DE2920950C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Sensoreinrichtung, mit einem elektrische Ladungen erzeugenden Bildsensor, der intermittierend mit Lichtsignalen beaufschlagt wird, einer ersten und einer zweiten Speichereinrichtung zur Speicherung der vom Bildsensor erzeugten elektrischen Ladungen und einer Vergleichseinrichtung zur Erzeugung eines der Differenz zwischen den in der ersten und zweiten Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Ladungen entsprechenden elektrischen Ausgangssignals.

Aus der US-PS 39 04 818 ist eine optische Sensoreinrichtung dieser Art mit einem optoelektronischen Bildsensor bekannt, der intermittierend mit Licht beaufschlagt wird und hierbei entsprechende elektrische Ladungen erzeugt. Mit dem Bildsensor stehen zwei Speichereinrichtungen zur Speicherung der vom Bildsensor bei Beaufschaltung und ohne Beaufschlagung mit Licht jeweils erzeugten elektrischen Ladungen derart in Wirkverbindung, daß in der einen Speichereinrichtung die bei Lichteinfall erzeugten Signalanteile und in der anderen Speichereinrichtung die ohne Lichteinfall erzeugten sogenannten Dunkelstrom-Signalanteile zwischengespeichert werden. Über eine Vergleichseinrichtung kann der Dunkelstromanteil ausgewertet und bei hohen Dunkelstromwerten gegebenenfalls durch ein aus zugehörigen Sensorbereichen gebildetes Mittelwertsignal ersetzt werden.

Aus der US-PS 38 06 729 ist eine ähnliche optische Sensoreinrichtung mit einem ebenfalls intermittierend mit unterschiedlichen Lichtsignalen beaufschlagten optoelektronischen Bildsensor bekannt, bei dem die Vergleichseinrichtung zur Unterdrückung des Signalstöranteils die Differenz zwischen den in den beiden Speichereinrichtungen abgespeicherten elektrischen Ladungen ermittelt.

Bei der Signalauswertung erfolgt somit die Unterteilung einer Ausgangssignal-Abgabeperiode des Bildsensors in eine aktive Periode, in der die Beaufschlagung mit Lichtsignalen stattfindet, und eine passive Periode, in der der Bildsensor z. B. nur mit Umgebungslicht beaufschlagt wird, woraufhin die hierbei erhaltenen beiden Speicherwerte einem Vergleich bzw. einer Differenzermittlung unterzogen werden. Eine derartige Signalauswertung ist jedoch bei Änderungen etwa der Umgebungshelligkeit innerhalb der Ausgangssignal-Abgabeperiode des Bildsensors relativ ungenau, da dann z. B. in der aktiven Periode ein anderer umgebungshelligkeitsabhängiger Signalanteil als in der passiven Periode vorliegen kann, was bei der sich direkt anschließenden Differenzbildung zur Ermittlung des Dunkelstrom- bzw. Signalstöranteils dann starke Abweichungen zur Folge hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß eine hohe Signalauswertungsgenauigkeit erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Speicherzeit-Steuereinrichtung zur Steuerung der Ladungserzeugungszeit des Bildsensors, während der der Bildsensor die elektrischen Ladungen erzeugt, durch Einstellung der Ladungserzeugungszeit des Bildsensors auf eine Zeitdauer, in der die Lichtsignale mehrfach intermittierend erzeugt werden, so daß der Bildsensor mehrfach abwechselnd einen Zustand, in dem er mit den Lichtsignalen beaufschlagt und einen Zustand, in dem er nicht mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, in dieser Zeitdauer einnimmt, durch eine Eingabesteuereinrichtung, die jeweils in dem Zustand, in dem der Bildsensor von den Lichtsignalen beaufschlagt wird, die vom Bildsensor erzeugten elektrischen Ladungen integrierend in die erste Speichereinrichtung eingibt, und jeweils in dem Zustand, in dem der Bildsensor nicht mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, die vom Bildsensor erzeugten elektrischen Ladungen integrierend in die zweite Speichereinrichtung eingibt, und durch eine gesteuerte Ladungsverschiebungsschaltung, die die in der ersten und zweiten Speichereinrichtung gespeicherten Ladungen der Vergleichseinrichtung nach Ablauf der Ladungserzeugungszeit zuführt und die Vergleichseinrichtung zur Abgabe des der Differenz zwischen den in der ersten und der zweiten Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Ladungen entsprechenden Ausgangssignals ansteuert.

Auf diese Weise geht eine Vielzahl aktiver Perioden, in denen der Bildsensor jeweils mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, und eine Vielzahl passiver Perioden, in der der Bildsensor z. B. nur mit Umgebungslicht beaufschlagt wird, in jede einzelne Ladungserzeugungszeit des Bildsensors und damit in jede anschließende Differenzbildung ein, so daß aufgrund der in diesen aktiven und passiven Perioden erfolgenden Integration einer jeweiligen Anzahl genau quantisierter einzelner Signalanteile anschließend eine sehr genaue Differenzbildung erfolgen kann, die z. B. Änderungen der Umgebungshelligkeit innerhalb der Ladungserzeugungszeit des Bildsensors durch die erfolgte Quantisierung exakt Rechnung trägt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der optischen Sensoreinrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der optischen Sensoreinrichtung entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 Signalverläufe bei der Ansteuerung der optischen Sensoreinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 Potentialänderungen in der Schnittebene gemäß Fig. 2 bei der Ansteuerung der optischen Sensoreinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung zur Erzeugung der verschiedenen Signale gemäß Fig. 3,

Fig. 6 Signalverläufe bei der Steuerschaltung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der optischen Sensoreinrichtung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der optischen Sensoreinrichtung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der optischen Sensoreinrichtung,

Fig. 10 Signalverläufe bei der optischen Sensoreinrichtung gemäß Fig. 9,

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels der optischen Sensoreinrichtung gemäß Fig. 9, und

Fig. 12 Signalverläufe bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11.

Obwohl die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der optischen Sensoreinrichtung anhand einer ladungsgekoppelten Schaltungsanordnung veranschautlicht sind, ist das Funktionsprinzip der optischen Sensoreinrichtung gleichermaßen auch bei Photodioden mit Ladungskopplung oder Photodioden-Anordnungen anwendbar.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorvorrichtung gezeigt, wobei die Anzahl von Sensorelementen in einem optischen Geber- oder Fühlerbereich auf eins beschränkt ist. Zunächst werden anhand von Fig. 1 Aufbau und Anordnung unterschiedlicher Teile der Sensorvorrichtung beschrieben. In Fig. 1 ist ein Bildsensor mit PSD₁ bezeichnet. 1 ist ein Sensorelementebereich, der zur Erzeugung einer Ladung auf einfallendes Licht anspricht und einen Ladungserzeugungsbereich 1₁ hat. 1a ist eine Elektrode des Sensorelementebereichs 1, während 1b ein Spannungszufuhranschluß ist, der mit der Elektrode 1a verbunden ist und an den eine (in Zeile (a) gemäß Fig. 3 gezeigte) Photoschaltspannung V_P angelegt ist, um eine Potentialmulde im Ladungserzeugungsbereich 1₁ zu bilden; 2 und 3 sind ein erster bzw. zweiter Ladungsspeicherbereich zur Speicherung der vom Sensorelementebereich 1 erzeugten Ladung, die jeweils Speicherelemente 2₁ bzw. 3₁ haben, die dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ entsprechen; 2a ist eine Elektrode des ersten Ladungsspeicherbereichs 2, während 2b ein mit der Elektrode 2a verbundener Spannungszufuhranschluß ist; 3a ist eine Elektrode des zweiten Ladungsspeicherbereichs 3, während 3b ein mit der Elektrode 3a verbundener Spannungszufuhranschluß ist. An diese Anschlüsse 2b und 3b wird eine (in Zeile (b) gemäß Fig. 3 gezeigte) Spannung V_I angelegt, um eine Potentialmulde im jeweiligen ersten bzw. zweiten Speicherelement 2₁ bzw. 3₁ zu bilden; 4 und 5 sind ein erster und ein zweiter Eingabesteuerschaltungsbereich, die jeweils zwischen dem Sensorelementebereich 1 und dem ersten Ladungsspeicherbereich 2 bzw. zwischen dem Sensorelementebereich 1 und dem zweiten Ladungsspeicherbereich 3 angeordnet sind, um die Übertragung der vom Sensorelementebereich 1 erzeugten Ladung entweder zum ersten oder zum zweiten Ladungsspeicherbereich 2 bzw. 3 zu steuern; 4a ist eine Elektrode des ersten Eingabesteuerschaltungsbereichs 4, während 4b ein mit der Elektrode 4a verbundener Spannungszufuhranschluß ist; 5a ist eine Elektrode des zweiten Eingabesteuerschaltungsbereichs 5, während 5b ein mit der Elektrode 5a verbundener Spannungszufuhranschluß ist. An diese Anschlüsse 4b und 5b werden (in den Zeilen (c) bzw. (d) gemäß Fig. 3 gezeigte) Schaltimpulse ΦG bzw. Φ angelegt; 6 und 7 sind ein erster bzw. zweiter Verschiebungsschaltbereich zum jeweiligen Abnehmen der im ersten Ladungsspeicherbereich 2 bzw. zweiten Ladungsspeicherbereich 3 gespeicherten Ladungen; 6a ist eine Elektrode des ersten Verschiebungsschaltbereichs 6, während 6b ein mit der Elektrode 6a verbundener Spannungszufuhranschluß ist; 7a ist eine Elektrode des zweiten Verschiebungsschaltbereichs 7, während 7b ein mit der Elektrode 7a verbundener Spannungszufuhranschluß ist. An diese Anschlüsse 6b und 7b wird ein (in Zeile (e) gemäß Fig. 3 gezeigter) Schaltimpuls ΦS angelegt; 8 und 9 sind ein erster und ein zweiter Vorverstärkerbereich zur Umsetzung der aus dem ersten bzw. zweiten Ladungsspeicherbereich 2 bzw. 3 über den Verschiebungsschaltbereich 6 bzw. 7 entnommenen Speicherladungen in Spannungen; die Vorverstärkerbereiche 8 und 9 können Verstärkerbereiche mit erdfreier bzw. verbindungsfreier Diffusion (FDA-Vorverstärkerbereiche) aus einem Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor bzw. MOS-FET für die Signalausgabe und einem MOS-FET für die Ladungslöschung bzw. Entladung sein; 8a, 8b und 8c sind Spannungszufuhranschlüsse des ersten Vorverstärkerbereichs 8; 9a, 9b und 9c sind Spannungszufuhranschlüsse des zweiten Vorverstärkerbereichs 9. An die Anschlüsse 8a und 9a wird eine Ausgangstransistor-Drain-Spannung V_D angelegt, an die Anschlüsse 8b und 9b wird ein (in Fig. 3 (f) gezeigter) Schaltimpuls ΦC für die Gateelektrode des Lösch- bzw. Entlade-FET angelegt und an die Anschlüsse 8c und 9c wird eine Ladungskopplungs-Drain-Spannung V_CD für den Entlade-FET angelegt. Die Vorverstärkerbereiche 8 und 9 entsprechen denjenigen bei gewöhnlich erhältlichen ladungsgekoppelten Schaltungen (CCD). 10 ist ein beispielsweise in MOS-Form aufgebauter Differenzverstärkerbereich zur Erzielung einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Vorverstärkerbereichs 8 und 9, wobei beispielsweise der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkerbereichs 10 mit dem Ausgang des ersten Vorverstärkerbereichs 8 verbunden ist, während der invertierende Eingang mit dem Ausgang des zweiten Vorverstärkerbereichs 9 verbunden ist; 10a und 10b sind Spannungszufuhranschlüsse des Differenzverstärkerbereichs 10, während 10c ein Ausgangsanschluß ist. An die Anschlüsse 10a und 10b werden Spannungen +Vcc bzw. -Vcc angelegt. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkerbereichs 10 erscheint an dem Anschluß 10c. Obgleich der Differenzverstärkerbereich 10 als auf dem gleichen Mikrochip aufgebaut dargestellt ist, ist es natürlich möglich, den Bereich in Form eines von dem Bildsensor PSD₁ getrennten Mikrochip aufzubauen. Dies entspricht einem üblichen Differenzverstärker, der in Form einer integrierten Schaltung hergestellt ist. 15 ist eine Kanalsperre zum Verhindern einer Diffusion bzw. Ausbreitung der in den durch Schräglinien in Fig. 2 gezeigten Teilen des Bildsensors PSD₁ ausgebildeten Potentialmulden. ET ist ein Erd- bzw. Masseanschluß, der mit einem Substrat des Bildsensors PSD₁ verbunden ist.

Nachstehend wird der Aufbau des Bildsensors PSD₁ insbesondere an dem Sensorelementebereich 1, den Eingabesteuerschaltungsbereichen 4 und 5 und den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 anhand von Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 ist 11 das Substrat des Bildsensors PSD₁, wie beispielsweise ein p-Si-Substrat; 12A ist eine erste Isolierschicht aus SiO₂, die mittels des chemischen Dampfablagerungs-Hochtemperatur-Oxidationsverfahrens (CVD-Oxidationsverfahrens) oder dgl. auf dem Substrat 11 ausgebildet ist und auf der als n⁺-Polykristall-Si-Schichten die Sensorelementebereich-Elektrode 1a und die Ladungsspeicherbereich-Elektroden 2a und 3a gebildet sind; 12B ist eine zweite Isolierschicht aus dem gleichen SiO₂-Material, die auf der ersten Isolierschicht 12A so ausgebildet ist, daß sie die Elektroden 1a, 2a und 3a bedeckt. Zum Anbringen der vorstehend beschriebenen Eingabesteuerschaltungsbereich-Elektroden 4a und 5a wird durch Photoätz-Maßnahmen oder dgl. die zweite Isolierschicht 12B teilweise entfernt, wonach dann über den geätzten Ausnehmungen eine n⁺-Polykristall-Si-Dünnschicht abgelagert wird; 12C ist eine dritte Isolierschicht aus dem gleichen SiO₂-Material, die auf der zweiten Isolierschicht 12B so ausgebildet ist, daß sie die Eingabesteuerschaltungsbereich-Elektroden 4a und 5a bedeckt; 13 ist eine Lichtabschirmschicht, die mittels des Vakuumablagerungsverfahrens als eine dünne Schicht aus Metall wie Al an der ganzen Oberfläche der dritten Isolierschicht 12C mit Ausnahme eines der Sensorelementebereich-Elektrode 1a entsprechenden Bereichs 13a ausgebildet ist. Dieser Bereich 13a der Lichtabschirmschicht 13 wird mittels eines Photoätzverfahrens entfernt, um damit einen Bereich bzw. ein Fenster 13a für das einfallende Licht zu bilden; 14 sind n⁺-Zonen, die durch Eindiffusion von Phosphor oder einem anderen geeigneten Dotierungsmittel in das p-Si-Substrat 11 in den den Ladungsspeicherbereich-Elektroden 2a und 3a entsprechenden Zonen so gebildet sind, daß die Potentialmulden in den Speicherelementen 2₁ und 3₁ zueinander symmetrisch werden. Die vorstehend beschriebenen Kanalsperren 15 werden durch Eindotieren von Verunreinigungen in das Substrat 11 gebildet und stellen bei dem p-Si-Substrat p⁺-Zonen dar. Obwohl dies hier nicht gezeigt ist, ist der Innenaufbau eines jeden der Verschiebungsschaltbereiche 6 und 7 gleich dem der Eingabesteuerschaltungsbereiche 4 und 5.

Die Dicke der Sensorelementebereich-Elektrode 1a am Sensorelementebereich 1 liegt üblicherweise in der Größenordnung von ungefähr 400 nm, so daß Licht im sichtbaren Bereich durchgelassen wird; durch geeignetes Ändern dieser Dicke ist es jedoch möglich, einen gewünschten Spektral-Wellenlängenbereich zur Verwendung als Projektionslicht zu wählen, wie z. B. Licht im Infrarotbereich oder nahe dem Infrarotbereich, wozu die Dicke gegenüber der üblichen Dicke gesteigert werden muß.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des Bildsensors PSD₁ beschrieben. Zunächst werden Norm-Spannungswerte für die vorstehend beschriebenen verschiedenen Signale V_P, V_I, Φ_G, Φ , Φ_S, V_D, Φ_C, V_CD und V_CC angegeben, die zur Ansteuerung des Bildsensors PSD₁ notwendig sind:

Photoschaltspannung VP|4 V
Ladungsspeicherbereich-Spannung VI	8 V
Taktspannung (hoher Pegel) der Schaltimpulse ΦG und Φ	2 V
Taktspannung (hoher Pegel) der Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS	4 V
Ausgangsstufentransistor-Drain-Spannung VD	20 V
Taktspannung (hoher Pegel) der Entlade-Schaltimpulse ΦC	4 V
CCD-Drain-Spannung CCD	6 V
Speisespannung ± VCC des Differenzverstärkerbereichs 10	±5 bis 15 V

Diese Werte basieren auf der Spannung des Substrats. Wei bei der üblichen ladungsgekoppelten Schaltung brauchen die Signale V_I, ΦG, Φ, ΦS und ΦC keine Spannung niedriger als 0,0 V anzunehmen.

Werden beim Betrieb des Bildsensors der Sensorelementebereich 1 und der erste und zweite Ladungsspeicherbereich 2 bzw. 3 über die jeweiligen Anschlüsse 1b, 2b und 3b mit den jeweils in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten Spannungen V_P bzw. V_I gespeist, so entstehen an diesem Sensorelementebereich 1 bzw. den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 in dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ bzw. den Speicherelementen 2₁ und 3₁ jeweils Potentialmulden gemäß Fig. 4(a) (wobei aufgrund des Anbringens der n⁺-Zonen 14 entsprechend den Bereichen der Speicherelemente 2₁ und 3₁ die Potentialmulden in den Speicherelementen 2₁ und 3₁ tiefer als die Potentialmulde in dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ sind, wobei sie zu letzterer symmetrisch sind). Wenn dann durch das Fenster 13a Licht eintritt, erzeugt der Sensorelementebereich 1 eine diesem einfallenden Licht entsprechende Ladung, die gemäß Fig. 4(a) in der Potentialmulde in dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ gespeichert wird. Wenn während dieser Zeit eine vorbestimmte Spannung beispielsweise zuerst über den Anschluß 4b an den ersten Eingabesteuerschaltungsbereich 4 angelegt wird, wird eine Potentialmulde geschaffen (die tiefer als diejenige im Ladungserzeugungsbereich 1₁, jedoch flacher als diejenige im Speicherelement 2₁ ist), um damit einen Potentialgradienten vom Sensorelementebereich 1 weg herab zum Ladungsspeicherbereich 2 zu bilden. Auf diese Weise kann gemäß der Darstellung in Fig. 4(b) die zu dieser Zeit im Ladungserzeugungsbereich 1₁ erzeugte Ladung über den ersten Eingabesteuerschaltungsbereich 4 zum ersten Ladungsspeicherbereich 2 fließen, wo sie in der Potentialmulde im Speicherelement 2₁ gespeichert wird.

Wenn danach die Zufuhr der Spannung zum ersten Eingabesteuerschaltungsbereich 4 unterbrochen wird und die Spannung über den Anschluß 5b an den zweiten Eingabesteuerschaltungsbereich 5 angelegt wird, wird Fig. 4(c) ein umgekehrtes Ergebnis herbeigeführt, da eine Potentialmulde geschaffen wird (die auf gleiche Weise wie beim ersten Eingabesteuerschaltungsbereich 4 tiefer als diejenige im Ladungserzeugungsbereich 1₁ ist, jedoch flacher als diejenige im zweiten Speicherelement 3 ist), um einen Potentialgradienten vom Sensorelementebereich 1 zum zweiten Ladungsspeicherbereich 3 hin zu schaffen, so daß die zu dieser Zeit im Ladungserzeugungsbereich 1₁ erzeugte Ladung über den Eingabesteuerschaltungsbereich 5 in den zweiten Ladungsspeicherbereich 3 abgeleitet wird und in der Potentialmulde im Speicherelement 3₁ gespeichert wird (wobei der sich ergebende Zustand in Fig. 4(c) gezeigt ist).

Daher bewirkt nach Anlegen der Spannungen V_P und V_I an den Sensorelementebereich 1 bzw. die Ladungsspeicherbereiche 2 und 3 das Anlegen der Schaltimpuls-Folge ΦG und Φ über die jeweiligen Anschlüsse 4b und 5b an den ersten bzw. zweiten Eingabesteuerschaltungsbereich 4 bzw. 5 die Bildung bzw. Aufhebung der Potentialmulden in diesen Eingabesteuerschaltungsbereichen 4 und 5 in abwechselnder Gegenläufigkeit. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Folge von im Sensorelementebereich 1 erzeugten Ladungen abwechselnd in den ersten bzw. den zweiten Ladungsspeicherbereich 2 bzw. 3 herausgeführt und jeweils in dem Speicherelement 2₁ bzw. 3₁ gesammelt. Nach mehrfachem Wiederholen der abwechselnden Übertragung der vom Sensorelementebereich 1 erzeugten Ladung zu dem ersten und dem zweiten Ladungsspeicherbereich 2 und 3 wird dann unter geeigneter zeitlicher Beziehung der in Fig. 3(e) gezeigte Verschiebungs-Schaltimpuls ΦS über die Anschlüsse 6b und 7b an den ersten und den zweiten Verschiebungsschaltbereich 6 und 7 angelegt, während synchron hierzu die Ladungsspeicherbereich-Spannung V_I an dem ersten und zweiten Ladungsspeicherbereich 2 und 3 zeitweilig auf niedrigen Pegel abgesenkt wird, wodurch während der Ausbildung von Potentialmulden im ersten und zweiten Verschiebungsschaltbereich 6 und 7 die Potentialmulden in den Speicherelementen 2₁ und 3₁ aufgehoben werden, damit die an den Speicherelementen 2₁ und 3₁ gesammelten und gespeicherten Ladungen entnommen werden können. Bei der Entnahme der Ladungen werden die Schaltimpulse ΦG und Φ gemäß Fig. 3(c) und (d) auf niedrigem Pegel gehalten, da sonst die Ladungen an den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 zu dem Sensorelementebereich 1 zurückfließen würden, da in den Eingabesteuerschaltungsbereichen 4 und 5 die Potentialmulden ausgebildet wären.

Nach der Entnahme über diese Verschiebungsschaltbereiche 6 und 7 fließen die an den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 gespeicherten Ladungen in den ersten bzw. zweiten Vorverstärkerbereich 8 und 9, wobei die Sourceelektrode des Signalausgangs-FETs in einem jeweiligen dieser Vorverstärkerbereiche 8 und 9 eine Spannung erzeugt, die proportional zu der in die jeweiligen einzelnen Vorverstärkerbereiche 8 und 9 eingeführten Ladungsmenge ist. Danach werden die dabei auftretenden Ausgangssignale der Vorverstärkerbereiche 8 und 9 dem Differenzverstärkerbereich 10 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Unterschied zwischen den Signalen entspricht. Dieses Ausgangssignal liegt am Anschluß 10c an.

Wenn sich daher die vom Sensorelementebereich 1 während der Zeit der Entnahme in den ersten Ladungsspeicherbereich 2 (d. h. während der Zeit hohen Pegels des Schaltimpulses ΦG am ersten Eingabesteuerschaltungsbereich 4) empfangene Lichtmenge von der vom Sensorelementebereich 1 während der Zeit der Entnahme in den zweiten Ladungsspeicherbereich 3 (d. h. während der Zeit hohen Pegels des Schaltimpulses Φ am zweiten Eingabesteuerschaltungsbereich 5) empfangenen Lichtmenge unterscheidet, also beispielsweise die erstgenannte Lichtmenge größer als die letztgenannte ist, so ist die am ersten Ladungsspeicherbereich 2 gespeicherte Ladungsmenge größer als die am zweiten Ladungsspeicherbereich 3 gespeicherte, so daß daher die Ausgangsspannung des ersten Vorverstärkerbereichs 8 höher als die Ausgangsspannung des zweiten Vorverstärkerbereichs 9 ist, wodurch der Differenzverstärkerbereich 10 entsprechend Fig. 3(i) eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem Unterschied zwischen den Ausgangsspannungen der beiden Vorverstärkerbereiche 8 und 9 entspricht.

Danach wird unter geeigneter zeitlicher Beziehung der Verschiebungs-Schaltimpuls an den Verschiebungsschaltbereichen 6 und 7 von einem hohen auf einen niedrigen Pegel zurückgestellt und synchron hierzu die Ladungsspeicherbereich-Spannung V_I an den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 von dem niedrigen Pegel auf den vorangehend beschriebenen vorbestimmten Spannungspegel zurückgestellt, wodurch unter Aufhebung der Potentialmulden in den Verschiebungsschaltbereichen 6 und 7 an den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 wieder die Potentialmulden gebildet werden. Wenn danach die Schaltimpulse ΦG und Φ wieder an die Eingabesteuerschaltungsbereiche 4 und 5 angelegt werden, wiederholen sich die vorstehend beschriebenen Vorgängen.

Nach der Entnahme der in den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 gespeicherten Ladungen wird in geeigneter zeitlicher Steuerung der Entlade-Schaltimpuls ΦC gemäß Fig. 3(f) an die Vorverstärkerbereiche 8 und 9 angelegt, wodurch die in die Vorverstärkerbereiche 8 und 9 eingeleiteten Ladungen in die jeweiligen Drainelektroden der Entlade-FETs in den Vorverstärkerbereichen 8 und 9 abgeleitet werden. Wie aus den Fig. 3(e) bis (h) ersichtlich ist, ist die Zeitdauer der Ausgangssignale der Vorverstärkerbereiche 8 und 9 ein Zeitintervall vom Anstieg des Verschiebungs-Schaltimpulses ΦS bis zum Anstieg des Entlade-Schaltimpulses ΦC.

Nachstehend wird eine Zeitsteuerschaltung bzw. Zeitgeberschaltung für die Erzeugung der vorstehend beschriebenen Signale V_I, ΦG, Φ, ΦS und ΦC beschrieben, die zur Ansteuerung des Bildsensors PSD₁ notwendig sind. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für diese Zeitgeberschaltung. In Fig. 5 ist OSC ein Oszillator zur Erzeugung einer Taktimpulsfolge; CNT ist ein Binärzähler in Flankenabfall-Synchronisier-Ausführung zum Zählen der Ausgangsimpulse des Oszillators OSC; NAG ist ein NAND-Glied zur Bildung der NAND-Verknüpfung aus Ausgangssignalen QB, QC und QD des Zählers CNT; AG₁ ist ein UND-Glied für die Bildung der UND-Verknüpfung aus dem Ausgangssignals des NAND-Glieds NAG und des mittels eines Inverters IV₁ invertierten Ausgangssignals QA des Zählers CNT; AG₂ ist ein UND-Glied zur Bildung der UND-Verknüpfung aus dem Ausgangssignal des NAND-Glieds NAG und dem Ausgangssignal QA des Zählers CNT; NOG ist ein NOR-Glied zur Bildung der NOR-Verknüpfung aus dem Ausgangssignal des NAND-Glieds NAG und dem Ausgangssignal des Inverters IV₁; DL₁ ist eine Verzögerungsschaltung, die das Ausgangssignal des NOR-Glieds NOG um eine Zeitdauer τ₁ verzögert; IV₂ ist ein Inverter zur Inversion des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung DL₁; DL₂ ist eine Verzögerungsschaltung, die das Ausgangssignal des NOR-Glieds NOG um eine Zeitdauer τ₂ verzögert (wobei τ₂<τ₁ ist).

Gemäß Fig. 5 wird der Oszillator OSC zum Schwingen und Erzeugen der in Fig. 6(a) gezeigten Folge von Taktimpulsen eingeschaltet, welche mittels des Zählers CNT gezählt werden. Die Ausgangssignale QA, QB, QC und QD wechseln gemäß den Fig. 6(b), (c), (d) und (e), so daß daher das NAND-Glied NAG ein Ausgangssignal gemäß Fig. 6(f) erzeugt. Daher erzeugen während dieser Zeit die UND-Glieder AG₁ und AG₂ Ausgangssignale gemäß Fig. 6(g) bzw. (h), während das NOR-Glied NOG ein Ausgangssignal gemäß Fig. 6(i) erzeugt. Ferner erzeugt während dieser Zeit die Verzögerungsschaltung DL₁ ein Ausgangssignal gemäß Fig. 6(j), das gegenüber dem Ausgangssignals des NOR-Glieds NOG um die Zeitdauer τ₁ verzögert ist; der Inverter IV₂ erzeugt ein Ausgangssignal gemäß Fig. 6(k). Andererseits erzeugt die Verzögerungsschaltung DL₂ ein Ausgangssignal, das gemäß Fig. 6(l) gegenüber dem Ausgangssignal des NOR-Glieds NOG um die Zeitdauer τ₂ verzögert ist.

Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Ausgangssignale aus den UND-Gliedern AG₁ und AG₂, der Verzögerungsschaltung DL₁, dem Inverter IV₂ und der Verzögerungsschaltung DL₂ können daher als Bezugszeitsteuerungssignale ΦG, Φ, ΦS, V_I und ΦC verwendet werden, um nach Einstellung der Spannungen dieser Signale beispielsweise gemäß den vorstehend angegebenen Norm-Spannungswerten die Schaltimpulse ΦG und Φ, die Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS, die Speichersteuerungs-Spannung V_I und die Entlade-Schaltimpulse ΦC zu erzielen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Zyklen der abwechselnden Ladungsübertragungsvorgänge aus dem Sensorelementebereich 1 zum ersten und zweiten Ladungsspeicherbereich 2 und 3 vor der Entnahme der in den Ladungsspeicherbereichen 2 und 3 gespeicherten Ladungen größer als eins; selbstverständlich kann jedoch die Zyklus-Anzahl nur eins sein und die Periode eines jeden Zykluses irgendeinen beliebigen Wert annehmen. Weiterhin sind bei diesen Ausführungsbeispiel die Schaltimpulse ΦG udn Φ für die Eingabesteuerschaltungsbereiche 4 und 5 so ausgebildet, daß sie gemäß Fig. 3(c) und (d) einen Zeitverlauf mit einem Einschaltverhältnis 50% haben, so daß im Sinne der in Fig. 4 gezeigten Potentiale eine Folge der Schritte (b)→(c)→(b) (c)→... herbeigeführt wird. Unter der Voraussetzung einer geeigneten Zeitsteuerung können als Schaltimpulse ΦG und Φ die in Fig. 6(a) gezeigten Impulse des Oszillators OSC verwendet werden, obgleich deren Einschaltverhältnis kleiner als 50% ist. In diesem Fall wird die erzeugte Ladung für eine Zeitdauer in der Potentialmulde in dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ belassen, so daß die Schrittfolge zu (a)→(b)→(a)→(c) (a)→(b)→... wird.

Die vorstehende Beschreibung ist auch für die folgenden Ausführungsbeispiele der Sensorvorrichtung gültig.

Der vorstehend beschriebene Bildsensor PSD₁ wird als photoelektrischer Lichtempfänger in Verbindung mit beispielsweise einer Maske mit einer Dreiecköffnung oder einem Graufilter-Streifen, dessen Dichte sich mit der Länge ändert, in Anordnung vor dem Fenster 13a in der Lichtabschirmschicht 13 des Bildsensors PSD₁ verwendet; dadurch ändern sich mit veränderter Objektentfernung die Einfallpunkte der beiden Lichtstrahlenbündel auf die Lichtempfangsfläche, wodurch sich die durch das eine Lichtstrahlbündel in dem Sensorelementebereich 1 erzeugte Ladung in ihrer Menge von der auf dem anderen Lichtstrahlenbündel beruhenden unterscheidet (was allgemein als Lageerfassungsfunktion bezeichnet wird). Zugleich wird die Frequenz der Taktimpulse aus dem Oszillator OSC in Fig. 5 so gewählt, daß sie der Zerhackerperiode für die abwechselnde Wahl des Einfalls der beiden Lichtstrahlenbündel auf die Fläche des Sensorelementebereichs 1 mittels des Drehzerhackers entspricht. Auf diese Weise werden die beiden Lichtstrahlenbündel in zeitlicher Aufeinanderfolge auf den Sensorelementebereich 1 gerichtet, wobei eine erste Folge von Ladungen vom Sensorelementebereich 1 zum ersten Ladungsspeicherbereich 2 übertragen wird, während eine zweite Folge von Ladungen zum zweiten Ladungsspeicherbereich 3 übertragen wird. Danach werden in geeigneter zeitlicher Steuerung die den am ersten bzw. zweiten Ladungsspeicherbereich 2 bzw. 3 gesammelten Ladungsmengen entsprechenden Spannungen an den Differenzverstärkerbereich 10 angelegt, um eine Spannungsdifferenz zu erzielen (die nämlich dem integrierten Wert eines Signals entspricht, das den Unterschied zwischen den Einfallpunkten der beiden Lichtstrahlenbündel am Fenster 13a für das einfallende Licht darstellt). Durch Erfassung des Pegels dieser an dem Ausgangsanschluß 10c auftetenden Differenzspannung ist es möglich, die Entfernung zu einem Zielobjekt auszudrücken. Da ferner die impulsförmigen Lichtsignale gemäß der vorstehenden Beschreibung unter Integration gesammelt werden, können Vorteile erzielt werden, wie beispielsweise daß die Erfassungs- bzw. Meßleistung beträchtlich verbessert ist.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der optischen Sensorvorrichtung. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Ladungserzeugungsbereiche in dem Sensorelementebereich 1 gleich 2, so daß daher die entsprechende Anzahl der Speicherelemente im ersten und zweiten Ladungsspeicherbereich 2 und 3 zu 2 wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist diese Sensorvorrichtung im wesentlichen aus zwei optischen Bildsensoren PSD₁ gemäß Fig. 1 in symmetrischer Zusammensetzung aufgebaut. In Fig. 7 sind die Teile, die mit den Bezugszeichen mit oder ohne Indizes bezeichnet sind, die denjenigen in den Fig. 1 und 2 entsprechen, gleich oder gleichartig den schon genannten. Falls es nicht einer besseren Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels dient, ist daher ihre Beschreibung weggelassen.

In Fig. 7 ist der Bildsensor gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel allgemein mit PSD₂ bezeichnet. Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist der Sensorelementebereich 1 mit zwei Ladungserzeugungsbereichen 1₁ und 1₂ ausgestattet, während der erste und zweite Ladungsspeicherbereich 2 und 3 jeweils mit zwei Speicherelementen 2₁ und 2₂ bzw. 3₁ und 3₂ versehen sind. Die Ladungserzeugungsbereich 1₁ und 1₂ sowie die Speicherelemente 2₁, 2₂, 3₁ und 3₂ sind unter Trennung durch jeweilige Kanalsperren 15₁ ausgebildet, wobei die Ladungserzeugungsbereiche 1₁ und 1₂ eine gemeinsame Elektrode 1a, die Speicherelemente 2₁ und 2₂ eine gemeinsame Elektrode 2a und die Speicherelemente 3₁ und 3₂ eine gemeinsame Elektrode 3a haben. Ferner hat der erste Eingabesteuerschaltungsbereich 4 zwei Schaltelemente, die durch die Kanalsperre 15₁ voneinander getrennt sind, um ein Abwandern bzw. Abfließen von Ladungen zu verhindern, wenn diese von den Ladungserzeugungsbereichen 1₁ und 1₂ zu den jeweiligen Speicherelementen 2₁ bzw. 2₂ übertragen werden. Auf gleiche Weise hat der zweite Eingabesteuerschaltungsbereich 5 zwei Schaltelemente.

Die an den Speicherelementen 2₁, 2₂, 3₁ und 3₂ gespeicherten Ladungen werden über jeweilige Verschiebungsschaltbereiche 6₁, 6₂, 7₁ bzw. 7₂ entnommen und dann mittels jeweiliger Vorverstärkerbereiche 8₁, 8₂, 9₁ bzw. 9₂ in Spannungen umgesetzt, wobei jeder der Vorverstärkerbereiche 8₁, 8₂, 9₁ bzw. 9₂ ein Verstärkerbereich mit erdfreier bzw. "gleitender" Gateelektrode ("floating gate amplification" - bzw. FGA-Ausführung) mit einem Spannungszufuhranschluß 8d ist, an den eine Gleichvorspannung V_FG (von beispielsweise 3,5 V) für den "gleitenden" Gatebereich angelegt wird. Der Differenzverstärkerbereich 10 ist gleichfalls mit zwei Differenzverstärkern 10₁ und 10₂ versehen. Dem ersten Differenzverstärker 10₁ wird an seinem nichtinvertierenden Eingang das Ausgangssignal des Vorverstärkerbereichs 8₁ und an seinem invertierenden Eingang das Ausgangssignals des Vorverstärkerbereichs 9₁ zugeführt, so daß am Ausgang 10 _C1 die als V_OUT-A bezeichnete Spannungsdifferenz zwischen diesen Ausgangssignalen anliegt, während andererseits dem zweiten Differenzverstärker 10₂ an seinem nichtinvertierenden Eingang das Ausgangssignal des Vorverstärkerbereichs 8₂ und an seinem invertierenden Eingang das Ausgangssignal des Vorverstärkerbereichs 9₂ zugeführt wird, so daß am Ausgang 10 _C2 die als V_OUT-B bezeichnete Differenzspannung anliegt.

Als Signale V_P, V_I, ΦG, Φ, ΦS, V_D, V_VD und ΦC zur Steuerung der optischen Sensorvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können diejenigen für den Bildsensor PSD₁ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Bei dem Bildsensor PSD₂ wird durch die Ansteuerung mittels der vorstehend genannten verschiedenen Signale auf gleiche Weise wie in Verbindung mit dem Bildsensor PSD₁ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die in dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ erzeugte Ladung abwechselnd an den Speicherelementen 2₁ und 3₁ gesammelt, während zugleich getrennt bzw. isoliert davon die in dem Ladungserzeugungsbereich 1₂ erzeugte Ladung in den Speicherelementen 2₂ und 3₂ gesammelt wird. Danach werden gemäß den vorstehenden Ausführungen die in den Speicherelementen 2₁, 2₂, 3₁ und 3₂ gespeicherten Ladungen über die Verschiebungsschaltbereiche 6₁, 6₂, 7₁ bzw. 7₂ entnommen und den Vorverstärkerbereichen 8₁, 8₂, 9₁ bzw. 9₂ zugeführt, wobei den in den Speicherelementen 2₁, 2₂, 3₁ und 3₂ gesammelten Ladungsmengen entsprechende Spannungen erzeugt werden. Auf diese Weise erzeugt der erste Differenzverstärker 10₁ eine Spannung, die der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Vorverstärkerbereiche 8₁ und 9₁, d. h. der Differenz zwischen den in den Speicherelementen 2₁ und 3₁ gesammelten Ladungsmengen entspricht, wobei diese Spannungen mit V_OUT-A bezeichnet wird und am Ausgang 10 _C1 anliegt. Andererseits erzeugt der zweite Differenzverstärker 10₂ eine Spannung, die der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Vorverstärkerbereiche 8₂ und 9₂, d. h. der Differenz zwischen den in den Speicherelementen 2₂ und 3₂ gesammelten Ladungsmengen entspricht, wobei diese Spannung V_OUT-B am Ausgang 10 _c2 anliegt.

Daher ist der Bildsensor PSD₂ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zur Verwendung als photoelektrischer Lichtempfänger bei einer automatischen Entfernungsermittlungs- und Scharfeinstellungs-Ermittlungseinrichtung geeignet.

Beispielsweise können die Bezugs-Taktimpulse aus dem Oszillator OSC in der Schaltung gemäß Fig. 5 zur Steuerung des Einschaltens des Lichtprojektors in dem Bildsensor PSD₂ verwendet werden, so daß die in dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ erzeugten aufeinanderfolgenden Ladungen, die auftreten, wenn der Lichtprojektor eingeschaltet ist, an dem Speicherelement 2₁ gesammelt werden können und die anderen Ladungen an dem Speicherelement 3₁ gesammelt werden können, während die von dem zweiten Ladungserzeugungsbereich 1₂ erzeugten aufeinanderfolgenden Ladungen auf ähnliche Weise unter Trennung voneinander in Abhängigkeit vom Einschaltzustand oder Ausschaltzustand des Lichtprojektors an den Speicherelementen 2₂ und 3₂ gesammelt werden können. Auf diese Weise erzeugt der Differenzverstärker 10₁ eine Ausgangsspannung, die die Ladung darstellt, die ausschließlich dem Projektionslicht an dem Ladungserzeugungsbereich 1₁ entspricht, während der Differenzverstärker 10₂ eine Ausgangsspannung erzeugt, die die Ladung darstellt, die auf gleiche Weise ausschließlich dem Projektionslicht an dem zweiten Ladungserzeugungsbereich 1₂ entspricht. Durch Erfassung, ob diese Spannungen miteinander übereinstimmen, kann die Entfernungserfassung oder Scharfeinstellungserfassung unter den Bedingungen erfolgen, daß die auf das Umgebungslicht zurückzuführende Störkomponente völlig ausgeschaltet ist; dadurch erfolgt die Erfassung mit gesteigerter Genauigkeit. Da ferner die Signale integriert und gespeichert werden, werden Vorteile erzielt, wie beispielsweise, daß die Erfassungsleistung bzw. Meßleistung beträchtlich verbessert ist.

Anhand von Fig. 8 wird nachstehend ein drittes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorvorrichtung beschrieben. Dieses dritte Ausführungsbeispiel weist als Merkmal auf, daß die Anzahl der Ladungserzeugungsbereiche in dem Sensorelementebereich 1 weiter auf n gesteigert ist. In Fig. 8 ist der Bildsensor allgemein mit PSD₃ bezeichnet, während der Sensorelementebereich 1 mit n Ladungserzeugungsbereichen 1₁ bis 1 _n ausgestattet ist, die unter Trennung bzw. Isolierung voneinander mittels der Kanalsperren 15 ausgebildet sind. Ferner sind dementsprechend der erste und zweite Ladungsspeicherbereich 2 und 3 jeweils mit n Speicherelementen 2₁ bis 2 _n bzw. 3₁ bis 3 _n versehen, die unter Trennung durch Kanalsperren 15 ausgebildet sind, während auf gleiche Weise der erste und zweite Eingabesteuerschaltungsbereich 4 bzw. 5 jeweils mit n Schaltelementen ausgestattet sind, die unter Trennung mittels der Kanalsperren 15 ausgebildet sind. Die Verschiebungsschaltbereiche 6 und 7 sind jeweils mit n Schaltelementen versehen, die unter Trennung durch die Kanalsperren 15 ausgebildet sind, wobei sie jedoch eine gemeinsame Elektrode 6a bzw. 7a haben, während der Differenzverstärkerbereich 10 weggelassen ist. Daher werden die in den Speicherlementen 2₁ bis 2 _n gespeicherten Ladungen nach Umsetzung in Spannungen durch jeweilige n Vorverstärker 8₁ bis 8_n sowie die in den Speicherelementen 3₁ bis 3 _n gespeicherten Ladungen nach Umsetzung in Spannungen durch jeweilige n Vorverstärker 9₁ bis 9_n parallel über Ausgangsanschlüsse 8e1 bis 8en bzw. 9e1 bis 9en ausgelesen (wobei die Vorverstärker 8₁ bis 8 _n und 9₁ bis 9 _n wie bei dem Bildsensor PSD₁ des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 FDA-Vorverstärker bzw. Vorverstärker mit erdfreier oder "gleitender" Diffusion sind).

Ferner werden zur Ansteuerung dieses Bildsensors PSD₃ die vorstehend beschriebenen Signale ohne weitere Änderungen verwendet. Die Wirkungsweise stimmt völlig mit derjenigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen mit der Ausnahme überein, daß die Ausgangsspannungen aus den Vorverstärkern 8₁ bis 8 _n und 9₁ bis 9_n parallel abgegeben werden.

Der Bildsensor PSD₃ ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zur Verwendung als photoelektrischer Lichtempfänger beispielsweise bei der in der JP-OS Sho 49-49 625 beschriebenen Entfernungsmeßeinrichtung geeignet. Dabei werden die bei dem Ausführungsbeispiel der JP-OS Sho 49-49 625 gezeigten n Differenzverstärker in paarweiser Zuordnung mit den Vorverstärkern 8₁ bis 8 _n und 9₁ bis 9 _n zusammengeschaltet, während zugleich unter Verwendung der Bezugs-Taktimpulse aus dem Oszillator OSC in der Schaltung gemäß Fig. 5 das vom Lichtprojektor abgegebene Licht intermittierend geschaltet wird, wobei die Wiederkehrdauer des projizierten Lichts der Frequenz der Taktimpulse entspricht. Auf diese Weise werden von den in den Ladungserzeugungsbereichen 1₁ bis 1 _n erzeugten Ladungen die bei Lichtprojektion auftretenden an den entsprechenden der Speicherelemente 2₁ bis 2 _n gesammelt, während die anderen, bei fehlender Lichtprojektion auftretenden Ladungen jeweils an den Speicherelementen 3₁ bis 3 _n gesammelt werden, wodurch an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 8e1, 8e2, ..., 8en des Bildsensors PSD₃ Spannungen abgegeben werden, die proportional den Ladungen sind, die in den einzelne Ladungserzeugungsbereichen 1₁, 1₂, ..., 1 _n bei Projektion des Lichts erzeugt werden, während an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 9e1, 9e2, ..., 9en Spannungen auftreten, die proportional den Ladungen sind, die in den einzelnen Ladungserzeugungsbereichen 1₁, 1₂, ..., 1 _n erzeugt werden, wenn kein Projektionslicht verwendet wird. Daher erzeugen die einzelnen Differenzverstärker Spannungen, die auf die in den einzelnen Ladungserzeugungsbereichen 1₁, 1₂, ..., 1 _n in alleiniger Übereinstimmung nur mit dem Projektionslicht erzeugten Ladungen zurückzuführen sind. Auf diese Weise kann die Entfernung zu dem Zielobjekt ohne Störung durch Umgebungslicht und daher mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Darüber hinaus ergibt die Integration und Speicherung der Signale die beschriebenen Vorteile.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 wird nachstehend ein viertes Ausführungsbeispiel der optischen Sensorvorrichtung beschrieben. Dieses vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausführungsbeispiel dadurch, daß, während der Bildsensor PSD₃ die auf die in den einzelnen Speicherelementen 2₁, 2₂, ..., 2 _n und 3₁, 3₂, ..., 3 _n gespeicherten Ladungen zurückzuführenden Ausgangssignale parallel abgibt, diese durch Verwendung von ladungsgekoppelten Analogschieberegistern seriell, d. h. in zeitlicher Aufeinanderfolge abgegeben werden.

In Fig. 9 ist der Bildsensor allgemein mit PSD₄ bezeichnet. Wie aus dem Vergleich mit Fig. 8 hervorgeht, sind anstelle der Reihen von Vorverstärkern 8₁ bis 8 _n und 91 bis 9 _n des vorstehend beschriebenen Bildsensors PSD₃ Analogschieberegister-Bereiche 16 und 17 mit Zweiphasenübertragung vorgesehen. Wenn die Anzahl der Ladungserzeugungsbereiche in dem Sensorelementebereich 1 gleich n ist, wird die notwendige Anzahl von Bit-Elementen in diesen Analogschieberegister-Bereichen 16 und 17 beliebig auf mehr als 2n gewählt, jedoch sei zur Vereinfachung angenommen, daß die Anzahl gleich 2n+2 ist. Ladungsgekoppelte Analogschieberegister dieser Art sind an sich bekannt.

16a sind einzelne Elektroden der jeweiligen Bit-Elemente in dem ersten Analogschieberegister-Bereich 16; 16b ist ein Spannungszufuhranschluß, der mit den Elektroden der geradzahligen Bit-Elementengruppe verbunden ist (wobei zur Vereinfachung die Zählung von dem in der Zeichnung am weitesten rechts dargestellten Bit-Element her erfolgt); 16c ist ein Spannungszufuhranschluß, der mit der ungeradzahligen Bit-Elementengruppe verbunden ist. An den Anschluß 16b werden (in Fig. 10(e) gezeigte) Übertragungstaktimpulse Φ1 angelegt, während an den Anschluß 16c (in Fig. 10(f) gezeigte) Übertragungstaktimpulse Φ2 angelegt werden.

Auf gleiche Weise sind 17a Einzelelektroden der jeweiligen Bit-Elemente in dem zweiten Analogschieberegister-Bereich 17; 17b ist ein Spannungszufuhranschluß, der mit den Elektroden einer geradzahligen Bit-Elementengruppe verbunden ist; 17c ist ein Spannungszufuhranschluß, der an eine ungeradzahlige Bit-Elementengruppe angeschlossen ist. Die Übertragungstaktimpulse Φ1 bzw. Φ2 werden an die Anschlüsse 17b bzw. 17c angelegt.

Von diesen Bit-Elementen im ersten Analogschieberegister-Bereich 16 sind das erste, zweite, dritte, fünfte, siebte, ..., (2n-3)te und (2n-1)-te Bit-Element elektrisch durch die Kanalsperren 15 vom ersten Verschiebungsschaltbereich 6 isoliert, so daß die an den Speicherelementen 2₁, 2₂, 2₃, ..., 2 _n-1, 2 _n gesammelten Ladungen über den ersten Verschiebungsschaltbereich 6 zu dem vierten, sechsten, achten, ..., (2n-2)-ten bzw. 2n-ten Bit-Element ausgegeben werden. Auf gleiche Weise sind von den Bit-Elementen im zweiten Analogschieberegister-Bereich 17 das erste, zweite, dritte, fünfte, siebte, ..., (2n-3)-te und (2n-1)-te Bit-Element mittels der Kanalsperren 15 elektrisch von dem zweiten Verschiebungsschaltbereich 7 isoliert, so daß die an den Speicherelementen 3₁, 3₂, 3₃, ..., 3 _n-1, 3 _n gesammelten Ladungen jeweils über den zweite Verschiebungsschaltbereich 7 zu dem vierten, sechsten, achten, ..., (2n-2)-ten bzw. 2n-ten Bit-Element ausgegeben werden. Die vorangehend beschriebenen Vorverstärkerbereiche 8 und 9 (die beide FDA-Vorverstärkerbereiche sind) sind jeweils mit den Analogschieberegister-Bereichen 16 und 17 an deren vordersten bzw. Kopf-Bit-Elementen verbunden. Als Ladungslöschungs- bzw. Entlade-Schaltimpulse (ΦC) für diese Vorverstärkerbereiche 8 und 9 werden die Übertragungstaktimpulse Φ1 verwendet.

Gemäß den Fig. 10(a), (b) und (c) müssen die Zeitsteuerung des Abfalls der Ladungsspeicherbereich-Spannung V_I auf niedrigen Pegel und der Periode derselben sowie die Zeitsteuerung des Anlegens des Verschiebungs-Schaltimpulses ΦS sowie der Periode desselben mit dem einen Übertragungstaktimpuls Φ1 übereinstimmen, wobei die Periodendauer T der Ladungsspeicherbereich-Spannung mehr als das 2n-fache der Periode des Übertragungstaktimpulses Φ1 sein muß. Ferner muß in diesem Fall auch die Zeitsteuerung für das gleichzeitige Halten der Schaltimpulse ΦG und Φ auf niedrigem Pegel mit der Zeitsteuerung für die Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS übereinstimmen. Die Frequenz der Schaltimpulse ΦG und Φ in Fig. 10(b) und (c) stimmt mit derjenigen der Übertragungstaktimpulse Φ1 und Φ2 überein, jedoch ist dies nicht wesentlich, so daß irgendwelche beliebigen Änderungen vorgenommen werden können. Die Spannung (hohen Pegels) der Übertragungstaktimpulse Φ1 und Φ2 kann beispielsweise 8 V annehmen.

Die Bezugszeitsteuerungssignale für die in Fig. 10(a) bis (f) gezeigten verschiedenen Ansteuerungssignale sind durch eine geeignete Abwandlung der Schaltung nach Fig. 5 erzielbar.

Wenn der Bildsensor PSD₄ mit derartigen Steuersignalen angesteuert wird, werden die in den Speicherelementen 2₁, 2₂, ..., 2 _n des ersten Ladungsspeicherbereichs 2 gesammelten Ladungen über den ersten Analogschieberegister-Bereich 16 in zeitlicher Aufeinanderfolge zu dem Vorverstärkerbereich 8 übertragen, während die in den Speicherelementen 3₁, 3₂, ..., 3 _n des zweiten Ladungsspeicherbereichs 3 gesammelten Ladungen über den zweiten Analogschieberegister-Bereich 17 in gleicher Aufeinanderfolge zum Vorverstärkerbereich 9 übertragen werden. Daher erzeugt der Vorverstärkerbereich 8 Ausgangssignale in Form von Impulsen mit Größen, die den an den Speicherelementen 2₁ bis 2 _n angesammelten Ladungsmengen entsprechen und die in Übereinstimmung mit den Übertragungstaktimpulsen Φ2 zeitlich versetzt sind, während der Vorverstärkerbereich 9 Ausgangssignale in Form von Impulsen abgibt, die den an den Speicherelementen 3₁ bis 3 _n gesammelten Ladungsmengen entsprechende Spannungen haben und die in Übereinstimmung mit den Übertragungstaktimpulsen Φ2 zeitlich versetzt sind.

Ein Beispiel für die Verbindung der Ausgangsimpulse der Vorverstärkerbereiche 8 und 9 mit den gleichzeitigen Ausgangsimpulsen des Differenzverstärkerbereichs 10 ist in den Fig. 10(g), (h) und (i) für den Fall gezeigt, daß der Sensorelementenbereich 1 unter bestehender Beleuchtung mit Umgebungslicht eines bestimmten Pegels einem Punktlicht mit außerordentlich enger Einfallfläche ausgesetzt ist, das durch intermittierend projiziertes Licht unter Verwendung der in Fig. 10(c) gezeigten Impulse gestaltet ist (wobei der hohe Pegel dieser Impulse zur Lichtabgabe führt, während der niedrige Pegel zu einer Unterbrechung der Lichtabgabe führt). Das in Fig. 10(g) gezeigte Ausgangssignal des Vorverstärkerbereichs 8 entspricht der zusammengesetzten Beleuchtung aus dem projizierten Licht und dem Umgebungslicht, während das in Fig. 10(h) gezeigte Ausgangssignal des Vorverstärkerbereichs 9 allein dem Umgebungslicht entspricht. Auf diese Weise gibt der Differenzverstärkerbereich 10 ein Ausgangssignal gemäß Fig. 10(i) ab, das allein dem projizierten Licht entspricht, da die auf das Umgebungslicht zurückzuführende Störkomponente aus dem Ausgangssignal des Vorverstärkerbereichs 8 beseitigt ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 wird ein Beispiel für die Anwendung der optischen Sensorvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bei einer aktiven automatischen Entfernungseinstelleinrichtung in einer photographischen Kamera oder dergleichen beschrieben.

In Fig. 11 ist der Schaltungsaufbau dieser optischen Sensorvorrichtung gezeigt. Darin ist 18 eine als Lichtprojektor dienende Leuchtdiode oder Laserdiode für die Abgabe von Licht beispielsweise im Infrarotbereich oder nahe dem Infrarotbereich; 19 ist eine Projektionslinse, die die Lichtstrahlen aus dem eingeschalteten Lichtprojektor 18 zu einem Strahlenbündel mit sehr kleiner Querschnittsfläche zusammenfaßt, das auf ein zu photographierendes Objekt gerichtet wird; 20 ist eine Lichtsammellinse, die parallel zur Projektionslinse im Abstand von einer vorbestimmten optischen Basis-Strecke d angeordnet ist, wobei gemäß Fig. 11 der Bildsensor PSD₄ hinter der Lichtsammellinse 20 so angeordnet ist, daß ihr nahe dem Ende liegender Teilbereich an der optischen Achse der Lichtsammellinse 20 angeordnet ist. Bei diesem optischen Projektions- und Sammelsystem kehren die von der Projektionslinse 19 auf das Objekt projizierten Lichtstrahlen nach Reflektion an diesem zur Lichtsammellinse 20 zurück, durch die sie auf den Sensorelementebereich 1 an einer von der Entfernung des Objekt abhängigen Stelle konvergiert werden (wobei hier beabsichtigt ist, die Objektentfernung aus der Konvergenzstelle des Punktlichts an dem Sensorelementebereich 1 zu ermitteln).

21 ist ein Sensortreiber zur Ansteuerung des Bildsensors PSD₄, der eine Spannungsversorgungsschaltung 22 für die Zufuhr der vorstehend beschriebenen Betriebs-Spannungen V_P, V_D, V_CD und ± Vcc sowie eine Ansteuerungsschaltung 23 zum Anlegen der vorstehend beschriebenen (in Fig. 10(a) bis (f) gezeigten) Steuersignale V_I, ΦG, Φ, ΦS, Φ1 und Φ2 aufweist. Die Ansteuerungsschaltung 23 kann aus der Zeitgeberschaltung nach Fig. 5 unter geeigneten Abwandlungen gemäß den vorstehenden Ausführungen in Verbindung mit einer Spannungsumsetzschaltung zum Sicherstellen der unterschiedlichen, in den Fig. 10(a) bis (f) gezeigten Ansteuersignale aufgebaut werden.

24 ist eine Projektionslicht-Steuerschaltung, die auf die Steuerimpulse ΦG, wie beispielsweise aus der vorstehend genannten Ansteuerungsschaltung 23 durch Ein- und Ausschalten des Lichtprojektors 18 in der Weise anspricht, daß beispielsweise bei hohem Pegel der Impulse der Lichtprojektor 18 aufleuchtet, während bei niedrigem Pegel das Licht gelöscht bzw. ausgeschaltet ist; 25 ist eine Spitzenwert-Halteschaltung zur Speicherung des Spitzenwerts des Ausgangssignals V_OUT des Bildsensors PSD₄ (d. h., zum Speichern des Ausgangssignals des Differenzverstärkerbereichs 10); 26 ist eine Verzögerungsschaltung, die aus der Ansteuerungsschaltung 23 die Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS für den Bildsensor PSD₄ aufnimmt und diese um eine Zeitdauer τ verzögert, wobei ihr Ausgangssignal an die Spitzenwert-Halteschaltung 25 angelegt wird, um den darin gespeicherten Wert zu löschen; 27 ist eine Integrationszeit-Einstellschaltung zur Einstellung der Integrationszeit des Bildsensors PSD₄ d. h. der Ladungssammlungszeit in dem ersten und zweiten Ladungsspeicherbereich 2 und 3 aufgrund des in der Spitzenwert-Halteschaltung 25 gespeicherten Spitzenwerts des Ausgangssignals des Bildsensors PSD₄. Im Ansprechen auf die Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS nimmt die Einstellschaltung 27 des Ausgangssignal der Spitzenwert-Halteschaltung 25 auf und steuert die Funktion der Ansteuerungsschaltung 23 in der Weise, daß dann, wenn dieses Ausgangssignal einen vorbestimmten Pegel überschreitet, das periodische Intervall der Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS verkürzt wird, die von der Ansteuerungsschaltung 23 an den Bildsensor PSD₄ angelegt werden, während umgekehrt dann, wenn dieser Pegelbereich nicht erreicht wird, das periodische Intervall verlängert wird; 28 ist eine Abfrage/Halteschaltung, die auf die Übertragungstaktimpulse Φ2 durch Abfragen und Speichern des Ausgangssignals des Bildsensors PSD₄ anspricht. 29 ist ein Vergleicher, der das Ausgangssignal der Abfrage/Halteschaltung 28 mit demjenigen der Spitzenwert-Halteschaltung 25 vergleicht, wobei sein nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang der Abfrage/Halteschaltung 28 verbunden ist, während sein invertierender Eingang mit dem Ausgang der Spitzenwert-Halteschaltung 25 verbunden ist, so daß der Ausgang des Vergleichers 29 von hohem auf niedrigen Pegel wechselt, wenn das Ausgangssignals der Abfrage/Halteschaltung 28 niedriger ist als das Ausgangssignal der Spitzenwert-Halteschaltung 25; 30 ist ein Binärzähler mit Flankenabfall-Synchronisierung, der die Anzahl der von der Ansteuerungsschaltung 23 dem Bildsensor PSD₄ zugeführten Übertragungstaktimpulse Φ2 zählt und der durch die abfallende Flanke des Verschiebungs-Schaltimpulses ΦS gelöscht wird; 31 ist eine Zwischenspeicherschaltung zum zeitweiligen Speichern des Zählwerts des Binärzählers 30 im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Vergleichers 29. Wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 29 von einem hohen auf einen niedrigen Pegel wechselt, wird daher der Zählwert des Binärzählers 30 mittels der Zwischenspeicherschaltung 31 gespeichert. Auf diese Weise dient das Ausgangssignal dieser Zwischenspeicherschaltung 31 als ein Signal, das die Stelle der mittels der Lichtsammellinse 20 herbeigeführten Konvergenz des vom Objekt reflektierten Punktlichts an dem Sensorelementebereich 1, d. h. die Objektentfernung darstellt; 32 ist ein Aufnahmeobjektiv, das entlang seiner optischen Achse einstellbar ist; 33 ist eine Filmebene; 34 ist ein Elektromotor zur Verstellung des Aufnahmeobjektivs 32 für die Entfernungseinstellung; 35 ist eine Stellungssignalgeberschaltung, die ein die Stellung des Aufnahmeobjektivs 32 darstellendes digitales Signal erzeugt und beispielsweise eine Gray-Code-Platte oder ein Potentiometer und einen Analog-Digital-Umsetzer aufweist; 36 ist ein Digitalvergleicher zum Vergleich des digitalen Ausgangssignals der Stellungssignalgeberschaltung 35 mit dem digitalen Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 31; 37 ist eine Motorsteuerschaltung, die den Elektromotor 34 aufgrund des Ausgangssignals des Digitalvergleichers 36 steuert; 38 ist eine Anzeigevorrichtung wie z. B. eine Leuchtdiode zur Anzeige des Scharfeinstellungszustands des Aufnahmeobjektivs 32; 39 ist eine Anzeigesteuerschaltung, die die Funktion der Anzeigevorrichtung 38 aufgrund des Ausgangssignals des Digitalvergleichers 36 steuert. 40 ist eine Entfernungsanzeigevorrichtung, die aufgrund des Ausgangssignals der Zwischenspeicherschaltung 31 die Objektentfernung anzeigt und beispielsweise einen Decodierer/Treiber und 7-Segment-Leuchtdiode aufweist.

Nach dem Ausrichten der Kamera auf ein aufzunehmendes Objekt wird ein (nicht gezeigter) Hauptschalter eingeschaltet, um die automatische Entfernungseinstellschaltung mit Strom zu versorgen, wodurch der Sensortreiber bzw. die Sensoransteuerungsschaltung 21 zuerst so betätigt wird, daß die Ansteuerung des Bildsensors PSD₄ auf die vorstehend angeführte Weise beginnt. Dabei werden die (in Fig. 10 (b) gezeigten) Schaltimpulse ΦG aus der Ansteuerungsschaltung 23 in der Sensoransteuerungsschaltung 21 nicht nur an den Bildsensor PSD₄, sondern auch an die Lichtprojektions-Steuerschaltung 24 angelegt, wodurch diese am Lichtprojektor 18 eine aufgrund der Schaltimpulse ΦG intermittierende Lichtabgabe herbeiführt. Das Licht aus dem eingeschalteten Lichtprojektor 18 wird dann nach Sammlung mittels der Projektionslinse 19 zu einem Strahlenbündel auf das Objekt gerichtet, während das vom Objekt reflektierte Licht mittels der Lichtsammellinse 20 gesammelt und auf den Sensorelementebereich 1 an einer Stelle konvergiert wird, die dem Abstand der Kamera vom Objekt entspricht. Da während dieser Zeit der erste und zweite Eingabesteuerschaltungsbereich 4 und 5 mit den Schaltimpulsen ΦG bzw. Φ (Fig. 10(b) und (c)) gespeist sind, werden diejenigen einer Folge von in den jeweiligen Sensorelementen 1₁, 1₂, ..., 1 _n erzeugten Ladungen, die während des Einschaltzustands des Lichtprojektors 18 auftreten, aufeinanderfolgend an den entsprechenden Speicherelementen 2₁, 2₂, ..., 2 _n gesammelt, während die übrigen aufeinanderfolgenden Ladungen an den Speicherelementen 3₁, 3₂, ..., 3 _n gesammelt werden. Danach erzeugt in geeignetem zeitlichen Zusammenhang damit die Ansteuerungsschaltung 23 einen Verschiebungs-Schaltimpuls ΦS gemäß Fig. 12(a) (oder Fig. 10(d)), wodurch die am ersten und zweiten Ladungsspeicherbereich 2 und 3 gesammelten Ladungen über den ersten bzw. zweiten Verschiebungsschaltbereich 6 und 7 ausgegeben und in dem ersten bzw. zweiten Analogschieberegister-Bereich 16 bzw. 17 gespeichert werden. Danach werden sie aus den Analogschieberegister-Bereichen 16 und 17 mit einer der Frequenz der Übertragungstaktimpulse Φ1 und Φ2 (Fig. 10(e) und (f)) entsprechenden Geschwindigkeit zu dem ersten bzw. zweiten Vorverstärkerbereich 8 bzw. 9 übertragen, wo sie aufeinanderfolgend in Spannungen umgesetzt werden, so daß daher aus dem Differenzverstärkerbereich 10 dem Einfallzustand des vom Objekt reflektierten Lichts auf den Sensorelementebereich 1 entsprechende zeitlich aufeinanderfolgende Ausgangsimpulse erzielt werden können, die völlig frei von auf das Umgebungslicht zurückzuführenden Störungen sind.

Während des vorstehend beschriebenen Ablaufs wird der Binärzähler 30 durch die abfallende Flanke des Verschiebungs-Schaltimpulses ΦS so geschaltet, daß der bisher erreichte Zählerstand gelöscht wird, wonach dann der Binärzähler 30 wieder die nachfolgenden Übertragungstaktimpulse Φ2 zu zählen beginnt.

Danach wird das Ausgangssignal des Bildsensors PSD₄ an die Spitzenwert-Halteschaltung 25 und die Abfrage/Halteschaltung 28 angelegt, die Ausgangssignale gemäß den Fig. 12(c) und (e) erzeugen. Diese Ausgangssignale der Spitzenwert-Halteschaltung 25 und der Abfrage/Halteschaltung 28 werden dann miteinander mittels des Vergleichers 29 verglichen. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal der Abfrage/Halteschaltung 28 größer oder gleich dem Ausgangssignal der Spitzenwert-Halteschaltung 25 ist, wird gemäß Fig. 12(f) vom Vergleicher 29 ein Signal hohen Pegels abgegeben. Sobald das Ausgangssignal der Abfrage/Halteschaltung 28 kleiner als das Ausgangssignal der Spitzenwert-Halteschaltung 25 wird, wechselt das Ausgangssignal des Vergleichers 29 von einem hohen auf einen niedrigen Pegel, bei welchem die Zwischenspeicherschaltung 31 zum Einspeichern des bisher mittels des Binärzählers 30 gezählten Werts geschaltet wird. Daher erzeugt zu diesem Zeitpunkt die Zwischenspeicherschaltung 31 ein digitales Ausgangssignal, das die Stelle der mittels der Lichtsammellinse 20 erfolgten Konvergenz des von dem Objekt reflektierten Lichts am Sensorelementebereich 1 des Bildsensors PSD₄ darstellt, nämlich die Strecke von der Kamera bis zu dem Objekt. Dieses Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 31 wird an die Entfernungsanzeigevorrichtung 40 sowie an den Digitalvergleicher 36 angelegt, wodurch die bestehende Objektentfernung mittels der Entfernungsanzeigevorrichtung 40 angezeigt wird, während andererseits das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 31 mit dem Ausgangssignal der Stellungssignalgeberschaltung 35 mittels des Digitalvergleichers 36 verglichen wird, der auf eine auftretende Abweichung zwischen den Signalen hin ein Signal mit positivem oder negativem Vorzeichen erzeugt. Im Ansprechen auf dieses positive oder negative Signal aus dem Digitalvergleicher 36 treibt die Motorsteuerschaltung 37 den Elektromotor 34 zu einer Drehung in Vorwärtsrichtung bwz. Gegenrichtung an, wodurch das Aufnahmeobjektiv 32 axial bewegt wird. Während der Bewegung des Aufnahmeobjektivs 32 ändert sich das Ausgangssignal der Stellungssignalgeberschaltung 35 und erreicht die Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Zwischenspeichers 31, worauf mittels der Motorsteuerschaltung 37 der Elektromotor 34 angehalten wird. Auf diese Weise wird das Aufnahmeobjektiv 32 automatisch richtig auf das Objekt scharf gestellt. Das Übereinstimmungssignal aus dem Digitalvergleicher 36 wird der Anzeigesteuerschaltung 39 zugeführt, wodurch die Anzeigevorrichtung 38 eingeschaltet wird und den Photographen darüber informiert, daß der Scharfeinstellungszustand des Aufnahmeobjektivs 32 erreicht ist.

Da die vorstehend beschriebenen Betriebsvorgänge solange andauern, wie der Hauptschalter eingeschaltet ist, wird bei jeder Erzeugung eines Verschiebungs-Schaltimpulses ΦS durch die Ansteuerungsschaltung 23 mittels der abfallenden Flanke des Impulses der Digitalzähler 30 gelöscht, während die Integrationszeit-Einstellschaltung 27 das zu diesem Zeitpunkt auftretende Ausgangssignal der Spitzenwert-Halteschaltung 25 aufnimmt (das gleichzeitig den Spitzenwert des Ausgangssignals des Bildsensors PSD₄ darstellt), um zu unterscheiden, ob dieses in einen vorbestimmten Pegelbereich fällt, worauf bei Überschreitung dieses Bereiches die Ansteuerungsschaltung 23 so gesteuert wird, daß das Periodenintervall der Verschiebungs-Schaltimpulse ΦS verkürzt wird, während bei Unterschreitung des Bereichs das Periodenintervall verlängert wird. Ferner wird durch das in Fig. 12(d) gezeigte Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 26 nach Ablauf der Verzögerungszeit τ von der Erzeugung des Verschiebungs-Schaltimpulses ΦS an bei jedem einzelnen Verschiebungs-Schaltimpuls ΦS die Spitzenwert-Halteschaltung 25 geleert bzw. gelöscht, d. h. nachdem ihr Ausgangssignal in die Integrationszeit-Einstellschaltung 27 eingegeben wurde.

Die Verwendung des Bildsensors PSD₄ als photoelektrischen Lichtempfänger bei der automatischen Entfernungseinstelleinrichtung ermöglicht es, die Objektentfernung mit sehr hoher Genauigkeit zu erfassen, da die auf dem Umgebungslicht beruhende Störkomponente völlig ausgeschaltet bzw. beseitigt wird; ferner wird die auf die Ansammlung der Ladungen zurückzuführende Funktion der Integration und Speicherung der Signale erzielt, die zur Einsparung von Lichtenergie aus dem Lichtprojektor 18 sowie zur Erweiterung des erfaßbaren Bereichs von Objektentfernungen zu größeren Entfernungen hin führt. Darüber hinaus ist die Genauigkeit der Entfernungserfassung selbst dann gewährleistet, wenn sich das Umgebungslicht in einem großen Ausmaß ändert. Insgesamt wird damit die Leistungsfähigkeit der optischen Sensorvorrichtung beträchtlich verbessert.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist es bei der optischen Sensorvorrichtung möglich, die integrierten Signale für zwei Lichtstrahlenbündel getrennt voneinander auszulesen. Wie im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben, können beträchtliche Vorteile bei der Anwendung der optischen Sensorvorrichtung in optischen Geräten erzielt werden, bei welchen zwei Lichtsignale unterschiedlicher Art oder zwei Lichtsignale der gleichen Art verarbeitet werden.

Mit dem Bildsensor PSD₄ gemäß dem in Fig. 9 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel sind auch dann wertvolle Vorteile erzielbar, wenn der Bildsensor PSD₄ abgesehen von der Anwendung bei der in Fig. 11 gezeigten optischen Sensorvorrichtung in einer Einrichtung gemäß der US-PS 40 04 852 oder dgl. angewandt wird. Im einzelnen werden dabei beispielsweise die von dem optischen Basisentfernungsmesser-System am Bildsensor PSD₄ ausgebildeten Doppelbilder intermittierend vom Bildsensor PSD₄ abgehalten, während zugleich die Funktion der Eingabesteuerschaltungsbereiche 4 und 5 entsprechend der Abhalte-Wiederholung gesteuert wird, so daß diejenigen der von den einzelnen Ladungserzeugungsbereichen 1₁, 1₂, 1₃, ..., 1 _n erzeugten Ladungen, die bei der Bildausbildung an den Ladungserzeugungsbereichen 1₁, 1₂, ..., 1 _n auftreten, an den einzelnen Speicherelementen 2₁, 2₂, ..., 2 _n des ersten Ladungsspeicherbereichs 2 gesammelt werden, während die Ladungen, die erzeugt werden, wenn die Abbildungslichtstrahlen abgehalten bzw. unterbrochen werden, an den einzelnen Speicherelementen 3₁, 3₂, ..., 3 _n des zweiten Ladungsspeicherbereichs 3 gesammelt werden. Da die an dem zweiten Ladungsspeicherbereich 3 gespeicherten Ladungen dem Dunkelstrom in diesem Bildsensor PSD₄ entsprechen, sind die über den Differenzverstärkerbereich 10 erzielten zeitlich aufeinanderfolgenden Ausgangssignale völlig frei von diesem Dunkelstrom, so daß sie Bildabtastungssignale ergeben, die ausschließlich bzw. rein den Mustern der beiden Bilder entsprechen. Damit wird eine Steigerung der Genauigkeit der Entfernungsmessung erreicht.

Neben der Verwendung des Bildsensors PSD₄ in einer derartigen optischen Sensorvorrichtung ist der Bildsensor PSD₄ gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sehr gut zur Verwendung bei der beispielsweise in der JP-OS Sho 49-90 529 beschriebenen Einrichtung geeignet. Die JP-OS Sho 49-90 529 offenbart ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei mittels des optischen Basisentfernungsmesser-Systems ausgebildete Bilder abwechselnd auf eine gemeinsame photoelektrische Elementanordnung gerichtet werden, wobei die sich ergebenden Abfrage-Ausgangssignale für diese beiden Bilder eine Information darstellen, die das Ausmaß der gegenseitigen Abweichung zwischen diesen beiden Bildern angibt. Diese photoelektrische Elementanordnung kann durch den Bildsensor PSD₄ ersetzt werden, wobei die Funktion des ersten und zweiten Eingabesteuerschaltungsbereichs 4 und 5 entsprechend der abwechselnden Ausbildung der beiden Bilder gesteuert wird, so daß die Ladungen für ein Bild an dem ersten Ladungsspeicherbereich 2 gesammelt werden, während diejenigen für das andere Bild an dem zweiten Ladungsspeicherbereich 3 gesammelt werden. Danach können die Abfrage-Ausgangssignale für die beiden Bilder gleichzeitig und voneinander getrennt über den ersten bzw. zweiten Vorverstärkerbereich 8 bzw. 9 gewonnen werden (wobei in diesem Fall der Differenzverstärkerbereich 10 weggelassen werden kann). Demgemäß ist der Schaltungsaufbau dieses Ausführungsbeispiels stark vereinfacht und die Ermittlungsleistung weiter verbessert, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die gegenseitige Lageabweichung zwischen den beiden Bildern mit höherer Genauigkeit erfaßt werden kann.

Claims (4)

1. Optische Sensoreinrichtung, mit einem elektrische Ladungen erzeugenden Bildsensor, der intermittierend mit Lichtsignalen beaufschlagt wird, einer ersten und einer zweiten Speichereinrichtung zur Speicherung der vom Bildsensor erzeugten elektrischen Ladungen und einer Vergleichseinrichtung zur Erzeugung eines der Differenz zwischen den in der ersten und zweiten Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Ladungen entsprechenden elektrischen Ausgangssignals, gekennzeichnet durch eine Speicherzeit-Steuereinrichtung (Fig. 5; 23) zur Steuerung der Ladungserzeugungszeit des Bildsensors (PSD₁; PSD₂; PSD₃; PSD₄), während der der Bildsensor die elektrischen Ladungen erzeugt, durch Einstellung der Ladungserzeugungszeit des Bildsensors auf eine Zeitdauer, in der die Lichtsignale mehrfach intermittierend erzeugt werden, so daß der Bildsensor mehrfach abwechselnd einen Zustand, in dem er mit den Lichtsignalen beaufschlagt und einen Zustand, in dem er nicht mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, in dieser Zeitdauer einnimmt, durch eine Eingabesteuereinrichtung (4, 5), die jeweils in dem Zustand, in dem der Bildsensor von den Lichtsignalen beaufschlagt wird, die vom Bildsensor erzeugten elektrischen Ladungen integrierend in die erste Speichereinrichtung (2) eingibt, und jeweils in dem Zustand, in dem der Bildsensor nicht mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, die vom Bildsensor erzeugten elektrischen Ladungen integrierend in die zweite Speichereinrichtung (3) eingibt, und durch eine gesteuerte Ladungsverschiebungsschaltung (6, 7, 8, 9; 16, 17), die die in der ersten und zweiten Speichereinrichtung (2, 3) gespeicherten Ladungen der Vergleichseinrichtung (10) nach Ablauf der Ladungserzeugungszeit zuführt und die Vergleichseinrichtung (10) zur Abgabe des der Differenz zwischen den in der ersten und der zweiten Speichereinrichtung (2, 3) gespeicherten elektrischen Ladungen entsprechenden Ausgangssignals ansteuert.

2. Optische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor eine Vielzahl von Ladungserzeugungsbereichen (1₁, 1₂, ..., 1 _n) aufweist, daß für jeden Ladungserzeugungsbereich eine erste Speichereinrichtung (2₁, 2₂, ..., 2 _n) und eine zweite Speichereinrichtung (3₁, 3₂, ..., 3 _n) vorgesehen sind und daß die Vergleichseinrichtung (10) die Differenz zwischen den in der ersten und der zweiten Speichereinrichtung gespeicherten elektrischen Ladungen entsprechend einem jeden Ladungserzeugungsbereich ermittelt.

3. Optische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung als Differenzverstärker (10) ausgebildet ist.

4. Optische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildsensor als ladungsintegrierender Sensor ausgebildet ist und einen Sensorelementebereich (1) zur Erzeugung elektrischer Ladungen in Abhängigkeit von einfallendem Licht, einen ersten Ladungsspeicherteil (2) und einen zweiten Ladungsspeicherteil (3) als erste und zweite Speichereinrichtung zur Speicherung der vom Sensorelementebereich (1) erzeugten elektrischen Ladungen, einen zwischen dem Sensorelementebereich (1) und dem ersten Ladungsspeicherteil (2) angeordneten ersten Eingabesteuerschaltungsbereich (4) und einen zwischen dem Sensorelementebereich (1) und dem zweiten Ladungsspeicherteil (3) angeordneten zweiten Eingabesteuerschaltungsbereich (5) aufweist und daß der erste Eingabesteuerschaltungsbereich (4) in dem Zustand, in dem der Sensorelementebereich (1) mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, und der zweite Eingabesteuerschaltungsbereich (5) in dem Zustand, in dem der Sensorelementebereich (1) nicht mit den Lichtsignalen beaufschlagt wird, durchgeschaltet wird.