(57)【要約】【課題】被測距対象物までの距離を測定する際に使用される光センサにおいて、光センサの集積率を向上させることができるようにする。【解決手段】光センサアレイ２０を構成する一対の光センサ８０は、一対の光検出器４１，６１から一方の電荷蓄積部Ａ４６に電荷を転送する一対の転送素子４３，６３と、一対の光検出器４１，６１から他方の電荷蓄積部Ｂ６６に電荷を転送する一対の転送素子４４，６４とを備えている。また、クロック発振機１０は、まず、一対のリセット素子４２，６２を作動させ、リセット素子４２，６２の作動後に、光源１５による投射光の照射に同期して一方の光検出器Ａ４１に対応する転送素子４３を作動させる。そして、この転送素子４３の作動直後に一方の光検出器Ａ４１に対応する転送素子４４を作動させ、転送素子４４の作動後に各出力素子４８，６８を作動させる。【選択図】図３
2008145348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を蓄積する一対の電荷蓄積部と、
入射光に応じた電荷を生成する一対の光検出部と、
前記各電荷蓄積部に蓄積された電荷を予め設定された一定の電荷にリセットする一対のリセット素子と、
前記各光検出部から一方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第１転送素子と、
前記各光検出部から他方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第２転送素子と、
前記各電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた電流を出力する一対の出力素子と、
を備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記各光検出部に蓄積された電荷を排出する一対の排出素子を備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
当該光センサを構成する電荷蓄積部、光検出部、リセット素子、第１転送素子、第２転送素子、および出力素子は、基板上に配置されており、
前記各転送素子は、前記基板上において複数に分割して配置されていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記複数に分割された各転送素子は、前記各光検出部の周囲を取り囲んで配置されていること
を特徴とする請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記基板上において、一方の光検出部に接続された第１転送素子または第２転送素子と該一方の光検出部とを接続する配線の長さ、および他方の光検出部に接続された第１転送素子または第２転送素子と該他方の光検出部とを接続する配線の長さは、等しく設定されていること
を特徴とする請求項３または請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
前記基板上において、前記各電荷蓄積部は、前記各光検出部を挟んで線対称に配置されていること
を特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の光センサ。
【請求項７】
前記基板上において、前記各第１転送素子および前記各第２転送素子は、前記各光検出部を挟んで線対称に配置されていること
を特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の光センサ。
【請求項８】
前記基板上において、前記各リセット素子および前記各出力素子は、前記各光検出部を挟んで点対称に配置されていること
を特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の光センサ。
【請求項９】
光センサを水平方向および垂直方向に行列配置してなる光センサアレイであって、
当該光センサアレイを構成する各光センサは、それぞれに隣接する他の光センサとともに一対の光センサを構成しており、
前記各一対の光センサとして、請求項１〜請求項８の何れかに記載の光センサを備えたこと
を特徴とする光センサアレイ。
【請求項１０】
当該光センサアレイを構成する各光センサは、それぞれ垂直方向に隣接する他の光センサとともに一対の光センサを構成していること
を特徴とする請求項９に記載の光センサアレイ。
【請求項１１】
被測距対象物に対して投射光を照射する光源と、
前記光源に対して予め設定された所定時間だけ投射光を照射させる発光制御手段と、
前記投射光が前記被測距対象物により反射された反射光を受光することによって該反射光を受光するまでの時間に応じた出力を行う光センサと、
前記光センサを構成する各素子を作動制御する素子制御手段と、
を備えた距離検出装置であって、
前記光センサは、
電荷を蓄積する一対の電荷蓄積部と、
前記反射光に応じた電荷を生成する一対の光検出部と、
前記各電荷蓄積部に蓄積された電荷を予め設定された一定の電荷にリセットする一対のリセット素子と、
前記各光検出部から一方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第１転送素子と、
前記各光検出部から他方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第２転送素子と、
前記各電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた電流を出力する一対の出力素子と、
を備え、
前記素子制御手段は、少なくとも、
前記一対のリセット素子を作動させる第１リセット手段と、
前記第１リセット手段の作動後に、前記光源による投射光の照射に同期して一方の光検出部に対応する第１転送素子を作動させ、この第１転送素子の作動直後に前記一方の光検出部に対応する第２転送素子を作動させる第１転送手段と、
前記第１転送手段の作動後に前記各出力素子を作動させる第１出力手段と、
を備えたことを特徴とする距離検出装置。
【請求項１２】
前記素子制御手段は、
前記第１出力手段の作動後に、前記一対のリセット素子を作動させる第２リセット手段と、
前記第１リセット手段の作動後に、前記光源による投射光の照射に同期して他方の光検出部に対応する第１転送素子を作動させ、この第１転送素子の作動直後に前記他方の光検出部に対応する第２転送素子を作動させる第２転送手段と、
前記第２転送手段の作動後に前記各出力素子を作動させる第２出力手段と、
を備えたこと
を特徴とする請求項１１に記載の距離検出装置。
【請求項１３】
前記一対の出力素子からの出力に基づいて前記被測距対象物までの距離を演算する演算手段を備えたこと
を特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の距離検出装置。
【請求項１４】
前記光センサは前記各光検出部に蓄積された電荷を排出する一対の排出素子を備え、
前記素子制御手段は、
前記転送手段を作動させないときに前記各排出素子を作動させる排出制御手段を備えたこと
を特徴とする請求項１１〜請求項１３の何れかに記載の距離検出装置。
【請求項１５】
前記素子制御手段は、
前記出力手段の作動前に、前記転送手段を予め設定された回数だけ繰り返して実施すること
を特徴とする請求項１１〜請求項１４の何れかに記載の距離検出装置。
【請求項１６】
被測距対象物に対して投射光を照射する光源と、
前記光源に対して予め設定された所定時間だけ投射光を照射させる発光制御手段と、
電荷を蓄積する一対の電荷蓄積部、
前記反射光に応じた電荷を生成する一対の光検出部、
前記各電荷蓄積部に蓄積された電荷を予め設定された一定の電荷にリセットする一対のリセット素子、
前記各光検出部から一方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第１転送素子、
前記各光検出部から他方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第２転送素子、および
前記各電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた電流を出力する一対の出力素子、
を有する光センサと、
を備えた距離検出装置において、前記光センサを構成する各素子を作動制御する距離検出方法であって、
前記一対のリセット素子を作動させる第１リセット工程と、
前記第１リセット手段の作動後に、前記光源による投射光の照射に同期して一方の光検出部に対応する第１転送素子を作動させ、この第１転送素子の作動直後に前記一方の光検出部に対応する第２転送素子を作動させる第１転送工程と、
前記第１転送手段の作動後に前記各出力素子を作動させる第１出力工程と、
を実施することを特徴とする距離検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測距対象物までの距離を測定する際に使用される光センサ、および光センサを用いた距離検出装置、並びに距離検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光センサを多数備えたＣＭＯＳ光センサアレイを用いて物体までの距離を計測する距離検出装置が知られている。この装置においては、光源からの投射光を各光センサ内のフォトダイオードで受光し、投射光に対応する物体からの反射光を受光するまでの時間を計測することにより、物体までの距離を計測する。
【０００３】
より具体的には、各光センサには、１画素につき２つの電荷蓄積部を備えており、一方の電荷蓄積部には光源が光を投射しているときにフォトダイオードで生成された電荷を蓄積し、他方の電荷蓄積部には光源が光を投射していないときにフォトダイオードで生成された電荷を蓄積する。そして、演算装置を用いてそれぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷量を比較することにより、物体からの反射光を受光するまでの時間、つまり、物体までの距離を算出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第２００４／０１２２６９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、距離測定機能を備えず画像識別機能のみを有する光センサが１つの電荷蓄積部を必要とするのに対して、上記光センサにおいては２つの電荷蓄積部を必要とするので、余分な電荷蓄積部を配置する分だけ回路の集積率が悪化するという問題点があった。
【０００５】
そこでこのような問題を鑑み、被測距対象物までの距離を測定する際に使用される光センサにおいて、光センサの集積率を向上させることができるようにすることを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために成された請求項１に記載の光センサにおいては、被測距対象物までの距離を測定する際に使用される光センサであって、一対の光検出部から一方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第１転送素子と、一対の光検出部から他方の電荷蓄積部に電荷を転送する一対の第２転送素子とを備えている。
【０００７】
ここで、被測距対象物までの距離を測定する際に使用される光センサにおいては、受光タイミングに応じて光検出部により生成された電荷を複数の電荷蓄積部に振り分ける必要がある。このため、従来構成の光センサでは、１つの光検出部に対して２つの電荷蓄積部を備えるようにしていたが、本発明の光センサにおいては、第１転送素子および第２転送素子を備えているので、１つの光検出部に対して１つの電荷蓄積部を備えていればよい。
【０００８】
よって、本発明の光センサによれば、従来構成の光センサのように、１つの光検出部に対して２つの電荷蓄積部を備えた光センサと比較して、光センサを小型化することができるので、光センサの集積率を向上させることができる。
【０００９】
ところで、請求項１に記載の光センサにおいては、請求項２に記載のように、各光検出部に蓄積された電荷を排出する一対の排出素子を備えていてもよい。
このような光センサによれば、排出素子を備えているので、この排出素子を作動するときには光検出部に不要な電荷が蓄積されることを防止することができる。よって、当該光センサを用いて距離を検出する際の検出精度を向上させることができる。
【００１０】
さらに、請求項１または請求項２に記載の光センサにおいては、請求項３に記載のように、光センサを構成する電荷蓄積部、光検出部、リセット素子、第１転送素子、第２転送素子、および出力素子は、基板上に配置されており、各転送素子は、基板上において複数に分割して配置されていてもよい。
【００１１】
このような光センサによれば、各転送素子を複数に分割しているので、各転送素子の作動速度を向上させることができる。
また、請求項３に記載の光センサにおいて、複数に分割された各転送素子は、請求項４に記載のように、各光検出部の周囲を取り囲んで配置されていてもよい。
【００１２】
このような光センサによれば、光検出部の周囲に分割された各転送素子を配置するので、結果的に光センサの中央に近い位置に光検出部を配置することができる。よって、光センサを複数個並べて配置した際に、光検出部同士の間隔がなるべく一定になるようにすることができる。
【００１３】
さらに、請求項３または請求項４に記載の光センサにおいては、請求項５に記載のように、基板上において、一方の光検出部に接続された第１転送素子または第２転送素子と一方の光検出部とを接続する配線の長さ、および他方の光検出部に接続された第１転送素子または第２転送素子と他方の光検出部とを接続する配線の長さは、等しく設定されていてもよい。
【００１４】
このような光センサによれば、各光検出部と転送素子とを接続する配線の長さを等しくしているので、電荷の転送特性を一定にすることができる。
また、請求項１〜請求項５の何れかに記載の光センサにおいては、請求項６に記載のように、基板上において、各電荷蓄積部は、各光検出部を挟んで線対称に配置されていてもよい。
【００１５】
このような光センサによれば、光検出部から各電荷蓄積部までの距離を等しくすることができるので、光検出部から各電荷蓄積部に電荷を転送する際の特性を一定にすることができる。
【００１６】
さらに、請求項１〜請求項６の何れかに記載の光センサにおいては、請求項７に記載のように、基板上において、各第１転送素子および各第２転送素子は、各光検出部を挟んで線対称に配置されていてもよい。
【００１７】
このような光センサによれば、各第１転送素子および各第２転送素子の作動特性を一定にすることができる。
また、請求項１〜請求項７の何れかに記載の光センサにおいては、請求項８に記載のように、基板上において、各リセット素子および各出力素子は、各光検出部を挟んで点対称に配置されていてもよい。
【００１８】
このような光センサによれば、各リセット素子および各出力素子の作動特性を一定にすることができる。
また、請求項９に記載の光センサアレイは、一対の光センサとして、請求項１〜請求項８の何れかに記載の光センサを備えている。
【００１９】
従って、このような光センサアレイによれば、請求項１〜請求項８の何れかに記載の光センサを備えているので、電荷蓄積部の数を減らすことができる。よって、光センサアレイを構成する光センサの集積率を向上させることができる。
【００２０】
さらに、請求項９に記載の光センサアレイにおいては、請求項１０に記載のように、各光センサは、それぞれ垂直方向に隣接する他の光センサとともに一対の光センサを構成していてもよい。
【００２１】
このような光センサアレイによれば、水平方向に隣接する光センサは同時に検出結果を出力することができるので、各光センサが水平方向に隣接する他の光センサとともに一対の光センサを構成する場合と比較して、水平方向の物体移動を捉えやすくすることができる。よって、この光センサアレイを車両に搭載すれば、歩行者の飛び出し等を検出しやすくすることができる。
【００２２】
また、上記目的を達成するために成された請求項１１に記載の距離検出装置においては、光源、発光制御手段、請求項１に記載の光センサ、および素子制御手段を備え、素子制御手段は、一対のリセット素子を作動させる第１リセット手段と、第１リセット手段の作動後に、光源による投射光の照射に同期して一方の光検出部に対応する第１転送素子を作動させ、この第１転送素子の作動直後に一方の光検出部に対応する第２転送素子を作動させる第１転送手段と、第１転送手段の作動後に各出力素子を作動させる第１出力手段と、を備えている。
【００２３】
従って、このような距離検出装置によれば、請求項１に記載の光センサを備えているので、光センサを小型化することができる。また、素子制御手段が各転送素子を制御することによって電荷蓄積部に光検出部による電荷を蓄積することができるので、良好に被測距対象物までの距離を検出することができる。
【００２４】
ところで、請求項１１に記載の距離検出装置においては、一対の光センサのうち一方の光センサのみを用いて被測距対象物までの距離を検出するようにしてもよいが、請求項１２に記載のように、素子制御手段は、第１出力手段の作動後に、一対のリセット素子を作動させる第２リセット手段と、第１リセット手段の作動後に、光源による投射光の照射に同期して他方の光検出部に対応する第１転送素子を作動させ、この第１転送素子の作動直後に他方の光検出部に対応する第２転送素子を作動させる第２転送手段と、第２転送手段の作動後に各出力素子を作動させる第２出力手段と、を備えておき、全ての光センサを用いて被測距対象物までの距離を検出するようにしてもよい。
【００２５】
このような距離検出装置によれば、全ての光センサを用いて被測距対象物までの距離を検出するので、距離検出精度を向上させることができる。
さらに、請求項１１または請求項１２に記載の距離検出装置においては、当該距離検出装置の外部に、一対の出力素子からの出力に基づいて被測距対象物までの距離を演算する演算手段を備えていてもよいが、請求項１３に記載のように、当該距離検出装置が演算手段を備えていてもよい。
【００２６】
このような距離検出装置によれば、当該距離検出装置にて被測距対象物までの距離を演算することができる。
また、請求項１１〜請求項１３の何れかに記載の距離検出装置においては、請求項１４に記載のように、光センサは各光検出部に蓄積された電荷を排出する一対の排出素子を備え、素子制御手段は、転送手段を作動させないときに各排出素子を作動させる排出制御手段を備えていてもよい。
【００２７】
このような距離検出装置によれば、転送手段を作動させないときに不要となる光検出部に蓄積された電荷を排出することができるので、距離検出装置による検出精度を向上させることができる。
【００２８】
さらに、請求項１１〜請求項１４の何れかに記載の距離検出装置において、素子制御手段は、請求項１５に記載のように、出力手段の作動前に、転送手段を予め設定された回数だけ繰り返して実施するようにしてもよい。
【００２９】
このような距離検出装置によれば、転送手段を繰り返し作動させることによって各電荷蓄積部に蓄積される電荷の差分を大きくすることができる。このため、各出力素子による出力の出力差も大きくすることができる。よって、各電荷蓄積部に蓄積される電荷の差分を検出しやすくすることができるので、検出精度を向上させることができる。
【００３０】
また、上記目的を達成するために成された請求項１６に記載の距離検出方法においては、光源、発光制御手段、光センサを備えた距離検出装置において、請求項１１に記載の素子制御手段としての構成を方法として実現している。
【００３１】
従って、距離検出装置が請求項１に記載の光センサを備えているので、光センサを小型化することができる。また、距離検出方法において各転送素子を制御することによって電荷蓄積部に光検出部による電荷を蓄積することができるので、良好に被測距対象物までの距離を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明にかかる距離検出装置１の概略構成を示すブロック図である。
［実施形態］
距離検出装置１は、クロック発振機１０と、光源１５と、光センサアレイ２０と、処理装置２５とを備えている。
【００３３】
クロック発振機１０は、周知の水晶発振器や、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等を備えており、ＦＡＧＡは、水晶発振器によるカウント数に応じて、光源１５および光センサアレイ２０に対して、所定の制御信号を送信する。なお、図１において、クロック発振機１０は、光源１５を介して光センサアレイ２０に対して制御信号を送信するよう図示しているが、クロック発振機１０は、直接光センサアレイ２０に対して制御信号を送信するように構成されていてもよい。
【００３４】
光源１５は、被測距対象物５に対して例えば赤外光等の光を照射する発光部１６を備えている。また、光源１５は、クロック発振機１０からの制御信号に応じて間欠的に発光部１６から光を照射させる。
【００３５】
光センサアレイ２０は、発光部１６に隣接して配置されており、発光部１６から被測距対象物５に対して照射された光（投射光）の反射光を受光し、発光部１６から光が照射されてから反射光を受光するまでの時間差に応じた出力を処理装置２５に対して送る。なお、光センサアレイ２０を構成する各素子（トランジスタ）のスイッチング制御は、クロック発振機１０から受信する制御信号により実施される。また、この光センサアレイ２０の詳細（構成および作動）については後に詳述する。
【００３６】
処理装置２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータとして構成されており、光センサアレイ２０からの出力に応じて、被測距対象物５までの距離を演算する。
【００３７】
次に、光センサアレイ２０について図２、図３を用いて説明する。図２は光センサアレイ２０を模式的に示すブロック図、図３は光センサアレイ２０を構成する一対の光センサを示す回路図である。
【００３８】
光センサアレイ２０は、図２に示すように、光センサ４０，６０が、基板（シリコンウェーハ）上にマトリクス状に配置されて構成されている。ここで、光センサ４０，６０は、縦２ｎ個、横ｍ個（ｎ，ｍは自然数）だけ並べて配置されており、第（２ｎ−１）行目（奇数ライン）の光センサ４０は、隣接する第２ｎ行目（偶数ライン）の光センサ６０とともに、一対の光センサ８０を構成している。
【００３９】
なお、詳細については後述するが、この一対の光センサ８０においては、奇数ラインの光センサ４０と偶数ラインの光センサ６０とで電荷蓄積部Ａ４６および電荷蓄積部Ｂ６６を互いに共有するよう設定されている。
【００４０】
図２および図３に示すように、一対の光センサ８０を構成する各光センサ４０，６０は、それぞれ、光検出器４１，６１と、リセット素子４２，６２と、転送素子４３，４４，６３，６４と、排出素子４５，６５と、電荷蓄積部４６，６６と、増幅素子４７，６７と、出力素子４８，６８と、を備えている。
【００４１】
ここで、光検出器４１，６１は、図３に示すように、入射光（反射光）に応じた電荷（本実施形態においては電子）を生成して蓄積するフォトダイオードとして構成されている。また、リセット素子４２，６２、転送素子４３，４４，６３，６４、排出素子４５，６５、増幅素子４７，６７、出力素子４８，６８は、ＭＯＳ型トランジスタとして構成されている。
【００４２】
光検出器４１（６１）は、アノードが接地されて（ＧＮＤに接続されて）いるとともに、カソードが転送素子４３，４４（６３，６４）、および排出素子４５（６５）と接続されている。
【００４３】
リセット素子４２（６２）は、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が電源（ＶＤＤ）に接続されているとともに、他方の端子が電荷蓄積部４６（６６）、転送素子１Ａ４３（転送素子１Ｂ６３）、他の光センサの転送素子２Ｂ６４（転送素子１Ｂ４４）、および増幅素子４７（６７）に接続されている。このリセット素子４２（６２）がＯＮ状態にされると、電荷蓄積部４６（６６）がリセット（充電状態に）される。
【００４４】
なお、電荷蓄積部４６（６６）は、一方の端子が接地されているとともに、他方の端子がリセット素子４２（６２）や、転送素子４３，６４（６３，４４）等と接続されている。
【００４５】
転送素子１Ａ４３（転送素子１Ｂ６３）は、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が光検出器４１（６１）等と接続されているとともに、他方の端子が電荷蓄積部４６（６６）等と接続されている。転送素子１Ａ４３（転送素子１Ｂ６３）がＯＮ状態にされると、光検出器４１（６１）に蓄積された電荷が電荷蓄積部４６（６６）に移動する。
【００４６】
転送素子２Ａ４４（転送素子２Ｂ６４）は、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が光検出器４１（６１）等と接続されているとともに、他方の端子が電荷蓄積部６６（４６）等と接続されている。転送素子２Ａ４４（転送素子２Ｂ６４）がＯＮ状態にされると、光検出器４１（６１）に蓄積された電荷が電荷蓄積部６６（４６）に移動する。
【００４７】
排出素子４５（６５）は、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が電源に接続されているとともに、他方の端子が光検出器４１（６１）等と接続されている。排出素子４５（６５）がＯＮ状態にされると、光検出器４１（６１）に蓄積された電荷が排出される。つまり、排出素子４５（６５）は、光検出器４１（６１）に不要な電荷が蓄積されることを防止するために使用される。
【００４８】
増幅素子４７（６７）は、電荷蓄積部４６（６６）の電位を検出しやすくするために電荷蓄積部４６（６６）の電位に応じて光センサ４０（６０）からの出力を増幅するための素子である。この増幅素子４７（６７）、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が電源に接続されているとともに、他方の端子が出力素子４８（６８）を介して光センサ４０（６０）の出力端子４９（６９）に接続されている。
【００４９】
また、増幅素子４７（６７）のゲートは、電荷蓄積部４６（６６）の接地されていない端子に接続されており、増幅素子４７（６７）はソース・ドレイン間に電荷蓄積部４６（６６）の電位に応じた電流を流すよう構成されている。ただし、出力素子４８（６８）がＯＦＦ状態のときには、増幅素子４７（６７）のソース・ドレイン間には電流は流れない。
【００５０】
なお、リセット素子４２，６２、転送素子４３，４４，６３，６４、排出素子４５，６５、増幅素子４７，６７におけるゲートは、クロック発振機１０に接続されており、このクロック発振機１０から送信される制御信号によって、各素子はスイッチング制御される。
【００５１】
ここで、一対の光センサ８０を基板上に配置する際の具体的なレイアウトについて図４を用いて説明する。
一対の光センサ８０を構成する各光センサ４０，６０は、図４に示すように、Ｎ＋の拡散領域，Ｐ＋の拡散領域、ポリシリコン、金属配線層、およびコンタクトホール等を組み合わせることによって構成されている。より具体的には、各光センサ４０，６０は、それぞれ光検出器４１，６１を中心にして配置されている。
【００５２】
そして、光検出器４１（６１）の周囲には、転送素子４３，４４（６３，６４）が配置されている。ここで、転送素子４３，４４（６３，６４）は、それぞれ４つに分割されおり、ソースまたはドレインのうちの一方の端子が夫々光検出器４１（６１）に接するように設定されている。また、転送素子４３，４４（６３，６４）における他方の端子は、夫々金属配線層５０（７０）によって接続されている。
【００５３】
そして、転送素子４３，４４（６３，６４）における金属配線層５０（７０）との接続部位（図４においては破線の円で表示した領域）は、周知のフローティングデフュージョンとして構成されており、このフローティングデフュージョンは、前述の電荷蓄積部６６（４６）に相当する。
【００５４】
即ち、電荷蓄積部４６（６６）は、奇数ラインの光センサ４０が配置された領域および偶数ラインの光センサ６０が配置された領域に分割して配置されている。さらに、電荷蓄積部４６，６６および転送素子４３，４４，６３，６４を構成するパターン（Ｎ＋，Ｐ＋の拡散領域、ポリシリコン、および金属配線層の配置）は、電荷蓄積部４６および電荷蓄積部６６の間に位置する金属配線層の部位（破線９０）を対称軸として、線対称になるように配置されている。
【００５５】
次に、リセット素子４２（６２）、排出素子４５（６５）、増幅素子４７（６７）、出力素子４８（６８）は、電荷蓄積部６６，４６および転送素子４３，４４，６３，６４を構成するパターンが形成された領域の外側に配置されている。つまり、奇数ラインの光センサ４０におけるリセット素子４２、排出素子４５、増幅素子４７、出力素子４８は、偶数ラインの光センサ６０からより遠い領域に配置されており、偶数ラインの光センサ６０におけるリセット素子６２、排出素子６５、増幅素子６７、出力素子６８は、奇数ラインの光センサ４０からより遠い領域に配置されている。
【００５６】
また、奇数ラインの光センサ４０におけるリセット素子４２、排出素子４５、増幅素子４７、出力素子４８と、偶数ラインの光センサ６０におけるリセット素子６２、排出素子６５、増幅素子６７、出力素子６８とは、一対の光センサ８０の中心点Ｏ（各光検出器４１，６１から等しい距離の地点であって、かつ各転送素子４３，４４（６３，６４）からも等しい距離の地点）を基準として点対称にパターンが形成されている。
【００５７】
以上のように構成された光センサアレイ２０（一対の光センサ８０の集合体）においては、クロック発振機１０による制御信号に応じて作動する。ここで、クロック発振機１０のＦＡＧＡは、水晶発振器によるカウント数に応じて、光源１５および各種素子を駆動するための制御信号を送信する。
【００５８】
具体的には、クロック発振機１０のＦＡＧＡは、図５〜図７に示すような順序および制御タイミングで制御信号を送信する。なお、図５はクロック発振機１０のＦＡＧＡが送信する制御信号の送信順序を示すタイムチャートである。また、図６は奇数ラインの光センサ４０の制御タイミングを示すタイミングチャート、図７は偶数ラインの光センサ６０の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、クロック発振機１０のＦＡＧＡは、まず、奇数ラインの光センサ４０を作動させる制御信号を送信し（Ｓ１１０）、その後、偶数ラインの光センサ６０を作動させる制御信号を送信する（Ｓ１２０）。
【００６０】
各光センサ４０，６０作動においては、光源１５および各種素子を所定の周期で繰り返し作動し、最後に各電荷蓄積部４６，６６に蓄積された電荷に対応した出力を発生させる。
【００６１】
奇数ラインの光センサ４０の作動においては、図５（ｂ）に示すように、まず、リセット素子Ａ４２，リセット素子Ｂ６２、および排出素子Ａ４５を作動させる制御信号を予め設定された所定時間の間だけ送信する（Ｓ２１０）。なお、ここでいう所定時間とは、電荷蓄積部４６，６６の電位をそれぞれリセットする（予め設定された電位とする）ことができる程度の時間であればよい。また、各素子は制御信号を受信している間だけ作動する（つまり、各トランジスタは制御信号を受信している間だけＯＮ状態（ソース・ドレイン間が通電された状態）にされる）。
【００６２】
続いて、クロック発振機１０のＦＰＧＡは、リセット素子Ａ４２，リセット素子Ｂ６２、および排出素子Ａ４５の作動停止直後に、光源１５を発光させる発光制御信号を光源１５に対して送信するとともに、転送素子１Ａ４３を作動させる制御信号を送信する（Ｓ２２０）。ここで、光源１５を発光させる発光制御信号と転送素子１Ａ４３を作動させる制御信号とは、信号の送信タイミングが一致する（同期する）よう設定されている。
【００６３】
また、このステップ（Ｓ２２０）における制御信号の送信時間は、光源１５等を繰り返し作動する際の周期の１／４の時間に設定されている。このように転送素子１Ａ４３が作動すると、電荷蓄積部Ａ４６に光検出器Ａ４１で発生した電荷が移動する。
【００６４】
次に、転送素子１Ａ４３の作動停止直後に、転送素子２Ａ４４を作動させる制御信号を送信する（Ｓ２３０）。このステップ（Ｓ２３０）における制御信号の送信時間は、Ｓ２２０における制御信号の送信時間と同時間（光源１５等を繰り返し作動する際の周期の１／４の時間）に設定されている。このように転送素子２Ａ４４が作動すると、電荷蓄積部Ｂ６６に光検出器Ａ４１で発生した電荷が移動する。
【００６５】
続いて、転送素子２Ａ４４の作動停止直後に、排出素子Ａ４５を作動させる制御信号を送信する（Ｓ２４０）。ここで、このステップ（Ｓ２４０）における制御信号の送信時間は、光源１５等を繰り返し作動する際の周期の１／２の時間に設定されている。このように、排出素子Ａ４５が作動している間においては、光検出器Ａ４１に電荷が蓄積されることはない。
【００６６】
次に、Ｓ２２０〜Ｓ２４０のステップをＦＰＧＡにて予め設定された回数だけ繰り返す。そして、出力素子Ａ４８および出力素子Ｂ６８を作動させる制御信号を順次送信する（Ｓ２６０，Ｓ２７０）。これらのステップ（Ｓ２６０，Ｓ２７０）によれば、各光センサ４０，６０の各出力部４９，６９（図３参照）からは、電荷蓄積部４６，６６に蓄積された電荷（電荷蓄積部４６，６６の電位）に応じた電流値が処理装置２５に対して出力される。このようにして奇数ラインの光センサ４０は作動される。
【００６７】
次に、偶数ラインの光センサ６０の作動（Ｓ１２０）について説明する。偶数ラインの光センサ６０の作動においては、図５（ｃ）に示すように実施される。ただし、この処理は、図５（ｂ）に示す奇数ラインの光センサ４０の作動と大部分が同様であるため、異なる部分のみを説明する。
【００６８】
偶数ラインの光センサ６０の作動において、クロック発振機１０のＦＰＧＡは、まず、Ｓ２１０における排出素子Ａ４５を作動させる制御信号に換えて、排出素子Ｂ６５を作動させる制御信号を送信する（Ｓ３１０）。続いて、Ｓ２２０における転送素子１Ａ４３を作動させる制御信号に換えて、転送素子２Ａ６３を作動させる制御信号を送信する（Ｓ３２０）。
【００６９】
次に、Ｓ２３０における転送素子２Ａ４４を作動させる制御信号に換えて、転送素子２Ｂ６４を作動させる制御信号を送信する（Ｓ３３０）。続いて、Ｓ２４０における排出素子Ａ４５を作動させる制御信号に換えて、排出素子Ｂ６５を作動させる制御信号を送信する（Ｓ３４０）。
【００７０】
次に、Ｓ３２０〜Ｓ３４０のステップをＦＰＧＡにて予め設定された回数だけ繰り返す。そして、Ｓ２６０，Ｓ２７０と同様に、出力素子Ａ４８および出力素子Ｂ６８を作動させる制御信号を順次送信する（Ｓ３６０，Ｓ３７０）。このようにして光センサアレイ２０は作動する。
【００７１】
ここで、距離検出装置１において、光源１５から発せされる光（投射光）は、被測距対象物５に反射されて、光センサアレイ２０の各光検出器４１，６１で受光される。このため、各光検出器４１，６１で受光される反射光は、図６，図７に示すように、投射光よりも所定時間Φだけ遅延して検出される。
【００７２】
すると、転送素子１Ａ４３（転送素子１Ｂ６３）は投射光と同期して作動するので、電荷蓄積部Ａ４６には、光源１５が投射光を発しているときに受光された反射光に対応する電荷が移動する。
【００７３】
つまり、光源１５から被測距対象物５を経由して光センサアレイ２０までの距離が長ければ長いほど、電荷蓄積部Ａ４６に移動する電荷が少なくなる。なお、本実施形態においては、光源１５が投射光を発しているときに反射光を受光した時間の長さに応じて電荷蓄積部Ａ４６の電位が下がる。
【００７４】
また、転送素子２Ａ４４（転送素子２Ｂ６４）は転送素子１Ａ４３（転送素子１Ｂ６３）の作動直後に作動するので、電荷蓄積部Ｂ６６には、光源１５が投射光を発しなくなってから遅延して受光された反射光に対応する電荷が移動する。
【００７５】
つまり、光源１５から被測距対象物５を経由して光センサアレイ２０までの距離が長ければ長いほど、電荷蓄積部Ｂ６６に移動する電荷が多くなる。なお、本実施形態においては、光源１５が投射光を発しなくなってから反射光を受光した時間の長さに応じて電荷蓄積部Ｂ６６の電位が下がる。
【００７６】
従って、電荷蓄積部Ａ４６の電位と電荷蓄積部Ｂ６６の電位とを比較すれば、当該距離検出装置１から被測距対象物５までの距離（正確には、光源１５から被測距対象物５までの距離と、被測距対象物５から光センサアレイ２０までの距離との和）を検出することができる。ここで、実際の距離検出に用いる数式については、例えば、上記特許文献１（特表２００６−５１６３２４）等に詳しい数式が開示されており、本実施形態においても、例えば、そのような数式を用いて、実際の距離を検出することができる。
【００７７】
なお、上記実施形態において、一対の光センサ８０は本発明でいう光センサに相当し、増幅素子４７，６７および出力素子４８，６８は本発明でいう出力素子に相当する。また、クロック発振機１０は本発明でいう発光制御手段および素子制御手段に相当し、演算手段は本発明でいう処理装置２５に相当する。
【００７８】
さらに、クロック発振機１０のＦＡＧＡが送信する制御信号の送信順序を示すタイムチャートにおけるＳ２１０のステップは本発明でいう第１リセット手段・工程に相当し、Ｓ２２０，Ｓ２３０のステップは本発明でいう第１転送手段・工程に相当する。また、Ｓ２６０，Ｓ２７０は本発明でいう第１出力手段・工程に相当し、Ｓ３１０は本発明でいう第２リセット手段に相当する。
【００７９】
加えて、Ｓ３２０，Ｓ３３０のステップは本発明でいう第２転送手段に相当し、Ｓ３６０，Ｓ３７０の処理は本発明でいう第２出力手段に相当し、Ｓ２４０，Ｓ３４０の処理は本発明でいう排出制御手段に相当する。
【００８０】
［実施形態による効果］
以上のように詳述した距離検出装置１において、光センサアレイ２０を構成する各光センサ４０，６０は、一対の光検出器４１，６１から一方の電荷蓄積部Ａ４６に電荷を転送する一対の転送素子４３，６３と、一対の光検出器４１，６１から他方の電荷蓄積部Ｂ６６に電荷を転送する一対の転送素子４４，６４とを備えている。
【００８１】
また、クロック発振機１０は、まず、一対のリセット素子４２，６２を作動させ、リセット素子４２，６２の作動後に、光源１５による投射光の照射に同期して一方の光検出器Ａ４１に対応する転送素子４３を作動させる。そして、この転送素子４３の作動直後に一方の光検出器Ａ４１に対応する転送素子４４を作動させ、転送素子４４の作動後に各出力素子４８，６８を作動させる。
【００８２】
さらに、クロック発振機１０は、各出力素子４８，６８を作動後に、再び一対のリセット素子４２，６２を作動させ、リセット素子４２，６２の作動後に、光源１５による投射光の照射に同期して他方の光検出器Ｂ６１に対応する転送素子６３を作動させる。そして、この転送素子６３の作動直後に他方の光検出器Ｂ６１に対応する転送素子６４を作動させ、転送素子６４の作動後に各出力素子４８，６８を作動させる。
【００８３】
即ち、このような距離検出装置１によれば、クロック発振機１０が各転送素子４３，４３を制御することによって電荷蓄積部４６，６６に反射光の受光タイミングに応じた光検出器Ａ４１による電荷を蓄積することができるので、良好に被測距対象物までの距離を検出することができる。
【００８４】
また、このような距離検出装置１によれば、全ての光センサ４０，６０を用いて被測距対象物までの距離を検出するので、距離検出精度を向上させることができる。
加えて、このような距離検出装置１によれば、従来構成の光センサ４０，６０のように、１つの光検出器に対して２つの電荷蓄積部を備えた光センサと比較して、光センサ４０，６０を小型化することができるので、光センサ４０，６０の集積率を向上させることができる。
【００８５】
また、光センサ４０，６０においては、光センサ４０，６０を構成する電荷蓄積部４６，６６、光検出器４１，６１、リセット素子４２，６２、転送素子４３，４４，６３，６４および出力素子４８，６８が、基板上に配置されており、各転送素子４３，４４，６３，６４および電荷蓄積部４６，６６は、基板上において複数に分割して配置されている。
【００８６】
従って、このような光センサ４０，６０によれば、各転送素子４３，４４，６３，６４を複数に分割しているので、各転送素子の作動速度を向上させることができる。また、電荷蓄積部４６，６６も複数に分割しているので、電荷蓄積部４６，６６では基板上における電荷蓄積部４６，６６の面積の割に多くの電荷を蓄積することができる。よって、電荷蓄積特性を向上させることができる。
【００８７】
また、光センサ４０，６０において、複数に分割された各転送素子４３，４４，６３，６４は、各光検出器４１，６１の周囲を取り囲んで配置されている。
従って、このような光センサ４０，６０によれば、光検出器４１，６１の周囲に分割された各転送素子４３，４４，６３，６４を配置するので、結果的に光センサ４０，６０の中央に近い位置に光検出器４１，６１を配置することができる。よって、光センサ４０，６０を複数個並べて配置した際に、光検出器４１，６１同士の間隔がなるべく一定になるようにすることができる。
【００８８】
さらに、光センサ４０，６０においては、基板上において、一方の光検出器Ａ４１に接続された転送素子４３または転送素子４４と一方の光検出器Ａ４１とを接続する金属配線層５０の長さ、および他方の光検出器Ｂ６１に接続された転送素子６３または転送素子６４と他方の光検出器Ｂ６１とを接続する金属配線層７０の長さは、等しく設定されている。
【００８９】
従って、このような光センサ４０，６０によれば、各光検出器４１，６１と転送素子４３，４４，６３，６４とを接続する金属配線層５０，７０の長さを等しくしているので、電荷の転送特性を一定にすることができる。
【００９０】
また、光センサ４０，６０においては、基板上において、各電荷蓄積部４６，６６が、各光検出器４１，６１を挟んで線対称に配置されているとともに、各転送素子４３，６３および各転送素子４４，６４が、各光検出器４１，６１を挟んで線対称に配置されている。
【００９１】
従って、このような光センサ４０，６０によれば、光検出器４１，６１から各電荷蓄積部４６，６６までの距離、光検出器４１，６１から各転送素子４３，４４，６３，６４までの距離を等しくすることができるので、光検出器４１，６１から各電荷蓄積部４６，６６や各転送素子４３，４４，６３，６４に電荷を転送する際の特性を一定にすることができる。
【００９２】
また、光センサ４０，６０においては、基板上において、各リセット素子４２，６２および各出力素子４８，６８は、各光検出器４１，６１を挟んで点対称に配置されていてもよい。
【００９３】
従って、このような光センサ４０，６０によれば、光検出器４１，６１から各リセット素子４２，６２および各出力素子４８，６８までの距離をそれぞれ等しくすることができるので、各リセット素子４２，６２および各出力素子４８，６８の作動特性を一定にすることができる。
【００９４】
さらに、光センサアレイ２０を構成する各光センサ４０（６０）は、それぞれ垂直方向に隣接する他の光センサ６０（４０）とともに一対の光センサ８０を構成している。
従って、このような光センサアレイ２０によれば、水平方向に隣接する光センサ４０（６０）は同時に検出結果を出力することができるので、各光センサ４０（６０）が水平方向に隣接する他の光センサ４０（６０）とともに一対の光センサ８０を構成する場合と比較して、水平方向の物体移動を捉えやすくすることができる。よって、この光センサアレイ２０を車両に搭載すれば、歩行者の飛び出し等を検出しやすくすることができる。
【００９５】
さらに、処理装置２５は、一対の出力素子４８，６８からの出力に基づいて被測距対象物までの距離を演算する。
従って、このような距離検出装置によれば、当該距離検出装置にて被測距対象物までの距離を演算することができる。
【００９６】
また、光センサ４０，６０は各光検出器４１，６１に蓄積された電荷を排出する一対の排出素子４５，６５を備え、クロック発振機１０は、転送素子４３，４４，６３，６４を作動させないときに各排出素子４５，６５を作動させる。
【００９７】
従って、このような距離検出装置１によれば、転送手段を作動させないときに不要となる光検出器４１，６１に蓄積された電荷を排出することができるので、距離検出装置１による検出精度を向上させることができる。
【００９８】
さらに、距離検出装置１において、クロック発振機１０は、出力素子４８，６８の作動前に、転送素子４３，４４，６３，６４を予め設定された回数だけ繰り返し作動させる。
従って、このような距離検出装置１によれば、転送素子４３，４４，６３，６４を繰り返し作動させることによって各電荷蓄積部４６，６６に蓄積される電荷の差分を大きくすることができる。このため、各出力素子４８，６８による出力の出力差も大きくすることができる。よって、各電荷蓄積部４６，６６に蓄積される電荷の差分を検出しやすくすることができるので、検出精度を向上させることができる。
【００９９】
［その他の実施形態］
本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【０１００】
例えば、光検出器４１，６１としては、フォトダイオードを採用したが、例えばフォトトランジスタ等、入射光に応じた電荷を生成する機能を有する素子であれば代替採用することができる。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、一対の光センサ８０を構成する光センサ４０，６０の両方を作動させて非測距対象物までの距離を検出するようにしたが、一対の光センサ８０のうち一方の光センサ４０，６０のみを用いて被測距対象物までの距離を検出するようにしてもよい。即ち、図５（ｂ）に示す奇数ラインの光センサ４０の作動、および図６（ｃ）に示す偶数ラインの光センサ６０の作動のうちの何れか一方のみを実施するようにしてもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、クロック発振機１０（ＦＰＧＡ）にて光源１５および光センサアレイ２０を駆動する制御信号を生成するよう構成したが、例えば、クロック発振機１０は水晶発振器等の発振器のみを備えており、このクロック発振機１０からの信号を処理装置２５に入力し（図１における破線参照）、処理装置２５がクロック発振機１０によるカウント数に応じて光源１５および光センサアレイ２０に対して、所定の制御信号を送信するようにしてもよい。
【０１０３】
具体的には、図５に示すタイムチャートを処理装置２５のＣＰＵが実行する処理を示すフローチャートとすればよい。この場合には、図５（ｂ）、図５（ｃ）において、Ｓ２４０、Ｓ３４０の処理のあとに、Ｓ２２０〜Ｓ２４０の実施回数が予め設定された所定回数になったか否かを判定する処理（Ｓ２５０，Ｓ３５０）を新たに設け、これらの処理の実施回数が予め設定された所定回数になるまで、Ｓ２２０以下の処理を繰り返すようにすればよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】距離検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光センサアレイを模式的に示すブロック図である。
【図３】光センサアレイを構成する一対の光センサを示す回路図である。
【図４】一対の光センサを基板上に配置する際の具体的なレイアウトを示す説明図である。
【図５】クロック発振機のＦＡＧＡが送信する制御信号の送信順序を示すタイムチャートである。
【図６】奇数ラインの光センサの制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】偶数ラインの光センサの制御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】
【０１０５】
１…距離検出装置、５…被測距対象物、１０…クロック発振機、１５…光源、１６…発光部、２０…光センサアレイ、２５…処理装置、４０，６０…光センサ、４１…光検出器Ａ、４２…リセット素子Ａ、４３…転送素子１Ａ、４４…転送素子２Ａ、４５…排出素子Ａ、４６…電荷蓄積部Ａ、４７…増幅素子Ａ、４８…出力素子Ａ、５０，７０…金属配線層、６１…光検出器Ｂ、６２…リセット素子Ｂ、６３…転送素子１Ｂ、６４…転送素子２Ｂ、６５…排出素子Ｂ、６６…電荷蓄積部Ｂ、６７…増幅素子Ｂ、６８…出力素子Ｂ、８０…一対の光センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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