JPH06273168A

JPH06273168A - 車載用位相差距離計

Info

Publication number: JPH06273168A
Application number: JP6217293A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Kawamura; 佳津男河村; Jun Hasegawa; 潤長谷川; Takashi Mitsuida; 高三井田
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車に搭載する位相差検出型の距離計測装
置に関し、位相差検出による距離計測を行なうことによ
り、多点測距に適した精度の高い車載用距離計測装置を
提供することを目的とする。【構成】多数の検出素子が垂直方向に並ぶように配置
され、基線長Ｂ［ｍｍ］とレンズ・センサ間距離ｆ［ｍ
ｍ］との積Ｂｆが約２００以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、距離計測装置に関し、
特に自動車に搭載する位相差検出型の距離計測装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の安全装置として、自己の自動車
から障害物までの距離を計測することにより警告を発す
る装置が望まれている。これを実現するために、距離計
測装置を自動車に搭載して、対象物までの距離を計測す
る装置が用いられている。

【０００３】従来の車載用距離計測装置として、レーザ
ーレーダーによる計測装置がある。この計測装置は、レ
ーザービームを発して、その反射光を受け取る装置であ
り、ビームを発してからその反射光を受け取るまでの時
間を計測することにより、距離を計測する方法である。
その他の車載用計測装置としては、音波を用いる装置も
ある。これらの装置は、レーザービームや音波を発し
て、その反射を受け取るアクティブ型の距離計測装置と
言える。

【０００４】距離計測装置は、カメラから対象物までの
距離を測定する際にも使われている。図９に、従来の技
術によるＴＴＬ（through the lens）型の位相差検出型
の距離計測装置の例を示す。図９（Ａ）は構成例を示
し、図９（Ｂ）はその処理回路の例を示す。

【０００５】被写体である対象物からの光線は、撮影レ
ンズ５１によって収束され、フィルム等価面５２を通過
し、コンデンサレンズ５３、セパレータレンズ５４に達
する。セパレータレンズ５４は、入射する光を２つの光
束に分け、それぞれ基準ラインセンサ５５および参照ラ
インセンサ５６に投射させる。撮影レンズ５１の光軸５
８上にある対象物の像は、セパレータレンズ５４によっ
て２つの画像となり、ラインセンサ５５、５６上にそれ
ぞれ結像する。ラインセンサ５５は、ｐ個の受光素子を
有し、基準として用いられるため基準ラインセンサと呼
ばれる。ラインセンサ５６は、ｐ個よりも多いｑ個の受
光素子を有し、位相を変化させつつそのｐ個の受光素子
からの信号を読みだして、基準ラインセンサ５５からの
信号と比較して位相差を検出するためのもので、参照ラ
インセンサと呼ばれる。基準ラインセンサ５５および参
照ラインセンサ５６からの検出信号は、処理回路５７に
供給される。参照ラインセンサ５６からの検出信号の読
み出し位相を変化させつつ、処理回路５７は後に述べる
相関度の演算を行い、相関度の極値を検出し、対象物ま
での距離を検出する。

【０００６】なお、撮影レンズ５１を通さず、参照ライ
ンセンサ、基準ラインセンサの前に配置した同一特性の
一対のレンズによって外光を取込み、同様に対象物まで
の距離を測定する方式も提案されている。

【０００７】図９（Ｂ）は、処理回路５７の構成例を示
す。基準ラインセンサ５５および参照ラインセンサ５６
からの信号は、Ａ／Ｄ変換器５９に供給され、アナログ
信号がデジタル信号に変換される。このデジタル信号
は、ＣＰＵ６０を介して一旦、ＲＡＭ６１に記憶され
る。その後、ＲＡＭ６１に記憶されたデジタル信号を読
み出し、ＣＰＵ６０が相関演算を行って相関度の極値を
検出し、対象物までの距離を表す出力信号を発生する。

【０００８】図９（Ａ）、（Ｂ）に示した焦合検出装置
においては、ホトセンサに蓄積された電荷をそのまま電
荷−電圧変換して検出信号を形成し、デジタル信号に変
換後ＲＡＭ６１に記憶してこの信号を読みだすことによ
り、演算を行っている。

【０００９】本出願人は、光を照射することによって蓄
積した電荷を非破壊的に読み出し、アナログ量のまま直
接演算処理する焦点検出装置を提案した。図１０（Ａ）
は、このような焦点検出装置の光センサ部の構成例を示
す。図１０（Ａ）において、光検出部分は、ｎ^-型シリ
コン基板６４の表面に、ｐ型ウェル６６を形成し、その
一部にｎ⁺型領域６８を形成してｐｎ接合６９を形成す
ることによって構成している。このｐｎ接合６９近傍に
光が入射すると、電子・正孔対が形成され、ｐｎ接合周
辺の電位勾配にしたがって、電子と正孔は分離され、蓄
積される。

【００１０】ｐ型ウェル６６は、図中ｐｎ接合６９の左
側に延在し、その上に絶縁されたポリシリコンのゲート
電極７１〜７４、フローティングゲート電極７６が形成
されている。ホトダイオードに隣接して、ゲート電極７
１を備えた障壁部８１が形成されており、障壁部８１の
隣には、ゲート電極７２を備えた蓄積部８２が形成され
ている。すなわち、受光部に入射された光に対応する電
荷が、ｐｎ接合６９近傍から障壁部８１を介して蓄積部
８２に蓄積される。蓄積部８２は、トランスファゲート
電極７３下の電位障壁８３を介してゲート電極７４を備
えたシフトレジスタ部８４に連続しており、シフトレジ
スタ８４部はバイアス印加用アルミニウム電極７５を上
に備えたフローティングゲート電極７６下の読出領域８
６に連続している。

【００１１】すなわち、ホトダイオード部で入射した光
に応答して電子・正孔対が形成されると、キャリアは障
壁部８１を越えてゲート電極７２下の蓄積部８２に蓄積
され、さらにトランスファゲート電極７３下の電位障壁
８３を越えてゲート電極７４下のシフトレジスタ部８４
に転送される。シフトレジスタ部８４に蓄積された電荷
は、ゲート電極７５の電圧に依存してフローティングゲ
ート電極７６下の読出領域８６に転送される。フローテ
ィングゲート電極７６には、転送された電荷に対応する
電荷が誘起され、この電荷量によって入射光量が非破壊
的に読みだされる。読み出し後、キャリアは再びシフト
レジスタ部８４に戻され、シフトされる。このようにし
て、シフトレジスタ部８４の電荷が順次非破壊的に読み
出される。

【００１２】図１０（Ａ）に示すような光センサを用い
た場合には、スイッチトキャパシタ積分回路を用いるこ
とにより検出信号をアナログ量に保ったまま式（１）の
演算を行うことができる。

【００１３】図１０（Ｂ）はスイッチトキャパシタ積分
回路の例を示す。図１０（Ｂ）において、基準光センサ
からの電荷信号Ｂ（ｋ）および、参照光センサからの電
荷信号Ｒ（ｋ）は、それぞれスイッチトキャパシタ積分
回路の入力端子Ｐｂ、Ｐｒに印加され、アンプを介して
差動増幅器８８の反転入力端子および非反転入力端子に
印加される。差動アンプ８８は、入力信号Ｂ（ｋ）、Ｒ
（ｋ）の大小に応じて符号信号Ｓgnを発生し、チャネル
セレクト回路８９に供給する。チャネルセレクト回路８
９は、符号信号Ｓgnに応じて相対関係が反転する一対の
セレクト信号Φ１、Φ２およびＫＡ、ＫＢを発生する。

【００１４】入力端子Ｐｒには、セレクト信号ＫＢで制
御されるスイッチ９０を介して、キャパシタＣS1が接続
され、キャパシタＣS1の両端は、それぞれセレクト信号
ＫＡおよびΦ１で制御されるスイッチ９３、９４を介し
て接地に接続されている。キャパシタＣS1のスイッチ９
４側電極は、さらにセレクト信号Φ２で制御されるスイ
ッチ９１を介してオペアンプ９２の反転入力端子に接続
されている。

【００１５】同様、入力端子Ｐｂは、アンプを介しセレ
クト信号ＫＡで制御されるスイッチ９５を介して、キャ
パシタＣS2に接続されている。キャパシタＣS2の両電極
は、セレクト信号ＫＢおよびΦ１で制御されるスイッチ
９７、９８を介してそれぞれ接地に接続されている。キ
ャパシタＣS2のスイッチ９８側電極は、さらにセレクト
信号Φ２によって制御されるスイッチ９６を介してオペ
アンプ９２の反転入力端子に接続されている。

【００１６】オペアンプ９２の非反転入力端子は接地に
接続されている。また、オペアンプ９２の出力端子９９
は、キャパシタＣ_Iとセレクト信号Φ２_RSTによって制
御されるスイッチ８７の並列接続を介して反転入力端子
に帰還されている。セレクト信号ＫＡとＫＢとは同時に
ハイ状態になることはなく、セレクト信号Φ１とΦ２も
同時にハイ状態になることはない。

【００１７】たとえば、まずセレクト信号ＫＢとΦ１が
ハイ状態になると、スイッチ９０、９４および９７、９
８が閉じる。信号Ｒ（ｋ）は、キャパシタＣS1に充電さ
れる。他のキャパシタＣS2は両極が接地に接続され、ク
リアされる。

【００１８】次に、セレクト信号ＫＡとΦ２がハイ状態
になると、スイッチ９１、９３および９５、９６が閉じ
る。キャパシタＣS1は、図中右側電極が接地されていた
状態から、左側電極が接地され、右側電極がオペアンプ
９２の反転入力端子に接続された状態に変わる。このた
め、実効的にＲ（ｋ）の電位が反転したことになる。キ
ャパシタＣS2は、スイッチ９５、９６を介して入力端子
Ｐｂとオペアンプ９２の反転入力端子間に接続される。
したがって、キャパシタＣS2には信号Ｂ（ｋ）が充電さ
れる。このようにして、オペアンプ９２の反転入力端子
には、信号Ｒ（ｋ）とＢ（ｋ）との差電圧が印加され
る。

【００１９】信号Ｒ（ｋ）とＢ（ｋ）との大小関係が逆
になったときは、チャネルセレクト回路８９は符号信号
Ｓgnに基づいてセレクト信号ＫＡとＫＢおよびΦ１とΦ
２の位相関係を反転させる。すると、信号Ｂ（ｋ）が先
にキャパシタＣS2に充電され、符号が反転してオペアン
プ９２の反転入力端子に印加される。信号Ｒ（ｋ）はキ
ャパシタＣS1を介してオペアンプ９２の反転入力端子に
印加される。

【００２０】したがって、オペアンプ９２の反転入力端
子には常に信号Ｂ（ｋ）とＲ（ｋ）との差の絶対値に対
応する信号が印加される。このようにして、対応する基
準信号と参照信号との差の絶対値を検出し、その和を算
出することによって相関関数Ｈの値を演算することによ
り、位相差を検出し、焦点を検出することができる。

【００２１】ここで、相関演算による位相差検出につい
て図１１を参照してより詳細に説明する。図１１（Ａ）
に示すように、基準ラインセンサ５５には、基準ライン
センサ用レンズにより被写体の画像が結像されている。
また、基準ラインセンサ５５と基線長水平方向に離され
た参照ラインセンサ５６にも、参照ラインセンサ用レン
ズを介して被写体の画像が結像されている。

【００２２】被写体が所定位置にあるときは、基準ライ
ンセンサ５５と参照ラインセンサ５６の対応する受光素
子には同一の画像が結像される。被写体が所定位置から
外れると、基準ラインセンサ５５、参照ラインセンサ５
６上の画像は水平方向に変位する。すなわち、被写体が
近付けば画像間の距離は広がり、被写体が遠ざかれば画
像間の距離は近付く。この画像間の距離の変動を検出す
るために、参照用ラインセンサ５６は基準用ラインセン
サ５５よりも素子数が多く設定されている。

【００２３】画像間の距離の変動を検出するために、相
関演算による位相差検出手法が用いられている。相関演
算による位相検出は、次式（１）に基づく演算によりラ
インセンサ５５、５６上の一対の結像の相関度を求め、
相関度が最小となるまでのこれらの結像の相対移動値
（位相差）を求めることによって合焦状態を識別する。

【００２４】Ｈ（ｍ）＝Σ（ｋ＝１〜ｎ）｜Ｂ（ｋ）−Ｒ（ｋ＋ｍ）｜ …（１）ただし、Σ（ｋ＝１〜ｎ）はｋが１からｎまでの関数の
和を表し、ｋは基準となるラインセンサ５５内の素子を
指定する。また、ｍはたとえば−６から６までの整数
で、上記の相対移動量を示す。

【００２５】たとえば、Ｂ（ｋ）は基準ラインセンサ５
５の各画素より時系列的に出力される電気信号、Ｒ（ｋ
＋ｍ）は参照ラインセンサ５６の画素より時系列的に出
力される電気信号であり、ｍを−６から６まで順次変化
させる毎に上記式（１）の演算を行えば、図１１（Ｂ）
に示すような相関値Ｈ（−６）、Ｈ（−５）、…、Ｈ
（６）が得られる。たとえば、相関値Ｈ（０）が最小値
となる場合に被写体までの距離が所定の値になるように
あらかじめ設定しておく。これよりずれた位置での相関
値が最小値となれば、そのずれ量すなわちｍ＝０までの
位相差によって被写体の所定位置からのずれ、すなわち
被写体までの距離を検出することができる。

【００２６】ところで、基準ラインセンサ５５、参照ラ
インセンサ５６の受光素子は、たとえば２０μｍのピッ
チで配置されている。相関度は画像面において２０μｍ
を単位とした距離毎に演算される。被写体までの距離
が、受光素子のピッチの中間位置に相当するときは、図
１１（Ｂ）の破線で示すように相関度の極値の右側の相
関度と左側の相関度の値が異なるようになる。このよう
な場合、補間演算を行うことによってピッチ間隔以上の
解像度を得ることができる。

【００２７】図１１（Ｃ）は、３点補間の方法を説明す
るための概略図である。極小の相関度の得られた位置を
ｘ２とし、その両側のサンプル位置をｘ１、ｘ３とす
る。実際に演算で得られた相関度を黒丸で示す。図で示
すように、ｘ３における相関度ｙ３がｘ１における相関
度ｙ１より低い場合、真の極小値はｘ２からｘ３に幾分
進んだところに存在すると考えられる。もし、極小値が
正確にｘ２の位置にある場合、相関度曲線は破線ｆ１で
示すようにｘ２で折れ曲がり、左右対称に立ち上がると
すればｘ３における相関度ｙ３ａはｘ１における相関度
ｙ１と等しくなる。一方、ｘ２とｘ３の中点が真の最小
相関度の位置であるとすれば、相関度曲線は破線ｆ２で
示すようにｘ２とｘ３の中点で折れ曲がり、ｘ２におけ
る相関度ｙ２とｘ３における相関度ｙ３ｂは等しくな
る。図に示すように、これら２つの場合における相関度
の差（ｙ３ａ−ｙ３ｂ）はｘ１とｘ２の間の相関度の差
（ｙ１−ｙ２）に等しい。すなわち、半ピッチ進むこと
によって１単位の相関度が変化する。そこで、実際に演
算で得られた相関度が上に述べた２つの場合のどの中間
位置にあるかを調べることにより、真の相関度最小の位
置を得ることができる。ｘ２からのずれ量ｄは、ｄ＝（ｙ１−ｙ３）／２（ｙ１−ｙ２）で与えられる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術によるレー
ザーレーダーを用いた距離計測装置では、レーザービー
ムを発射、受信する必要上フロントガラス等のガラスを
通過させることは障害となる。

【００２９】また、車載用距離計測装置においては、車
特有の振動が存在する。その振動に影響されて、測定値
の精度が低くなる。多点測距を行なう場合に、アクィテ
ブ型の計測装置では、投光素子と受光素子の組を複数組
用意しなければならないので、実現が困難である。

【００３０】本発明の目的は、位相差検出による距離計
測を行なうことにより、多点測距に適した精度の高い車
載用距離計測装置を提供することである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の車載用位相差距
離計は、多数の検出素子が垂直方向に並ぶように配置さ
れ、基線長Ｂ［ｍｍ］とレンズ・センサ間距離ｆ［ｍ
ｍ］との積Ｂｆが約２００以上とする。

【００３２】

【作用】位相差検出による距離計測はパッシブ型である
ので、投光素子は必要とせず、受光素子となる光センサ
により構成される。これにより、多点測距が容易に実現
できる。位相差検出の方法において、検出素子を垂直方
向に並べて配置することにより、車の振動方向に光セン
サをシフトさせて位相差を検出することとなるので、振
動に対しても精度の高い距離計測値が得られる。

【００３３】

【実施例】位相差検出型の距離計測装置を自動車に搭載
した時の実施例を示す。図５は、自動車の車体に距離計
測装置を取付けた例である。

【００３４】距離計測装置により計測された距離値によ
り、センサとして機能させることができる。フロントセ
ンサは、前方の車や景色までの距離を計測する。コーナ
ーセンサは、車体の前方コーナーに近付く障害物までの
距離を計測する。バックセンサは、後方や後方コーナー
の障害物までの距離を計測する。

【００３５】距離計測装置を自動車に搭載するには、車
外に取付ける方法と車内に取付ける方法がある。車体１
２１に距離計測装置を取付ける位置として、距離計測装
置１２５Ｓと１２７Ｓは車内であり、距離計測装置１２
６Ｓと１２８Ｓは車外である。車体１２１において、距
離計測装置１２５Ｓ、１２６Ｓ、１２７Ｓ、１２８Ｓを
それぞれの位置に取付けた場合について説明する。

【００３６】距離計測装置１２５Ｓは、フロントセンサ
として機能し、例えば車内のバックミラー１２２よりも
前方に取付け、測距エリア１２５Ａと１２５Ｂの範囲に
おいて距離を計測する。測距エリア１２５Ａは、フロン
トセンサの距離測定範囲である。測距エリア１２５Ｂ
は、コーナーセンサの距離測定範囲である。

【００３７】距離計測装置１２６Ｓは、車体１２１の車
外前方に取付け、測距エリア１２６Ａの範囲における対
象物までの距離を計測する。測距エリア１２６Ａは、フ
ロントセンサ又はコーナーセンサの距離測定範囲であ
る。

【００３８】距離計測装置１２７Ｓは、車体１２１の車
内後方に取付け、測距エリア１２７Ａの範囲における対
象物までの距離を計測することができる。測距エリア１
２７Ａは、バックセンサの距離測定範囲である。

【００３９】距離計測装置１２８Ｓは、車体１２１の車
外後方に取付け、測距エリア１２８Ａの範囲において距
離を計測することができる。測距エリア１２８Ａは、バ
ックセンサの距離測定範囲である。

【００４０】フロントセンサを用いれば、前方の車との
追突を防止することが可能である。コーナーセンサやバ
ックセンサを用いれば、車庫入れの際など近付いてくる
障害物との接触を防止することが可能である。なお、フ
ロントセンサ以外は必要に応じて設ける。フロントセン
サも１２５Ｓ，１２６Ｓの一方のみ設ければ他方は省略
してもよい。

【００４１】従来の技術であるレーザーレーダーや音波
による距離計測装置は、アクティブ型の計測装置である
ので、車内に取付けようとするとフロントガラス等のガ
ラスを通してレーザービームや音波を発信したり受信し
なければならない。しかし、これらはガラス類を間に挟
んで計測を行なう際には、発信ビームの反射等により高
い精度を得ることが困難である。

【００４２】位相差検出型の距離検出装置は、被測定物
体の光像がレンズを通して、ラインセンサに入力される
ので、自動車のガラスを間に挟んで距離の計測を行なっ
ても精度の高い計測値が得られる。

【００４３】図１は、位相差検出型の距離計測装置にお
いてラインセンサを縦置きにした時と横置きにした時の
相違を説明するための概念図である。前車１０２は、自
己の車の前方を走行する車であり、距離計測装置がレン
ズを通して捕らえる像は前車１０２を後方から見た像で
ある。

【００４４】カメラに用いる合焦位置検出装置では、横
置きのラインセンサとして構成されている。しかし、こ
の横置きセンサの計測装置をそのまま車載用距離計測装
置に用いるとなるといくつかの問題点が生じる。

【００４５】車載用距離計測装置を用いて計測する対象
物は、垂直方向の縦線より水平方向の横線の方が多い。
特に図１に示す被測定物体の前車１０２はバンパーなど
の横線が多い。

【００４６】図１に示す横置きセンサ１０３において、
垂直方向の縦線の位相差を検出することは容易であるの
に対し、無限長である水平方向の横線の位相差を検出す
ることは非常に困難である。長さの短い横線であれば、
横置きセンサ１０３でも計測は可能である。

【００４７】横線の多い前車１０２との距離を計測する
には、高い精度が得難い。それに対し、縦置きセンサ１
０１を用いれば、前車１０２に多く含まれている横線情
報を利用して、精度の高い測定値が得られる。

【００４８】車載用距離計測装置の場合において、さら
に特有の現象が存在する。車に距離計測装置を搭載した
時の測距エリアは、搭載している車のピッチング運動に
合わせて上下方向に振動する。前車がピッチング運動を
した時には、測距エリア内の前車１０２が上下方向に振
動することになる。

【００４９】横置きセンサ１０３において、上下方向の
振動が生じた時には、被測定物全体が測距エリアの上下
方向に外れてしまう。そのために、測定する対象物が定
り難い。それに対して、縦置きセンサ１０１の場合に
は、上下方向の振動が生じた時に、被測定物が測距エリ
ア内において移動するのみであるので、測定する対象物
は変わらない。したがって、縦置きセンサの方が、上下
方向の振動には強く、車載用の距離計測装置としては適
している。

【００５０】図２は、車載用位相差距離計の半導体チッ
プ上での縦置きセンサの構成例を示す。図２（Ａ）は、
１チップ１ラインの場合であり、１次元の測距エリアの
測定を行なう。半導体チップ１において、２つのレンズ
３を通して被測定物の光像が入力される。１ラインは３
ゾーンから成り、ラインセンサ１１、１２、１３により
構成されている。

【００５１】位相差検出手法により、２つのレンズを通
した像の間での相関演算を行なう。相関演算は、ライン
センサ１１ａと１１ｂ、１２ａと１２ｂ、１３ａと１３
ｂのそれぞれの間で行ない、相関度が最小となるまでの
これらの結像の相対移動値（位相差）を求めることによ
って合焦状態を識別する。この位相差より距離値を算出
する。

【００５２】図２（Ｂ）は、１チップ３ラインの場合で
あり、２次元の測距エリアの測定を行なう。半導体チッ
プ１上には、２つのレンズ３を通してラインセンサ２１
〜２９が配置されている。ラインセンサは３ラインを構
成し、１ラインは３ゾーンから構成されている。相関演
算は、ラインセンサ２１ａと２１ｂ、２２ａと２２ｂ、
・・・、２９ａと２９ｂの間で行ない、距離値を算出す
る。

【００５３】また、横方向のラインセンサを組にして、
例えばラインセンサ２１ａ、２４ａ、２７ａの組とライ
ンセンサ２１ｂ、２４ｂ、２７ｂの組の間で相関演算を
行うことにより距離値を算出することもできる。

【００５４】図３は、２次元にラインセンサを配置した
半導体チップを用いたときのエリアセンサを説明するた
めの概念図である。エリアセンサは、ラインセンサの複
数化またはモジュールの複数化により、１２のラインＳ
１〜Ｓ１２から構成される。１つのラインＳ１にはＸ軸
方向に３ゾーン設け、ラインセンサＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ
１ｃにより構成されている。ラインセンサの数は、全部
で３６である。

【００５５】ラインセンサの数は、これに固定されるも
のではなく、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれにラインセ
ンサの数を増やせば、より解像度の高い検出が検出が可
能である。

【００５６】エリアセンサを用いた警告アルゴリズムに
ついて説明する。ラインＳ４〜Ｓ９には、前車１１１の
像が写し出され、前車１１１と自己の車とが同じ速度に
て走行していれば、一定の車間距離を保って、前車１１
１の像が写し出される。ある一定時間の間、ラインＳ４
〜Ｓ９のエリアに留まる像があった時は、得られた距離
値は前車との車間距離（相対距離）を示しているとし
て、その距離が一定値以下になった時に追突防止とし
て、警告を発する。

【００５７】ラインＳ１〜Ｓ３とラインＳ１０〜Ｓ１２
のエリアには、自己の車の速度で迫ってくる樹木やガー
ドレールの前方の景色１１２が写し出される。自己の車
の速度計の値を利用し、その速度においてラインＳ３か
らＳ１の横方向に、またはラインＳ１０からＳ１２の横
方向に移動する物体であれば、背景１１２と判断でき
る。被測定物が背景１１２であれば、その像は、ライン
Ｓ３からＳ２へ、Ｓ２からＳ１へ、またはラインＳ１０
からＳ１１へ、Ｓ１１からＳ１２へと移って行くことよ
り判断を行なう。

【００５８】図４は、エリアセンサ内において移動物体
が存在した時の警告アルゴリズムを説明するための概念
図である。エリア１４５は、例えばラインＳ１〜Ｓ３か
ら構成されるエリアである。エリア１４６は、例えばラ
インＳ１０〜Ｓ１２から構成されるエリアである。

【００５９】まず、被測定物がエリア内において移動物
体なのか、停止物体なのかの判別が必要である。前述、
図３の前車１１１のように、ある一定時間の間、同一測
距エリア内に留まっている像が検出されれば、その被測
定物は相対的な停止物体である。この方法により検出さ
れた被測定物以外が、相対的な移動物体である。

【００６０】車載用距離検出装置が捕らえる被測定物の
像には、背景を除き２種類の移動物体が存在する。１つ
は横切り物体であり、もう１つは追越し物体である。こ
れら２つの移動物体の種類の判別を行ない、横切り物体
であれば危険性が高いので警告を必要とする。追越し物
体であれば、危険性は低いとして警告を必要としない。

【００６１】この２種類の移動物体は、左右方向の移動
となるので２つの方向への移動が考えられる。被測定物
がエリア１４５内において、ラインＳ１からＳ２、Ｓ２
からＳ３の方向への移動する場合とエリア１４６内にお
いて、ラインＳ１２からＳ１１、Ｓ１１からＳ１０の方
向への移動する場合が考えられる。この２つの方向に移
動する像を検出することにより、横切り物体または追越
し物体であるとの判別を行なう。

【００６２】その時、像の移動によりそれぞれラインＳ
１、Ｓ２、Ｓ３またはラインＳ１２、Ｓ１１、Ｓ１０に
おいて得られた距離の計測値の比較を行なう。ラインＳ
１よりＳ２、Ｓ２よりＳ３で得られた計測値の方が、ま
たはラインＳ１２よりＳ１１、Ｓ１１よりＳ１０で得ら
れた計測値の方が、すなわち内側に向うほど近距離にな
ると判断した時は、横切り飛び出し物体として処理を行
なう。そして、横切り物体と自己の車とが一定距離以上
離れていなければ、危険信号として警告を発する。

【００６３】ラインＳ１よりＳ２、Ｓ２よりＳ３で得ら
れた計測値の方が、またはラインＳ１２よりＳ１１、Ｓ
１１よりＳ１０で得られた計測値の方が、すなわち内側
に向うほど遠距離になると判断した時は、追越し物体と
して、警告は発しない。

【００６４】図６（Ａ）は、位相差距離計の外光三角方
式光学系を説明するための概略図である。被測定物１３
３から発する光ビーム１３４は、２つのレンズ１３１を
通して、２組の光センサを含むセンサユニット１３２上
に写し出される。２つのレンズ１３１を通すことにより
被測定物１３３の像がセンサユニット１３２上に２つ写
し出される。

【００６５】基線長Ｂは、センサユニット１３２に含ま
れている２つの基準位置の間の長さである。センサユニ
ット１３２上には、２つの像が基線長Ｂから位相差ｘの
長さだけ加算した位置に写し出され、２つの像の間隔は
（Ｂ＋ｘ）の長さとなる。

【００６６】レンズ・センサ間距離ｆは、レンズ１３１
から被測定物の光像がセンサユニット１３２に写し出さ
れる面までの長さである。測距距離Ｌは、被測定物１３
３からレンズ１３１までの距離であり、この距離が位相
差距離計から被測定物までの距離として測定される。

【００６７】図６（Ｂ）は、測距距離を算出するための
演算式である。式に示すように、測距距離Ｌは、基線
長Ｂとレンズ・センサ間距離ｆとの積Ｂｆを位相差ｘで
除算した商により表される。式は、位相差ｘがセンサ
シフト数ｎとセンサピッチｐとの乗算により表されるこ
とを示す。式は、センサシフト数ｎが整数ｉと補関数
ｋとの除算により表されることを示す。

【００６８】図７は、位相差距離計をＢｆ＝４００に設
定した場合のセンサシフト数ｎと測距距離Ｌの関係を示
した表である。センサシフト数ｎを０から１４まで変化
させた時の測距距離Ｌの距離を表している。計測可能な
被測定物までの距離は、１３３［ｍ］から１．１２
［ｍ］までの範囲である。

【００６９】Ｂｆの値による距離分解能について説明す
る。測距距離が５０［ｍ］の位置にある被測定物は、図
７に示すＢｆ＝４００の時には、ｉ／ｋ＝２／８とｉ／
ｋ＝３／８の間で検出される。この時の測距距離は、Ｌ
＝６６．７〜４４．４［ｍ］の間で補間されることにな
る。この測距距離の距離差は、２２．３［ｍ］である。

【００７０】これに対し、Ｂｆ＝１１００の時には、測
距距離が５０［ｍ］の位置にある被測定物は、ｉ／ｋ＝
７／８とｉ／ｋ＝８／８の間で検出される。この時の測
距距離は、Ｌ＝５２．３８１〜４５．８３３［ｍ］の間
で補間されることになる。この測距距離の距離差は、
６．５４８［ｍ］である。

【００７１】このように、Ｂｆの値を大きくするほど距
離の分解能は高くなる。距離計測において、高い分解能
を必要とする場合には、Ｂｆの値を大きく設定すればよ
い。また、図６（Ｂ）に示すように、測距距離ＬとＢｆ
は比例関係にあるので、もっと遠距離にある像を計測す
る必要がある場合にも、Ｂｆの値を大きく設定すればよ
い。

【００７２】カメラ用においては、対象となる被写体ま
での距離は近距離ほど正確に測定する必要があるため
に、Ｂｆの値は１００位である。車載用の場合は、比較
的離れた物体までの距離を精度高く測定する必要があ
る。このため、Ｂｆ＝１００では目的に合わず、Ｂｆ＝
２００以上が必要である。好ましくは、Ｂｆは約４００
以上とする。

【００７３】車載用のＢｆの値は、カメラ用に比べて大
きな値となる。図６（Ａ）に示す構成の場合、Ｂの値ま
たはｆの値を大きくするとセンサユニット１３２を大き
くする必要がある。しかし、次に示す位相差距離検出モ
ジュールを用いれば小さなセンサユニット１３２で実現
することが可能となる。

【００７４】図８は、位相差距離検出モジュールの構成
例である。被写体である対象物からの光線１５５は、カ
バーガラス１５０を通過し、反射板１５１により反射
し、さらにプリズムの鏡面１５２により反射し、セパレ
ータレンズ１５３に達する。セパレータレンズ１５３
は、入射する光を２つの光束に分け、基準ラインセンサ
および参照ラインセンサを含むラインセンサ１５４に投
射する。投射された光は、ラインセンサにより電気信号
に変換され、相関演算を行うことにより、対象物までの
距離を検出する。

【００７５】基線長Ｂは、被写体である対象物からの光
線１５５Ｂと光線１５５Ｒの間の長さである。したがっ
て、図８に示す方式の位相差距離検出モジュールにおい
て、基線長Ｂの値を大きくとればセンサユニット１５４
を大きくすることなくＢｆの値を大きくすることができ
る。

【００７６】以上のように、位相差検出を行なうために
用いるラインセンサを縦置きにして処理を行なうことに
より、横線情報の多い対象物を高い精度にて計測可能と
なる。横線情報の多い車載用距離計測装置には、この効
果が顕著に表れる。

【００７７】また、ラインセンサを２次元に配置するこ
とにより、警告装置としても活用することが可能とな
る。この時、ドライバー毎に警告を与える距離範囲を設
定すれば、学習機能を持たせて警告を発することも可能
である。

【００７８】ラインセンサ中に複数の物体を捕らえたと
きには、近距離優先として距離値を出力する。距離の時
間的変化を計測すること等により、相対的速度や加速度
の測定を行なうこともできる。また、距離計測装置の温
度対策として、ペルチエ素子を用いて温度を一定とする
こともできる。

【００７９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００８０】

【発明の効果】車載用距離計測装置として位相差検出型
の距離計測装置を用い、縦置きに構成された光センサを
使って、位相差検出を行なうことにより、車載用距離計
測装置として精度の高い測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】位相差検出型の距離計測装置においてラインセ
ンサを縦置きにした時と横置きにした時の相違を説明す
るための概念図である。

【図２】車載用位相差距離計の半導体チップ上での縦置
きセンサの構成例を示す。図２（Ａ）は、１チップ１ラ
インの場合の構成例であり、図２（Ｂ）は、１チップ３
ラインの場合の構成例である。

【図３】２次元にラインセンサを配置した半導体チップ
を用いたときのエリアセンサを説明するための概念図で
ある。

【図４】エリアセンサ内において移動物体が存在した時
の警告アルゴリズムを説明するための概念図である。

【図５】自動車の車体に距離計測装置を取付けた例であ
る。

【図６】図６（Ａ）は、位相差距離計の外光三角方式光
学系を説明するための概略図であり、図６（Ｂ）は、測
距距離を算出するための演算式である。

【図７】位相差距離計をＢｆ＝４００に設定した場合の
センサシフト数ｎと測距距離Ｌの関係を示した表であ
る。

【図８】位相差距離検出モジュールの構成例である。

【図９】従来の技術を示す。図９（Ａ）は構成例を示す
概略図、図９（Ｂ）は処理回路の回路図である。

【図１０】従来の技術を示す。図１０（Ａ）は光センサ
の概略断面図、図１０（Ｂ）はスイッチトキャパシタ積
分回路の概略回路図である。

【図１１】相関演算による位相差検出を説明するための
図である。図１１（Ａ）は基準部と参照部に得られる画
像信号を示すグラフ、図１１（Ｂ）は得られる相関度曲
線を示すグラフ、図１１（Ｃ）は３点補間の方法を説明
するための概略図である。

【符号の説明】

１半導体チップ３レンズ１１〜１３ラインセンサ２１〜２９ラインセンサ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月８日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】オペアンプ９２の非反転入力端子は接地に
接続されている。また、オペアンプ９２の出力端子９９
は、キャパシタＣ_Iとセレクト信号Φ_RST によって制御
されるスイッチ８７の並列接続を介して反転入力端子に
帰還されている。セレクト信号ＫＡとＫＢとは同時にハ
イ状態になることはなく、セレクト信号Φ１とΦ２も同
時にハイ状態になることはない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三井田高宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地富士フイルムマイクロデバイス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の検出素子が垂直方向に並ぶように
配置され、基線長Ｂ［ｍｍ］とレンズ・センサ間距離ｆ
［ｍｍ］との積Ｂｆが約２００以上である車載用位相差
距離計。
【請求項２】多数の検出素子が垂直方向に並ぶように
配置されたラインセンサを垂直方向または水平方向に複
数並べて配置した、基線長Ｂ［ｍｍ］とレンズ・センサ
間距離ｆ［ｍｍ］との積Ｂｆが約２００以上である車載
用位相差距離計。
【請求項３】多数の検出素子が垂直方向に並ぶように
配置されたラインセンサを複数個用いて計測を行い、各
ラインセンサから得られた距離値とある時間経過後の各
ラインセンサから得られた距離値との比較により被測定
物体の移動検出を行う車載用位相差距離検出方法。