JP3744294B2 - ホトセンサｉｃ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラの距離計測などに使用されるホトセンサＩＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は外光三角測距方法による距離計測の原理図、図６は本発明および従来技術に関わるホトセンサＩＣを用いた距離計測システム構成図、図７は従来技術によるホトセンサＩＣのブロック構成図、図８は本発明および従来技術による光信号を積分し該画素単位の映像画素信号を増幅・検出する回路構成図である。
【０００３】
図５において、レンズ12A,12B により、被写体13の被写体像13A,13B はセンサアレイ11L,11R 上に結像される。ここで、三角形(14aと15a)、(14bと15b)はそれぞれ相似形であることから、被写体13までの距離ｄは (1)式で求めることができる。即ち、
【０００４】
【数１】
ｄ＝Ｂ・fe／(x1+x2) ＝Ｂ・fe／ｘ・・・・・(1)
ここで、Ｂ, feは構造寸法とレンズの焦点距離で定まる定数であるので、ｘを検出できれば被写体13までの距離ｄを求めることができる。またｘは、被写体13が無限遠にあるとき、即ち２つの被写体像13A,13B がレンズ12A,12B の光軸とセンサアレイ11L,11R の交点にある場合を基準とする２被写体像13A,13B の相対変位である。
【０００５】
この相対変位ｘ＝(x1+x2) は、被写体13からの入射光を１対のセンサアレイ11L,11R で受光し、例えば、図８の(C) に図示される様な、左センサアレイ11L のセンサポジションに対するセンサ出力と、右センサアレイ11R のセンサポジションに対するセンサ出力との映像信号を検出し，この映像信号を情報処理部６で処理し、両映像信号のセンサポジションの相関ズレを演算して相対変位ｘを求め、被写体13までの距離ｄを求めることができる。
【０００６】
(1) 式から分かる様に、被写体13までの距離ｄの検出精度は、相対変位ｘの検出精度に依存し、この検出精度は対に構成されるセンサアレイ11L,11R のセンサポジションの分解能に依存する。即ち、センサアレイ11L,11R 上に配置され被写体13からの入射光を画素単位で受光する複数のホトダイオードは高密度に配置される。そして、被写体像13A,13B のコントラストの変化など両映像信号のセンサポジションの相関ズレを演算するのに特徴ある箇所の映像画素信号を高密度に, 適切な検出時間で検出し、情報処理部６に伝送する。この様な情報処理は、近年、複数の受光素子（例えばホトダイオード）の適切な領域を順次サンプリングして映像画素信号に変換し、この映像画素信号を情報処理部６に伝送し、被写体像13A,13B に復元して必要な情報処理を行うことができる。図６はかかるシステム構成を説明するものであり図７を併用して以下説明する。
【０００７】
図６の(A) および図７において、ホトセンサＩＣ５は、マイコンなどの情報処理部６からのリセット信号Reset を受けて、ホトセンサＩＣ５のセンサアレイ11L,11R が受信する光信号を処理して映像画素信号Sensor data に変換するための初期化処理を行い、リセット信号Reset 解除により、ホトダイオードが受光した光信号を増幅回路21で増幅し, 図８に図示される積分動作を備えるサンプルアンドホールド回路22（以下、Ｓ＆Ｈで表示する）で積分し, 積分終了回路34からの積分動作終了信号34a によりＳ＆Ｈ22をホールドモードにし、このときのセンサアレイ11L,11R が受光し選択された単位画素光信号が映像画素信号22L,22R に変換され、２組の増幅器26を介してSensor data として出力される。
【０００８】
また、センサアレイ11L,11R が受光し選択された単位画素光信号は、ピーク検出回路23からピーク光信号23L,23R を出力し、このピーク光信号23L,23R により自動積分終了検出回路35は割り込み信号35a を積分終了回路34に割り込ませ、Ｓ＆Ｈ22の積分動作を早く停止させることができる。この動作により、ホトセンサＩＣ５が被写体13から受光する入射光の強度がかなり暗い入射光から逆光線などの強烈な入射光などの光強度のダイナミックレンジの広い範囲にわたって距離計測を可能とすることができる。
【０００９】
そして、割り込み信号35a を含めた積分動作終了信号34b は END信号として情報処理部６に伝送される。情報処理部６は、この END信号を受信して映像画素信号Sensor data を読み取り、次にリセット信号Reset と信号R/W-C を送信する。ホトセンサＩＣ５は、センサアレイ11L,11R が受信している光信号を次に処理する隣接ホトダイオード切り換え、次の単位画素信号を処理して映像画素信号Sensor data に変換するための初期化処理を行う。以下、リセット信号Reset 解除を受信することにより、上述の様な信号処理をして映像画素信号Sensor data に変換し、情報処理部６に伝送する。そして情報処理部６は、この一連の映像画素信号Sensor data を受信後、被写体像13A,13B の両映像信号のセンサポジションの相関ズレを演算して相対変位ｘを求め、被写体13までの距離ｄを求めることができる。
【００１０】
図６の(A) は上述の様に、ホトセンサＩＣ５と情報処理部６との交信状態を示し、図６の(B) はリセット信号Reset 解除後、単位画素信号が処理され映像画素信号Sensor data に変換されるまでの期間、即ち、積分動作中および積分動作終了時点を END信号で情報処理部６の送信する波形を図示したものである。
図８は、本発明および従来技術に用いられるＳ＆Ｈ22の一実施例を示す。図８の(A) は、センサアレイ11の内, 単位画素信号として変換される選択されたホトダイオードの光信号が増幅器21に接続されて増幅される。この増幅された光信号は、アナログスイッチ221 と容量222 を介して演算増幅器223 の負入力端子に接続され、演算増幅器223 の正入力端子は基準電圧Vrefに接続され、演算増幅器223 の出力端子は積分容量224 を介して負入力端子に接続されて積分器を構成し、この積分容量224 に並列にアナログスイッチ225 が接続されてサンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）22が構成される。
【００１１】
かかる構成において、リセット信号Reset(31a)によりアナログスイッチ225 が導通モードになりＳ＆Ｈ回路22の積分器が出力Vrefにリセットされる。次にリセット信号Reset(31a)が解除されることによりアナログスイッチ225 が非導通モードに変わり、左右センサアレイ11L/R から選択されたホトダイオードの単位画素光信号強度に応じて積分動作を行う。そして、積分終了回路34からの積分動作終了信号34a によりアナログスイッチ221 を非導通モードに切り換えてＳ＆Ｈ回路22をホールドモードにすることができる。この保持されたＳ＆Ｈ回路22の積分出力22L/R は映像画素信号Sensor data としてアナログ値データが出力される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この様に、従来技術によるホトセンサＩＣは、被写体からの入射光を対をなすセンサアレイで受光し, ホトセンサＩＣが受光した光信号を各画素単位で映像画素信号に変換し，この映像画素信号を情報処理部に伝送し, 情報処理部は伝送された一連の映像画素信号に基づいて被写体13の被写体像13A,13B がセンサアレイ11L,11R 上に結像する両映像信号のセンサポジションの位置ズレを演算して相対変位ｘを求め、被写体13までの距離ｄを求めることができる。
【００１３】
ここで、情報処理部は、ホトセンサＩＣが選択されたホトダイオードが受光した単位画素光信号を積分処理して映像画素信号に変換し、この映像画素信号に変換し、この変換が終了したことを通知する END信号を受信することにより、リクエスト信号を発し、ホトセンサＩＣに次の単位画素光信号の信号処理を行わさせ、必要とする一連の映像画素信号を受信して被写体像13A,13B の相対変位ｘを求め、被写体13までの距離を計測する。
【００１４】
しかし、実際上は、一方では、ホトセンサＩＣが単位画素光信号を積分処理し一定量積分が終了後 END信号を送信する映像画素信号検出手段が行う制御回路に動作遅延を有し、また他方、ホトセンサＩＣがセンサアレイ上で受光する入射光強度のダイナミックレンジは極めて広く、特に、例えば被写体像が非常に明るい場合に、リセット信号が解除され積分動作が開始直後に積分動作を終了させて END信号を送信することがある。この様な場合、映像画素信号検出手段の制御回路が有する動作遅延特性により、 END信号の送信が追従できないときがあり、情報処理部は、ホトセンサＩＣからの END信号を検出できないと言う問題が生ずることがある。この結果、距離計測に支障をきたす恐れがある。
【００１５】
本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、その目的は前記した課題を解決して、ホトセンサＩＣのセンサアレイが非常に強い入射光を受光しても情報処理部に積分動作の終了を通知できるに充分なるパルス幅を有する END信号が送信できるホトセンサＩＣを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、被写体からの入射光を画素単位で受光する複数の受光素子からなる対をなすセンサアレイと、この受光素子で受光する光信号を順次映像画素信号に変換しこの映像画素信号を情報処理部に伝送して情報処理部との信号を授受する映像画素信号検出手段と、を備えるホトセンサＩＣにおいて、映像画素信号検出手段は、リセット信号を情報処理部から受信するリセット回路と、このリセット信号を受けて回路動作を初期化しリセット信号解除で受光素子が受光する光信号を積分する積分器と、予め定められた積分時間でこの積分動作を終了させる積分終了回路と、受光素子に入射する光信号強度によって積分終了回路に割り込み自動的に積分動作を終了させる自動積分終了検出回路と、積分終了回路によって積分器が積分動作を終了したときの映像画素信号を出力する出力手段と、リセット信号解除で作動し一定パルス幅信号を出力する定パルス幅信号発生回路と、この定パルス幅信号発生回路の出力と積分終了回路が出力する積分動作終了信号との論理和をとる論理和回路と、を備えるものとする。
【００１７】
かかる構成により、定パルス幅信号発生回路は、リセット信号解除で作動し一定パルス幅信号を出力し、論理和回路がこの定パルス幅信号発生回路の出力と積分終了回路が出力する積分動作を終了信号との論理和をとることにより、センサアレイに非常に強い入射光が入射し、極めて短時間で積分動作終了信号を形成しても、定パルス幅信号発生回路からのパルス幅信号により、情報処理部に積分動作が終了したことを通知できるに充分なるパルス幅を有する END信号を送信することができる。
【００１８】
また、積分器の積分動作が終了したときの映像画素信号を出力する出力手段は、リセット信号解除後、積分器が光信号を積分し、積分終了回路の積分動作終了信号で積分動作を停止し、このときの積分器出力値を保持して出力する、あるいはまた、リセット信号解除直後から積分器出力が予め定められた値に到達するまでの時間を計測するカウンタを備え、このカウンタ出力値を映像画素信号として出力することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例によるホトセンサＩＣのブロック構成図、図２は他の実施例によるホトセンサＩＣのブロック構成図、図３は本発明による END信号を形成する詳細図、図４は END信号を形成する動作説明図であり、図５〜８に対応する同一部材には同じ符号が付してある。尚、図５、図６、図８は適宜併用して括弧つき符号で説明する。
【００２０】
図１において、本発明によるホトセンサＩＣは、被写体(13)からの入射光を画素単位で受光する複数の受光素子からなる対をなすセンサアレイ11L,11R と、この受光素子で受光する光信号を順次映像画素信号22L,22R に変換しこの映像画素信号22L,22R を情報処理部（６）に伝送して情報処理部（６）との信号Sensor data,Reset,END を授受する映像画素信号検出手段２と、を備えて構成される。そしてこのホトセンサＩＣ１と、一連の映像画素信号Sensor data(22L,22R)あるいは後述する図２に図示される Sensor dataから対をなすセンサアレイ11L,11R 上の被写体像(13A,13B) の相対変位ｘを求めて被写体(13)までの距離ｄを測定する情報処理部（６）と、から距離センサを構成することができる。
【００２１】
映像画素信号検出手段２は、リセット信号Reset を情報処理部（６）から受信するリセット回路31と、このリセット信号Reset を受けて回路動作を初期化しリセット信号解除で受光素子が受光する光信号を積分する図示例では増幅回路21とサンプルアンドホールド（Ｓ＆Ｈ）回路22とからなる積分器と、予め定められた積分時間（AD/EXTからの入力信号）でこの積分動作を終了させる積分終了回路34と、受光素子に入射する光信号強度によって積分終了回路34に割り込み自動的に積分動作を終了させる自動積分終了検出回路35と、積分終了回路34によって積分器22が積分動作を終了したときの映像画素信号22L,22R を信号Sensor data として出力する２組の出力手段26と、リセット信号解除で作動し一定パルス幅信号41a を出力する定パルス幅信号発生回路41と、この定パルス幅信号発生回路41の出力41a と積分終了回路34が出力する積分動作終了信号34b との論理和をとる論理和回路42と、を備えて構成される。
【００２２】
かかる構成により、定パルス幅信号発生回路41は、リセット信号解除で作動し一定パルス幅信号41a を出力し、論理和回路42がこの定パルス幅信号発生回路41の出力41a と積分終了回路34が出力する積分動作終了信号34a との論理和をとることにより、センサアレイ11L,11R に非常に強い入射光が入射し、極めて短時間で積分動作終了信号34a を形成しても、定パルス幅信号発生回路41からのパルス幅信号41a により、情報処理部（６）に積分動作が終了したことを通知できるに充分なるパルス幅を有する END信号42を送信することができる。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
図３において、本発明による映像画素信号検出手段２が情報処理部（６）に伝送する END信号42a の回路は、リセット信号Reset 解除信号で作動する定パルス幅信号発生回路41と、リセット信号Reset 解除信号で作動する積分終了回路34と、定パルス幅信号発生回路41が一定時間後出力する一定パルス幅信号41a と積分終了回路34が出力する積分動作終了信号34b との論理和42a をとる論理和回路42と、を備えて構成される。
【００２４】
かかる構成により、図４の(A) において、Reset 信号が Lowレベルでリセット状態となり、HighレベルでReset 信号が解除される。被写体像31A,13B が受光する光信号が正常な範囲では、積分終了回路34が出力する積分動作終了信号34b は適切なパルス幅を出力し、このパルス幅34b よりも短い定パルス幅信号発生回路41が出力する一定パルス幅信号41a はマスクされ、両信号34b,41a の論理和により長い方のパルス幅信号34b が出力される。このEND 信号を受信することにより、情報処理部（６）は映像画素信号検出手段２が正常にその積分動作を終了したことを認識し、Sensor data から伝送される映像画素信号を受信し、次の映像画素信号を変換処理させることができる。また、図４の(B) において、逆光線などの被写体像31A,13B が受光する光信号が極めて強いときは、積分終了回路34が出力する積分動作終了信号34b が極めて短いパルスで終了する。この様な場合では、定パルス幅信号発生回路41が出力する一定パルス幅信号41a が論理和回路42の出力42a として出力される。このパルス幅は、情報処理部（６）で検出できる十分なパルス幅を有しているので、少なくとも次の映像画素信号を変換処理させる信号（例えば、Reset,R/W-C など）を出力して、必要とする被写体像31A,13B を復元する映像信号を収集することができる。
（実施例２）
図２は本発明による他実施例のホトセンサＩＣのブロック構成図である。図２において、図１との相違点は、図１のホトセンサＩＣ１の映像画素信号検出手段2Aが情報処理部（６）に伝送する映像画素信号22L,22R は、各単位画素信号を積分したアナログ信号を増幅器26を介して伝送信号Sensor data として伝送しているのに対して、図２のホトセンサＩＣ１の映像画素信号検出手段2Bが情報処理部（６）に伝送する映像画素信号27L,27R は、各単位画素信号を積分し、この積分値が予め定められた一定の値に達するまでの時間をカウンタ28で計数し、このデジタル値を伝送信号Sensor data として伝送している点が異なる。
【００２５】
このため、図１で説明した映像画素信号検出手段2Aの構成と、図２による映像画素信号検出手段2Bの構成との相違点は、図１の映像画素信号検出手段2AがＳ＆Ｈ回路22であるのに対して、図２の映像画素信号検出手段2Bが図８の(B) に図示する様にＳ＆Ｈ回路22と, このＳ＆Ｈ回路22の積分出力を予め定められた閾値Vrと比較する比較器COMPとから構成され、さらに増幅器26がリセット信号Reset 解除でカウントを開始し、比較器COMPの比較出力27L,27R でカウント停止するカウンタに置き換えられている点である。この構成により、映像画素信号検出手段2Bが情報処理部（６）に伝送する伝送信号Sensor data はカウンタ28で計数したデジタル値を伝送することができる。
【００２６】
そして、情報処理部（６）がホトセンサＩＣ１から受信する一連の伝送信号Sensor data により、図８の(C) に図示する様に、センサポジションに対する被写体像13A,13B のセンサ出力は、実線で図示されるアナログ出力による被写体受光像13A,13B 、あるいは、点線で図示されるデジタル出力による被写体受光像13A,13B を得ることができ、この両被写体受光像13A,13B から相対変位ｘを求め、被写体13までの距離ｄを求めることができる。
【００２７】
映像画素信号検出手段2A,2B いずれの検出手段も、実施形態で述べたリセット信号解除で作動し一定パルス幅信号41a を出力する定パルス幅信号発生回路41と、この定パルス幅信号発生回路41の出力41a と積分終了回路34が出力する積分動作終了信号34b との論理和をとる論理和回路42と、を備えて構成され、センサアレイ11L,11R に非常に強い入射光が入射し、極めて短時間で積分動作終了信号34a を形成しても、定パルス幅信号発生回路41からのパルス幅信号41a により、情報処理部（６）に積分動作が終了したことを通知できるに充分なるパルス幅を有する END信号42を送信することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によるホトセンサＩＣを用いることにより、ホトセンサＩＣのセンサアレイが非常に強い入射光を受光しても、情報処理部に積分動作を終了を通知できるに充分なるパルス幅を有する END信号が送信できるホトセンサＩＣを提供することでき、カメラに搭載される距離計の距離測定の信頼性をより向上させることができる。
【００２９】
また、図１に図示するアナログ方式のホトセンサＩＣでは、外部から特別なクロック信号の供給なしで、一定パルス幅の信号41a を生成することができるので、クロック信号による不要なノイズの発生を抑制し、ホトセンサＩＣの信号／雑音比(S/N比) を劣化させることなく動作を行わせしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるホトセンサＩＣのブロック構成図
【図２】他の実施例によるホトセンサＩＣのブロック構成図
【図３】本発明による END信号を形成する詳細図
【図４】 END信号を形成する動作説明図
【図５】外光三角測距方法による距離計測の原理図
【図６】本発明および従来技術に関わるホトセンサＩＣを用いた距離計測システム構成図
【図７】従来技術によるホトセンサＩＣのブロック構成図
【図８】本発明および従来技術による光信号を積分し画素単位の映像画素信号を増幅・検出する回路構成図
【符号の説明】
１、５ ホトセンサＩＣ
11,11L,11R センサアレイ
12A,12B レンズ
13A,13B 被写体像
14a,14b,15a,15b 相似三角形
ｘ,x1,x2 相対変位
Ｂ,fe,ｄ 定数
２,2A,2B,5A 映像画素信号検出手段
21 増幅回路
22, Ｓ＆Ｈ サンプルアンドホールド回路
23 ピーク検出回路
24 シフトレジスタ
22L,22R,23L,23R,27L,27R 出力
26 増幅器
27 比較器
28 カウンタ
31 リセット回路
32 モード選択レジスタ
33 SD出力制御回路
34 積分終了回路
35 自動積分終了検出回路
41 定パルス幅信号発生回路
42 論理和回路
Reset,31a リセット信号
END,34a,34b 積分動作終了信号
Sensor data 映像画素伝送信号

Claims (3)

1. 被写体からの入射光を画素単位で受光する複数の受光素子からなる対をなすセンサアレイと、この受光素子で受光する光信号を順次映像画素信号に変換しこの映像画素信号を情報処理部に伝送して情報処理部との信号を授受する映像画素信号検出手段と、を備えるホトセンサＩＣにおいて、
   映像画素信号検出手段は、リセット信号を情報処理部から受信するリセット回路と、このリセット信号を受けて回路動作を初期化しリセット信号解除で受光素子が受光する光信号を積分する積分器と、予め定められた積分時間でこの積分動作を終了させる積分終了回路と、受光素子に入射する光信号強度によって積分終了回路に割り込み自動的に積分動作を終了させる自動積分終了検出回路と、積分終了回路によって積分器が積分動作を終了したときの映像画素信号を出力する出力手段と、
   リセット信号解除で作動し一定パルス幅信号を出力する定パルス幅信号発生回路と、この定パルス幅信号発生回路の出力と前記積分終了回路が出力する積分動作終了信号との論理和をとる論理和回路と、を備える、
   ことを特徴とするホトセンサＩＣ。
2. 請求項１に記載のホトセンサＩＣにおいて、
   積分器の積分動作が終了したときの映像画素信号を出力する出力手段は、リセット信号解除後、積分器が光信号を積分し、積分終了回路の積分動作終了信号で積分動作を停止し、このときの積分器出力値を保持して出力する、
   ことを特徴とするホトセンサＩＣ。
3. 請求項１に記載のホトセンサＩＣにおいて、
   積分器の積分動作が終了したときの映像画素信号を出力する出力手段は、リセット信号解除直後から積分器出力が予め定められた値に到達するまでの時間を計測するカウンタを備え、このカウンタ出力値を映像画素信号として出力する、
   ことを特徴とするホトセンサＩＣ。

Images