DE69629407T2

DE69629407T2 - Entfernungsmessgerät

Info

Publication number: DE69629407T2
Application number: DE69629407T
Authority: DE
Inventors: Akira Egawa; Ryoichi Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2016-02-28
Also published as: EP0730167B1; US5808726A; DE69629407D1; EP0730167A3; EP0730167A2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Entfernungsmeßgerät, das den Abstand zu einem Gegenstand mißt, beispielsweise für eine Einrichtung, die geeignet ist, in einem Autofokusmechanismus einer Kamera verwendet zu werden.
Als ein herkömmliches Entfernungsmeßgerät, das einen Strahlfleck auf einen Gegenstand projiziert, zu dem die Entfernung zu messen ist, und das vom Gegenstand reflektiertes Licht empfängt, um eine Triangulation auszuführen, ist ein in 1 gezeigtes Gerät allgemein bekannt. Genauer gesagt, ein Strahlfleck wird aus einer lichtemittierenden Diode (IRED) 41 auf einen Gegenstand 45 projiziert, der über eine Projektionslinse 43 zu messen ist, und vom Gegenstand 45 reflektiertes Licht empfängt ein Positionsfeststellelement (PSD) 42 über eine Lichtempfangslinse 44. Da das PSD 42 Signale A und B an der Lichtempfangsposition von zwei Endstellen abgibt, kann die Lichtempfangsposition auf dem PSD 42 festgestellt werden durch Messen der Signale A und B, und die Entfernung zum Gegenstand 45 kann auf der Grundlage der Lichtempfangsposition auf dem PSD festgestellt werden.
2 zeigt die Signalverarbeitungsschaltung dieses Entfernungsmeßgerätes.
Die Ausgangssignale A und B aus dem PSD 42 werden Stromspannungs-umgesetzt von Verstärkern AMP1A und AMP1B, und die Gleichstromkomponenten werden aus diesen umgesetzten Spannungssignalen durch Kondensatoren CA und CB beseitigt. Somit werden flackernde Signale gemäß den EIN-/AUS-Zuständen der IRED ⁴¹ den Verstärkern AMP2A und AMP2B eingegeben und werden von diesen Verstärkern umgesetzt und verstärkt. Die flackernden, von den Verstärkern AMP2A und AMP2B verstärkten Signale werden den Verstärkern AMP3A und AMP3B synchron mit den flackernden Operationen über Analogschalter, die von einem Signal S/H gesteuert werden, in selektiver Weise eingegeben. Die Integrieroperationen bezüglich Kondensatoren werden gestartet unter Steuerung analoger Schalter, die wiederum von einem Signal INT gesteuert werden. Wenn auf diese Weise Signale synchron als Reaktion auf das Signal S/H integriert werden, werden schwache Signale festgestellt, ausgegeben aus dem PSD 42, erzeugt auf der Grundlage von vom zu messenden Gegenstand reflektierten Lichts, um ΣA und ΣB zu gewinnen, womit die Entfernungsmessung möglich wird.
Das in den 1 und 2 gezeigte herkömmliche Entfernungsmeßgerät leidet jedoch unter folgendem Problem. Da in Hinsicht auf den Störabstand Rauschkomponenten, die von den Widerständen der Verstärker AMP1A und AMP1B und dem PSD 42 erzeugt werden, jedem synchronen Integrierergebnis für ein schwaches Signal überlagert sind, müssen die Größe eines Entfernungsblocks, gebildet aus den Projektionslinsen 43, der Lichtempfangslinse 44 und dergleichen oder die Leistung der IRED 41 vergrößert werden, um die Signalkomponente anzuheben, womit eine Größenverringerung des Entfernungsmeßgerätes ausgeschlossen ist.
Um den Entfernungsmeßbereich zu erweitern, muß das PSD 42 verlängert werden. Wenn in diesem Falle das PSD 42 verlängert ist, wird die Änderungsrate in den gewonnenen Signalen A und B in Hinsicht auf die Einheitsentfernung gering, was zu einer schlechten Positionsfeststellgenauigkeit führt.
3 zeigt ein Gerät, das im U.S.P. Nr. 4 521 106 vorgeschlagen wurde und eine Sensoranordnung anstelle des PSD verwendet.
Eine CCD 62, die als Ladungsübertragungsmittel fungiert, ist der Sensoranordnung 61 parallel geschaltet, die aus den Sensorblöcken S1, S2, S3, ... gebildet ist, die jeweils eine Integrierfunktion haben. Die CCD 62 hat eine Stufenzahl, die doppelt so groß ist wie die Anzahl von Sensorblöcken, um so Ladungen jeweils gemäß dem EIN- beziehungsweise dem AUS-Zustand eines Lichtprojektionsmittels in Einheiten von Sensorblöcken zu übertragen, und wird angesteuert durch zweiphasige Takte CK1 und CK2. Die von der CCD 62 übertragenen Ladungen werden umgesetzt in ein Spannungssignal von einer Ausgabestufe (FDG: schwebendes Diffusions-Gate) 64, und das Spannungssignal wird abgegeben. Die CCD 62 wird über ein MOS-Gate 63 zurückgesetzt, das von einem Signal RS gesteuert wird. Bezugszeichen SH bedeutet Schiebe-Gates.
4 zeigt die Operationszeitvorgabe des Gerätes, das in 3 dargestellt ist.
Ein Signal IRED zeigt die EIN-/AUS-Zeitvorgaben des Lichtprojektionsmittels (IRED) auf, und wenn das Signal IRED auf H-Pegel ist, wird das Lichtprojektionsmittel eingeschaltet. Ein Signal SH ist ein Gate-Signal zum Ansteuern der Schiebe-Gates zum Übertragen von Ladungen aus dem Sensorblock S1, S2, S3, ... zur CCD 62. Zur Zeitvorgabe A wird ein Einzelschrittimpulssignal SH zum Löschen der Inhalte der Sensorblöcke S1, S2, S3, ... abgegeben, und zur selben Zeit beginnen die Sensorblöcke S1, S2 und S3, ... das Akkumulieren externen Lichts in einem Lichtprojektions-AUS-Zustand. Obwohl nicht dargestellt, erfolgt das Initialisieren der CCD 62 durch ein Signal RS über das MOS-Gate 63.
Zur Zeitvorgabe B endet die Initialisierung der CCD 62, und das Anliefern der Takte CK1 und CK2 wird angehalten. Ein Einzelschrittimpulssignal SH wird abgegeben zur Übertragung akkumulierter Ladungen aus den Sensorblöcken S1, S2, S3, ... an jeden der anderen Abschnitte, angesteuert durch den Takt CK1, der CCD 62. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer werden die Einzelschrittakte CK1 und CK2 abgegeben, um die Ladungen in die CCD 62 um eine Stufe weiterzutransportieren.
Während des Intervalls zwischen den Zeiten B und C wird andererseits das Lichtprojektionsmittel eingeschaltet, und externes Licht und Signallicht (reflektiertes Licht) werden auf den Sensorblöcken S1, S2, S3, ... akkumuliert. Ein Einzelschrittimpulssignal SH wird zu einer C abgegeben zum Übertragen der akkumulierten Ladungen aus den Sensorblöcken S1, S2, S3, ... an alle anderen Abschnitte, angesteuert durch den Takt CK1, der CCD 62.
Auf diese Weise liest die Ausgangsstufe (FDG) 64 die von der CCD 62 übertragenen Ladungen sequentiell aus, und die Ladungsmengen, die in den Sensorblöcken S1, S2, S3, ... akkumuliert sind, können festgestellt werden. Wird ein derartig vielfach aufgeteilter Sensor verwendet, kann die Feststellauflösung des Lichtempfangsabschnitts verbessert werden, verglichen mit dem Fall, bei dem ein PSD verwendet wird.
Im anhand der 3 und 4 beschriebenen Gerät ist jedoch, da die Ladungsmenge, abgegeben von der CCD 62, eine Ladungsmenge für die Lichtprojektionsperiode ist, diese klein und hat einen geringen Störabstand, da das Gerät keine Synchronintegrierfunktion hat. Das heißt, mit diesem Gerät kann eine Verbesserung der Entfernungsmessungsleistungsfähigkeit, die anders ist als die Auflösung, nicht erwartet werden.
Um eine Synchronintegrierfunktion für das obige Gerät zu schaffen, muß eine Vielzahl elektrischer Schaltungen angeordnet werden, wie in 2 gezeigt. Selbst wenn keine elektrische Schaltung vorgesehen ist, wenn das externe Licht hereinkommt, kann andererseits die Verstärkung durch Integrieren des Signallichts gewonnen werden. Wenn jedoch externes Licht stark ist, wird die in der CCD 62 akkumulierte Signalmenge bestimmt durch externes Licht. Genauer gesagt, um die CCD 62 vor Sättigung zu schützen, müssen die Zeitvorgaben B und C in Hinsicht auf die Zeitvorgabe A in 4 vorgeschoben werden, was zu einer sehr schwachen Signalkomponente führt.
5 zeigt ein Entfernungsmeßgerät. In diesem Gerät wird eine Synchronintegrierfunktion auf der Einrichtung im Gerät vorgesehen, wie zuvor anhand der 3 und 4 beschrieben, und Sensorabgaben werden sequentiell durch einen aus CCD gebildeten Ring integriert. Diese Gerät hat auch eine sogenannte SKIM-Funktion, um die Gleichstromsignalkomponenten abzuschöpfen, die einem Paar EIN- und AUS-Zuständen der Lichtprojektionsmittel aus der CCD äquivalent sind.
Eine Sensoranordnung 81 enthält N Sensorblöcke, und auf der Sensoranordnung 81 in 5 akkumulierte Ladungen werden übertragen auf die lineare CCD 83, die 2N Stufen enthält und als ein Ladungsübertragungsmittel über N Schiebeglieder 82 dient. Diese Sensoranordnung 81, die Schiebeglieder 82 und die lineare CCD 83 sind im wesentlichen dieselben wie die Sensoranordnung 61, die Schiebeglieder SH und die CCD 62, die zuvor anhand 3 beschrieben wurden.
Im in 3 gezeigten Gerät werden Ladungen gerät von der CCD 62 als lineare CCD zur Ausgangsstufe (FDG) 64 übertragen. Jedoch ist im Gerät, das in 5 gezeigt ist, die lineare CCD 83 mit einer Ring-CCD 84 verbunden, die aus 2N Stufen von CCD gebildet ist. Die Periode pro Runde in Ring-CCD 84 entspricht einer EIN-/AUS-Periode des Lichtprojektionsmittels, und die Zeitvorgabe eines Signals SH wird so gesteuert, daß Signalladungen, übertragen auf die jeweiligen Stufen als Reaktion auf das nächste Signal SH, jenen zu den entsprechenden Stufen übertragenen hinzugefügt werden, und zwar als Reaktion auf das vorherige Signal SH. Mit dieser Arbeitsweise fügt die Ring-CCD 84 Ladungen hinzu, während diese übertragen werden.
Eine CLR-Einheit 85 beseitigt und löscht Ladungen aus der Ring-CCD 84 und aus der linearen CCD 83, das heißt, die Einrichtungen werden initialisiert. Angemerkt sei, daß diese Löschoperation nach Ladungshinzufügung durch die Ring-CCD 84 gesperrt wird. Angemerkt sei, daß das Bezugszeichen 87 ein Ausgabemittel zum Umsetzen einer Ladungsmenge in eine Spannung in nichtzerstörender Weise und zum Auslesen der umgesetzten Spannung dient.
Um eine jede Stufe der Ring-CCD 84 davor zu schützen, nach Hinzufügung der Ladungen in die Sättigung zu gelangen, schöpft eine SKIM-Einheit 86 eine vorbestimmte Ladungsmenge aus einem Paar CCD-Stufen jeweils entsprechend den EIN- und AUS-Zuständen der Lichtprojektion, wenn die Ladungsmenge einer CCD-Stufe gemäß einem Lichtprojektions-AUS-Zustand ist, das heißt, die Menge externen Lichtsignals überschreitet einen vorbestimmten Wert, so daß nur Ladungen auf der Grundlage von Signallicht in einer stetigen Hinzufügungsoperation integriert werden.
Mit der zuvor beschriebenen Operation kann ein Anstieg der Signalkomponente in Hinsicht auf Außenlichtkomponenten gewonnen werden. Das in 5 gezeigte Gerät arbeitet jedoch im wesentlichen zu denselben Zeitvorgaben wie jene in 4 gezeigten. Das heißt, die Übertragungstakte der linearen CCD 83 und der Ring-CCD 84 werden im wesentlichen während des Intervalls zwischen den Zeitvorgaben B und C in 4 angehalten, und dieser Zeitintervall ist verschwendet. Da die lineare CCD 83 und die Ring-CCD 84 zur selben Zeitvorgabe angehalten werden, ist ein Abfall des Störabstands aufgrund des Erzeugens einer Dunkelstromungleichförmigkeit unter den beiden CCD beträchtlich. In diesem Gerät sind des weiteren die Übertragungstakte der linearen CCD 83 und der Ring-CCD 84 relativ komplex.
Um die zuvor erwähnten Nachteile des herkömmlichen Entfernungsmeßgerätes zu überwinden, wird ein in 6 gezeigtes Gerät vorgeschlagen.
Dieses Gerät kann die folgenden Nachteile des zuvor anhand 5 beschriebenen Gerätes überwinden:

1. komplexe Übertragungstakte
2. Erzeugen einer Dunkelstromungleichförmigkeit
3. Verschwenderische Verwendung der Stopperiode von Übertragungstakten

Des weiteren umfaßt dieses Gerät eine elektronische Verschlußfunktion (ICG) zum Steuern der Signalladungsmengen aus den jeweiligen Sensorblöcken.
Eine Sensoranordnung 91 ist gebildet aus einer Vielzahl von Sensorblöcken S1, S2, S3, ..., und Signalladungen, die die Blöcke S1, S2, S3, ... erzeugen, werden von Integriereinheiten 92 integriert. In diesem Beispiel sind die Sensoranordnung 91 und die Integriereinheiten 92 getrennt dargestellt, aber sie sind im wesentlichen dieselben wie die Sensoranordnungen 61 und 81, die zuvor anhand der 3 und 5 beschrieben worden sind.
Löscheinheiten 93, die von einem Signal ICG angesteuert werden, dienen als sogenannter elektronischer Verschluß und haben eine Funktion des Beseitigens einer vorbestimmten Ladungsmenge aus den Integriereinheiten 92, um diese Einheiten 92 vor Überlauf zu schützen, und eine Funktion des Beseitigens aller Ladungen aus den Integriereinheiten 92, um die diese Einheiten 92 zu initialisieren.
Die von den jeweiligen Integriereinheiten 92 integrierten Signalladungen werden übertragen zu Akkumulationseinheiten 94 zur Zeitvorgabe eines Signals ST und werden zeitweilig akkumuliert und von den Akkumuliereinheiten 94 gehalten. Die von den Akkumuliereinheiten 94 gehaltenen Ladungen werden übertragen auf eine lineare CCD 96 durch Schiebeglieder 95 zu Zeitvorgaben eines Signals SH. Die lineare CCD 96 ist dieselbe wie die lineare CCD 83, die zuvor anhand 5 beschrieben wurde, und ist verbunden mit einer nicht dargestellten Ring-CCD.
7 zeigt die Operationszeitvorgabe des in 6 dargestellten Gerätes.
Ein Signal IRED zeigt die EIN-/AUS-Zustände eines Lichtprojektionsmittels (IRED) auf, und wenn das Signal IRED auf H-Pegel ist, zeigt dieses den EIN-Zustand auf. Ein Impuls ICG wird geliefert gemäß den EIN-/AUS-Zeitvorgaben des Lichtprojektionsmittels, und die jeweiligen Integriereinheiten 92 werden gelöscht (initialisiert). Während der Periode zwischen dem Impuls ICG und dem nächsten Impuls ST werden nur Signalladungen, erzeugt von den jeweiligen Sensorblöcken S1, S2, S3, ..., von den Integriereinheiten 92 integriert, und diese werden übertragen an die Akkumuliereinheiten 94. Angemerkt sei, daß die Zeitvorgabe vom Impuls ICG abhängig von der Leuchtdichte eines zu messenden Gegenstands fluktuiert und enger an die Zeitvorgabe des Impulses ST heranrückt, wenn die Leuchtdichte höher wird.
Wie zuvor in den zu 5 gezeigten Paragraphen des Gerätes beschrieben, wird eine EIN-/AUS-Periode des Lichtprojektionsmittels (IRED) synchronisiert mit einer Periode der Ring-CCD, die nicht dargestellt ist. Signalladungen, die während der AUS-Periode der IRED integriert werden, erfahren eine Übertragung zu jeweiligen Akkumulationseinheiten 94 als Reaktion auf einen ST-Impuls a. Diese Ladungen sind Signalladungen auf der Grundlage von Außenlicht, und diese werden übertragen in die Blöcke, gesteuert von einem Takt CK1, der linearen CCD 96 als Reaktion auf einen SH-Impuls b. Zur selben Zeit werden die jeweiligen Akkumulationseinheiten 94 gelöscht.
Die während der EIN-Periode der IRED integrierten Signalladungen werden in die gelöschten Akkumuliereinheiten 94 als Reaktion auf einen ST-Impuls c übertragen. Diese Signalladungen basieren auf Außenlicht + Signallicht. Diese Ladungen werden in die Blöcke zu Positionen, die sich gegenüber jenen gemäß dem AUS-Zustand der IRED abwechseln, von der linearen CCD 96 als Reaktion auf einen SH-Impuls d übertragen, der um eine um einen Takt CK1 vom SH-Impuls b verzögerte Zeitvorgabe erzeugt wird.
Die Signalladungen, die abwechselnd zur linearen CCD 96 übertragen werden und den EIN- und AUS-Zuständen der IRED entsprechen, werden zur Ring-CCD, die nicht dargestellt ist, übertragen, wie im in 5 gezeigten Gerät, und werden addiert, während sie im Ring umlaufen.
Da gemäß diesem Gerät die Takte zum Ansteuern der linearen CCD 96 als Ladungsübertragungsmittel und der Ring-CCD, die nicht dargestellt ist, keine Stopperiode haben, kann das Steuern der Übertragungstakte vereinfacht werden, und es ist keine verschwenderische Stopperiode der Takte erforderlich. Da keine Stopperiode der Takte erforderlich ist, werden Dunkelströme der Ring-CCD und der linearen CCD durchschnittlich ermittelt, womit eine Dunkelstromungleichförmigkeit vermieden wird.
Da jedoch im in 6 gezeigten Gerät Signale entsprechend den EIN- und AUS-Zuständen der IRED zur linearen CCD 96 synchron mit den nachfolgenden Takten CK 1 übertragen werden müssen, ist es relativ schwierig, die Erzeugungszeitvorgaben der Takte ST und SH zu steuern.
Im in 6 dargestellten Gerät sind folgende Probleme aufgetreten. Genauer gesagt, die meisten der von den Akkumulationseinheiten 94 erzeugten Dunkelströme, die vom Impuls ST gesteuert werden, erfahren eine Überlagerung von Signalen gemäß dem AUS-Zustand der IRED. Nicht ausgewogene Dunkelströme auf den Signalen gemäß den EIN- und AUS-Zuständen der IRED werden ebenfalls hinzugefügt und von der Ring-CCD verstärkt. Obwohl eine Beziehung des AUS-Signals < EIN-Signal ursprünglich erzielt werden sollte, kann diese Beziehung im schlimmsten Fall umgekehrt sein. Wenn die Beziehung umgekehrt ist, arbeitet nicht nur die SKIM-Einheit normal, die in 5 beschrieben wurde, sondern auch die Messung selbst wird unmöglich.
Dieses Problem ist nicht nur schwerwiegend, wenn die Messung nur bei Lichtprojektion für eine Periode ausgeführt wird. In Hinsicht auf den zu vermessenden Gegenstand, der um einen großen Abstand entfernt ist und ein geringes Reflexionsvermögen hat, da der Feststellpegel reflektierten Lichts sehr gering ist, ist jedoch das Additionsverarbeiten der Ring-CCD unmöglich, und das Problem wird schwerwiegend.
Das in 6 gezeigt Gerät leidet außerdem unter folgendem Problem.
Um im in 6 gezeigten Gerät die Integriereinheiten 92 vor dem Überlaufen aufgrund zu großer Ladungsbeträge zu schützen, die die Sensorblöcke S1, S2, S3, ... in einem hell erleuchteten Zustand erzeugen, sind die Löscheinheiten 93 vorgesehen, die vom Signal ICG angesteuert werden, und werden so angesteuert, daß sie die Integrierzeit der Integriereinheiten 92 in einem hell erleuchteten Zustand abkürzen und in einem schwach erleuchteten Zustand verlängern. Die Integrierzeit zu dieser Zeit wird gesteuert unter Verwendung des Selektierergebnisses einer SKIM-Selektiereinheit (nicht dargestellt), die eine SKIM-Operation bezüglich der Ring-CCD ausführt, womit die Zulassung eines Selektiermittels ausschließlich verwendet wird für das Signal ICG. Genauer gesagt, wenn das Ausgangspotential des Ausgangsmittels 87 gleich oder kleiner als das SKIM-Selektierpotential in der ersten Akkumulationsperiode nach dem Zurücksetzen der Ring-CCD wird, erfolgt das Abkürzen der Integrierzeit; wenn das Ausgangspotential nicht gleich oder geringer als das SKIM-Selektierpotential, wird die Integrierzeit unverändert belassen.
8A und 8B zeigen die Beziehung zwischen der SKIM-Selektierposition und der SKIM-Menge im in 6 gezeigten Gerät. Unter Bezug auf die 8A und 8B zeigt das Bezugspotential einen Potentialpegel auf, wenn die Ring-CCD zurückgesetzt wird (das heißt, wenn kein Potential in der Ring-CCD akkumuliert ist). Sind Ladungen in der CCD akkumuliert, fällt das Potential ab. Aus diesem Grund wird das SKIM-Selektierpotential geringer eingestellt als das Bezugspotential. Die SKIM-Menge, die die SKIM-Einheit 86, gezeigt in 5, abschöpft, wird so eingestellt, daß der Pegel geringfügig niedriger als das SKIM-Selektierpotential ist, um die Signale auf der Ring-CCD 84 davor zu schützen, in der SKIM-Operation zu verschwinden, da die SKIM-Einheit 86 selbst einen gewissen Fehler aufgrund einer Variation ihres Potentials aufweist, und das SKIM-Selektierpotential hat ebenfalls einen Fehler.
8A zeigt einen Fall, bei dem die Leuchtdichte relativ gering ist. In diesem Falle wird ein Spannungsabfallbetrag VQ11 durch eine einzige Akkumulieroperation der Ring-CCD kleiner als der einzelne SKIM-Betrag. Da das Ausgangspotential vom Ausgabemittel 87 nicht gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential in der ersten Akkumulieroperation wird, nachdem die Rimg-CCD zurückgesetzt ist, bleibt die Zeitvorgabe des Signals ICG unverändert zum Ausführen einer Integrieroperation für eine maximale Zeitdauer. Wenn das Ausgangspotential des Ausgabemittels 87 gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential durch die nächste Akkumulieroperation in der Ring-CCD wird, erfolgt das Abschöpfen einer bestimmten Ladungsmenge durch die SKIM-Einheit 86, und das Ausgangspotential vom Ausgabemittel 87 nimmt einen Pegel V11 an, wie er in 8A gezeigt ist.
8B zeigt einen Fall, bei dem die Leuchtdichte relativ hoch ist. In diesem Falle wird ein Spannungsabfallbetrag VQ12 durch eine einzelne Akkumulieroperation von der Ring-CCD größer als der einzelne SKIM-Betrag. Da auch das Ausgangspotential vom Ausgabemittel 87 nicht gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential in der ersten Akkumulieroperation nach Zurücksetzen der Ring-CCD wird, bleibt die Zeitvorgabe vom Signal ICG unverändert, um die Integrieroperation für eine maximale Zeitdauer auszuführen. Wenn das Ausgangspotential des Ausgabemittels 87 gleich oder niedriger wird als das SKIM-Selektierpotential durch die nächste Akkumulationsoperation der Ring-CCD, wird eine vorbestimmte Ladungsmenge von der SKIM-Einheit 86 abgeschöpft.
Da in diesem Falle jedoch der Spannungsabfallbetrag VQ12 größer als der einzelne SKIM-Betrag ist, kann das Ausgangspotential des Ausgabemittels 87 einen Pegel V12 haben, der gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential ist, wie in 8B gezeigt. Selbst wenn das Ausgangspotential des Ausgabemittels 87 nicht einen Pegel hat, der gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential nach der SKIM-Operation ist, hat das Ausgangspotential nicht nur einen gleichen oder niedrigeren Pegel als den des SKIM-Selektierpotentials, wenn die Akkumulationsoperation fortgesetzt wird, sondern erreicht auch bald Sättigungsniveau.
Genauer gesagt, da das zuvor genannte in 6 gezeigte Gerät eingerichtet ist, die Zeitvorgabe vom Signal ICG auf der Grundlage des SKIM-Selektierergebnisses von der SKIM-Einheit 96 einzustellen nach Ausführen der ersten Akkumulationsoperation, nachdem die Ring-CCD zurückgesetzt ist, erfordert es keinerlei Mittel zum Steuern der Zeitvorgabe des Signals ICG, sondern das Ausgangspotential aus dem Ausgabemittel 87 ist gesättigt, wenn die Leuchtdichte relativ hoch ist, womit eine genaue Entfernungsmeßoperation gestört ist.
Wenn ein aktives Entfernungsmeßgerät des Phasendifferenztyps unter Verwendung zweier Geräte aufgebaut ist, wie in 6 gezeigt, stellt sich das folgende Problem.
9 ist eine Ansicht, die das optische Prinzip zeigt, wenn eine Einpunkt-Entfernungsmeßoperation im aktiven Entfernungsmeßgerät des Phasendifferenztyps unter Verwendung zweier Geräte ausgeführt wird, wie in 6 gezeigt.
Unter Bezug auf 9 sind Sensoranordnungen 412 und 413 auf den Brennpunktebenen der beiden Lichtempfangslinsen 410 beziehungsweise 411 angeordnet. Ein Strahlfleck, projiziert von einer Infrarotlicht-emittierenden Diode (IRED) 415 auf einen über eine Projektionslinse 414 zu vermessenden Gegenstand 416 wird fokussiert, wenn reflektiertes Licht auf die Sensoranordnungen 412 und 413 über die Lichtempfangslinsen 410 und 411 kommt. In 9 sind Integriereinheiten, Akkumuliereinheiten und CCD-Einheiten zum Ausführen einer SKIM-Operation nicht dargestellt, die jeweils mit den Sensoranordnungen 412 und 413 verbunden sind.
B sei die Basislänge zwischen den beiden Lichtempfangslinsen 410 und 411, f die Brennweite der Lichtempfangslinsen 410 und 411, X1 sei der Versatzbetrag auf der Sensoranordnung 412 vom Strahlfleck, den der zu vermessende Gegenstand 416 reflektiert in Hinsicht auf einen zu vermessenden Gegenstand in einem unendlichen Abstand, und X2 sei der Versatzbetrag auf der Sensoranordnung 413 vom Lichtfleck, den der zu vermessende Gegenstand in Hinsicht auf einen Gegenstand aufweist, der in unendlicher Entfernung reflektiert wird. Da die Basislänge der Lichtempfangslinse 410 in Hinsicht auf die Projektionslinse 414 größer ist als die Lichtempfangslinse 411 in Hinsicht auf die Projektionslinse 414, gilt X1 > X2, und der Abstand L zum zu vermessenden Gegenstand 416 wird mit der nachstehenden Gleichung (1) angegeben: L = B × f/(X1 – X2) (1)
Genauer gesagt, der Abstand (das heißt, die Gegenstandsentfernung) L vom zu vermessenden Gegenstand 416 kann gewonnen werden durch Errechnen der Differenz zwischen den Versatzbeträgen des reflektierten Strahlflecks auf den beiden Sensoranordnungen 412 und 413. Das in 1 gezeigte Entfernungsmeßgerät kann eine falsche Entfernungsmeßinformation nach Bewegen der optischen Schwerpunktsposition des empfangenen Strahlflecks ausgeben, wenn der zu vermessende Gegenstand Kontrast hat oder wenn der projizierte Lichtstrahl nur auf einen Abschnitt des zu vermessenden Gegenstands fällt. In dem in
9 gezeigten Entfernungsmeßgerät des Phasendifferenztyps kann jedoch die Abgabe einer falschen Entfernungsmeßinformation vermieden werden, da irgendeine durch die Bewegung der optischen Schwerpunktsposition verursachte Änderung annulliert wird durch die Gleichung von (X1 – X2).
Wenn eine Mehrfachpunkt-Entfernungsmeßoperation den Abstand zu einem zu vermessenden Gegenstand, der in einer beliebigen Richtung gegenwärtig ist, ausgeführt wird vom in 9 gezeigten aktiven Entfernungsmeßgerät des Phasendifferenztyps, ist die Sensoranordnung unvermeidlich verlängert, da die Anzahl von zu projizierenden Strahlen ansteigt.
Wird die Sensoranordnung verlängert, erhöht sich die Anzahl von Stufen der linearen CCD und die der Ring-CCD mit derselben Anzahl von Stufen wie diejenige der linearen CCD, was zu einem Meßgerät großer Abmessungen führt. Aus diesem Grund kann die Entfernungsmeßoperation nicht in einer kurzen Zeit ausgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung der obigen Situation entstanden und hat zur Aufgabe, ein Entfernungsmeßgerät bereitzustellen, das eine relativ leichte Steuerung der Erzeugung von Zeitvorgaben und Takten ermöglicht und unabgeglichene Dunkelströme in Akkumuliereinheiten zwischen den EIN- und AUS-Zuständen eines Lichtprojektionsmittels vermeidet, selbst wenn die Akkumulationseinheiten zum zeitweiligen Halten von Ladungen zwischen einer Sensoranordnung und einem Ladungsübertragungsmittel angeordnet sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Entfernungsmeßgerät bereitzustellen, das eine genaue Entfernungsmessung ohne Sättigung des Ausgangspotentials von einer Ring-CCD sicherstellt, selbst in einem hell erleuchteten Zustand bei einem Entfernungsmeßgerät, das die Zeitvorgabe eines Rücksetzimpulses steuert, wie eines Signals ICG zum Abschöpfen von Ladungen aus Integriereinheiten auf der Grundlage des Ausgangspotentials von der Ring-CCD.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Entfernungsmeßgerät zu schaffen, das eine kompakte Struktur hat und eine Entfernungsmeßoperation innerhalb kurzer Zeitdauer ausführt, da es die Sensoranordnungslänge verkürzen und die Anzahl von Stufen linearer und Ring-CCD verringern kann, insbesondere in einem Entfernungsmeßgerät, das eine Mehrpunktentfernungsmeßoperation durch ein Phasendifferenzverfahren ausführen kann.
Gemäß der Erfindung ist ein Entfernungsmeßgerät vorgesehen, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Andere Merkmale und Vorteile neben jenen zuvor abgehandelten werden dem Fachmann aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlich, die nun folgt. In der Beschreibung wird Bezug genommen auf die beiliegende Zeichnung, die einen Teil derselben bildet und die ein Beispiel der Erfindung veranschaulicht. Ein derartiges Beispiel ist jedoch aus den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung nicht erschöpfend, und folglich wird Bezug genommen auf die Patentansprüche, die der Beschreibung folgen, um den Umfang der Erfindung zu bestimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip der Messung eines herkömmlichen Entfernungsmeßgerätes zeigt;
2 ist ein schematisches Schaltbild, das eine Signalverarbeitungsschaltung des in 1 gezeigten Gerätes darstellt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das prinzipielle Teile eines anderen herkömmlichen Entfernungsmeßgerätes zeigt;
4 ist ein Zeitdiagramm, das die Operationszeitvorgabe vom in 3 gezeigten Gerät darstellt;
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein grundlegendes Teil eines noch anderen herkömmlichen Entfernungsmeßgerätes zeigt;
6 ist ein schematisches Diagramm, das ein grundlegendes Teil eines Gerätes zeigt, das gewonnen wird durch Verbessern des in 5 gezeigten Gerätes;
7 ist eine Zeittafel, die die Operationszeitvorgabe des in 6 gezeigten Gerätes darstellt;
8A und 8B sind Diagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem SKIM-Selektierpotential und dem SKIM-Betrag im herkömmlichen Gerät;
9 ist eine Ansicht, die das optische Prinzip eines aktiven Entfernungsmeßgerätes vom Phasendifferenztyp zeigt, wenn eine Einpunkt-Entfernugnsmeßoperation ausgeführt wird;
10 ist ein schematisches Diagramm, das ein grundlegendes Teil eines Entfernungsmeßgerätes nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Zeitdiagramm, das die Operationszeitvorgaben jeweiliger Einheiten darstellt, wenn Ladungen aus den jeweiligen Sensorblöcken zu einer linearen CCD im in 10 gezeigten Gerät übertragen werden;
12 ist ein Zeitdiagramm, das die Operationszeitvorgaben der jeweiligen Einheiten einer Ring-CCD vom in 10 gezeigten Gerät darstellt;
13 ist ein schematisches Diagramm, das die Arbeitsweise einer Integriereinheit und einer Akkumuliereinheit im in 10 gezeigten Gerät darstellt;
14 ist ein schematisches Diagramm, das ein Entfernungsmeßgerät nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
15A bis 15C sind Diagramme zur Erläuterung des Arbeitsprinzips vom zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16A und 16B sind Zeitdiagramme, die die Operationszeitvorgaben der jeweiligen Einheit zeigen, wenn Ladungen von einer Sensoranordnung in eine lineare CCD im in 14 gezeigten Gerät übertragen werden;
17 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise vom zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine Ansicht, die das optische Layout eines grundsätzlichen Teils vom Entfernungsmeßgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
19A und 19B sind Ansichten zur Erläuterung der Ausleseoperation einer Auslese-CCD; und
20 ist ein Zeitdiagramm, das die Operationszeitvorgaben der jeweiligen Einheiten im in den 19A und 19B gezeigten Gerät darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend detailliert anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
10 zeigt die Anordnung eines grundsätzlichen Teils eines Entfernungsmeßgerätes nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine Sensoranordnung 211 ist gebildet aus Sensorblöcken S1 bis S5, und photoelektrisch umgesetzte Signalladungen von den Sensorblöcken S1 bis S5 werden von Integriereinheiten 212 integriert. Angemerkt sei, daß die Sensoranordnung 211 nicht beschränkt ist auf die fünf Pixel dieses Ausführungsbeispiels und generell N Pixel haben kann (N: natürliche Zahl). Die Integriereinheiten 212 haben Löscheinheiten 213, die von einem Impuls ICG angesteuert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel, wie es in 10 gezeigt ist, sind erste und zweite Akkumuliereinheiten 215 und 214 abwechselnd in einer Richtung parallel zur Sensoranordnung 211 angeordnet, und jede Integriereinheit 212 entspricht einem Paar Akkumuliereinheiten 214 und 215. Von jeder Integriereinheit 212 integrierte Ladungen werden abwechselnd zum Paar von Akkumuliereinheiten 214 und 215 als Reaktion auf Impulse ST1 und ST2 übertragen.
Die Ausgangsanschlüsse des Paares Akkumuliereinheiten 214 und 215 sind mit einer linearen CCD 217 verbunden als eine erste Ladungsübertragungseinheit eines Ladungsübertragungsmittels über Schiebeeinheiten 216, die von einem Impuls SH angesteuert werden. Die lineare CCD 217 ist mit einer Ring-CCD 218 als eine zweite Ladungsübertragungseinheit des Ladungsübertragungsmittels gekoppelt. Jede Stufe der linearen CCD 217 und der Ring-CCD 218 enthält eine Zweiphasen-CCD, die von zweiphasigen Taktsignalen CK1 und CK2 angesteuert werden. Angemerkt sei, daß jede Stufe eine dreiphasige CCD, eine vierphasige CCD oder dergleichen enthalten kann. Die lineare CCD 217 enthält 12 Stufen, das heißt, CCD 201A bis 212A, und die Ring-CCD 218 enthält ebenfalls 12 Stufen, das heißt CCD 201B bis 212B. Wenn die Sensoranordnung 211N Pixel hat, hat die lineare CCD 217 und die Ring-CCD 218 (2N + 2) Stufen.
Die Ladungsübertragungsoperation von der Sensoranordnung 211 zur linearen CCD 217 ist nachstehend anhand der 11 und 13 beschrieben.
Nach photoelektrischer Umsetzung von den Sensorblöcken S1 bis S5 der Sensoranordnung 217 erzeugte Signalladungen werden übertragen zu und integriert von den Integriereinheiten 212. Vor dieser Integrieroperation, wie in 11 gezeigt, werden Ladungen in den Integriereinheiten 212 als Reaktion auf einen Impuls ICG gelöscht, das heißt, die Integriereinheiten 212 werden initialisiert (ein dicker Pfeil in 13).
Ladungen, die von den Sensorblöcken S1 bis S5 zu der Sensoranordnung 211 der Integriereinheiten 212 übertragen worden sind und während der Lichtprojektions-EIN-Periode einer lichtemittierenden Diode (IRED: nicht dargestellt) übertragen worden sind, gelangen auf die ersten Akkumuliereinheiten 215 als Reaktion auf einen Impulse ST1 (ein dünner Pfeil in 13). Ladungen, die von den Sensorblöcken S1 bis S5 der Sensoranordnung 211 zu den Integriereinheiten 212 übertragen und während der IRED-AUS-Periode der IRED integriert worden sind, erfahren dann eine Übertragung zu den zweiten Akkumuliereinheiten 214 als Reaktion auf einen Impuls ST2 (ein welliger Pfeil in 13). Perioden t1 und t2 aus der Löschoperation der Integriereinheiten 212 werden dann als Reaktion auf den Impuls ICG zu den Übertragungsoperationen als Reaktion auf die Impulse ST1 und ST2 der Integrierzeit entsprechen. Genauer gesagt, der Impuls ICG hat auch die Funktion eines elektronischen Verschlusses zum Steuern der Integrierzeit der Integriereinheiten 212. Die Zeitvorgabe des Impulses ICG kann beispielsweise abhängig von der Leuchtedichte eines zu vermessenden Gegenstands fluktuieren und näher an die Zeitvorgabe eines Impulses ST herangekommen, um eine kurze Integrierzeit einzustellen, wenn die Leuchtdichte steigt.
Die Ladungen, die zu den ersten Akkumuliereinheiten 215 als Reaktion auf den Impuls ST1 übertragen worden sind und auf externem Licht + Signallicht im IRED-EIN-Zustand basieren, und die Ladungen, die übertragen worden sind zu den zweiten Akkumuliereinheiten 214 als Reaktion auf den Impuls ST2 und auf externem Licht im IRED-AUS-Zustand basieren, werden jeweils zu den CCD 203A bis 212A der linearen CCD 217 als Reaktion auf einen Impuls SH übertragen. Mit dieser Operation werden die Ladungen entsprechend den EIN- und AUS-Zuständen der IRED zur CCD 203A bis 212A der linearen CCD 217 in Weise abwechselnd übertragen, daß vom Sensorblock S1 erzeugte Ladungen im IRED-AUS-Zustand zur CCD 203A übertragen werden, vom Sensorblock S1 erzeugte Ladungen im IRED-EIN-Zustand zur CCD 204A übertragen werden, vom Sensorblock S2 erzeugte Ladungen im IRED-AUS-Zustand zur CCD 205A übertragen werden und so weiter. Dann werden die Ladungen in die lineare CCD 217 als Reaktion auf die Taktsignale CK1 und CK2 übertragen.
Da in diesem Ausführungsbeispiel zu dieser Zeit die Ladungen gemäß den IRED-EIN- und -AUS-Zuständen übertragen werden über unterschiedliche Akkumuliereinheiten 214 und 215, kann irgendeine Ungleichgewichtigkeit der Dunkelströme in den Akkumuliereinheiten zwischen den IRED-EIN- und -AUS-Zuständen reduziert werden, verglichen mit dem Gerät, was zuvor anhand
6 beschrieben wurde. Da die Ladungen gemäß den IRED-EIN- und -AUS-Zuständen parallel und gleichzeitig zur linearen CCD 217 übertragen werden, nachdem sie um eine vorbestimmte Zeitdauer von den Akkumuliereinheiten 214 und 215 verzögert worden sind, müssen die Taktsignale CK1 und CK2 zum Ansteuern der linearen CCD 217 überhaupt keine Stopperiode haben. Da darüber hinaus die Ladungsübertragung zur linearen CCD 217 synchron mit einem Einzelschritttaktsignal CK1 erreicht werden kann (das in 6 gezeigte Gerät erfordert zwei Taktsignale), kann der Freiheitsgrad bezüglich der Auslegung der Zeitvorgaben von den Impulsen ST1 und ST2 verbessert werden. Wenn die Impulse ST1 und ST2 entsprechend dem Pegel vom Signal IRED erzeugt werden, selbst wenn die IRED-EIN/AUS-Reihenfolge umgekehrt ist, werden immer ein Paar Ladungen in einem Sensorblock erzeugt und übertragen in der Reihenfolge AUS → EIN in der linearen CCD 217.
Unter Bezug auf 10 werden die CCD 201A und 202A der linearen CCD 217 in Hinsicht auf das Kopplungslayout zwischen der linearen CCD 217 und der Ring-CCD 218 addiert und können verwendet werden als Ersatz-CCD zur Offseteinstellung. Genauer gesagt, die Ladungen laufen in der Ring-CCD 218 in der Reihenfolge der CCD 212B → 211B → 210B → ... → 202B → 201B → 212B. In diesem Falle ist der Impuls SH, der verwendet wird zum Übertragen der Ladungen von der zweiten oder von der ersten Akkumuliereinheit 214 oder 215 zur linearen CCD 217, synchronisiert mit der Rundlaufperiode der Ring-CCD 218. Genauer gesagt, wie in 11 gezeigt, wird ein Impuls SH alle 12 Takte CK1 erzeugt (dasselbe gilt für CK2), verwendet zur Übertragung von Ladungen in Ring-CCD 218. Die IRED-EIN/AUS-Zeitvorgabe und die damit synchronisierten Impulse ST1 und ST2 sind andererseits mit dem Impuls SH synchronisiert, und von den Sensorblöcken S1 bis S5 im IRED-EIN- und -AUS-Zustand erzeugte Signalladungen werden andererseits jedes Mal hinzugefügt, wenn sie die Ring-CCD 218 umrundet haben. Wenn zu dieser Zeit die Anzahl von Stufen der linearen CCD 217 auf 12 ist, kann die lineare CCD 217 von denselben Takten CK1 und CK2 angesteuert werden wie jene für die Ring-CCD 218. Das heißt, wenn die Anzahl von Stufen der linearen CCD 217 auf 12 gesetzt wird durch Hinzufügen der CCD 201A und 202A zu den 10 CCD 203A bis 212A zum Aufnehmen von Ladungen aus den Paaren der Akkumuliereinheiten 214 und 215, dienen die CCD 201A und 202A als Offseteinstell-CCD zwischen der linearen CCD 217 und der Ring-CCD 218.
In der Ring-CCD 218 ist das Gate der CCD 209B ein schwebendes Gate und ist verbunden mit der Ausgangseinheit 220. Die Ausgangseinheit 220 setzt die Ladungsmenge in der CCD 209B in eine Spannung um und gibt eine Spannung als Signal OS über einen Verstärker 101 ab. Bezugszeichen RD bedeutet ein Rücksetzpotential, das das schwebende Gate der CCD 209B über ein MOS-Gate zurücksetzt, das von einem Impuls RS 1 angesteuert wird.
Ein Anschluß CCDCLR der CCD 201B von der Ring-CCD 218 wird verwendet zum Löschen der Ladungen in der CCD 201B als Reaktion auf einen Impuls CCDCLR. Nach Initialisierung einer Einrichtung werden Ladungen auf der linearen CCD 217 und der Ring-CCD 218 in diesem Abschnitt gelöscht (siehe 12).
Die Anordnung der SKIM-Einheit 219, eingerichtet in der Ring-CCD 218, ist nachstehend erläutert. Die CCD 205B und 204B der Ring-CCD 218 sind so aufgebaut, daß sie als SKIM-Elemente SK1 und SK2 arbeiten. Genauer gesagt, das erste SKIM-Element SK1 ist aufgebaut mit einer Potentialmulde zum Speichern lediglich einer vorbestimmten Menge an Ladungen. Wenn die Menge an Ladungen, übertragen aus der vorherigen CCD 206B, die Kapazität der Mulde überschreitet, fließen Überlaufladungen in ein Element DC1. Nachdem sich die Ladungen aus der CCD 206B verteilt haben auf das erste SKIM-Element SK1 und auf das Element DC1, werden diese Ladungen jeweils übertragen auf das zweite SKIM-Element SK2 beziehungsweise auf ein Element DC2 als Reaktion auf einen Impuls CK2. Das zweite SKIM-Element SK2 ist gebildet mit einer Potentialmulde mit einer Kapazität, die kleiner ist als diejenige vom ersten SKIM-Element SK1, und überlaufende Ladungen aus der Mulde fließen in das Element DC2 und werden jenen addiert, die aus dem Element DC1 kommen.
Ein Verstärker 102, der für die SKIM-Einheit 219 vorgesehen ist, hat denselben Aufbau wie der des Verstärkers 101 der zuvor beschriebenen Ausgabeeinheit 220. Das heißt, der Verstärker 102 setzt die Ladungsmenge, übertragen aus dem Element DC2 auf eine CCD der Ausgangsstufe von der SKIM-Einheit 219, in eine Spannung um und gibt die Spannung als ein Signal SKOS ab. Das schwebende Gate der CCD der Eingangsstufe von der SKIM-Einheit 219 wird zurückgesetzt auf einen Pegel RD als Reaktion auf ein Rücksetzsignal RS2. Durch Überprüfen des Ausgangssignals SKOS aus dem Verstärker 102 läßt sich bestimmen, ob Ladungen aus den SKIM-Elementen SK1 und SK2 übergelaufen sind. Laufen Ladungen über, werden Ladungen, übertragen aus dem zweiten SKIM-Element SK2 auf die nächste CCD 203, als Reaktion auf einen Impuls SKCLR gelöscht. Die überlaufenden Ladungen stellen, die im Element DC2 präsent sind, werden zur CCD 202B übertragen und laufen des weiteren in der Ring-CCD 218 umher. Wenn andererseits kein Ladungsüberlauf in den SKIM-Elementen SK1 und SK2 auftritt, werden die Impulse SKCLR nicht erzeugt, und im zweiten SKIM-Element SK2 vorhandene Ladungen laufen in der Ring-CCD 218 umher.
Nachstehend anhand 12 detailliert beschrieben ist die SKIM-Operation.
Von Ladungen gemäß den IRED-EIN- und -AUS-Zuständen gehen die Ladungen gemäß dem IRED-AUS-Zustand in der Ring-CCD 218 umher vor jenen gemäß dem IRED-EIN-Zustand, und wenn ein Ausgangssignal SKOS gemäß den Ladungen im IRED-AUS-Zustand erzeugt wird, wird abhängig vom Ausgangssignal SKOS bestimmt, ob ein Impuls SKCLR ausgegeben wird. Wenn das Ausgangssignal SKOS gemäß den Ladungen im IRED-AUS-Zustand erzeugt wird, kommt es zur Abgabe des Impulses SKCLR, um die Ladungen zu löschen, die aus dem zweiten SKIM-Element SK2 zur CCD 203B übertragen worden sind. Ladungen gemäß dem IRED-EIN-Zustand werden andererseits nur dann derselben Löschverarbeitung unterzogen, wenn die unmittelbar vorangehenden Ladungen gemäß dem IRED-AUS-Zustand als zu löschen bestimmt werden. Dieselben Ladungsmengen werden mit dieser Operation aus Ladungen gelöscht, die gewonnen sind in einem Paar der IRED-EIN- und -AUS-Zustände. Das heißt, Ladungen ausschließlich eines übertragenen Signals entsprechen der externen Lichtkomponente, und die Signallichtkomponente läuft in der Ring-CCD 218 umher, ohne beseitigt zu werden. Letztlich kann durch Errechnen der Differenz zwischen Ladungsausgangssignalen, gewonnen im Paar von AUS- und EIN-Zuständen, das Signallicht nachgewiesen werden. Angemerkt sei, daß die CCD 205B als erstes SKIM-Element SK1 zur CCD 202B die SKIM-Einheit 219 bildet.
In jedem Impuls RS1 und dem Ausgangssignal OS in 12 sind zwei Signale dargestellt, das heißt ein normales Signal und ein Differenzsignal, und diese Signale zeigen jeweils einen Fall auf, bei dem der Ausgangswert jeder CCD abgegeben wird, beziehungsweise einen Fall, bei dem die Differenz zwischen den Ausgangssignalen abgegeben wird, die im Paar von IRED-AUS- und -EIN-Zuständen gewonnen wurden, abhängig von der Abgabezeit des Impulses RS1 an die Ausgabeeinheit 220. Das heißt, wenn im ersten Fall keine Ladung in der CCD 209B als der Ausgangsstufe vorhanden ist, wird der Impuls RS1 zum Rücksetzen der CCD abgegeben, wodurch sequentiell die Absolutwerte der übertragenen Ladungen abgegeben werden. Wenn andererseits im letzteren Falle Ladungen gemäß dem IRED-AUS-Zustand in der CCD 209B vorhanden sind, wird der Impuls RS1 zum Rücksetzen der CCD 209B abgegeben, und wenn Ladungen gemäß dem IRED-EIN-Zustand zur CCD 209B übertragen werden, kann ein Differenzsignal, gewonnen durch Subtrahieren der Ladungen gemäß dem IRED-AUS-Zustand, abgegeben werden.
Im zuvor beschriebenen Entfernungsmeßgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung ist die Ring-CCD 218 in der Einrichtung vorgesehen, und Ladungen können hinzugefügt werden, während sie in der Ring-CCD 218 umherlaufen, womit der Störabstand verbessert ist. Da die SKIM-Einheit 219 zum Abschöpfen der externen Lichtkomponente aus der Ring-CCD 218 vorgesehen ist, kann die Ring-CCD 218 davor geschützt werden, nach Hinzufügen von Ladungen in die Sättigung zu gehen, und der Störabstand ist weiter verbessert.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Nachstehend anhand der 14 bis 17 ist das zweite Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
14 zeigt die Anordnung eines Entfernungsmeßgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung.
Eine Sensoranordnung 311 ist gebildet aus N Sensorblöcken, wie in 3 oder in 6 gezeigt, und Signalladungen, photoelektrisch umgesetzt von den Sensorblöcken, werden von Integriereinheiten 312 integriert. Jede Integriereinheit 312 hat eine ICG-Toreinheit 313, die von einem Impuls ICG angesteuert wird.
Von Signalen ST und SH angesteuerte Akkumuliereinheiten 314 sind in einer Richtung parallel zur Sensoranordnung 311 angeordnet, und die Ausgangsanschlüsse der Akkumuliereinheiten 314 sind mit einer linearen CCD 315 verbunden, die als erststufige Übertragungseinheit eines Ladungsübertragungsmittels fungiert und über zwei N Stufen verfügt. Die lineare CCD 315 ist mit einer Ring-CCD 316 verbunden, die als zweite Ladungsübertragungseinheit vom Ladungsübertragungsmittel dient und über zwei N Stufen verfügt. Jede Stufe der linearen CCD 315 und der Ring-CCD 316 verfügt über eine zweiphasige CCD, die von zweiphasigen Taktsignalen angesteuert werden. Angemerkt sei, daß jede Stufe über eine dreiphasige CCD, eine vierphasige CCD oder dergleichen verfügen kann. Die Sensoranordnung 311, die Integriereinheiten 312, die ICG-Toreinheiten 313, die Akkumuliereinheiten 314, die lineare CCD 315 und die Ring-CCD 316 sind dieselben wie jene zuvor anhand der 5 und 6 beschriebenen.
Eine Löschgliedeinheit 317, die auf der Ring-CCD 316 vorgesehen ist und als SKIM-Mittel dient, führt eine Operation des Abschöpfens einer bestimmten Ladungsmenge aus der zugehörigen CCD in der Ring-CCD 317 aus. Eine Spannungspufferschaltung 318, die als Feststellmittel fungiert, erzeugt eine Spannung gemäß den Ladungsmengen, die in der zugehörigen CCD auf der Ring-CCD 316 akkumuliert sind. Eine SKIM-Selektiereinheit 319, die als Vergleichsmittel dient, vergleicht die Ausgangsspannung aus der Spannungspufferschaltung 318 mit einer SKIM-Selektierspannung und gibt ein Selektiersignal ab.
Eine Steuerschaltung 320, die als SKIM-Befehlsmittel und als ein Rücksetzänderungsbefehlsmittel dient, erzeugt und gibt ab Übertragungstaktsignale für die lineare CCD 315 und die Ring-CCD 316. Auch empfängt die Steuerschaltung 320 das SKIM- Selektiersignal aus der SKIM-Selektiereinheit 319 und gibt ein Steuersignal für das Löschglied 317 ab oder gibt ein Steuersignal für eine Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 321 ab, die als Rücksetzimpulserzeugungsmittel zum Erzeugen eines Impulses ICG dient gemäß dem eingegebenen SKIM-Selektiersignal. Die Spannungspufferschaltung 318 in 14, die als Feststellmittel dient, die SKIM-Selektiereinheit 319, die als Vergleichsmittel dient, und die Steuerschaltung 320, die als SKIM-Befehlsmittel und als Rücksetzänderungsbefehlsmittel dient, bilden ein Steuermittel.
Mit der obigen Anordnung führt das Entfernungsmeßgerät dieses Ausführungsbeispiels das SKIM-Selektieren auf der Grundlage der Spannung aus, die von der Spannungspufferschaltung 318 gemäß der akkumulierten Ladungsmenge der Ring-CCD 316 kommt, vor der Hauptsignalakkumulieroperation in der Ring-CCD 316. Wenn der Potentialpegel so liegt, daß er eine SKIM-Operation erfordert, wie nachstehend beschrieben, steuert die Steuerschaltung 320 die Integrierzeit der Integriereinheiten 312 nicht, um ein Überlaufen durch Änderung der Rücksetzzeit der ICG-Toreinheit 313 zu verursachen.
15A bis 15C zeigen das Prinzip dieses Ausführungsbeispiels gemäß den 8A und 8B.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die ICG-Steuerung der Integriereinheiten 312 auf der Grundlage des SKIM-Selektierergebnisses von der Ausgangsspannung aus der Ring-CCD 316 ausgeführt, gewonnen durch zwei Akkumulationsoperationen, nachdem die Ring-CCD 316 zurückgesetzt ist. Eine Ausgangsspannung in diesem Ausführungsbeispiel erzielte zwei Akkumulationsoperationen, nachdem die Ring-CCD 316 rückgesetzt verwendet wird. Alternativ kann eine Ausgangsspannung, gewonnen nach zwei oder mehr Akkumulationsoperationen, gemäß den Größen der SKIM-Menge und dem SKIM-Selektierpotential verwendet werden.
15A zeigt einen Fall, bei dem die Leuchtdichte relativ hoch ist. In diesem Fall wird ein Spannungsabfallbetrag VQ1, gewonnen durch die einzelne Akkumulationsoperation der Ring-CCD 316, größer als der einzelne SKIM-Betrag. In diesem Ausführungsbeispiel wird kein SKIM-Selektieren ausgeführt nach der ersten Akkumulationsoperation, nachdem die Ring-CCD 316 zurückgesetzt ist, und danach wird die zweite Akkumulationsoperation ausgeführt. Das Ausgangspotential aus der Spannungspufferschaltung 318 wird dann niedriger als das SKIM-Selektierpotential. Die Löschgliedeinheit 317 führt eine SKIM-Operation zum Anheben des Potentialpegels der Ring-CCD 316 auf V1 aus, und die Rücksetzzeit des Impulses ICG wird geändert gemäß dem SKIM-Selektierergebnis. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Rücksetzzeit auf die Hälfte der Integrierzeit der Integriereinheiten 312 geändert ist, wird die nächste akkumulierte Ladungsmenge auf der RING-CCD 316 zu VQl/2.
Wenn in diesem Ausführungsbeispiel das Potential der Ring-CCD 316 zwei Ladungsakkumulieroperationen nach dem Zurücksetzen der Ring-CCD 316 gewonnen hat, wie zuvor beschrieben, gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential ist, wird die Zeit vom Rücksetzimpuls auf die Hälfte der Integrierzeit von den Integriereinheiten 312 geändert. Mit dieser Steuerung sinkt die akkumulierte Ladungsmenge in der nächsten Akkumulieroperation ab auf VQ1/2, und eine andere SKIM-Operation wird danach ausgeführt. Aus diesem Grund kann die Ausgangsspannung von der Spannungspufferschaltung 318 einen Pegel halten, der niemals in die Sättigung geht.
15B zeigt einen Fall, bei dem die Leuchtdichte einen groben Mittelwert hat. In diesem Falle ist der Spannungsabfallbetrag VQ2 durch die erste Akkumulationsoperation der Ring-CCD 316 geringfügig kleiner als die einzelne SKIM-Menge. Nach der zweiten Akkumulieroperation wird das Ausgangspotential der Spannungspufferschaltung 318 niedriger als das SKIM-Selektierpotential. Die Löschgliedeinheit 317 führt eine SKIM-Operation zum Anheben des Potentialpegels von der Ring-CCD 316 auf V2 aus, und die Rücksetzzeit vom Impuls ICG wird auf die Hälfte der Integrierzeit der Integriereinheiten 312 auf der Grundlage des SKIM-Selektierergebnisses geändert. Die nächste akkumulierte Ladungsmenge auf der Ring-CCD wird folglich VQ2/2.
Auch in diesem Falle wird das gewonnene Potential der Ring-CCD 316 zwei Ladungsakkumulieroperationen nach der Ring-CCD 316 zurückgesetzt und verglichen mit dem SKIM-Selektierpotential, und die Zeit des Rücksetzimpulses wird gesteuert auf die Hälfte der Integrierzeit von den Integriereinheiten 312, womit die nächste akkumulierte Ladungsmenge auf VQ2/2 abfällt. Da eine andere SKIM-Operation danach ausgeführt wird, kann die Ausgangsspannung aus der Spannungspufferschaltung 318 ein Niveau halten, das niemals in die Sättigung gerät.
15C zeigt einen Fall, bei dem die Leuchtdichte relativ gering ist. In diesem Falle ist der Spannungsabfallbetrag VQ3 durch die erste Akkumulieroperation der Ring-CCD 316 beträchtlich geringer als die einzelne SKIM-Menge. Selbst nach der zweiten Akkumulieroperation bleibt das Ausgangspotential aus der Spannungspufferschaltung 318 auf einem höheren Wert als das SKIM-Selektierpotential, und das Ausgangspotential aus der Spannungspufferschaltung 318 wird niedriger als das SKIM-Selektierpotential durch die dritte Akkumulieroperation. Nach der dritten Akkumulieroperation führt die Löschgliedeinheit 317 eine SKIM-Operation aus, um den Potentialpegel der Ring-CCD 316 auf V3 anzuheben. Die Rücksetzzeit des Impulses ICG bleibt zu dieser Zeit ungeändert. Die nächste akkumulierte Ladungsmenge von der Ring-CCD 316 bleibt folglich dieselbe wie VQ3.
In diesem Falle wird das Potential der Ring-CCD 316, gewonnen zwei Ladungsakkumulieroperationen nach dem Rücksetzen der Ring-CCD 316 verglichen mit dem SKIM-Selektierpotential, und die Zeit des Rücksetzimpulses wird nicht zur Änderung der Integrierzeit der Integriereinheiten 312 gesteuert. Die nächste akkumulierte Ladungsmenge bleibt dieselbe wie VQ3. Da jedoch die Leuchtdichte relativ niedrig ist, der Spannungsabfallbetrag VQ3 durch die einzelne Akkumulieroperation beträchtlich kleiner als die einzelne SKIM-Menge ist und eine SKIM-Operation nachfolgend ausgeführt wird, kann die Ausgangsspannung aus der Spannungspufferschaltung 318 auf einem Pegel gehalten werden, der niemals in die Sättigung geht.
Die Operationszeitvorgabe des Entfernungsmeßgerätes von diesem Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der 16A und 16B beschrieben.
16A ist ein Zeitdiagramm, wenn die Integrierzeit der Integriereinheiten 312 maximal wird. Ein Signal IRED zeigt den EIN- und AUS-Zustand der Infrarotlicht-emittierenden Diode (IRED) auf, die als Lichtprojektionsmittel dient, und wenn das Signal IRED auf H-Pegel ist, wird der EIN-Zustand aufgezeigt. Ein Impuls ICG ist ein Signal zum Steuern der Rücksetzzeit der ICG-Toreinheit 313, und wenn der Impuls ICG auf H-Pegel ist, werden Ladungen aus den Integriereinheiten 312 beseitigt. Ein Impuls ST ist ein Schiebeimpuls, der an die Akkumuliereinheiten 314 zu liefern ist, und wenn der Impuls ST auf H-Pegel ist, werden Ladungen von den Integriereinheiten 312 zu den Akkumuliereinheiten 314 verschoben. Ein Impuls SH ist ein Schiebeimpuls, der an die lineare CCD 315 zu liefern ist, und wenn der Impuls SH auf H-Pegel ist, verschieben sich Ladungen von den Akkumuliereinheiten 314 zur linearen CCD 315.
Bald nachdem das Signal IRED in den AUS-Zustand getreten ist, wird die ICG-Toreinheit 313 von einem ICG-Impuls a zurückgesetzt. Nach Ablauf einer Periode T1 schieben sich danach Signaländerungen (Außenlichtkomponenten) gemäß der IRED-AUS-Periode von den Integriereinheiten 312 zu den Akkumuliereinheiten 314 als Reaktion auf einen ST-Impuls b unmittelbar bevor das Signal IRED in den EIN-Zustand wechselt, und die Signalladungen verschieben sich von den Akkumuliereinheiten 314 zur linearen CCD 315 als Reaktion auf einen SH-Impuls c unmittelbar bevor das Signal IRED in den AUS-Zustand wechselt.
Nachdem das Signal IRED in den EIN-Zustand übergetreten ist, wird die ICG-Toreinheit 313 von einem ICG-Impuls d zurückgesetzt. Nach Ablauf einer Periode T1 verschieben sich danach Signalladungen (Außenlicht + Signalkomponenten) gemäß der IRED-EIN-Periode von den Integriereinheiten 312 zu den Akkumuliereinheiten 314 als Reaktion auf einen ST-Impuls e unmittelbar bevor das Signal IRED in den AUS-Zustand wechselt, und die Signalladungen verschieben sich von den Akkumuliereinheiten 314 zu der linearen CCD 315 als Reaktion auf einen SH-Impuls f, unmittelbar nachdem das Signal IRED in den AUS-Zustand wechselt.
16B ist ein Zeitdiagramm, wenn die Integrierzeit der Integriereinheiten 312 auf die Hälfte derjenigen in 16A gesetzt wird. In diesem Falle sind die Zeitvorgaben der Impulse ST und SH, anders als die ICG-Rücksetzimpulse, dieselbe wie jene in 16A. Der ICG-Rücksetzimpuls wechselt auf H-Pegel ungefähr zur Mittelzeit einer jeden der EIN- und AUS-Perioden des Signals IRED, womit die Ingetrierzeit der Integriereinheiten 312 auf die Hälfte derjenigen in 16A gesetzt wird.
Bald nach Ablauf 1/2 der AUS-Periode vom Signal IRED wird die ICG-Toreinheit 313 durch einen ICG-Impuls a zurückgesetzt. Nach Ablauf einer Periode T1/2 verschieben sich die Signalladungen (Außernlichtkomponenten) gemäß der IRED-AUS-Periode von den Integriereinheiten 312 zu den Akkumuliereinheiten 314 als Reaktion auf einen ST-Impuls b unmittelbar bevor das Signal IRED in den EIN-Zustand wechselt, und die Signalladungen verschieben sich von den Akkumuliereinheiten 314 zur linearen CCD 315 als Reaktion auf einen SH-Impuls c unmittelbar bevor das Signal IRED überwechselt in den AUS-Zustand.
Bald nach Ablauf von 1/2 der EIN-Periode des Signals IRED wird die ICG-Toreinheit 313 zurückgesetzt durch einen ICG-Impuls d. Nach Ablauf einer Periode T1/2 verschieben sich Signalladungen (Außenlicht + Signalkomponenten) entsprechend der IRED-EIN-Periode von den Integriereinheiten 312 zu den Akkumuliereinheiten 314 als Reaktion auf einen ST-Impuls e, unmittelbar bevor das Signal IRED zum AUS-Zustand überwechselt, und die Signalladungen verschieben sich von den Akkumuliereinheiten 314 zur linearen CCD 315 als Reaktion auf einen SH-Impuls f unmittelbar nachdem das Signal IRED zum AUS-Zustand wechselt.
Die Integrierzeit in diesem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Integriereinheiten 312 wird gesteuert durch Steuern der Zeitvorgabe des Impulses ICG, wodurch der Potentialladungsbetrag der Ring-CCD 316 durch eine einzige Ladungsakkumulieroperation eingestellt wird.
Die Arbeitsweise des Entfernungsmeßgerätes von diesem Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand des in 17 gezeigten Ablaufdiagramms beschrieben.
Wird ein Startsignal START an die Steuerschaltung 320 geliefert (Schritt S1), steuert die Steuerschaltung 320 die Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 321 für die ICG-Toreinheit 313, um Impulse ICG, ST und SH zu in 16A gezeigten Zeitvorgaben zu erzeugen, wodurch die Integrierzeit der Integriereinheiten 312 auf T1 eingestellt wird (Schritt S2).
Die Steuerschaltung 320 steuert die Ring-CCD 316 zum Ausführen der ersten Ringübertragung, nachdem die CCD 316 zurückgesetzt ist (Schritt S3), und es folgt die Steuerung zum Ausführen der zweiten Ringübertragung (Schritt S4). Nach Abschluß der zweiten Ringübertragung überprüft die Steuerschaltung 320. ob die Ausgangsspannung aus der Spannungspufferschaltung 318 höher ist als das SKIM-Selektierpotential (oder vice versa) (Schritt S5). Wenn die Ausgangsspannung höher ist als die SKIM-Selektierspannung, steuert die Steuerschaltung 320 die Rücksetzimpulserzeugungsschaltung 321, um Impulse ICG, ST und SH zu Zeitvorgaben zu erzeugen, die in 16B dargestellt sind, wodurch die Integrierzeit der Integriereinheiten 312 auf T1/2 eingestellt werden (Schritt S6). Dann setzt die Steuerschaltung 320 die Akkumulieroperation der Ring-CCD 316 fort (Schritt S7).
Wenn andererseits die Ausgangsspannung geringer als die SKIM-Selektierspannung ist, dann ändert die Steuerschaltung 320 die Zeitvorgaben der Impulse ICG, ST und SH nicht und setzt die Akkumulieroperation der Ring-CCD 316 fort (Schritt S7).
Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie es zuvor beschrieben wurde, die Zeitvorgabe des ICG-Rücksetzimpulses auf die Hälfte der Integrierzeit der Integriereinheiten 312 auf der Grundlage des Potentials der Ring-CCD 316 gesteuert wird, nach zwei Ladungsakkumulieroperationen, selbst wenn die Leuchtdichte relativ hoch und der Potentialänderungsbetrag der Ring-CCD 316 durch eine einzige Ladungsakkumulieroperation größer als die SKIM-Menge ist, wird das Potential der Ring-CCD 316 in verläßlicher Weise gleich oder niedriger als das SKIM-Selektierpotential nach zwei Ladungsakkumulieroperationen. Da in einem solchen Falle der Potentialänderungsbetrag der Ring-CCD 316 durch die nächste Ladungsakkumulieroperation absinkt auf 1/2, kann folglich das Ausgangspotential daran gehindert werden, ein Sättigungsniveau zu erreichen, selbst wenn die Ladungsakkumulieroperation fortgesetzt wird. Da insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel die Potentialänderung (VQ1/2, VQ2/2) durch eine einzige Ladungsakkumulieroperation der Ring-CCD 316 gesteuert wird und gleich oder niedriger als die Spannung gemäß der SKIM-Menge der Ladungen wird, beseitigt durch die Löschtoreinheit 317, kann das Ausgangspotential in zuverlässiger Weise daran gehindert werden, den Sättigungspegel zu erreichen, wenn die Ladungsakkumulieroperation eine Fortsetzung findet.
Da in diesem Ausführungsbeispiel die Operationssteuerung der Löschtoreinheit 317, die als SKIM-Mittel und der Steuerung der Rücksetzimpuls-Erzeugungsschaltung 321 dient, erreicht wird durch Einzelsteuermittel, müssen separate Steuermittel nicht für das SKIM-Mittel und das Rücksetzimpuls-Erzeugungsmittel vorgesehen sein, womit die Geräteanordnung vereinfacht wird.
Da in diesem Ausführungsbeispiel die Potentialdifferenz zwischen den SKIM-Selektierpotential und dem Bezugspotential größer ist als die Spannung gemäß der SKIM-Menge – Ladungsmenge, die von der Löschtoreinheit 317 zu beseitigen ist, kann das Signal auf der Ring-CCD 316 daran gehindert werden, während der SKIM-Operation verloren zu gehen.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Das dritte Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand der 18–20 beschrieben.
18 zeigt das optische Layout eines Entfernungsmeßgerätes nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein Gerät dar, welches eine Mehrpunktentfernungsmeßoperation für fünf Punkte ausführt.
Unter Bezug auf 18 sind Lichtempfangslinsen 420 und 421 jeweils mit einer zusammengesetzten Augenstruktur aufgespaltete Linsen, die jeweils aus 3 Einzelaugenlinsen 420a, 420b, 420c gebildet sind, und 3 Einzelaugenlinsen 421a, 421b, 421c. Sensoranordnungen 412 und 413, die von einem zu vermessenden Gegenstand reflektiertes Licht aufnehmen (gegenständlich dargestellt) über diese Lichtempfangslinsen 420 und 421 sind dieselben wie bei der den Sensor Anordnungen 412 und 413, die zuvor anhand 9 beschrieben wurden, und erzeugen elektrische Signale durch fotoelektrisches Umsetzen reflektierten Lichts. Integrier-Akkumulier-Einheiten 423 und 424 integrieren und akkumulieren die Ausgangsströme aus den Sensoranordnungen 412 und 413. Auslese-CCD 425 und 426 dienen als Auslesemittel und stehen den Sensoranordnungen 412 und 413 gegenüber und lesen Signale in lediglich beliebigen Zonen der Sensoranordnungen 412 und 413 aus, um die Pixelsignale auf lineare CCD 427 und 428 zu verschieben.
Die linearen CCD 427 und 428 stehen den Auslese-CCD 425 und 426 gegenüber, mit Ausnahme der rechtseitigen Abschnitte der CCD (das heißt, sind verschoben von den Auslese-CCD 425 und 426), und übertragen die Pixel-Signale, die die Auslese-CCD 425 und 426 auslesen, auf die Ring-CCD 429 und 430. Die Ring-CCD 429 und 430 haben dieselbe Anzahl von Stufen wie bei der den linearen CCD 427 und 428 und fügen sequentiell die Pixel-Signale hinzu, die von den CCD 427 und 428 übertragen werden, u. zw. während der Übertragung.
Eine Projektionslinse 414 projiziert Licht, das aus einer lichtemittierenden Diode 422 kommt, hin zum zu vermessenden Gegenstand (nicht dargestellt). Die lichtemittierende Diode (IRED 422) hat 5 lichtemittierende Abschnitte 422a–422e, die im Zeitmultiplexverfahren Licht emittieren, und diese 5 lichtemittierenden Abschnitte 422a–422e emittieren jeweils 5 Strahlen, das heißt, Mitte (C), rechts (R), links (L) Rechts-Rechts- (RR) und Links-Links- (LL) Strahlen in unterschiedlichen Projektionsrichtungen.
Es wird angenommen, daß sich der zu vermessende Gegenstand in einer Unendlichposition befindet, der Mittelstrahl C, der darauf strahlt und vom zu vermessenden Gegenstand reflektiert wird, fällt auf im wesentlichen die Mittenabschnitte der Sensoranordnungen 412 und 413 über die Linsen 420b und 421b. Der rechte Strahl (R), der darauf strahlt und vom zu vermessenden Gegenstand reflektiert wird, fällt auf Abschnitte auf der linken Seite der Mittenabschnitte der Sensoranordnungen 412 und 413 über die Linsen 420b und 421b. Der linke Strahl (L), gestrahlt auf und reflektiert vom zu vermessenden Gegenstand, trifft auf Abschnitte der rechten Seite von den Mittenabschnitten der Sensorabschnitte 412 und 413 über die Linsen 420b und 421b. Der Rechts-Rechts-Strahl (RR) gestrahlt auf und reflektiert vom zu vermessenden Gegenstand fällt auf Abschnitte auf der leicht rechts liegenden Seite der Mittenabschnitte von den Sensorabschnitten 412 und 413 über die Linsen 420c und 421c. Auch der Links-Links-Strahl (LL), der gestrahlt auf und reflektiert vom zu vermessenden Gegenstand trifft auf Abschnitte auf der geringfügig links liegenden Seite der Mittenabschnitte der Sensoranordnungen 412 und 413 über die Linsen 420a und 421a auf.
Da in diesem Ausführungsbeispiel, wie es zuvor beschrieben wurde, jede der Lichtempfangslinsen 420 und 421 eine dreigespaltene Linse mit einer Augenzusammensetzstruktur aufweist, werden projizierte Strahlen auf Grund der 5-Punkt-Lichtprojektion verteilt und fokussiert innerhalb engerer Bereiche der Sensoranordnungen 412 und 413. Aus diesem Grund kann die Länge einer jeden Sensoranordnung 412 und 413 kürzer sein als beim herkömmlichen Gerät. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Entfernungsmeßrichtungen bestimmt durch die Lichtprojektionsrichtungen der lichtemittierenden Diode 422, die die fünf lichtemittierenden Abschnitte 422a–422e hat, die das Licht im Zeitmultiplex emittieren.
Da die in 18 gezeigten lichtreflektierten Strahlen dem zu vermessenden Gegenstand bei Unendlicheinstellung entsprechen, haben die Versatzabschnitte der aufgenommenen Strahlflecken auf den Sensoranordnungen 412 und 413 untereinander keinen Unterschied. Für einen zu vermessenden Gegenstand in einer Unendlichposition haben jedoch die Versatzpositionen empfangener Lichtstrahlen auf den Sensoranordnungen 412 und 413 untereinander Unterschiede. Unterschiede werden gewonnen durch Korrekturrechnungen gem. den 5 aufgenommenen Strahlflecken, und folglich wird eine Entfernungsinformation errechnet unter Verwendung der Gleichung (1), die zuvor anhand 9 beschrieben wurde.
Nachstehend beschrieben ist das Ausleseoperationsprinzip von Pixelsignalen durch die Auslese-CCD 425 und 426.
19 zeigt die Sensoranordnung 412 in mehr Einzelheiten, die Integrier/Akkumuliereinheit 423, die Auslese-CCD 425 und die lineare CCD 427 in 18. In 19a ist die Ring-CCD 429 nicht dargestellt.
Nachstehend erläutert ist ein Fall, bei dem die Auslese-CCD 425 keinerlei Übertragungsoperationen ausführt. In diesem Falle werden Pixel-Signale, ausgegeben von allen Sensoren der Sensoranordnung 412, integriert und akkumuliert von der Integrier/Akkumuliereinheit 423, und die akkumulierten Signale verschoben zur Auslese-CCD 425. Da die Auslese CCD 425 keinerlei Übertragungsoperation in Horizontalrichtung ausführt, verschieben sich nur Signale in einer Zone A, ausschließlich des rechtsseitigen Abschnitts (entspricht dem Abschnitt, bei dem die lineare CCD 427 der Auslese CCD 425 nicht gegenübersteht) der Sensoranordnung 412, die zur linearen CCD 427 über die Auslese-CCD 425 verschoben werden und dann zur Ring-CCD.
Als nächstes erläutert ist ein Fall, bei dem die CCD 425 eine Übertragungsoperation für n1 Bit ausführt. In diesem Falle werden die ausgegebenen Pixelsignale von allen Sensoren der Sensoranordnung 412 geliefert und verschoben zur Auslese-CCD 425 über die Integrier-/Akkumuliereinheit 423 und übertragen durch n1 Bits zur linken in 19a in der Auslese-CCD 425. Nur Signale in einer Zone B, ausschließlich n1 Bit auf den rechten und linken Abschnitten der Sensoranordnung verschieben sich auch die linearen CCD 427 über die Auslese-CCD 425 und werden dann zur Ring-CCD verschoben.
Nachstehend erläutert ist ein Fall, bei dem die CCD 425 eine Übertragungsoperation für n2 Bits (n2 > n1) ausführt. In diesem Falle werden die ausgegebenen Pixel-Signale, die von den Sensoren der Sensoranordnung 412 kommen, verschoben zur CCD 425 über die Integrier-/Akkumuliereinheit 423 um n2 Bits nach links in 19a verschoben in die Auslese-CCD 425. Nur Signale in einer Zone C, ausschließlich n2 Bits aus dem linksseitigen Abschnitt der Sensoranordnung 412 verschieben sich auf die lineare CCD 427 über die Auslese-CCD 425 und werden dann zur Ring-CCD verschoben.
Wenn die Auslese-CCD 425, wie zuvor beschrieben, die Anzahl von Übertragungsbit ändert, kann die Auslesezone von Pixelsignalen der Sensoranordnung 412 willkürlich geändert werden. Wenn auf diese Weise Signale in einer gewünschten Zone der Sensoranordnung 412 ausgelesen werden, kann die Signalzone (die Anzahl von Bit oder die Bit-Zahl, die zu verarbeiten ist, durch die Ring-CCD, verringert werden, und die Meßzeit kann abgekürzt werden. Darüber hinaus kann der Umfang der Ring-CCD verringert werden, und eine Größenverringerung des gesamten Gerätes läßt sich erzielen.
Die Auslesezone der Auslese-CCD 425 ist bestimmt durch die Entfernungsmeßrichtungen. Wenn beispielsweise die Entfernungsmeßoperation ausgeführt wird unter Verwendung des Mittenstrahls (C-Strahl) des Rechts-Rechts-Strahls (RR-Strahl) und des Links-Links-Strahls (LL-Strahl) der 5 in 18 gezeigten Strahlen, wird die Zone B ausgewählt, so daß der Mittenabschnitt der Sensoranordnung 412 als Entfernungsmeßzone dient. Wenn andererseits die Entfernungsmeßoperation ausgeführt wird unter Verwendung des rechten Strahles (R-Strahl), wird die Zone A ausgewählt, so daß der linksseitige Abschnitt der Sensoranordnung 412 als Entfernungsmeßzone dient. Wenn gleichermaßen die Entfernungsmeßoperation ausgeführt wird unter Verwendung des linken Strahls (L-Strahl), wird die Zone C ausgewählt, so daß der rechtsseitige Abschnitt der Sensoranordnung 412 als Entfernungsmeßzone dient. Mit dieser Steuerung kann eine schnelle Korrelationsrechnung ausgeführt werden auf der Grundlage der effektiven und minimalen Sensoranordnungszone, die den aufgenommenen Strahlfleck enthält.
19b zeigt die konkrete Anordnung von 19a.
Unter Bezug auf 19b bedeutet Bezugszeichen 430 eine Sensoranordnung; Bezugszeichen 431 bedeutet eine Integrier-/und Akkumuliereinheit zum Verschieben von Ladungssignalen zur nächsten Stufe als Reaktion auf ein Signal ST; Bezugszeichen 432 bedeutet eine Schiebetoreinheit, die von einem Signal SH1 gesteuert wird; Bezugszeichen 433 bedeutet eine Auslese-CCD zum Ausführen einer Übertragungsoperation als Reaktion auf einen Übertragungstaktimpuls CK0; Bezugszeichen 434 bedeutet eine Schiebetoreinheit, die von einem Signal SH2 gesteuert wird; Bezugszeichen 435 bedeutet eine lineare CCD, die als Reaktion auf die zweiphasigen Taktsignale CK1 und CK2 arbeitet; und Bezugszeichen 436 bedeutet ein Löschglied 436, das die Auslese-CCD 433 zurücksetzt.
Die Übertragungsoperation des in 19B gezeigten Gerätes ist nachstehend anhand 20 beschrieben.
Unter Bezug auf 20 zeigt ein Signal IRED die EIN/AUS-Zustände des Lichtprojektionsmittels (IRED) auf, und wenn das IRED auf H-Pegel ist, zeigt dies auf, daß der EIN-Zustand präsent ist. Eine EIN/AUS-Periode der IRED ist mit der Periode einer Ring-CCD (nicht dargestellt) nicht synchronisiert. Signalladungen, die während der AUS-Periode der IRED integriert werden, verschieben sich zur Schiebetoreinheit 432 als Reaktion auf einen ST-Impuls a und werden dann verschoben zu der Auslese-CCD 433 als Reaktion auf einen SH1-Impuls b. Dann werden die Pixelsignale um eine Stufe in 219b nach rechts verschoben, u. zw. in die Auslese-CCD 433 als Reaktion auf einen Impuls c vom Übertragungstakt Signal CK0.
Während der EIN-Periode der IRED integrierte Signalladungen werden verschoben zur Schiebetoreinheit 432 als Reaktion auf einen ST-Impuls d, und werden dann verschoben zur Auslese-CCD 433 als Reaktion auf einen SH1-Impuls e. Genauer gesagt, die Sensoranordnungssignale, die zu dieser Zeit während den EIN- und AUS-Perioden der IRED gewonnen werden, wechseln sich in der Auslese-CCD 433 ab. Die Pixelsignale werden dann nach links in 19b in die Auslese-CCD 433 um n1 Bit als Reaktion auf 2 × n1 Impulse f des Übertragungstaktsignals CK0 verschoben. Im Ergebnis werden die Pixelsignale in der Zone b, gezeigt in 19a, ausgelesen.
Des weiteren verschieben sich Signalladungen in der Auslese-CCD 433 zur linearen CCD 435 als Reaktion auf einen SH2-Impuls g und werden dann zur Ring CCD (nicht dargestellt) als Reaktion auf das Übertragungstaktsignal CK1 übertragen. Dann werden die Signalladungen addiert, während sie in der Ring-CCD herumlaufen.
Die Übertragungsmenge (n1) der Auslese-CCD 433 läßt sich steuern durch Ändern der Anzahl von Übertragungsimpulsen des Übertragungstaktsignals CK0, womit beliebige Änderungen der Auslesezone von der Sensoranordnung 430 wirklich sind, wie schon zuvor beschrieben.
Im Entfernungsmeßgerät dieses Ausführungsbeispiels ist die Ring-CCD in der Einrichtung vorgesehen, und Ladungen lassen sich hinzufügen, während sie in der Ring-CCD herumlaufen, wodurch der Störabstand verbessert wird. Die SKIM-Einheit, wie in 5 gezeigt ist, ist für die Ring-CCD vorgesehen. Die SKIM-Einheit schöpft gleiche Mengen externer Lichtkomponenten aus übertragenen Signalen ab, entsprechend den EIN- und AUS-Zuständen der IRED, und Signallichtkomponenten werden integriert, während sie in der Ring-CCD herumlaufen. Die Ring-CCD kann folglich daran gehindert werden, nach Hinzufügen von Ladungen in die Sättigung zu kommen, und der Störabstand wird weiter verbessert.
In zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von zu projizierenden Strahlen gleich 5, und die Anzahl von Auslesezonen beträgt 3. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl von zu projizierenden Strahlen für die Mehrpunktentfernungsmeßoperation in geeigneter Weise abhängig von der Brennweite eines Objektivs bestimmt werden, wenn das Gerät beim Messen der Entfernung in einer Kamera verwendet wird, und die Anzahl von Auslesezonen wird bestimmt abhängig von der Anzahl von zu projizierenden Strahlen, der Anordnung und der Brennweite von Objektiven, und der Gesamtlänge der Sensoranordnungen, so daß die Entfernungsmeßrechnung höchst effizient für das Entfernungsmeßgerät ausführbar ist. Die vorliegende Erfindung läßt sich nicht nur auf ein Entfernungsmeßgerät des Phasendifferenztyps anwenden, sondern auch auf ein Entfernungsmeßgerät, das reflektiertes Licht an einer Stelle empfängt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die obigen Ausführungsbeispiele, und verschiedene Änderungen und Abwandlungen sind im Umfang der vorliegenden Erfindung möglich.

Claims

Entfernungsmeßgerät zum Projizieren eines Strahlflecks auf einen Gegenstand, dessen Entfernung zu vermessen ist, und zum Ausführen eine Triangulation durch Aufnahme von Licht, das der Gegenstand reflektiert, mit: einem Lichtprojektionsmittel (41) zum Projizieren des Lichtflecks auf den zu vermessenden Gegenstand (45); einer Sensoranordnung (311), die eine Anordnung einer Vielzahl von Sensoren zum Aufnehmen und zum photoelektrischen Umsetzen des vom zu vermessenden Gegenstand reflektierten Lichts enthält; einem Integriermittel (312) zum Integrieren der von den Sensoren der Sensoranordnung abgegebenen Ladungen; einem logischen Durchlaßmittel (313) zum Auslesen von Ladungen aus dem Integriermittel; einem Rücksetzimpulserzeugungsmittel (321) zum Anliefern eines Rücksetzimpulses an das Durchlaßmittel; gekennzeichnet durch ein Ladungsübertragungsmittel (315, 316) zum Übertragen der vom Integriermittel integrierten Ladungen, wobei das Ladungsübertragungsmittel über einen Ringabschnitt (316) verfügt, der aus wenigstens einem Abschnitt des Ladungsübertragungsmittels gebildet ist, das in einer ringförmigen Gestalt gekoppelt ist, und wobei das Ladungsübertragungsmittel die Ladungen sequentiell akkumuliert; einem SKIM-Mittel (317) zum Abschöpfen einer vorbestimmten Ladungsmenge aus den vom Ringabschnitt übertragenen Ladungen; und mit einem Steuermittel (320) zum Steuern des SKIM-Mittels, wenn das Potential vom Ringabschnitt nicht größer als ein vorbestimmtes Selektierpotential ist, und zum Steuern der Zeitvorgabe des vom Rücksetzimpulserzeugungsmittel erzeugten Rücksetzimpulses, um die Integrierzeit des Integriermittels zu verkürzen, wenn das Potential des Ringabschnitts nicht größer als das Selektierpotential nach einer Vielzahl von Ladungsakkumulationsoperationen ist.
Gerät nach Anspruch 1, dessen Steuermittel über ein Feststellmittel (318) verfügt, um das Potential des Ringabschnitts festzustellen, über ein Vergleichsmittel (319) zum Vergleichen des Potentials vom vom Feststellmittel mit dem Selektierpotential festgestellten Ringabschnitt, über ein SKIM-Befehlsmittel (320) zum Abgeben eines Operationsbefehls an das SKIM-Mittel auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses vom Vergleichsmittel, und über ein Änderungsanweisungsmittel (320) zum Anweisen der Zeitvorgabe vom Rücksetzimpuls verfügt, den das Rücksetzimpulserzeugungsmittel erzeugt, um auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses vom Vergleichsmittel geändert zu werden.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Potentialdifferenz zwischen dem Selektierpotential und einem Bezugspotential, gewonnen, wenn keine Änderungen auf dem Ringabschnitt akkumuliert sind, größer ist als die Spannung gemäß der vorbestimmten Ladungsmenge, die das SKIM-Mittel abgeschöpft hat.
Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Steuermittel die Integrierzeit des Integriermittels so steuert, daß die Potentialänderung durch eine einzelne Ladungsakkumulationsoperation des Ringabschnitts nicht größer als die Spannung gemäß der vorbestimmten Ladungsmenge ist, die das SKIM-Mittel abgeschöpft hat, wenn das Potential des Ringabschnitts nicht höher als das Selektierpotential nach der Vielzahl von Ladungsoperationen ist.