JPH06317656A

JPH06317656A - ２次元受光回路素子及び光情報入力処理装置

Info

Publication number: JPH06317656A
Application number: JP5107885A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nishida; 稔西田; Shoichi Washino; 翔一鷲野; Kazuo Hisama; 和生久間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】１つのデバイスにより３次元情報が得られる
２次元受光回路素子を提供するとともに、上記２次元受
光回路素子によって、小型で、信頼性よく、３次元情報
が得られる光情報入力処理装置を得る。【構成】光・電気変換特性が異なる第１の受光素子ユ
ニットと第２の受光素子ユニットを複数個混在させ、２
次元アレイ状に形成した２次元受光回路素子１２を受光
用光学系１１の受光面に設置し、第１の受光素子ユニッ
トを選択して駆動走査し、走査信号に対応した各受光素
子ユニットの出力信号から、画像信号を作成するととも
に、第２の受光素子ユニットを選択して駆動走査し、こ
の走査信号に対応した受光素子ユニットの出力信号か
ら、受光用光学系１１の視野角範囲に送出された信号光
が反射物体で反射されて２次元受光回路素子１２に戻っ
てくる伝搬遅延時間を測り、反射物体までの距離を算出
するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２次元受光回路素子及び
２次元受光回路素子を用いた光情報入力処理装置、特に
走行中の車両等の周辺に存在する障害物等を１つのデバ
イスで信頼性よく検出できる小型の情報入力処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の障害物検出装置としては、
マイクロ波、赤外レーザ光を送信し、障害物等からのそ
の反射信号をとらえて、車間距離、障害物の存在、相対
距離、相対速度等を検出するアクティブタイプのもの
（例えば、特公昭６０−４０１１号公報、「レーザーハ
ンドブック」昭和４８年朝倉書店発行 P644〜P676 ）
と、イメージセンサを用いて車両前方を画像情報として
とらえ、画像処理によって車両あるいは障害物を検出
し、２組の光学系による三角測量の原理により、車両や
障害物までの距離を検出するパッシブタイプのもの（例
えば、特公昭６３−３８０８５号公報、特公昭６３−４
６３６３号公報、特開昭６３−５２３００号公報等）が
知られている。

【０００３】図２３は上記文献「レーザーハンドブッ
ク」に示された従来の光レーダ装置を示すブロック図で
あり、図において、１はクロックパルス信号を発生する
パルス発生部、２はパルス発生部１からの電気信号を光
パルス信号に変換するための発光素子（レーザーダイオ
ード等）とその駆動回路とレンズ系で構成される送光
部、３は反射体による反射パルス光を受光するためのレ
ンズ系と光信号を電気信号に変換するための受光素子
（フォト・ダイオード等）とそのバイアス電圧発生回路
で構成される受光部、４は受光したパルス信号を増幅す
る広帯域増幅部、５はパルス発生部１からの送光タイミ
ングと広帯域増幅部４からの受信パルスのタイミングか
ら伝搬遅延時間をカウントし、反射体までの距離を算出
する距離検出部である。

【０００４】次に動作について説明する。パルス発生部
１は、パルス間隔が最大測定距離に相当する時間よりも
充分に長い時間間隔のクロックパルス信号を発生する。
この信号は送光部２へ駆動パルスとして入力され、送光
パルスＬｔが送出される。一方、反射体からの反射パル
ス光Ｌｒは受光部３で受光され、光電変換により電気信
号に変換された後、広帯域増幅部４により所定のレベル
まで増幅される。距離検出部５は、パルス発生部１から
得られる送光タイミングと広帯域増幅部４からの受信パ
ルスのタイミングとから、光パルスの伝搬遅延時間をカ
ウントし、反射体までの距離を算出する。

【０００５】また、図２４は雑誌「トランジスタ技術」
別冊の「センサ・インターフェーシングＮo.２」（Ｓ５
８．４．１）に記載されたＭ０Ｓ型イメージ・センサの
構成を示す回路構成図であり、図において、６はフォト
・ダイオード、７は垂直スイッチ用のＭＯＳトランジス
タ、８は水平スイッチ用のＭＯＳトランジスタ、９は垂
直シフトレジスタ、１０は水平シフトレジスタである。

【０００６】Ｍ０Ｓ型イメージ・センサは、フォト・ダ
イオード６と、これをスイッチングするためのＭＯＳト
ランジスタ７、８がマトリックス状に配列され、走査回
路が同一チップ上に集積されている。走査回路はシフト
レジスタ９、１０によって構成されており、クロックパ
ルスにより一方向から順次走査パルスを発生し、ＭＯＳ
トランジスタ７、８をスイッチし、フォト・ダイオード
・マトリックスからの信号を、共通のバス上に読み出
し、２次元画像信号を得る。

【０００７】上述のパッシブタイプのものは、例えばこ
のようなイメージ・センサ及びその入力光学系を２組用
い、障害物までの距離等の３次元情報を得ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の障害物検出装置
は以上のように構成されており、イメージ・センサを用
いたパッシブタイプのものを用いる場合、上述のように
イメージ・センサ及びその入力光学系が２組あって始め
て、障害物までの距離情報と２次元形状に関する情報が
得られるため、装置が大型で、車両への搭載性が悪いと
いう欠点があった。また、障害物検出の信頼性を上げる
ために、前述のアクティブタイプのものとパッシブタイ
プのものとの両方を用いて障害物を検出するものが提案
されている（特願平４−３４２４２７号明細書）。しか
しながら、このようなものにおいては、２つのタイプの
障害物検出装置間で、検出された障害物の対応付けが正
確でなく、近寄っているもの、重なっているもの等の判
別が困難であるという問題点があった。また、装置が大
型になるため車両搭載性も悪いといった問題があった。

【０００９】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、１つのデバイスにより３次元情報
が得られる２次元受光回路素子を提供するとともに、１
つの２次元受光回路素子によって、小型で、信頼性よ
く、３次元情報が得られる、障害物検出装置等の光情報
入力処理装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
２次元受光回路素子は、第１の受光素子とこの受光素子
を駆動するとともに信号の取り出しを制御する素子を有
する第１の受光素子ユニット、及び第１の受光素子と光
・電気変換特性が異なる第２の受光素子とこの受光素子
を駆動するとともに信号の取り出しを制御する素子を有
する第２の受光素子ユニットを、複数個混在させて、２
次元アレイ状に同一基板上に形成したものである。

【００１１】また、本発明の請求項２に係る光情報入力
処理装置は、上記２次元受光回路素子を受光用光学系の
受光面に設置し、２次元受光回路素子の第１の受光素子
ユニットを選択して駆動走査し、走査信号に対応した各
受光素子ユニットの出力信号から、画像信号を作成する
とともに、上記受光用光学系の視野角範囲に所定波長の
信号光を送出し、さらに上記２次元受光回路素子の第２
の受光素子ユニットを選択して駆動走査し、この走査信
号に対応した受光素子ユニットの出力信号から、上記信
号光が反射物体で反射されて上記２次元受光回路素子に
戻ってくる伝搬遅延時間を測り、上記反射物体までの距
離を算出するようにしたものである。

【００１２】また、本発明の請求項３に係る光情報入力
処理装置は、請求項２の光情報入力処理装置に対し、２
次元受光回路素子の第２の受光素子を感度可変受光素子
で構成し、上記感度可変受光素子の感度を制御して、反
射物体までの距離を算出するようにしたものである。

【００１３】また、本発明の請求項４に係る光情報入力
処理装置は、２次元受光回路素子の第２の受光素子を、
第１の受光素子と異なる波長によって感度を示す受光素
子で構成し、この２次元受光回路素子を受光用光学系の
受光面に設置し、２次元受光回路素子の第１の受光素子
ユニットを選択して駆動走査し、走査信号に対応した各
受光素子ユニットの出力信号から、画像信号を作成する
とともに、第２の受光素子ユニットを選択して駆動走査
し、走査信号に対応した各受光素子ユニットの出力信号
から、画像信号を作成し、各画像に対し、同一個所に対
応する各地点での光強度分布の違いから、上記地点にあ
る物体までの距離を算出するようにしたものである。

【００１４】さらに、本発明の請求項５に係る光情報入
力処理装置は、受光素子と、この受光素子を駆動すると
ともに信号の取り出しを制御する素子を有する複数の受
光素子ユニットが２次元アレイ状に形成された２次元受
光回路素子を用い、この２次元受光回路素子を受光用光
学系の受光面に設置し、さらに上記受光用光学系の視野
角範囲に所定波長の信号光を送出し、走査信号により選
択、駆動された受光素子ユニットの出力信号を時分割し
て、出力信号の積分出力と高周波成分信号出力とを取り
出し、上記積分出力から画像信号を作成し、上記高周波
成分信号出力から、送出された信号光が反射物体で反射
されて上記２次元受光回路素子に戻ってくる伝搬遅延時
間を測って、反射物体までの距離を算出するようにした
ものである。

【００１５】また、本発明の請求項６に係る２次元受光
回路素子は、第１の受光素子とこの受光素子を駆動する
とともに信号の取り出しを制御する素子を有する第１の
受光素子ユニット、及び第１の受光素子と光・電気変換
特性が異なる第２の受光素子とこの受光素子を駆動する
とともに信号の取り出しを制御する素子を有する第２の
受光素子ユニットを、複数個混在させて、１次元アレイ
状に同一基板上に形成し、この１次元アレイ状の受光素
子ユニットを１次元方向と交差する方向に機械的に駆動
する駆動機構を有したものである。

【００１６】

【作用】本発明の請求項１の２次元受光回路素子におい
ては、同一基板上に光・電気変換特性の異なる２種類の
受光素子が２次元アレイ状に複数個混在して形成されて
おり、１つのデバイスに２つの機能を持たせることがで
き、これを利用して１つのデバイスによって、３次元に
展開するための情報が得られる。

【００１７】また、本発明の請求項２の光情報入力処理
装置においては、上記２次元受光回路素子を受光用光学
系の受光面に設置して、第１の受光素子ユニットの出力
信号から画像信号を作成し、さらに上記受光用光学系の
視野角範囲に所定波長の信号光を送出して、第２の受光
素子ユニットの出力信号から、反射物体までの距離を算
出するため、画像情報と距離情報が小型の装置で、信頼
性よく得られる。

【００１８】また、本発明の請求項３の光情報入力処理
装置においては、請求項２の光情報入力処理装置に対
し、２次元受光回路素子の第２の受光素子を感度可変受
光素子で構成し、上記感度可変受光素子の感度を制御し
て、反射物体までの距離を算出するようにしているの
で、遠くの物体に対しても検出感度が落ちることなく、
距離測定の検出感度と精度が向上する。

【００１９】また、本発明の請求項４の光情報入力処理
装置においては、２次元受光回路素子の第２の受光素子
を、第１の受光素子と異なる波長によって感度を示す受
光素子で構成し、この２次元受光回路素子を受光用光学
系の受光面に設置して、それぞれの受光素子ユニットか
ら、画像信号を作成し、得られた２つの画像に対し、同
一個所に対応する各地点での光強度分布の違いから、上
記地点にある物体までの距離を算出するようにして、画
像情報と距離情報を得る。

【００２０】さらに、本発明の請求項５の光情報入力処
理装置においては、１種類の受光素子が２次元アレイ状
に形成された２次元受光回路素子を用い、受光素子ユニ
ットの出力信号を時分割して、出力信号の積分出力と高
周波成分信号出力とを取り出し、上記積分出力から画像
信号を作成し、上記高周波成分信号出力から反射物体ま
での距離を算出するようにして、画像情報と距離情報を
得る。

【００２１】また、本発明の請求項６の２次元受光回路
素子においては、同一基板上に光・電気変換特性の異な
る２種類の受光素子が１次元アレイ状に複数個混在して
形成されており、さらにこの１次元アレイ状の受光素子
ユニットを１次元方向と交差する方向に機械的に駆動す
る駆動機構を有しており、請求項１の２次元受光回路素
子と同様に用いることができ、３次元に展開するための
情報が得られる。

【００２２】

【実施例】

実施例１．以下、本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明の実施例１による障害物検出装置を示すブ
ロック構成図である。図１において、１１は車両周辺の
走行環境等、周辺物体の光学情報を受光する受光用光学
系、１２は受光用光学系の受光面に設置された２次元受
光回路素子であり、図２に示すように、第１の受光素子
（フォト・ダイオード）１９と、この受光素子を駆動す
るとともに信号の取り出しを制御する素子（電界効果型
トランジスタ）２０、２１よりなる第１の受光素子ユニ
ット、及び第１の受光素子と光・電気変換特性が異なる
第２の受光素子（フォト・ダイオード）２２と、この受
光素子を駆動するとともに信号の取り出しを制御する素
子（電界効果型トランジスタ）２３よりなる第２の受光
素子ユニットを、複数個混在させて、２次元アレイ状に
同一基板上に形成したもので、半導体チップ、または超
小型の回路基板で構成される。１３は第１の受光素子ユ
ニットを選択して駆動する第１の走査回路であり、Ｘ・
Ｙドライバで構成される。１４はＸ・Ｙドライバ１３に
走査信号を送り、この走査信号に対応して、第１の受光
素子ユニットの出力信号Ｌを入力し、各出力信号を並べ
て画像信号を作成する第１の信号処理回路、１５は受光
用光学系１１の視野角範囲に所定波長の信号光を送出す
る光源を含んでなる送光用光学系、１６は送出用光学系
１５に送光信号を送出する送光信号発生器、１７は第２
の受光素子ユニットを選択して駆動する第２の走査回路
であり、Ｘ・Ｙドライバで構成される。１８はＸ・Ｙド
ライバ１７に走査信号を送り、この走査信号に対応し
て、第２の受光素子ユニットの出力信号Ｍを受け、送光
用光学系１５から送出された光が反射物体で反射されて
受光回路素子１２に戻ってくる伝搬遅延時間を測り、上
記反射物体までの距離を算出する第２の信号処理回路で
ある。なお、本実施例による受光回路素子１２と第１及
び第２の走査回路１３、１７をなすＸ・Ｙドライバの具
体的な例を図２に示す。図２において、２４は第１の受
光素子ユニットのＹ方向のアドレス信号であり、上から
順に信号Ｙ1、Ｙ2・・・が送られる。２５は第１の受光
素子ユニットのＸ方向のアドレス信号で、左から順に信
号Ｘ1、Ｘ2・・・が送られる。２６は第２の受光素子ユ
ニットのＸ方向のアドレス信号で、左から順に信号ｘ
1、ｘ2・・・が送られる。２７は第１の受光素子ユニッ
トのＹ方向のアドレス指定によって、アドレス信号２４
を発生する、第１の受光素子ユニット用のＹ方向アドレ
スドライバ、２８は同じくＸ方向のアドレス指定によっ
て、アドレス信号２５を発生する、第１の受光素子ユニ
ット用のＸ方向アドレスドライバ、２９は第２の受光素
子ユニットのＸ方向のアドレス指定によって、アドレス
信号２６を発生する、第２の受光素子ユニット用のＸ方
向アドレスドライバである。図２においては、第２の受
光素子ユニットのＹ方向は選択せずに、共通に駆動され
ている。

【００２３】次に、第１及び第２の受光素子ユニットの
配列の他の例を図３及び図４に示す。図３は第１の受光
素子ユニットと第２の受光素子ユニットがＹ方向に交互
に配列した例であり、配列密度が例えば１；１のもので
ある。また、図４の斜線部で示す中央帯状の部分のみ、
図３で示すような交互配列とし、その他の部分は第１の
受光素子ユニットのみの配列としたものである。

【００２４】また、図５は第１の受光素子及び第２の受
光素子の光・電気変換特性を示すものであり、横軸は光
の強さ、縦軸は電流を示す。実線Ａは第１の受光素子
の、実線Ｂは第２の受光素子の光・電気変換特性を示
し、各実線の傾きが光／電流変換ゲインとなる。さら
に、図６は各受光素子の、入力光に対する電流の応答性
を示すものであり、入力光に対し、第２の受光素子の応
答性が、第１の受光素子の応答性より速いことがわか
る。

【００２５】次に、このような構成の障害物検出装置の
動作について説明する。図７は第１の信号処理回路１４
の入出力信号を示す。第１の信号処理回路１４は各アド
レス信号２４、２５が共通に出力された状態の終端時に
出力信号Ｌのレベルを取り込み、これをそのアドレス信
号Ｘ、Ｙでの光量レベルとする。すなわち、図７におい
て、Ｘ1、Ｙ1での光量レベルはｌ1、Ｘ2、Ｙ1での光量
レベルはｌ2となる。同様に、Ｘ1、Ｙ2での光量レベル
はｌ3、Ｘ2、Ｙ2での光量レベルはｌ4となる。第１の信
号処理回路１４はこれら各点での光量レベルをもとに、
従来と同様の処理を行い出力画像を得る。

【００２６】図８は第２の信号処理回路１８の入出力信
号を示す。第２の信号処理回路１８は第２の受光素子ユ
ニット用のＸ方向アドレスドライバ２９へアドレス信号
２６を出力し、送光信号発生器１６からの送光信号と、
第２の受光素子ユニットからの出力Ｍを入力する。第２
の信号処理回路１８ではアドレス信号２６が出力されて
いる間で、上記送光信号の立ち上がりから出力信号Ｍの
立ち上がりまでの遅れ時間を計測し、出力されているア
ドレス信号ｘに対応する測距データｄx を算出する。す
なわち、図８において、遅れ時間をｔd とすると、測距
データｄx はｄx ＝（Ｃ×ｔd ）／２ただし、Ｃは光速（３×１０⁸ｍ／ｓ）で与えられる。

【００２７】以上のように、本実施例では障害物までの
距離とその大体の形状の検出を並列処理により実行で
き、一つのデバイスにより障害物の形状とそこまでの距
離が同時に検出できる。また、２つの異なる方式で障害
物を検出するので信頼性が高まり、さらに小型であるた
め、車載の自由度が向上する。また、複数個の障害物が
ある時、複数個の測距データが出力されるが、その測距
データに対応する障害物の識別、または対応付けが簡単
確実に行える。すなわち、前述の先行技術（特願平４−
３４２４２７号明細書）による走行環境監視装置におい
ては、２つの異なる方式の障害物検出装置間で対応付け
のための座標変換処理を必要としたが、上記実施例は第
１の受光素子ユニットと第２の受光素子ユニットはＸ方
向に交互に配置されているため、第１の受光素子ユニッ
トのＸ方向のアドレス信号Ｘ1、Ｘ2・・・と、第２の受
光素子ユニットのＸ方向のアドレス信号ｘ1、ｘ2・・・
が一義的に対応付けられるので、変換処理等が不要とな
る。

【００２８】実施例２．図９は本発明の実施例２に係わ
る２次元受光回路素子と第１及び第２の走査回路をなす
Ｘ・Ｙドライバを示す回路構成図である。図において、
３０は感度可変受光素子で構成された第２の受光素子、
３１はこの受光素子３０を駆動するとともに信号の取り
出しを制御する素子（電界効果型トランジスタ）、３２
は第２の受光素子３０の感度を制御する制御信号である
とともに、第２の受光素子ユニットのｘ方向のアドレス
信号であり、左から順に信号ｘ1、ｘ2・・・が送られ
る。３３は第２の受光素子ユニットのｙ方向のアドレス
信号であり、上から順に信号ｙ1、ｙ2・・・が送られ
る。３４は第２の受光素子ユニット用のｘ方向アドレス
ドライバ、３５は第２の受光素子ユニット用のｙ方向ア
ドレスドライバであり、図１の第２の信号処理回路１８
により出力信号３２、３３が制御される。図１０は第２
の信号処理回路の入出力信号を示す。その他の構成は実
施例１と同様である。

【００２９】なお、感度可変受光素子３０は、印加され
る制御電圧によって素子の光検出感度が連続的に変化す
るものである。そのような感度可変受光素子として、例
えば、ＧａＡｓ基盤上に形成されたＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ
−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造のも
のがある。これは、ＧａＡｓ上にＡｌによってショット
キーコンタクトが形成されたものである。

【００３０】次に動作について説明する。動作原理は概
ね実施例１に示したものと同様であるが、本実施例と実
施例１との相違点は、反射体からの反射パルス光を感度
可変受光素子３０で受光し、その感度を第２の受光素子
ユニット用のｘ方向アドレスドライバ３４の出力電圧に
より制御するようにした点である。即ち、図１０に示す
ように、ｘ方向のアドレス信号の出力電圧は時間ととも
に増加するように制御されており、従って感度可変受光
素子の感度も時間とともに増加する構成となっている。

【００３１】図１０により、第２の受光素子ユニットを
用いて障害物までの距離を測定する動作について説明す
る。第２の信号処理回路１８はｘ方向アドレスドライバ
３４とｙ方向アドレスドライバ３５を通して、第２の受
光素子ユニットを選択して駆動する走査信号（アドレス
信号）３２、３３を発生し、上記アドレス信号に対応し
て第２の受光素子ユニットの出力信号Ｍと、光信号発生
器１６からの送光信号を入力する。第２の信号処理回路
１８ではアドレス信号３２、３３が出力されている間
で、上記送光信号の立ち上がりから出力信号Ｍの立ち上
がりまでの遅れ時間ｔd1、ｔd1（総称するときはｔd ）
を計測し、出力されているアドレス信号ｘ、ｙに対応す
る測距データｄx を算出する。一方、第２の信号処理回
路１８はｘ方向アドレスドライバ３４を通して上記アド
レス信号上で、図１０に示すように出力電圧を制御して
感度可変受光素子３０の感度を制御している。従って、
上記遅れ時間ｔd が短いときは反射物体までの距離が小
さいため、反射光強度が大きく、上記遅れ時間ｔd が長
いときは反射物体までの距離が大きいため、反射光強度
が小さくなるが、上述のように遅れ時間が長くなると感
度可変受光素子の感度が高くなるため、概略同じような
レベルの受光信号が得られるようになる。従って遠くの
物体に対しても検出感度が落ちることなく、距離測定の
検出感度と精度が向上する。

【００３２】実施例３．図１１は本発明の実施例３によ
る障害物検出装置を示すブロック構成図である。図１１
において、１２は２次元受光回路素子で、本実施例では
図１２に示すように、第１の受光素子１９と、この受光
素子を駆動、制御する素子２０、２１よりなる第１の受
光素子ユニット、及び第１の受光素子１９と異なる波長
によって感度を示す第２の受光素子３８と、この受光素
子３８を駆動、制御する素子（電界効果型トランジス
タ）３９、４０よりなる第２の受光素子ユニットを、複
数個混在させて、２次元アレイ状に同一基板上に形成し
たものである。１４は実施例１と同様の第１の信号処理
回路であり、第１の受光素子ユニットの出力信号Ｌ1を
入力し、走査信号に対応して画像信号を作成する。３６
は２次元受光回路素子の第２の受光素子ユニットを選択
して駆動する走査信号を発生するとともに、この走査信
号に対応して第２の受光素子ユニットの出力信号Ｌ2 を
入力し、画像信号を作成する第３の信号処理回路、３７
は第１及び第３の信号処理回路で作成された各画像に対
し、同一個所に対応する各地点での光強度分布の違いか
ら、上記地点にある物体までの距離を算出する第４の信
号処理回路である。なお、図１２において、４１は第２
の受光素子ユニットのｘ方向のアドレス信号であり、左
から順に信号ｘ1、ｘ2・・・が送られる。３３は第２の
受光素子ユニットのｙ方向のアドレス信号であり、上か
ら順に信号ｙ1、ｙ2・・・が送られる。４２は第２の受
光素子ユニット用のｘ方向アドレスドライバ、３５は第
２の受光素子ユニット用のｙ方向アドレスドライバであ
り、図１１の第３の信号処理回路３６により出力信号４
１、３３が制御される。

【００３３】次に動作について説明する。２次元受光回
路素子１２よりそれぞれ出力信号Ｌ1 とＬ2 を受ける第
１の信号処理回路１４と第３の信号処理回路３６は、本
実施例ではともに画像処理をする回路であり、それぞれ
２次元のイメージ像を作成する。但し、第１の受光素子
と第２の受光素子は異なる波長で感度を示すものであ
り、図１３にその特性を示す。図１３（ａ）は受光素子
に対して入力する光の強度と流れる電流との関係を示す
特性図で、ｇ＝Ｉ／Ｐによりその受光素子の感度が表わ
される。本実施例の第１及び第２の受光素子はこの感度
の大きさはほぼ同じであるが、図１３（ｂ）に示すよう
に、それぞれ異なる波長によって感度を示す受光素子で
構成されている。このような受光素子で構成された２次
元受光回路素子１２を、受光用光学系１１の受光面に設
置し、２次元受光回路素子の各出力信号Ｌ1、Ｌ2を、そ
れぞれ２つの信号処理回路１４、３６に入力して得られ
た２つのイメージ像は、波長が異なると焦点が異なるこ
とから、少なくとも一方がデフォーカス状態となる。本
実施例ではこのデフォーカス状態より距離情報を得るも
のであり、第４の信号処理回路３７でこの処理を行な
う。

【００３４】図１４、図１５、図１６は第４の信号処理
回路の動作を説明するものであり、図１４は各信号処理
回路で得られた２次元画像の、ｙ＝ｙi での１次元上の
光強度分布を示すものである。図１５は各画像の光強度
分布から、デフォーカス量に対応した値を算出する方法
を示すものであり、図中、Ｐ1（ｘ）は第１の信号処理
回路から得られる光強度分布、Ｐ2（ｘ）は第３の信号
処理回路から得られる光強度分布である。ｘ＝ｘ₀ でＰ
1（ｘ₀）＝Ｐ2（ｘ₀）とすると、光強度分布の拡がり度
合は、例えば、Ｐ1（ｘ₀）＝Ｐ2（ｘ₀）の１／２となる
ｘ₀ からの偏差の２乗値Δｘ_０ ^２

【００３５】

【数１】

【００３６】で評価し、その算出値からｘ＝ｘ_０のイ
メージ像に対応する物体までの距離は、図１６に示すよ
うな、予め求めておいた（Δｘ₂／Δｘ₁）² と距離の関
係から読みとって求める。

【００３７】実施例４．図１７は本発明の実施例４によ
る障害物検出装置を示すブロック構成図である。図１７
において、４３は２次元受光回路素子で、本実施例では
図１８に示すように、受光素子１９と、この受光素子を
駆動、制御する素子２０、２１よりなる受光素子ユニッ
トを複数個、２次元アレイ状に同一基板上に形成したも
のであり、本実施例では１種類の受光素子で構成されて
いる。４４は時分割制御回路であり、走査信号により選
択、駆動された受光素子ユニットの出力信号Ｎを時分割
し、出力信号Ｎの積分出力Ｎ1 と高周波成分信号出力Ｎ
2 とを取り出す。１４は積分出力Ｎ1 を走査信号に対応
して入力し、画像信号を作成する第１の信号処理回路、
１８は高周波成分信号出力Ｎ2 を走査信号に対応して入
力し、送光用光学系１５から送出された光が反射物体で
反射されて２次元受光回路素子４３に戻ってくる伝搬遅
延時間を測り、反射物体までの距離を算出する第２の信
号処理回路である。

【００３８】図１９（ａ）（ｂ）は時分割制御回路４４
の主要部を示す回路構成図であり、図１９（ａ）は出力
信号Ｎの積分出力Ｎ1 を導くための回路、（ｂ）は出力
信号Ｎの高周波成分信号出力Ｎ2 を導くための回路であ
る。２次元受光回路素子４３の出力信号Ｎは、（ａ）
（ｂ）に示す２つの出力制御回路で時分割の出力信号Ｎ
1 （周期Ｔ1 ）、とＮ2 （周期Ｔ2 ）に分岐される。

【００３９】図２０は第１の信号処理回路１４、及び第
２の信号処理回路１８の入出力信号を示すもので、第１
の信号処理回路１４は各アドレス信号２４、２５が共通
に出力された状態からＴ1 の期間において時分割制御回
路４４の出力信号Ｎ1 のレベルＬを取り込み、これをそ
のアドレス信号Ｘ、Ｙでの光量レベルとする。すなわ
ち、第１の信号処理回路１４はこの光量レベルをもと
に、従来と同様の処理を行い出力画像を得る。一方、送
光信号発生器１６からの送光信号は図２０に示すように
受光素子に合わせた波長の光を、各アドレス信号２４、
２５が出力されると一定期間発するとともに（画像信号
用）、Ｔ1 後にパルス信号光を発する（距離算出用）。
第２の信号処理回路１８は、Ｔ1 の期間後、各アドレス
信号２４、２５が共通に出力された状態の終端時までの
間（Ｔ2 の期間）において、時分割制御回路４４の出力
信号Ｎ2 を取り込み、上記パルス送光信号の立ち上がり
から出力信号Ｎ2 の立ち上がりまでの遅れ時間ｔd を計
測し、出力されているアドレス信号ｘに対応する測距デ
ータｄx を算出する。

【００４０】以上のように、本実施例では１種類の受光
素子で得られた情報を、後の信号処理を工夫することに
よって、一つのデバイスにより障害物の形状とそこまで
の距離が同時に検出できる。従って、より小型で、信頼
性の高い装置を得ることが出来る。

【００４１】なお、上記実施例において受光素子が可視
光に対して感度を示すものであれば、送光信号の前半部
（画像信号用）は必ずしも必要ではない。

【００４２】実施例５．なお、上記各実施例において、
２次元受光回路素子は受光素子ユニットがマトリクス状
に配置されたものを示したが、第１の受光素子ユニット
と第２の受光素子ユニットを複数個混在させて、１次元
アレイ状に形成し、この１次元アレイ状の受光素子ユニ
ットを１次元方向と交差する方向に機械的に駆動する駆
動機構で走査することにより、上記各実施例で用いた２
次元受光回路素子と同様の２次元受光回路素子が実現で
き、上記実施例と同様の光情報入力処理装置が得られ
る。

【００４３】図２１は本実施例による障害物検出装置を
示すブロック構成図、図２２は１次元アレイ型受光回路
素子を示す回路構成図である。図において、４５は１次
元アレイ型受光回路素子、４６は第１の受光素子ユニッ
トを駆動するＸドライバ、４７は第１の受光素子ユニッ
トを駆動するＸドライバ、４８はＹ方向のメカニカル走
査部であり、１次元アレイ型受光回路素子４５とメカニ
カル走査部４８により等価的に２次元アレイ型受光回路
素子を構成する。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１の
受光素子とこの受光素子を駆動するとともに信号の取り
出しを制御する素子を有する第１の受光素子ユニット、
及び第１の受光素子と光・電気変換特性が異なる第２の
受光素子とこの受光素子を駆動するとともに信号の取り
出しを制御する素子を有する第２の受光素子ユニット
を、複数個混在させて、２次元アレイ状に同一基板上に
形成し、２次元受光回路素子を構成したので、１つのデ
バイスに２つの機能を持たせることができ、これを利用
して１つのデバイスによって、３次元に展開するための
情報が得られる効果がある。

【００４５】また、本発明の請求項２によれば、上記２
次元受光回路素子を受光用光学系の受光面に設置し、２
次元受光回路素子の第１の受光素子ユニットを選択して
駆動走査し、走査信号に対応した各受光素子ユニットの
出力信号から、画像信号を作成するとともに、上記受光
用光学系の視野角範囲に所定波長の信号光を送出し、さ
らに上記２次元受光回路素子の第２の受光素子ユニット
を選択して駆動走査し、この走査信号に対応した受光素
子ユニットの出力信号から、上記信号光が反射物体で反
射されて上記２次元受光回路素子に戻ってくる伝搬遅延
時間を測り、上記反射物体までの距離を算出するように
して光情報入力処理装置を構成したので、一つのデバイ
スにより障害物の形状とそこまでの距離が同時に検出で
き、また、小型であるため、車載の自由度が向上する。
さらに、２つの異なる方式で障害物を検出するので信頼
性が高まり、また、測距データに対応する障害物の識
別、または対応付けが簡単確実に行える効果がある。

【００４６】また、本発明の請求項３によれば、請求項
２の光情報入力処理装置に対し、２次元受光回路素子の
第２の受光素子を感度可変受光素子で構成し、上記感度
可変受光素子の感度を制御して、反射物体までの距離を
算出するようにしたので、遠くの物体に対しても検出感
度が落ちることなく、距離測定の検出感度と精度が向上
する効果がある。

【００４７】また、本発明の請求項４によれば、２次元
受光回路素子の第２の受光素子を、第１の受光素子と異
なる波長によって感度を示す受光素子で構成し、この２
次元受光回路素子を受光用光学系の受光面に設置し、２
次元受光回路素子の第１の受光素子ユニットを選択して
駆動走査し、走査信号に対応した各受光素子ユニットの
出力信号から、画像信号を作成するとともに、第２の受
光素子ユニットを選択して駆動走査し、走査信号に対応
した各受光素子ユニットの出力信号から、画像信号を作
成し、各画像に対し、同一個所に対応する各地点での光
強度分布の違いから、上記地点にある物体までの距離を
算出するようにしたので、請求項２の光情報入力処理装
置と同様、信頼性が高く、小型であるため、車載の自由
度が向上する効果がある。また、測距データに対応する
障害物の識別、または対応付けが簡単確実に行える効果
がある。

【００４８】さらに、本発明の請求項５によれば、受光
素子と、この受光素子を駆動するとともに信号の取り出
しを制御する素子を有する複数の受光素子ユニットが２
次元アレイ状に形成された２次元受光回路素子を用い、
この２次元受光回路素子を受光用光学系の受光面に設置
し、さらに上記受光用光学系の視野角範囲に所定波長の
信号光を送出し、走査信号により選択、駆動された受光
素子ユニットの出力信号を時分割して、出力信号の積分
出力と高周波成分信号出力とを取り出し、上記積分出力
から画像信号を作成し、上記高周波成分信号出力から、
送出された信号光が反射物体で反射されて上記２次元受
光回路素子に戻ってくる伝搬遅延時間を測って、反射物
体までの距離を算出するようにしたので、請求項２の光
情報入力処理装置と同様、小型で、信頼性が高く、ま
た、測距データに対応する障害物の識別、または対応付
けが簡単確実に行える光情報入力処理装置が得られる効
果がある。

【００４９】また、本発明の請求項６の２次元受光回路
素子によれば、第１の受光素子ユニット、及び第２の受
光素子ユニットを、複数個混在させて、１次元アレイ状
に同一基板上に形成し、この１次元アレイ状の受光素子
ユニットを１次元方向と交差する方向に機械的に駆動す
るように構成したので、請求項１の２次元受光回路素子
と同様、１つのデバイスに２つの機能を持たせることが
でき、これを利用して１つのデバイスによって、３次元
に展開するための情報が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による障害物検出装置を示す
ブロック構成図である。

【図２】本発明の実施例１に係わる受光回路素子と、第
１及び第２の走査回路を示す回路構成図である。

【図３】本発明の実施例１に係わる、第１及び第２の受
光素子ユニットの配列の他の例を示す説明図である。

【図４】本発明の実施例１に係わる第１及び第２の受光
素子ユニットの配列のさらに他の例を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の実施例１に係わる第１の受光素子及び
第２の受光素子の光・電気変換特性を示す特性図であ
る。

【図６】本発明の実施例１に係わる第１の受光素子及び
第２の受光素子の、入力光に対する電流の応答性を示す
特性図である。

【図７】本発明の実施例１に係わる第１の信号処理回路
への入力信号を示す波形図である。

【図８】本発明の実施例１に係わる第２の信号処理回路
への入力信号を示す波形図である。

【図９】本発明の実施例２に係わる受光回路素子と、第
１及び第２の走査回路を示す回路構成図である。

【図１０】本発明の実施例２に係わる第２の信号処理回
路への入力信号を示す波形図である。

【図１１】本発明の実施例３による障害物検出装置を示
すブロック構成図である。

【図１２】本発明の実施例３に係わる受光回路素子と、
第１及び第２の走査回路を示す回路構成図である。

【図１３】本発明の実施例３に係わる第１の受光素子及
び第２の受光素子の光・電気変換特性を示す特性図であ
る。

【図１４】本発明の実施例３に係わる第４の信号処理回
路の動作を説明する説明図である。

【図１５】本発明の実施例３に係わる第４の信号処理回
路の動作を説明する説明図である。

【図１６】本発明の実施例３に係わる第４の信号処理回
路の動作を説明する説明図である。

【図１７】本発明の実施例４による障害物検出装置を示
すブロック構成図である。

【図１８】本発明の実施例４に係わる受光回路素子と、
第１及び第２の走査回路を示す回路構成図である。

【図１９】本発明の実施例４に係わる時分割制御回路の
主要部を示す回路構成図である。

【図２０】本発明の実施例４に係わる第１及び第２の信
号処理回路への入力信号を示す波形図である。

【図２１】本発明の実施例５による障害物検出装置を示
すブロック構成図である。

【図２２】本発明の実施例５に係わる受光回路素子を示
す回路構成図である。

【図２３】従来の光レーダ装置を示すブロック図であ
る。

【図２４】Ｍ０Ｓ型イメージ・センサの構成を示す回路
構成図である。

【符号の説明】

１１受光用光学系１２２次元受光回路素子１３Ｘ・Ｙドライバ１４第１の信号処理回路１５送光用光学系１６送光信号発生器１７Ｘ・Ｙドライバ１８第２の信号処理回路１９第１の受光素子２０トランジスタ２１トランジスタ２２第２の受光素子２３トランジスタ２４アドレス信号２５アドレス信号３０第２の受光素子３１トランジスタ３６第３の信号処理回路３７第４の信号処理回路３８第２の受光素子３９トランジスタ４０トランジスタ４３２次元受光回路素子４４時分割制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の受光素子とこの受光素子を駆動す
るとともに信号の取り出しを制御する素子を有する第１
の受光素子ユニット、及び第１の受光素子と光・電気変
換特性が異なる第２の受光素子とこの受光素子を駆動す
るとともに信号の取り出しを制御する素子を有する第２
の受光素子ユニットを、複数個混在させて、２次元アレ
イ状に同一基板上に形成した２次元受光回路素子。
【請求項２】請求項１記載の２次元受光回路素子、受
光面に上記２次元受光回路素子を設置し、周辺物体の光
学情報を受光する受光用光学系、上記２次元受光回路素
子の第１の受光素子ユニットを選択して駆動する走査信
号を発生するとともに、第１の受光素子ユニットの出力
信号を上記走査信号に対応して入力し、画像信号を作成
する第１の信号処理回路、上記受光用光学系の視野角範
囲に所定波長の信号光を送出する送光用光学系、並びに
上記２次元受光回路素子の第２の受光素子ユニットを選
択して駆動する走査信号を発生するとともに、この走査
信号に対応して第２の受光素子ユニットの出力信号を入
力し、上記送光用光学系から送出された光が反射物体で
反射されて上記２次元受光回路素子に戻ってくる伝搬遅
延時間を測り、上記反射物体までの距離を算出する第２
の信号処理回路を備えた光情報入力処理装置。
【請求項３】請求項２記載の２次元受光回路素子の第
２の受光素子を感度可変受光素子で構成し、第２の信号
処理回路は第２の受光素子ユニットを選択して駆動する
走査信号を発生するとともに、上記感度可変受光素子の
感度を制御し、上記走査信号に対応して第２の受光素子
ユニットの出力信号を入力し、上記送光用光学系から送
出された光が反射物体で反射されて上記２次元受光回路
素子に戻ってくる伝搬遅延時間を測り、上記反射物体ま
での距離を算出するようにした光情報入力処理装置。
【請求項４】請求項１記載の第２の受光素子を、第１
の受光素子と異なる波長によって感度を示す受光素子で
構成した２次元受光回路素子、受光面に上記２次元受光
回路素子を設置し、周辺物体の光学情報を受光する受光
用光学系、上記２次元受光回路素子の第１の受光素子ユ
ニットを選択して駆動する走査信号を発生するととも
に、第１の受光素子ユニットの出力信号を上記走査信号
に対応して入力し、画像信号を作成する第１の信号処理
回路、上記２次元受光回路素子の第２の受光素子ユニッ
トを選択して駆動する走査信号を発生するとともに、こ
の走査信号に対応して第２の受光素子ユニットの出力信
号を入力し、画像信号を作成する第３の信号処理回路、
並びに第１及び第３の信号処理回路で作成された各画像
に対し、同一個所に対応する各地点での光強度分布の違
いから、上記地点にある物体までの距離を算出する第４
の信号処理回路を備えた光情報入力処理装置。
【請求項５】受光素子と、この受光素子を駆動すると
ともに信号の取り出しを制御する素子を有する複数の受
光素子ユニットが２次元アレイ状に形成された２次元受
光回路素子、受光面に上記２次元受光回路素子を設置
し、周辺物体の光学情報を受光する受光用光学系、この
受光用光学系の視野角範囲に所定波長の信号光を送出す
る送光用光学系、走査信号により選択、駆動された受光
素子ユニットの出力信号を時分割し、上記出力信号の積
分出力と高周波成分信号出力とを取り出す時分割制御回
路、上記積分出力を上記走査信号に対応して入力し、画
像信号を作成する第１の信号処理回路、並びに上記高周
波成分信号出力を上記走査信号に対応して入力し、上記
送光用光学系から送出された光が反射物体で反射されて
上記２次元受光回路素子に戻ってくる伝搬遅延時間を測
り、上記反射物体までの距離を算出する第２の信号処理
回路を備えた光情報入力処理装置。
【請求項６】第１の受光素子とこの受光素子を駆動す
るとともに信号の取り出しを制御する素子を有する第１
の受光素子ユニット、及び第１の受光素子と光・電気変
換特性が異なる第２の受光素子とこの受光素子を駆動す
るとともに信号の取り出しを制御する素子を有する第２
の受光素子ユニットを、複数個混在させて、１次元アレ
イ状に同一基板上に形成し、この１次元アレイ状の受光
素子ユニットを１次元方向と交差する方向に機械的に駆
動する駆動機構を有した２次元受光回路素子。