CN100512392C - 摄像装置 - Google Patents

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CN100512392C CNB028250656A CN02825065A CN100512392C CN 100512392 C CN100512392 C CN 100512392C CN B028250656 A CNB028250656 A CN B028250656A CN 02825065 A CN02825065 A CN 02825065A CN 100512392 C CN100512392 C CN 100512392C
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Abstract

一种摄像装置，具有使多个像素(11mn)作二维配列的光感应区域(10)，其中包括：由第1光感应部分(12mn)与第2光感应部分(13mn)构成的图象检测用信号处理电路(50)，其中的每一像素(11mn)进行对应于各入射光强度的输出，该信号处理电路用来读出第1光感应部分的输出、并根据该输出检出图象，以及辉度分布检测用信号处理电路(20，30)，用来读出第2光感应部分的输出、并根据该输出检出二维配列中的第1方向和第2方向上的辉度分布。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及摄像装置。
背景技术
以往，通常都使用CMOS型图像传感器等固体摄像元件进行摄像，检测对图像进行检测。
发明内容
但是，以往的做法，不可能在检测摄取的图像的同时，进行检光入射的二维位置的检测。
本发明是针对上述存在问题而作出的，以提供能在检测图像的同时对光入射的二维位置进行检测的摄像装置作为课题。
本发明的摄像装置，具有将像素作二维排列的光感应区域；其特征是，以对应于各入射光强度进行输出的第1光感应部分与第2光感应部分构成1个像素，具有：读出第1光感应部分的输出，并根据该输出检测图像用的图像检测部，以及读出第2光感应部分的输出，并根据该输出检测二维排列中的第1方向和第2方向上的辉度分布用的辉度分布检测部。
本发明的摄像装置中，对入射到1个像素的光，可在构成该像素的第1光感应部分及第2光感应部分分别进行检测，与光强度相应的输出可形成于各光感应部分。而且，利用图像检测部，可读出第1光感应部分的输出，并根据该输出检测出图像。又，利用辉度分布检测部，可读出第2光感应部分的输出，并根据该输出检测出二维排列中的第1方向及第2方向上的辉度分布。这样，由于以第1光感应部分与第2光感应部分构成1像素，能在检测图像的同时检测光入射的二维位置。
而且，最好是在像素间延伸设置将第1光感应部分的输出引入图像检测部用的配线、以及将第2光感应部分的输出引入辉度分布检测部用的配线。形成这样的构成的情况下，利用这些配线，能够不妨碍光入射到第1光感应部分及第2光感应部分地抑制检测灵敏度的降低。
还有，第2光感应部分最好是包含在同一面内相邻配置的多个光感应部分，对于二维排列中的第1方向上排列的多个像素，第2光感应部分中包含的多个光感应部分中的一方的多个光感应部分相互电连接；对于二维排列中的第2方向上排列的多个像素，第2光感应部分中包含的多个光感应部分中的另一方的多个光感应部分相互电连接。形成这样的构成的情况下，入射到1个第2光感应部分的光，可分别在该第2光感应部分中包含的各光感应部分中检测出，与光强度相应的电流被输出到每一光感应部分。而且由于对于二维排列中的第1方向上排列的多个像素，一方的多个光感应部分相互电连接，因此可使将一方的光感应部分的电流输出送往第1方向。此外，由于对于二维排列中的第2方向上排列的多个像素，另一方的多个光感应部分相互电连接，因此可将另一方的光感应部分的电流输出送往第2方向。这样，一方的光感应部分的电流输出被送往第1方向，同时另一方的光感应部分的电流输出被送往第2方向，因此可分别独立地获得第1方向上的辉度分布及第2方向上的辉度分布。其结果是，采用在1像素中配置多个光感应部分的非常简洁的结构，就能高速地检测出入射的光的二维位置。
还有，最好是对于第1方向上排列的多个像素，第2光感应部分中包含的多个光感应部分中的一方的光感应部分相互电气连接用的配线，沿第1方向延伸设置于像素间，对于第2方向上排列的多个像素，第2光感应部分中包含的多个光感应部分中的另一方的多个光感应部分相互电连接用的配线，沿第2方向延伸设置于像素间。在采用这样的构成的情况下，利用这些配线，能够不妨碍光入射到光感应部分地抑制检测灵敏度的降低。
还有，最好是第2光感应部分根据入射光的强度输出电流；辉度分布检测部包括：在第2方向上依次读出排列于第1方向的多个像素间电气连接的一方的光感应部分群的电流输出用的第1辉度分布检测用移位寄存器、在第1方向上依次读出排列于第2方向的多个像素间作电气连接的利用方的光感应部分群的电流输出用的第2辉度分布检测用移位寄存器、依次输入通过第1辉度分布检测用移位寄存器依次读出的各一方的光感应部分群的电流输出，并将其输出变换为电压输出的第1积分电路，以及依次输入通过第2辉度分布检测用移位寄存器依次读出的各另一方的光感应部分群的电流输出，并将该输出变换为电压输出的第2积分电路。采用这样的构成的情况下，可采用非常简洁的构成检测第1方向上的辉度分布和第2方向上的辉度分布。
还有，最好是第1光感应部分输出对应于入射光强度的输出电流，图像检测部包括：在第1方向上依次读出第1光感应部分的电流输出用的第1图像检测用移位寄存器，以及在第2方向上依次读出通过第1图像检测用移位寄存器在第1方向上依次读出的电流输出用的第2图像检测用移位寄存器。采用这样的构成的情况下，可采用非常简洁的构成检测图像。
还有，最好是辉度分布检测部包括：对检测出的上述第1方向上的辉度分布中的规定辉度以上的像素位置进行确定的第1像素位置确定部，以及对检测出的第2方向上的辉度分布中的规定辉度以上的像素位置进行确定的第2像素位置确定部。图像检测部检测包含由第1像素位置确定部及第2像素位置确定部分别确定的像素位置的图像。在采用这样的构成的情况下，可极快地检测出包含规定辉度以上的区域的图像。而且该摄像装置可适用于移动物体追尾传感器等。
附图说明
图1是本实施形态的摄像装置的概略构成图；
图2是本实施形态的摄像装置中包含的光感应区域之一例的主要部位的放大平面图；
图3是本实施形态的摄像装置中包含的光感应区域的概略构成图；
图4是本实施形态的摄像装置中包含的第1辉度分布检测用信号处理电路的概略构成图；
图5是本实施形态的摄像装置中包含的第2辉度分布检测用信号处理电路的概略构成图；
图6A是第1辉度分布检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图6B是第1辉度分布检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图6C是第1辉度分布检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图6D是输入到第1积分电路的复位信号随时间变化的曲线图；
图6E是第1辉度分布检测用信号处理电路输出的电压随时间变化的曲线图；
图7A是第2辉度分布检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图7B是第2辉度分布检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图7C是第2辉度分布检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的波形图；
图7D是输入到第2积分电路的复位信号随时间变化的曲线图；
图7E是第2辉度分布检测用信号处理电路输出的电压随时间变化的曲线图；
图8是本实施形态的摄像装置中包含的图像检测部的概略构成图；
图9A是第1图像检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图9B是第1图像检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图9C是第2图像检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图9D是第2图像检测用移位寄存器输出的信号随时间变化的曲线图；
图9E是输入到第3积分电路的复位信号随时间变化的曲线图；
图9F是从第3积分电路输出的电压随时间变化的曲线图；
图10是本实施形态的摄像装置的变形例的概略构成图；
图11是本实施形态的摄像装置的变形例的概略构成图；
图12A是说明图11所示的摄像装置的变形例的动作用的说明图；
图12B是说明图11所示的摄像装置的变形例的动作用的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施形态的摄像装置进行说明。在说明时，对同一要素或具有同一功能的要素，使用同样的符号，并且将说明从略。以下，参数M及N分别取2以上的整数。此外，只要不特别指明，参数m取1以上M以下的任意的整数，参数n取1以上N以下的任意的整数。
图1是本实施形态的摄像装置的概略构成图。本实施形态的摄像装置1，如图1所示，具有光感应区域10、第1辉度分布检测用信号处理电路20、第2辉度分布检测用信号处理电路30、以及作为图像检测部的图像检测用信号处理电路50。这里，第1辉度分布检测用信号处理电路20与第2辉度分布检测用信号处理电路30构成辉度分布检测部。光感应区域10，像素11mn被二维排列成M行N列。通过在同一面内相邻配置输出对应于各入射光强度的电流的第1光感应部分12mn与第2光感应部分13mn构成1像素。而第2光感应部分13mn包含在同一面内相邻配置的多个(本实施形态中为2个)光感应部分14mn、15mn。
对于二维排列中的第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11M2，第2光感应部分13mn中包含的多个光感应部分14mn、15mn中的一方的多个光感应部分14mn(例如一方的光感应部分1411～141N)相互电连接；而且第2光感应部分13mn中包含的多个光感应部分14mn、15mn中的另一方的多个光感应部分15mn(例如一方的光感应部分15M1～15MN)相互电连接。
这里根据图2及图3对光感应区域10的构成进行说明。图2是摄像装置中包含的光感应区域之一例的主要部位的放大平面图。图3是摄像装置中包含的光感应区域的概略构成图。还有，图2中绝缘层、保护层等未图示。
光感应区域10包含：由P型(第1导电型)半导体构成的半导体基板40、以及在该半导体基板40的表层形成的N型(第2导电型)的半导体区域41，42，43。这样，第1光感应部分12mn包含半导体基板40部分及第2导电型半导体区域41，构成光电二极管61。此外，第2光感应部分13mn中包含的一方的光感应部分14mn，包含半导体基板40部分及第2导电型半导体区域42，构成光电二极管62。此外，第2光感应部分13mn中包含的另一方的光感应部分15mn，包含半导体基板40部分及第2导电型半导体区域43，构成光电二极管63。第1光感应部分12mn构成无源像素传感器(PPS：Passive Pixel Sensor)。
第2导电型半导体区域42，43，如图2所示，从光入射方向看时大致呈三角形形状，在1像素中，2个区域42、43形成有一边相邻接的状态。半导体基板40处于接地电位。又，光感应区域10也可包含以N型半导体构成的半导体基板及形成于该半导体基板表层的P型半导体区域。
经由绝缘层(未图示)上形成的通孔(未图示)，第1配线45电气连接于区域41。此外还设有多晶硅构成的MOS栅极46，第2配线47电气连接于MOS栅极46。由区域41与MOS栅极46构成开关元件64(场效应管：FET)。开关元件64的漏极相当于区域41的大面积部分，源极与第1配线45连接。
经由绝缘层(未图示)上形成的通孔(未图示)，第3配线48电气连接到区域42。经由绝缘层(未图示)上形成的通孔(未图示)，第4配线49电气连接到区域43。又，上述绝缘层的材料可采用SiO2或SiN等，第1配线45～第4配线49的各配线材料可使用Al等金属。
第1配线45，是在第1方向上电气连接各像素11mn中的区域41的配线，在像素11mn间沿第1方向延伸设置。第2配线47，是在第2方向上电气连接MOS栅极46的配线，在像素11mn间沿第2方向延伸设置。
第3配线48，是在第1方向上电气连接各像素11mn中的区域42的配线，在像素11mn间沿第1方向延伸设置。这样，利用第3配线48连接各像素11mn中的区域42，对于二维排列中的第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN，一方的多个光感应部分14mn(例如一方的光感应部分1411～141N)相互电连接，在光感应区域10构成沿第1方向延长的光感应部。这沿第1方向延伸得较长的光感应部可形成M列。
第4配线49是在第2方向上电气连接各像素11mn中的区域43的配线，在像素11mn间沿第2方向延伸设置。这样，利用第4配线49连接各像素11mn中的区域43，对于二维排列中的第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN，另一方的多个光感应部分15mn(例如另一方的光感应部分1511～15m1)相互电连接，在光感应区域10构成沿第2方向延长的光感应部。这沿第2方向延长的光感应部可形成N行。
又，在光感应区域10，在上述第1方向上延伸得较长的M列的光感应部和在第2方向上延伸得较长的N行的光感应部形成于同一面上。
从图2可知，在图3中，第2配线47与第4配线49在图3中左右方向上并列的像素11间连接；第1配线45与第3配线48在图3中上下方向并列的像素11间连接。
区域42，43的形状不限于图2示的大致为三角形，其他形状也可以，例如、从光入射方向看，也可以呈长方形或梳状。此外，也可以每1像素做成2个以上的区域。又，即使每一像素的第1方向和第2方向的第2导电型半导体区域的面积不同，也只要在像素间在每一方向上一定即可。亦即，只要利用在同一方向上延伸的所有配线分别连接的光感应区域的总面积相同即可。
下面根据图4及图5对第1辉度分布检测用信号处理电路20及第2辉度分布检测用信号处理电路30的构成进行说明。图4是第1辉度分布检测用信号处理电路的概略构成图。图5是第2辉度分布检测用信号处理电路的概略构成图。
第1辉度分布检测用信号处理电路20输出表示入射到光感应区域10的光的第2方向上的辉度分布的电压Hout。第2辉度分布检测用信号处理电路30输出表示入射到光感应区域10的光的第1方向上的辉度分布的电压Vout。
第1辉度分布检测用信号处理电路20，如图4所示，包含：与在第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN间电气连接的一方的光感应部分14群mn(由第2导电型半导体区域42构成，在第1方向上延长得较长的M列的光感应部)对应设置的第1开关元件21，在第2方向上依次读出来自在第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN间电气连接的一方的光感应部分群14mn的电流用的第1辉度分布检测用移位寄存器22，以及依次输入来自由第1辉度分布检测用移位寄存器22依次读出的各一方的光感应部分群14mn的电流，并将该电流变换成电压输出的第1积分电路23。
第1开关元件21由第1辉度分布检测用移位寄存器22输出的信号shift(Hm)进行控制依次闭合。通过使第1开关元件21闭合，使第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN间电气连接的一方的光感应部分群14mn中蓄积的电荷成为电流，并经由第3配线48及第1开关元件21输出到第1积分电路23。第1辉度分布检测用移位寄存器22通过控制电路(未图示)输出的信号控制其动作，依次使第1开关元件21闭合。
第1积分电路23具有放大器24、电容器25、及开关元件26。其中，放大器24的输入信号，取自在第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN间电气连接的一方的光感应部分群14mn的电流输出，放大器将输入的电流输出的电荷放大；电容器25的一端子连接于放大器24的输入端子上，另一端子连接于放大器24的输出端子上；开关元件26的一端子连接于放大器24的输入端子上，另一端子连接于放大器24的输出端子上，在控制电路输出的复位信号φHreset有效时成为“ON”状态，复位信号φHreset无效时成为“OFF”状态。
第1积分电路23在开关元件26为“ON”状态时使电容器25放电以实现初始化。另一方面，第1积分电路23在开关元件26为“OFF”状态时，从在第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN间电气连接的一方的光感应部分群14mn输入到输入端子的电荷被蓄积在电容器25中，对应于该蓄积的电荷的电压Hout从输出端子输出。
第2辉度分布检测用信号处理电路30，如图5所示，包含：与第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn(由第2导电型半导体区域43构成，在第2方向上延伸得较长的N行的光感应部)对应设置的第2开关元件31、在第1方向上依次读出来自第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn的电流用的第2辉度分布检测用移位寄存器32，以及依次输入由第2辉度分布检测用移位寄存器32依次读出的，来自各另一方的光感应部分群15mn的电流，并将该电流变换成电压加以输出的第2积分电路33。
第2开关元件31由第2辉度分布检测用移位寄存器32输出的信号shift(Vn)进行控制依次闭合。通过使第2开关元件31闭合，使第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn中蓄积的电荷成为电流，并经由第4配线49及第2开关元件31输出到第2积分电路33。第2辉度分布检测用移位寄存器32由控制电路输出的信号控制其动作，依次使第2开关元件31闭合。
第2积分电路33具有放大器34、电容器35、及开关元件36。其中，放大器34的输入信号，取自在第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn的电流输出，放大器34将输入的上述电流输出的电荷放大；电容器35的一端子连接于放大器34的输入端子上，另一端子连接于放大器34的输出端子上；开关元件36的一端子连接放大器34的输入端子，另一端子连接放大器34的输出端子，当控制电路输出的复位信号φVreset有效时，开关元件36为“ON”状态，复位信号φVreset无效时为“OFF”状态。
第2积分电路33在开关元件36为“ON”状态时，使电容器35放电，实现初始化。另一方面，第2积分电路33在开关元件36为“OFF”状态时，从在第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn输入到输入端子的电荷蓄积在电容器35中，对应于该蓄积的电荷的电压Vout从输出端子输出。
下面根据图6A～图6E及图7A～图7E，对第1辉度分布检测用信号处理电路20及第2辉度分布检测用信号处理电路30的动作进行说明。图6A～图6E是用来说明第1辉度分布检测用信号处理电路的动作的时序图，图7A～图7E是用来说明第2辉度分布检测用信号处理电路的动作的时序图。
一旦从控制电路将启动信号输入到第1辉度分布检测用信号处理电路22，如图6A～图6B所示，具有规定脉冲宽度的信号shift(Hm)即依次输出。一旦shift(Hm)从第1辉度分布检测用移位寄存器22输出到对应的第1开关元件21，第1开关元件21就依次闭合，对应的一方的光感应部分群14mn中蓄积的电荷成为电流，被依次输出到第1积分电路23。
如图6D所示，复位信号φHreset从控制电路输入到第1积分电路23。该复位信号φHreset处于“OFF”状态期间，对应的一方的光感应部分群14mn中蓄积的电荷被蓄积于电容器25中，如图6E所示、与蓄积的电荷量对应的电压Hout从第1积分电路23依次输出。又，第1积分电路23在复位信号φHreset处于“ON”状态时使开关元件26闭合，使电容器25初始化。
这样，从第1辉度分布检测用信号处理电路20，在第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN间电气连接的一方的光感应部分群14mn蓄积，与电荷(电流)对应的电压Hout，作为时序系列数据被依序输出到对应的一方的每一光感应部分群14mn。该时序系列数据表示第2方向上的辉度分布。
从控制电路将启动信号输入到第2辉度分布检测用移位寄存器32时，如图7A及图7B所示，即依次输出具有规定脉冲宽度的信号shift(Vn)。一旦从第2辉度分布检测用移位寄存器32向对应的第2开关元件31输出shift(Vn)，第2开关元件31即依次闭合，对应的另一方的光感应部分群15mn中蓄积的电荷即成为电流，被依次输出到第2积分电路33。
如图7D所示、复位信号φVreset被从控制电路输入到第2积分电路33。该复位信号
Figure C02825065D0011151036QIETU
处于“OFF”状态期间，对应的另一方的光感应部分群15mn中蓄积的电荷被蓄积于电容器35中，如图7E所示、与蓄积的电荷量对应的电压Vout从第2积分电路33依次输出。又，第2积分电路33在复位信号φVreset处于“ON”状态时使开关元件36闭合，使电容器35初始化。
这样，从第2辉度分布检测用信号处理电路30，经由第2方向上排列的多个像素1111～11N1，1112～11N2，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn蓄积，与电荷(电流)对应的电压Vout作为时序系列数据被输出到对应的另一方的每一光感应部分群15mn。该时序系列数据表示第1方向上的辉度分布。
下面根据图8对图像检测用信号处理电路50的构成进行说明。图8是图像检测部的概略构成图。图像检测用信号处理电路50利用入射到光感应区域10的光线输出表示像素数据(图像)的电压IMout。
图像检测用信号处理电路50包含：在第1方向依次读出各第1光感应部分12mn的电流输出用的第1图像检测用移位寄存器51、与第2方向上排列的像素11mn对应设置的第3开关元件52、在第2方向上依次读出由第1图像检测用移位寄存器51在第1方向上依次读出的各电流输出用的第2图像检测用移位寄存器53、以及依次输入由第2图像检测用移位寄存器53依次读出的，来自各第1光感应部分12mn的电流，并将该电流变换成电压然后输出的第3积分电路54。
第1图像检测用移位寄存器51，为读出各第1光感应部分12mn产生的电流，利用从控制电路(未图示)输出的信号控制其动作，并将信号shift(VIn)输出到各MOS栅极46(开关元件64)。第1图像检测用移位寄存器51经由第2配线47连接于第2方向上排列的第1光感应部分12mn的MOS栅极46(开关元件64)，以便能够同时输出信号shift(VIn)。
第3开关元件52由第2图像检测用移位寄存器53输出的信号shift(Hlm)控制依次闭合。通过使第3开关元件52闭合，与利用第1图像检测用移位寄存器51来的信号shift(VIn)闭合的MOS栅极46(开关元件64)对应的第1光感应部分12mn中蓄积的电荷成为电流，通过第1配线45及第3开关元件52被输出到第3积分电路54。第2图像检测用移位寄存器53利用控制电路(未图示)输出的信号控制其动作，使第3开关元件52依次闭合。
第3积分电路54具有放大器55、电容器56、及开关元件57。其中，放大器55输入来自各第1光感应部分12mn的电流输出，并将输入的该电流输出的电荷放大；电容器56的一端子连接放大器55的输入端子，另一端子连接放大器55的输出端子；开关元件57，其一端子连接放大器55的输入端子，另一端子连接放大器55的输出端子，当控制电路输出的复位信号φIMreset有效时为“ON”状态，复位信号φIMreset无效时为“OFF”状态。
第3积分电路54在开关元件57为“ON”状态时，电容器56放电，实现初始化。另一方面，第3积分电路54在开关元件57为“OFF”状态时，从各第1光感应部分12mn输入到输入端子的电荷被蓄积在电容器56中，对应于该蓄积的电荷的电压IMout从输出端子输出。
接着，根据图9A～图9F、对图像检测用信号处理电路50的动作进行说明。图9A～图9F，是用来说明图像检测用信号处理电路的动作的时序图。
一旦从控制电路将启动信号输入到第1图像检测用移位寄存器51，如图9A～图9B所示，具有规定脉冲宽度的信号shift(VIn)被依次输出。一旦信号shift(VIn)从第1图像检测用移位寄存器51输出到对应的MOS栅极46，MOS栅极46依次闭合。
在这样的状态下，一旦从控制电路将启动信号输入到第2图像检测用信号处理电路53，如图9C及图9D所示，具有规定脉冲宽度的信号shift(HIm)就被依次输出。一旦从第2图像检测用移位寄存器53向对应的第3开关元件52输出shift(HIm)，第3开关元件52就依次闭合，对应的第1光感应部分12mn中蓄积的电荷就成为电流，被依次输出到第3积分电路54。
如图9E所示，复位信号φIMreset从控制电路输入到第3积分电路54。该复位信号φIMeset处于“OFF状态”期间，对应的第1光感应部分12mn中蓄积的电荷被蓄积于电容器56中，如图9F所示，与蓄积的电荷量对应的电压IMout，依次从第3积分电路54输出。又，第3积分电路54在复位信号φIMreset为“ON”状态时使开关元件57闭合，电容器56实现初始化。
这样，从图像检测用信号处理电路50，与由第1光感应部分12mn蓄积的电荷(电流)相应的IMout，被作为时序系列数据依序输出到各对应的第1光感应部分12mn。该时序系列数据是表示像素数据(图像)的数据。
又，第1辉度分布检测用信号处理电路20、第2辉度分布检测用信号处理电路30及图像检测用信号处理电路50，可以以同样的时序动作，也可按时序系列独立地动作。
如前所述，本实施形态的摄像装置1中，入射到1个像素11mn的光，可分别在构成该像素11mn的第1光感应部分12mn及第2光感应部分13mn检测出。对应于光强度的输出，形成于各光感应部分12mn、13mn。而且，利用图像检测用信号处理电路50，可读出第1光感应部分12mn的输出，并根据该输出检测图像。还有，通过辉度分布检测部(第1辉度分布检测用信号处理电路20及第2辉度分布检测用信号处理电路30)，可读出第2光感应部分13mn的输出，并根据该输出检测二维排列中的第1方向及第2方向上的辉度分布。这样，由于1像素由第1光感应部分12mn和第2光感应部分13mn构成，因此、在检测图像的同时，可检测光入射的二维位置。
此外，在本实施形态的摄像装置1中，在像素11mn间延伸设置将第1光感应部分12mn的输出引入图像检测用信号处理电路50用的第1配线45及第2配线47、将第2光感应部分13mn的输出引入辉度分布检测部(第1辉度分布检测用信号处理电路20及第2辉度分布检测用信号处理电路30)用的第3配线48及第4配线49。这样，利用各配线45、47、48、49，可以不妨碍光入射到第1光感应部分12mn及第2光感应部分13mn，同时抑制检测灵敏度的降低。
此外，本实施形态的摄像装置1中，第2光感应部分13mn包含在同一面内相邻配置的多个光感应部分14mn、15mn，对于二维排列中的第1方向上排列的多个像素1111～1111，1121～112N，…，11M1～11MN，第2光感应部分13mn中包含的多个光感应部分14mn、15mn中的一方的多个光感应部分14mn相互电连接，对于二维排列中的第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN，第2光感应部分13mn中包含的多个光感应部分14mn、15mn中的另一方的多个光感应部分15mn相互电连接。这样，入射到1个第2光感应部分13mn的光线，可分别在该第2光感应部分13mn中包含的光感应部分14mn、15mn检测出，对应于光强度的电流被输出到各光感应部分14mn、15mn。
而且，对于二维排列中的第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11M1～11MN，一方的多个光感应部分14mn与其电气连接，因此一方的光感应部分14mn的电流输出被送到第1方向。此外，对于二维排列中的第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN，另一方的多个光感应部分15mn与其电气连接，因此另一方的光感应部分15mn的电流输出被送到第2方向。这样，一方的光感应部分的14mn的电流输出被送到第1方向，同时、另一方的光感应部分的15mn的电流输出被送到第2方向，因此、第1方向上的辉度分布与第2方向上的辉度分布可分别独立获得。其结果是，可采用在1像素中配置多个光感应部分14mn、15mn的非常简洁的构成，快速检测出入射光的二维位置。
此外，本实施形态的摄像装置1中，最好是第3配线48沿第1方向延伸设置于像素11mn间，第4配线49沿第2方向延伸设置于像素11mn间。采用这样的构成的情况下，利用各配线48、49，可不妨碍光入射到光感应部分12mn及13mn，又能抑制检测灵敏度的降低。
此外，本实施形态的摄像装置1中，第2光感应部分13mn输出对应于入射光强度的电流，辉度分布检测部(第1辉度分布检测用信号处理电路20、第2辉度分布检测用信号处理电路30)包含第1辉度分布检测用移位寄存器22、第2辉度分布检测用移位寄存器32、第1积分电路23、及第2积分电路33。这样，可采用非常简洁的构成检测第1方向上的辉度分布及第2方向上的辉度分布。
此外，本实施形态的摄像装置1中，第1光感应部分12mn输出对应于入射光强度的电流，图像检测用信号处理电路50包含：第1图像检测用移位寄存器51、第2图像检测用移位寄存器53、第2积分电路54。这样，可采用非常简洁的构成进行图像(像素数据)的检测。
下面根据图10、对本实施形态的摄像装置的变形例进行说明。图10是本实施形态的摄像装置的变形例的概略构成图。变形例与上述实施形态相比，在第1光感应部分12mn构成有源像素传感器(APS：Active Pixel Sensor)这一点上不同。又，图10中，以2×2像素图示。又，图10中，从各像素1111，1112，1121，1122的相同位置延伸的各配线是相连的。
场效应管(FET)81，82的各漏极都连接于电源电压，晶体管81的源极与晶体管82的栅极，与场效应管83的漏极连接。晶体管83的源极与光电二极管61的阴极连接。又，晶体管82的源极与晶体管84的漏极连接，并通过源极连接到第3开关元件52侧。在晶体管81的栅极上，加上来自第1图像检测用移位寄存器51的复位信号Reset(VIn)，晶体管83的栅极上，加上来自第1图像检测用移位寄存器51的信号SW(VIn)。此外，在晶体管84上，加上来自第1图像检测用移位寄存器51的信号shift(VIn)。
为了对有源像素传感器的动作进行说明，首先在晶体管81的栅极上加上复位信号Reset(VIn)，晶体管81导通，通过晶体管81的漏极、源极，使光电二极管61的阴极的电压为电源电位(被复位)。又，此时晶体管83是导通的，而晶体管84是截止的。接着、晶体管81的栅极上的复位信号Reset(VIn)消失，晶体管81截止，这样，光电二极管61的阴极电位被维持在电源电位上。在这样的状态下，光电二极管61受到光照射，光电二极管61对入射光作光电变换，与照射光量(强度×时间)成比例的电荷Q被蓄积在光电二极管61中，引起光电二极管61的阴极电位变成Q/C的电压变化(在这里，C是光电二极管61的电容量)。
此后，在晶体管83的栅极加上信号SW(VIn)，在晶体管84的栅极加上信号shift(VIn)，以将光电二极管61的上述阴极的电压变化量作为图像信号经晶体管83、晶体管82及晶体管84输出。
这样，即使以有源像素传感器构成第1光感应部分12mn时，在检测图像的同时，也能检测光入射的二维位置。
下面根据图11对本实施形态的摄像装置的又一变形例进行说明。图11是本实施形态相关的摄像装置的又一变形例的概略构成图。
图11所示的变形例中，第2辉度分布检测用信号处理电路30(辉度分布检测部)包含确定第1方向上的辉度分布中规定辉度以上的像素的位置的第1像素位置确定部91。第1像素位置确定部91上连接各第2开关元件31的输出，并输入第2方向上排列的多个像素1111～11M1，1112～11M2，…，111N～11MN间电气连接的另一方的光感应部分群15mn的电流输出。
第1像素位置确定部91，根据所输入的输出，确定规定辉度以上的像素的位置，并将有关确定的像素位置的信息作为像素信息(通道信息)送到第1图像检测用移位寄存器51。像素信息中也包含位于确定的像素位置周边的像素位置。第1图像检测用移位寄存器51根据来自第1像素位置确定部91的像素信息，只向对应于该像素信息中的像素位置的MOS栅极46依次输出shift(VIn)。这样，只使对应于该像素信息中的像素位置的MOS栅极46依序闭合。
第1辉度分布检测用信号处理电路20(辉度分布检测部)包含确定第2方向上的辉度分布中在规定辉度以上的像素的位置的第2像素位置确定部92。第2像素位置确定部92上连接各第1开关元件21的输出，并输入在第1方向上排列的多个像素1111～111N，1121～112N，…，11N1～11MN间电气连接的一方的光感应部分群14mn的输出。
第2像素位置确定部92，根据所输入的输出、确定辉度在规定辉度以上的像素的位置，并将有关确定的像素位置的信息作为像素信息(通道信息)送到第2图像检测用移位寄存器53。像素信息中，也包含位于确定的像素位置周边的像素位置。第2图像检测用移位寄存器53，根据来自第2像素位置确定部92的像素信息、只向对应于该像素信息中的像素位置的第3开关元件52依次输出shift(HIm)。这样，只依次使对应于该像素信息中的像素位置的第3开关元件52闭合，与该像素位置对应的第1光感应部分12mn中蓄积的电荷成为电流，并经由图像读出电路93、第3开关元件52，被依次输出到A/D变换电路94。此外，第1辉度分布检测用信号处理电路20及第2辉度分布检测用信号处理电路30的输出被送到A/D变换电路95、96，经A/D变换后输出。
但是，如图12A及12B所示，对于在整个光感应区域10检测出的图像I1(M×N像素)，可得到辉度在规定辉度以上的规定区域的图像I2(O×P像素：这里M≥O，N≥P)。例如，M＝N＝512、O＝P＝64，读出速度为1微秒/像素时，读出图像I1时，帧速率(帧/秒)为3.8(fps)，读出图像I2时，为244(fps)，使高速读出成为可能。此外，图12A中，特性A表示由第1辉度分布检测用信号处理电路20得到的第2方向上的辉度分布，特性B表示由第2辉度分布检测用信号处理电路30得到的第1方向上的辉度分布。
这样，在图11的变形例中，可极快地检测出包含规定辉度以上的区域的图像。此外，该摄像装置1还能用于移动物体追尾传感器。
本发明不限于上述的实施形态。例如、也可不在同一面内与第1光感应部分12mn相邻地配置第2光感应部分13mn，而是在形成光感应区域10的半导体基板40的背面侧设置电阻电极等的栅状的电阻部，根据对光入射引起的电阻值变化的检测，检测第1方向及第2方向上的辉度分布(光的入射位置)。
产业上的可利用性
本发明的摄像装置可用作移动物体追尾装置。

Claims (7)

1.一种摄像装置，具有像素作二维排列的光感应区域，其特征是，
其中，1个像素由：其输出用于检测图像的第1光感应部分，和其输出用于检测二维排列中的第1、第2方向上的辉度分布的由多个光感应单元构成的第2光感应部分所构成；
具有读出所述第1光感应部分的输出、并根据该输出检测图像用的图像检测部，以及读出所述第2光感应部分的输出、并根据该输出检测所述二维排列的第1方向和第2方向上的辉度分布用的辉度分布检测部。
2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征是，
在所述像素间延伸设置将所述第1光感应部分的输出引入所述图像检测部用的配线、以及将所述第2光感应部分的输出引入所述辉度分布检测部用的配线。
3.如权利要求1所述的摄像装置，其特征是，
所述第2光感应部分的所述多个光感应单元配置在所述光感应区域同一面，所述多个光感应单元包括一方的光感应单元和另一方的光感应单元；
对于所述二维排列中的第1方向上排列的多个像素，所述第2光感应部分包含的多个光感应单元中的一方的光感应单元相互电连接；
对于所述二维排列中的第2方向上排列的多个像素，所述第2光感应部分包含的多个光感应单元中的另一方的光感应单元相互电连接。
4.如权利要求3所述的摄像装置，其特征是，
对于所述第1方向上排列的多个像素，所述第2光感应部分包含的多个光感应单元中的一方光感应单元相互电连接用的配线，沿所述第1方向延伸设置于所述像素间；
对于所述第2方向上排列的多个像素，所述第2光感应部分包含的多个光感应单元中另一方多个光感应单元相互电连接用的配线，沿所述第2方向延伸设置于所述像素间。
5.如权利要求3所述的摄像装置，其特征是，
所述第2光感应部分输出与入射光的强度相应的电流，
所述辉度分布检测部包含
在所述第2方向上依次读出排列于所述第1方向的在所述多个像素间电连接的一方光感应单元群的电流输出用的第1辉度分布检测用移位寄存器、
在所述第1方向上依次读出排列于所述第2方向的在所述多个像素间电连接的另一方光感应单元群的电流输出用的第2辉度分布检测用移位寄存器、
依次输入通过所述第1辉度分布检测用移位寄存器依次读出的所述各个一方的光感应单元群的电流输出并将该输出变换为电压输出的第1积分电路、以及
依次输入通过所述第2辉度分布检测用移位寄存器依次读出的所述各个另一方的光感应单元群的电流输出并将该输出变换为电压输出的第2积分电路。
6.如权利要求1所述的摄像装置，其特征是，
所述第1光感应部分输出与入射光强度相应的电流，
所述图像检测部包含
在所述第1方向上依次读出所述第1光感应部分的电流输出用的第1图像检测用移位寄存器、以及
在所述第2方向上依次读出通过所述第1图像检测用移位寄存器在所述第1方向上依次读出的所述电流输出用的第2图像检测用移位寄存器。
7.如权利要求1所述的摄像装置，其特征是，
所述辉度分布检测部包括：对检测出的所述第1方向上的辉度分布中的规定辉度以上的像素位置进行确定的第1像素位置确定部，以及对检测出的所述第2方向上的辉度分布中的规定辉度以上的像素位置进行确定的第2像素位置确定部。
所述图像检测部检测包含由所述第1像素位置确定部及所述第2像素位置确定部分别确定的所述像素位置的图像。
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