(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象物にパルス状光束を繰り返し投光し、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、
上記測距対象物に投光するための投光手段と、
上記測距対象物からの反射光を受光して光電変換する複数の光電変換素子と、
上記光電変換素子から出力される信号電荷を積分し且つ転送する信号電荷供給手段と、
複数の電荷転送チャンネルを有し且つ上記信号電荷供給手段から供給される信号電荷を一方向に転送する信号電荷注入手段と、
複数の電荷転送チャンネルがリング状に配置され且つ上記信号電荷供給手段から上記信号電荷注入手段を介して注入される信号電荷が循環されつつ蓄積されていく循環シフトレジスタと、
上記循環シフトレジスタの上記電荷転送チャンネルに発生する無信号部に隣接する少なくとも１つの上記電荷転送チャンネルに存在する信号電荷を無視して測距演算する演算手段と、
を具備し、
上記演算手段は、上記循環シフトレジスタにおける信号電荷の蓄積回数が多いほど、無視する電荷信号に対応する電荷転送チャンネルの数を増やすことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
上記信号電荷注入手段の上記電荷転送チャンネルが、上記循環シフトレジスタの上記電荷転送チャンネルよりも多いことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
上記電荷転送チャンネル上には、ゲート絶縁膜を介して、電荷転送パルスが印加される転送電極が設けられてい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】
上記循環シフトレジスタの少なくとも１つの上記電荷転送チャンネルには、転送される信号電荷量を検出するためのフローティングゲート電極部がゲート絶縁膜を介して設けられてい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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測距対象物までの距離を三角測距により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。より詳細には、複数の電荷転送チャンネル部がリング状（ループ状）に配列されて循環シフトレジスタ（リング部）が構成され、この循環シフトレジスタに信号電荷を電荷転送パルスに従って循環させつつ、徐々に信号電荷を加算するようにした測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
測距対象物までの距離を測定する測距装置として、特公平５−２２８４３号公報には、電荷転送部をリング状にして信号を積分すると同時に、このリング部に外光を除去するためのスキム手段を有するものが提案されている。これによると、信号電荷が充分なレベルにないときは、循環シフトレジスタであるリング部において信号電荷を転送させながら順次加算して、Ｓ／Ｎ比の良好な信号電荷を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤ（電荷結合素子）などを用いて構成した循環シフトレジスタに信号電荷を転送させると、その転送効率が１００％未満の時、信号電荷を循環させるほど後方のレジスタ（電荷転送チャンネル）に徐々に信号電荷が漏れてしまう。このため、循環シフトレジスタに注入された信号電荷は、循環を続けるうちに少しづつその分布が変化する。すると、測距演算を実施するに際して、この信号電荷分布の変化が演算結果に誤差をもたらすことになる。特に、循環シフトレジスタの電荷転送チャンネルに無信号部が存在すると、この無信号部に隣接する電荷転送チャンネルの電荷量が徐々に変化する。その様子を図１０を用いて説明する。
【０００４】
図１０（ａ）は、転送を繰り返す前の循環シフトレジスタ内の電荷の分布を示した模式図であり、電荷転送チャンネルの均一電荷部５１〜６３（例えば、外光が照射される領域に対応する）には均一な電荷量▲１▼が注入されていて、均一電荷部５１〜６３の間には無信号部７１〜７４が形成されている。この循環シフトレジスタは転送１回当たり１０％の信号電荷を残留させる。つまり、電荷量▲１▼の１０％の電荷量▲２▼が残留電荷として、転送される前の場所の電荷転送チャンネルに留まる。
【０００５】
このときに全体の電荷を１回転送すると、電荷の分布は図１０（ｂ）に示すようになる。即ち、均一電荷部５１の電荷は左隣の電荷転送チャンネルに転送されて初期の電荷量▲１▼の９０％に減少するが、均一電荷部５２〜６３の電荷は転送時に残留した分と同量の電荷が直前の電荷転送チャンネルに残されているので、結局は変化しない。また、無信号部７１は、均一電荷部６３の残留電荷により電荷量▲２▼を持つことになる。
【０００６】
更に１回電荷を転送すると、電荷の分布は図１０（ｃ）に示すようになる。即ち、均一電荷部５１の電荷は図１０（ｂ）の段階で既に９０％に減少していたので初期の電荷量▲１▼の８１％に減少し、均一電荷部５１の残留電荷は初期の電荷量▲１▼の９％になる。均一電荷部５２は１０％の電荷を残留させるので、均一電荷部５１からの９％を加えると、初期値の９９％の電荷量になっている。
【０００７】
更に１回電荷を転送すると、電荷の分布は図１（ｄ）のようになる。即ち、均一電荷部５１の電荷は初期の電荷量▲１▼の約７３％、均一電荷部５２の電荷は初期値の約９７％となる。また、均一電荷部５３もわずかに電荷が減少する。逆に、無信号部７１〜７３には電荷が徐々に溜められていく。以上説明したように、電荷転送チャンネルの転送効率が１００％未満の場合、特に無信号部及びこれに隣接する電荷転送チャンネルの電荷量が、転送を繰り返すうちに徐々に変化するため、測距誤差が大きくなってしまうという問題が生じていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、循環シフトレジスタ（リング部）を有する測距装置において、電荷転送チャンネルに無信号部が存在する場合であっても、正確な測距を行うことができる測距装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の測距装置は、測距対象物にパルス状光束を繰り返し投光し、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、上記測距対象物に投光するための投光手段と、上記測距対象物からの反射光を受光して光電変換する複数の光電変換素子と、上記光電変換素子から出力される信号電荷を積分し且つ転送する信号電荷供給手段と、複数の電荷転送チャンネルを有し且つ上記信号電荷供給手段から供給される信号電荷を一方向に転送する信号電荷注入手段と、複数の電荷転送チャンネルがリング状に配置され且つ上記信号電荷供給手段から上記信号電荷注入手段を介して注入される信号電荷が循環されつつ蓄積されていく循環シフトレジスタと、上記循環シフトレジスタの上記電荷転送チャンネルに発生する無信号部に隣接する少なくとも１つの上記電荷転送チャンネルに存在する信号電荷を無視して測距演算する演算手段と、を具備し、上記演算手段は、上記循環シフトレジスタにおける信号電荷の蓄積回数が多いほど、無視する電荷信号に対応する電荷転送チャンネルの数を増やすことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様においては、上記信号電荷注入手段の上記電荷転送チャンネルが、上記循環シフトレジスタの上記電荷転送チャンネルよりも多い。
【００１３】
本発明の一態様においては、上記電荷転送チャンネル上には、ゲート絶縁膜を介して、電荷転送パルスが印加される転送電極が設けられている。
【００１４】
本発明の一態様においては、上記循環シフトレジスタの少なくとも１つの上記電荷転送チャンネルには、転送される信号電荷量を検出するためのフローティングゲート電極部がゲート絶縁膜を介して設けられている。
【００１５】
つまり、本発明の測距装置は、循環シフトレジスタの電荷転送チャンネルの無信号部に隣接する幾つかの電荷転送チャンネルの信号電荷については測距演算時に無視することを特徴とする。これにより、転送効率が１００％未満の電荷転送チャンネルを有する循環シフトレジスタにおいて、無信号の電荷転送チャンネルに隣接する電荷転送チャンネルの信号電荷は、転送を行うごとに少しづつ転送漏れを起こし電荷量が初期値より小さくなるが、それらの信号電荷を無視して測距演算を行うのでその影響を受けず、正しい測距演算結果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の測距装置では、循環シフトレジスタでの電荷の転送回数が少ない等の理由により、無信号部に隣接する電荷転送チャンネルの信号電荷の減少が微少であれば、測距演算時に無視する信号電荷に対応する電荷転送チャンネルの数を減らす。また、循環シフトレジスタでの電荷の転送回数が多い等の理由により、無信号部に隣接する電荷転送チャンネルの信号電荷の減少が大きければ、測距演算時に無視する信号電荷に対応する電荷転送チャンネルの数を増やす。つまり、電荷転送による電荷転送チャンネルの信号電荷の変化に応じて無視する信号電荷を変更するので、その分多くの光電変換素子の信号電荷を利用することができ、広い範囲から測距演算を行うことが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施形態につき図面を参照して説明する。
【００１９】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態の測距装置の要部を示す概略図であり、図２〜図４は、本実施形態の測距装置の動作シーケンスを説明するためのタイムチャートである。図１において、センサーアレイ１１は、受光した光を電荷に変換する複数の光電変換素子（画素）Ｓ１  〜Ｓ５  からなる。本実施形態ではセンサーアレイ１１がＳ１  〜Ｓ５  の５画素で構成されたものとして説明するが、実際には任意の画素数をとることができ、測距範囲と要求される測距精度とにより一般には２０個以上の光電変換素子で構成することが好ましい。
【００２０】
各々の積分部１２では、センサーアレイ１１の各画素Ｓ１  〜Ｓ５  で光電変換された電荷が積分される。積分部１２の夫々に隣接して設けられたクリア部１３は、ＩＣＧパルスが印加されると積分部１２で積分された電荷を空（クリア状態）にする。第１の蓄積部１４はＳＴ１  パルスによって積分部１２から電荷を受け取り、第１の蓄積部１４と対になる第２の蓄積部１５はＳＴ２  パルスによって積分部１２から電荷を受け取る。また、図２に示すタイミングでシフト部１６にＳＨパルスが印加されると、第１の蓄積部１４および第２の蓄積部１５に蓄積された電荷が、複数の電荷転送チャンネル１Ａ  〜１２Ａ  からなるリニアＣＣＤ１７（信号電荷注入手段）に全て移動する。本実施形態では、積分部１２、クリア部１３、第１の蓄積部１４、第２の蓄積部１５及びシフト部１６が、信号電荷供給手段を構成している。
【００２１】
複数の電荷転送チャンネル１Ａ  〜１２Ａ  を具備するリニアＣＣＤ（信号電荷注入手段）１７には、図２に示すタイミングで転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  が交互に印加されており、これらの転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  により、第１の蓄積部１４及び第２の蓄積部１５から移動した電荷が、リニアＣＣＤ１７において転送方向Ｉに転送される。なお、ここでは転送クロックパルスを２相のものとして説明するが、何相の転送クロックパルスを用いても構わない。
【００２２】
本実施形態において、電荷転送チャンネル１Ａ  〜１２Ａ  上には、ゲート酸化膜（図示せず）を介して、転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  が印加される転送電極が設けられている。
【００２３】
リニアＣＣＤ１７の転送方向Ｉ側の端には、複数の電荷転送チャンネル１Ｂ  〜１２Ｂ  をリング状に配置したリングＣＣＤ１８（循環シフトレジスタ）が接続されている。リングＣＣＤ１８にも転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  が交互に印加されていて、各電荷転送チャンネル１Ｂ  〜１２Ｂ  に存在する電荷は転送方向ＩＩに転送されてリングＣＣＤ１８中を循環周回することになる。
【００２４】
リニアＣＣＤ１７の各電荷転送チャンネル１Ａ  〜１２Ａ  にある電荷は、転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  によって転送方向Ｉに転送される。電荷転送チャンネル１Ａ  にある電荷は転送クロックパルスＣＫ２  によって隣の電荷転送チャンネルに転送され、さらに次の転送クロックパルスＣＫ１  によってリングＣＣＤ１８の電荷転送チャンネル１２Ｂ  に転送される。ただし、リングＣＣＤ１８の電荷転送チャンネル１Ｂ  に元々存在している電荷もこの時に電荷転送チャンネル１２Ｂ  に転送されてくるので、電荷転送チャンネル１２Ｂ  において各々の電荷が加え合わせられる。
【００２５】
ここではリニアＣＣＤ１７の電荷転送チャンネルの数とリングＣＣＤ１８の電荷転送チャンネル数とを一致させて、１Ａ  と１Ｂ  、２Ａ  と２Ｂ  、３Ａ  と３Ｂ  、…、…、１１Ａ  と１１Ｂ  、１２Ａ  と１２Ｂ  の電荷が常に加え合わされるように構成している。但し、センサーアレイ１１からの信号電荷の注入がない電荷転送チャンネル１Ａ  、２Ａ  には初期的には電荷が存在しないので、これに対応して、リングＣＣＤ１８には無信号〔電荷〕部が形成されることになる。
【００２６】
ＣＣＤクリア部２０にＣＣＤＣＬＲ信号を印加すると、電荷転送チャンネル１Ｂ  の電荷は空になる。従って、図３の動作シーケンスの初期化モードに示されたタイミングでＣＣＤクリア部２０にＣＣＤＣＬＲ信号を印加するとともに、電荷がリングＣＣＤ１８の内部を一周するまで転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  を印加すると、リングＣＣＤ１８に存在する電荷は必ず電荷転送チャンネル１Ｂ  を通過するので、ＣＣＤクリア部２０で電荷は空になり、結局リングＣＣＤ１８内の電荷を全て空（リセット状態）にすることができる。
【００２７】
出力部２１は、電荷転送チャンネル６Ｂ  上にゲート酸化膜を介して設けられたフローティングゲート電極部１０２と接続されており、出力アンプ１０１が電荷転送チャンネル６Ｂ  に存在する電荷量を電圧に変換して、図４に示すタイミングでＯＳ信号を外部装置に出力する。トランジスタ１０３にはリセット電位ＲＤ及びＲＳ１  パルスが接続され、図４に示すタイミングでＲＳ１  パルスが印加されると、フローティング電極部１０２はリセット電位ＲＤにリセットされる。
【００２８】
図５に示す装置は、図１で説明したリングＣＣＤ（循環シフトレジスタ）１８を具備する測距装置を、カメラのオートフォーカス装置に応用した例である。オートフォーカス装置は、近距離・高反射率の被写体から遠距離・低反射率の被写体までの信号を扱うので、極めて大きなダイナミックレンジ（通常１：１０００程度）が必要である。そのため、信号処理回路に十分なダイナミックレンジを確保することが難しく、色々な工夫がなされている。ここで説明する例では、信号レベルが大きければ数回の蓄積でリングＣＤＤ１８での蓄積加算動作を停止し、信号レベルが小さければ数百回の蓄積を繰り返すことで測距演算をするのに十分な信号レベルを得るようにする。なお、図５の測距装置は、図１に示したのと同様の装置を２つ備えているので、ここでは図１のものと同一部材には同一符号に「Ｒ」または「Ｌ」を付記するものとする。
【００２９】
図５において、近赤外光を発するＩＲＥＤ２０１から出たパルス状光束は、投光レンズ２０７で集光されて被写体２２１に当たる。被写体２２１で反射された近赤外光の一部は、受光レンズ２０８Ｒで集光されてセンサーアレイ１１Ｒ上に受光像２２２Ｒを形成する。また、受光レンズ２０８Ｌを通過して集光された近赤外光は、センサーアレイ１１Ｌ上に受光像２２２Ｌを形成する。
【００３０】
ＩＲＥＤ駆動回路２０２は、ＩＲＥＤ２０１を所定の周期で点滅駆動する。信号電荷積分部（信号電荷供給手段）１２Ｒ〜１６Ｒ、１２Ｌ〜１６Ｌは、各々のセンサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌの信号電荷を積分し、リニアＣＣＤ（信号電荷注入手段）１７Ｒ、１７Ｌに所定のタイミングで蓄積した電荷を供給する。
【００３１】
リニアＣＣＤ１７Ｒに供給された信号電荷は、ＡＦ処理回路２０６で発生したドライブパルス２０３の一つである転送クロックに従って、循環シフトレジスタ１８Ｒに注入される。同様に、リニアＣＣＤ１７Ｌに供給された信号電荷も、循環シフトレジスタ１８Ｌに注入される。循環シフトレジスタ１８Ｒ、１８Ｌ内を循環する信号電荷は、フローティング電極部１０２Ｒ、１０２Ｌから読み出され出力アンプ１０１Ｒ、１０１Ｌを介してＡＦ処理回路２０６に転送される。ＡＦ処理回路２０６では、センサーアレイ１１Ｒ上の受光像２２２Ｒの位置Ｘｒと、センサーアレイ１１Ｌ上の受光像２２２Ｌの位置Ｘｌとにより、被写体２２１までの距離Ｄを求める。
【００３２】
ＡＦ処理回路２０６は、Ａ／Ｄコンバータ２０４と、ＣＰＵ２１０と、メモリ２１１とを有しており、センサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌ、信号積分部１２Ｒ〜１６Ｒ、１２Ｌ〜１６Ｌ及び循環シフトレジスタ１８Ｒ、１８Ｌをドライブするためのドライブパルス２０３を発生してそれらの動作を制御する。
【００３３】
図５において、投光レンズ２０７、受光レンズ２０８Ｒ、受光レンズ２０８Ｌの３つのレンズは同一直線上にあり、受光レンズ２０８Ｒ、２０８Ｌ間の距離はＢ、受光レンズ２０８Ｒと投光レンズ２０７の距離はＫであり、被写体２２１は投光レンズ２０７から垂直方向に距離Ｄだけ離れている。また、センサーアレイ１１Ｒとセンサーアレイ１１Ｌとの距離もＢで、各々のセンサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌは、受光レンズ２０８Ｒ、受光レンズ２０８Ｌから各レンズに共通の焦点距離ｆだけ離れて設置されている。さらに、センサーアレイ１１Ｒの片側の端から受光像２２２Ｒまでの距離をＸｒ、センサーアレイ１１Ｒの片側の端から受光レンズ２０８Ｒの主点のセンサーアレイ１１Ｒへの垂直射影点までの距離をΔＸとし、同様に、センサーアレイ１１Ｌの片側の端から受光像２２２Ｒまでの距離をＸｌ、センサーアレイ１１Ｌの片側の端から受光レンズ２０８Ｌの主点のセンサーアレイ１１Ｌへの垂直射影点までの距離をΔＸとする。
【００３４】
ここで、受光レンズ２０８Ｒ、２０８Ｌの主点を共通の頂点とする夫々２つの三角形が相似することから、
Ｄ／Ｋ＝ｆ／（Ｘｒ−ΔＸ）………▲１▼
Ｄ／（Ｂ＋Ｋ）＝ｆ／（Ｘｌ−ΔＸ）……▲２▼
が成立する。これら式▲１▼▲２▼からＫを消去してＤについて解くと、
Ｄ＝Ｂ・ｆ／（Ｘｌ−Ｘｒ）………▲３▼
となる。即ち、Ｂとｆは一定で既知の値であるのでセンサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌ上の受光像２２２Ｒ、２２２Ｌの位置Ｘｒ、Ｘｌを検出すれば、被写体２２１までの距離Ｄが三角測距により求めらる。
【００３５】
また、図６は図１に示した装置において、センサーアレイ１１からリニアＣＣＤ１７までの構造を拡大して示した図である。以下、図５、図６等に基づいて本実施形態の測距装置における電荷の流れを説明する。
【００３６】
始めに、図５において、ＡＦ処理回路２０６は、ＩＲＥＤ駆動回路２０２を介しＩＲＥＤ２０１を点滅させる。従って、ＩＲＥＤ２０１からの光線に起因する受光像２２２Ｒ及び２２２Ｌも点滅する。即ち、ＩＲＥＤ２０１の点灯時にセンサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌ上に受光像２２２Ｒ、２２２Ｌが現れ、この受光像信号と外光がセンサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌの画素（光電変換素子）Ｓ１  〜Ｓ５  によって電荷に変換される。またＩＲＥＤ２０１の消灯時にはセンサーアレイ１１Ｒ、１１Ｌの画素Ｓ１  〜Ｓ５  には外光のみが当たり、この外光分だけが電荷に変換される。
【００３７】
図６において、センサーアレイ１１の中の１画素（センサー）Ｓ２  で光電変換された信号電荷は、経路３０１を通って積分部１２で積分される。そして、クリア部１３に接続されたＩＣＧラインに図２に示すタイミングでＩＣＧパルスを印加することで、積分部１２にある信号電荷は経路３０２を通って不図示のグランドラインへ流れ出す。即ち、積分部１２の電荷がクリアされることになる。従ってＩＣＧパルスを制御することで積分部１２に電荷を蓄積する時間を任意に可変する、いわゆる電子シャッターとしての機能を得ることができる。
【００３８】
図２に示すＩＣＧパルスからパルスＳＴ１  、ＳＴ２  までの時間ｔ１  、ｔ２  が、積分時間である。各積分部１２は第１の蓄積部１４と第２の蓄積部１５とを隣接した位置に夫々備えている。第１の積分部１４には、図２に示すＳＴ１  パルスのタイミングで積分部１２から経路３０４を介して電荷が流れ込む。また第２の蓄積部１５には、ＳＴ２  パルスのタイミングで積分部１２から経路３０３を介して電荷が流れ込む。第１の蓄積部１４と第２の蓄積部１５は、交互に並んで配置され、その下にシフト部１６がそれぞれ設けられている。
【００３９】
シフト部１６にシフトパルスＳＨが印加されると、第１の蓄積部１４に蓄積された電荷は経路３０６を介してリニアＣＣＤ１７の電荷転送チャンネルに転送される。また、第２の蓄積部１５に蓄積された電荷は、経路３０５を介してリニアＣＣＤ１７の電荷転送チャンネルに転送される。
【００４０】
ところで、図２に示すように、ＳＴ１  パルスはＩＲＥＤ２０１の消灯状態（点灯の直前）に同期して出力されるようにＡＦ処理回路２０６が制御するので、第１の蓄積部１４にはセンサーアレイ１１に当たった外光に起因するの電荷が蓄積される。また、ＳＴ２  パルスはＩＲＥＤ２０１の点灯状態（消灯の直前）に同期して出力されるようにＡＦ処理回路２０６が制御するので、第２の蓄積部１５にはセンサーアレイ１１に当たった被写体から反射してきた信号分と外光分との加算分に起因する電荷が蓄積される。ＳＨパルスによって第１の蓄積部１４及び第２の蓄積部１５に蓄積された電荷は、図１の電荷転送チャンネル３Ａ  〜１２Ａ  にそれぞれ転送される。従って、奇数番号の電荷転送チャンネル３Ａ  、５Ａ  、７Ａ  、９Ａ  、１１Ａ  には外光分だけの電荷が、偶数番号の電荷転送チャンネル４Ａ  、６Ａ  、８Ａ  、１０Ａ  、１２Ａ  には被写体から反射されてきた信号分と外光分の電荷が加え合わされた分が転送されることになる。
【００４１】
なお、電荷転送チャンネル１Ａ  、２Ａ  はリニアＣＣＤ１７と循環シフトレジスタ１８の構成上追加した電荷転送チャンネルであるが、初期的にはセンサーアレイ１１からの信号電荷がシフト部１６から直接転送されることがない無信号部となる。
【００４２】
循環シフトレジスタ１８は、クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  によって図１の転送方向ＩＩに電荷を転送する。ＳＨパルスは、図２に示すように、循環シフトレジスタ１８の一周に同期して発生させており、更にＩＲＥＤ２０１の点灯、消灯とパルスＳＴ１  、ＳＴ２  がＳＨパルスに同期していることから、循環シフトレジスタ１８の各電荷転送チャンネル１Ｂ  〜１２Ｂ  には常に同一の画素Ｓ１  〜Ｓ５  からの電荷を積分した信号電荷が加算されていく。
【００４３】
図５に示す測距装置では、図３に示した初期化モードにおいて、図２で説明した時間ｔ１  と時間ｔ２  が、
ｔ１  ＝ｔ２  ＝０
となる条件で、ＳＴ１  、ＳＴ２  、ＩＣＧ、ＣＫ１  、ＣＫ２  の各パルスを出力する。ｔ１  ＝ｔ２  ＝０とすることで、積分部１２の電荷は空になる。また、電荷が循環シフトレジスタ１８を３周する以上の期間ＣＣＤＣＬＲのパルスを印加することにより、第１の蓄積部１４、第２の蓄積部１５、リニアＣＣＤ１７、循環シフトレジスタ１８に残った電荷は全て図１に示すＣＣＤクリア部２０を介して排除される。各部の電荷が完全に空になった以降、図３に示すようにＣＣＤＣＬＲのパルスを止め積分モードへ移行する。
【００４４】
この積分モードでは、
ｔ１  ＝ｔ２  ≠０
となる条件で、ＩＣＧ、ＳＴ１  、ＳＴ２  、ＳＨ、ＣＫ１  、ＣＫ２  の各パルスとＩＲＥＤ２０１を、図２に示す所定のタイミングで動作させる。このとき、上述のように、ＩＲＥＤ２０１の消灯時の外光による電荷は、第１の蓄積部１４を介してリニアＣＣＤ１７の電荷転送チャンネル３Ａ  、５Ａ  、７Ａ  、９Ａ  、１１Ａ  に転送され、更に循環シフトレジスタ１８で次々に加算され溜まっていく。同様に、ＩＲＥＤ２０１点灯時に被写体から反射されてきた信号分と外光分とが加算された電荷は、第２の蓄積部１５を介してリニアＣＣＤ１７の電荷転送チャンネル４Ａ  、６Ａ  、８Ａ  、１０Ａ  、１２Ａ  に転送され、更に循環シフトレジスタ１８で次々に加算され溜まっていく。
【００４５】
出力部２１の出力信号であるＯＳ信号は、アンプ１０１Ｒ、１０１Ｌを介してＡＦ処理回路２０６に伝えられる。ＯＳ信号が測距演算を行うのに充分なレベルに達すると、図３に示す読み出しモードに移行し、ＳＨパルスを停止して信号電荷の加算を止める。また、ＯＳ信号は図４に示すタイミングで出力されるが、この信号をＡ／Ｄ変換して取り込むことを容易にするために、転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  の周波数を低下させる。図４には、周波数２４０ｋＨｚの転送クロックパルスＣＫ１  、ＣＫ２  を、周波数１５ｋＨｚの転送クロックパルスＣＫＡ  、ＣＫＢ  （このときのリセットパルスＲＳ１  ）に変更している様子を示す。
【００４６】
ＡＦ処理回路２０６に備えられたＡ／Ｄコンバータ２０４でＡ／Ｄ変換されたＯＳ信号は、そのレベルがＣＰＵ２１０を介してメモリ２１１に書き込まれる。メモリ２１１に書き込まれたデータは、測距動作のＯＳ信号の出力順に以下のようになる。
【００４７】
無信号時のレベル
無信号時のレベル
画素Ｓ１  に当たった外光分
画素Ｓ１  に当たった外光分＋信号分
画素Ｓ２  に当たった外光分
画素Ｓ２  に当たった外光分＋信号分
…………………
画素Ｓ５  に当たった外光分
画素Ｓ５  に当たった外光分＋信号分
【００４８】
そこで、次の演算を実施して各画素Ｓ１  〜Ｓ５  の信号分のみ取り出すことができる。
無信号部のレベル−無信号部のレベル＝０
（画素Ｓ１  に当たった外光分＋信号分）−（画素Ｓ１  に当たった外光分）＝画素Ｓ１  に当たった信号分
（画素Ｓ２  に当たった外光分＋信号分）−（画素Ｓ２  に当たった外光分）＝画素Ｓ２  に当たった信号分
…………………………………………………………………
（画素Ｓ５  に当たった外光分＋信号分）−（画素Ｓ５  に当たった外光分）＝画素Ｓ５  に当たった信号分
【００４９】
以上の処理を図５に示す２つの循環シフトレジスタ１８Ｒ、１８Ｌに実施した結果から、受光像２２２Ｒ、２２２Ｌの位置Ｘｒ、Ｘｌを得ることができる。また、これらの位置Ｘｒ、Ｘｌを式▲３▼に代入することにより、被写体２２１までの距離Ｄを算出することができる。
【００５０】
図７は、図５に示す測距装置のセンサーアレイ１１、積分部１２とクリア部１３と第１の蓄積部１４と第２の蓄積部１５とシフト部１６（以下、これら１２〜１６をまとめて「信号積分部」という）、リニアＣＣＤ１７、及び、循環シフトレジスタ１８等の模式図である。図７ではセンサーアレイ１１が１０個の画素Ｓ１  〜Ｓ１０から構成されるものとして説明する。また、センサーアレイ１１には、被写体から反射したＩＲＥＤ２０１からの光線と外光とが当たっており、受光像２２２が形成されている。
【００５１】
図８は、この状態で蓄積動作させたときの各電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の電荷量と、画素Ｓ１  〜Ｓ１０の信号レベルとの分布を示したものである。図８（ａ）において、各電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  に対応して太線で示す１は、循環シフトレジスタ１８での蓄積１回（即ち、ＩＲＥＤ２０１の１回の点灯）で得られる電荷量分布である。また、細線で示す２は、循環シフトレジスタ１８での蓄積を１０回繰り返したときの電荷量分布で、各電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の転送効率が１００％の理想的なものである。また、破線で示す３は、転送効率が９９．５％程度のときの電荷量分布である。
【００５２】
電荷量分布２に基づき、上述した（外光分＋信号分）−（外光分）の演算を実施すると、転送効率が理想的な場合のセンサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のパワー分布が求められる。このパワー分布から、図８（ｂ）に示すように、ＩＲＥＤ２０１の受光像４を再現し、これに基づいて受光像４の理想的な位置Ｘ（例えばピーク位置や重心位置）を求めることができる。
【００５３】
また、同様に、電荷量分布３より（外光分＋信号分）−（外光分）の演算を実施しても、センサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のパワー分布が求められる。このパワー分布から、図８（ｃ）に示すように、ＩＲＥＤ２０１の受光像５を再現し、これから受光像５の位置Ｘを求めることができる。但し、このとき、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の転送効率が１００％に満たないことから、受光像５の隣に偽の受光像６が現れ、測距演算においてはノイズとなる。
【００５４】
そこで、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の無信号部１Ｂ  、２Ｂ  （１回目のＬＲＥＤ２０１の点灯により電荷転送チャンネル１Ａ  、２Ａ  に形成された無信号部に対応するものをいう、以下同様の意味を表すものとする）に隣接する電荷転送チャンネル３Ｂ  、４Ｂ  （画素Ｓ１  、Ｓ２  に対応）の電荷量を無視して何れも０とする。その上で（外光分＋信号分）−（外光分）の演算を実施すると、センサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のより正確なパワー分布が求められる。このパワー分布から、図８（ｄ）に示すように、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  や１Ａ  〜２２Ａ  の転送効率が１００％に満たない場合であっても、ノイズのないＩＲＥＤ２０１の受光像７を再現することができる。つまり、図８（ｃ）にあったような偽の受光像６は消え、測距演算におけるノイズを減らすことができ、正確な測距が可能になる。なお、無信号部１Ｂ  、２Ｂ  に現れた信号電荷についても、ノイズとして当然に無視して測距演算を行う。
【００５５】
図９は、図８の場合よりセンサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のパワーが小さく、蓄積を２０回繰り返した場合の図８に対応する図である。図９（ａ）において、各電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  に対応して細線で示す３２は、循環シフトレジスタ１８での蓄積２０回（即ち、ＩＲＥＤ２０１の２０回の点灯）で得られる電荷量分布であり、転送効率が１００％の理想的なものである。また、破線で示す３３は、転送効率が９９．５％程度のときの電荷量分布である。
【００５６】
電荷量分布３２より（外光分＋信号分）−（外光分）の演算を実施すると、センサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のパワー分布が求められる。このパワー分布から、図９（ｂ）に示すように、ＩＲＥＤ２０１の受光像３４を再現し、これから受光像３４の理想的な位置Ｘ（例えばピーク位置や重心位置）を求めることができる。
【００５７】
また、同様に、電荷量分布３３より（外光分＋信号分）−（外光分）の演算を実施しても、センサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のパワー分布が求められる。このパワー分布から、図９（ｃ）に示すように、ＩＲＥＤ２０１の受光像３５を再現する。但し、この場合、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の転送効率が１００％に満たないことに起因して発生する偽の受光像３６の方が、真の受光像３５よりも信号レベルが大きくなり、例えば信号レベルのピーク位置を受光像の位置として求めるときには偽の受光像３６のピーク位置ＸＸを受光像の位置として採用してしまう。
【００５８】
そこで、信号の蓄積回数が多いときには、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の無信号部１Ｂ  、２Ｂ  に隣接する３Ｂ  、４Ｂ  、更に隣の５Ｂ  、６Ｂ  の電荷量をも無視することとして何れの信号レベルも０と擬制する。その上で（外光分＋信号分）−（外光分）の演算を実施し、センサーアレイ１１に当たるＩＲＥＤ２０１のパワー分布を求め、このパワー分布から、図９（ｄ）に示すように、ノイズのないＩＲＥＤ２０１の受光像３７を再現する。つまり、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の転送効率が１００％に満たない場合であっても、偽の受光像３６が消え、正しい位置Ｘが求められる。
【００５９】
以上述べたように、本実施形態では、センサーアレイ１１に当たった外光や被写体から反射してきた信号を電荷に変換し、これを循環させながら徐々に蓄積していく構成の循環シフトレジスタ１８を用いた測距装置において、循環シフトレジスタ１８の電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の無信号部１Ｂ  、２Ｂ  に（無信号部からみて電荷の循環方向とは逆方向に）隣接する信号電荷については測距演算時に無視する（即ち、蓄積電荷＝０とする）。これにより、電荷転送効率が１００％未満であっても、偽の受光像の発生を防ぎ、受光像の正確な位置を得て、これを演算して被写体までの正確な距離を求めることが可能となる。なお、このように所定の信号電荷について無視して測距演算を行ったとしても、この無視される信号電荷に対応する画素は実際の受光像が形成される画素のごく一部に過ぎないため、測距に影響を与えることはほとんどない。本実施形態では、第１の蓄積部１４と第２の蓄積部１５を対に用いているので、偶数個の電荷転送チャンネルの信号電荷を無視するが、蓄積部を対にして用いない場合には、奇数個の電荷転送チャンネルの信号電荷を無視するようにしてもよい。
【００６０】
また、信号電荷が小さくて循環シフトレジスタ１８での蓄積の回数が多い場合など、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の無信号部の影響が広がる時は、測距演算時に無視する信号電荷に対応する電荷転送チャンネルを増やすことで、電荷転送効率が１００％未満であっても偽の受光像の発生を防ぎ、受光像の正確な位置を得て、これを演算して被写体までの正確な距離を求めることが可能となる。
【００６１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６２】
本実施形態の測距装置では、センサーアレイの画素に隣接して少なくとも１つのダミーの画素を設け、このダミーの画素にセンサーアレイの画素に対するのと同じ外光が入射するようにするとともに、測距演算時にダミーの画素に起因する信号電荷が無視されるようにする。具体的には、図７の構造を成す測距装置の信号処理部において、被写体から反射されてくる信号の受光像がセンサーアレイ１１の画素Ｓ３  〜Ｓ１０の範囲に限定されるようにし、無信号部に隣接する電荷転送チャンネルに対応する画素Ｓ１  、Ｓ２  をダミー（受光像が形成されない）としてその信号電荷を測距演算に用いないようにする。
【００６３】
つまり、画素Ｓ１  、Ｓ２  の部分の信号電荷が循環シフトレジスタ１８に転送されて蓄積動作を繰り返す場合、電荷転送効率が１００％未満であれば、画素Ｓ１  、Ｓ２  の範囲の電荷転送チャンネル３Ｂ  〜６Ｂ  の信号電荷は、電荷転送チャンネル１Ｂ  〜２２Ｂ  の無信号部１Ｂ  、２Ｂ  に隣接するのでその影響を受けて漏れて行く。しかし、画素Ｓ１  、Ｓ２  をダミーとして測距演算時に無視しているので、その影響が画素Ｓ２  までに留まり、測距演算の結果には影響がない。
【００６４】
以上述べたごとく、本実施形態の測距装置では、測距を行うのに必要な画素群Ｓ３  〜Ｓ１０に隣接して、測距演算時にはその信号電荷量を無視するダミーとなる画素Ｓ１  、Ｓ２  を設け、そのダミーの画素Ｓ１  、Ｓ２  に対応する電荷転送チャンネル３Ｂ  〜６Ｂ  の電荷を（循環シフトレジスタ１８内部で無信号部１Ｂ  、２Ｂ  に隣接するのでその影響を測距演算に用いる信号電荷が受けることを防止するために）測距演算時に無視することにより、被写体までの正確な距離を求めることが可能になる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リング状に配置された複数の電荷チャネルと、循環シフトレジスタとを備え、測距演算を行うに際し、上記電荷転送チャンネルに発生する無信号部に隣接する少なくとも１つの上記電荷転送チャンネルに存在する信号電荷を無視するとともに、上記循環シフトレジスタにおける信号電荷の蓄積回数が多いほど、無視する電荷信号に対応する電荷転送チャンネルの数を増やすようにしたので、上記無信号部が発生したとしても、受光像の位置を可及的に正確に得ることができ、測距を高い精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の測距装置の要部を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の測距装置の動作シーケンスを説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態の測距装置の動作シーケンスを説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態の測距装置の動作シーケンスを説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の測距装置をカメラのＡＦ装置に応用した例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の測距装置の要部を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の測距装置の要部を示す模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の測距装置の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の測距装置の動作を説明するための図である。
【図１０】従来の測距装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１  １回の蓄積での電荷転送チャンネルの電荷量分布
２  転送効率１００％で１０回蓄積した時の電荷転送チャンネルの電荷量分布
３  転送効率９９．５％で１０回蓄積した時の電荷転送チャンネルの電荷量分布
４  転送効率１００％で１０回蓄積した時のセンサーアレイ上のパワー分布から再現した受光像
５  転送効率９９．５％で１０回蓄積した時のセンサーアレイ上のパワー分布から再現した受光像
６  偽の受光像
７  偽の受光像のある画素の信号電荷を無視したときの受光像
１１  センサーアレイ
１２  積分部
１３  クリア部
１４  第１の蓄積部
１５  第２の蓄積部
１６  シフト部
１７  リニアＣＣＤ（信号電荷注入手段）
１８  循環シフトレジスタ
１０１  出力アンプ
１０２  フローティングゲート電極部
２０１  ＩＲＥＤ
２０２  ＩＲＥＤ駆動回路
２０３  ドライブパルス
２０４  Ａ／Ｄコンバータ
２０６  ＡＦ処理回路
２０７  投光レンズ
２０８  受光レンズ
２１０  ＣＰＵ
２１１  メモリ
２２１  被写体
２２２  センサーアレイ上の受光像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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