JPH09105623A

JPH09105623A - 測距装置

Info

Publication number: JPH09105623A
Application number: JP26318295A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Egawa; 全江川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】投光像が部分的に欠けた場合でも誤差の少な
い正確な測距を行うことができる小型の測距装置を得
る。【解決手段】投光手段１０４からのスポット投光の反
射光を２つのセンサーアレイ１０５、１０６で受光させ
る。リングＣＣＤ１１３ｂ、１１４ｂでそれぞれ加算さ
れた信号は、スポット投光のオンとオフとでそれぞれ差
分をとられ、この差分された信号のセンサーアレイ１０
５、１０６上での位置の相対値に基づいて測定対象まで
の距離が求められる。２つのセンサーアレイ１０５、１
０６が基線長を構成しており、投光手段１０４は基線長
からオフセットされて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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ＰＳＤなどの位置検出手段で
受光して三角測距を行う測距装置が知られている。ま
た、点滅投光されたスポット光を積分するのに、リング
状に構成されたＣＣＤで蓄積電荷を巡回させるととも
に、スポット光以外の外光成分の電荷を一定量排斥する
ようにした測距装置が、特公平５−２２８４３号公報で
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＳＤを用いた測距装
置として、図１９に示すものがよく知られている。即
ち、スポット投光手段である発光ダイオード（ＩＲＥ
Ｄ）２０４から投光レンズ２０２を介して被測距物（図
示せず）にスポット投光し、その反射光を受光レンズ２
０１を介して位置検出素子（ＰＳＤ）２０３により受光
する。投光レンズ２０２と受光レンズ２０１との光軸間
距離が基線長であり、この基線長と受光レンズ２０１か
らＰＳＤ２０３のセンサ面までの距離とから、被測距物
までの距離に応じてＰＳＤ２０３のセンサ面上を投光ス
ポット像が移動し、ＰＳＤ２０３の両端子Ａ、Ｂから
は、その受光位置に応じた電流信号が出力され、この電
流比によって被測距物までの距離を知ることができる。

【０００４】しかしながら、図２０に示すように、有限
で一定の大きさのスポット投光２１２が被測距物２１１
に半分だけ投光された場合には、ＰＳＤ２０３上の受光
像２１３は波線部分が欠けることになる。ＰＳＤ２０３
は受光像の重心を求めるので、この場合本来の重心Ｇ１
がＧ２に移動し、誤差が発生してしまう。この問題は、
ＰＳＤ２０３の代わりにセンサーアレイを用いても解決
することができない。

【０００５】このような受光像の重心移動による誤差を
補正するために、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように
（この図では紙面垂直方向に被測距物が存在する）、投
光手段２２１（投）および受光手段２２２（受１）の他
に第２の受光手段２２３、２２４（受２）として受光レ
ンズとＰＳＤを追加したものが提案されている。なお、
図２１（ａ）、（ｂ）の一点鎖線は基線である。ここ
で、受光手段２２２（受１）のＰＳＤ２２５を図２２
（ａ）に示し、受光手段２２３、２２４（受２）のＰＳ
Ｄ２２６を図２２（ｂ）に示す。

【０００６】しかし、図２１（ａ）のような測距装置で
は、図２２（ｂ）に示すように、補正用の受光手段２２
３が投光手段２２１から基線方向と垂直な方向に配置さ
れているので、ＰＳＤ２２６は短くて済むが、投光手段
２２１と受光手段２２３との光軸が一致していないため
に基線長をもっており受光像は距離によって上下方向に
移動することになってＰＳＤ２２６の幅を広げなければ
ならなかった。

【０００７】一方、図２１（ｂ）のような測距装置で
は、投光手段２２１を２つの受光手段２２２、２２４の
間に配置することで補正しているが、その結果として装
置の小型化に限界があった。よって、受光手段のＳ／Ｎ
比を向上させたり、位置検出分解能力が向上したデバイ
スを使用しても装置の小型化を図ることができなかっ
た。

【０００８】また、投光したスポット光を使わずに、被
測距物の模様に基づき発生するセンサーアレイ上の像信
号を用いて、基線長をなす２つのセンサーアレイ上の像
信号の相関によって測距を行うものがある。しかし、こ
の場合、被測距物に模様がなければ像信号が得られず、
そのため測距できないことがある。さらには、投光した
スポット光を使わないために、暗い所で像信号が得られ
ないという不都合があった。また、像信号上に遠近競合
が存在すると、正確な測距ができないという不都合もあ
った。遠近競合のために広範囲を測距しようとするとセ
ンサーアレイの長さが長くなり、全く測距できなくなる
ことになった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、小型であり、投
光像が欠けた場合でも誤差の少ない正確な測距を行うこ
とのできる測距装置を提供することである。

【００１０】

【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、請求項１の発明は、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、第１および第２の光路をそれぞれ経た前記測
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
サーが配列された第１および第２のセンサーアレイと、
前記第１および第２のセンサーアレイの各センサーから
の信号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
スポット投光のオンとオフとにおける前記第１および第
２のセンサーアレイからの信号の差分をそれぞれ求め、
前記差分された信号の前記第１および第２のセンサーア
レイ上での位置の相対値に基づいて前記測定対象までの
距離を求めるように構成されている。

【００１１】また、請求項２の発明は、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。

【００１２】また、請求項３の発明は、前記電荷転送手
段が、前記第１のセンサーアレイからの信号を順次加算
する第１のリング状電荷転送手段と、前記第２のセンサ
ーアレイからの信号を順次加算する第２のリング状電荷
転送手段とを有している。

【００１３】また、請求項４の発明は、前記第１および
第２のリング状電荷転送手段における電荷の回転方向が
同じである。

【００１４】また、請求項５の発明は、前記電荷転送手
段が、１つのリング状電荷転送手段を有している。

【００１５】また、請求項６の発明は、前記第１のセン
サーアレイはその長手方向が前記第２のセンサーアレイ
の長手方向に沿うように前記第２のセンサーアレイと同
一直線上に配置されるとともに、前記投光手段は前記直
線からオフセットして配置されており、前記測定対象か
らの反射光の前記第１および第２のセンサーアレイ上で
の受光像が、所定の測距範囲内において、前記第１およ
び第２のセンサーアレイの各センサーを包含し得るよう
に構成されている。

【００１６】また、請求項７の発明は、前記直線からオ
フセットして配置された前記投光手段が複数設けられて
いる。

【００１７】また、請求項８の発明は、前記投光手段
が、前記第１および第２のセンサーアレイで受光される
範囲内に複数のスポット光を選択的に投光する。

【００１８】また、請求項９の発明は、前記複数のスポ
ット光のうちの選択されたスポット光に対応した前記第
１および第２のセンサーアレイ上の信号を選択すること
ができるように構成されている。

【００１９】また、請求項１０の発明は、前記第１およ
び第２の光路はそれぞれ複数の光軸を有しており、これ
ら複数の光軸は前記第１および第２のセンサーアレイ上
にそれぞれ実質的に重畳して結像されるように構成され
ている。

【００２０】また、請求項１１の発明は、複数の光軸を
有する受光レンズが前記第１および第２のセンサーアレ
イの前段にそれぞれ設けられているとともに、前記第１
および第２のセンサーアレイは前記受光レンズの複数の
光軸に対して同一の視野が受光されないような長さであ
る。

【００２１】また、請求項１２の発明は、１つの前記ス
ポット投光に対して複数の光軸による複数の受光像が発
生したときに、これら複数の受光像の少なくともいずれ
か１つが選択されるように構成されている。

【００２２】請求項１の発明によると、リング状の電荷
転送手段を備えた測距装置において、差分された信号の
第１および第２のセンサーアレイ上での位置の相対値に
基づいて測定対象までの距離を求めることにより、投光
像が部分的に欠けたような場合であっても、誤差をキャ
ンセルすることができる。また、スポット投光のオンと
オフとにおける第１および第２のセンサーアレイからの
信号の差分をそれぞれ求めることにより、測定対象以外
からの信号をキャンセルすることができるので、遠近競
合を起こすことがない。また、リング状の電荷転送手段
を備えることにより、外光輝度が高く積分時間が短い場
合や測定対象が遠くて反射率が低い場合のように投光信
号が微弱であるときにも、電荷を順次加算してＳ／Ｎ比
の高い測距信号を得ることができる。

【００２３】また、請求項２の発明によると、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。

【００２４】また、請求項３の発明によると、２つのセ
ンサーアレイに対応して２つのリング状電荷転送手段を
設けたので、後段での信号処理が容易になる。

【００２５】また、請求項４の発明によると、第１およ
び第２のリング状電荷転送手段における電荷の回転方向
を同じにすることにより、電荷転送手段での転送効率が
劣化しても像信号の重心が同じ方向にずれるので、像信
号を補正する必要がない。なお、従来において、スポッ
ト投光の反射光による受光信号が弱い場合には、第１お
よび第２のリング状電荷転送手段の循環による信号の加
算を多くしなければならなかった。ここで、転送回数が
多くなり電荷の転送効率が悪いと、センサーアレイの像
信号パターンが弛んできて信号の重心が移動してしま
い、誤差が発生した。そこで、重心移動を信号処理で補
正する案が提案されていた。しかし、請求項４の発明に
よって、複雑な信号処理を必要とすることなくこの問題
を解決することが可能になった。

【００２６】請求項５の発明によると、１つのリング状
電荷転送手段を設けることにより、電荷転送手段に２つ
のリング部を設ける必要がなくなるので、装置を小型で
安価にすることができる。

【００２７】また、請求項６および７の発明によると、
第１のセンサーアレイと第２のセンサーアレイとを同一
基線上に配置して投光手段をオフセットして配置するこ
とにより、装置のレイアウトの自由度が大きくなり、装
置全体を小型化することができるようになる。また、第
１および第２のセンサーアレイ上での受光像が各センサ
ーを包含するので、測距に悪影響が生じない。

【００２８】また、請求項８および９の発明によると、
投光手段が複数のスポット光を選択的に投光することに
より、任意の方向に存在する測定対象までの距離を測定
可能な多点測距を行うことができるとともに、第１およ
び第２のセンサーアレイを長くして広視野にしても遠近
競合が起こらない。

【００２９】また、請求項１０〜１２の発明によると、
第１および第２の光路がそれぞれ複数の光軸を有するこ
とにより、測定対象からの反射光を狭い範囲に集めるこ
とができるので、第１および第２のセンサーアレイの長
さを短くすることができる。

【００３０】また、請求項１０の発明によると、複数の
光軸が前記第１および第２のセンサーアレイ上でそれぞ
れ実質的に重畳して結像されるので、第１および第２の
センサーアレイの長さを短くすることができる。

【００３１】また、請求項１１の発明によると、複数の
光軸を有する受光レンズを用いることにより、第１およ
び第２のセンサーアレイの長さを短くして複数の視野を
重ねても測距をすることができる。

【００３２】また、請求項１２の発明によると、１つの
スポット投光に対して複数の光軸による複数の受光像が
発生しても、これら複数の受光像の少なくともいずれか
１つが選択されるので、このような場合であっても測距
をすることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態につき図
面を参照して説明する。

【００３４】図１に、本発明の一実施形態による測距装
置の概略図を示す。

【００３５】図１において、第１および第２の受光レン
ズ１０１、１０２は、第１および第２の光路をそれぞれ
形成する。投光レンズ１０３は、スポット投光を行う発
光素子１０４からの光を被測距物（図示せず）に集光す
る。第１および第２のセンサーアレイ１０５、１０６
は、それぞれ複数の光電変換要素であるセンサーブロッ
ク（図２参照）からなる。第１および第２のクリア部１
０７、１０８は、第１および第２のセンサーアレイ１０
５、１０６の各センサーブロックで光電変換された電荷
をＩＣＧパルスのタイミングで捨てる電子シャッター機
能を有する。

【００３６】第１および第２の電荷蓄積部１０９、１１
０は、後述するようにそれぞれオン蓄積部とオフ蓄積部
とを有し、発光素子１０４のオン期間とオフ期間とに対
応した電荷をＳＴ₁パルスおよびＳＴ₂パルスのタイミ
ングで、第１および第２のセンサーアレイ１０５、１０
６から各画素単位でそれぞれ蓄積する。第１および第２
の電荷転送ゲート１１１、１１２は、第１および第２の
電荷蓄積部１０９、１１０に蓄積されている電荷をＳＨ
パルスのタイミングでリニアＣＣＤ１１３ａ、１１４ａ
にそれぞれパラレルで転送する

【００３７】第１および第２の電荷転送手段１１３、１
１４は、それぞれが第１および第２の電荷転送ゲート１
１１、１１２と対向する部分を有するリニアＣＣＤ１１
３ａ、１１４ａと、リニアＣＣＤ１１３ａ、１１４ａと
それぞれ連続して円環状に形成されたリングＣＣＤ１１
３ｂ、１１４ｂ（リング状電荷転送部）とからなる。こ
のリングＣＣＤ１１３ｂ、１１４ｂにおいては、電荷が
循環することにより、発光素子１０４のオン期間とオフ
期間とに対応した電荷が順次加算されていくように構成
されている。

【００３８】第１および第２の初期化手段１１５、１１
６は、ＣＣＤＣＲＬパルスによってリングＣＣＤ１１３
ｂ、１１４ｂの電荷を全て排斥して初期化を行う。第１
および第２のスキム手段１１７、１１８は、リングＣＣ
Ｄ１１３ｂ、１１４ｂから一定量の電荷を排斥する。Ｓ
ＫＯＳ信号出力手段１１９、１２０は、リングＣＣＤ１
１３ｂ、１１４ｂ内の電荷を非破壊で読み出し、第１お
よび第２のスキム手段１１７、１１８において電荷排斥
を行うかどうかを判別するためのＳＫＯＳ₁信号および
ＳＫＯＳ₂信号をそれぞれ出力する。ＯＳ信号出力手段
１２１、１２２は、リングＣＣＤ１１３ｂ、１１４ｂ内
の電荷を順次読みだして、ＯＳ₁信号およびＯＳ₂信号
をそれぞれ出力する。

【００３９】次に、図１に描かれた第１および第２のセ
ンサーアレイ１０５、１０６や、第１および第２の電荷
転送手段１１３、１１４などのより詳細な構成につい
て、図２を参照して説明する。

【００４０】センサーアレイ１１（図１の第１および第
２のセンサーアレイ１０５、１０６に対応する）は５つ
のセンサーブロックＳ₁〜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１
２で積分される。なお、センサーアレイ１１は、本実施
形態の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、Ｉ
ＣＧパルスで駆動されるクリア部１３が設けられてい
る。

【００４１】本実施形態では、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（第１お
よび第２の電荷蓄積部１０９、１１０に対応する）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。

【００４２】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（第１および第２の電
荷転送ゲート１１１、１１２に対応する）を介して、電
荷転送手段のリニアＣＣＤ１７（リニアＣＣＤ１１３
ａ、１１４ａに対応する）に接続している。また、リニ
アＣＣＤ１７は、電荷転送手段のリングＣＣＤ１８（リ
ングＣＣＤ１１３ｂ、１１４ｂに対応する）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。

【００４３】次に、図３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。

【００４４】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４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３の太線矢印）。

【００４５】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３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
３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。

【００４６】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。

【００４７】この時、本実施形態では、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、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１
４、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、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ＣＣ
Ｄ１７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。

【００４８】図２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４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。

【００４９】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、ＣＣＤ９
_Bにある電荷量は破壊させずにそのまま転送され、パル
スＲＳ₁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。

【００５０】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５参照）。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】このスキム動作を図５を参照してより詳細
に説明する。

【００５４】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（一定電
荷量排斥手段）を構成する。

【００５５】図５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。

【００５６】以上に説明したような構成により、デバイ
ス上にリングＣＣＤ１８を構成し、このリングＣＣＤ１
８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。

【００５７】次に、図１の測距装置のレイアウト例を、
従来例の図２１に対応する図６に示す。図６において、
受光手段７１、７２（受１、受２）は、図１の受光レン
ズ１０１、１０２に相当する。投光手段７３（投）は、
図１の投光レンズ１０３に相当しており、受光手段７
１、７２で形成される基線長の直線からオフセットして
配置されている。なお、図６では図示省略しているが、
受光手段７１のセンサーアレイはその長手方向が受光手
段７２のセンサーアレイの長手方向に沿うようにこのセ
ンサーアレイと同一直線上に配置されている。図６は、
図２１（ａ）、（ｂ）と同じ縮尺で描かれており、この
ことからも明らかなように、図１のようなデバイスを用
いることにより本実施形態では装置の小型化が可能にな
っている。

【００５８】図６において、受光手段７１、７２および
投光手段７３を図２１のものと比べて小さくできるの
は、以下の理由による。つまり、投光信号を受光して測
距を行う装置の性能は、信号とノイズとのＳ／Ｎ比で決
まる。本実施形態では、従来のように電荷の蓄積時に回
路ノイズが発生しないため、ノイズ成分が非常に小さく
なる。従って、従来と同じＳ／Ｎ比を得るには、信号が
その分だけ小さくなっても構わないので、受光手段７
１、７２および投光手段７３を小さくできる。

【００５９】また、図６において、受光手段７１、７２
で形成される基線長を図２１のものと比べて短くできる
のは、以下の理由による。つまり、従来のようなＰＳＤ
センサを用いた場合、センサの長さ全体の中での移動量
を検出しなければならず、距離に対してのセンサ上の像
の移動量をある程度大きくしないと、測距精度がわるか
った。これに対して、本実施形態では、受光手段にセン
サーアレイを用いたことにより、各センサーの幅が狭く
なり、像の移動を敏感に検出することが可能になったか
らである。即ち、１つのセンサを複数のセンサに分割し
て高分解能にして使っていることと同じになるからであ
る。

【００６０】また、図６において、投光手段７３が受光
手段７１と受光手段７２とで構成される基線長からずれ
ていても、図７に示すように、センサーアレイ８１に対
して受光像８２がセンサーの高さ方向を含むように全体
を構成することで、性能を何ら犠牲にすることなしに測
距が可能である。また、このことからも理解できるよう
に、本実施形態では受光手段に対する投光手段の配置の
自由度が大きく、カメラのように小型のものに対しても
効率のよいレイアウトが可能である。

【００６１】次に、本実施形態の測距装置の測距範囲に
ついて説明する。

【００６２】まず、従来技術について説明する。図８に
カメラの撮影領域内にある被写体ａ、ｂ、ｃと、測距装
置が測距する領域を括弧（〔）９２、（〕）９１で示
す。なお、９０は図１や図２で説明したセンサーアレイ
の相対的な長さを示す。この場合には、センサーアレイ
が短いために被写体ｂしか測距できないことになり、こ
の測距装置を焦点制御のためにカメラに組み込んだ場合
には、被写体ｂとは距離が異なる被写体ａ、ｃについて
はピンボケになる。さらに、被写体ｂが存在しない場合
には、無限距離にカメラのピントが調節されて、著しく
ピンボケした写真になってしまう。

【００６３】また、センサーアレイを長くすることによ
り測距範囲を広くした場合について、図９を参照して説
明する。図９において、測距装置が測距する領域を括弧
（〔）９４、（〕）９３で示し、センサーアレイの相対
的な長さを９５で示す。この場合には、２つのセンサー
アレイは、図１１（ｂ）に示すような像信号をそれぞれ
出力する。２つのセンサーアレイの像信号の位置は、被
写体ａ、ｂ、ｃのそれぞれの距離によって左右にオフセ
ットされ、このオフセット量（位置の相対値）が距離を
示す。ところが、像信号全体で相関を求めると、遠近競
合を起こして測距不能になる。また、遠近競合時に相関
をとる領域を狭くすることが提案されているが、処理が
複雑になる。ここでは、被写体ａ、ｂ、ｃの像信号しか
示していないが、実際は背景のパターンを像信号として
現れるために遠近競合を起こさない領域を特定するのは
非常に困難である。

【００６４】図１０は、図１の測距装置で投光手段をマ
ルチビームの複数発光部としたものを用いた場合を示
す。投光像６１、６２、６３は投光手段から選択的ある
いは同時に投光されるものであり、センサーアレイ中の
領域９８、９９、１００に信号として現れる。ここで、
本実施形態の測距装置はオンオフ投光するので、オン時
の像信号は図１１（ａ）に示すように現れ、オフ時の像
信号は図１１（ｂ）に示すように現れる。そして、本実
施形態の測距装置は投光信号の位置を検出するので、差
分をとった像信号である図１１（ｃ）で相関演算をして
像信号の位置の相対値を求めることになる。

【００６５】これを見て判るように、図１１（ｃ）は被
写体ａ、ｂ、ｃの距離の情報だけを含んでおり、被写体
ａ、ｂ、ｃのパターンの情報はキャンセルされている。
即ち、測距する領域を特定しなくても領域９８、９９、
１００の像信号によって測距領域が特定される。投光ス
ポットを選択的に投光することにより、領域９８、９
９、１００を任意に選択可能となり、相関をとる領域を
選択しなくても測距が可能になる。また、同時発光して
も相関値のピークが３か所発生するだけでそれぞれのピ
ーク値の位置の相対値から距離を求めると、被写体ａ、
ｂ、ｃまでの距離がそれぞれ求められることになる。

【００６６】また、外光輝度が高く積分時間を短くした
場合、または被写体が遠くて反射率が低い場合は、１回
の信号では差分をとったときに投光信号が微弱であるた
めに図１１（ｃ）にようには検出できないことがある。
従って、上記のような効果を実現するためには、図２で
説明したようなリングＣＣＤによる加算と一定量の電荷
を排斥する機能を備えたデバイスであることが好まし
い。

【００６７】次に、図１に示すような２つのリングＣＣ
Ｄにおける電荷の回転方向を互いに異ならせるようにし
た例について、図１２を参照して説明する。

【００６８】図１２において、１３１、１３２はそれぞ
れ第１および第２のセンサーアレイ、１３３、１３４は
それぞれ第１および第２の電荷蓄積部、１３５、１３６
はそれぞれ第１および第２の電荷転送手段である。第１
の電荷転送手段１３５のリングＣＣＤ１３７では電荷は
反時計回りに周回し、第２の電荷転送手段１３６のリン
グＣＣＤ１３８では電荷は時計回りに周回する。

【００６９】このときの像信号を図１３（ｂ）に示す。
図１３（ｂ）において、ＬはリングＣＣＤ１３７からの
像信号であり、ＲはリングＣＣＤ１３８からの像信号で
ある。ここにおいて、実線はリングＣＣＤ１３７、１３
８の転送効率が１００％のときの像信号を示すものであ
る。ところが、リングＣＣＤ１３７、１３８の転送効率
が１００％ないと、徐々に像信号が転送段の後方に漏れ
ていき、破線のような像信号が得られる。すると、信号
の重心はそれぞれ矢印（→、←）に示すように内側にず
れてきてしまい、間違った距離が求められることにな
る。また、スポット投光の像が互いに反対側に崩れるた
め、相関をとる場合にも誤差が生じてしまう。

【００７０】一方、図１のように、リングＣＣＤでの電
荷の転送方向を同じにすると、図１３（ａ）に破線で示
すように、リングＣＣＤの転送効率が１００％ない場合
であっても、ＬおよびＲの像信号の重心が同じ方向に移
動するために、正しい距離情報が得られる。従って、演
算による像信号の補正の必要がなくなる。さらに、スポ
ット投光の像信号も同じように変化するために、相関を
そのまま行うことが可能である。

【００７１】次に、本発明の別の態様として、センサー
アレイ長を長くすることなしに、広視野の多点測距を可
能にする実施形態について説明する。

【００７２】図１４において、１５１、１５２は複数
（３つ）の光軸をもつ受光レンズであり、センサーアレ
イ１５４、１５５（図１のセンサーアレイ１０５、１０
６に対応する）上で３つの光軸それぞれの像が受光され
る。１５６、１５７は電荷蓄積手段（図１の電荷蓄積部
１０９、１１０に対応する）であり、１５８、１５９は
リング状の部分をもったＣＣＤなどの電荷転送手段（図
１の電荷転送手段１１３、１１４に対応する）である。
また、１５３は投光レンズ（図１の投光レンズ１０３に
対応する）であり、１６０は複数（３つ）の発光部を備
え、投光レンズ１５３を介して３方向にスポット投光が
可能な発光素子である。また、発光素子１６０は図示し
ない制御手段の制御に基づき選択的または同時に発光素
子１６０からスポット投光を行う。

【００７３】図１４の測距装置において、センサーアレ
イ１５４、１５５上の像信号を図１５に基づいて説明す
る。図１５（ａ）は受光レンズ１５１、１５２のそれぞ
れの中央の光軸からの像信号を示し、斜線で示す突起部
１８１がスポット投光の信号である。また、図１５
（ｂ）は受光レンズ１５１、１５２のそれぞれの左側の
光軸からの像信号を示し、突起部１８２がスポット投光
の信号である。また、図１５（ｃ）は受光レンズ１５
１、１５２のそれぞれの右側の光軸からの像信号を示
し、突起部１８３がスポット投光の信号である。図１５
（ａ）〜（ｃ）は３つの光軸のセンサーアレイ１５４、
１５５への入射角度が異なるために、突起部１８１、１
８２、１８３以外の外光による像信号は異なるものとな
っている。つまり、図１５（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの
全体の像信号から突起部１８１、１８２、１８３を除い
たものが投光オフ期間の像信号である。

【００７４】実際の像信号は図１５（ｄ）に示すよう
に、図１５（ａ）〜（ｃ）を重畳したものであり、外光
１８４は遠近競合が重なった信号となるので、このまま
では測距することができない。ところが、投光オンと投
光オフの信号の差分をとった像信号は、図１５（ｅ）の
ように外光成分がないので、各スポット投光の距離を求
めることが可能になる。ここで、センサーアレイ１５
４、１５５長が３つの光軸の角度に対して実質的に重な
らないようにしてあるので、発光素子１６０の１点のス
ポット投光は受光レンズ１５１、１５２のそれぞれの３
つの部分（３つの光軸に対応する）の１つからしかセン
サーアレイ１５４、１５５上で受光されない。従って、
像信号に複数スポット光が発生しないので、容易に距離
を求めることが可能である。また、１つのスポット光に
よる像が複数発生したとしても、受光レンズ１５１、１
５２の３つの光軸が異なっているので、スポット投光の
像はセンサーアレイ１５４、１５５上で十分に離れた位
置に発生する。従って、センサーアレイ１５４、１５５
から相関をとる像を容易に抜き出すことができる。

【００７５】次に、図１の電荷転送手段１１３、１１４
の別の構成例を、図１６、図１７を参照して説明する。

【００７６】図１６の構成において、電荷転送手段１６
１は、センサーアレイ１５４および電荷蓄積手段１５６
に対向するリニアＣＣＤ１６１ａと、センサーアレイ１
５５および電荷蓄積手段１５７に対向するリニアＣＣＤ
１６１ｂと、リニアＣＣＤ１６１ａおよびリニアＣＣＤ
１６１ｂに連続して円環状に形成されたリングＣＣＤ１
６１ｃとから構成されている。リングＣＣＤ１６１ｃに
は、図１で説明したような初期化手段やスキム手段やＯ
Ｓ信号出力手段などが２つのセンサーアレイ１５４、１
５５からの電荷信号に兼用で設けられていてよい。な
お、リングＣＣＤ１６１ｃでは、リニアＣＣＤ１６１ａ
を経たセンサーアレイ１５４からの信号とリニアＣＣＤ
１６１ｂを経たセンサーアレイ１５５からの信号とが別
々に順次加算されてもよい。

【００７７】図１７の構成において、電荷転送手段１７
１は、センサーアレイ１５４および電荷蓄積手段１５６
に対向する部分と、センサーアレイ１５５および電荷蓄
積手段１５７に対向する部分とが連続するとともに、全
体して１つのリング状に形成されている。この電荷転送
手段１７１にも、図１で説明したような初期化手段やス
キム手段やＯＳ信号出力手段などが２つのセンサーアレ
イ１５４、１５５からの電荷信号に兼用で設けられてい
てよい。なお、電荷転送手段１７１では、センサーアレ
イ１５４からの信号とセンサーアレイ１５５からの信号
とが別々に順次加算されてもよい。

【００７８】図１８は、多点測距を行うための複数の投
光手段２１１（投１）、２１４（投２）を、図６に示す
ように基線長からオフセット位置に配置した例である。
本実施形態の測距装置はこのように自由度が大きいため
に、カメラのような小型機器への実装を容易に行うこと
ができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２つのセンサーアレイを用いることにより、投光像が部
分的に欠けたような場合であっても、誤差をキャンセル
することができて正確な測距を行うことが可能になる。
また、装置のレイアウトの自由度が大きくなり、装置全
体を小型化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による測距装置の概略図で
ある。

【図２】図１の測距装置の要部を示す図である。

【図３】図２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４】図２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５】図２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６】本発明の一実施形態による測距装置のレイアウ
ト図である。

【図７】図６において、センサーアレイと像信号との位
置関係を示す図である。

【図８】従来例での測距範囲を説明するための図であ
る。

【図９】別の例での測距範囲を説明するための図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態での測距範囲を説明するた
めの図である。

【図１１】図１０の装置の効果を説明するための図であ
る。

【図１２】２つのリングＣＣＤでの電荷回転方向を逆に
した実施形態を示す図である。

【図１３】図１２および図１の装置の効果を比較するた
めの図である。

【図１４】多点測距をするための別の実施形態の測距装
置の概略図である。

【図１５】図１４の装置の動作を説明するための図であ
る。

【図１６】本発明の別の実施形態の測距装置の概略図で
ある。

【図１７】本発明のさらに別の実施形態の測距装置の概
略図である。

【図１８】本発明の装置の別のレイアウト例を示す図で
ある。

【図１９】従来の測距装置の測定の原理を示す概略図で
ある。

【図２０】図１９の装置の誤差発生原理を説明するため
の図である。

【図２１】従来例の装置のレイアウト例を示す図であ
る。

【図２２】図２１の装置の受光手段（ＰＳＤ）を示す図
である。

【符号の説明】

１１、１０５、１０６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、１１３ａ、１１４ａリニアＣＣＤ１８１１３ｂ、１１４ｂリングＣＣＤ１９スキム部２０出力部Ｓ₁〜Ｓ₅ センサーブロック

Claims

【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、第
１および第２の光路をそれぞれ経た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
れた第１および第２のセンサーアレイと、前記第１およ
び第２のセンサーアレイの各センサーからの信号電荷を
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、前記スポット投光のオンとオフとにおける前記第１およ
び第２のセンサーアレイからの信号の差分をそれぞれ求
め、前記差分された信号の前記第１および第２のセンサ
ーアレイ上での位置の相対値に基づいて前記測定対象ま
での距離を求めるように構成されていることを特徴とす
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】前記電荷転送手段が、前記第１のセンサ
ーアレイからの信号を順次加算する第１のリング状電荷
転送手段と、前記第２のセンサーアレイからの信号を順
次加算する第２のリング状電荷転送手段とを有している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の測距装置。
【請求項４】前記第１および第２のリング状電荷転送
手段における電荷の回転方向が同じであることを特徴と
する請求項３に記載の測距装置。
【請求項５】前記電荷転送手段が、１つのリング状電
荷転送手段を有していることを特徴とする請求項１また
は２に記載の測距装置。
【請求項６】前記第１のセンサーアレイはその長手方
向が前記第２のセンサーアレイの長手方向に沿うように
前記第２のセンサーアレイと同一直線上に配置されると
ともに、前記投光手段は前記直線からオフセットして配
置されており、前記測定対象からの反射光の前記第１および第２のセン
サーアレイ上での受光像が、所定の測距範囲内におい
て、前記第１および第２のセンサーアレイの各センサー
を包含し得るように構成されていることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項７】前記直線からオフセットして配置された
前記投光手段が複数設けられていることを特徴とする請
求項６に記載の測距装置。
【請求項８】前記投光手段が、前記第１および第２の
センサーアレイで受光される範囲内に複数のスポット光
を選択的に投光することを特徴とする請求項１〜７のい
ずれか１項に記載の測距装置。
【請求項９】前記複数のスポット光のうちの選択され
たスポット光に対応した前記第１および第２のセンサー
アレイ上の信号を選択することができるように構成され
ていることを特徴とする請求項８に記載の測距装置。
【請求項１０】前記第１および第２の光路はそれぞれ
複数の光軸を有しており、これら複数の光軸は前記第１
および第２のセンサーアレイ上にそれぞれ実質的に重畳
して結像されるように構成されていることを特徴とする
請求項８または９に記載の測距装置。
【請求項１１】複数の光軸を有する受光レンズが前記
第１および第２のセンサーアレイの前段にそれぞれ設け
られているとともに、前記第１および第２のセンサーア
レイは前記受光レンズの複数の光軸に対して同一の視野
が受光されないような長さであることを特徴とする請求
項１０に記載の測距装置。
【請求項１２】１つの前記スポット投光に対して複数
の光軸による複数の受光像が発生したときに、これら複
数の受光像の少なくともいずれか１つが選択されるよう
に構成されていることを特徴とする請求項１０または１
１に記載の測距装置。