JP3471957B2

JP3471957B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP3471957B2
Application number: JP04054295A
Authority: JP
Inventors: 全江川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JPH08233571A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象との距離を測
定する測距装置に関し、例えば、カメラのＡＦ機構に適
用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、距離を測定したい測定対象にスポ
ット投光し、その反射光を受光して三角測距を行う測距
装置として、図５に示すものがよく知られている。即
ち、発光ダイオード（ＩＲＥＤ）４１から投光レンズ４
３を介して測定対象４５にスポット投光し、その反射光
を受光レンズ４４を介して位置検出素子（ＰＳＤ）４２
により受光する。ＰＳＤ４２は、その受光位置に応じた
信号Ａ、Ｂを両端子から出力するので、その信号Ａ、Ｂ
を夫々測定することによって、ＰＳＤ４２の受光位置を
検出することができ、測定対象４５までの距離をその受
光位置から知ることができる。

【０００３】図６に、この測距装置の信号処理回路を示
す。

【０００４】ＰＳＤ４２の出力Ａ、Ｂは、夫々、ＡＭＰ
１_A、１_Bにより電流−電圧変換され、更に、キャパシ
タＣ_A、Ｃ_Bにより直流成分が除去される。これによ
り、ＩＲＥＤ４１のオン／オフに対応した点滅信号がＡ
ＭＰ２_A、２_Bに入力され、そこで反転増幅される。Ａ
ＭＰ２_A、２_Bで増幅された点滅信号は、Ｓ／Ｈ信号に
よって制御されるアナログスイッチを介することによ
り、その点滅動作に同期して選択的にＡＭＰ３_A、３_B
に入力される。そして、ＩＮＴ信号によるアナログスイ
ッチの制御によりキャパシタでの積分が開始される。こ
のようにＳ／Ｈ信号によって同期積分することにより、
測定対象からの反射光によって生じるＰＳＤ４２からの
微弱な信号を検出し、ΣＡ、ΣＢを得て測距可能として
いる。

【０００５】しかし、この図５及び図６に示した従来の
測距装置には、次のような問題点があった。即ち、Ｓ／
Ｎ比を考えると、微弱な信号に対してＡＭＰ１_A、１_B
及びＰＳＤ４２の抵抗から発生するノイズが毎回の同期
積分にのるため、信号成分を大きくするには、投光レン
ズ４３、受光レンズ４４等からなる測距ブロックを大き
くしたり、ＩＲＥＤ４１のパワーを大きくする必要があ
り、測距装置の小型化が困難であった。

【０００６】また、測定距離範囲を広くするためにはＰ
ＳＤ４２を長くする必要があるが、ＰＳＤ４２が長くな
ると、得られるＡ、Ｂ信号の距離に対する変化率が小さ
くなり、位置を検出する精度が低下するという問題もあ
った。

【０００７】次に、ＵＳＰ４，５２１，１０６に提案さ
れているＰＳＤの代わりにセンサーアレイを用いた装置
を図７に示す。

【０００８】積分機能を備えたセンサーブロックＳ₁、
Ｓ₂、Ｓ₃、…で構成されたセンサーアレイ６１に並行
して電荷転送手段であるＣＣＤ６２が設けられている。
ＣＣＤ６２は、センサーブロック毎に投光手段のオンと
オフの夫々に対応した電荷を転送するようにセンサーブ
ロックの数の２倍の段数に構成されており、ＣＫ₁、Ｃ
Ｋ₂の２相クロックで駆動される。ＣＣＤ６２により転
送された電荷は、出力段（ＦＤＧ：Floating Diffusion
Gate)６４で電圧信号に変換されて取り出される。ま
た、ＣＣＤ６２は、ＲＳ信号により制御されるＭＯＳゲ
ート６３を介してリセットされる。ＳＨは、シフトゲー
トである。

【０００９】図８に、この図７の装置の動作タイミング
を示す。

【００１０】信号ＩＲＥＤは、投光手段（ＩＲＥＤ）の
オン／オフのタイミングを示し、ハイレベルで投光手段
がオンになる。信号ＳＨは、各センサーブロックＳ₁、
Ｓ₂、Ｓ₃、…からの電荷をＣＣＤ６２に転送するため
のシフトゲートＳＨを駆動するゲート信号で、Ａのタイ
ミングでＳＨを１パルス出して各センサーブロック
Ｓ ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、…内を空にすると同時に、各センサ
ーブロックＳ₁、Ｓ₂、Ｓ ₃、…において、投光オフ時
の外光の蓄積が始まる。一方、図示はしていないが、Ｒ
Ｓ信号によりＭＯＳゲート６３を介してＣＣＤ６２の初
期化が行われる。

【００１１】そして、ＢのタイミングでＣＣＤ６２の初
期化が終り、クロックＣＫ₁、ＣＫ ₂を止め、更に、Ｓ
Ｈを１パルス出して、各センサーブロックＳ₁、Ｓ₂、
Ｓ₃、…から蓄積電荷をＣＣＤ６２のクロックＣＫ₁で
駆動される部分に１つおきに転送する。そして、所定時
間経過後、ＣＫ₁、ＣＫ₂を１パルスずつ出して、ＣＣ
Ｄ６２内の電荷を１段進める。

【００１２】一方、ＢからＣの間、投光がオンになり、
外光と信号光（反射光）が各センサーブロックＳ₁、Ｓ
₂、Ｓ₃、…に蓄積される。そして、Ｃのタイミングで
ＳＨを１パルス出して、各センサーブロックＳ₁、
Ｓ₂、Ｓ₃、…から蓄積電荷をＣＣＤ６２のクロックＣ
Ｋ₁で駆動される部分に１つおきに転送する。

【００１３】このようにして、ＣＣＤ６２により転送さ
れる電荷を出力段（ＦＤＧ）６４で順次読み出して、各
センサーブロックＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、…に蓄積された電
荷量を検出することができる。このような多分割センサ
ーを用いると、ＰＳＤを用いた場合よりも、受光位置を
検出する分解能が向上する。

【００１４】しかしながら、この図７及び図８で説明し
た装置では、ＣＣＤ６２から出力される電荷量は、投光
の１周期分の電荷量であって、同期積分という機能がな
いために、その電荷量が少なく、また、Ｓ／Ｎ比も良く
なかった。即ち、この装置では、分解能以外の測距能力
の向上という点では殆ど効果がなかった。

【００１５】次に、特公平５−２２８４３号公報に提案
されている測距装置を図９に示す。この装置は、図７及
び図８で説明した装置に同期積分機能をデバイス上で構
成したもので、ＣＣＤで構成した周回リングによって順
次センサー出力を積分する。また、投光がオンとオフの
ペアで等価な直流信号成分をそのＣＣＤから排除するい
わゆるスキム（ＳＫＩＭ) 機能を有している。

【００１６】図中、センサーアレイ８１は、Ｎ個のセン
サーブロックからなっており、このセンサーアレイ８１
に蓄積された電荷は、Ｎ個のシフトゲート８２を介し
て、電荷転送手段である２Ｎ段のリニアＣＣＤ８３に送
られる。これらのセンサーアレイ８１、シフトゲート８
２及びリニアＣＣＤ８３は、図７で説明したセンサーア
レイ６１、シフトゲートＳＨ及びＣＣＤ６２と実質的に
同じものである。

【００１７】図７の装置では、リニアＣＣＤであるＣＣ
Ｄ６２から直接出力段（ＦＤＧ）６４に電荷が送られた
が、図９の装置では、リニアＣＣＤ８３は、２Ｎ段のＣ
ＣＤで構成されるリングＣＣＤ８４に接続されている。
このリングＣＣＤ８４は、１周の周期が投光のオン／オ
フの１周期に同期しており、また、ＳＨ信号のタイミン
グが制御されていて、前回のＳＨ信号で各段に転送され
た信号電荷に次のＳＨ信号で各段に転送される信号電荷
が丁度加算されるようになっている。この動作により、
リングＣＣＤ８４は、電荷を転送しながら加算してい
く。

【００１８】ＣＬＲ部８５は、リングＣＣＤ８４及びリ
ニアＣＣＤ８３から電荷を抜き取ってクリアする手段で
あり、デバイスの初期化を行うものである。なお、リン
グＣＣＤ８４による電荷加算時には、このクリア動作は
禁止される。また、８７は、非破壊で電荷量を電圧に変
換して読み出す手段である。

【００１９】ＳＫＩＭ部８６は、リングＣＣＤ８４の各
段が電荷の加算で飽和しないように、投光オフの段の電
荷量即ち外光信号の量が所定値を越えた場合に、投光オ
ンと投光オフのペアのＣＣＤ段から一定量の電荷を排除
し、連続加算動作で信号光による電荷のみが積分されて
いくようにする手段である。

【００２０】以上の動作によって、外光成分に対する信
号成分の増大を達成することができる。しかしながら、
この図９に示す装置は、図８に示すタイミングと実質的
に同じタイミングで動作するものであり、リニアＣＣＤ
８３及びリングＣＣＤ８４の転送クロックが図８のＢか
らＣの間殆ど停止していて、その時間が無駄になってい
る。また、同じタイミングでリニアＣＣＤ８３とリング
ＣＣＤ８４が停止しているため、ＣＣＤ間での暗電流む
らの発生によるＳ／Ｎ比の低下が顕著になるという問題
もあった。更に、この装置では、リニアＣＣＤ８３及び
リングＣＣＤ８４の転送クロックが比較的複雑であると
いう問題もあった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来公
知の測距装置の欠点を克服するために、図１０に示すよ
うな装置が考えられた。

【００２２】この装置は、図９で説明した装置における１．転送クロックが複雑２．暗電流むらの発生３．転送クロックが停止している期間が有効に使われて
いない等の欠点を解消したものであり、更に、各センサーブロ
ックからの信号電荷量を制御する電子シャッター機能
（ＩＣＧ）を備えている。

【００２３】センサーアレイ９１は、複数のセンサーブ
ロックＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、…で構成されており、各セン
サーブロックＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、…で発生した信号電荷
が積分部９２で積分される。なお、本例では、センサー
アレイ９１と積分部９２とを別に示しているが、これら
は、図７及び図９で説明したセンサーアレイ６１及びセ
ンサーアレイ８１と実質的に同じものである。

【００２４】ＩＣＧ信号によって駆動されるクリア部９
３は、いわゆる電子シャッターであり、積分部９２から
一定量の電荷を抜き取って積分部９２のオーバーフロー
を防止する機能と、積分部９２の電荷を全て抜き取って
積分部９２を初期化する機能を有する。

【００２５】各積分部９２で積分された信号電荷は、Ｓ
Ｔ信号のタイミングで蓄積部９４に転送され、蓄積部９
４で一時的に蓄積保持される。そして、蓄積部９４に保
持された電荷は、シフトゲート９５により、ＳＨ信号の
タイミングで、リニアＣＣＤ９６に転送される。リニア
ＣＣＤ９６は、図９で説明したリニアＣＣＤ８３と同じ
もので、図外のリングＣＣＤに接続している。

【００２６】図１１に、この図１０の装置の動作タイミ
ングを示す。

【００２７】信号ＩＲＥＤは、投光手段（ＩＲＥＤ）の
オンとオフを示しており、ハイレベルがオン状態であ
る。この投光手段のオンとオフのタイミングに対応して
ＩＣＧパルスが供給され、各積分部９２がクリア（初期
化）される。そして、そのＩＣＧパルスから次のＳＴパ
ルスまでの期間に各センサーブロックＳ₁、Ｓ₂、
Ｓ₃、…で発生した信号電荷のみが各積分部９２で積分
されて、各蓄積部９４に転送される。なお、ＩＣＧパル
スのタイミングは、測定対象の輝度に応じて前後し、輝
度が高くなるに従ってＳＴパルスのタイミングに近づ
く。

【００２８】図９の装置で説明したように、本装置で
も、投光手段（ＩＲＥＤ）のオンとオフの１周期は、不
図示のリングＣＣＤの１周期に同期している。そして、
ＩＲＥＤがオフの期間に積分された信号電荷は、ＳＴパ
ルスａによって各蓄積部９４に転送される。これは外光
による信号電荷であり、ＳＨパルスｂによって、クロッ
クＣＫ₁で駆動される部分のリニアＣＣＤ９６に転送さ
れる。同時に各蓄積部９４は空になる。

【００２９】次に、ＩＲＥＤがオンの期間に積分された
信号電荷は、ＳＴパルスｃによって、空になった各蓄積
部９４に転送される。これは外光＋信号光による信号電
荷である。そして、その電荷は、ＳＨパルスｂからクロ
ックＣＫ₁で１クロック遅れたタイミングで発生するＳ
Ｈパルスｄにより、ＩＲＥＤがオフの時と交互位置のリ
ニアＣＣＤ９６に転送される。

【００３０】このようにしてリニアＣＣＤ９６により交
互に転送されるＩＲＥＤがオフとオンの信号電荷は、図
９の装置の場合と同様に、不図示のリングＣＣＤに転送
され、そのリングを周回することによって加算されてい
く。

【００３１】この装置によれば、電荷転送手段であるリ
ニアＣＣＤ９６及び不図示のリングＣＣＤを駆動するク
ロックに停止期間が必要なくなるので、転送クロックが
簡単になるとともに、クロックの停止期間の無駄もなく
なる。また、クロックの停止期間がないので、リングＣ
ＣＤ及びリニアＣＣＤでの暗電流が平均化されて暗電流
むらがなくなる。

【００３２】しかしながら、この図１０の装置では、Ｉ
ＲＥＤがオフの信号とオンの信号のリニアＣＣＤ９６へ
の転送をクロックＣＫ₁の連続した２クロックに同期さ
せて行わなければならないために、クロックＳＴとクロ
ックＳＨの発生タイミングの制御が比較的難しかった。

【００３３】また、この図１０の装置では、次のような
問題も発生した。即ち、ＳＴパルスで制御される蓄積部
９４において発生する暗電流の殆どがＩＲＥＤオフの信
号にのってしまう。そして、このＩＲＥＤオンとオフの
信号における暗電流のアンバランスが、リングＣＣＤで
加算されて増幅されてしまう。最悪の場合、本来、オフ
信号＜オン信号であるはずなのに、それが逆転してしま
う可能性があり、逆転してしまうと、図９で説明したス
キム部が正常に動作しなくなるばかりか、測定そのもの
が不可能になってしまう。

【００３４】この問題は、１周期の投光のみで測定を行
うのであれば、それ程深刻ではないが、例えば、遠距離
低反射率の測定対象を考えると、反射光の検出レベルが
非常に小さいために、リングＣＣＤによる加算処理が不
可欠であり、問題は深刻になる。

【００３５】そこで、本発明の目的は、センサーアレイ
と電荷転送手段との間に電荷を一時的に保持する蓄積部
を設けた場合でも、クロックの発生タイミングの制御が
比較的簡単で且つ投光オンとオフとでその蓄積部におけ
る暗電流のアンバランスが生じないようにした測距装置
を提供することである。

【００３６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、距離を測定したい測定対象にスポ
ット投光し、その反射光を受光して三角測距を行う測距
装置であって、前記測定対象に投光するための投光手段
と、前記測定対象からの反射光を受光して光電変換する
複数のセンサーが配列されたセンサーアレイと、前記セ
ンサーアレイの各センサーからの出力電荷を積分する積
分手段と、前記積分手段で積分された電荷を転送する少
なくとも一部がリング状に結合された電荷転送手段とを
備える測距装置において、前記積分手段の各々と前記電
荷転送手段との間に並列に配置され、前記積分手段から
前記電荷転送手段へ転送される電荷を一時的に保持する
各一対の電荷蓄積手段を更に備え、前記一対の電荷蓄積
手段のうち第１の電荷蓄積手段が、前記投光手段の投光
時に前記センサーアレイから前記積分手段を介して得ら
れた電荷を保持し、第２の電荷蓄積手段が、前記投光手
段の非投光時に前記センサーアレイから前記積分手段を
介して得られた電荷を保持することを特徴とする。

【００３７】

【００３８】本発明の一態様では、前記電荷転送手段で
転送されている電荷から一定量の電荷を除去するスキム
手段を更に備える。

【００３９】本発明の一態様では、Ｎ個のセンサーから
なる前記センサーアレイに対してＮ対の前記電荷蓄積手
段が設けられ、前記電荷転送手段が、Ｎ対の前記電荷蓄
積手段から電荷を受け取るための少なくとも２Ｎ段の転
送段を有する第１の電荷転送部と、前記第１の電荷転送
部と同数の転送段がリング状に結合された第２の電荷転
送部とで構成される。

【００４０】本発明の一態様では、前記積分手段から電
荷を抜き取るためのゲート手段を更に備える。

【００４１】

【作用】本発明においては、センサーアレイから積分部
を介して送られてくる電荷を電荷転送手段に転送する前
に一時的に保持して、電荷転送手段への電荷の転送を所
定時間遅延させる電荷蓄積手段を各一対設けているの
で、投光手段の投光時に得られた電荷を一方の電荷蓄積
手段に保持させ、投光手段の非投光時に得られた電荷を
他方の電荷蓄積手段に保持させるように構成することが
でき、その結果、各電荷蓄積手段から電荷転送手段へ電
荷を転送するタイミングの制御が比較的簡単化するとと
もに、投光のオンとオフとでの電荷蓄積手段における暗
電流のアンバランスを低減することができる。また、電
荷蓄積手段を設けたことで、電荷転送手段への電荷の転
送時に、電荷転送手段を駆動するクロックを停止する必
要がなくなる。

【００４２】また、スキム手段を設けることにより、電
荷転送手段で電荷が飽和することを防止することができ
る。

【００４３】また、Ｎ個のセンサーに対して、Ｎ対の電
荷蓄積手段、少なくとも２Ｎ段の第１の電荷転送部及び
第１の電荷転送部と同じ段数の第２の電荷転送部を夫々
設けることにより、第１の電荷転送部及び第２の電荷転
送部で投光のオフとオンの信号を交互に転送することが
できるとともに、第２の電荷転送部で投光の１周期毎に
電荷を加算処理することができ、更に、第１の電荷転送
部と第２の電荷転送部を簡単な構成の同じクロックで駆
動することができる。

【００４４】また、積分手段から電荷を抜き取るための
ゲート手段を設けることにより、積分手段のオーバーフ
ローを防止することができる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例につき図１〜図４を参
照して説明する。

【００４６】図１に、本発明の一実施例による測距装置
の要部の構成を示す。

【００４７】センサーアレイ１１はセンサーブロックＳ
₁〜Ｓ₅からなり、各センサーブロックＳ₁〜Ｓ₅で光
電変換された信号電荷は積分部１２で積分される。な
お、センサーアレイ１１は、本実施例の５画素に限定さ
れるものではなく、一般に、Ｎ画素（Ｎ：自然数）であ
ってよい。各積分部１２には、ＩＣＧパルスで駆動され
るクリア部１３が設けられている。

【００４８】本実施例では、図示の如く、ＣＣＤで構成
された第１の蓄積部１５と第２の蓄積部１４がセンサー
アレイ１１に並行して交互に配列されており、各積分部
１２に各一対の蓄積部１４、１５が対応している。そし
て、各積分部１２で積分された電荷は、パルスＳＴ₁、
ＳＴ₂により、それら一対の蓄積部１４、１５に交互に
転送される。

【００４９】一対の蓄積部１４、１５の出力端は、ＳＨ
パルスで駆動されるシフト部１６を介して、電荷転送手
段の第１の電荷転送部であるリニアＣＣＤ１７に接続し
ている。また、リニアＣＣＤ１７は、電荷転送手段の第
２の電荷転送部であるリングＣＣＤ１８に結合してい
る。これらのリニアＣＣＤ１７及びリングＣＣＤ１８
は、各段が、２相クロックＣＫ₁、ＣＫ₂で駆動される
２相ＣＣＤで構成されている。なお、各段は、３相ＣＣ
Ｄ、４相ＣＣＤ等で構成されてもよい。また、リニアＣ
ＣＤ１７は、ＣＣＤ１_A〜１２_Aで示される１２段、リ
ングＣＣＤ１８は、ＣＣＤ１_B〜１２_Bで示される１２
段に夫々構成されている。なお、センサーアレイ１１が
Ｎ画素の場合には、リニアＣＣＤ１７及びリングＣＣＤ
１８はいずれも（２Ｎ＋２）段になる。

【００５０】次に、図２及び図４を参照して、センサー
アレイ１１からリニアＣＣＤ１７への電荷の転送動作を
説明する。

【００５１】センサーアレイ１１の各センサーブロック
Ｓ₁〜Ｓ₅で光電変換されて生成された信号電荷は、各
々の積分部１２に転送されて積分されるが、それに先立
って、図２に示すように、ＩＣＧパルスにより各積分部
１２の電荷がクリアされ、各積分部１２が初期化される
（図４の太線矢印）。

【００５２】不図示の発光ダイオード（ＩＲＥＤ）の投
光オンの期間にセンサーアレイ１１の各センサーブロッ
クＳ₁〜Ｓ₅から各積分部１２に送られて積分された電
荷は、ＳＴ₁パルスによって第１の蓄積部１５に転送さ
れる（図４の細線矢印）。次に、ＩＲＥＤの投光オフの
期間にセンサーアレイ１１の各センサーブロックＳ₁〜
Ｓ₅から各積分部１２に送られて積分された電荷は、Ｓ
Ｔ₂パルスによって第２の蓄積部１４に転送される（図
４の波線矢印）。従って、ＩＣＧパルスによる各積分部
１２のクリアからパルスＳＴ₁、ＳＴ₂による転送まで
の期間ｔ₁、ｔ ₂が積分時間になる。即ち、積分部１２
に設けられたクリア部１３は、ＩＣＧパルスの発生タイ
ミングによって各積分部１２での積分時間を制御する電
子シャッターとしての機能も有する。例えば、ＩＣＧパ
ルスのタイミングを、測定対象の輝度に応じて前後さ
せ、輝度が高くなるに従ってＳＴパルスのタイミングに
近づけて、積分時間を短くすることができる。

【００５３】ＳＴ₁パルスによって第１の蓄積部１５に
転送された投光オン時の外光＋信号光による電荷及びＳ
Ｔ₂パルスによって第２の蓄積部１４に転送された投光
オフ時の外光のみによる電荷は、ＳＨパルスによってリ
ニアＣＣＤ１７のＣＣＤ３_A〜１２_Aに夫々転送され
る。これにより、例えば、ＣＣＤ３_Aには、センサーブ
ロックＳ₁で投光オフ時に発生した電荷が転送され、Ｃ
ＣＤ４_Aには、センサーブロックＳ₁で投光オン時に発
生した電荷が転送され、ＣＣＤ５_Aには、センサーブロ
ックＳ₂で投光オフ時に発生した電荷が転送され、…と
いうように、リニアＣＣＤ１７のＣＣＤ３_A〜１２
_Aに、投光オフ時の電荷と投光オン時の電荷とが交互に
転送され、クロックＣＫ₁、ＣＫ₂によりリニアＣＣＤ
１７内を転送されていく。

【００５４】この時、本実施例では、投光オフ時の電荷
と投光オン時の電荷を別の蓄積部１４、１５を介して転
送するようにしているので、図１０で説明した装置と比
較して、投光オンとオフとでの蓄積部における暗電流の
アンバランスを低減することができる。また、投光オフ
時と投光オン時の電荷を蓄積部１４、１５で夫々所定時
間遅延させて並行的に且つ同時にリニアＣＣＤ１７に転
送するので、リニアＣＣＤ１７を駆動するクロックＣＫ
₁、ＣＫ₂に停止期間を設ける必要がなくなるととも
に、リニアＣＣＤ１７への転送をクロックＣＫ₁の１ク
ロックに同期させて行えばよいため（図１０の装置では
２クロック必要）、パルスＳＴ₁、ＳＴ₂のタイミング
を設計する上で、自由度が大きい。また、ＳＴ₁パルス
とＳＴ₂パルスをＩＲＥＤ信号の高低に応じて発生させ
るようにすると、投光のオンとオフを逆転した場合で
も、リニアＣＣＤ１７内において、１つのセンサーブロ
ックで発生した電荷のペアが常にオフ→オンの順番で転
送されるようにすることができる。

【００５５】図１において、リニアＣＣＤ１７のうちＣ
ＣＤ１_A、２_Aは、リニアＣＣＤ１７とリングＣＣＤ１
８との結合レイアウト上追加されたＣＣＤであるが、空
ＣＣＤとしてオフセット調整用に用いることができる。
具体的に説明すると、リングＣＣＤ１８において、電荷
は、１２_B→１１_B→１０_B→…→２_B→１_B→１２ _B
と周回するが、第２の蓄積部１４又は第１の蓄積部１５
からリニアＣＣＤ１７に電荷を転送するためのＳＨパル
スはこのリングＣＣＤ１８の１周の周期に同期してい
る。即ち、図２に示すように、リングＣＣＤ１８内で電
荷を転送するためのクロックＣＫ₁（ＣＫ₂も同じ。）
の１２クロック毎にＳＨパルスが発生する。一方、投光
のオン／オフ及びそれに同期したパルスＳＴ₁、ＳＴ₂
は全てＳＨパルスに同期しており、これにより、投光の
オン時及びオフ時に夫々各センサーブロックＳ₁〜Ｓ₅
で発生した信号電荷が、リングＣＣＤ１８内を周回する
毎に加算されていく。この時、リニアＣＣＤ１７の段数
も１２段とすることにより、このリニアＣＣＤ１７をリ
ングＣＣＤ１８と同じクロックＣＫ₁、ＣＫ₂で駆動す
ることができる。即ち、リニアＣＣＤ１７のうち、一対
の蓄積部１４、１５から電荷を受け取るための１０段の
ＣＣＤ３_A〜１２_AにＣＣＤ１_A、２_Aを加えて１２段
とすることにより、ＣＣＤ１_A、２_Aが、リニアＣＣＤ
１７とリングＣＣＤ１８とのオフセット調整用として機
能する。

【００５６】リングＣＣＤ１８のうちＣＣＤ９_Bのゲー
トはフローティングゲートになっていて、出力部２０に
接続されている。出力部２０では、ＣＣＤ９_Bにある電
荷量を電圧に変換してアンプ１０１からＯＳ信号として
出力する。また、ＲＤはリセット電位であり、パルスＲ
Ｓ₁で駆動されるＭＯＳゲートを介してＣＣＤ９_Bのフ
ローティングゲートがリセットされる。

【００５７】リングＣＣＤ１８のＣＣＤ１_Bに設けられ
ているＣＣＤＣＬＲ端子は、ＣＣＤＣＬＲパルスにより
ＣＣＤ１_Bの電荷をクリアするためのもので、デバイス
の初期化時に、この部分で、リニアＣＣＤ１７及びリン
グＣＣＤ１８の電荷をクリアする（図３参照）。

【００５８】次に、リングＣＣＤ１８に設けられたスキ
ム部１９の構成を説明する。リングＣＣＤ１８のＣＣＤ
５_BとＣＣＤ４_Bは夫々スキム用素子ＳＫ₁、ＳＫ₂に
構成されている。即ち、第１のスキム用素子ＳＫ₁に
は、一定量の電荷のみを溜めるポテンシャル井戸が構成
されており、前段のＣＣＤ６_Bから転送されてきた電荷
量が井戸の容量を越えている場合には、溢れた電荷が素
子ＤＣ₁に流れ込むようになっている。そして、ＣＣＤ
６_Bからの電荷が第１のスキム用素子ＳＫ₁と素子ＤＣ
₁に振り分けられた後、それらの電荷は、ＣＫ₂パルス
によって、第２のスキム用素子ＳＫ₂と素子ＤＣ₂に夫
々転送される。第２のスキム用素子ＳＫ₂には、第１の
スキム用素子ＳＫ₁よりも小さな容量のポテンシャル井
戸が構成されていて、そこで溢れた電荷が素子ＤＣ₂に
流れ込み、素子ＤＣ₁から転送されてきた電荷に加算さ
れるようになっている。

【００５９】このスキム部１９に設けられたアンプ１０
２は、上述した出力部２０のアンプ１０１と同様に構成
されており、素子ＤＣ₂からスキム部１９の出力段のＣ
ＣＤに転送された電荷量を電圧に変換してＳＫＯＳ信号
として出力する。また、スキム部１９の出力段のＣＣＤ
のフローティングゲートはリセット信号ＲＳ₂によりＲ
Ｄレベルにリセットされる。そして、アンプ１０２の出
力ＳＫＯＳを見ることにより、スキム用素子ＳＫ₁、Ｓ
Ｋ₂で電荷が溢れたかどうかを判別することができ、電
荷が溢れた場合には、ＳＫＣＬＲパルスによって、第２
のスキム用素子ＳＫ₂から次段のＣＣＤ３_Bに転送され
た電荷がクリアされる。更に、素子ＤＣ ₂にある溢れ分
の電荷がＣＣＤ２_Bに転送されて、リングＣＣＤ１８を
周回する。一方、スキム用素子ＳＫ₁、ＳＫ₂で電荷が
溢れなかった場合には、ＳＫＣＬＲパルスは形成され
ず、第２のスキム用素子ＳＫ₂にある電荷がリングＣＣ
Ｄ１８を周回する。

【００６０】このスキム動作を図３を参照してより詳細
に説明する。

【００６１】ここで、投光のオンとオフに対応する電荷
は、オフに対応するものが先にリングＣＣＤ１８を周回
しており、まず、オフの部分でＳＫＯＳ出力を見て、Ｓ
ＫＣＬＲパルスを出力するか否かを判定する。そして、
そのオフの部分でＳＫＯＳ出力があれば、ＳＫＣＬＲパ
ルスを出して、第２のスキム用素子ＳＫ₂からＣＣＤ３
_Bに転送された電荷をクリアする。一方、投光のオンに
対応する電荷は、その前のオフの部分で電荷をクリアす
る判定があった場合にのみ、同様のクリア処理を行う。
これにより、投光のオフとオンのペアで常に同じ量の電
荷がクリアされることになる。即ち、転送されている信
号から除かれるのは外光成分に相当する部分であり、信
号光の部分はそのままリングＣＣＤ１８を周回して積分
されていく。よって、最後にそれらオフ／オンのペアの
電荷出力の差分を求めれば、信号光を検出することがで
きる。なお、上述した第１のスキム用素子ＳＫ₁である
ＣＣＤ５_BからＣＣＤ２_Bまでがスキム部１９を構成す
る。

【００６２】図３のＲＳ₁パルスとＯＳ出力には、夫
々、通常と差分の２つが示されているが、これは、出力
部２０のＲＳ₁パルスを出力するタイミングによって、
各ＣＣＤの絶対値を出力する場合と、上述した投光オフ
／オンのペアの差分を出力する場合とを夫々示してい
る。即ち、前者の場合には、出力段であるＣＣＤ９_Bに
電荷が無い時にＲＳ₁パルスを出してリセットすること
により、転送されてくる電荷の絶対値が順次出力され
る。一方、後者の場合には、ＣＣＤ９_Bに投光オフ時の
電荷がある時にＲＳ₁パルスを出してリセットすること
により、投光オン時の電荷が転送されてきた時に、それ
から投光オフ時の電荷分を差し引いた差分信号が出力さ
れる。

【００６３】以上に説明した本発明の一実施例による測
距装置では、デバイス上にリングＣＣＤ１８を構成し、
このリングＣＣＤ１８を周回させることで、電荷の加算
を行うことができるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることが
できる。また、リングＣＣＤ１８から外光成分を除去す
るスキム部１９を設けたので、電荷の加算によってリン
グＣＣＤ１８が飽和することを防止できるとともに、Ｓ
／Ｎ比を更に向上させることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、センサーアレイから積
分部を介して送られてくる電荷を電荷転送手段に転送す
る前に電荷蓄積手段に一時的に保持させて、電荷転送手
段への電荷転送のタイミングを調整するようにした場合
でも、電荷転送手段への電荷転送のタイミングを決定す
るクロックの制御を比較的簡単にできるとともに、投光
のオンとオフとでの電荷蓄積手段における暗電流のアン
バランスを低減することができる。

【００６５】また、スキム手段を設けることにより、電
荷転送手段で電荷が飽和することを防止することができ
る。

【００６６】また、Ｎ個のセンサーに対して、Ｎ対の電
荷蓄積手段、少なくとも２Ｎ段の第１の電荷転送部及び
第１の電荷転送部と同じ段数の第２の電荷転送部を夫々
設けることにより、第１の電荷転送部及び第２の電荷転
送部で投光のオフとオンの信号を交互に転送することが
できるとともに、第２の電荷転送部で投光の１周期毎に
電荷を加算処理することができ、更に、第１の電荷転送
部と第２の電荷転送部を簡単な構成の同じクロックで駆
動することができる。

【００６７】また、積分手段から電荷を抜き取るための
ゲート手段を設けることにより、積分手段のオーバーフ
ローを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による測距装置の要部を示す
概略図である。

【図２】図１の装置において、各センサーブロックから
リニアＣＣＤへ電荷を転送する時の各部の動作タイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図３】図１の装置のリングＣＣＤの各部の動作タイミ
ングを示すタイミングチャートである。

【図４】図１の装置の積分部及び蓄積部の動作を示す概
略図である。

【図５】従来の測距装置の測定の原理を示す概略図であ
る。

【図６】図５の装置の信号処理回路を示す回路図であ
る。

【図７】従来の別の測距装置の要部を示す概略図であ
る。

【図８】図７の装置の動作タイミングを示すタイミング
チャートである。

【図９】従来の更に別の測距装置の要部を示す概略図で
ある。

【図１０】図９の装置を改良した装置の要部を示す概略
図である。

【図１１】図１０の装置の動作タイミングを示すタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

１１センサーアレイ１２積分部１３クリア部１４第２の蓄積部１５第１の蓄積部１６シフト部１７リニアＣＣＤ１８リングＣＣＤ１９スキム部２０出力部Ｓ₁〜Ｓ₅ センサーブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−58309（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−100010（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−100011（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−105270（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−48199（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−169569（ＪＰ，Ａ) 特開平４−330852（ＪＰ，Ａ) 特開平７−146138（ＪＰ，Ａ) 特開平７−146139（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 102 G02B 7/28 - 7/40 G03B 13/32 - 13/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】距離を測定したい測定対象にスポット投
光し、その反射光を受光して三角測距を行う測距装置で
あって、前記測定対象に投光するための投光手段と、前
記測定対象からの反射光を受光して光電変換する複数の
センサーが配列されたセンサーアレイと、前記センサー
アレイの各センサーからの出力電荷を積分する積分手段
と、前記積分手段で積分された電荷を転送する少なくと
も一部がリング状に結合された電荷転送手段とを備える
測距装置において、前記積分手段の各々と前記電荷転送手段との間に並列に
配置され、前記積分手段から前記電荷転送手段へ転送さ
れる電荷を一時的に保持する各一対の電荷蓄積手段を更
に備え、前記一対の電荷蓄積手段のうち第１の電荷蓄積手段が、
前記投光手段の投光時に前記センサーアレイから前記積
分手段を介して得られた電荷を保持し、第２の電荷蓄積
手段が、前記投光手段の非投光時に前記センサーアレイ
から前記積分手段を介して得られた電荷を保持すること
を特徴とする測距装置。
【請求項２】前記電荷転送手段で転送されている電荷
から一定量の電荷を除去するスキム手段を更に備えるこ
とを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】Ｎ個のセンサーからなる前記センサーア
レイに対してＮ対の前記電荷蓄積手段が設けられ、前記
電荷転送手段が、Ｎ対の前記電荷蓄積手段から電荷を受
け取るための少なくとも２Ｎ段の転送段を有する第１の
電荷転送部と、前記第１の電荷転送部と同数の転送段が
リング状に結合された第２の電荷転送部とで構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項４】前記積分手段から電荷を抜き取るための
ゲート手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１項に記載の測距装置。