专利名称：光点位置检测装置和光部件、电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测通过光学系统在固体拍摄元件上形成的光点的位置的光点位置
检测装置和包含其的光部件、以及包含该光部件的电子设备。
背景技术：
作为搭载了光点位置检测装置的装置的代表，有光学式测距装置，所述光点位置 检测装置检测通过光学系统在固体拍摄元件上形成的光点在上述固体拍摄元件上的位置。 该光学式测距装置的测定原理一般利用已知的三角测距，基于来自测定对象物的反射光束 相对于上述固体拍摄元件的入射角根据至上述测定对象物的距离而变化的原理，检测上述 固体拍摄元件上的受光点位置从而计算至上述测定对象物的距离。 作为这样的光学式测距装置有(日本)特开平5-280973号公报(专利文献1)中 公开的测距装置。在该测距装置中，如图19所示，具有相互平行的光轴的投光镜l和受光 镜2相隔基线长度S量而配置，投光镜1的光轴上配置有近红外发光LED (IRED) 3，在受光镜 2的光轴上的从受光镜2距离受光镜2的焦点距离f j的位置，配置有从上述光轴偏离距离 a的地方有端面的长度b的位置检测元件(PSD) 4。 从上述IRED3射出的光能在距离L处的被摄体5上反射，并通过受光镜2在PSD4 上成像。该PSD4上有两个输出端子lch和2ch，通过去除太阳光等稳定光电流分量，从而在 来自输出端子lch、2ch的输出电流ipi2和反射光点的入射位置x之间成立规定的关系式。 因此，通过进行IRED3的驱动和距离运算的信号处理IC (集成电路)，求出[i2/ (i,i2)]，能 够求出至被摄体5的距离L的倒数。 此外，作为受光元件而代替上述PSD利用了固体拍摄装置的光学式测距装置，有 在(日本)特开平11-337815号公报(专利文献2)中公开的照相机用测距装置。在该照 相机用测距装置中，如图20所示，红外LED6发射的光通过投光镜7而到达被摄体8，该反射 光经由受光镜9而入射到成为固体拍摄装置的受光元件10。根据在该固体拍摄装置10的 哪个位置有红外LED6的像，进行有源方式的测距。此时，固体拍摄装置10上的红外LED6 的像的位置的检测是通过计算在固体拍摄装置10上成像的光点的光量分布来求出的。
对光学式测距装置，在能够测定从近距离至远距离的宽范围的至测定对象物的距 离，且即使在屋外等环境光强的环境下也能够测定等性能提高和小型化这一点上，具有各 种要求。 在上述专利文献l中公开的测距装置中，由上述IRED3、PSD4以及上述信号处理IC 的三个芯片构成。此外，PSD4的光点位置的检测分辨率低，因此需要PSD4的尺寸比较大， 受光发光间距离S取较大的值。从而，在小型化这一点上有很多困难。而且，由于PSD4的 尺寸大，因此在制造成本上难以应对与信号处理IC 一同集成在一个芯片上。
相对于此，在上述专利文献2中公开的照相机用测距装置中，由于利用固体拍摄 装置作为上述受光元件IO，因此能够在受光元件10内内置信号处理电路。从而，能够由作 为红外LED6的发光元件和作为固体拍摄元件的受光元件10的2个芯片构成，这一点在小
5型化上出色。而且，对于受光元件10的光点的位置分辨率，也比上述专利文献1的PSD4出
色，因此能够使投光镜7和受光镜9之间的距离减小，在小型化上出色。 此外，为了能够进行从近距离至远距离的宽范围的距离测定，需要将受光元件中
的受光量的动态范围(dynamic range)设为较宽。关于这一点，在上述专利文献1中公开
的测距装置中，控制积分条件和投光条件等，从而来自PSD4的输出数据被纳入A/D变换部
件的可变换的范围内。 此外，关于提高耐环境光这一点上，在上述专利文献1中公开的测距装置中，通过 控制对于来自PSD4的输出电流ip i2的积分条件等，从而使数据不会对于A/D变换单元部 件的动态范围饱和，从积累的数据提取信号分量。此外，在上述专利文献2中公开的照相机 用测距装置中，利用可见光截止滤波器，从有无滤波器的差提取信号分量。
但是，上述以往的光学式测距装置存在以下的问题。 首先，上述专利文献1中公开的测距装置的情况下，配合测定环境而改变对于来 自PSD 4的输出电流ip i2的积分条件从而进行测定，因此近距离能够比较早测定，相对于 此，远距离的测定需要时间因此测距周期不固定，对于获取测距值的后级的设备来说存在 非常难以使用的问题。 此外，存在难以利用使用了上述PSD4的信号处理而如上所述那样实现小型化的 问题。 此外，在将上述专利文献1中公开的测距装置应用于固体拍摄装置的情况下，由
于从IRED3射出并在物体上反射的反射光的光量小，因此存在难以搭载从与环境光一同获
取的IRED3的反射光仅提取上述反射光的模拟电路，缺乏耐环境光性的问题。 接着，在上述专利文献2中公开的照相机用测距装置的情况下，通过利用固体拍
摄元件作为受光元件10从而提高耐环境光性，但存在以利用了反射光的方式难以测定近
距离至远距离的问题。从而，远距离的测距是利用使用在受光元件上设置的基准单元和参
照单元的无源方式而进行的。 专利文献1 :(日本)特开平5-280973号公报
专利文献2 :(日本)特开平11-337815号公报
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种小型的光点位置检测装置和包含其的光部件、
以及包含该光部件的电子设备，该光点位置检测装置通过不增加用于存储A/D变换后的检
测数据的存储器单元的比特数而检测从近距离至远距离的入射光的光点的位置，同时即使
在环境光强的环境下也能够检测上述光点的位置，且对于后级的设备来说容易获取输出。
为了解决上述课题，本发明的光点位置检测装置的特征在于，包括 发光元件； 聚光镜，对从上述发光元件放射的光束、或者、上述光束被物体反射的反射光束进 行聚光； 固体拍摄元件，形成由上述聚光镜聚光的上述光束或上述反射光束的光点；
像素单元，包括设置在上述固体拍摄元件，且检测上述光点而变换为与受光量对 应的像素数据的像素；
数字变换单元，将上述像素单元中的各个像素的像素数据变换为数字值； 存储器单元，将通过上述数字变换单元变换为数字值的像素数据存储在与上述像
素单元的各个像素对应的存储单元中； 运算处理单元，基于存储在上述存储器单元的数字的像素值，运算上述像素单元 上的上述光点的位置；以及 控制单元，控制上述发光元件、上述固体拍摄元件、上述存储器单元以及上述运算 处理单元，检测在上述固体拍摄元件上形成的上述光点的位置，
上述控制单元将以下动作作为一帧
控制上述发光元件使其发光设定时间； 控制上述固体拍摄元件，使其与上述发光元件的发光同步地、以及使其与上述发 光元件的发光不同步地，曝光上述设定时间；以及 控制上述固体拍摄元件以及上述存储器单元，在上述固体拍摄元件与上述发光元 件的发光同步地曝光了上述设定时间时，将由上述像素单元得到的各个像素的像素数据加 法运算到上述存储器单元的上述对应的各个存储单元，另一方面在上述固体拍摄元件与上 述发光元件的发光非同步地曝光了上述设定时间时，从上述存储器单元的上述对应的各个 存储单元减法运算由上述像素单元得到的各个像素的像素数据，从而使各个存储单元存储 仅是由从上述发光元件放射的光或该光被上述物体反射的反射光构成的信号光的像素数 据， 上述控制单元控制上述发光元件、上述固体拍摄元件以及上述存储器单元，从而 将上述帧的动作重复一定帧量，从而使上述存储器单元的各个存储单元积累运算仅是上述 信号光的像素数据， 上述控制单元控制上述运算处理单元，使其基于在上述存储器单元的各个存储单 元中积累运算而存储的仅是上述信号光的像素数据，运算上述像素单元上的上述光点的位 置， 从而与上述存储器单元的上述各个存储单元是否由上述像素数据而饱和无关地， 输出上述一定帧数量的上述光点的位置信息。 根据上述结构，使在固体拍摄元件与发光元件的发光同步曝光时由像素单元得到 的各个像素的像素数据加法运算到存储器单元的各个存储单元，另一方面使在上述固体拍 摄元件与上述发光元件的发光非同步曝光时由上述像素单元得到的各个像素的像素数据 从上述存储器单元的各个存储单元减法运算，从而在各个存储单元中存储仅是信号光的像 素数据，将这样的帧动作重复一定帧次，并在上述存储器单元的各个存储单元中积累运算 仅是上述信号光的像素数据。 从而，无论是小型的光点位置检测装置，还是至上述物体的距离是远距离，或者在
环境光强的情况下，都能够高精度地检测上述像素单元上的上述光点的位置。 而且，与上述存储器单元的上述各个存储单元是否由上述像素数据饱和无关地，
输出上述一定帧量的上述光点的位置信息。从而，能够使上述光点位置信息的输出定时一
定，能够容易进行获取上述光点的位置信息的输出而进行的后级的控制。即，成为对用户来
说非常容易使用的光点位置检测装置。除此之外，无需增大上述存储器单元的上述各个存
储单元的比特数，能够检测近距离至远距离的入射光的光点位置。
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此外，在一实施方式中， 在上述存储器单元中的上述各个存储单元中的任何一个由上述信号光的像素数
据饱和了的情况下，上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，以使在以后
的帧中，不进行对于上述存储器单元的上述存储单元的上述加法运算和上述减法运算，从
而保持在上述饱和状态下的上述存储单元的像素数据。 此外，在另一个实施方式中， 在上述存储器单元中的上述各个存储单元中的任何一个由上述信号光的像素数
据饱和了的情况下，上述控制单元控制上述固体拍摄元件，以使在以后的帧中，不进行上述
固体拍摄元件的上述曝光。 此外，在又一个实施方式中， 在上述存储器单元中的上述各个存储单元中的任何一个由上述信号光的像素数 据饱和了的情况下，上述控制单元控制上述发光元件，以使在以后的帧中，使上述发光元件 不发光。 根据上述3个实施方式，能够将由于像素数据饱和而引起的受光强度分布形状的 破坏限制在上述存储单元最初饱和时的帧数的最小限度。由此，即使在上述存储器单元中 像素数据饱和的情况下，也能够基于受光强度分布形状运算上述光点的位置。其结果，可检 测宽动态范围的光点位置。 而且，由于不进行对于上述存储器单元的上述存储单元的像素数据的不必要的积 累运算，因此能够防止上述存储器单元中的每个存储单元的比特数增大，同时能够减少无 用的功耗。 此外，在一实施方式中， 上述运算处理单元基于位于上述存储器单元中的由上述信号光的像素数据饱和
的上述存储单元的周围的上述存储单元的像素数据，求出与上述饱和的存储单元对应的上
述像素单元的像素的周围的受光强度分布的形状，并利用该受光强度分布的形状运算上述
像素单元上的上述光点的位置。 此外，在其他的实施方式中， 上述运算处理单元基于上述存储器单元中的由上述信号光的像素数据饱和的上 述存储单元，求出与上述饱和的存储单元对应的上述像素单元的像素的集合体的平面形 状，并利用该平面形状运算上述像素单元上的上述光点的位置。 根据上述两个实施方式，无需增大上述存储器单元中的上述存储单元的比特数， 就能够廉价地进行上述光点的位置运算。
此外，在一实施方式中， 上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，使得在上述存储器单元 中的上述各个存储单元由上述信号光的像素数据饱和的情况下，关于与上述饱和了的存储 单元对应的上述像素单元的像素的像素数据，是在使上述固体拍摄元件与上述发光元件的 发光同步曝光了上述设定时间时由上述像素单元得到的各个像素的像素数据的情况下，从 上述存储器单元的上述对应的各个存储单元减法运算，另一方面，是在使上述固体拍摄元 件与上述发光元件的发光非同步曝光上述设定时间时由上述像素单元得到的各个像素的 像素数据的情况下，对上述存储器单元的上述对应的各个存储单元进行加法运算。
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根据该实施方式，能够将在上述存储器单元积累运算的受光强度分布的形状设为 超过了饱和等级的部分的形状在上述饱和等级反转的形状。 S卩，能够以少量的比特数得到有关上述饱和的存储单元的受光强度分布的形状， 能够以廉价的结构高精度地检测光点的位置。其结果，能够检测宽动态范围的光点位置。
此外，在一实施方式中， 上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，使得在从上述存储器单 元的上述存储单元减法运算在与上述发光元件的发光同步曝光了上述固体拍摄元件时的 像素数据，并对上述存储器单元的上述存储单元加法运算在与上述发光元件的发光非同步 曝光了上述固体拍摄元件时的像素数据时，在上述存储器单元中的上述各个存储单元中存 储的像素数据成为零的情况下，关于与上述成为零的存储单元对应的上述像素单元的像素 的像素数据，是使上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光同步曝光了上述设定时间时由 上述像素单元得到的各个像素的像素数据的情况下，对上述存储器单元的上述对应的各个 存储单元进行加法运算，另一方面，是使上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光非同步 曝光了上述设定时间时由上述像素单元得到的各个像素的像素数据的情况下，从上述存储 器单元的上述对应的各个存储单元减法运算。 根据该实施方式，能够将在上述存储器单元积累运算的受光强度分布的形状设 为，超过了饱和等级的部分的形状在上述饱和等级反转，而且小于零等级的部分的形状在 上述零等级反转的形状。 S卩，通过重复在上述饱和等级下的反转和在上述零等级下的反转，从而能够以少 量的比特数得到宽范围的受光强度的上述光点的受光强度分布的形状，能够以廉价的结构 高精度地检测光点的位置。其结果，理论上可进行在无限宽的动态范围内的光点检测。
此外，在一实施方式中， 上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，使得在上述存储器单元 中的上述各个存储单元被上述信号光的像素数据饱和的情况下，将应存储在上述饱和了的 存储单元的像素数据存储在与上述像素单元上的完全没有形成上述光点的区域的像素对 应的上述存储器单元的存储单元中。 根据该实施方式，能够以少量的比特数得到有关上述饱和的存储单元的受光强度 分布的形状，能够以廉价的结构高精度地检测光点的位置。其结果，可检测宽动态范围的光 点位置。 此外，在一实施方式中，
上述控制单元在l帧中， 控制上述固体拍摄元件的曝光动作，以使上述像素单元中的与上述发光元件的发 光同步曝光的第1像素和与上述发光元件的发光非同步曝光的第2像素互相不同，且为互 相在一个方向上相邻而成对的位置关系， 控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元的图像数据存储动作，以将从上述第1 像素的像素数据减法运算了上述第2像素的像素数据的结果存储在上述存储器单元的各 个存储单元中， 将一帧中的对上述存储器单元的图像数据存储动作进行一次。 根据该实施方式，无需在上述存储器单元中设置与上述像素单元的全部像素对应
9的数量的存储单元，能够将上述存储器单元整体的容量减半。而且，从上述像素单元至上述
存储器单元的像素数据的读取在每个帧中进行一次即可，因此能够减少功耗。 而且，通过从上述像素单元至上述存储器单元的像素数据的一次读取，就能够在
上述存储单元中积累运算仅是上述信号光的像素数据，能够縮短上述像素单元上的上述光
点的位置检测所需的时间。从而，能够检测来自移动的上述物体或移动的上述发光元件的信息。
此外，本发明的光部件的特征在于，包括
上述的光点位置检测装置；以及 基于由上述运算处理单元运算的上述像素单元上的上述光点的位置，运算包含与
上述物体或上述发光元件有关的距离和方向的位置信息的位置信息运算单元。 根据上述结构，包括无需增大存储器单元的比特数就能够检测从近距离至远距
离的入射光的光点的位置，即使在至上述固体拍摄元件的入射光量少的环境下也能够检测
上述光点的位置，对于后级的设备来说容易获取输出的光点位置检测装置。从而，能够将包
含有关上述物体或上述发光元件的距离以及方向的位置信息提供给能够高精度地进行运
算的小型的光学式测距装置或光学式方向检测装置或光源方向检测装置等光部件。 另外，还能够使上述运算处理单元具有上述位置信息运算单元的功能。 此外，本发明的电子设备的特征在于，包括上述光部件。 根据上述结构，若将能够高精度地检测至上述物体的距离的小型的光学式测距装 置搭载在附带照相机的便携电话或数字照相机等用作自动聚焦用的测距值，则能够提供小 型且高性能的附带照相机的便携电话或数字照相机等。此外，若将能够高精度地检测上述 物体的方向的小型的光学式方向检测装置搭载在液晶显示器等而作为通过检测有没有人 存在而将监视器电源开启/关闭控制的装置来使用，则能够提供小型且高性能的液晶显示 器等。此外，若将能够高精度地检测上述发光元件的方向的小型的光源方向检测装置搭载 在空调设备或视频设备等作为通过确定遥控器(光源)的方向和位置而控制设备的装置来 使用，则能够提供小型且高性能的空调设备和视频设备等。 从以上内容可知，本发明的光点位置检测装置能够将在存储器单元的各个存储单 元中存储仅是信号光的像素数据的帧动作重复一定帧次，从而在上述各个存储单元中积累 运算上述仅是信号光的像素数据，因此即使是小型的光点位置检测装置，或是至上述物体 的距离是远距离，或者在环境光强的情况下，也能够高精度地检测上述像素单元上的上述 光点位置。 而且，由于与上述存储器单元的上述各个存储单元是否由上述像素数据饱和无关
地，输出上述一定帧次数的上述光点的位置信息，因此能够将上述光点的位置信息的输出
定时设为一定。从而，能够容易进行利用了上述光点位置的信息的后级的控制，能够提供对
于用户来说非常容易使用的光点位置检测装置。除此之外，无需增大上述存储器单元的上
述各个存储单元的比特数，能够检测从近距离至远距离的入射光的光点位置。 此外，本发明的光部件由于包括光点位置检测装置，该光点位置检测装置无需增
大存储器单元的比特数就能够检测从近距离至远距离的入射光的光点的位置，即使在至上
述固体拍摄元件的入射光量少的环境下也能够检测上述光点的位置，且对后级提供输出，
因此能够提供能够高精度地运算包括有关上述物体或上述发光元件的距离和方向的位置信息的小型的光部件。 此外，本发明的电子设备由于包括能够高精度地运算包括有关上述物体或上述发 光元件的距离和方向的位置信息的小型的光部件，因此能够提供小型且高性能的电子设 备。
图1是将本发明的光点位置检测装置应用于光学式测距装置的情况下的概略结 构图。 图2是将本发明的光点位置检测装置应用于光学式方向检测装置的情况下的概 略结构图。 图3是将本发明的光点位置检测装置应用于光源方向检测装置的情况下的概略 结构图。 图4(a)和图4(b)是表示图1中的光点的状态和受光强度分布的图。
图5(a)至图5(d)是图1所示的光学式测距装置的动作定时图。
图6是根据图5(a)至图5(d)进行的信号光的积累运算动作的说明图。
图7是接着图6的信号光的积累运算动作的说明图。 图8(a)和图8(b)是表示存储器单元的像素数据达到了饱和等级的状态下的光点 的状态和受光强度分布的图。 图9 (a)至图9 (d)是表示存储器单元的像素数据达到饱和等级的情况下的动作定 时图。 图10(a)和图10(b)是表示根据图9(a)至图9(d)进行了信号光的积累运算动作
的情况下的光点的状态和受光强度分布的图。 图ll(a)和图ll(b)是表示测距结果的输出定时的图。 图12(a)至图12(d)是存储器单元的像素数据达到饱和等级的情况下的与图9(a) 至图9(d)不同的动作定时图。 图13(a)至图13(d)是存储器单元的像素数据达到饱和等级的情况下的与图9 (a) 至图9(d)以及图12(a)至图12(d)不同的动作定时图。 图14(a)和图14(b)是表示将超过饱和等级的像素的像素数据在饱和等级下进行 反转的情况下的光点的状态和受光强度分布的图。 图15 (a)和图15 (b)是表示将超过饱和等级的像素的像素数据在饱和等级下进行 反转，并将小于0等级的像素的像素数据在0等级下进行反转的情况下的光点的状态和受 光强度分布的图。 图16(a)和图16(b)是表示将超过了饱和等级的量的像素数据存储在未存储数据 像素的区域的情况下的光点的状态和受光强度分布的图。 图17(a)和图17(b)是将信号光和环境光、以及仅环境光积累在不同的像素的情 况下的像素单元的曝光方法的说明图。 图18(a)至图18(d)是在进行图17(a)和图17(b)所示的曝光方法的光学式测距 装置的动作定时图。 图19是表示利用了 PSD的以往的测距装置的概略结构的图。
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图20是表示利用了固体拍摄装置的以往的测距装置的概略结构的图。 标号说明 11、21...发光元件 12...投光镜 13、18、22...射出光束 14、 19...测定对象物 15、20...反射光束 16、23.聚光镜 17、24...固体拍摄元件 25...存储器单元 26. ..A/D变换单元 27...运算处理单元 28...控制单元 31...像素单元 32...饱和等级 33、34、36、37、38、39.光点 40、41...饱和像素单元 42. ..O等级
具体实施例方式
以下，通过图示的实施方式详细说明本发明。
參第l实施方式 图1是将本实施方式的光点位置检测装置应用于基于三角测量的光学式测距装 置的情况下的概略结构图。在图1中，从作为LED(发光二极管)或LD(激光二极管)的发 光元件11射出的光，通过投光镜12聚光而成为射出光束13，并在测定对象物14上扩散反 射。被反射的光的反射光束15通过聚光镜16聚光而在固体拍摄元件17上成为光点像。另 外，14a表示近距离的测定对象物，14b表示远距离的测定对象物。此外，以15a表示在近距 离的测定对象物14a反射的反射光束，15b表示在远距离的测定对象物14b反射的反射光束 15b。 根据图1可知，在上述近距离的测定对象物14a反射的光的反射光束15a在固体 拍摄元件17上的光点与在远距离的测定对象物14b反射的光的反射光束15b的光点相比， 相对于发光元件11的光轴成像在远方。从而，根据固体拍摄元件17上的光点的成像位置， 能够检测至测定对象物14的距离。 此外，图2与图1相同，是将光点位置检测装置适用于基于三角测量的光学式方向 检测装置的情况下的概略结构图。但是，在图2中，测定对象物19能够位于各种方向。从 发光元件11射出的光的射出光束18与图1的情况的垂直出射不同，其具有扩展或者一边 扫描一边照射测定对象物19。在测定对象物19反射的光的反射光束20通过聚光镜16而 聚光从而在固体拍摄元件17上成为光点像。另外，19a表示在近距离且相对于发光元件11 的光轴的左侧处的测定对象物，19b表示在远距离且右侧处的测定对象物。而且，由20a表
12示在近距离且左侧的测定对象物19a反射的反射光束，由20b表示在远距离且右侧的测定 对象物19b反射的反射光束。 从图2可知，反射光束20对固体拍摄元件17的入射角根据上述测定对象物19的 位置而变化，在固体拍摄元件17上成像的光点的位置移动。从而，通过检测固体拍摄元件 17上的光点的成像位置，能够确定测定对象物19所存在的方向。 此外，图2中基于反射光而确定测定对象物19所存在的方向，但图3表示用于确 定发光元件其本身所存在的方向的光源方向检测装置的结构。在图3中，从发光元件21射 出的光的出射光束22通过聚光镜23聚光而在固体拍摄元件24上成为光点像。此时，根据 发光元件21的位置而对固体拍摄元件24的入射角变化，在固体拍摄元件24上成像的光点 位置移动。从而，通过检测在固体拍摄元件24上的光点的成像位置，能够确定发光元件21 所存在的方向。 另外，本发明的光点位置检测装置构成为除了图1 图3所示的结构(图1中， 与图2、3所示的结构对应的部分)之外，包括用于存储固体拍摄元件17、24中的各个像素 的像素数据的存储器单元；基于上述存储器单元中存储的像素数据，运算在固体拍摄元件 17、24上成像的光点的位置的运算处理单元；控制发光元件11、21、固体拍摄元件17、24、上 述存储器单元以及上述运算处理单元从而进行光点位置检测的控制单元。但是，上述存储 器单元、上述运算处理单元以及上述控制单元没必要一定与发光元件11、21、投光镜12、聚 光镜16、23以及固体拍摄元件17、24构成为一体。 若将搭载了该光点位置检测装置的上述光学式测距装置、上述光学式方向检测装 置、以及上述光源方向检测装置等部件定义为"光部件"，则其概念还包括在搭载了上述各 元件11、21、17、24以及各个镜12、16、23的光部件侧有存储器单元、运算处理单元、以及控 制单元的情况；以及将该光部件用的存储器单元、运算处理单元以及控制单元作为该光点 位置检测装置的上述存储器单元、上述运算处理单元以及上述控制单元来使用的情况。
如上那样，该光点位置检测装置其用途多样，以下，说明最一般的在图1所示的反 射型的光学式测距装置中使用的情况。其中，在图l所示的反射型的光学式测距装置中包 括存储固体拍摄元件17中的各个像素的像素数据的存储器单元25 ;对来自固体拍摄元件 17的像素数据进行A/D变换从而发送给存储器单元25的A/D变换单元26 ;基于在存储器 单元25中存储的像素数据(数字值)，运算在固体拍摄元件17上成像的光点的位置，并根 据该运算结果计算至测定对象物14的距离的运算处理单元27 ;以及控制发光元件11、固体 拍摄元件17、存储单元25以及运算处理单元27从而进行光点位置检测的控制单元28。但 是，如上那样，存储器单元25、运算处理单元27以及控制单元28也可以使用该光学式测距 装置(光部件)用的存储器单元、运算处理单元以及控制单元。 图4(a)、(b)表示在图1中在上述固体拍摄元件17上成像的上述光点的状态(图 4(a) 、 (b)中上段)、和上述光点在图中水平方向上呈现最大幅度的位置时的向上述水平方 向的受光强度的分布(图4(a)、 (b)中下段)。其中图4(a)表示测定对象物14在远距离 时的成像状态。另一方面，图4(b)表示测定对象物14在近距离时的成像状态。
另外，图4(a)、 (b)各自的下段所表示的受光强度分布是由与上述固体拍摄元件 12中的像素单元31的各个像素对应且存储在存储器单元25的存储单元中的像素数据来表 示的，x轴是像素单元31中的上述水平方向上的位置(像素顺序)，y轴表示各存储单元中的像素数据(数字值)的比特数。图中虚线32是存储器单元25的饱和等级，在8比特的 情况下该饱和等级相当于256等级。 在图4(a)中，在上述像素单元31中的与发光元件11近的侧形成光点33。存储 器单元25中存储的像素数据不达到饱和等级32而光点理想地被检测，光点位置"xO"被检 测。同样，在图4(b)中，在固体拍摄元件17的像素单元31中的与发光元件11远侧形成光 点34。在测定对象物14处于近距离的情况下入射角变大，因此对受光镜16的入射角相对 于图4(a)变大。因此，不像图4(a)的情况那样成为真正的圆形，而成为变形的点形状。在 图4(b)中也与图4(a)的情况相同，存储在存储器单元25的像素数据无论在哪个像素都不 达到饱和等级32，处于理想的光点形状的测量状态，光点位置"x0"被检测。
如5(a)-5(d)表示搭载了具有上述结构的光点位置检测装置的光学式测距装置 的动作定时图。其中，图5(a)表示发光元件11的驱动信号，图5(b)表示固体拍摄元件17 的快门驱动(曝光)信号，图5 (c)表示从像素单元31至存储器单元25的读取信号，图5 (d) 表示测距结果的输出信号，在本光学式测距装置的动作定时图中，像素单元31的全部像素 和存储器单元25的全部存储单元进行相同的动作。 此外，图6和图7是用于说明根据图5 (a) _5 (d)所示的定时图， 一边从像素单元31 中的任意的l行的像素中除去环境光一边进行的信号光的累积计算动作的图。在图6和图 7中，图中，左侧表示像素单元31的上述像素行的状态，右侧表示与上述像素行对应的存储 器单元25的存储单元的状态。无论在哪一方，都是从上部向下方经过时间。这里，在上述像 素行的状态下，横轴是像素的位置(像素顺序)，纵轴表示各个像素中的受光量。此外，在上 述存储单元的状态下，横轴是存储单元(像素)的位置(像素顺序)，纵轴表示各个存储单 元(各个像素)的被积累运算的像素数据(数字值)的比特数。以下，利用图5(a)-5(d) 图7，详细说明本光学式测距装置的动作。 首先，在第l帧的定时(a)中，如图5(a)所示那样发光元件11发光，同时，如图 5(b)所示那样固体拍摄元件17的快门被放开而曝光与发光时间相同的时间，并将入射光 变换为电荷而积累。该状态是图6中的像素单元31侧的图6(al)，通过经由聚光镜16而入 射到像素单元31的"从发光元件11射出而在测定对象物14b反射的信号光(Sl)和环境光 (Nl)的两者"而形成光点。此时，在存储器单元25侧，由于是初始状态，因此如图6(a2)那 样，像素数据不被存储。 接着，如图5(c)所示，在定时(b)中，从上述控制单元28对固体拍摄元件17和存 储器单元25输出读取信号，且如图6(al)那样在像素单元31中作为电荷而积累的像素数 据通过A/D变换单元26而变换为数字值，且如被施加了阴影的箭头和图6 (b2)所示那样在 存储器单元25中被进行加法运算。此后，如图6(bl)所示，积累在像素单元31中的像素数 据(电荷)被清除。 接着，在定时(c)中，如图5(a)所示那样发光元件ll未被驱动，但如图5(b)所示 那样固体拍摄元件17被曝光，从而仅仅由于环境光(Nl)而形成光点。该状态是图6中的 像素单元31侧的图6(cl)，在存储器单元25侧，如图6(c2)所示那样保持"信号光(Sl) + 环境光(Nl)"的状态。 接着，在定时(d)中，如图5(c)所示那样，从上述控制单元28对固体拍摄元件17 和存储器单元25输出读取信号，并如图6(cl)所示那样在像素单元31中作为电荷而积累的像素数据如白色的箭头和图6(d2)所示那样从存储器单元25进行减法运算。此后，如图 6(dl)所示，积累在像素单元31中的像素数据被清除。 这里，上述环境光的时间性抖动是微小的。因此，能够将图6(al)中的环境光强度 和图6(cl)中的环境光强度设为相同，并如图6(d2)所示那样，通过存储器单元25中的图 6(c2)所示的状态减去在像素单元31中积累的环境光(Nl)的受光量，从而在存储器单元 25中仅残留信号光分量S1。 在该状态下，在上述环境光弱，且反射信号光充分大的情况下，通过1帧的动作就 能够判别像素单元31上的光点的位置。但是，通常的情况下，通过一次动作是不可能判别 上述光点的位置。这是因为存在如下的理由如本申请那样实现了光点位置检测装置的小 型化的情况下，由于聚光镜16被小型化因此信号光的受光量减少；由于分辨率大因此通过 减小像素尺寸而每一个像素的信号量减少；从远距离到来的光的光量是微弱的；为了提高 耐环境光性且为了防止像素单元31的饱和，需要减少曝光时间等。因此，如图5(a)-5(d)
和图6 (el) 、 (e2) 图7 (il) 、 (i2)所示那样，第2帧、第3帧.....第n帧重复与上述的第
1帧的动作相同的动作，从而积累运算信号光分量。 通过这样动作，如图7(j2)所示，存储器单元25中能够仅对信号光分量积累 (E Sn = S1+S2+. . . Sn)积累运算次数。由此，无论是小型的光点位置检测装置，是远距离 的测定对象物14，还是环境光强的情况下，都能够高精度地检测反射光点的位置。此外，如 图6和图7所示，由于能够在存储器单元25中对由像素单元31检测的像素数据进行加法 运算或减法运算从而进行积累运算，因此，无需对每个像素准备对各个帧积累各个像素数 据的存储器就能够实现固体拍摄元件17的小型化。 这里，若上述存储器单元25中可写入的最大受光量的比特数充分大，可写入总的 受光量范围，则能够在图4(a)、(b)的状态下理想地运算点位置。但是，存储器单元25中的 最大存储比特数是6比特 8比特程度，最多是256等级程度。相对于此，反射光的光密度 与距离的二次方成比例地衰减，且测定对象物(反射物)14的反射率也多样。因此，在至测 定对象物14的距离是近距离的情况或者测定对象物14的反射率是高反射率的情况下，考 虑到若能够表现受光量的比特数是8比特，则导致存储器单元25饱和。
图8(a) 、 (b)与图4(a) 、 (b)的情况相同，表示在上述固体拍摄元件17的像素单 元31上成像的上述光点的状态(图8(a)、 (b)中上段)，和在上述光点在图中水平方向上 呈现最大宽度的位置的对上述水平方向的受光强度的分布(图8(a)、(b)中下段)。但是， 图8(a)表示测定对象物14在远距离的情况下的成像状态。另一方面，图8(b)表示测定对 象物14在近距离的情况下的成像状态。 另外，图8(a)、 (b)各自的下段所示的受光强度分布是由与上述固体拍摄元件17 中的像素单元31的各个像素对应的存储在存储器单元25的存储单元中的像素数据表示，x 轴是像素单元31中的上述水平方向上的位置(像素顺序)，y轴表示各个存储单元中的像 素数据(数字值)的比特数。图中虚线32是存储器单元25的饱和等级。由图8(a)、(b)可 知，在存储器单元25的像素数据饱和的情况下，存储为一定值而受光强度分布形状变形。
图9(a)-9(d)表示考虑到这样上述存储器单元25的像素数据饱和的情况时的该 光学式测距装置的定时图。如图9(c)所示，例如在第1帧中存储器单元25的任意存储单 元饱和了的情况下，从控制单元28对固体拍摄元件17和存储器单元25不输出读取信号。由此，在第2帧以后，虽然通过像素单元31检测到光点，但不进行对存储器单元25的像素 数据的传输、加法运算。从而，如图10(a) 、 (b)所示，光点36、37的形状和受光强度分布的 形状不变形就能够运算光点位置。另外，对存储器单元25饱和的检测，例如能够通过由控 制单元28监视在存储器单元25中的各个像素数据而进行。 此时，若如上述那样，不执行上述存储器单元25饱和的帧以后的帧，在检测到存 储器单元25的饱和的时刻直接输出测距结果作为测定完成，则如图ll(a)所示，通过存储 器单元25的饱和状态而输出测距结果的定时成为随机，在获取该光学式测距装置的输出 而控制电子设备的情况下，难以判别上述电子设备侧所获取的该光学式测距装置的输出数 据是在哪个时间带下的测距结果的数据，导致不方便使用。 相对于此，如图9(a)-9(d)所示的定时图那样，在存储器单元25饱和后也在规定 的时间执行以后的帧，从而如图1Kb)所示，能够将输出测距结果的定时设为一定，获取测 距结果的输出而进行的上述电子设备的控制变得容易。此外，如上所述，由于停止从控制单 元28对固体拍摄元件17和存储器单元25的读取信号的输出动作，因此能够减少功耗的浪费。 在图9(a)-9(d)所示的该测距装置的定时图中，在存储器单元25饱和后，如图 9(a)所示那样发光元件ll也继续发光，如图9(b)所示那样固体拍摄元件17被曝光。但是， 本发明并不限定于此，还可以如图12(a)-12(d)所示的定时图那样停止固体拍摄元件17的 曝光动作，也可以如图13(a)-13(d)所示的定时图那样停止发光元件ll的发光动作和固体 拍摄元件17的曝光动作两者。从低耗电的观点出发可知图13(a)-13(d)的控制动作最好。
但是，图10(a)、 (b)所示的上述存储器单元25中的像素数据的饱和状态是第 1帧中在存储器单元25中存储的像素数据稍微超过了饱和等级的状态，但在通过发光元 件11的一次发光动作而存储在存储器单元25中的像素数据大大超过了饱和等级的情况 下，即使如图9(a)-9(d)、图12(a)-12(d)以及图13(a)-13(d)所示那样停止以后的帧，存 储器单元25中的像素数据的存储状态也成为如图8(a)或8(b)的下段所示那样的剖面 (profile)。此时，根据存储器单元25中的像素数据饱和的像素的周边像素的像素数据，能 够推测与像素数据饱和的像素有关的点形状，能够检测光点位置。 具体来说，如图8(a)所示，在测定对象物14在远距离的情况下，在下段所示的光 点38中的对图中水平方向的受光强度的分布中，像素数据饱和的像素的两边的斜率大致 左右对称。相对于此，如图8(b)所示，在测定对象物14在近距离的情况下，在下段所示的 光点39中的对图中水平方向的受光强度的分布中，反射光束15a对固体拍摄元件17的入 射角变大，因此像素数据饱和的像素的两侧的斜率相对于峰值位置左右不同。该受光强度 分布的形状由聚光镜16来决定，因此根据像素数据饱和的像素的周边像素中的受光强度 分布的剖面形状，能够通过运算容易求出点位置。 此外，在由于上述发光元件11的一次的发光动作而存储器单元25中存储的像素 数据大大超过了饱和等级的情况下的、光点位置的运算方法不仅是上述那样，还能够根据 在固体拍摄元件17上形成的光点的像素数据在存储器单元25上饱和的像素的集合体(以 下称为饱和像素部)的形状来求出。 具体来说，在如图8 (a)所示那样测定对象物14在远距离的情况下，上段所示的光 点38中的上述饱和像素部40是大致圆形。相对于此，在测定对象物14处于近距离的情况下，上段所示的光点39中的上述饱和像素部41由于与上述相同的理由而从真正的圆形成 为歪斜的形状。该形状由聚光镜16来决定，因此能够根据该饱和像素部的形状容易求出光 点位置。 如上所述，即使在上述存储器单元25中存储的像素数据大大超过了饱和等级的 情况下也能够检测上述光点位置。由此，在由于控制单元28用的程序受到制约而难以控制 将在存储器单元25中饱和的帧以后的帧停止的情况下，也可以在存储器单元25饱和时，将 与存储器单元25的存储值饱和的存储单元有关的像素数据固定为饱和值，仅对有关其他 存储单元的像素数据进行加法运算处理或减法运算处理。 以下，说明上述控制单元28的对存储器单元25的像素数据的积累运算处理的变 形例。 在该变形例中，对于上述存储器单元25中的像素数据饱和的存储单元，与在以后 的帧中，如图6和图7中说明的那样对像素单元31中积累的包括环境光的信号光的像素数 据进行加法运算，并仅减去环境光的像素数据的情况相反，控制为对前者进行减法运算，对 后者进行加法运算。另一方面，对于像素数据没有饱和的存储单元，如通常那样控制为对前 者进行加法运算，对后者进行减法运算。由此，如图14(a) 、 (b)所示，像素数据饱和的存储 单元的像素数据在以后的每个帧中减少信号光量的量。另一方面，像素数据没有饱和的存 储单元如通常那样被积累运算(加法运算)信号光量的量。 其结果，如图14(a) 、 (b)的下段所示，受光强度分布的形状成为在饱和等级32中 反转了超过饱和等级32的部分的形状的形状。由此，根据存储在存储器单元25中的像素 数据能够高精度地检测呈现最大受光量的像素的位置，与图8(a)、 (b)中说明的基于存储 器单元25中存储的像素数据大大超过了饱和等级32的情况下的光点形状或受光强度分布 的形状的光点位置检测方法相比，由于不破坏超过上述饱和等级的部分的受光强度分布， 因此可更加正确地测距。 此时，对于上述存储器单元25中的像素数据饱和的存储单元，与通常相反，减去 积累在像素单元31的包含环境光的信号光的像素数据，并仅加法运算环境光的像素数据 的结果，像素数据成为0的情况下，如通常那样，对积累在像素单元31中的包含环境光的信 号光的像素数据进行加法运算，另一方面减去仅是环境光的像素数据，从而如图15(a)、(b) 的下段所示，受光强度分布的形状成为在饱和等级32反转了超过饱和等级32的部分的形 状，且进一步在0等级42反转了 0等级42以下的部分的形状的形状。由此，根据存储在存 储器单元25中的像素数据能够精确地检测呈现最大受光量的像素的位置。根据对该存储 器单元25的像素数据的积累运算处理，通过重复在上述饱和等级32下的反转和上述0等 级42下的反转，理论上可检测无限宽的动态范围的光点。 进一步说明上述控制单元28进行的向存储器单元25的像素数据的积累运算处理 的其他变形例。 如上所述，在上述固体拍摄元件17在像素单元31上形成的光点的位置根据至测 定对象物14的距离而移动，因此如图4(a) 、 (b)各自所示，远距离的情况下光点形成在像素 单元31上的接近发光元件11侧，近距离的情况下位于发光元件11的远侧。因此，在该变 形例中，利用根据至测定对象物14的距离而像素单元31上的光点的位置变动的情况，活用 像素单元31上的不入射反射光的像素，得到超过存储器单元25的饱和等级32的部分的受
17光强度分布的形状。 具体来说，在如图16(a)所示那样测定对象物14处于远距离的情况下，在像素单 元31上的图中右侧的区域不入射反射光，即使重复上述像素数据的积累运算，与该区域对 应的存储器单元25的存储单元的像素数据量保持O。因此，在本变形例中，在控制单元28 检测到受光强度分布的峰值达到了存储器单元25的饱和等级32时，此后，控制单元28分 配上述像素数据量保持0的存储区域作为用于对超过了存储器单元25的饱和等级32的像 素的像素数据进行积累运算的区域(积累运算存储区域)。其结果，对上述积累运算存储区 域积累运算受光强度分布的峰值超过了饱和等级32的像素的以后的像素数据。
由此，与图14(a)、 (b)和图15(a)、 (b)的情况相同，能够得到超过了饱和等级32 的部分的受光强度分布的形状，通过根据存储在存储器单元25的像素数据高精度地检测 呈现最大受光量的像素的位置，可进行更正确的测距。另外，图16(b)表示测定对象物14 处于近距离的情况，但除了像素单元31上的不入射反射光的区域与图16(a)的情况左右相 反之外，与上述的情况相同。 如上那样，在本实施方式中，将从上述发光元件11射出而在测定对象物14反射的 信号光和环境光作为电荷积累在固体拍摄元件17的像素单元31，并将积累在像素单元31 上的像素数据变换为数字值而对存储器单元25进行加法运算，并清除积累在像素单元31 的像素数据，且不驱动发光元件11而在像素单元31上仅积累环境光，并将积累在像素单元 31的像素数据变换为数字值而从存储器单元25减去，并清除积累在像素单元31的像素数 据，并将这样的帧动作重复n帧，由此在存储器单元25中仅积累信号光的像素数据。由此， 无论是小型的光点位置检测装置，是远距离的测定对象物14，还是在环境光强的情况下，都 能够高精度地检测像素单元31上的反射光点的位置。 此时，与在上述存储器单元25中存储的像素单元31上的任意的像素有关的像素 数据饱和了的情况下，在以后的帧中，停止发光元件11的发光、或者停止固体拍摄元件17 的曝光，或者停止对存储器单元25传输像素数据。由此，将由于像素数据饱和而引起的受 光强度分布形状的破坏限制在一个帧量的最小限度，即使在存储器单元25中像素数据饱 和的情况下也能够基于受光强度分布形状运算光点位置。其结果，能够检测从近距离至远 距离的入射光的光点位置。此外，由于不进行对存储器单元25的像素数据的不需要的积累 运算，因此能够防止存储器单元25中的每个存储单元的比特数增大。此外，能够减少功耗 浪费。 而且，在上述存储器单元25饱和后也规定的时间在形式上执行以后的帧，从而能 够与存储器单元25的饱和/非饱和无关地将测距结果的输出定时设为一定，能够容易进行 通过获取测距结果的输出而进行的上述电子设备的控制。 此外，在变形例中，仅对上述存储器单元25中的像素数据饱和的像素，在以后的 帧中，减去包含环境光的信号光，另一方面加上环境光。从而，将存储器单元25中积累运算 的受光强度分布的形状设为超过了饱和等级32的部分的形状在饱和等级32上反转了的形 状。而且，对于存储器单元25中的像素数据饱和了的存储单元，在以后，减去包含环境光的 信号光，并加上了环境光的结果，像素数据成为0的情况下，对像素数据成为0的存储单元， 加上包含环境光的信号光，并减去环境光。这样，将基于积累在存储器单元25中的像素数 据的受光强度分布的形状设为，在饱和等级32下反转超过了饱和等级32的部分的形状，进一步在0等级42下反转了小于0等级42的部分的形状的形状。从而，超过了饱和等级32 的部分和小于0等级42的部分的受光强度分布能够在饱和等级32或0等级42反转的状 态下保持，基于该被反转的受光强度分布的形状，能够进行正确的测距。
此外，在其他的变形例中，在上述受光强度分布的峰值超过了存储器单元25的饱 和等级32的情况下，在以后的帧中，作为对超过了与存储器单元25中的饱和等级32的存 储单元有关的像素数据进行积累运算的上述积累运算存储区域，分配完全没有存储上述像 素数据的区域。这样，在以后的帧中，使受光强度分布的峰值达到了饱和等级32的存储单 元的像素数据对上述积累运算存储区域进行积累运算。从而，能够得到超过了饱和等级32 的部分的受光强度分布的形状，根据存储在存储器单元25的像素数据高精度地检测呈现 最大受光量的像素的位置，能够进一步正确地进行测距。 另外，在本实施方式中，说明了将本发明的光点位置检测装置应用于图l所示的 反射型的光学式测距装置的情况。但是，本发明并不限定于此，也可以应用于图2所示的上 述光学式方向检测装置而确定测定对象物19所在的方向。此外，也可以应用于图3所示的 上述光源方向检测装置而确定发光元件21所在的方向。
參第2实施方式 在本实施方式中，与上述第1实施方式的情况相同，以将本光点位置检测装置应
用于图l所示的反射型的光学式测距装置的情况为例进行说明。此外，本光学式测距装置
的结构与图1所示的光学式测距装置相同，以下的说明还利用图1来进行。 图17(a) 、 (b)是用于说明本实施方式的对于固体拍摄元件17中的像素单元31的
曝光方法的图。此外，图18(a)-18(d)表示搭载了本光点位置检测装置的光学式测距装置
的动作定时图。 在上述第1实施方式中，在将从发光元件11射出而在测定对象物14上反射的包 含环境光的信号光、与仅环境光，由固体拍摄元件17的像素单元31变换为电荷而积累的情 况下，同时曝光像素单元31中的全部像素。 相对于此，在本实施方式中，在将包含上述环境光的信号光积累在像素单元31的 情况、以及仅将环境光积累在像素单元31的情况下，曝光像素单元31中的不同的像素。以 下，以图17(a)所示的曝光方法的情况为例，具体进行说明。 首先，与上述第1实施方式的情况相同，如图18(a)所示，在定时(a)中，与上述发 光元件11的发光同步地，如图18(b)所示那样打开固体拍摄元件17的快门而曝光。此时， 在本实施方式中，仅曝光在图17(a)中由阴影表示的偶数行(或奇数行)的像素。接着，如 图18(b)所示，在发光元件ll不被驱动的定时(b)，曝光在图17(a)中没有被施加阴影的奇 数行(或偶数行)的像素。由此，在互相不同的像素行进行包含上述环境光的上述信号光 的检测以及仅上述环境光的检测。 接着，在图18(c)所示的定时(c)，积累在上述像素单元31的像素数据通过A/D变 换单元26被A/D变换而传输、加法运算到存储器单元25。此时，在图17(a)中，例如(像素 (B行、01列)的像素数据)_(像素(A行、01列)的像素数据)、(像素(B行、02列)的像
素数据)-(像素(A行、02列)的像素数据).....(像素(D行、01列)的像素数据)-(像
素(C行、01列)的像素数据)、...这样，在互相向一个方向相邻而成对的"检测了包含上 述环境光的上述信号光的像素"和"仅检测了上述环境光的像素"中，从前者的像素数据减去后者的像素数据。然后，将该减法运算值传输、加法运算至存储器单元25的对应的存储 单元。 如可进行上述那样的像素数据传输加法运算处理那样构成上述固体拍摄元件17、 存储器单元25以及控制单元28，从而无需在存储器单元25上设置与像素单元31的全部像 素对应的数量的存储单元，可以对上述成对的2个像素设置一个存储单元。因此，存储器单 元25整体的容量能够减少一半。而且，如图18(c)所示，从像素单元31对存储器单元25
的读取信号的输出在每个帧中进行一次即可。由此，能够降低本光点位置检测装置的功耗。
但是，如上所示，为了将上述存储器单元25中的上述存储单元的数量减半，存在 像素单元31上的光点位置的分辨率降低的顾虑。从而，如图l和图4(a)、(b)所示，根据至 测定对象物14的距离的变化而在像素单元31上光点的位置变化的方向是一维方向，例如 在图17(a)上是左右方向。由此，若将上述应成对的2个相邻像素选择在与上述光点的位 置变化的方向正交的方向，例如在图17(a)上选择为上下方向，则不会由于伴随至测定对 象物14的距离的变化的光点的移动而漏掉像素，分辨率不会下降。 在上述中，以图17(a)所示的曝光方法的情况为例说明了对于上述像素单元31的 曝光方法，但本发明并不限定于此。 g卩，如图17(b)所示，对于上述像素单元31的像素排列，检测包含上述环境光的上 述信号光的像素、以及仅检测上述环境光的像素也可以描绘着方格纹而曝光。此时，也与图 17(a)的情况相同，在互相向一个方向相邻而成对的"检测了包含上述环境光的上述信号光 的像素"和"仅检测了上述环境光的像素"中，从前者的像素数据减去后者的像素数据。具 体来说，如(像素(A行、01列)的像素数据)-(像素(B行、01列)的像素数据)、(像素(B
行、02列)的像素数据)-(像素(A行、02列)的像素数据).....(像素(C行、01列)的
像素数据)_(像素(D行、01列)的像素数据)这样进行减法运算。然后，将该减法运算值 传输、加法运算至存储器单元25的对应的存储单元中。 而且，在图17(b)中，根据至测定对象物14的距离的变化而在像素单元31上光点 的位置变化的方向也是一维方向，在图17(b)上是左右方向。由此，若在与上述光点的位置 变化的方向正交的方向、即在图17(b)中上下方向上选择上述应成对的2个相邻像素，则不 会由于伴随至测定对象物14的距离的变化的光点的移动而漏掉像素，分辨率不会下降。另 外，若上述光点位置变化的方向在图17(b)上是上下方向，则应该在图17(b)中左右方向上 选择上述应成对的2个相邻像素。 如上所述，在本实施方式中，将在上述固体拍摄元件17的像素单元31上矩阵状 排列的像素分类为互相在一个方向上相邻成对的"检测包含上述环境光的上述信号光的第 1像素"和"仅检测上述环境光的第2像素"。此外，与发光元件11发光的定时同步而曝光 上述第1像素，另一方面，在发光元件11不发光的定时曝光上述第2像素，并将从对上述第 1像素上积累的像素数据减去了对上述第2像素积累的像素数据之后的像素数据的数字值 存储在存储器单元25的与上述一对像素对应的存储单元。 由此，无需在上述存储器单元25上设置与像素单元31的全部像素对应的数量的 存储单元，能够将存储器单元25整体的容量减半。而且，由于从像素单元31到存储器单元 25的读取信号的输出在各个帧中进行一次即可，因此能够降低本光点位置检测装置的功 耗。
另外，在本实施方式的情况下，也与上述第1实施方式的情况相同，重复上述的帧 动作n帧，从而在存储器单元25上仅积累运算信号光的像素数据，从而无论是小型的光点 位置检测装置，是远距离的测定对象物14，还是环境光强的情况下，都能够高精度地检测像 素单元31上的反射光点的位置。 此时，与上述第1实施方式的情况相同，在上述存储器单元25中存储的像素数据 饱和了的情况下，在以后的帧中，至少停止发光元件ll的发光、固体拍摄元件17的曝光、 对存储器单元25的像素数据的传输中的一个，从而将像素数据饱和而引起的受光强度分 布形状的破坏限制为一个帧量的最小限度即使在存储器单元25中的像素数据饱和的情况 下，也能够进行基于受光强度分布形状的光点位置的运算。 但是，如上所述那样，将上述各个实施方式中的光点位置检测装置应用于光学式 测距装置、光学式方向检测装置以及光源方向检测装置则有效。而且，由于利用固体拍摄元 件17因此可进行小型化，在应用于上述光学式测距装置的情况下，优选例如安装在附带照 相机的便携电话或数字照相机等而提供自动聚焦用的测距值。此外，在应用于上述光学式 方向检测装置的情况下，优选例如安装在液晶显示器等而检测有没有人存在从而对监视器 电源进行开启/关闭控制。此外，在适用于上述光源方向检测装置的情况下，优选例如确定 空气压縮机等的空调设备或视频设备的遥控器(光源)的角度和位置从而将设备对光源方 向控制为优选条件。 另外，上述各个实施方式的上述存储器单元25的饱和等级32不一定是各个存储 单元由像素数据而完全饱和的最大比特，也可以作为设定为比上述最大比特小一定比特数 的阈值。此时，将饱和等级32设定为在通过发光元件11的一次发光动作而在存储器单元 25存储图像数据时，不会因环境光分量而该图像数据超过上述存储单元的最大比特的值为 好。 以上，说明了本发明的实施方式，但应该明白本发明的实施方式可以进行各种变 更。这样的变更不应看做脱离本发明的精神和范围，对于本领域技术人员来说是明显的变 更全部包含在权利要求的范围中。
2权利要求
一种光点位置检测装置，其特征在于，包括发光元件；聚光镜，对从上述发光元件放射的光束、或者、上述光束被物体反射的反射光束进行聚光；固体拍摄元件，形成由上述聚光镜聚光的上述光束或上述反射光束的光点；像素单元，包括设置在上述固体拍摄元件，且检测上述光点而变换为与受光量对应的像素数据的像素；数字变换单元，将上述像素单元中的各个像素的像素数据变换为数字值；存储器单元，将通过上述数字变换单元变换为数字值的像素数据存储在与上述像素单元的各个像素对应的存储单元中；运算处理单元，基于存储在上述存储器单元的数字的像素值，运算上述像素单元上的上述光点的位置；以及控制单元，控制上述发光元件、上述固体拍摄元件、上述存储器单元以及上述运算处理单元，检测在上述固体拍摄元件上形成的上述光点的位置，上述控制单元将以下动作作为一帧控制上述发光元件使其发光设定时间；控制上述固体拍摄元件，使其与上述发光元件的发光同步地、以及使其与上述发光元件的发光不同步地，曝光上述设定时间；以及控制上述固体拍摄元件以及上述存储器单元，在上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光同步地曝光了上述设定时间时，将由上述像素单元得到的各个像素的像素数据加法运算到上述存储器单元的上述对应的各个存储单元，另一方面在上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光非同步地曝光了上述设定时间时，从上述存储器单元的上述对应的各个存储单元减法运算由上述像素单元得到的各个像素的像素数据，从而使各个存储单元存储仅是由从上述发光元件放射的光或该光被上述物体反射的反射光构成的信号光的像素数据，上述控制单元控制上述发光元件、上述固体拍摄元件以及上述存储器单元，从而将上述帧的动作重复一定帧量，从而使上述存储器单元的各个存储单元积累运算仅是上述信号光的像素数据，上述控制单元控制上述运算处理单元，使其基于在上述存储器单元的各个存储单元中积累运算而存储的仅是上述信号光的像素数据，运算上述像素单元上的上述光点的位置，从而与上述存储器单元的上述各个存储单元是否由上述像素数据而饱和无关地，输出上述一定帧数量的上述光点的位置信息。
2. 如权利要求1所述的光点位置检测装置，其特征在于，在上述存储器单元中的上述各个存储单元中的任何一个由上述信号光的像素数据饱和了的情况下，上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，以使在以后的帧中，不进行对于上述存储器单元的上述存储单元的上述加法运算和上述减法运算，从而保持在上述饱和状态下的上述存储单元的像素数据。
3. 如权利要求1所述的光点位置检测装置，其特征在于，在上述存储器中单元的上述各个存储单元中的任何一个由上述信号光的像素数据饱和了的情况下，上述控制单元控制上述固体拍摄元件，以使在以后的帧中，不进行上述固体拍摄元件的上述曝光。
4. 如权利要求1所述的光点位置检测装置，其特征在于，在上述存储器单元中的上述各个存储单元中的任何一个由上述信号光的像素数据饱 和了的情况下，上述控制单元控制上述发光元件，以使在以后的帧中，使上述发光元件不发光。
5. 如权利要求2至4的任一项所述的光点位置检测装置，其特征在于， 上述运算处理单元基于位于上述存储器单元中的由上述信号光的像素数据饱和的上述存储单元的周围的上述存储单元的像素数据，求出与上述饱和的存储单元对应的上述像 素单元的像素的周围的受光强度分布的形状，并利用该受光强度分布的形状运算上述像素 单元上的上述光点的位置。
6. 如权利要求2至4的任一项所述的光点位置检测装置，其特征在于， 上述运算处理单元基于上述存储器单元中的由上述信号光的像素数据饱和的上述存储单元，求出与上述饱和的存储单元对应的上述像素单元的像素的集合体的平面形状，并 利用该平面形状运算上述像素单元上的上述光点的位置。
7. 如权利要求1所述的光点位置检测装置，其特征在于，上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，使得在上述存储器单元中的 上述各个存储单元由上述信号光的像素数据饱和的情况下，关于与上述饱和了的存储单元 对应的上述像素单元的像素的像素数据，是在使上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光 同步曝光了上述设定时间时由上述像素单元得到的各个像素的像素数据的情况下，从上述 存储器单元的上述对应的各个存储单元减法运算，另一方面，是在使上述固体拍摄元件与 上述发光元件的发光非同步曝光上述设定时间时由上述像素单元得到的各个像素的像素 数据的情况下，对上述存储器单元的上述对应的各个存储单元进行加法运算。
8. 如权利要求7所述的光点位置检测装置，其特征在于，上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，使得在从上述存储器单元的 上述存储单元减法运算在与上述发光元件的发光同步曝光了上述固体拍摄元件时的像素 数据，并对上述存储器单元的上述存储单元加法运算在与上述发光元件的发光非同步曝光 了上述固体拍摄元件时的像素数据时，在上述存储器单元中的上述各个存储单元中存储的 像素数据成为零的情况下，关于与上述成为零的存储单元对应的上述像素单元的像素的像 素数据，是使上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光同步曝光了上述设定时间时由上述 像素单元得到的各个像素的像素数据的情况下，对上述存储器单元的上述对应的各个存储 单元进行加法运算，另一方面，是使上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光非同步曝光 了上述设定时间时由上述像素单元得到的各个像素的像素数据的情况下，从上述存储器单 元的上述对应的各个存储单元减法运算。
9. 如权利要求1所述的光点位置检测装置，其特征在于，上述控制单元控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元，使得在上述存储器单元中的 上述各个存储单元由上述信号光的像素数据饱和的情况下，将应存储在上述饱和了的存储 单元的像素数据存储在与上述像素单元上的完全没有形成上述光点的区域的像素对应的 上述存储器单元的存储单元中。
10. 如权利要求1至4、7至9的任一项所述的光点位置检测装置，其特征在于，上述控制单元在1帧中，控制上述固体拍摄元件的曝光动作，以使上述像素单元中的与上述发光元件的发光同 步曝光的第1像素和与上述发光元件的发光非同步曝光的第2像素互相不同，且为互相在 一个方向上相邻而成对的位置关系，控制上述固体拍摄元件和上述存储器单元的图像数据存储动作，以将从上述第1像素 的像素数据减法运算了上述第2像素的像素数据的结果存储在上述存储器单元的各个存 储单元中，将一帧中的对上述存储器单元的图像数据存储动作进行一次。
11. 一种光部件，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求10的任一项所述的光点位置检测装置；以及 基于由上述运算处理单元运算的上述像素单元上的上述光点的位置，运算包含与上述 物体或上述发光元件有关的距离和方向的位置信息的位置信息运算单元。
12. —种电子设备，其特征在于，包括上述权利要求11所述的光部件。
全文摘要
本发明涉及光点位置检测装置和包含其的光部件、以及包含该光部件的电子设备。在光点位置检测装置中，在1帧的动作中，在控制单元的控制下，将在固体拍摄元件与发光元件的发光同步曝光时由像素单元所得到的像素数据加法运算到存储器单元的对应的各个存储单元，另一方面，将在上述固体拍摄元件与上述发光元件的发光非同步曝光时由上述像素单元得到的像素数据从上述存储器单元的所述对应的各个存储单元中进行减法运算，从而在上述存储单元中存储仅是信号光的像素数据。将上述帧的动作重复一定帧量，在上述存储单元中积累运算仅是上述信号光的像素数据，基于在上述存储单元积累运算而存储的仅是上述信号光的像素数据，运算在上述像素单元上的上述光点的位置，从而与上述存储单元是否由于像素数据饱和无关地进行输出。
文档编号G01S3/784GK101793966SQ20101010950
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月3日 优先权日2009年2月3日
发明者和田秀夫 申请人:夏普株式会社