JP2005134317A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ補正のためのメモリ容量を減らし、かつ高精度な信号を得るためのノイズ補正手段を備えた光電変換装置を提供する。
【解決手段】 複数の画素を含む光電変換手段と、前記複数の画素で発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶する記憶手段と、前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行うノイズ補正手段とを備えている。前記記憶手段に記憶しているノイズ信号は、蓄積時間に依存しない固定パターンノイズと蓄積時間に依存する暗電流ノイズを含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測距装置などに利用される、複数の画素を含む光電変換手段を備えた光電変換装置、特に、精度のよい信号を得ることを目的としたノイズ補正手段を備えた光電変換装置に関するものである。

従来より測距装置や自動焦点検出装置や、被写体などの撮影のための光電変換装置のノイズ除去方式として例えば、以下のものがあった。

カメラなどにおける測距装置の構成は、光束が測距光学系に入射し、ライン上に配置された光電変換装置上に像を結び、光電変換装置の出力を測距検出装置（一般的には光電変換装置との入出力プログラムと測距演算プログラムを内蔵したマイクロプロセッサ）に入力して測距結果を得る、というようになっている。

従来の測距装置に使用することができる光電変換装置のノイズ補正手段には、下記特許文献１のように、ラインセンサの一部に光が当たらないような暗電流検出部を設けて、予めラインセンサの各画素で発生する暗電流成分と暗電流検出部で発生する暗電流成分の比を、各画素ごとに記憶しておき、各画素の出力に記憶しておいた比を掛けることによって各画素の暗電流成分を求め、暗電流補正を行うものがある。

また、下記特許文献２のように、センサのそれぞれの画素で発生した電荷を反転増幅して蓄積するときのゲインを決定する負荷ＭＯＳトランジスタを出力線一本につき複数個設け、センサアンプＭＯＳトランジスタと組み合わせて固定パターンノイズが最も小さくなる負荷ＭＯＳトランジスタを選んで使用する、というハードウェア上の工夫によってノイズ自体を低減させるというものある。

ここで、暗電流とは光電変換装置への入射光と関係なく蓄積時間に比例して生じる誤差出力のことをいい、固定パターンノイズとは入射光及び蓄積時間に関係なく光電変換装置の画素ごとに固有の誤差出力のことをいう。

このような光電変換装置が、カメラなどにおける測距装置に使用されている場合は、被写体が低輝度の場合に、蓄積時間を長くし被写体からの信号を所定量以上得ようとすると暗電流成分も増えてしまい、補正を行わないとS/N比が低下する。特に、低輝度で被写体からの信号が非常に小さく、全ての画素出力レベルが低くなった場合は、画素ごとにばらつきがある暗電流や固定パターンノイズが被写体のコントラストと区別がつかなくなり、誤測距してしまう。

そこで、下記特許文献３のように、光電変換装置の各画素の信号を個別に出力させる制御手段と、隣接する複数の画素の信号を加算し出力させる制御手段を切り替えることのできる光電変換装置が提案されている。この光電変換装置では、低輝度時で十分な信号が得られない場合に、隣接する複数の画素の信号を加算し出力させることで、画素面積を大きくし、光電変換感度を上げることで、蓄積時間が短くてもより多くの信号を得られるようにしているものである。
特開平３−１０４７３号公報 特開平１０―１９００３８号公報 特開平１０−２７４５６２号公報

しかしながら、上記特許文献１では全画素それぞれに対応した暗電流を記憶する必要がある。したがって、特に、多点測距装置など光電変換装置にこの補正方式を使用する場合、多くの画素の暗電流を記憶するために、容量の大きいメモリを用意する必要があり、コストアップや回路中におけるメモリの実装面積の拡大という問題が生じる。また、補正時間も長くなってしまう。

また、上記特許文献２のように、ハードウェア上の工夫によって固定ノイズパターンを低減させても、低輝度時などの条件によっては、十分な信号レベルが得られない場合があり、このとき相対的にノイズ成分が大きくなってしまうので、高精度な信号を得られないという問題が生じる。

また、上記特許文献３では、隣接する画素の信号を加算しても、低輝度時などの条件によっては、全ての画素出力レベルが低くなってしまい、暗電流や固定パターンノイズにより、高精度な信号を得られないという問題が生じる。

（本発明の目的）
本発明は、光電変換装置のノイズ補正のためのメモリ容量を減らし、かつ高精度な信号を得るためのノイズ補正手段を備えた光電変換装置を提案することを目的としている。

上記目的を達成するため、第１の発明の光電変換装置は、複数の画素を含む光電変換手段と、前記複数の画素で発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶する記憶手段と、前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶手段に記憶している信号に基づき補正を行うノイズ補正手段とを備えたことを特徴とする。

第２の発明の光電変換装置は、第１の発明において、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号は、蓄積時間に依存しない固定パターンノイズと蓄積時間に依存する暗電流ノイズを含むことを特徴とする。

第３の発明の光電変換装置は、第２の発明において、前記記憶手段において、複数の画素で発生するノイズ信号のうち蓄積時間に依存しない固定パターンノイズについては、隣接する複数の画素ごとに加算した信号又は複数の画素について平均した信号、及び蓄積時間に依存する暗電流ノイズについては、隣接する複数の画素ごとに加算した信号を、それぞれ記憶したことを特徴とする。

第４の発明の光電変換装置は、第１〜３の発明において、前記ノイズ補正手段は、前記複数の画素から得られた信号の大きさが所定値よりも小さい場合に、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行った信号を出力し、所定値よりも大きい場合に、前記複数の画素から得られた信号自体を出力するように制御されることを特徴とする。

第５の発明の光電変換装置は、第１〜３の発明において、前記ノイズ補正手段は、前記複数の画素での信号蓄積時間が所定時間よりも長い場合に、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行った信号を出力し、所定時間よりも短い場合に、前記複数の画素から得られた信号自体を出力するように制御されることを特徴とする。

また、第６の発明の光電変換装置のノイズ補正方法は、光電変換手段が有する複数の画素において発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶し、前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶しているノイズ信号に基づき補正を行うことを特徴とする。

第７の発明の光電変換装置のノイズ補正方法は、第６の発明において、光電変換手段が有する複数の画素において発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとの加算は、装置の暗黒条件下で行われることを特徴とする。

さらに、第８の発明の測距装置は、被写体からの光を受光する複数の画素を含む光電変換手段と、前記複数の画素で発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶する記憶手段と、前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行うノイズ補正手段と、前記ノイズ補正手段によって補正された信号に基づいて測距演算を行う測距演算手段とを備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、複数の画素で発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算し、記憶することで、大規模な記憶容量を持つメモリを用意することなく、小規模かつ安価なメモリで正確なノイズ補正が可能となる。また、光電変換手段中の複数の画素で得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算することで、より多くの信号量を得られるので高精度な信号を得ることができる。さらに、複数の画素で得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算することで、加算した画素の信号と、記憶している加算したノイズ信号との対応がとれ、正確にノイズ補正が可能になる。

第２，３の発明によれば、蓄積時間に依存しない固定パターンノイズと、蓄積時間に依存する暗電流ノイズを記憶して、ノイズ補正を行うことにより、高精度な信号を得ることができる。

第４の発明によれば、光電変換手段の複数の画素で得られた信号の大きさが所定値よりも小さい場合、つまり輝度が暗い場合に、ノイズ補正を行い、所定値よりも小さい場合には、ノイズ補正を行わずに、複数の画素で得られた信号を有効に利用し、高精度な信号を得ることができる。

第５の発明によれば、光電変換手段での信号蓄積時間が所定時間よりも長い場合、つまりノイズが大きくなる場合に、ノイズ補正を行い、所定時間よりも短い場合に、ノイズ補正を行わずに、複数の画素で得られた信号を有効に利用し、高精度な信号を得ることができる。

第６の発明によれば、高精度な光電変換装置のノイズ測定方法を得ることができ、第１の発明と同様な効果を奏する。

第７の発明によれば、光電変換装置を暗黒条件下に置くことにより、簡単にノイズ信号を得ることができる。

第８の発明によれば、光電変換装置を測距装置に適用することで、ノイズによる誤測距を防ぐことが可能になり、高精度な測距装置を得ることができ、第１の発明と同様な効果を奏する。

以下この本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における概略構成を示す図である。

図１において、１０１は２つの光軸を持つ受光レンズ、１０２は光電変換手段としての測距センサである。不図示の測距対象からの光は、受光レンズ１０１を通過し、測距センサ内の1次元に配列された1対のラインセンサ上にそれぞれ結像する。測距センサ１０２は、ラインセンサ上に結像した測距対象の輝度分布に応じて光電変換し、測距対象の信号情報を出力する。

１０３は、A/D変換部であり、測距センサ１０２から出力される信号をA/D変換する。

１０４は、隣接画素信号加算手段であり、A/D変換された信号より、隣接する２画素の信号の加算を行う。

１０５は、ノイズ補正手段であり、後述する記憶手段１０６に記憶されたノイズ情報に基づき測距センサ１０２で得られた信号に含まれるノイズ成分の補正を行う。

１０６は、記憶手段であり、測距センサで発生するノイズ情報が予め記憶してある。また、A/D変換部１０３で変換された信号やその他の情報を一時的に保管する。

１０７は、距離算出手段であり、A/D変換部１０３でA/D変換された信号やノイズ補正手段１０５でノイズ補正された信号に基づいて測距演算を行う。

１０８は、測距センサ１０２での信号蓄積動作の時間を測定する蓄積タイマである。

１０９は、制御手段（CPU）であり、A/D変換部１０３、隣接画素信号加算手段１０４、ノイズ補正手段１０５、記憶手段１０６、距離算出手段１０７、蓄積時間測定手段１０８を含み、測距動作に関わる全体制御を行う。

図２は、図１の測距センサ１０２における画素の配列を示した図である。

測距センサ１０２は一対のラインセンサ２０１及び２０２で構成され、各ラインセンサ２０１，２０２はそれぞれｎ個の画素で構成されている。

測距の具体的動作については、上記特許文献３にも記載されているので詳細な説明は省略するが、各ラインセンサ２０１，２０２の光強度分布から、各被写体像の間隔を求めることにより被写体までの距離を測定する。

図３は、図１の測距センサ１０２の蓄積動作と信号読み出し動作を示すタイミングチャートである。

まず、CSAF0は通信許可信号であり、制御手段１０９からCSAF0パルスをL→Hにすることで、測距センサ１０２への通信が許可される。通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の動作を制御する。MOSIは制御手段１０９から測距センサ１０２に出力されるデータ信号であり、SCLKはMOSIの同期クロックである。通信では、測距センサ１０２の出力信号であるAFOUTを、測距センサ１０２の各画素のうち最も多く信号が得られている画素（以下ピーク画素）の信号レベルを出力させるピーク出力モードと、また測距センサ１０２の各画素の信号をCLK0クロックに同期させて順次出力させる読出しモードのいずれか一方を選択できる。ここでは、ピーク出力モードに設定する。

次に、制御手段１０９は、READ及びCLK0、CLK1パルスをL→Hにすることで、測距センサ１０２で蓄積された各画素に対応した信号を一旦クリアし、その後、図３のタイミングでREAD及びCLK0、CLK1パルスをH→Lにする。

次に、CLK0とAFCLKをL→Hにし、測距センサ１０２で蓄積動作を開始する。蓄積中はAFCLKを各周期でパルス印加する。

蓄積動作中は、各画素の電圧レベルが、リセットレベル（VRES）から各画素ごとの入射光量に応じた傾きで信号の電圧レベルが降下してゆく。ピーク画素の信号レベルを示す出力は各画素に対応した信号レベルのうち最も低い出力、すなわち信号蓄積レベルのMAX値に追従して出力がモニタ信号としてAFOUTから出力される。そして、蓄積量が適正なレベル（V1）になると、測距センサ１０２での蓄積動作が停止し、同時に各画素の蓄積信号レベルを保持する。このとき、測距センサ１０２から蓄積停止信号として、/TINTE信号がH→Lへと変化する。

制御手段１０９は、/TINTE信号をモニタすることで、蓄積動作が終了したこと判定し、AFCLKパルスを停止、蓄積信号の読み出しを行う。

制御手段１０９は、蓄積許可信号CSAF0パルスと通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の出力信号AFOUTを、読出しモードに設定する。

制御手段１０９は、READパルスをL→Hにし、CLK0パルスを印加することで、AFOUTから各画素信号が所定順序で順次出力される。ここでは、測距センサ１０２のラインセンサ２０１の1番目の画素信号からｎ番目の画素信号まで出力が終わると、ラインセンサ２０２の1番目の画素信号からｎ番目の画素信号まで出力される。

また、図３では示していないが、低輝度時などで、所定蓄積時間が経ってもピーク画素の信号が蓄積停止レベル（V1）に達しない場合は、制御手段１０９よりSTINTパルスをL→Hにすることで測距センサ１０２での蓄積動作を強制的に停止させることができる。

図１２は、図２のラインセンサ２０１の画素１から画素ｎで発生するノイズレベルを示す。

ここで、横軸は蓄積時間を示し、縦軸はノイズレベルを示す。固定パターンノイズは蓄積時間の長短に関係なく一定のレベルを出力している、画素の違いにより、固定パターンノイズの大きさは異なる。一方、暗電流ノイズは蓄積時間が長いほど大きくなり、蓄積時間に比例して増加する暗電流の大きさは画素ごとに異なる。

このように、蓄積時間が長くなった場合、ノイズレベルが大きく、さらに、画素ごとのノイズレベルにばらつきが生じてくるので、あたかも測距対象のコントラストが大きいかのように判断してしまい、誤測距してしまう怖れがある。そこで、予め固定パターンノイズと暗電流ノイズを測定し、補正値として記憶しておく必要がある。

ここで図２のラインセンサ２０２についても同様なので図示は省略する。

次に、図１の測距装置の動作過程における固定パターンノイズと暗電流ノイズについてその補正値の測定と記憶動作を説明する。

図４は、測距装置における固定パターンノイズ補正値の測定と記憶動作を説明するためのフローチャートである。

図５は、測距装置における各画素の固定パターンノイズレベルを示す図である。

固定パターンノイズ補正値と暗電流ノイズ補正値の測定においては、測距装置を光から遮断した暗黒条件下におく。これは、ノイズ成分だけを得るためである。

＜固定パターンノイズ補正値＞
まずは、固定パターンノイズ補正値の測定と記憶動作を図４のフローチャートにより説明する。

まずステップ４０１では、READ及びCLK0、CLK1パルスをL→Hにすることで、測距センサ１０２で蓄積された各画素に対応した信号を一旦クリアし、また蓄積タイマ１０８の初期化を行う。

ステップ４０２では、蓄積タイマ１０８の計測開始を行い、続くステップ４０３に移る。
ステップ４０３では、CLK0とAFCLKパルスにより、測距センサ１０２で蓄積動作を開始を行う。

ステップ４０４では、蓄積タイマ１０８にて計測した時間が１ｍｓ以上であるか否かの判定を行う。蓄積時間が１ｍｓに達していなければ、引き続き蓄積時間の計測を行い、一方、蓄積時間が１ｍｓに達していれば、ステップ４０５に移る。

ステップ４０５では、制御手段１０９よりSTINTパルスをL→Hにすることで測距センサ１０２での蓄積動作を強制的に停止させる。

ステップ４０６で、蓄積タイマの停止動作を行う。

ステップ４０７では、測距センサ１０２における短時間蓄積で生成した固定パターンノイズの読み出し動作を行う。蓄積許可信号CSAF0パルスと通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の出力信号AFOUTを、読出しモードに設定した後、CLK0パルスと同期して出力される信号を順次A/D変換する。ラインセンサ２０１のｉ番目のA/D変換結果をｘa（ｉ）とし、ラインセンサ２０２のｉ番目のA/D変換結果をｘb（ｉ）とし、記憶手段１０６に一時的に記憶する。全ての画素の信号をA/D変換した後ステップ４０８に移る。

ステップ４０８では、ステップ４０７でA/D変換・記憶したｘa（ｉ），ｘb（ｉ）を、隣接する２画素ごとに加算計算を行う。全ての画素について加算した後、ステップ４０９に移る。

ここで、加算計算した後の結果をXa（ｋ），Xｂ（ｋ）とすると、
Xa（ｋ）＝ｘa（ｉ）＋ｘa（ｉ+１）
Xb（ｋ）＝ｘb（ｉ）＋ｘb（ｉ+１） ・・・＜式１＞
ｉ＝１，３，５・・・n-1
ｋ＝（ｉ+１）／２
となり、加算した後の各ラインセンサのA/D変換結果の数はｎ画素の半分になる。

ステップ４０９では、ステップ４０８で加算計算した結果Xa（ｋ）、Xb（ｋ）を固定パターンノイズFPNa（ｋ）、FPNｂ（ｋ）として記憶手段１０６に記憶し、一連の固定パターンノイズ補正値の測定と記憶動作を終了する。

ここで、図５の（ａ），（ｂ）は測距装置１０２で得られた加算計算する前の固定パターンノイズである。（ａ）はラインセンサ２０１、（ｂ）はラインセンサ２０２に対応している。加算計算する前の固定パターンノイズを補正値として記憶する場合、固定パターンノイズのダイナミックレンジを７ｂｉｔ長で表現すると、１画素につき、７（ｂｉｔ）の記憶容量を必要となる。

ラインセンサ２０１はｎ画素で形成されているので、ラインセンサ２０１の全画素で
７×ｎ（ｂｉｔ）
記憶容量を必要とし、ラインセンサ２０２についても同様の記憶容量が必要となる。測距センサ１０２全体では、
７×ｎ×２＝１４ｎ（ｂｉｔ）
の記憶容量が必要となる。

一方、図５の（ｃ），（ｄ）は、隣接する2画素の固定パターンノイズを加算した後のノイズレベルを示しており、（ｃ）はラインセンサ２０１、（ｄ）はラインセンサ２０２に対応している。隣接２画素の固定パターンノイズを加算し記憶した場合は、１画素の固定パターンノイズの２倍のダイナミックレンジが必要となり、同じ分解能で２倍のダイナミックレンジのノイズレベルを表現する場合は、１画素につき、８（ｂｉｔ）の記憶容量を必要となる。ラインセンサ２０１はｎ画素で形成しているが、隣接する2画素を加算しているので、画素数はｎは半分になり、ラインセンサ２０１については、
８×ｎ／２＝４ｎ（ｂｉｔ）
の記憶容量を必要となる。また、センサ２０２についても同様の記憶容量が必要なので、測距センサ１０２全体で必要な記憶容量は、
８×ｎ／２×２＝８ｎ（ｂｉｔ）
となる。画素数ｎが多くなるほど、加算する前と比べて記憶容量を大幅に節約することができる。

また、ここでは、短時間蓄積として蓄積時間１ｍｓに設定しているが、十分に短い時間であれば１ｍｓ以外の設定値でもよい。

＜暗電流ノイズ補正値＞
次に、暗電流ノイズ補正値の測定と記憶処理を説明する。

図７は、測距装置におけるの暗電流ノイズ補正値の測定と記憶動作を説明するためのフローチャートである。

まずステップ７０１では、READ及びCLK0、CLK1パルスをL→Hにすることで、測距センサ１０２で蓄積された各画素に対応した信号を一旦クリアし、また蓄積タイマ１０８の初期化を行う。

ステップ７０２では、蓄積タイマ１０８の計測開始を行い、続くステップ７０３に移る。
ステップ７０３では、CLK0とAFCLKパルスにより、測距センサ１０２で蓄積動作の開始を行う。

ステップ７０４では、蓄積タイマ１０８にて計測した時間が１００ｍｓ以上であるか否かの判定を行う。蓄積時間が１００ｍｓに達していなければ、引き続き蓄積時間の計測を行い、一方、蓄積時間が１００ｍｓに達していれば、ステップ７０５に移る。

ステップ７０５では、制御手段１０９によりSTINTパルスをL→Hにすることで測距センサ１０２での蓄積動作を強制的に停止させる。

ステップ７０６で、蓄積タイマの停止動作を行う。

ステップ７０７では、測距センサ１０２における長時間蓄積で生成したノイズの読み出し動作を行う。蓄積許可信号CSAF0パルスと通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の出力信号AFOUTを、読出しモードに設定した後、CLK0パルスと同期して出力される信号を順次A/D変換する。

ラインセンサ２０１のｉ番目のA/D変換結果をｘa（ｉ）とし、ラインセンサ２０２のｉ番目のA/D変換結果をｘb（ｉ）とし、記憶手段１０６に一時的に記憶する。全ての画素の信号をA/D変換した後、ステップ７０８に移る。

ステップ７０８では、ステップ７０７でA/D変換・記憶したｘa（ｉ），ｘb（ｉ）を、隣接する２画素ごとに加算計算を行い、ステップ７０９に移る。

ここで、加算計算した後のノイズをXa（ｋ），Xｂ（ｋ）とすると、＜式１＞と同じ式で表すことができる。

ステップ７０９では、ステップ７０８で加算したノイズから、暗電流ノイズのみを算出する。

図６は、測距装置における長時間蓄積時の各画素のノイズレベルを示す図である。

図６の（ａ），（ｂ）は測距センサ１０２で得られたノイズである。（ａ）はラインセンサ２０１、（ｂ）はラインセンサ２０２に対応している。ここでの長時間蓄積でのノイズは、暗電流ノイズと固定パターンノイズが加算されている。

図６の（ｃ），（ｄ）は、隣接する２画素の加算ノイズを示しており、（ｃ）はラインセンサ２０１、（ｄ）はラインセンサ２０２に対応している。この加算ノイズには、隣接する2画素分の暗電流成分と固定パターンノイズがそれぞれ加算されており、Xa（ｋ），Xｂ（ｋ）から図４のフローチャートで記憶した固定パターンノイズ補正値FPNa(ｋ)，FPNb(ｋ)を引くことで、暗電流ノイズのみを算出し、ステップ７１０に移る。

ここで、暗電流ノイズ成分をDa（ｋ），Dｂ（ｋ）とすると、
Da（ｋ）＝Xa（k）−FPNa（k）
Db（ｋ）＝Xb（k）−FPNb（k）
となる。

ステップ７１０では、暗電流ノイズの蓄積時間における比例係数を算出し、その比例係数を暗電流ノイズ補正値とする。

ここでは、蓄積時間を１００msに設定してあるので、暗電流ノイズをDa（ｋ），Dｂ（ｋ）を蓄積時間の１００msで割ることで暗電流ノイズ補正値を求め、ステップ７１１に移る。
ここで、暗電流ノイズ補正値をDKa（ｋ），DKｂ（ｋ）とすると、
DKa（ｋ）＝Da（k）／100
DKb（ｋ）＝Db（k）／100
となる。

ステップ７１１では、ステップ７１０で算出した暗電流補正値DKa（ｋ），DKb（ｋ）を記憶手段１０６に記憶し、一連の暗電流ノイズ補正値の測定と記憶動作を終了する。

このように、隣接画素の暗電流成分を加算させた後、補正を記憶することにより画素数ｎが半分になり、固定パターンノイズ補正値と同様に記憶容量を節約することができる。

また、ここでは、長時間蓄積として蓄積時間を１００ｍｓに設定しているが、暗電流ノイズが測定できる十分長い時間であれば、１００ｍｓ以外の設定値でもよい
＜測距装置のノイズ補正＞
つぎに、本発明の第１の実施形態の測距装置におけるノイズ補正及び測距動作を説明する。

図８は、測距装置におけるノイズ補正と測距動作を説明するためのフローチャートである。

まずステップ８０１では、蓄積許可信号CSAF0パルスと通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の出力信号AFOUTを、ピーク出力モードに設定した後、READ及びCLK0、CLK1パルスをL→Hにすることで、測距センサ１０２で蓄積された各画素に対応した信号を一旦クリアし、また蓄積タイマ１０８の初期化を行う。

ステップ８０２では、蓄積タイマ１０８の計測開始を行い、続くステップ８０３に移る。

ステップ８０３では、CLK0とAFCLKパルスにより、測距センサ１０２で蓄積動作の開始を行う。

ステップ８０４では、蓄積停止信号/TINTE信号の状態を判定する。/TINTE信号がLであれば、測距センサ１０２で得られた信号が所定レベルに達しており、蓄積動作が終了していると判定し、ステップ８０７に移る。

一方、/TINTE信号がHであれば、測距センサ１０２で得られた信号が所定レベルに達しておらず、蓄積動作が終了していないと判定し、ステップ８０５に移る。

ステップ８０５では、蓄積タイマ１０８にて計測した時間が１００ｍｓ以上であるか否かの判断を行う。蓄積時間が１００ｍｓに達していなければ、ステップ８０４に戻り、引き続き蓄積動作を行う。一方、蓄積時間が１００ｍｓに達していれば、ステップ８０６に移る。

ステップ８０６では、制御手段１０９よりSTINTパルスをL→Hにすることで測距センサ１０２での蓄積動作を強制的に停止させ、ステップ８０７に移る。

ステップ８０７では、蓄積タイマの停止動作を行う。

ステップ８０８では、出力信号AFOUTから出力されるピーク画素の信号レベルをA/D変換部１０３でA/D変換し、一時的に記憶手段１０６に記憶しておく。

ステップ８０９では、測距センサ１０２の各画素で得られた信号の読み出し動作を行う。蓄積許可信号CSAF0パルスと通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の出力信号AFOUTを、読出しモードに設定した後、CLK0パルスと同期して出力される信号を順次A/D変換する。

ラインセンサ２０１のｉ番目のA/D変換結果をｘa（ｉ）とし、ラインセンサ２０２のｉ番目のA/D変換結果をｘb（ｉ）とし、記憶手段１０６に一時的に記憶する。全ての画素信号をA/D変換した後ステップ８１０に移る。

ステップ８１０では、記憶手段１０６に記憶してあるピーク画素レベルが所定レベル以上であるか否かを判断する。ピークレベルが所定以上であれば、輝度が明るく、測距対象からの信号に対してノイズの影響が少なく、誤測距しないと判断し、ステップ８１３に移る。

一方、ピーク画素レベルが所定以上でなければ、輝度が暗く、測距対象からの信号に対してノイズの影響が大きく、誤測距する可能性があると判断し、ノイズ補正動作を行うためステップ８１１に移る。

ここでは、信号レベルとノイズレベルのS/N比から予め誤測しないS/N比を測定しておき、想定している最大のノイズが発生しても、誤測距しない信号レベルを所定レベルとして設定しておく。

また、この実施形態ではノイズ補正を行うか否かを判定するのにピーク画素の信号レベルを用いているが、この方法に限らなくてもよい。例えば、蓄積時間が所定時間以下であるか否かで、ノイズ補正を行うか否かを判定してもよい。

ステップ８１１では、ステップ８０９でA/D変換した画素数を、記憶しているノイズ補正値の画素数に合わせるため、A/D変換・記憶したｘa（ｉ），ｘb（ｉ）を、隣接する２画素ごとに加算計算を行い、ステップ８１２に移る。

ここで、加算計算した後の結果をXa（ｋ），Xｂ（ｋ）とすると、＜式１＞と同じ式で表すことができる。

ステップ８１２では、記憶手段１０６に記憶してある補正値からノイズを算出し、ステップ８１０で隣接画素信号の加算計算された信号Xa（ｋ），Xｂ（ｋ）に対して算出したノイズを引くことにより補正を行い、ステップ８１３に移る。
ノイズ補正後の信号をX'a（k），X'b（k）とすると、
X'a（k）＝Xa（k）−FPNa(ｋ)−｛DKa(ｋ)×蓄積時間｝
X'b（k）＝Xb（k）−FPNb(ｋ)−｛DKb(ｋ)×蓄積時間｝
となる。

ステップ８１３では、ステップ８０９でA/D変換された画素信号、またはステップ８１１からステップ８１２でノイズ補正を行った信号を基に、公知の位相差演算などの測距演算を行い、測距対象までの距離を算出し、一連の測距動作を終了する。

以上説明したように、各画素で発生する固定パターンノイズや暗電流ノイズを隣接する２画素づつ加算し、補正値として記憶することで、記憶容量を節約することができる。また、輝度が暗く測距センサで得られた信号が小さい場合は、ノイズ測定時と同様に各画素で得られた信号を隣接する２画素づつ加算し、この加算した信号に対して、固定パターンノイズや暗電流ノイズを補正することで誤測距を防ぐことができる。また、隣接画素の信号を加算することで画素感度を上げ精度良く測距することができる。

一方、輝度が明るく測距センサで得られた信号が大きい場合は、固定パターンノイズや暗電流ノイズの影響が少ないのでノイズ補正を行う必要がない。したがって、通常の画素画素数で測距演算することで、画素ピッチが小さくなり、測距対象の微細パターンでも検出可能になり、精度よく測距することができる。

なお、各画素で発生する固定パターンノイズや暗電流ノイズを隣接する２画素づつ加算し、また、各画素で得られた信号を隣接する２画素づつ加算したが、３画素以上の複数の画素について加算してもよい。

（第２の実施形態）
長時間蓄積時のノイズレベルは図１２のように、固定パターンノイズよりも暗電流ノイズが支配的になる。そこで、第１の実施形態のように２画素ごとの固定パターンノイズを加算して記憶するのではなく、測距センサ１０２の画素１番目からｎ番目までの平均値を補正値として記憶する実施方法を第２の実施形態として以下に説明する。

本発明による第２の実施形態の概略構成は、図１と同じなのでここでの説明は省略する。

次に、第２の実施の形態による測距装置の動作過程における固定パターンノイズと暗電流ノイズについてその補正値の測定と記憶処理を説明する。

図９は、測距装置における各画素の固定パターンノイズレベルを示す図である。

図１０は、測距装置における暗電流ノイズ補正値の測定と記憶動作を説明するためのフローチャートである。

固定パターンノイズと暗電流補正値の測定においては、光電変換装置を光を遮断した暗黒条件下におく。これは、ノイズ成分だけを得るためである。

まずは、固定パターンノイズ補正値の測定と記憶処理を図９のフローチャートにより説明する。

ステップ９０１からステップ９０７までは、図４のフローチャートのステップ４０１からステップ４０７に対応し、動作は同じなのでここでの説明は省略する。

ステップ９０８では、ステップ９０７でA/D変換・記憶したｘa（ｉ），ｘb（ｉ）を、それぞれ１からｎ画素までの平均の計算を行い、それぞれの平均値を固定パターンノイズの補正値FPNa，FPNbとし、ステップ９０９に移る。

ステップ９０９では、ステップ９０８で求めたFPNa，FPNbを記憶手段１０６に記憶し、一連の固定パターンノイズ補正値の測定と記憶動作を終了する。

このように、各ラインセンサの画素１番目からｎ番目までの平均値を補正値として記憶することで、各画素ごとの補正値を記憶するよりも、記憶容量を大幅に節約することができる。

次に、暗電流ノイズの測定と記憶処理を図１０のフローチャートにより説明する。

ステップ１００１からすステップ１００８までは、図７のフローチャートのステップ７０１からステップ７０８に対応し、動作は同じなのでここでの説明は省略する。

ステップ１００９では、ステップ１００８で加算したノイズから、暗電流ノイズを算出する。

ノイズには、隣接する2画素分の暗電流ノイズと固定パターンノイズがそれぞれ加算されており、Xa（ｋ），Xｂ（ｋ）から２画素分の固定パターンノイズ補正値FPNa，FPNbをそれぞれ引くことで、暗電流ノイズDa（ｋ），Dｂ（ｋ）を算出し、ステップ１０１０に移る。

ステップ１０１０では、暗電流ノイズの蓄積時間における比例係数を算出し、その比例係数を暗電流ノイズ補正値とする。

ここでは、蓄積時間は１００msに設定してあるので、暗電流ノイズDa（ｋ），Dｂ（ｋ）を蓄積時間の１００msで割ることで暗電流補正値DKa（ｋ），DKb（ｋ）を求め、ステップ１０１１に移る。

ステップ１０１１では、ステップ１０１０で算出した暗電流補正値DKa（ｋ），DKb（ｋ）を記憶手段１０６に記憶し、一連の暗電流ノイズ補正値の測定と記憶動作を終了する。

つぎに、本発明の第２の実施形態の測距装置におけるノイズ補正及び測距動作を説明する。

図１１は、測距装置におけるノイズ補正及び測距動作を説明するためのフローチャートである。

ステップ１１０１からステップ１１０７までは、図８のフローチャートのステップ８０１からステップ８０７に対応し、動作は同じなので説明は省略する。

ステップ１１０８では、測距センサ１０２の各画素で得られた信号の読み出し動作を行う。蓄積許可信号CSAF0パルスと通信用信号MOSI及びSCLKを用いて、測距センサ１０２の出力信号AFOUTを、読出しモードに設定した後、CLK0パルスと同期して出力される信号を順次A/D変換する。

ラインセンサ２０１のｉ番目のA/D変換結果をｘa（ｉ）とし、ラインセンサ２０２のｉ番目のA/D変換結果をｘb（ｉ）とし、記憶手段１０６に一時的に記憶する。全ての画素信号をA/D変換した後ステップ１１０９に移る。

ステップ１１０９では、ステップ１１０７で蓄積タイマ１０８により測定した蓄積時間が所定時間以下であるが否かを判断する。

蓄積時間が所定レベル以下であれば、測距対象からの信号に対してノイズの影響が小さく誤測距しないと判断し、ステップ１１１２に移る。

一方、蓄積時間が所定レベル以下でなければ、測距対象からの信号に対してノイズの影響が大きく誤測距する可能性があると判断し、ノイズ補正動作を行うためステップ１１１０に移る。

この場合、誤測距しないノイズレベルを予め測定し、そのノイズレベルになる蓄積時間を所定時間として設定しておく。

ステップ１１１０では、ステップ１１０８でA/D変換した画素数を、記憶しているノイズ補正値の画素数に合わせるため、A/D変換・記憶したｘa（ｉ），ｘb（ｉ）を、隣接する２画素ごとに加算計算を行い、ステップ１１１１に移る。

ここで、加算計算した後の結果をXa（ｋ），Xｂ（ｋ）とすると、＜式１＞と同じ式で表すことができる。

ステップ１１１１では、記憶手段１０６に記憶してある補正値からノイズを算出し、ステップ１１１０で隣接画素信号の加算計算された信号Xa（ｋ），Xｂ（ｋ）に対して算出したノイズを引くことにより補正行い、ステップ１１１２に移る。

ノイズ補正後の信号をX'a（k），X'b（k）とすると、
X'a（k）＝Xa（k）−FPNa−｛DKa(ｋ)×蓄積時間｝
X'b（k）＝Xb（k）−FPNb−｛DKb(ｋ)×蓄積時間｝
となる。

ステップ１１１２では、ステップ１１０８でA/D変換された画素信号、またはステップ１１１０からステップ１１１１でノイズ補正を行った信号を基に公知の位相差演算などの測距演算を行い、測距対象までの距離を算出し、一連の測距動作を終了する。

以上、説明したように、固定パターンノイズを画素１番目からｎ番目までの平均値を補正値として記憶することで、さらに補正値に使用する記憶容量を節約することが可能になる。

本発明の第１の実施形態における概略構成を示す図 図１の測距センサ内における画素の配列を示す図 図１の測距センサにおける蓄積動作と読み出し動作を示すタイミングチャート 本発明の第１の実施形態の測距装置における固定パターンノイズ補正値の測定と記憶動作を説明するためのフローチャート 本発明の第１の実施形態の測距装置における各画素の固定パターンノイズレベルを示す図 本発明の第１の実施形態の測距装置における長時間蓄積時の各画素のノイズレベルを示す図 本発明の第１の実施形態の測距装置における暗電流ノイズ補正値の測定と記憶動作を説明するためのフローチャート 本発明の第１の実施形態の測距装置におけるノイズ補正と測距動作を説明するためのフローチャート 本発明の第２の実施形態の測距装置における各画素の固定パターンノイズレベルを示す図 本発明の第２の実施形態の測距装置における暗電流ノイズ補正値の測定と記憶動作を説明するためのフローチャート 本発明の第２の実施形態の測距装置におけるノイズ補正と測距動作を説明するためのフローチャート 図２のラインセンサにおける画素１から画素ｎで発生するノイズレベルを示す図

符号の説明

１０１ 受光レンズ
１０２ 測距センサ
１０３ A/D変換部
１０４ 隣接画素信号加算手段
１０５ ノイズ補正手段
１０６ 記憶手段
１０７ 距離算出手段
１０８ 記憶手段
１０９ 制御手段（CPU）
２０１，２０２ ラインセンサ

Claims (8)

1. 複数の画素を含む光電変換手段と、
   前記複数の画素で発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶する記憶手段と、
   前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行うノイズ補正手段とを備えたことを特徴とする光電変換装置。
2. 前記記憶手段に記憶しているノイズ信号は、蓄積時間に依存しない固定パターンノイズと蓄積時間に依存する暗電流ノイズを含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記記憶手段において、複数の画素で発生するノイズ信号のうち、
   蓄積時間に依存しない固定パターンノイズについては、隣接する複数の画素ごとに加算した信号又は複数の画素について平均した信号を、
   及び蓄積時間に依存する暗電流ノイズについては、隣接する複数の画素ごとに加算した信号を、それぞれ記憶していることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
4. 前記ノイズ補正手段は、前記複数の画素から得られた信号の大きさが所定値よりも小さい場合に、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行った信号を出力し、所定値よりも大きい場合に、前記複数の画素から得られた信号自体を出力するように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換装置。
5. 前記ノイズ補正手段は、前記複数の画素での信号蓄積時間が所定時間よりも長い場合に、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行った信号を出力し、所定時間よりも短い場合に、前記複数の画素から得られた信号自体を出力するように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換装置。
6. 光電変換手段が有する複数の画素において発生するノイズ信号を、隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶し、
   前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶しているノイズ信号に基づき補正を行うことを特徴とする光電変換装置のノイズ補正方法。
7. 光電変換手段が有する複数の画素において発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとの加算は、装置の暗黒条件下で行われることを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置のノイズ補正方法。
8. 被写体からの光を受光する複数の画素を含む光電変換手段と、
   前記複数の画素で発生するノイズ信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号を記憶する記憶手段と、
   前記複数の画素から得られた信号を隣接する複数の画素ごとに加算した信号に対して、前記記憶手段に記憶しているノイズ信号に基づき補正を行うノイズ補正手段と、
   前記ノイズ補正手段によって補正された信号に基づいて測距演算を行う測距演算手段とを備えたことを特徴とする測距装置。

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