【手続補正書】
【提出日】平成29年12月4日(2017.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を受光する複数の受光素子からなる画素群と、各画素の受光量上限値をそれぞれ指定する受光量上限値指定手段と、露光中の各画素の受光量を前記指定された上限値とそれぞれ比較する複数の比較部とを有する固体撮像素子本体を複数備え、各固体撮像素子本体の比較部の出力を論理和する論理回路を有して、前記論理和した演算結果に従って、前記画素すべての露光を終了させる固体撮像素子を配設し、
前記固体撮像素子における露光開始から露光終了までの露光時間を計測する露光時間計測部と、
前記固体撮像素子における受光位置の変位に基づいて、被写体までの測定距離を演算する測定距離演算部と、
被写体までの実際の距離である距離真値の取得に関するデータとして、前記計測された露光時間とこの露光時間に演算された測定距離とを対応させた状態で、出力および／または保存するデータ出力・保存部とを備えた、
光学式変位計。
【請求項２】
請求項１において、
被写体までの実際の距離である距離真値を取得する距離真値取得部を備え、
前記距離真値取得部は、前記計測された露光時間が前回の値と比較して指定値以上に大きいとき、当該計測された露光時間に対応する演算された測定距離を無効とし、前回の露光時間に対応する演算された測定距離を有効として距離真値を取得する、光学式変位計。
【請求項３】
請求項１において、
被写体までの実際の距離である距離真値を取得する距離真値取得部を備え、
前記距離真値取得部は、前記計測された露光時間が前回の値と比較して指定値以上に大きいとき、複数の測定距離の移動平均回数を短縮させて距離真値を取得する、光学式変位計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明に係る光学式変位計は、被写体からの光を受光する複数の受光素子からなる画素群と、各画素の受光量上限値をそれぞれ指定する受光量上限値指定手段と、露光中の各画素の受光量を前記指定された上限値とそれぞれ比較する複数の比較部とを有する固体撮像素子本体を複数備え、各固体撮像素子本体の比較部の出力を論理和する論理回路を有して、前記論理和した演算結果に従って、前記画素すべての露光を終了させる固体撮像素子を配設している。さらに、前記固体撮像素子における露光開始から露光終了までの露光時間を計測する露光時間計測部と、前記固体撮像素子における受光位置の変位に基づいて、被写体までの測定距離を演算する測定距離演算部と、被写体までの実際の距離である距離真値の取得に関するデータとして、前記計測された露光時間とこの露光時間に演算された測定距離とを対応させた状態で、出力および／または保存するデータ出力・保存部とを備えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる光学式変位計に含まれる自動露光終了機能を有する固体撮像素子１のブロック図を示す。この固体撮像素子１は、固体撮像素子本体５０を複数備えており、各固体撮像素子本体５０は、被写体Ｍからの光をそれぞれ受光する複数の受光素子からなる画素５群を有し、露光中の各画素５の受光量をそれぞれ監視する露光中の画素受光量監視部６と、各画素５の受光量上限値をそれぞれ指定する受光量上限値指定部７と、露光中の各画素５の受光量を前記指定された上限値とそれぞれ比較する複数の比較部８と、露光終了時の各画素をそれぞれ読み出す露光終了時の画素読み出し部１２とを備えている。固体撮像素子１は、さらに、各固体撮像素子本体５０の比較部８の出力を論理和する論理回路１０と、前記論理和した演算結果に従って、いずれか１つの受光素子（画素）５の受光量が前記指定する上限値を超えたとき、露光時間を設定することなく直ちに、すべての画素の露光を終了させる露光終了制御回路１１とを備えている。この露光終了時の各画素の読み出しに基づいて、後述する測定距離演算部２１によって、被写体Ｍまでの測定距離が演算される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図２は、図１の自動露光終了機能を有する固体撮像素子１の詳細な回路図を示す。この図では複数の固体撮像素子本体５０のうち１つを例示している。電源（＋）１１２と電源（−）１１３間に定電流素子１０６が設けられている。受光素子１０１（５）は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）のような被写体Ｍからの光を電気信号に変換する素子で、光の強さに応じて流れる電流が変化する。増幅用トランジスタ１０２は、例えばＭＯＳＦＥＴが使用される。露光を開始する前に、まず露光制御スイッチ１０３をオンして、電荷蓄積コンデンサ１０４の電荷を、また、増幅信号転送用スイッチ１０７をオン、ホールドコンデンサ１０８のホールドコンデンサ放電用コンデンサ１０９をオン、出力転送用スイッチ１１０をオフさせて、増幅信号結合コンデンサ１０５の電荷をそれぞれグランドへ放電させておく。増幅信号結合コンデンサ１０５は、受光素子１０１に光が入力していないときでも温度によって微小なもれ電流が存在し、このもれ電流が温度によって変化するので、増幅用トランジスタ１０２のドレイン電圧が上昇してしまう場合があるが、これを打ち消すために設けられている。露光制御スイッチ１０３他は実際にはトランジスタによる半導体スイッチが用いられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
これを時系列で示したものが図３および図４である。図３は、受光素子１０１への光が弱くコンデンサへの充電が遅く実行されるため露光開始から露光終了までの時間が長い例、図４は光が強くコンデンサへの充電が速く実行されるため露光開始から露光終了までの時間が短い例である。図５は、固体撮像素子本体５０を複数、例えば１次元に４個（１Ａ〜１Ｄ）並べたものを図示しており、この例では単一の受光量上限値指定部（指定受光量）７を有する。この例では、固体撮像素子本体５０は４個としているが、これに何ら限定されず、例えば一列に５１２個並べてもよいし、２次元に並べてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図６は、図５の動作を示すタイムチャートである。例えば固体撮像素子本体１Ａの画素出力１が最も大きな値（ピークレベル）を示し、画素出力２、画素出力３、画素出力４の順に、相対的に小さな値を示している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図７は上記固体撮像素子を含む、本発明の一実施形態に係る光学式変位計３を示す構成図である。この光学式変位計３は、対象物（被写体）Ｍの光反射量が大きく変化した場合であっても、対象物Ｍまでの距離を測定することが可能となるもので、フォトダイオード（ＰＤ）のような固体撮像素子１、受光レンズ１５、および測定対象物（被写体）Ｍに投光レンズ１３を介して光を照射するレーザーダイオード（ＬＤ）のような投光素子１４と、システム全体を制御する制御部２０とを備えている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
制御部２０は、照射光の対象物Ｍからの反射光を受光する固体撮像素子１からの受光データに基づいて、対象物Ｍまでの距離を例えば三角測距方式で演算する測定距離演算部２１（図１の破線部）を備えている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図８は、露光時間を計測する状態を示すブロック図である。図８のように、露光時間計測部（露光時間計測カウンタ）２４が露光開始時点から露光終了出力時点までの時間を計測することで、固体撮像素子１における実際の露光時間を計測する。露光開始指示部２３の開始指示により、固体撮像素子１が露光を開始するとともに、露光時間計測カウンタ２４がカウントを開始する。つぎに、固体撮像素子１における図２の比較器111（８）の出力および図５の論理和演算002（１０）の出力が露光終了出力とされて、カウントが停止され、露光時間が出力される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図１２は、図１１の動作を示すタイムチャートであり、上記移動平均処理リセットの動作を説明している。図１２の（ａ）は対象物の測定状態、（ｂ）は測定値（距離）、（ｃ）は移動平均後、（ｄ）は露光時間、（ｅ）は移動平均回数、（ｆ）は平均回数可変の移動平均測定値を示す。（ｂ）のように、光学式変位計３の投光が黒い対象物（被写体）Ｍに到達すると、移動平均前の実測定値に、その測定距離の変化が現れる。（ｃ）のように、移動平均後の測定値は、黒い対象物Ｍに到達時点から徐々に直線状に変化し、最終的に実際の距離を示すことになる。この遷移時間は移動平均回数の測定周期に依存する。（ｄ）のように、黒い対象物Ｍに到達した時点で、対象物Ｔから対象物Ｍへ光反射率が急激に低くなるため、光学式変位計３の露光時間は長くなる（図示α）。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
１：固体撮像素子
３：光学式変位計
５：受光素子（画素）
６：露光中の画素受光量監視部
７：受光量上限値指定部
８：比較部
１０：論理回路
１１：露光終了制御回路
１２：露光終了時の画素読み出し部
２１：測定距離演算部
２４：露光時間計測部
２５：データ出力・保存部
３５、４０：距離真値取得部
３６：移動平均計算処理部
５０：固体撮像素子本体
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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