(57)【要約】【課題】小規模な回路構成で視野画面内の複数ポイントを測距することが可能な測距装置を提供すること。【解決手段】１対の受光レンズを介して入射した１対の光束を受光するセンサアレイ２ａ，２ｂを備え、各センサアレイは複数のフォトダイオード行２１〜２３と、これら複数のフォトダイオード行２１〜２３の出力を選択的に取り出す光電変換回路２００，３００を有する。このセンサアレイは、フォトダイオード行２１とフォトダイオード行２２、及びフォトダイオード２２とフォトダイオード２３で、それぞれフォトダイオードの走査方向の幅が異なっている。また、フォトダイオード行２１とフォトダイオード行２２の間に光電変換回路２００を配置し、フォトダイオード行２２とフォトダイオード行２３の間に光電変換回路３００を配置することで光電変換回路２００，３００を共用できるようになっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基線長だけ離れて配置され、測距対象物からの光束を各々収束させる１対の受光レンズと、
上記１対の受光レンズを介して入射される１対の光束を各々受光する１対のセンサアレイであって、各行が複数のフォトダイオードからなる複数のフォトダイオード行と、２つの上記フォトダイオード行の間に配置され一方のフォトダイオード行及び他方のフォトダイオード行の各フォトダイオード行を共に走査して各フォトダイオード行に係る光電変換信号を取り出して出力する走査回路と、を各々含む１対のセンサアレイと、
上記１対のセンサアレイから出力された１対の光電変換信号に基づいて上記測距対象物までの距離を演算する演算手段と、
を具備し、
上記一方のフォトダイオード行の各フォトダイオードの走査方向の幅と、上記他方のフォトダイオード行の各フォトダイオードの走査方向の幅とが異なることを特徴とする測距装置。
【請求項２】
上記各センサアレイは、上記各フォトダイオードに対応して設けられた複数の積分回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
上記積分回路は、上記一方のフォトダイオード行の積分と上記他方のフォトダイオード行の積分とを同じタイミングで行い、上記センサアレイは、上記一方のフォトダイオード行の走査に引き続いて上記他方のフォトダイオード行の走査を行うことを特徴とする請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
上記積分回路は、上記一方のフォトダイオード行の積分と上記他方のフォトダイオード行の積分とを異なるタイミングで行い、上記センサアレイは、上記一方のフォトダイオード行の走査に引き続いて上記他方のフォトダイオード行の走査を行うことを特徴とする請求項２に記載の測距装置。
【請求項５】
上記積分回路は、固定パターンノイズ抑圧回路を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ等に用いられる測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ等で用いられている測距装置には、視野画面内の複数のポイントを測距可能に構成されているものが提案されてきている。この中で、例えば特許文献１において提案されている測距装置は、１対の受光レンズと１対のセンサアレイとの間に液晶シャッタを配置しておき、この液晶シャッタのオン／オフにより、センサアレイに入射する光束の位置を制限するものである。このような手法により、測距対象物が視野画面内のどの位置に存在していても、正確に測距対象物までの距離を求めることができる。
【特許文献１】特開平９−２５７４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の手法では、受光レンズとセンサアレイとの間に液晶シャッタを挿入している。このため、受光レンズを介して入射した光束が液晶シャッタを通過する際に必ず減衰してしまう。また、受光レンズとセンサアレイとの間に液晶シャッタを挿入しているため測距装置が液晶シャッタの厚み分だけ大きくなる。更に液晶シャッタの駆動にはドライバ回路が必要であるが、このドライバ回路の駆動には高い電源電圧が必要になる。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、小規模な回路構成で視野画面内の複数ポイントを測距することが可能な測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による測距装置は、基線長だけ離れて配置され、測距対象物からの光束を各々収束させる１対の受光レンズと、上記１対の受光レンズを介して入射される１対の光束を各々受光する１対のセンサアレイであって、各行が複数のフォトダイオードからなる複数のフォトダイオード行と、２つの上記フォトダイオード行の間に配置され一方のフォトダイオード行及び他方のフォトダイオード行の各フォトダイオード行を共に走査して各フォトダイオード行に係る光電変換信号を取り出して出力する走査回路と、を各々含む１対のセンサアレイと、上記１対のセンサアレイから出力された１対の光電変換信号に基づいて上記測距対象物までの距離を演算する演算手段とを具備し、上記一方のフォトダイオード行の各フォトダイオードの走査方向の幅と、上記他方のフォトダイオード行の各フォトダイオードの走査方向の幅とが異なる。
【０００６】
この第１の態様によれば、選択回路を複数のフォトダイオード行で共用するようにしているので、小規模な回路構成でも視野画面内の複数ポイントを測距することが可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小規模な回路構成で視野画面内の複数ポイントを測距することが可能な測距装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。  
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測距装置の主要な構成を示す図である。即ち、本測距装置は基線長Ｂだけ離れて配置された１対の受光レンズ１ａ，１ｂと、これら受光レンズ１ａ，１ｂを介して入射した測距対象物からの光束を受光して光電変換信号を出力する１対のセンサアレイ２ａ，２ｂと、これら１対のセンサアレイ２ａ，２ｂから出力された光電変換信号に基づいて測距対象物までの距離を演算する演算部３とから構成されている。
【０００９】
ここで、第１の実施形態では、視野画面内の上下方向も含む複数のポイントを測距するために、それぞれのセンサアレイが複数のフォトダイオード行（フォトダイオード行２１〜２３及びフォトダイオード行２４〜２６）を有して構成されている。ここで、フォトダイオード行とは、センサアレイの走査方向に配列された複数のフォトダイオードの集まりのことを言うものとする。
【００１０】
次に、図２を参照して、本測距装置の測距原理について簡単に説明する。図２では、フォトダイオード行が１つの例について説明するが、３つの場合でも同様の考え方を用いればよい。
【００１１】
図２において、受光レンズ１ａ，１ｂはそれぞれ基線長Ｂだけ離れて配置されている。また、センサアレイ２ａ，２ｂと受光レンズ１ａ，１ｂとの間の距離が受光レンズの焦点距離ｆである。このとき、測距対象物１００からの光束が受光レンズ１ａ，１ｂを介してそれぞれに対応するセンサアレイ２ａ，２ｂのフォトダイオードに入射する。ここで、受光レンズ１ａを介してセンサアレイ２ａに入射した光束の入射位置が受光レンズ１ａの光軸からＸ１の位置であり、また受光レンズ１ｂを介してセンサアレイ２ｂに入射した光束の入射位置が受光レンズ１ｂの光軸からＸ２の位置であるとき、測距装置から測距対象物１００までの距離Ｄが、
Ｄ＝Ｂ×ｆ／（Ｘ１＋Ｘ２）
で表される。この関係に基づいて、測距装置から測距対象物１００までの距離を算出することができる。
【００１２】
次に、本発明の第１の実施形態で用いるセンサアレイについて更に詳しく説明する。図３は、センサアレイ２ａの詳細な構成を示す図である。なお、ここではセンサアレイ２ａのみを図示しているが、センサアレイ２ｂも同様の構成を有し、その動作もセンサアレイ２ａと同様である。
【００１３】
図３において、視野画面の上方を測距するためのフォトダイオード行２１の各フォトダイオードは、走査回路と各フォトダイオードに対応して設けられる複数の積分回路とで構成される光電変換回路２００に接続されており、また、視野画面の下方を測距するためのフォトダイオード行２３の各フォトダイオードは、走査回路と各フォトダイオードに対応して設けられる複数の積分回路とで構成される光電変換回路３００に接続されている。また、視野画面の中央を測距するためのフォトダイオード行２２の各フォトダイオードは、その一部が光電変換回路２００に接続されており、残りが光電変換回路３００に接続されている。
【００１４】
即ち、光電変換回路２００をフォトダイオード行２１とフォトダイオード行２２との間に配置し、光電変換回路３００をフォトダイオード行２２とフォトダイオード行２３との間に配置して光電変換回路を共用できるようにしている。このように、光電変換回路を複数行のフォトダイオード行のうちの隣り合う２つフォトダイオード行の間に配置することにより、図１０に示す従来のように、それぞれのフォトダイオード行に対して１つの光電変換回路を接続するよりも光電変換回路の数を少なくすることができ、小規模な回路構成で多数のポイントを測距することができる。
【００１５】
ここで、第１の実施形態では、フォトダイオード行２２の各フォトダイオードの走査方向の幅（図面横方向の幅）を、フォトダイオード行２１及び２３の走査方向の幅よりも短くし、フォトダイオードの数を増やしている。これにより、測距装置そのものの大きさを変えることなく、測距対象物が存在する可能性の高い視野画面中央をより正確に測距することが可能である。なお、図３では、フォトダイオード行２２の各フォトダイオードの走査方向の幅をフォトダイオード行２１及び２３の走査方向の幅の半分としているが、これに限るものではない。また、図３では、光電変換回路２００及び３００に、フォトダイオード行２２の各フォトダイオードをそれぞれ半分づつ接続するようにしているが、この数も変更可能である。更に、フォトダイオード行の数も図３に示す３行に限るものではない。
【００１６】
次に図３の光電変換回路について図４を参照して更に詳しく説明する。なお、以後は光電変換回路２００のみについて説明するが、光電変換回路３００も同様の構成を有するものである。
【００１７】
即ち、フォトダイオード行２１の各フォトダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの出力には、それぞれ積分回路２０１ｅ，２０１ｆ，２０１ｇ，２０１ｈが接続されている。また、積分回路２０１ｅ〜２０１ｈの出力には、それぞれスイッチ２０３ｅ，２０３ｆ，２０３ｇ，２０３ｈが接続されている。ここで、スイッチ２０３ｅ〜２０３ｈは、走査回路２０２ｅ，２０２ｆ，２０２ｇ，２０２ｈからの指示を受けてオン／オフするように構成されている。
【００１８】
また、光電変換回路２００に接続されているフォトダイオード行２２の各フォトダイオード２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの出力には、それぞれ積分回路２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄが接続されている。また、積分回路２０１ａ〜２０１ｄの出力には、それぞれスイッチ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄが接続されている。ここで、スイッチ２０３ａ〜２０３ｄは、走査回路２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄからの指示を受けてオン／オフするように構成されている。
【００１９】
このような構成を有する光電変換回路の動作を、図５を参照して説明する。まず、演算部３等から積分回路２０１ａ〜２０１ｈに積分開始信号が出力されると、積分回路２０１ａ〜２０１ｈでは、各フォトダイオードから出力された光電流の積分が開始される。その後、演算部３等からサンプルホールド（ＳＨ）信号がサンプルからホールドに切り替わると、積分が終了し、そのときの積分電圧（光電変換信号）が保持される。
【００２０】
ここで、積分回路の動作について図６及び図７を参照して更に詳しく説明する。図６は、積分回路の構成を示す電気回路図である。この積分回路は、フォトダイオードの光電流を積分する光電流積分回路（光電流電圧変換回路）とＦＰＮ（固定パターンノイズ）抑圧回路との２段構成である。
【００２１】
１段目の光電流積分回路は、反転アンプＡ２とこの反転アンプＡ２の入出力間に接続された帰還容量素子Ｃ２１と、この帰還容量素子Ｃ２１に並列に接続された積分電圧リセット用アナログスイッチＭ２１とで構成されている。
【００２２】
このような構成を有する光電流積分回路の動作について図７を参照して説明する。図６の回路において、アナログスイッチＭ２１がオン状態の間は、帰還容量素子Ｃ２１に蓄積された光電荷が放電（リセット）される状態である。ある所定時刻においてアナログスイッチＭ２１のクロックＶclk2をローレベルにすると、アナログスイッチＭ２１がオン状態からオフ状態になり、フォトダイオードで検出された光電荷が帰還容量素子Ｃ２１に蓄積される。このときの帰還容量素子Ｃ２１の両端電圧Ｖ２が反転アンプＡ２の出力として取り出される。ここで、リセット（ｔ＜０）期間の反転アンプＡ２の出力は、フォトダイオードに対応して設けられる複数のアンプごとに異なる。この反転アンプＡ２の出力の差は、積分期間（ｔ＞０）にも引き継がれ、測距精度を落とす誤差となる。この誤差を後段のＦＰＮ抑圧回路においてキャンセルする。なお、ＦＰＮ抑圧回路には前段の出力Ｖ２に含まれる過渡的変動電圧ｄｖ２を低減する効果もある。
【００２３】
ＦＰＮ抑圧回路は、１段目の光電流積分回路の出力端子に直列容量素子Ｃ３を介して接続されている。即ち、直列容量素子Ｃ３には、反転アンプＡ３が接続されており、反転アンプＡ３の入出力間には容量素子Ｃ３１とＭＯＳトランジスタＭ３３との直列接続による帰還系が設けられている。この帰還系と並列に、反転アンプＡ３の入力に初期電位を与えるためのリセット用のＭＯＳトランジスタＭ３１が接続されている。更に、上記帰還系と並列に、反転アンプＡ３のバラツキによるＦＰＮの発生を防止するために容量素子Ｃ３１の出力側に一定の初期電位ＶＲ５を与える電圧源がＭＯＳトランジスタＭ３２を介して接続されている。また、反転アンプＡ３の出力には、反転アンプＡ３の出力をサンプリングするためのＭＯＳトランジスタとホールド容量素子とからなるサンプルホールド回路が接続されている。
【００２４】
このような構成を有するＦＰＮ抑圧回路の動作について図７を参照して説明する。光電流積分回路の積分開始から時刻ｔ＝０までの間は、ＦＰＮ抑圧回路はリセット状態である。時刻ｔ＝０で、１段目の光電流積分回路の出力電圧が落ち着いたときに、クロックＶclk3をローレベルにしてＭＯＳトランジスタＭ３１及びＭ３２をオフする。これにより、ＭＯＳトランジスタＭ３３がオンされて、容量素子Ｃ３１とＭＯＳトランジスタＭ３３からなる帰還系が反転アンプＡ３の入出力間に接続される。
【００２５】
これ以後も、１段目の光電流積分回路による積分動作は行われるが、それによって引き起こされる１段目の光電流積分回路の出力電圧Ｖ２の上昇は、２段目のＦＰＮ抑圧回路の出力にＶ２の反転出力Ｖ３として現れる。そして、一定時間ｔint経過後において、クロックＶshによりサンプルホールド回路のＭＯＳトランジスタをオフすることで、反転出力Ｖ３がホールド容量素子で保持され、積分電圧Ｖ４として出力される。
【００２６】
このようにして積分が終了した後、演算部３等から走査回路２０２ａに走査開始信号が出力される。走査回路２０２ａは、走査開始信号を受けてスイッチ２０３ａをオンさせる。これにより、積分回路２０１ａのホールド容量素子で保持されていた反転出力、即ち積分電圧が演算部３に出力される。この後、走査回路２０２ａからは、走査開始信号が走査回路２０２ｂに出力される。以後、積分回路２０１ｄの積分電圧が読み出されるまで、同様の動作が行われる。
【００２７】
積分回路２０１ｄから演算部３に積分電圧が出力されることで、光電変換回路２００に接続されたフォトダイオード行２２の各フォトダイオードの積分電圧の読み出しが終了する。続いて走査回路２０２ｄからはフォトダイオード行２１の積分電圧の読み出しを行うために、走査開始信号が走査回路２０２ｅに出力される。以後、上記したのと同様の動作が行われ、フォトダイオード行２１各フォトダイオードの積分電圧の読み出しが終了する。
【００２８】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、光電変換回路を複数のフォトダイオード行で共用できる回路配置としたので、小規模な回路構成で視野画面内の複数ポイントを測距できる。また、積分回路にＦＰＮ抑圧回路を含めるようにしているので、回路素子の製造バラツキなどの影響による積分電圧の変動を抑えることが可能である。
【００２９】
［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。第１の実施形態は、フォトダイオード行２１の積分とフォトダイオード行２２の積分とが同じタイミングで行うが、この第２の実施形態は、回路構成をより簡略化する代わりにフォトダイオード行２１の積分とフォトダイオード行２２の積分とを異なるタイミングで行うものである。
【００３０】
図８は、第２の実施形態における光電変換回路内部の構成を詳細に示した図である。なお、積分回路等の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。即ち、フォトダイオード行２１の各フォトダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの出力は、それぞれ選択スイッチ２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄを介して積分回路２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄに接続されている。
【００３１】
また、フォトダイオード行２２の各フォトダイオード２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの出力は、それぞれ選択スイッチ２０４ｅ，２０４ｆ，２０４ｇ，２０４ｈを介してフォトダイオード行２１と同じ積分回路２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄに接続されている。
【００３２】
そして、積分回路２０１ｅ〜２０１ｈの出力には、それぞれスイッチ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄが接続されている。ここで、スイッチ２０３ａ〜２０３ｄは、走査回路２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄからの指示を受けてオン／オフするようになっている。また、選択スイッチ２０４ａ〜２０４ｄと２０４ｅ〜２０４ｈとは、それぞれ演算部３等から入力される選択信号を受けてオン／オフし、これにより光電変換回路に接続されるフォトダイオード行を切り換えることができるように構成されている。
【００３３】
このような構成をとることにより、第１の実施形態に比して積分回路及び走査回路の数を減らすことができる。
【００３４】
次に、図９のタイミングチャートを参照して第２の実施形態の測距装置の動作について説明する。即ち、選択信号がローレベルの場合には、選択スイッチ２０４ａ〜２０４ｄ又は２０４ｅ〜２０４ｈの何れか一方のみがオンして、フォトダイオード行２１又はフォトダイオード行２２の何れか一方のみが積分回路に接続された状態となる。この状態で演算部３等から積分開始信号が入力されると、積分回路に接続されたフォトダイオード行の光電流の積分が開始される。以後は、上記した第１の実施形態と同様の動作を経て積分回路２０１ａ〜２０１ｄに、積分電圧が保持される。その後、走査回路２０２ａ〜２０２ｄにより、積分回路２０１ａ〜２０１ｄから積分電圧が順次読み出される。
【００３５】
このようにして一方のフォトダイオード行の積分電圧の読み出しが終了した後、選択信号をハイレベルにする。これにより、もう一方のフォトダイオード行が積分回路と接続された状態となる。この状態で演算部３等から積分開始信号が入力されると、もう一方の側の積分回路において光電流の積分が開始され、以後は、上記した第１の実施形態と同様の動作を経て積分回路２０１ａ〜２０１ｄに、積分電圧が保持される。その後、走査回路２０２ａ〜２０２ｄにより、積分回路２０１ａ〜２０１ｄから積分電圧が順次読み出される。
【００３６】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、光電変換回路の回路構成をより簡易にすることが可能である。
【００３７】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００３８】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測距装置の主要な構成を示す図である。
【図２】測距装置の測距原理について説明するための図である。
【図３】第１の実施形態におけるセンサアレイの詳細な構成について示す図である。
【図４】第１の実施形態における光電変換回路の詳細な構成について示す図である。
【図５】第１の実施形態における光電変換回路の動作について示すタイミングチャートである。
【図６】積分回路の詳細な構成を示す電気回路図である。
【図７】積分回路の動作について示すタイミングチャートである。
【図８】第２の実施形態における光電変換回路の詳細な構成について示す図である。
【図９】第２の実施形態における光電変換回路の動作について示すタイミングチャートである。
【図１０】従来例のセンサアレイの構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ，１ｂ…受光レンズ、２ａ，２ｂ…センサアレイ、３…演算部、２１，２２，２３…フォトダイオード行、２００，３００…光電変換回路、２０１ａ〜２０１ｈ…積分回路、２０２ａ〜２０２ｈ…走査回路、２０３ａ〜２０３ｈ…スイッチ、２０４ａ〜２０４ｈ…選択スイッチ
【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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