(57)【要約】【課題】背景光が強い環境下であり信号光量が微小な場合でも精度の高い測距を行う。【解決手段】スイッチ２１a,２１bに、タイミング回路１４から第１,第３開閉信号が入力されると、各奇数番目の蓄積部２２a,２２bに２つの受光部２０a,２０bからの受光信号の電荷が蓄積される一方、第２,第４開閉信号が入力されると、各偶数番目の蓄積部２２a,２２bに２つの受光部２０a,２０bからの受光信号の電荷が蓄積される。差動演算部２３a,２３bは、奇数番目の蓄積部２２a,２２bからの信号と偶数番目の蓄積部２２a,２２bからの信号との差動演算を行う。こうして、背景光等のノイズ成分を適宜除去して距離計算に必要な信号成分のみを抽出する。その際に、１つの蓄積部２２a,２２bに２つの受光部２０a,２０bからの受光信号の電荷を蓄積して、各差動演算部２３a,２３bによる上記差動演算の精度を高くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し周波数を有する変調信号に同期して光を送信する送信器と、
上記送信器から送信されて測定対象物で反射された光を受信して、受信した光信号に応じた信号を出力する受信器と、
上記受信器から出力された信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受信器は、
受信した光信号を電気信号に変換する少なくとも３個の受光部と、
上記受光部からの電気信号を蓄積する少なくとも２個の蓄積部と、
上記各受光部に対応して設けられると共に、上記受光部と上記蓄積部とを接続する経路を、上記各受光部のうちの１組２個以上の受光部からの電気信号を何れか一方の蓄積部に導く第１経路と、上記１組とは異なる他の１組２個以上の受光部からの電気信号を他方の蓄積部に導く第２経路とに、上記変調信号に同期した所定のタイミングで切り換える少なくとも３個のスイッチと
を含み、
上記各組の受光部の数は同一であり、
上記信号処理部は、
上記少なくとも２個の蓄積部に蓄積された電気信号の差の演算を行う少なくとも１個の演算部と、
上記演算部による演算値を用いて、上記測定対象物までの距離を判定する距離判定部と
を含む
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式測距装置において、
上記受信器を構成する上記受光部の数は(２Ｎ＋１)(Ｎは自然数)であり、
上記受信器を構成する上記蓄積部の数は(２Ｎ)である
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式測距装置において、
上記自然数Ｎの値は１である
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光学式測距装置において、
上記演算部の数はＮであり、第ｍ(ｍはＮ以下の自然数)番目の演算部は、上記第１経路に接続された第(２ｍ−１)番目の蓄積部に蓄積された電気信号と、上記第２経路に接続された第(２ｍ)番目の蓄積部に蓄積された電気信号との差の演算を行うようになっており、
上記信号処理部は、上記Ｎ個の演算部による演算結果を加算する加算部を含んでおり、
上記距離判定部は、上記加算部による加算値を用いて、上記測定対象物までの距離を判定するようになっており、
上記第(２ｍ−１)番目の蓄積部と上記第(２ｍ)番目の蓄積部とは、上記受光部を挟んで隣り合って配置されている
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式測距装置において、
上記各受光部は、半導体基板上に、上記各蓄積部に対して上記各蓄積部の配列方向に対称に配置されている
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学式測距装置において、
上記受信器を構成する上記受光部の数は(２Ｎ＋１)(Ｎは自然数)であり、
上記受信器を構成する上記蓄積部の数は(２Ｎ＋２)である
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学式測距装置において、
上記演算部は、
上記第１経路に接続された第(２ｍ−１)(ｍはＮ以下の自然数)番目の蓄積部に蓄積された電気信号と、上記第２経路に接続された第(２ｍ)番目の蓄積部に蓄積された電気信号との差の演算を行うＮ個の演算部と、
上記第２経路に接続された第０番目の蓄積部に蓄積された電気信号と、上記第１経路に接続された第(２Ｎ＋１)番目の蓄積部に蓄積された電気信号との差を演算する１個の演算部と
の合計(Ｎ＋１)個存在し、
上記信号処理部は、上記(Ｎ＋１)個の演算部による演算結果を加算する加算部を含んでおり、
上記距離判定部は、上記加算部による加算値を用いて、上記測定対象物までの距離を判定するようになっており、
上記第(２ｍ−１)番目の蓄積部と上記第(２ｍ)番目の蓄積部とは、上記受光部を挟んで隣り合って配置されている
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の光学式測距装置において、
上記受信器を構成する上記受光部と上記蓄積部とは、一直線上に配置されている
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光学式測距装置において、
上記一直線上に配置された上記受光部と上記蓄積部とでなる群が複数配置され、
上記信号処理部は、上記各群に対応して設けられた上記演算部による演算結果を加算する加算部を含んでいる
ことを特徴とする光学式測距装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一つに記載の光学式測距装置において、
上記各受光部に入射する光密度は略等しくなっている
ことを特徴とする光学式測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光が射出されてから測定対象物で反射して受光部で検出されるまでの光の走行時間を計測して、上記測定対象物までの距離を検出するに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光の往復時間を測定して測定対象までの距離を算出する方法である所謂ＴＯＦ(Time Of Flight)法が、測距方法として広く知られている。この測距方法は、光の速度ｃが３.０×１０8m/sと既知であるため、その往復時間ｔ1を測定することによって、次式(１)によって対象物までの距離Ｌを算出する方法である。
Ｌ＝(ｃ・ｔ1)/２…(１)
【０００３】
上記ＴＯＦ法における具体的な信号処理方法は種々提案されており、例えば特開平６‐１８６６５号公報(特許文献１)に開示された距離計測装置では、スタートパルス(発光素子と同期)を開始信号とし、ストップパルス(受光信号)が検出されるまで積分器に電荷を蓄積(または放電)し続け、その増加(または減少)量から光の往復時間を検出するようにしている。このように、上記スタートパルスとストップパルスとの間の時間を測定する測定方法としては、例えば、特開平７‐２９４６４２号公報(特許文献２)に開示された距離測定装置のように、スタートパルスと同時に基準ＣＬＫのパルス数のカウントを開始し、ストップパルスが検出された時のパルス数に基づいて光の往復時間を得るもの等がある。
【０００４】
しかしながら、これらの方法は、何れも受光素子で検出した電流信号をパルス(電圧)信号に変換し、時間情報をパルス波形に持たせた形で信号処理を行っている。一般に、測定対象物は特定されておらず、測定対象物等からの反射光量のダイナミックレンジは非常に大きく、反射光量が小さい場合等の背景光によるノイズ成分の方が大きくなる場合が多々あり得る。このような状況において、背景光によるノイズを除去して適切に信号光パルスを抽出することは非常に困難である。また、環境(主に温度)等の影響によって電圧波形は容易に位相遅延を引き起こす。そのため、時間軸上でのばらつきが非常に大きくなり、何らかの時間補正手段を必要とする。その場合には、回路構成が非常に複雑になり、結果的に製造コストの増大につながってしまう。
【０００５】
これに対し、R.Miyagawaらは、一般的なＣＣＤ(電荷結合素子)構造を有するフォトゲートを用いることによって、受光信号を電圧変換する前に光電流を処理することにより距離情報が得られることを発表している(“CCD-Based Range-Finding Sensor”IEEE Transactions on Electron Devices,Vol.44,No10,October,1997,p1648〜1652(非特許文献１))。図９に、R.Miyagawaらが提案しているフォトゲート構造を有する受光器の一例である模式断面図を示す。また、図１０には、上記フォトゲート構造の動作を示すタイミングチャートを示す。
【０００６】
図９において、１はｐ型半導体基板、２はｐ型半導体基板１と共に受光部を構成するｎ型半導体層、３はＡch(Ａチャネル)の電荷蓄積部を構成するｎ型半導体層、４はＢchの電荷蓄積部を構成するｎ型半導体層である。また、５,６はＭＯＳ(金属酸化膜半導体)構造を有するゲートであり、ｎ型半導体層２と電荷蓄積部３とゲート５とでＡch側のスイッチングＭＯＳトランジスタ７を形成している。同様に，ｎ型半導体層２と電荷蓄積部４とゲート６とで、Ｂch側のスイッチングＭＯＳトランジスタ８を構成している。
【０００７】
発光素子(図示せず)は、図１０(a)に示すタイミングに従って、光を測定対象物に照射する。測定対象物によって反射された光信号は、図９におけるｐ型半導体基板１とｎ型半導体層２とで構成された受光部によって検出され、図１０(b)に示すような受光信号となる。その場合、図１０(a)と図１０(b)との位相関係は、光が測定対象物までの距離を往復する時間(ｔ1)だけ受光信号が遅延している。ここで、Ａch側のスイッチングＭＯＳトランジスタ７におけるゲート５を発光信号と同期してオン・オフし、さらにＢch側のスイッチングＭＯＳトランジスタ８におけるゲート６をゲート５がオフすると同時にオンするようになっている。この場合、各ゲート５,６に入力されるゲート信号ＧA,ＧBにおけるレベル「Ｈ」の持続時間は、発光信号におけるレベル「Ｈ」の持続時間ｔ0と同じである。
【０００８】
上述のようなタイミングで各スイッチングＭＯＳトランジスタ７,８によるスイッチング動作を行うことによって、Ａchの電荷蓄積部３には図１０(e)に示す時間(ｔ0‐ｔl)に相当するｎ型半導体層２からの電荷が蓄積され、Ｂchの電荷蓄積部４には(ｔl)に相当するｎ型半導体層２からの電荷が蓄積される。そして、この動作を複数回繰り返して電荷蓄積部３,４に電荷を蓄積して信号成分(つまり、蓄積電荷)を大きくしてから、この両チャネルの信号を読み出すことによって、例えば両信号の比を計算して測定対象物までの距離を測定することができるのである。
【０００９】
図９に示すフォトゲート構造によれば、光の往復時間に相当する位相遅延量の情報は、蓄積電荷量(強度)として処理される。そのために、例えば温度変化等があっても信号処理の上で位相のばらつきについて考慮する必要はない。したがって、安定した距離の測定が可能になる。
【００１０】
一般の環境下においては、太陽光や照明(蛍光灯など)のような何らかの背景光が存在する。そして、背景光が存在する場合には、図１０に示す受光信号波形には背景光が重畳される。背景光の変調周波数はＤＣ(太陽光の場合)から数十ｋＨz(インバータ灯の場合)等多様であるが、一般の生活環境下では精々ｋＨzレベルである。これに対し、上記ＴＯＦ法は光の速度を用いた遅延時間測定であるので、その周波数は高く、数十ＭＨｚレベルを用いるのが一般的である。そのため、受光信号のパルス波形に対して背景光の周波数は十分低く、上記パルス波形の１周期内ではＤＣと見なすことができる。図１１に、背景光がある場合のタイミングチャートを示す。図１１(e)および図１１(f)に示すように、背景光がある場合には、Ａchの電荷蓄積部３およびＢchの電荷蓄積部４に蓄積される電荷量は、ゲート５,６がオンの持続時間における背景光の分だけ増加している。そのために、Ａchの電荷蓄積部３およびＢchの電荷蓄積部４に蓄積された電荷量を用いて遅延時間ｔ1を求めることはできないのである。
【００１１】
このような問題に対し、特開２００４‐２９４４２０号公報(特許文献３)に開示された距離画像センサにおいては、上記非特許文献１の場合と同様の構造に加え、さらに電荷蓄積部３,４とは別の電荷蓄積部(図示せず)を設けて、第３の時間帯に背景光のみをモニタすることによって、ＡchおよびＢchの出力から反射信号のみを抽出するようにしている。図１２に、そのタイミングチャートを示す。図１２に示すように、Ａchのゲート信号ＧAとＢchのゲート信号ＧBとに続いて、同じパルス幅ｔ0のゲート信号ＧCでオンするゲート(図示せず)を有するＣchのスイッチングＭＯＳトランジスタ(図示せず)を、上記受光部の周辺に設けている。この場合、ゲート信号ＧCがオンする時間帯には反射光に基づくパルス信号が存在しないために、背景光のみによる電荷が蓄積され、背景光強度がモニタされる。したがって、これらの３つの蓄積キャリア(強度)から、以下の式(２)を用いて、背景光があるような環境下であっても測定対象物までの距離を求めることができるのである。但し、式(２)中、ＡはＡchの電荷蓄積部３に蓄積された電荷量、ＢはＢchの電荷蓄積部４に蓄積された電荷量、ＣはＣchの(背景光用の)電荷蓄積部に蓄積された電荷量である。
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【００１２】
しかしながら、上記特許文献３に開示された距離画像センサにおいては、以下のような問題がある。すなわち、上述したような背景光は、例えば屋外の太陽光下では数十万ルクスにも達し、オフィス等の比較的明るい屋内でも数千ルクスの明るさがある。このような強い背景光によって、例えば受光素子に通常のフォトダイオードを用いた場合には、光学系やその受光面積にもよるが、得られる光電流は、一般的にmＡオーダー以上になることは容易に計算できる。これに対し、測定対象物から反射して戻ってくる光の量は測定対象物表面での反射の状態と測定対象物までの距離に大きく依存し、例えば、発光素子に高出力のレーザーダイオード(ＬＤ)(数百mＷ)を用いても、対象物まで数ｍの距離があると上記受光素子に入射する光量はnＷ程度まで小さくなる場合がある。
【００１３】
そして、上述のような高出力ＬＤ等の発光素子は大きな駆動電流を必要とし、小型の測距装置に適用するのには不適当である。また、目に対する安全性を考慮してクラス１程度の出力条件を満たした場合には、発光間隔が非常に長くなり、測定に要する時間が長くなってしまう。そのために、小型測距装置に適用する発光素子には、一般に使用されるmＷから数十mＷレベルの出力強度を有するＬＥＤ(発光ダイオード)やＬＤを用いるのが好ましい。
【００１４】
このような環境下では、図９における蓄積部３,４に蓄積された電荷のＳＮ比は非常に低く、大部分を占めるノイズ成分の中に微小な信号成分が存在することになる。ＳＮ比が小さい電荷信号の中から必要な信号成分を抽出する場合は、上記信号成分が小さいために大きなノイズに埋もれて正確に検出できないという問題がある。その場合、上記小さな信号成分を単に増幅するだけでは、元々ノイズ成分に埋もれていた信号成分であるため増幅結果に大きな改善効果は期待することは困難である。
【００１５】
また、同じ低ＳＮ比であっても上記信号成分が多いほどこの信号成分を抽出するには有利である。そのために、信号電荷量の絶対量を増やす方法として、蓄積動作の回数を増大させたり、受光部の受光面積を大きくする等の方法がある。しかしながら、前者の場合には、十分な信号電荷量の蓄積に要する時間が大きくなるため、１回の距離測定に必要な時間が長くなってしまう。また、後者の場合には、例えば、図９において、受光部を構成するｎ型半導体層２の幅が大きくなるため、電荷蓄積部を構成するｎ型半導体層３,４にキャリアが到達するまでに要する時間が大きくなり、応答速度が遅くなって、結果的に距離の測定精度が低下する等、付随する問題点は多い。
【特許文献１】特開平６‐１８６６５号公報
【特許文献２】特開平７‐２９４６４２号公報
【特許文献３】特開２００４‐２９４４２０号公報
【非特許文献１】“CCD-Based Range-Finding Sensor”IEEE Transactions on Electron Devices,Vol.44,No10,October,1997,p1648〜1652
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、この発明の課題は、背景光が存在する環境下であり信号光量が微小な場合であっても精度の高い測距が可能な光学式測距装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の光学式測距装置は、
繰り返し周波数を有する変調信号に同期して光を送信する送信器と、
上記送信器から送信されて測定対象物で反射された光を受信して、受信した光信号に応じた信号を出力する受信器と、
上記受信器から出力された信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受信器は、
受信した光信号を電気信号に変換する少なくとも３個の受光部と、
上記受光部からの電気信号を蓄積する少なくとも２個の蓄積部と、
上記各受光部に対応して設けられると共に、上記受光部と上記蓄積部とを接続する経路を、上記各受光部のうちの１組２個以上の受光部からの電気信号を何れか一方の蓄積部に導く第１経路と、上記１組とは異なる他の１組２個以上の受光部からの電気信号を他方の蓄積部に導く第２経路とに、上記変調信号に同期した所定のタイミングで切り換える少なくとも３個のスイッチと
を含み、
上記各組の受光部の数は同一であり、
上記信号処理部は、
上記少なくとも２個の蓄積部に蓄積された電気信号の差の演算を行う少なくとも１個の演算部と、
上記演算部による演算値を用いて、上記測定対象物までの距離を判定する距離判定部と
を含む
ことを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、光信号を電気信号に変換する受光部は少なくとも３個設けられ、少なくとも２個の蓄積部の夫々には、各経路を介して１組２個以上の上記受光部からの電気信号が蓄積される。したがって、上記各蓄積部には、１個の上記受光部からの電気信号が蓄積される場合に比して、十分な量の電気信号が蓄積される。その結果、演算部は、上記各蓄積部に蓄積された十分な量の電気信号を用いて差の演算を行うことができ、上記受光部の数が１個の場合のごとく電気信号の蓄積動作回数を増大することもなく、上記受光部の面積を大きくした場合のごとく応答速度を低下させることもなく、測定対象物までの距離をより正確に判定することが可能になる。
【００１９】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記受信器を構成する上記受光部の数は(２Ｎ＋１)(Ｎは自然数)であり、
上記受信器を構成する上記蓄積部の数は(２Ｎ)である。
【００２０】
この実施の形態によれば、上記受信器を構成する上記受光部の数が(２Ｎ＋１)であり、上記蓄積部の数が(２Ｎ)であるため、上記各受光部に対応して設けられた上記スイッチが上記第１径路と上記第２径路とへのスイッチング動作を行うことによって、上記各受光部で得られ電気信号を効果的に上記蓄積部に蓄積することができる。
【００２１】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記自然数Ｎの値は１である。
【００２２】
発光条件と光学系と距離測定範囲とを適当に設定すれば反射光量が一定範囲内になり、この実施の形態のごとく、Ｎ＝１とすることができる。したがって、上記測定対象物までの距離を判定するのに十分な電気信号量を得るのに必要な上記受光部と上記蓄積部との数を最小にすることができ、光学式測距装置の構成を最も小型にすることができる。
【００２３】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記演算部の数はＮであり、第ｍ(ｍはＮ以下の自然数)番目の演算部は、上記第１経路に接続された第(２ｍ−１)番目の蓄積部に蓄積された電気信号と、上記第２経路に接続された第(２ｍ)番目の蓄積部に蓄積された電気信号との差の演算を行うようになっており、
上記信号処理部は、上記Ｎ個の演算部による演算結果を加算する加算部を含んでおり、
上記距離判定部は、上記加算部による加算値を用いて、上記測定対象物までの距離を判定するようになっており、
上記第(２ｍ−１)番目の蓄積部と上記第(２ｍ)番目の蓄積部とは、上記受光部を挟んで隣り合って配置されている。
【００２４】
この実施の形態によれば、上記各演算部に電気信号が入力される上記第１経路に接続された蓄積部と上記第２経路に接続された蓄積部とは、上記受光部を挟んで隣り合って配置ているので、上記各受光部に入射される光密度にバラツキが生じた場合であっても上記演算結果の誤差を小さくすることができる。さらに、上記第１経路に接続されるＮ個の上記蓄積部と上記第２経路に接続されるＮ個の上記蓄積部との差動演算を行うＮ個の演算部を有し、Ｎ個の演算結果を加算する加算部を有している。したがって、検出された電気信号を効率的に距離判定の演算に利用することができ、高精度の距離判定を行うことが可能になる。
【００２５】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記各受光部は、半導体基板上に、上記各蓄積部に対して上記各蓄積部の配列方向に対称に配置されている。
【００２６】
この実施の形態によれば、上記各受光部は、上記各蓄積部に対して上記各蓄積部の配列方向に対称に配置されている。したがって、上記各受光部で得られた電気信号は上記スイッチのスイッチング動作によって、適切に所定の上記蓄積部に蓄積することができる。
【００２７】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記受信器を構成する上記受光部の数は(２Ｎ＋１)(Ｎは自然数)であり、
上記受信器を構成する上記蓄積部の数は(２Ｎ＋２)である。
【００２８】
この実施の形態によれば、第１番目の蓄積部および第(２Ｎ+２)番目の蓄積部に、第１番目の受光部および第(２Ｎ＋１)番目の受光部で得られた電気信号を蓄積することができる。したがって、両端部に位置する上記受光部で得られた電気信号も、他の上記受光部で得られた電気信号と同条件で、上記第１径路および第２径路の２つの径路に切り換えられる。そのために、正確な距離判定を行うことが可能になる。
【００２９】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記演算部は、
上記第１経路に接続された第(２ｍ−１)(ｍはＮ以下の自然数)番目の蓄積部に蓄積された電気信号と、上記第２経路に接続された第(２ｍ)番目の蓄積部に蓄積された電気信号との差の演算を行うＮ個の演算部と、
上記第２経路に接続された第０番目の蓄積部に蓄積された電気信号と、上記第１経路に接続された第(２Ｎ＋１)番目の蓄積部に蓄積された電気信号との差を演算する１個の演算部と
の合計(Ｎ＋１)個存在し、
上記信号処理部は、上記(Ｎ＋１)個の演算部による演算結果を加算する加算部を含んでおり、
上記距離判定部は、上記加算部による加算値を用いて、上記測定対象物までの距離を判定するようになっており、
上記第(２ｍ−１)番目の蓄積部と上記第(２ｍ)番目の蓄積部とは、上記受光部を挟んで隣り合って配置されている。
【００３０】
この実施の形態によれば、第０番目の蓄積部と第(２Ｎ＋１)番目の蓄積部とに蓄積された電気信号の差を１個の演算部で演算し、第(２ｍ−１)番目の蓄積部と第(２ｍ)番目の蓄積部とに蓄積された電気信号との差の演算をＮ個の演算部で演算し、得られた(Ｎ+１)個の演算値を加算部で加算し、この加算値を用いて距離判定部で上記測定対象物までの距離を判定するので、上記受光部で受信された光信号を最も効率よく利用することができ、上記距離判定の精度を高くすることができる。
【００３１】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記受信器を構成する上記受光部と上記蓄積部とは、一直線上に配置されている。
【００３２】
この実施の形態によれば、上記受光部と上記蓄積部とは一直線上に配置されている。そのため、上記受光部と上記蓄積部とを、効果的に配置することができる。
【００３３】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記一直線上に配置された上記受光部と上記蓄積部とでなる群が複数配置され、
上記信号処理部は、上記各群に対応して設けられた上記演算部による演算結果を加算する加算部を含んでいる。
【００３４】
この実施の形態によれば、１列に配置された上記受光部と上記蓄積部とでなる群を含む上記受光器が複数列配置されているので、光照射領域に対して効果的に受光器を配置することができる。
【００３５】
また、１実施の形態の光学式測距装置では、
上記各受光部に入射する光密度は略等しくなっている。
【００３６】
この実施の形態によれば、上記各受光部に入射される光密度が略等しいので、上記２個の蓄積部に蓄積された電気信号の差の演算を上記演算部で正確に行うことができる。したがって、測定対象物までの距離の判定精度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上より明らかなように、この発明の光学式測距装置は、受信した光信号を電気信号に変換する受光部を少なくとも３個設け、少なくとも２個の蓄積部の夫々には、第１径路および第２径路の夫々を介して１組２個以上の上記受光部からの電気信号を蓄積するので、上記各蓄積部には、１個の上記受光部からの電気信号が蓄積される場合に比して、十分な量の電気信号を蓄積することができる。したがって、演算部は、上記各蓄積部に蓄積された十分な量の電気信号を用いて上記少なくとも２個の蓄積部に蓄積された電気信号の差の演算を行うことができる。
【００３８】
すなわち、この発明によれば、上記受光部の数が１個の場合のごとく電気信号の蓄積動作回数を増大することもなく、上記受光部の面積を大きくした場合のごとく応答速度を低下させることもなく、測定対象物までの距離をより正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４０】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の光学式測距装置におけるブロック図である。また、図２は、図１に示す光学式測距装置の動作を示すタイミングチャートである。以下、図１および図２に従って本実施の形態における光学式測距装置について説明する。
【００４１】
図１に示すように、本光学式測距装置は、測定対象物１５に向かって光ビーム１８を発射する送信器１１と、上記測定対象物１５で反射された光ビーム１９を検出する第１受信器１２aおよび第２受信器１２bと、第１受信器１２aおよび第２受信器１２bからの検出信号を処理する信号処理部１３とで、概略構成される。
【００４２】
上記送信器１１は、所定の繰り返し周波数を有する変調信号を出力する変調信号発生器１６と、変調信号に同期した光信号を出射する発光素子１７とを有している。そして、変調信号発生器１６からの変調信号は、タイミング回路１４に入力されて、同一周波数で目的に応じて異なるデューティを有する変調信号に変換される。尚、発光素子１７は、高速の変調信号に応答可能で安価なＬＥＤやＬＤが好ましく、測定すべき距離範囲や環境条件等によって適宜選択される。
【００４３】
上記第１受信器１２aは、第１受光部２０a1〜第(２Ｎ＋１)受光部２０a(2N+1)の(２Ｎ＋１)個の受光部(受光部２０aと総称する)と、第１スイッチ２１a1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１a(2N+1)の(２Ｎ＋１)個のスイッチ(スイッチ２１aと総称する)と、第１蓄積部２２a1〜第(２Ｎ)蓄積部２２a(2N)の２Ｎ個の蓄積部(蓄積部２２aと総称する)を有している。
【００４４】
そして、上記第１蓄積部２２a1は、第１スイッチ２１a1を介して第１受光部２０a1に接続されると共に、第２スイッチ２１a2を介して第２受光部２０a2にも接続されている。同様に、第２蓄積部２２a2は、第２スイッチ２１a2および第３スイッチ２１a3(図示せず)を介して第２受光部２０a2および第３受光部２０a3(図示せず)に接続されている。つまり、２Ｎ個の蓄積部２２aに関し、「ｋ」を２Ｎ以下の自然数として、第ｋ蓄積部２２akは、第ｋスイッチ２１akを介して第ｋ受光部２０akに接続されると共に、第(ｋ＋１)スイッチ２１a(k+1)を介して第(ｋ＋１)受光部２０a(k+1)に接続されているのである。
【００４５】
上記各受光部２０aは、上記測定対象物１５によって反射された光ビーム１９を受信して電気信号に変換する。また、各スイッチ２１aは、タイミング回路１４からの第１デューティの変調信号を受けて、各受光部２０aによる検出信号(受光信号＝パルス信号＋ノイズ信号)を所定のタイミングで第１経路(Ａch)と第２経路(Ｂch)との２つの経路に切り換える。また、各蓄積部２２aは、各スイッチ２１によって切り換えられた各経路の受光信号の電荷を蓄積する。
【００４６】
上記第２受信器１２bも同様に、第１受光部２０b1〜第(２Ｎ＋１)受光部２０b(2N+1)の(２Ｎ＋１)個の受光部(受光部２０bと総称する)と、第１スイッチ２１b1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１b(2N+1)の(２Ｎ＋１)個のスイッチ(スイッチ２１bと総称する)と、第１蓄積部２２b1〜第(２Ｎ)蓄積部２２b(2N)の２Ｎ個の蓄積部(蓄積部２２bと総称する)とを有している。尚、各受光部２０b,各スイッチ２１bおよび各蓄積部２２bの接続関係と動作は、第１受信器１２aと同じであるから説明は省略する。
【００４７】
尚、上記第２受信器１２bの各スイッチ２１bは、タイミング回路１４からの第２デューティの変調信号を受けて経路の切り換えを行う。
【００４８】
上記信号処理部１３は、第１差動演算部２３a1〜第Ｎ差動演算部２３aNのＮ個の差動演算部(差動演算部２３aと総称する)と、第１差動演算部２３b1〜第Ｎ差動演算部２３bNのＮ個の差動演算部(差動演算部２３bと総称する）と、第１加算部２４aと、第２加算部２４bと、距離判定部２５とを有している。
【００４９】
そして、上記各差動演算部２３aは、奇数番目の蓄積部２２aとこれに隣接する偶数番目の蓄積部２２aとからの電荷信号の差動演算を行う。また、第１加算部２４aは、Ｎ個の差動演算部２３aからのＮ個の差動演算値を加算する。また、各差動演算部２３bは、奇数番目の蓄積部２２bとこれに隣接する偶数番目の蓄積部２２bとからの電荷信号の差動演算を行う。また、第２加算部２４bは、Ｎ個の差動演算部２３bからのＮ個の差動演算値を加算する。また、距離判定部２５は、第１加算部２４aおよび第２加算部２４bの出力に基づいて測定対象物１５までの距離を判定する。
【００５０】
上記構成を有する光学式測距装置は、以下のように動作して測定対象物１５までの距離を測定する。
【００５１】
上記送信器１１の変調信号発生器１６から出力された変調信号がタイミング回路１４に入力されて、第１デューティの第１変調信号と第２デューティの第２変調信号とに変換される。そして、第１変調信号は、送信器１１の発光素子１７と第１受信器１２aの各スイッチ２１aとに入力され、第２変調信号は、第２受信器１２aの各スイッチ２１bに入力される。
【００５２】
そうすると、上記タイミング回路１４からの第１変調信号に同期して、発光素子１７によって測定対象物１５に向かって光ビーム１８が発射される。ここで、上記第１変調信号は、図２(a)に示すように、パルス幅ｔ0のパルスを一定の繰り返し周波数で繰り返すパルス波である。但し、上記第１変調信号はパルス波に限定されるものではなく、三角波や鋸派等の時間を関数として表せる波形を有する信号であれば、本光学式測距装置の機能を得ることができる。尚、以下の説明はパルス波であるとして行う。また、パルス波以外の変調信号についての詳細は後述する。
【００５３】
上記測定対象物１５によって反射された光ビーム１９は、第１受信器１２aにおける(Ｎ＋１)個の受光部２０aおよび第２受信器１２bにおける(Ｎ＋１)個の受光部２０bによって検出される。その場合、光ビーム１９は、図２(b)に示すように、測定対象物１５までの距離を光ビーム１８,１９が往復する時間(ｔ1)だけ第１変調信号よりも位相遅延して検出される。ここで、図２(b)中における「Ｉp」は、受光部２０aおよび受光部２０bによる光電変換によって発生した反射光の光ビーム１９による電流信号(以下、パルス信号と言う)の強度を表す。また、「Ｉb」は、背景光による電流信号(ノイズ信号)の強度を表している。
【００５４】
今、測距可能な範囲を７.５ｍとすると、上記式(１)より、発光信号のパルス幅t0は５０nsec必要であることが容易に分かる。さらに、背景光は精々数十ｋＨz程度であるためその周期は数十μsec程度であり、上記パルス幅５０nsecに対して十分大きい。そのために、図２に示すように、上記発光信号のパルス幅t0の時間長においては、背景光はＤＣ光であると見なすことができる。
【００５５】
その後、上記第１受信器１２aにおける(２Ｎ＋１)個の受光部２０aによる検出信号(受光信号＝パルス信号＋ノイズ信号)は、(２Ｎ＋１)個のスイッチ２１aによって経路が第１経路(Ａch)と第２経路(Ｂch)とに切り換えられ、(２Ｎ＋１)個の受光部２０aから第１経路(Ａch)側に流れた受光信号は奇数番目のＮ個の蓄積部２２aに入力される。一方、(２Ｎ＋１)個の受光部２０aから第２経路(Ｂch)側に流れた受光信号は偶数番目のＮ個の蓄積部２２aに入力される。
【００５６】
ここで、上記各スイッチ２１aは、図２(c)および図２(d)に示すように、上記発光信号と同じタイミングによってオン・オフ制御される。その場合、第１開閉信号ＳAのレベルがＨigh(以下「Ｈ」と略記する)になると第２開閉信号ＳBのレベルはＬow(以下「Ｌ」と略記する)となり、第１開閉信号ＳAが「Ｌ」になると第２開閉信号ＳBは「Ｈ」になるようになっている。尚、第１開閉信号ＳAおよび第２開閉信号ＳBは、共にタイミング回路１４によって「Ｈ」・「Ｌ」のタイミングが設定されて、(２Ｎ＋１)個のスイッチ２１aの総てに供給される。
【００５７】
以下、上記各スイッチ２１aの動作について詳細に説明する。先ず、図２(c)に示すように、第１開閉信号ＳAのレベルが「Ｈ」の状態にある場合には、第１スイッチ２１a1は第１受光部２０a1と第１蓄積部２２a1とを接続し、第２スイッチ２１a2は第２受光部２０a2と第１蓄積部２２a1とを接続する。その結果、第１受光部２０a1および第２受光部２０a2からの受光信号の電荷が、共に第１蓄積部２２a1に蓄積されることになる。その場合、第２蓄積部２２a2は何れの受光部２０aにも接続されず、上記受光信号の電荷は蓄積されない。
【００５８】
このことは、上記第３スイッチ２１a3および第４スイッチ２１a4の場合も同様であり、第３蓄積部２２a3には第３受光部２０a3および第４受光部２０a4からの受光信号の電荷が蓄積される一方、第４蓄積部２２a4には受光信号の電荷が蓄積されない。
【００５９】
すなわち、上記第１経路(Ａch)は、各奇数番目の蓄積部２２aに、隣接する２つのスイッチ２１aが接続されて、２つの受光部２０aからの受光信号の電荷が蓄積される一方、偶数番目の蓄積部２２aには何れのスイッチ２１aも接続されず、受光信号の電荷が蓄積されないような経路なのである。
【００６０】
その結果、上記第１開閉信号ＳAのレベルが「Ｈ」の場合には、各スイッチ２１aによって経路が上記第１経路(Ａch)に切り換えられて、各奇数番目の蓄積部２２aには、図２(e)に示すように、図２(a)に示す第１変調信号の１周期当たり２・｛Ｉp(ｔ0−ｔl)＋Ｉb・ｔ0｝の電荷が蓄積される。その際に、各偶数目の蓄積部２２aには電荷が蓄積されない。
【００６１】
次に、図２(d)に示すように、第２開閉信号ＳBのレベルが「Ｈ」の状態にある場合は、第２スイッチ２１a2は第２受光部２０a2と第２蓄積部２２a2とを接続し、第３スイッチ２１a3は第３受光部２０a3と第２蓄積部２２a2とを接続する。その結果、第２受光部２０a2および第３受光部２０a3からの受光信号の電荷が、共に第２蓄積部２２a2に蓄積されることになる。その場合に、第１蓄積部２２a1および第３蓄積部２２a3は何れの受光部２０aにも接続されず、上記受光信号の電荷は蓄積されない。このことは、第４スイッチ２１a4以降の各スイッチ２１a場合も同様である。
【００６２】
すなわち、上記第２経路(Ｂch)は、各偶数番目の蓄積部２２aに、隣接する２つのスイッチ２１aが接続されて、２つの受光部２０aからの受光信号の電荷が蓄積される一方、奇数番目の蓄積部２２aには何れのスイッチ２１aも接続されず、受光信号の電荷が蓄積されないような経路なのである。
【００６３】
その結果、上記第２開閉信号ＳBのレベルが「Ｈ」の場合には、各スイッチ２１aによって経路が上記第２経路(Ｂch)に切り換えられて、各偶数番目の蓄積部２２aには、図２(f)に示すように、図２(a)に示す第１変調信号の１周期当たり２(Ｉp・ｔl＋Ｉb・ｔ0)の電荷が蓄積される。その際に、各奇数目の蓄積部２２aには、電荷が蓄積されない。
【００６４】
尚、上記総ての受光部２０a,総てのスイッチ２１a及び総ての蓄積部２２aは同じ構造を有しており、総ての奇数番目の蓄積部２２aには２｛Ｉp(ｔ0−ｔl)＋Ｉb・ｔ0｝の電荷が蓄積される一方、総ての偶数番目の蓄積部２２aには２(Ｉp・ｔl＋Ｉb・ｔ0)の電荷が蓄積される。このように、本実施の形態の光学式測距装置においては、(２Ｎ＋１)個の受光部２０aが同じ受光信号を出力するように、送信器１１には、総ての受光部２０aに同じ光強度の光ビーム１９が入射されるような光学系が備えられているのである。
【００６５】
こうして上記第１蓄積部２２a1および第２蓄積部２２a2に蓄積された電荷は、信号処理部１３を構成する上記演算部としての第１差動演算部２３a1に入力される。そして、第１差動演算部２３a1によって、第１蓄積部２２a1からの信号と第２蓄積部２２a2からの信号との差の演算(差動演算)が行われる。このようにして、第１差動演算部２３a1によって、ｎ周期に亘って上記演算の結果が蓄積された場合には、蓄積回数ｎを用いて以下の式(３)で表される第１差動信号が得られるのである。
第１差動信号
＝ｎ・２｛Ｉp(ｔ0−ｔ1)＋Ｉb・ｔ0｝−ｎ・２(Ｉp・ｔl＋Ｉb・ｔ0)
＝２ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)              …(３)
【００６６】
上記信号処理部１３には、図１に示すように、Ｎ個の差動演算部２３aが設けられており、夫々の差動演算部２３aからは、総て上記式(３)で表される第１差動信号が出力される。上記式(３)で表される第１差動信号からは背景光ノイズ成分Ｉbが完全に消去されており、測定対象物１５まで光ビーム１８,１９が往復する時間ｔ1と光強度Ｉpとに依存している。したがって、光強度Ｉpが分かれば測定対象物１５まで光ビーム１８,１９が往復する時間ｔ1を算出し、さらに上記式(１)を用いて測定対象物１５までの距離Ｌを算出することが可能になる。
【００６７】
本実施の形態における光学式測距装置では、１つの蓄積部２２aに２つの受光部２０aからの受光信号の電荷を蓄積するので、上記式(３)における係数「２」が示すように、１つの受光部２０aからの受光信号の電荷を蓄積する場合の２倍の電荷量を蓄積することができる。このように、本光学式測距装置では、２倍の電荷量を得ることができるので、各差動演算部２３aによる上記差動演算は、１つの蓄積部２２aに１つの受光部２０aからの受光信号の電荷を蓄積する場合の２倍の値で演算することができ、上記差動演算の精度を格段に高くすることができるのである。
【００６８】
尚、本実施の形態においては、１つの蓄積部２２aに２つの受光部２０aが配置される場合を例に説明をしたが、スペースや対称性が許される限り、１つの蓄積部２２aに接続される受光部２０aの数に限定は無いのは当然のことである。
【００６９】
また、１つの蓄積部２２aに大きな電荷量を蓄積するには、蓄積時間を長くするか、受光部の面積を大きくするかして、図２(a)に示す発光信号の１パルス当たりの検出電荷量を多くする等、本実施の形態以外にも対策案はある。しかしながら、蓄積時間を長くすることは、距離測定に長時間を要する。また、上記受光部の面積を大きくすることは、素子の容量(キャパシタンス)が増大することを意味し、短いパルス幅(例えば、パルス幅が５０nsec以下)を有する発光信号に対して十分な応答速度を有しない可能性がある。しかしながら、本実施の形態の構成によれば、このような問題が発生することはないのである。
【００７０】
一般に、測距装置の測定対象物１５は不特定であり、検出すべき距離範囲も広範囲になる場合がある。したがって、測定対処物１５の反射率が低く、測定対象物１５までの距離が遠い場合には、上記式(３)によって表される第１差動信号の電荷量も微弱となる。そのような場合には、上記第１差動信号の信号強度が小さいため、上記式(３)による差動演算結果にはランダムノイズが多く含まれ、その値の精度が低下してしまう。
【００７１】
そこで、本実施の形態においては、上記第１受信器１２aには２Ｎ個の蓄積部２２aを設け、信号処理部１３にはＮ個の差動演算部２３aを設けて、Ｎ個の差動信号を得るようにしている。そして、このＮ個の第１差動信号が入力される第１加算部２４aによって、Ｎ個の第１差動信号(差動演算値)を加算して第１加算信号を得るようにしている。式(４)に第１加算信号を示す。
第１加算信号＝２Ｎ・ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)      …(４)
【００７２】
この場合、上記ランダムノイズは時間軸上で振動している。そのために、第１加算部２４aによるＮ個の差動演算値の加算過程において、上記式(３)で表される信号成分は加算されるが、ランダムノイズ成分は平均化効果によって単純に加算されることはない。結果的に、上記式(４)によって得られる第１加算信号はＳＮ比の高い信号となる。
【００７３】
ところで、上述しようにして、上記式(３)や式(４)を用いて測定対象物１５まで光ビーム１８,１９が往復する時間ｔ1を算出できるのは、受光信号強度Ｉpが既知の場合であって、例えば、発光素子１７としてレーザ等のコヒーレント光を用いて光のエネルギーを分散させずに出射し、測定対象物１５としてミラーを用いることによって、出射したエネルギーを殆ど損失せずに受光部２０aで受光できる場合に限られる。このような場合には、出射エネルギーと受光エネルギーとは等しくなるので、受光信号強度Ｉpを予め測定しておくことによって、式(３)や式(４)を用いて発光素子１７からレーザが出射されてから受光部２０aで受光されるまでの時間ｔ1を算出し、得られた時間ｔ1に基づいて式(１)を用いて測定対象物１５までの距離Ｌを算出することができるのである。
【００７４】
しかしながら、一般に、上記測定対象物１５が不特定の場合には、受光部２０aに入射する光強度は様々であり、上記式(３)や式(４)中のＩpは不明である。そこで、本実施の形態においては、第２受信器１２bを設けることによって、以下のようにして、測定対象物１５からの反射光の受光信号強度Ｉpが未知であっても、測定対象物１５までの距離を測定可能にするのである。
【００７５】
上記第２受信器１２bにおける(２Ｎ＋１)個の受光部２０bによる検出信号は、図２(g)および図２(h)に示すように、図２(a)に示す発光信号に同期したパルス幅２t0の第３開閉信号ＳCおよび第４開閉信号ＳDによってオン・オフが制御される(２Ｎ＋１)個のスイッチ２１bによって、経路が第３経路(Ｃch)と第４経路(Ｄch)とに切り換えられる。（２Ｎ＋１)個の受光部２０bから第３経路(Ｃch)側に流れた受光信号は奇数番目のＮ個の蓄積部２２bに入力される。一方、(２Ｎ＋１)個の受光部２０bから第４経路(Ｄch)側に流れた受光信号は偶数番目のＮ個の蓄積部２２bに入力される。ここで、上述のように、タイミング回路１４からスイッチ２１bに入力される第２変調信号(第３,第４開閉信号ＳC,ＳD)は、図２(c)および図２(d)に示す第１変調信号(第１,第２開閉信号ＳA,ＳB)の２倍のパルス幅を有している。
【００７６】
以下、上記各スイッチ２１bの動作について詳細に説明する。先ず、図２(g)に示すように、第３開閉信号ＳCのレベルが「Ｈ」の状態にある場合には、第１スイッチ２１b1は第１受光部２０b1と第１蓄積部２２b1とを接続し、第２スイッチ２１b2は第２受光部２０b2と第１蓄積部２２b1とを接続する。その結果、第１受光部２０b1および第２受光部２０b2からの図２(i)に示すような受光信号の電荷が、共に第１蓄積部２２b1に蓄積されることになる。その場合、第２蓄積部２２b2は何れの受光部２０bにも接続されず、上記受光信号の電荷は蓄積されない。
【００７７】
このことは、上記第３スイッチ２１b3および第４スイッチ２１b4の場合も同様であり、第３蓄積部２２b3には第３受光部２０b3および第４受光部２０b4からの受光信号の電荷が蓄積される一方、第４蓄積部２２b4には受光信号の電荷が蓄積されない。
【００７８】
すなわち、上記第３経路(Ｃch)は、各奇数番目の蓄積部２２bに、隣接する２つのスイッチ２１bが接続されて、２つの受光部２０bからの受光信号の電荷が蓄積される一方、偶数番目の蓄積部２２bには何れのスイッチ２１bも接続されず、受光信号の電荷が蓄積されないような経路なのである。
【００７９】
その結果、上記第３開閉信号ＳCのレベルが「Ｈ」の場合には、各スイッチ２１bによって経路が上記第３経路(Ｃch)に切り換えられて、各奇数番目の蓄積部２２bには、図２(a)に示す第１変調信号の１周期当たり２(Ｉp・ｔ0＋Ｉb・２ｔ0)の電荷が蓄積される。その際に、各偶数目の蓄積部２２bには、電荷が蓄積されない。
【００８０】
次に、図２(h)に示すように、第４開閉信号ＳDのレベルが「Ｈ」の状態にある場合は、第２スイッチ２１b2は第２受光部２０b2と第２蓄積部２２b2とを接続し、第３スイッチ２１b3は第３受光部２０b3と第２蓄積部２２b2とを接続する。その結果、第２受光部２０b2および第３受光部２０b3からの図２(j)に示すような受光信号の電荷が、共に第２蓄積部２２b2に蓄積されることになる。その場合に、第１蓄積部２２b1及び第３蓄積部２２b3は何れの受光部２０bにも接続されず、上記受光信号の電荷は蓄積されない。このことは、第４スイッチ２１b4以降の各スイッチ２１b場合も同様である。
【００８１】
すなわち、上記第４経路(Ｄch)は、各偶数番目の蓄積部２２bに、隣接する２つのスイッチ２１bが接続されて、２つの受光部２０bからの受光信号の電荷が蓄積される一方、奇数番目の蓄積部２２bには何れのスイッチ２１bも接続されず、受光信号の電荷が蓄積されないような経路なのである。
【００８２】
その結果、上記第４開閉信号ＳDのレベルが「Ｈ」の場合には、各スイッチ２１bによって経路が上記第４経路(Ｄch)に切り換えられて、各偶数番目の蓄積部２２bには、図２(a)に示す第１変調信号の１周期当たり２(Ｉb・２ｔ0)の電荷が蓄積される。その際に、各奇数目の蓄積部２２bには、電荷が蓄積されない。
【００８３】
尚、上記総ての受光部２０b,総てのスイッチ２１b及び総ての蓄積部２２bは同じ構造を有しており、総ての奇数番目の蓄積部２２aには２(Ｉp・ｔ0＋Ｉb・２ｔ0)の電荷が蓄積される一方、総ての偶数番目の蓄積部２２aには２(Ｉb・２ｔ0)の電荷が蓄積される。このように、本実施の形態の光学式測距装置においては、(２Ｎ＋１)個の受光部２０bが同じ受光信号を出力するように、送信器１１には、総ての受光部２０bに同じ光強度の光ビーム１９が入射されるような光学系が備えられているのである。
【００８４】
こうして上記第１蓄積部２２b1および第２蓄積部２２b2に蓄積された電荷は、信号処理部１３を構成する上記演算部としての第１差動演算部２３b1に入力される。そして、第１差動演算部２３b1によって、第１蓄積部２２b1からの信号と第２蓄積部２２b2からの信号との差の演算(差動演算)が行われる。このようにして、第１差動演算部２３b1によって、ｎ周期に亘って上記演算の結果が蓄積された場合には、蓄積回数ｎを用いて以下の式(５)で表される第２差動信号が得られるのである。
第２差動信号
＝ｎ・２(Ｉp・ｔ0＋Ｉb・２ｔ0)−ｎ・２(Ｉb・２ｔ0)
＝２ｎ・Ｉp・ｔ0              …(５)
【００８５】
上記信号処理部１３には、図１に示すように、Ｎ個の差動演算部２３bが設けられており、夫々の差動演算部２３bからは、総て上記式(５)で表される第２差動信号が出力される。その場合、上記式(５)で表される第２差動信号からは背景光ノイズ成分Ｉbが完全に消去されており、受光信号強度Ｉpのみに依存しているのである。
【００８６】
上記第２受信器１２bには、上記第１受信器１２aの場合と同様に、１つの蓄積部２２bに２つの受光部２０bからの受光信号の電荷を蓄積するので、各差動演算部２３bによる差動演算の精度を高くすることができる。そして、このＮ個の第２差動信号が入力される第２加算部２４bによって、Ｎ個の第２差動信号が加算された第２加算信号を得るようにしている。式(６)に第２加算信号を示す。
第２加算信号＝２Ｎ・ｎ・Ｉp・ｔ0        …(６)
【００８７】
上記第１加算部２４aからの出力信号(第１加算信号)と上記第２加算部２４bからの出力信号(第２加算信号)とは、距離判定部２５に入力される。そして、この距離判定部２５によって、第１加算信号Ｓ1と第２加算信号Ｓ2との比が算出され、この比の値を用いて、下記の式(７)に従って、測定対象物１５までの距離Ｌが得られるのである。
【００８８】
尚、式(７)は、以下のようにして導き出される。すなわち、
Ｓ1/Ｓ2＝｛Ｎ・ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)｝/(Ｎ・ｎ・Ｉp・ｔ0)
＝(ｔ0−２ｔ1)/ｔ0
よって、
2007232687.tif 000004
となる。したがって、このｔ1を式(１)に代入して、
2007232687.tif 000005
が得られるのである。
【００８９】
次に、上記受光部２０a,２０bおよび蓄積部２２a,２２bの具体的構成および配置について説明する。尚、上述したように、第１受信器１２aの受光部２０aおよび蓄積部２２aと第２受信器１２bの受光部２０bおよび蓄積部２２bとは、動作のタイミングが異なるだけで、構造および動作そのものは同じである。そこで、以下においては、第１受信器１２aの受光部２０aおよび蓄積部２２aで代表して説明する。
【００９０】
図３および図５は、上記第１受信器１２aの部分断面図であり、図４はその平面図である。但し、図３は図４のＡ‐Ａ'矢視断面図であり、図５は図４のＢ‐Ｂ'矢視断面図である。尚、本光学式測距装置は、受光部２０a,２０bと信号処理部１３とが同一半導体基板上に形成されたＯＥＩＣ(Opto Electronic Integrated Circuit)で構成されるのが好ましい。図３〜図５は、上記ＯＥＩＣで構成されたものとして表現されている。
【００９１】
図３に示すように、例えばシリコンからなるｐ型半導体基板３１上に、所定の間隔で複数の絶縁膜(シリコン酸化膜)３２が形成されており、絶縁膜３２に隣接してｎ型拡散層である蓄積部２２aが形成される。また、絶縁膜３２上には、二つの透明電極３３,３４が形成され、この透明電極３３,３４に、図２(c)および図２(d)で示す開閉信号ＳA,ＳBが印加される。ここで、透明電極３３,３４とは、発光素子１７から出射される光ビーム１８の波長に対して透過性のものであり、例えば、光ビーム１８が赤外光である場合には、一般の半導体製造プロセスで使用されるポリシリコン薄膜を利用できる。
【００９２】
上記絶縁膜３２,蓄積部２２aおよび透明電極３３,３４が形成された半導体基板３１上には、適切なカバー膜が形成され、受光部２０aにのみ光ビーム１９が導かれるように遮光メタル３５が形成される。そして、遮光メタル３５の開口部３６から侵入した光ビーム１９は透明電極３３,３４と絶縁膜３２とを通過し、絶縁膜３２下の半導体層で光キャリアに変換される。
【００９３】
上記構成において、図３の下部に示すように、図２(c)に示す第１開閉信号ＳAのレベルが「Ｈ」になる時間帯Ａでは、第１受光部２０a1における図中右側の透明電極３４1および第２受光部２０a2における図中左側の透明電極３３2のレベルが「Ｈ」であり、絶縁膜３２1下の半導体層における透明電極３４1下の部分と、絶縁膜３２2下の半導体層における透明電極３３2下の部分との電位が高くなる。そして、この電位によって、第１受光部２０a1および第２受光部２０a2における上記半導体層で発生した光キャリア(電子)は吸い寄せられて、電位がフローティング状態にある第１蓄積部２２a1に蓄積されるのである。
【００９４】
尚、以上においては、上記第１蓄積部２２a1についてのみ説明したが、図中第１蓄積部２２a1の右側に並ぶ各奇数番目の蓄積部２２aについても、同様にして光キャリア(電子)の蓄積が行われる。
【００９５】
一方、図２(d)に示す第２開閉信号ＳBのレベルが「Ｈ」になる時間帯Ｂでは、各受光部２０aにおける透明電極３３,３４のうち時間帯Ａの場合とは反対側の透明電極３３,３４のレベルが「Ｈ」となり、時間帯Ａには蓄積されなかった各偶数番目の蓄積部２２aに光キャリアが蓄積される。
【００９６】
すなわち、本実施の形態においては、透明電極３３,３４とその下側の半導体層とによって、上記スイッチ２１aを構成しているのである。
【００９７】
以下、上述のような蓄積動作が、各蓄積部２２aに十分な受光信号の電荷が蓄積されるまで繰り返されるのである。
【００９８】
図４は図３の平面図であり、時間帯Ａ(図４(a))と時間帯Ｂ(図４(b))とにおける光キャリアの動きを矢印で示している。図４において、蓄積部２２aの上方にはリセット端子３７が配置されており、このリセット端子３７によって、所定の時間蓄積部２２aに蓄積されたキャリアをクリアするようにしている。リセット端子３７の構造を図５に示す。蓄積部２２aとリセット端子３７とは同じｎ型拡散層で形成されており、リセット端子３７には適当な正の電位が印加されている。そして、両拡散層２２a,３７はゲート膜上に形成されたリセットゲート３８と共に、ＭＯＳトランジスタ３９を形成しており、リセットゲート３８がオン状態になると蓄積部２２aとリセット端子３７とが導通して、蓄積部２２aのキャリアがクリアされるのである。また、リセットゲート３８がオフ状態の場合には、蓄積部２２aはフローティング状態となる。
【００９９】
図４に示すように、図２に示すタイミングチャートによる動作を正確に行うためには、時間帯Ａに蓄積される奇数番目の蓄積部２２aと時間帯Ｂに蓄積される偶数番目の蓄積部２２aとは、互いに隣合って配置されることが好ましい。このように配置することによって、受光部２０aと蓄積部２２aとには無駄なスペースがなくなる。また、隣接する二つの受光部２０aは、蓄積部２２aに対して、上記受光部２０aの配列方向に対称形に配置されている。このように配置することによって、時間帯Ａと時間帯Ｂとに蓄積部２２aに転送される光キャリアの動き(パス)が同等になるため、図２に示すタイミングチャートによる動作を正確に行うことができるのである。
【０１００】
また、上記各受光部２０aと上記各蓄積部２２aとは、図４に示すように一直線上に配置されている。その場合、上記一直線は、受光部２０aの中心と蓄積部２２aの中心とを通ることが好ましい。このように配置することによって、さらに正確な動作を期待することができるのである。
【０１０１】
尚、この発明は、上述のように、１つの蓄積部２２aに対応付ける受光部２０aの数は２つに限定する必要はなく、例えば、図６に示すように、１つの蓄積部２２aに３つの受光部２０aを対応付けることもできる。図６においては、図４と同じ構造を有する受光部２０a'と蓄積部２２a'との配列を２列併設し、両列にあって互いに隣り合っている２つの蓄積部２２aと蓄積部２２a'との間に、新たに受光部２０a''を配置している。この場合、リセットゲート３８は、蓄積部２２aの図５中下側に配置する。そして、時間帯Ａにおいては、一方の列における奇数番目の蓄積部２２aと他方の列の偶数番目の蓄積部２２a'の周囲に位置している３つの受光部２０aからの光キャリアを、３つの受光部２０aの中央にある１つの蓄積部２２a,２２a'に蓄積するのである。ここで、各蓄積部２２a,２２a'の中心と隣接する３つの受光部２０aの中心とは、キャリアの分配精度を高くするために、均等に配置されるのが好ましい。
【０１０２】
上記受光部２０aや蓄積部２２aの数は、使用条件によって異なる。例えば、測定対象物１５までの非常に近い距離を測定する場合や、測定対象物１５の反射率が高いために十分な反射光量が得られる場合には、Ｎ＝１とすることができ、第１受信器１２aにおける受光部２０aの数は２Ｎ＋１＝３となり、蓄積部２２aの数は２Ｎ＝２となり、本光学式測距装置を最も小型化することができる。逆に、十分な反射光量が期待できない場合には、受光部２０aと蓄積部２２aとの数を目的の信号強度が得られるまで増設することによって、測距を行うことができる。
【０１０３】
しかしながら、上記受光部２０aと上記蓄積部２２aとの数を増設する場合には、上述したように、受光部２０aと蓄積部２２aとの配列が一直線上(１次元)に長くなってしまう。ところが、各受光部２０aに入射する光強度は均等であることが望ましく、一直線状に配列された受光部２０aに均等に光を入射させるには円柱レンズ等が必要となる。しかしながら、最も効果的に集光できるのは、円形レンズが一般的である。このような円形の受光レンズに対する最も効果的な第１受信器１２aの構成は、図４や図６に示す構造を有する受光部２０aおよび蓄積部２２aからなる群を複数用意し、その群を正方形に近くなるように配置することにより達成される。
【０１０４】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記第１受信器１２aには、(２Ｎ＋１)個の受光部２０aと２Ｎ個の蓄積部２２aと(２Ｎ＋１)個のスイッチ２１aとを設けて、「ｋ」を２Ｎ以下の自然数として、第ｋ蓄積部２２akを、第ｋスイッチ２１akによって第ｋ受光部２０akに接続すると共に、第(ｋ＋１)スイッチ２１a(k+1)によって第(ｋ＋１)受光部２０a(k+1)に接続するようにしている。
【０１０５】
そして、各スイッチ２１aに、タイミング回路１４から図２(c)に示す第１開閉信号ＳAが入力された場合には、各奇数番目の蓄積部２２aに２つの受光部２０aからの受光信号の電荷が蓄積される一方、偶数番目の蓄積部２２aには受光信号の電荷が蓄積されない第１経路(Ａch)に切り換える。一方、図２(d)に示す第２開閉信号ＳBが入力された場合は、各偶数番目の蓄積部２２aに２つの受光部２０aからの受光信号の電荷が蓄積される一方、奇数番目の蓄積部２２aには受光信号の電荷が蓄積されない第２経路(Ｂch)に切り換えるようになっている。
【０１０６】
また、上記第２受信器１２bも、第１受信器１２aと同様の構成を有しており、各スイッチ２１bに、タイミング回路１４から図２(e)に示す第３開閉信号ＳCが入力された場合には、各奇数番目の蓄積部２２bに２つの受光部２０bからの受光信号の電荷が蓄積される一方、偶数番目の蓄積部２２bには受光信号の電荷が蓄積されない第３経路(Ｃch)に切り換える。一方、図２(f)に示す第４開閉信号ＳDが入力された場合には、各偶数番目の蓄積部２２bに２つの受光部２０bからの受光信号の電荷が蓄積される一方、奇数番目の蓄積部２２bには受光信号の電荷が蓄積されない第４経路(Ｄch)に切り換えるようになっている。
【０１０７】
そして、各差動演算部２３aによって、奇数番目の蓄積部２２aからの信号と偶数番目の蓄積部２２aからの信号との差動演算を行うようにしている。また、差動演算部２３bによって、奇数番目の蓄積部２２bからの信号と偶数番目の蓄積部２２bからの信号との差動演算を行うようにしている。したがって、背景光等のノイズ成分を適宜除去し、測定対象物１５までの距離計算に必要な信号成分のみを抽出して蓄積することができる。さらに、上記差動演算の結果をｎ回積算することによって、各差動演算部２３a,２３bからは、距離計算に十分な電荷量の蓄積差動信号を得ることができるのである。
【０１０８】
その際に、上述したように、１つの蓄積部２２a,２２bに２つの受光部２０a,２０bからの受光信号の電荷を蓄積するので、１つの蓄積部２２a,２２bに１つの受光部２０a,２２bからの受光信号の電荷を蓄積する場合に比して２倍の電荷を蓄積することができる。したがって、各差動演算部２３a,２３bによる上記差動演算の精度を高くすることができる。
【０１０９】
また、上記第２受信器１２b側の各スイッチ２１bにおける開閉時間を、上記発光信号のパルス幅t0の２倍に設定している。したがって、各受光部２０bからの受光信号には、反射光の光ビーム１９によるパルス信号全体が含まれることになり、第３開閉信号ＳC入力時の受光信号と第４開閉信号ＳD入力時の受光信号との差動演算を行うことによって、受光信号強度Ｉpのみに依存した第２差動信号を得ることができる。その結果、距離判定部２５によって、受光信号強度Ｉpが未知の場合であり、且つ、背景光が強い環境下であっても、精度良く測定対象物１５までの距離Ｌを測定することができる。
【０１１０】
さらに、上記第１受信器１２aには(２Ｎ＋１)個の受光素子２０aおよび２Ｎ個の蓄積部２２aを設け、信号処理部１３にはＮ個の差動演算部２３aを設けて、Ｎ個の第１差動信号を得るようにしている。また、第２受信器１２bには(２Ｎ＋１)個の受光素子２０bおよび２Ｎ個の蓄積部２２bを設け、信号処理部１３にはＮ個の差動演算部２３bを設けて、Ｎ個の第２差動信号を得るようにしている。そして、第１加算部２４aによって上記Ｎ個の第１差動信号を加算して第１加算信号を得る一方、第２加算部２４bによって上記Ｎ個の第２差動信号を加算して第２加算信号を得るようにしている。したがって、個々の受光部２０a,２０bで検出される受光信号は小さくとも高速応答が可能な時間内に測距に必要な量の電荷信号を蓄積することができ、測定対象物１５が動いている場合等においても正確な距離測定を行うことができるのである。
【０１１１】
・第２実施の形態
この実施の形態は、上記第１実施の形態における光学式測距装置よりも測定対象物までの距離を正確に測定できる光学式測距装置に関する。以下、本光学式測距装置について詳細に説明する。
【０１１２】
図７は、本実施の形態の光学式測距装置における受信器の部分平面図である。また、図８は、本光学式測距装置のブロック図である。ここで、本実施の形態の光学式測距装置における基本構成および基本動作は、上記第１実施の形態の場合と同様である。そこで、上記第１実施の形態における光学式測距装置と同じ構成には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。以下、上記第１実施の形態における光学式測距装置と異なる点について、図７および図８に従って説明する。
【０１１３】
図７に示すように、本実施の形態における第１受信器１２aでは、第１受光部２０a1における図中左側に第０蓄積部２２a0を設け、第(２Ｎ＋１)受光部２０a(2N+1)における図中右側に第(２Ｎ＋１)蓄積部２２a(2N+1)を設け、第１受光部２０a1および第０蓄積部２２a0に隣接して第０リセット端子３７0を設け、第(２Ｎ＋１)受光部２０a(2N+1)および第(２Ｎ＋１)蓄積部２２a(2N+1)に隣接して第(２Ｎ＋１)リセット端子３７(2N+1)を設けている。すなわち、合計(２Ｎ＋２)個の蓄積部２２aを配置しているのである。
【０１１４】
上記構成において、上記時間帯Ａに、第(２Ｎ＋１)受光部２０a(2N+1)に発生したキャリアは、第(２Ｎ＋１)蓄積部２２a(2N+1)に蓄積される。さらに、上記時間帯Ｂに、第１受光部２０a1に発生したキャリアは、第０蓄積部２２a0に蓄積される。こうすることによって、第１受光部２０a1と第(２Ｎ＋１)受光部２０a(2N+1)とに発生するキャリアに対して、時間帯Ａと時間帯Ｂとの対称性がさらに増すため、より正確な測定が可能になるのである。
【０１１５】
また、上記第０蓄積部２２a0と第(２Ｎ＋１)蓄積部２２a(2N+1)との夫々には、１つの受光部２０aに発生したキャリアが蓄積されるため、他の蓄積部２２aに蓄積される信号電荷の半分の信号電荷が蓄積される。
【０１１６】
尚、本実施の形態における第２受信器１２bは、第１受信器１２aと同じ構成を有している。
【０１１７】
また、本実施の形態においては、図８に示すように、上記信号処理部１３には、第０蓄積部２２a0からの電荷信号と第(２Ｎ＋１)蓄積部２２a(2N+1)からの電荷信号との差動演算を行う第(Ｎ＋１)差動演算部２３a(N+1)を設けている。また、第０蓄積部２２b0からの電荷信号と第(２Ｎ＋１)蓄積部２２b(2N+1)からの電荷信号との差動演算を行う第（Ｎ＋１)差動演算部２３b(N+1)を設けている。その場合に、第１受信器１２aの第(Ｎ＋１)差動演算部２３a(N+1)によって得られる第(Ｎ＋１)差動信号は、上記式(３)を参照して、
第１受信器１２aの第(Ｎ＋１)差動信号
＝ｎ｛Ｉp(ｔ0−ｔ1)＋Ｉb・ｔ0｝−ｎ(Ｉp・ｔl＋Ｉb・ｔ0)
＝ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)                            …(８)
となる。さらに、第２受信器１２bの第(Ｎ＋１)差動演算部２３b(N+1)によって得られる第(Ｎ＋１)差動信号は、上記式(５)を参照して、
第２受信器１２bの第(Ｎ＋１)積差動信号
＝ｎ(Ｉp・ｔ0＋Ｉb・２ｔ0)−ｎ(Ｉb・２ｔ0)
＝ｎ・Ｉp・ｔ0                                   …(９)
となる。
【０１１８】
両差動信号は、夫々第１加算部２４aおよび第２加算部２４bに入力される。そして、第１加算部２４aによって、(Ｎ＋１)個の差動信号(差動演算値)が加算されて第１加算信号が得られる。その場合の第１加算信号は、式(４)および式(８)を参照して、式(１０)のように表すことができる。
第１加算信号＝２Ｎ・ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)＋ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)
＝(２Ｎ＋１)・ｎ・Ｉp(ｔ0−２ｔ1)      …(１０)
また、上記第２加算部２４bによって、(Ｎ＋１)個の差動信号が加算されて第２加算信号が得られる。その場合における第２加算信号は、式(６)および式(９)を参照して、式(１１)のように表すことができる。
第２加算信号＝(２Ｎ・ｎ・Ｉp・ｔ0)＋(ｎ・Ｉp・ｔ0)
＝(２Ｎ＋１)ｎ・Ｉp・ｔ0              …(１１)
【０１１９】
上記第１加算部２４aからの出力信号(第１加算信号)と上記第２加算部２４bからの出力信号(第２加算信号)とは、距離判定部２５に入力される。そして、この距離判定部２５によって、第１加算信号Ｓ1と第２加算信号Ｓ2との比が算出され、この比の値を用いて、上記の式(７)に従って、測定対象物１５までの距離Ｌが得られるのである。
【０１２０】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記式(１０)および式(１１)に示すように、上記第１実施の形態の場合に比して、第１,第２加算信号の電荷量は、第１受信器１２aおよび第２受信器１２bにおける第０蓄積部２２a0,２２b0と第(Ｎ＋１)差動演算部２３a(N+1),２３b(N+1)によって蓄積される分だけ増加している。したがって、上記式(７)の演算精度を上記第１実施の形態の場合よりも高くすることができるのである。
【０１２１】
尚、上記各実施の形態においては、第１のタイミングで動作する第１受光器１２aと第２のタイミングで動作する第２受光器１２bとの両方を有する光学式測距装置を例に説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、１つの受光器を有し、その受光器のスイッチによって、先ず、第１のタイミングで動作して第１蓄積部〜第(２Ｎ)蓄積部に対する蓄積動作を行い、一旦その蓄積結果を別の保持部等に保存する。次に、上記スイッチによって、第２のタイミングで動作して上記第１第１蓄積部〜第(２Ｎ)蓄積部に対する蓄積動作を行うのである。こうすることによって、目的の距離演算を行うのに必要な蓄積電荷信号を、１つの受光器によって得ることが可能である。その場合における、基本的な動作の説明は、上記各実施の形態と重複するので省略する。
【０１２２】
また、上記各実施の形態においては、上記第２受信器１２bの第１スイッチ２１b1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１b(2N+1)のスイッチング時間を、上記発光信号のパルス幅t0の２倍に設定している。しかしながら、この発明は、パルス幅t0の２倍に限定されるものではなく、パルス幅t0の２倍以上であればＣch信号に反射光の光ビーム１９によるパルス信号の全体が含まれることになり、同様の効果を奏することができる。しかしながら、第１スイッチ２１b1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１b(2N+1)のスイッチング時間がパルス幅t0の２倍よりも長い場合には、単に背景光等のノイズ成分の電荷蓄積量が多くなるだけである。したがって、第１スイッチ２１b1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１b(2N+1)のスイッチング時間は、上記発光信号のパルス幅t0の２倍が最も好ましいのである。
【０１２３】
また、上記各実施の形態においては、上記発光素子１７に印加される変調信号としてパルス波を用いている。これは、上記変調信号がパルス波の場合には上記受光信号の波形もパルス波となり、反射信号光受光時における受光信号は同じ受光信号強度(一定値)を持続することになる。その結果、Ａch〜Ｄchの各信号の電荷蓄積量は測定対象物１５までの距離Ｌに比例して変化することになり、測距可能範囲内の全域において各信号の電荷蓄積量と距離Ｌとにリニアリティ(線形性)を呈するのである。したがって、距離の測定精度を測距範囲全体で一定にすることができるからである。
【０１２４】
これに対し、上記変調信号として三角波や鋸波を用いた場合には、上記受光信号の波形は時間の１次関数となり、Ａch〜Ｄchの各信号の電荷蓄積量は時間の２次関数となる。その結果、測距範囲において測定精度に粗密が生ずることになる。したがって、上記変調信号としてパルス波を用いるか三角波や鋸波を用いるかを、用途に応じて適宜の使い分けるのが好ましい。
【０１２５】
また、上記各実施の形態においては、上記送信器１１の変調信号発生器１６から出力された変調信号はタイミング回路１４に入力されて、第１デューティの第１変調信号と第２デューティの第２変調信号とに変換される。そして、第１変調信号は、発光素子１７と第１受信器１２aの第１スイッチ２１a1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１a(2N+1)とに入力される一方、第２変調信号は、第２受信器１２bの第１スイッチ２１b1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１b(2N+1)に入力されるようにしている。
【０１２６】
しかしながら、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記変調信号発生器１６からは第１デューティの第１変調信号が、発光素子１７と第１受信器１２aの第１スイッチ２１a1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１a(2N+1)とタイミング回路１４とに入力される。そして、発光素子１７と第１受信器１２aの各スイッチ２１aとは、第１変調信号によって動作する。一方、タイミング回路１４は、上記第１変調信号を第２デューティの第２変調信号に変換して、第２受信器１２bの第１スイッチ２１b1〜第(２Ｎ＋１)スイッチ２１b(2N+1)に入力する。そして、第２受信器１２bの各スイッチ２１bを第２変調信号によって動作するようにしても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】この発明の光学式測距装置におけるブロック図である。
【図２】図１に示す光学式測距装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１における第１受信器の部分断面図である。
【図４】図１における第１受信器の平面図である。
【図５】図３とは異なる部分断面図である。
【図６】１つの蓄積部に３つの受光部を対応付けた場合における第１受信器の平面図である。
【図７】図１とは異なる光学式測距装置における第１受信器の平面図である。
【図８】図７に示す光学式測距装置におけるブロック図である。
【図９】フォトゲート構造を有する受光器の一例を示す模式断面図である。
【図１０】図９に示すフォトゲートの動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】図１０において背景光がある場合のタイミングチャートである。
【図１２】従来の距離画像センサの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１２８】
１１…送信器、
１２a…第１受信器、
１２b…第２受信器、
１３…信号処理部、
１４…タイミング回路、
１５…測定対象物、
１６…変調信号発生器、
１７…発光素子、
１８,１９…光ビーム、
２０a,２０b…受光部、
２１a,２１b…スイッチ、
２２a,２２b…蓄積部、
２３a,２３b…差動演算部、
２４a…第１加算部、
２４b…第２加算部、
２５…距離判定部、
３１…Ｐ型半導体基板、
３２…絶縁膜(シリコン酸化膜)、
３３,３４…透明電極、
３５…遮光メタル、
３６…開口部、
３７…リセット端子、
３８…リセットゲート、
３９…ＭＯＳトランジスタ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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