスタ３１１が導通状態となり、センスノードＶｓ２が電源ＶＥにより高レベル電圧に充電される。このとき、バッファ３４０が、センスノードＶｓ２の電圧（アナログ値）をサンプル・ホールド回路３３０へ出力する。

サンプル・ホールド回路３３０は、タイミング検出回路３２０の制御を受けて、所定のタイミングで、第２画素信号としてのセンスノードＶｓ２の電圧をサンプリングして、その電圧を保持する。

タイミング検出回路３２０は、センスノードＶｓ２の電圧に基づいて、所定のタイミングでパルス信号をサンプル・ホールド回路３３０へ出力する。サンプル・ホールド回路３３０は、タイミング検出回路３２０からのパルス信号を受けてセンスノードＶｓ２の電圧をサンプリングして、その電圧を保持する。

バッファ３５０は、サンプル・ホールド回路３３０で保持されたセンスノードＶｓ２の電圧をセンサ制御回路４４へ出力する。

図７は、タイミング検出回路３２０およびサンプル・ホールド回路３３０の構成例を示すブロック図である。

サンプル・ホールド回路３３０は、上記機能を実行するために、スイッチ３３１および容量素子３３２等で構成すればよい。スイッチ３３１は、バッファ３４０とバッファ３５０との間に接続されており、タイミング検出回路３２０からのパルス信号によって導通状態または非導通状態となる。容量素子３３２は、スイッチ３３１とバッファ３５０との間のノードと基準電圧（例えば、グランド）との間に接続されており、センスノードＶｓ２の電圧に応じた電荷を蓄積することができる。

タイミング検出回路３２０は、このような機能を実行するために、インバータ回路３２１およびパルス生成回路３７０等で構成すればよい。インバータ回路３２１は、センスノードＶｓ２の電圧レベルを反転させてパルス生成回路３７０に出力する。パルス生成回路３７０は、インバータ回路３２１からの出力電圧レベルに応じてパルス信号を所定時間だけ遅延させてスイッチ３３１へ出力する。

センスノードＶｓ２が充電されると、ＳＰＡＤ２１２には、センスノードＶｓ２と低レベル電圧源との間で逆バイアス電圧が印加される。第２反射光Ｒ２のフォトンが、逆バイアス状態のＳＰＡＤ２１２に入射すると、ＳＰＡＤ２１２がアバランシェ増倍してセンスノードＶｓ２の電荷が低レベル電圧源側へ瞬時に流れる。これにより、センスノードＶｓ２は、センスノードＶｓ２の電圧変化から所定の遅延時間だけ経過後に、パルス信号を出力する。サンプル・ホールド回路３３０は、タイミング検出回路３２０からのパルス信号を受けて、スイッチ３３１をパルス信号の期間だけ導通状態にする。これにより、サンプル・ホールド回路３３０は、センスノードＶｓ２の電圧（アナログ値）を容量素子３３２にサンプリングし、保持する。センスノードＶｓ２の電圧は、容量素子３３２に保持されて、サンプル・ホールド回路３３０からセンサ制御回路４４へ出力される。

このように、第２光センサ４３ｂのＳＰＡＤ２１１はフォトンの入射を検知し、センスノードＶｓ２の電圧をセンサ制御回路４４へ出力することができる。即ち、第２光センサ４３ｂの各画素の画素回路は、第２光センサ４３ｂの画素の画素信号（センスノードＶｓ２の電圧値）をアナログ信号として出力する。

センサ制御回路４４は、第２光センサ４３ｂの画素の画素信号に基づいて、第１光センサ４３ａのＳＰＡＤ２１１へ印加する逆バイアス電圧を設定する。これにより、センサ制御回路４４は、温度などの感光変化による第１光センサ４３ａの電気的特性のばらつきに適応した逆バイアス電圧をＳＰＡＤ２１１へ印加することができる。その結果、測距モジュール２３の測距精度が最適化され、第１光センサ４３ａの特性を向上させることができる。

本実施形態による測距モジュール２３は、互いに特性の異なる光源部３１、３５を備える。光源部３１は、測距用の光源として用いられ、光源部３５は、第１光センサ４３ａのＳＰＡＤ２１１に印加する逆バイアス電圧を調整するために用いられる。図２に示すように、光源部３５は遮光壁３６によって光源部３１から光学的に分離されている。従って、第１光Ｌ１は、測距モジュール２３の内部では第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂ側に入射しない。逆に、第２光Ｌ２は、測距モジュール２３の内部で、第１光センサ４３ａの発光側に入射しない。従って、測距用の光源部３１は、レーザ発光素子（例えば、ＶＣＳＥＬ）で構成されるが、バイアス電圧調整用の光源部３５は、通常光を出射する発光素子（例えば、ＬＥＤ）で構成可能である。ＬＥＤは、ＶＣＳＥＬに比べて安価であり、コスト増は非常に小さい。また、第１光センサ４３ａのバイアス電圧を調整する際に、測距用の光源部３１を共通で使用する必要がない。従って、光源部３１からの第１光Ｌ１の一部を測距モジュール２３の内部で反射させて、第２光センサ４３ｂへ入射させる必要はない。よって、本実施形態による測距モジュール２３は、製造コストが限定的であり、かつ、構成がシンプルになる。さらに、光源部３１、３５は同時に発光しても遮光壁３６が第１および第２光Ｌ１、Ｌ２のコンタミネーションを抑制することができる。

尚、光源部３１は、ＶＣＳＥＬ以外のレーザ発光素子でもよい。光源部３５は、ＬＥＤ以外の発光素子でもよい。

次に、本実施形態による測距モジュール２３の動作を説明する。

図８は、第１実施形態による測距モジュール２３の動作の一例を示すタイミング図である。横軸は時間を示す。信号ＦＳＹＮＣは、フレーム同期信号であり、測距開始を示す信号である。

まず、時点ｔ１において信号ＦＳＹＮＣが立ち上がると測距動作が開始され、光源部３５が第２光Ｌ２を出射する。ｔ１～ｔ２において、光源部３５が第２光Ｌ２を出射し、第２光センサ４３ｂが第２反射光Ｒ２を検出する。第２光Ｌ２は、光学フィルタ９０に反射して第２光センサ４３ｂに第２反射光Ｒ２として入射する。これにより、センサ制御回路４４は、第２光センサ４３ｂからの画素信号（第２反射光Ｒ２に応じた電圧値）に基づいて、第１光センサ４３ａのＳＰＡＤ２１１へ印加する逆バイアス電圧を設定する。

次に、ｔ２～ｔ３において、光源部３１が第１光Ｌ１を出射する。第１光Ｌ１は、外部の物体１２に反射して第１光センサ４３ａに第１反射光Ｒ１として入射する。

本実施形態では、このときまだ、第１光センサ４３ａへの逆バイアス電圧は、フィードバックされていない。従って、ｔ２～ｔ３では、第１光センサ４３ａへの逆バイアス電圧は、まだ適切化されていない。

次に、ｔ３～ｔ４において、センサ制御回路４４が、第１光センサ４３ａからの画素信号を制御部２２へ読み出す。制御部２２は、第１光センサ４３ａからの画素信号を受けて、光源部３１による第１光Ｌ１の出射から第１光センサ４３ａによる第１反射光Ｒ１の検出までの時間に基づいて、測距モジュール２３から物体１２までの距離を算出する。

また、ｔ３～ｔ４において、画素信号の読出しと同時に、ｔ１～ｔ２において設定された第１光センサ４３ａへの逆バイアス電圧が、フィードバックされる。これにより、第１光センサ４３ａが次に第１反射光Ｒ１を検出する際に、第１光センサ４３ａの各画素のＳＰＡＤ２１１に印加する逆バイアス電圧は適切化される。即ち、ｔ５～ｔ６において、第１光センサ４３ａが第１反射光Ｒ１を検出する際には、第１光センサ４３ａの各画素のＳＰＡＤ２１１に印加する逆バイアス電圧は、現状の環境に適合した電圧に設定され得る。

その後、ｔ４～ｔ７は、ｔ１～ｔ４と同じ動作（以下、測距サイクルとも言う）を繰り返す。ｔ１～ｔ４、ｔ４～ｔ７の動作は、さらに繰り返されてよい。

このように、本実施形態では、光源部３１、３５が第１および第２光Ｌ１、Ｌ２を交互に出射する。そして、センサ制御回路４４は、第２光Ｌ２によって得られた第２光センサ４３ｂの画素信号（アナログ信号）に基づいて、次の第１光Ｌ１が検出されるときの第１光センサ４３ａのＳＰＡＤ２１１に印加する逆バイアス電圧を設定する。また、本実施形態では、センサ制御回路４４は、第１光センサ４３ａの画素信号のデジタル信号を出力している読出し期間（例えば、ｔ３～ｔ４）に逆バイアス電圧をフィードバックし、第１光センサ４３ａに設定する。これにより、第１光センサ４３ａが次に第２反射光Ｒ２を検出するときには、すでに現状の環境に適合した電圧に設定され得る。第１光センサ４３ａの画素信号の読出し期間と逆バイアス電圧のフィードバック期間を重複させることによって、１つの測距サイクル（例えば、ｔ１～ｔ４またはｔ４～ｔ７）が、短時間で済む。即ち、フレームレートを高速にすることができる。

センサ制御回路４４は、光源部３１が第１光Ｌ１（例えば、ｔ２～ｔ３で発光されるＬ１）を射出した後、光源部３５が第２光Ｌ２（例えば、ｔ４～ｔ５で発光されるＬ２）を射出する前に、次の第１光Ｌ１（例えば、ｔ５～ｔ６で発光されるＬ１）が検出されるときの第１光センサ４３ａの逆バイアス電圧を設定する。この場合、最初の測距サイクルの第１光Ｌ１（例えば、ｔ２～ｔ３で発光されるＬ１）による測距精度は低くなる。しかし、その後、第２サイクル以降の第１光Ｌ１（例えば、ｔ５～ｔ６で発光されるＬ１）による測距精度は高くなる。よって、制御部２２は、最初の測距サイクルで算出された距離を破棄し、第２サイクル以降で算出された距離を採用して物体１２までの距離を求めればよい。これにより、本実施形態による測距モジュール２３は、測距精度を高めることができる。

また、光源部３１、３５の駆動信号は異なるタイミングで活性化され、第１および第２光Ｌ１、Ｌ２は互いに異なるタイミングで出射されている。従って、第１光Ｌ１または第２光Ｌ２は、遮光壁３６によって互いに光学的に分離され、かつ、時間的にも分離されている。従って、第１および第２光Ｌ１、Ｌ２の漏洩をさらに確実に抑制することができる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態による測距モジュール２３の動作の一例を示すタイミング図である。第２実施形態では、ｔ１、ｔ３に示すように、光源部３１、３５が、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２を同時に出射している。遮光壁３６が光源部３１と光源部３５との間を光学的に遮蔽しているので、第１光Ｌ１と第２光Ｌ２が同時に出射されても両者は混合しない。また、図３に示すように、第２光センサ４３ｂは、第１光センサ４３ａとは離間した位置に設けられている。これにより、第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２は、それぞれ混合することなく、第１光センサ４３ａおよび第２光センサ４３ｂへ同時に入射することができる。

光源部３５による第２光Ｌ２の出射時間は、光源部３１の第１光Ｌ１の出射時間よりも短くてよい。第２光Ｌ２は、第１光センサ４３ａの逆バイアス電圧を調整するために用いられるだけなので、短時間の出射でもよい。一方、第１光Ｌ１は、外部へ出射され、物体１２との距離を測定するために用いられるため、第２光Ｌ２よりも長い時間の出射が好ましい。

第２光Ｌ２の出射期間は、第１光Ｌ１の出射期間に重複しているので、光源部３１、３５の出射から次の光源部３１、３５の出射までの測距サイクルが短縮化され得る。

第２実施形態の測距モジュール２３の構成およびその他の動作は、第１実施形態の構成および動作と同様でよい。よって、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果も得ることができる。

（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態による測距モジュール２３の動作の一例を示すタイミング図である。第３実施形態では、センサ制御回路４４は、光源部３５が第２光Ｌ２を出射した後、光源部３１が第１光Ｌ１を射出する前に、第１光センサ４３ａの逆バイアス電圧を調整し、設定する。即ち、各測距サイクルにおいて、センサ制御回路４４は、第１光センサ４３ａの逆バイアス電圧を調整した後に、第１光Ｌ１を出射する。従って、最初の測距サイクルにおいてから、第１光センサ４３ａの画素のＳＰＡＤ２１１に印加される逆バイアス電圧は、現状の環境に適合した電圧に調整されている。これにより、第３実施形態による測距モジュール２３は、測距精度をさらに高めることができる。

第３実施形態の測距モジュール２３の構成およびその他の動作は、第１実施形態の構成および動作と同様でよい。よって、第３実施形態は、第１実施形態と同様の効果も得ることができる。

ただし、第１光センサ４３ａの画素信号の読出し期間（例えば、ｔ４～ｔ５）と逆バイアス電圧のフィードバック期間（例えば、ｔ２～ｔ３）は重複せず、第２光Ｌ２の出射期間と第１光Ｌ１の出射期間も重複していない。１つの測距サイクルは、第２光Ｌ２の出射、逆バイアス電圧のフィードバックおよび設定、第１光Ｌ１の出射、第１光センサ４３ａの画素信号の読出しをこの順に連続して実行する。従って、第３実施形態の測距サイクルは、第１または第２実施形態のそれよりも長くなる。

（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態による測距モジュール２３の構成例を示すタ平面図である。第４実施形態による測距モジュール２３は、第２光センサ４３ｂが第１光センサ４３ａ内に設けられている。即ち、第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂが１つの画素領域内に設けられている。この場合、遮光壁３６が光源部３１と光源部３５とを光学的に分離し、かつ、図８または図１０に示すように、第１および第２光Ｌ１、Ｌ２の発光タイミングを相違させる。これにより第２光センサ４３ｂを第１光センサ４３ａ内に設けても、第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２は、それぞれ混合させることなく、第１光センサ４３ａおよび第２光センサ４３ｂに入射させることができる。この場合、第１および第２光センサ４３ａ、４３ｂの画素および画素回路は、入射光の漏れ光を考慮せずに、比較的自由に設計することができる。

第４実施形態のその他の構成および動作は、第１～第３実施形態のいずれかと同様でよい。これにより、第４実施形態は、第１～第３実施形態のいずれかの効果も得ることができる。

（第５実施形態）
図１２は、光学フィルタ９０の特性例を示すグラフである。このグラフの横軸は、入射光の波長を示す。縦軸は、光学フィルタ９０の反射率を示す。複数の曲線は、光学フィルタ９０に対する光の入射角において異なる。

様々な入射角に対して、反射率の高い入射光の波長としてＷＬ１が選択できる。波長ＷＬ１を有する光を第２光Ｌ２として選択することによって、光源部３５および第２光センサ４３ｂの配置の自由度が高くなる。また、様々な入射角に対して透過率の高い（反射率の低い）入射光の波長としてＷＬ２が選択できる。波長ＷＬ２を有する光を第１光Ｌ１として選択することによって、光源部３１および第１光センサ４３ａの配置の自由度が高くなる。第１光Ｌ１の光学フィルタ９０に対する透過率は、第２光Ｌ２の光学フィルタ９０に対する透過率よりも高い。また、第１光Ｌ１の光学フィルタ９０に対する反射率は、第２光Ｌ２の光学フィルタ９０に対する反射率よりも低い。このように、第１および第２光Ｌ１、Ｌ２の波長を互いに相違させることによって、光学フィルタ９０が第１光Ｌ１を透過させつつ、第２光Ｌ２を反射させることが容易になる。例えば、第１光Ｌ１は、波長約９４０ｎｍのレーザ光であり、２光Ｌ２は、波長約８５０ｎｍの通常光でもよい。

第５実施形態のその他の構成および動作は、第１～第４実施形態のいずれかと同じでよい。これにより、第５実施形態は、第１～第４実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
図１３は、第６実施形態によるセンサ制御回路４４の一部の構成例を示す回路図である。画素間平均取得部５１０には、複数の抵抗５１１と、容量５１２とが配置される。抵抗５１１は、第２光センサ４３ｂの画素ごとに配置される。時間平均取得部５２０には、可変抵抗５２１および可変容量５２２が配置される。電位制御部５３０には、アンプ５３１が配置される。

画素間平均取得部５１０において、抵抗５１１の一端は、第２光センサ４３ｂの各画素に接続され、他端は容量５１２の一端と時間平均取得部５２０とに接続される。すなわち、複数の抵抗５１１は、第２光センサ４３ｂの複数の画素と、容量５１２との間において並列に接続される。容量５１２の他端は、接地電位に接続される。これらの抵抗５１１により、第２光センサ４３ｂの複数の画素のサンプル・ホールド回路３３０で保持された電位Ｖｓ＿ｍの平均の電位が画素間平均Ｖｓ＿ＳＨＡＶｐとして生成され、容量５１２に保持される。画素間平均の取得により、画素間の保持電位Ｖｓ＿ｍのばらつきによる悪影響を抑制することができる。

また、時間平均取得部５２０において、可変抵抗５２１の一端は、画素間平均取得部５１０に接続され、他端は、可変容量５２２の一端と電位制御部５３０とに接続される。可変容量５２２の他端は、接地電位に接続される。これらの可変抵抗５２１および可変容量５２２からなる回路は、画素間平均Ｖｓ_ＳＨＡＶｐの時間平均Ｖｓ_ＳＨＡＶｔを生成するアナログのローパスフィルタとして機能する。

電位制御部５３０において、アンプ５３１の反転入力端子（－）には、時間平均Ｖｓ＿ＳＨＡＶｔが入力され、非反転入力端子（＋）には、所定の電源電位ＶＲＥＦが入力される。アンプ５３１は、次の式により、それらの比較結果を逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤとして生成し、第１光センサ４３ａの各画素のＳＰＡＤ２１１のアノードに供給する。逆バイアス電圧ＶＳＰＡＤは、式１で表される。
ＶＳＰＡＤ＝Ａｖ（ＶＲＥＦ－Ｖｓ＿ＳＨＡＶｔ） （式１）
尚、上式において、Ａｖは、アンプ５３１の利得である。

第６実施形態のその他の構成および動作は、第１～第５実施形態のいずれかと同じでよい。これにより、第６実施形態は、第１～第５実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。

（移動体への応用例）
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

図１４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。

駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両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、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。

ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。

撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。

車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。

マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠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ことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。

図１５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図１５では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。

撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

なお、図１５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠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ことができる。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031等に適用され得る。

なお、本技術は、以下のような構成をとることができる。
（１）
第１光源と、
第１光源とは特性の異なる第２光源と、
第１および第２光源を収容する筐体と、
第１光源から出射された第１光が筐体の外部にある対象物に反射した第１反射光を検出する第１光センサと、
第２光源から出射された第２光が筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する第２光センサと、を備える光検出装置。
（２）
第２光の波長は、第１光の波長と異なる、（１）に記載の光検出装置。
（３）
第１光源は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、
第２光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である、（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
第１および第２光源の駆動信号は異なるタイミングで活性化される、（１）または（２）に記載の光検出装置。
（５）
第１光センサの画素の第１画素信号をＡＤ（Analog-to-Digital）変換し、第１画素信号のデジタル信号を出力する第１画素回路と、
第２光センサの画素の第２画素信号の電圧値を保持し、該第２画素信号の電圧値をアナログ信号で出力する第２画素回路と、をさらに備える（１）から（４）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（６）
第１反射光を検出するときに第１光センサにアナログ信号に基づいたバイアス電圧を設定する制御部をさらに備える、（５）に記載の光検出装置。
（７）
第１および第２光源が第１および第２光を交互に出射し、
制御部は、第２光によって得られたアナログ信号に基づいて、次の第１光が検出されるときのバイアス電圧を設定する、（６）に記載の光検出装置。
（８）
制御部は、第１画素信号のデジタル信号を出力している期間にバイアス電圧を設定する、（６）または（７）に記載の光検出装置。
（９）
制御部は、第１光源が第１光を射出した後、第２光源が第２光を射出する前に、第１光源からの次の第１光が検出されるときのバイアス電圧を設定する、（６から（８のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１０）
第１および第２光源は、第１光および第２光を同時に出射する、（１）から（９）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１１）
制御部は、第２光源が第２光を射出した後、第１光源が第１光を射出する前に、該第１光が検出されるときのバイアス電圧を設定する、（６から（８のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１２）
筐体内に設けられ、第１反射光の所定周波数帯の光を第１光センサへ通過させるフィルタをさらに備え、
第1部材はフィルタである、（１）から（１１）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１３）
第１光のフィルタに対する透過率は、第２光のフィルタに対する透過率よりも高く、
第１光のフィルタに対する反射率は、第２光のフィルタに対する反射率よりも低い、（１２）に記載の光検出装置。
（１４）
第１および第２光センサは、１つの半導体チップ上に設けられている、（１）から（１２）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１５）
第１光源と第２光源との間に設けられ、第１および第２光を遮る壁をさらに備える、（１）から（１４）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１６）
第１光源と第２光源との間に設けられ、第１および第２光を遮る壁をさらに備え、
第１および第２光センサは、１つの半導体チップに設けられ、
壁は半導体チップ上には設けられていない、（１）から（１３）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１７）
第１画素信号のデジタル信号は、第１光センサから対象物までの距離の測定に用いられる、（５）から（１６）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（１８）
第１光源と、
第１光源とは特性の異なる第２光源と、
第１および第２光源を収容する筐体と、
第１光源から出射された第１光の第１反射光を検出する第１光センサと、
第２光源から出射された第２光の第２反射光を検出する第２光センサと、
第２光センサからの第２画素信号の電圧値に基づいて、第１反射光を検出するときに第１光センサに印加するバイアス電圧を設定する制御部とを備える、光検出装置。
（１９）
第１光センサの第１画素信号をＡＤ変換し、第１画素信号のデジタル信号を出力する第１画素回路と、
第２光センサの第２画素信号の電圧値を保持し、該第２画素信号の電圧値をアナログ信号で出力する第２画素回路と、をさらに備える（１８）に記載の光検出装置。
（２０）
第２光センサは、第２光が筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する、（１８）または（１９）に記載の光検出装置。
（２１）
第１部材は、第１光の透過率が第２光の透過率よりも高く、かつ、第１光の反射率が第２光の反射率よりも低い、（２０）に記載の光検出装置。
（２２）
第１光源と第２光源との間に設けられ、第１および第２光を遮る壁をさらに備える、（１８）から（２１）のいずれか一項に記載の光検出装置。
（２３）
第１および第２光センサは、１つの半導体チップに設けられ、
壁は半導体チップ上には設けられていない、（２２）に記載の光検出装置。
（２４）
第１画素信号のデジタル信号は、第１光センサから対象物までの距離の測定に用いられる、（１８）から（２３）のいずれか一項に記載の光検出装置。
尚、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。

２３ 測距モジュール、１０ 支持基板、２０ 筐体、３１，３５ 光源部、３２，３３ レンズ、３４ 測距センサ、３６ 遮光壁、４０ 光源ドライバ、６０ 回折光学素子（ＤＯＥ）、９０ 光学フィルタ、４３ａ 第１光センサ、４３ｂ 第２光センサ

Claims (24)

1. 第１光源と、
   前記第１光源とは特性の異なる第２光源と、
   前記第１および第２光源を収容する筐体と、
   前記第１光源から出射された第１光が前記筐体の外部にある対象物に反射した第１反射光を検出する第１光センサと、
   前記第２光源から出射された第２光が前記筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する第２光センサと、を備える光検出装置。
2. 前記第２光の波長は、前記第１光の波長と異なる、請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記第１光源は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、
   前記第２光源は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である、請求項１に記載の光検出装置。
4. 前記第１および第２光源の駆動信号は異なるタイミングで活性化される、請求項１に記載の光検出装置。
5. 前記第１光センサの画素の第１画素信号をＡＤ（Analog-to-Digital）変換し、前記第１画素信号のデジタル信号を出力する第１画素回路と、
   前記第２光センサの画素の第２画素信号の電圧値を保持し、該第２画素信号の電圧値をアナログ信号で出力する第２画素回路と、をさらに備える請求項１に記載の光検出装置。
6. 前記第１反射光を検出するときに前記第１光センサに前記アナログ信号に基づいたバイアス電圧を設定する制御部をさらに備える、請求項５に記載の光検出装置。
7. 前記第１および第２光源が前記第１および第２光を交互に出射し、
   前記制御部は、前記第２光によって得られた前記アナログ信号に基づいて、次の前記第１光が検出されるときの前記バイアス電圧を設定する、請求項６に記載の光検出装置。
8. 前記制御部は、前記第１画素信号の前記デジタル信号を出力している期間に前記バイアス電圧を設定する、請求項６に記載の光検出装置。
9. 前記制御部は、前記第１光源が前記第１光を射出した後、前記第２光源が前記第２光を射出する前に、前記第１光源からの次の第１光が検出されるときの前記バイアス電圧を設定する、請求項６に記載の光検出装置。
10. 前記第１および第２光源は、前記第１光および前記第２光を同時に出射する、請求項１に記載の光検出装置。
11. 前記制御部は、前記第２光源が前記第２光を射出した後、前記第１光源が前記第１光を射出する前に、該第１光が検出されるときの前記バイアス電圧を設定する、請求項６に記載の光検出装置。
12. 前記筐体内に設けられ、前記第１反射光の所定周波数帯の光を前記第１光センサへ通過させるフィルタをさらに備え、
    前記第1部材は前記フィルタである、請求項１に記載の光検出装置。
13. 前記第１光の前記フィルタに対する透過率は、前記第２光の前記フィルタに対する透過率よりも高く、
    前記第１光の前記フィルタに対する反射率は、前記第２光の前記フィルタに対する反射率よりも低い、請求項１２に記載の光検出装置。
14. 前記第１および第２光センサは、１つの半導体チップ上に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
15. 前記第１光源と前記第２光源との間に設けられ、前記第１および第２光を遮る壁をさらに備える、請求項１に記載の光検出装置。
16. 前記第１光源と前記第２光源との間に設けられ、前記第１および第２光を遮る壁をさらに備え、
    前記第１および第２光センサは、１つの半導体チップに設けられ、
    前記壁は前記半導体チップ上には設けられていない、請求項１に記載の光検出装置。
17. 前記第１画素信号のデジタル信号は、前記第１光センサから前記対象物までの距離の測定に用いられる、請求項５に記載の光検出装置。
18. 第１光源と、
    前記第１光源とは特性の異なる第２光源と、
    前記第１および第２光源を収容する筐体と、
    前記第１光源から出射された第１光の第１反射光を検出する第１光センサと、
    前記第２光源から出射された第２光の第２反射光を検出する第２光センサと、
    前記第２光センサからの第２画素信号の電圧値に基づいて、前記第１反射光を検出するときに前記第１光センサに印加するバイアス電圧を設定する制御部とを備える、光検出装置。
19. 前記第１光センサの第１画素信号をＡＤ変換し、前記第１画素信号のデジタル信号を出力する第１画素回路と、
    前記第２光センサの第２画素信号の電圧値を保持し、該第２画素信号の電圧値をアナログ信号で出力する第２画素回路と、をさらに備える請求項１８に記載の光検出装置。
20. 前記第２光センサは、前記第２光が前記筐体の内部にある第1部材に反射した第２反射光を検出する、請求項１８に記載の光検出装置。
21. 前記第１部材は、前記第１光の透過率が前記第２光の透過率よりも高く、かつ、前記第１光の反射率が前記第２光の反射率よりも低い、請求項２０に記載の光検出装置。
22. 前記第１光源と前記第２光源との間に設けられ、前記第１および第２光を遮る壁をさらに備える、請求項１８に記載の光検出装置。
23. 前記第１および第２光センサは、１つの半導体チップに設けられ、
    前記壁は前記半導体チップ上には設けられていない、請求項２２に記載の光検出装置。
24. 前記第１画素信号のデジタル信号は、前記第１光センサから前記対象物までの距離の測定に用いられる、請求項１８に記載の光検出装置。