JP2001304962A - 光検出装置およびこれを用いた距離測定装置 - Google Patents
光検出装置およびこれを用いた距離測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光検出としてフォトセンサの光電流を比較す
る方式を採ると、センサ部やアンプ部に特性差がある場
合に精度の良い比較ができなく、また各センサ部に定常
的に光電流が流れることになるため消費電流が大きくな
る。 【解決手段】 光切断法を用いて３次元物体の形状測定
を行う距離測定装置において、画素部１１の単位画素１
１１ごとに設けられた２つのフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢに蓄積された電荷を信号電流として垂直信号線１
１３-1〜１１３-mに逐次読み出し、各列ごとに設けられ
た信号処理部１３において、コンパレータ回路１３５で
どちらの光強度が強いかを判定することで、レーザー光
のスキャニングにより、レーザー光がある特定の画素を
通過すると強弱の関係が逆転し、コンパレータ回路１３
５の比較出力が反転するため、レーザー光の単位画素１
１１上の通過を検出できる。
る方式を採ると、センサ部やアンプ部に特性差がある場
合に精度の良い比較ができなく、また各センサ部に定常
的に光電流が流れることになるため消費電流が大きくな
る。 【解決手段】 光切断法を用いて３次元物体の形状測定
を行う距離測定装置において、画素部１１の単位画素１
１１ごとに設けられた２つのフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢに蓄積された電荷を信号電流として垂直信号線１
１３-1〜１１３-mに逐次読み出し、各列ごとに設けられ
た信号処理部１３において、コンパレータ回路１３５で
どちらの光強度が強いかを判定することで、レーザー光
のスキャニングにより、レーザー光がある特定の画素を
通過すると強弱の関係が逆転し、コンパレータ回路１３
５の比較出力が反転するため、レーザー光の単位画素１
１１上の通過を検出できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光検出装置および
これを用いた距離測定装置に関し、特に画素（セル）が
アレイ状に配置されてなる半導体アレイセンサとしての
光検出装置およびこれを用いて３次元物体の形状測定
（物体表面の位置計測）を行う距離測定装置に関する。
これを用いた距離測定装置に関し、特に画素（セル）が
アレイ状に配置されてなる半導体アレイセンサとしての
光検出装置およびこれを用いて３次元物体の形状測定
（物体表面の位置計測）を行う距離測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報処理の高速化、ネットワーク
化の進展に伴い、３次元物体の形状情報、即ち３次元距
離情報を取り込み、得られた３次元映像コンテンツをゲ
ームや電子コマース等のアプリケーションに利用する用
途が高まりつつある。この３次元距離情報の取り込みの
方法として、従来、様々な手法が提案され、実現されて
いる。
化の進展に伴い、３次元物体の形状情報、即ち３次元距
離情報を取り込み、得られた３次元映像コンテンツをゲ
ームや電子コマース等のアプリケーションに利用する用
途が高まりつつある。この３次元距離情報の取り込みの
方法として、従来、様々な手法が提案され、実現されて
いる。
【０００３】それらの中で、精度が高く高速なデータ取
得が可能な方法として、レーザースリット光および専用
の半導体アレイセンサを用いて３次元距離情報を取り込
む光切断法と呼ばれる手法が知られている。この光切断
法を用いて３次元物体の形状測定を行う距離測定装置
が、例えば特開平５−３２２５３６号公報に開示されて
いる。
得が可能な方法として、レーザースリット光および専用
の半導体アレイセンサを用いて３次元距離情報を取り込
む光切断法と呼ばれる手法が知られている。この光切断
法を用いて３次元物体の形状測定を行う距離測定装置
が、例えば特開平５−３２２５３６号公報に開示されて
いる。
【０００４】光切断法に基づく距離測定の概念について
図１１を用いて説明する。この距離測定では、測定対象
物体にレーザースリット光を走査ミラーにて時間的に走
査しながら照射し、その反射スリット光を専用の半導体
アレイセンサにて検出する。そして、その半導体アレイ
センサ内の画素（セル）位置と、走査しているタイミン
グ（反射スリット光の照射角度）の２つの情報を得るこ
とにより、三角測量の手法に基づいて物体のスリット光
が照射されている位置の距離情報を求めることができ
る。
図１１を用いて説明する。この距離測定では、測定対象
物体にレーザースリット光を走査ミラーにて時間的に走
査しながら照射し、その反射スリット光を専用の半導体
アレイセンサにて検出する。そして、その半導体アレイ
センサ内の画素（セル）位置と、走査しているタイミン
グ（反射スリット光の照射角度）の２つの情報を得るこ
とにより、三角測量の手法に基づいて物体のスリット光
が照射されている位置の距離情報を求めることができ
る。
【０００５】ここで、光を検出する半導体アレイセンサ
としては、レーザーの反射光を安定して検出できる必要
がある。上記公報に開示の距離測定装置では、半導体ア
レイセンサとして、図１２に示すように、センサアレイ
内のセル１０１内に、２つのフォトセンサ１０２Ａ，１
０２Ｂを反射スリット光の移動方向に沿って隣接して配
置するとともに、これらセンサ１０２Ａ，１０２Ｂがア
ンプ１０３Ａ，１０３Ｂを通して出力する光電流を比較
する比較器１０４を設け、ゲート１０５を通して導出さ
れる比較器１０４の出力に基づいて、反射スリット光の
セル１０１上の通過を検出する構成のものが用いられて
いた。
としては、レーザーの反射光を安定して検出できる必要
がある。上記公報に開示の距離測定装置では、半導体ア
レイセンサとして、図１２に示すように、センサアレイ
内のセル１０１内に、２つのフォトセンサ１０２Ａ，１
０２Ｂを反射スリット光の移動方向に沿って隣接して配
置するとともに、これらセンサ１０２Ａ，１０２Ｂがア
ンプ１０３Ａ，１０３Ｂを通して出力する光電流を比較
する比較器１０４を設け、ゲート１０５を通して導出さ
れる比較器１０４の出力に基づいて、反射スリット光の
セル１０１上の通過を検出する構成のものが用いられて
いた。
【０００６】上記構成の半導体アレイセンサにおいて、
反射スリット光が当たっていない定常状態では、２つの
フォトセンサ１０２Ａ，１０２Ｂのどちらか片方のセン
サ感度を上げるように重み付けをしておき、光強度の判
定が一方に決定されるように設定しておく。この状態に
おいて、反射スリット光が入射し、感度の低いセンサの
みにレーザーが照射されると、光感度の判定結果が反転
し、反射スリット光の通過を検出することができる。
反射スリット光が当たっていない定常状態では、２つの
フォトセンサ１０２Ａ，１０２Ｂのどちらか片方のセン
サ感度を上げるように重み付けをしておき、光強度の判
定が一方に決定されるように設定しておく。この状態に
おいて、反射スリット光が入射し、感度の低いセンサの
みにレーザーが照射されると、光感度の判定結果が反転
し、反射スリット光の通過を検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
例に係る距離測定装置では、光検出としてフォトセンサ
の光電流を比較する方式を採っており、単に２つのフォ
トセンサから出力される光電流の比較を行う構成である
ため、センサ部やアンプ部に特性差がある場合に精度の
良い比較ができなく、また各センサ部に定常的に光電流
が流れることになるため、チップ全体での消費電流が大
きくなる。さらに、単位画素ごとにアンプや比較器等の
回路を設けることになるため、画素サイズに対するセン
サ部の占める面積の割合（開口率）が小さくなり、感度
を上げることができなくなる。
例に係る距離測定装置では、光検出としてフォトセンサ
の光電流を比較する方式を採っており、単に２つのフォ
トセンサから出力される光電流の比較を行う構成である
ため、センサ部やアンプ部に特性差がある場合に精度の
良い比較ができなく、また各センサ部に定常的に光電流
が流れることになるため、チップ全体での消費電流が大
きくなる。さらに、単位画素ごとにアンプや比較器等の
回路を設けることになるため、画素サイズに対するセン
サ部の占める面積の割合（開口率）が小さくなり、感度
を上げることができなくなる。
【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、より精度良く入射光
を検出可能な光検出装置およびこれを用いた距離測定装
置を提供することにある。
であり、その目的とするところは、より精度良く入射光
を検出可能な光検出装置およびこれを用いた距離測定装
置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による光検出装置
は、２つの光電変換素子を有する単位画素が行列状に配
列されてなる画素部と、この画素部の各単位画素を行単
位で選択する第１走査部と、画素部の各列ごとに配され
た信号線に対して、各単位画素から出力される信号を各
列ごとに処理する信号処理部とを備えた構成となってい
る。そして、この光検出装置は、例えば、光切断法を用
いて３次元物体の形状測定を行う距離測定装置におい
て、３次元物体で反射されたスリット光を検出する半導
体アレイセンサとして用いられる。
は、２つの光電変換素子を有する単位画素が行列状に配
列されてなる画素部と、この画素部の各単位画素を行単
位で選択する第１走査部と、画素部の各列ごとに配され
た信号線に対して、各単位画素から出力される信号を各
列ごとに処理する信号処理部とを備えた構成となってい
る。そして、この光検出装置は、例えば、光切断法を用
いて３次元物体の形状測定を行う距離測定装置におい
て、３次元物体で反射されたスリット光を検出する半導
体アレイセンサとして用いられる。
【００１０】上記構成の光検出装置およびこれを用いた
距離測定装置において、測定対象物体の表面に沿ってス
リット光を走査させると、その反射スリット光が画素部
（半導体アレイセンサ）の受光面に入射する。この画素
部の各画素は、第１走査部による走査によって行単位で
選択される。そして、各画素から出力される２つの光電
変換素子についての２つの信号に基づいて反射スリット
光が受光面上の画素を通過する時点が、各列ごとに設け
られた信号処理部で検出され、さらにこの検出結果に基
づいて測定対象物体の表面の位置が演算処理部で求めら
れる。
距離測定装置において、測定対象物体の表面に沿ってス
リット光を走査させると、その反射スリット光が画素部
（半導体アレイセンサ）の受光面に入射する。この画素
部の各画素は、第１走査部による走査によって行単位で
選択される。そして、各画素から出力される２つの光電
変換素子についての２つの信号に基づいて反射スリット
光が受光面上の画素を通過する時点が、各列ごとに設け
られた信号処理部で検出され、さらにこの検出結果に基
づいて測定対象物体の表面の位置が演算処理部で求めら
れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】図１は、本発明の第１実施形態に係る光検
出装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る光検
出装置は、画素部１１、垂直走査部１２および信号処理
部１３を有する構成となっている。
出装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る光検
出装置は、画素部１１、垂直走査部１２および信号処理
部１３を有する構成となっている。
【００１３】画素部１１は、半導体基板（以下、チップ
と称す）上に単位画素１１１が行列状（アレイ状）に多
数配列され、これら画素１１１に対して行方向（垂直方
向）の画素数ｎに対応したｎ本の行選択線１１２-1〜１
１２-nおよび列方向（水平方向）の画素数ｍに対応した
ｍ本の垂直信号線１１３-1〜１１３-mがマトリクス状に
配線された構成となっている。
と称す）上に単位画素１１１が行列状（アレイ状）に多
数配列され、これら画素１１１に対して行方向（垂直方
向）の画素数ｎに対応したｎ本の行選択線１１２-1〜１
１２-nおよび列方向（水平方向）の画素数ｍに対応した
ｍ本の垂直信号線１１３-1〜１１３-mがマトリクス状に
配線された構成となっている。
【００１４】垂直走査部１２は、例えばシフトレジスタ
によって構成される垂直走査回路１２１およびロジック
回路１２２を有し、垂直走査回路１２１によって垂直方
向に順に走査しつつ画素部１１の各画素１１１を行単位
で選択するために、ロジック回路１２２を通して各種の
制御信号ＶＳＬ，ＲＳＴ，ＴＸＡ，ＴＸＢを行単位で出
力する構成となっている。
によって構成される垂直走査回路１２１およびロジック
回路１２２を有し、垂直走査回路１２１によって垂直方
向に順に走査しつつ画素部１１の各画素１１１を行単位
で選択するために、ロジック回路１２２を通して各種の
制御信号ＶＳＬ，ＲＳＴ，ＴＸＡ，ＴＸＢを行単位で出
力する構成となっている。
【００１５】信号処理部１３は、バイアス回路１３１、
オフセット回路１３２、Ｉ（電流）−Ｖ（電圧)変換回
路１３３、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路１３
４、コンパレータ回路１３５およびデータラッチ回路１
３６がその順番で、各列ごとに垂直信号線１１３-1〜１
１３-nの各出力端に接続され、垂直信号線１１３-1〜１
１３-nからの信号を列ごとに処理する構成となってい
る。
オフセット回路１３２、Ｉ（電流）−Ｖ（電圧)変換回
路１３３、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路１３
４、コンパレータ回路１３５およびデータラッチ回路１
３６がその順番で、各列ごとに垂直信号線１１３-1〜１
１３-nの各出力端に接続され、垂直信号線１１３-1〜１
１３-nからの信号を列ごとに処理する構成となってい
る。
【００１６】図２に、第１実施形態に係る光検出装置の
各部の具体的な構成を示す。ここでは、図面の簡略化の
ために、１行１列目の単位画素１１１およびその周辺回
路のみについて具体的な回路構成を示している。
各部の具体的な構成を示す。ここでは、図面の簡略化の
ために、１行１列目の単位画素１１１およびその周辺回
路のみについて具体的な回路構成を示している。
【００１７】図２において、先ず、単位画素１１１は、
２つの光電変換素子、例えばフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢを有している。これらフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢの各アノードは接地されている。フォトダイオー
ドＰＤＡ，ＰＤＢの各カソードと信号電荷を蓄積する蓄
積部であるフローティングディフュージョン（以下、ノ
ードＮ１１と称す）との間には、読み出し用ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２が接続されている。
２つの光電変換素子、例えばフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢを有している。これらフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢの各アノードは接地されている。フォトダイオー
ドＰＤＡ，ＰＤＢの各カソードと信号電荷を蓄積する蓄
積部であるフローティングディフュージョン（以下、ノ
ードＮ１１と称す）との間には、読み出し用ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２が接続されている。
【００１８】ノードＮ１１と電源ＶＤＤとの間には、ノ
ードＮ１１の電位をリセットするリセット用ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１３が接続されている。また、電源ＶＤＤ
と垂直信号線１１３-1との間には、増幅用ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ１４および行選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ
１５が直列に接続されている。増幅用ＭＯＳトランジス
タＴｒ１４のゲートはノードＮ１１に接続されている。
ードＮ１１の電位をリセットするリセット用ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１３が接続されている。また、電源ＶＤＤ
と垂直信号線１１３-1との間には、増幅用ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ１４および行選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ
１５が直列に接続されている。増幅用ＭＯＳトランジス
タＴｒ１４のゲートはノードＮ１１に接続されている。
【００１９】また、１行目の単位画素１１１に対して、
行選択線１１２-1の外に、リセット制御線１１４-1およ
び２本の読み出し制御線１１５-1，１１６-1が、列方向
に配線されている。そして、読み出し用ＭＯＳトランジ
スタＴｒ１１，Ｔｒ１２の各ゲートが読み出し制御線１
１５-1，１１６-1に、リセット用ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１３のゲートがリセット制御線１１４-1に、行選択用
ＭＯＳトランジスタＴｒ１５のゲートが行選択線１１２
-1にそれぞれ接続されている。
行選択線１１２-1の外に、リセット制御線１１４-1およ
び２本の読み出し制御線１１５-1，１１６-1が、列方向
に配線されている。そして、読み出し用ＭＯＳトランジ
スタＴｒ１１，Ｔｒ１２の各ゲートが読み出し制御線１
１５-1，１１６-1に、リセット用ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１３のゲートがリセット制御線１１４-1に、行選択用
ＭＯＳトランジスタＴｒ１５のゲートが行選択線１１２
-1にそれぞれ接続されている。
【００２０】次に、垂直走査部１２において、ロジック
回路１２２には、図示せぬタイミング制御回路から、フ
ォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢの各々に蓄積された電荷
を読み出すための読み出し制御信号ＴＸＡ，ＴＸＢおよ
びノードＮ１１の電位をリセットするためのリセット制
御信号ＲＳＴが入力されるとともに、垂直走査回路１２
１から行選択信号ＶＳＬが与えられる。
回路１２２には、図示せぬタイミング制御回路から、フ
ォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢの各々に蓄積された電荷
を読み出すための読み出し制御信号ＴＸＡ，ＴＸＢおよ
びノードＮ１１の電位をリセットするためのリセット制
御信号ＲＳＴが入力されるとともに、垂直走査回路１２
１から行選択信号ＶＳＬが与えられる。
【００２１】ロジック回路１２２において、垂直走査回
路１２１から与えられる行選択信号ＶＳＬは、バッファ
１２３を介して行選択線１１２-1に供給されるととも
に、ＡＮＤ回路１２４，１２５，１２６の各一方の入力
となる。入力されたリセット制御信号ＲＳＴはＡＮＤ回
路１２４を通過し、バッファ１２７を介してリセット制
御線１１４-1に供給され、また読み出し制御信号ＴＸ
Ａ，ＴＸＢはＡＮＤ回路１２５，１２６をそれぞれ通過
し、バッファ１２８，１２９を介して読み出し制御線１
１５-1，１１６-1に供給される。
路１２１から与えられる行選択信号ＶＳＬは、バッファ
１２３を介して行選択線１１２-1に供給されるととも
に、ＡＮＤ回路１２４，１２５，１２６の各一方の入力
となる。入力されたリセット制御信号ＲＳＴはＡＮＤ回
路１２４を通過し、バッファ１２７を介してリセット制
御線１１４-1に供給され、また読み出し制御信号ＴＸ
Ａ，ＴＸＢはＡＮＤ回路１２５，１２６をそれぞれ通過
し、バッファ１２８，１２９を介して読み出し制御線１
１５-1，１１６-1に供給される。
【００２２】次に、信号処理部１３において、バイアス
回路１３１は、バイアス用ＭＯＳトランジスタＴｒ１６
によって構成されている。このバイアス用ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ１６は、垂直信号線１３１-1とグランドとの
間に接続されており、そのゲートには所定のバイアス電
圧（固定電圧）ＶＢＩが印加される。このバイアス回路
１３１は、Ｉ-Ｖ変換回路１３３の動作点を調整するた
めに設けられた回路である。
回路１３１は、バイアス用ＭＯＳトランジスタＴｒ１６
によって構成されている。このバイアス用ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ１６は、垂直信号線１３１-1とグランドとの
間に接続されており、そのゲートには所定のバイアス電
圧（固定電圧）ＶＢＩが印加される。このバイアス回路
１３１は、Ｉ-Ｖ変換回路１３３の動作点を調整するた
めに設けられた回路である。
【００２３】オフセット回路１３２は、オフセット用Ｍ
ＯＳトランジスタＴｒ１７によって構成されている。こ
のオフセット用ＭＯＳトランジスタＴｒ１７は、垂直信
号線１３１-1とグランドとの間に接続されており、その
ゲートには所定のオフセット電圧ＶＯＦが印加される。
このオフセット回路１３２は、単位画素１１１における
フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのどちらか片方の信号
にオフセットを与えるために設けられた回路である。
ＯＳトランジスタＴｒ１７によって構成されている。こ
のオフセット用ＭＯＳトランジスタＴｒ１７は、垂直信
号線１３１-1とグランドとの間に接続されており、その
ゲートには所定のオフセット電圧ＶＯＦが印加される。
このオフセット回路１３２は、単位画素１１１における
フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのどちらか片方の信号
にオフセットを与えるために設けられた回路である。
【００２４】Ｉ-Ｖ変換回路１３３以降の具体的な回路
例を図３に示す。先ず、Ｉ-Ｖ変換回路１３３として
は、一例として、インバータＩＮＶ１１およびその入出
力端間に接続された帰還抵抗Ｒ１１からなる回路構成の
ものを用いることができる。このタイプのＩ-Ｖ変換回
路１３３は、回路構成がシンプルであることから、チッ
プ上のレイアウト面積が小さくて済むため、列ごとに設
けることが容易に可能となる。
例を図３に示す。先ず、Ｉ-Ｖ変換回路１３３として
は、一例として、インバータＩＮＶ１１およびその入出
力端間に接続された帰還抵抗Ｒ１１からなる回路構成の
ものを用いることができる。このタイプのＩ-Ｖ変換回
路１３３は、回路構成がシンプルであることから、チッ
プ上のレイアウト面積が小さくて済むため、列ごとに設
けることが容易に可能となる。
【００２５】ＣＤＳ回路１３５については、基本的な構
成をキャパシタとスイッチトランジスタのみとし、最終
段のバッファアンプも２つのＭＯＳトランジスタによっ
て構成としている。この回路構成を採ることにより、回
路規模を小さくすることができるため、Ｉ-Ｖ変換回路
１３３と同様に、列ごとに設けることが容易に可能とな
る。
成をキャパシタとスイッチトランジスタのみとし、最終
段のバッファアンプも２つのＭＯＳトランジスタによっ
て構成としている。この回路構成を採ることにより、回
路規模を小さくすることができるため、Ｉ-Ｖ変換回路
１３３と同様に、列ごとに設けることが容易に可能とな
る。
【００２６】具体的には、クランプ用キャパシタＣ１１
と、このクランプ用キャパシタＣ１１の出力端に一方の
主電極が接続されたクランプ用ＭＯＳトランジスタＴｒ
２１と、クランプ用キャパシタＣ１１の他端に一方の主
電極が接続されたサンプルホールド用ＭＯＳトランジス
タＴｒ２２と、このサンプルホールド用ＭＯＳトランジ
スタＴｒ２２の他方の主電極とグランドとの間に接続さ
れたサンプルホールド用キャパシタＣ１２とを有する回
路構成となっている。
と、このクランプ用キャパシタＣ１１の出力端に一方の
主電極が接続されたクランプ用ＭＯＳトランジスタＴｒ
２１と、クランプ用キャパシタＣ１１の他端に一方の主
電極が接続されたサンプルホールド用ＭＯＳトランジス
タＴｒ２２と、このサンプルホールド用ＭＯＳトランジ
スタＴｒ２２の他方の主電極とグランドとの間に接続さ
れたサンプルホールド用キャパシタＣ１２とを有する回
路構成となっている。
【００２７】そして、クランプ用ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ２１のゲートにはサンプルホールドリセット信号ＳＨ
Ｒが印加され、サンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ２２のゲートにはサンプルホールドデータ信号ＳＨ
Ｄが印加されるようになっている。また、最終段のバッ
ファアンプＢｕｆｆ１１としては、電源ＶＤＤとグラン
ドとの間に直列に接続された２つのＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ２３，Ｔｒ２４からなるソースフォロア回路が用い
られている。
ｒ２１のゲートにはサンプルホールドリセット信号ＳＨ
Ｒが印加され、サンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ２２のゲートにはサンプルホールドデータ信号ＳＨ
Ｄが印加されるようになっている。また、最終段のバッ
ファアンプＢｕｆｆ１１としては、電源ＶＤＤとグラン
ドとの間に直列に接続された２つのＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ２３，Ｔｒ２４からなるソースフォロア回路が用い
られている。
【００２８】上記構成のＣＤＳ回路１３４は、Ｉ-Ｖ変
換回路１３３を通して供給される各画素１１１の信号に
ついて、サンプルホールドリセット信号ＳＨＲに同期し
てフィードスルーレベル（リファレンス信号レベル）を
クランプした上、サンプルホールドデータ信号ＳＨＤに
同期して信号レベルをサンプルホールドし、その差分を
とることにより、信号に含まれる画素に固有のノイズ成
分をキャンセルするノイズ除去回路としての作用をな
す。
換回路１３３を通して供給される各画素１１１の信号に
ついて、サンプルホールドリセット信号ＳＨＲに同期し
てフィードスルーレベル（リファレンス信号レベル）を
クランプした上、サンプルホールドデータ信号ＳＨＤに
同期して信号レベルをサンプルホールドし、その差分を
とることにより、信号に含まれる画素に固有のノイズ成
分をキャンセルするノイズ除去回路としての作用をな
す。
【００２９】コンパレータ回路１３５としては、一例と
して、インバータおよびその入出力端間に接続されたＭ
ＯＳトランジスタからなるチョッパ型コンパレータが用
いられる。ここでは、当該コンパレータを２段縦続接続
した構成を採ることにより、その比較精度を上げてい
る。
して、インバータおよびその入出力端間に接続されたＭ
ＯＳトランジスタからなるチョッパ型コンパレータが用
いられる。ここでは、当該コンパレータを２段縦続接続
した構成を採ることにより、その比較精度を上げてい
る。
【００３０】具体的には、１段目のコンパレータＣＯＭ
Ｐ１は、キャパシタＣ１３、インバータＩＮＶ１２およ
びその入出力端間に接続されたＭＯＳトランジスタＴｒ
２５からなり、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ２５のゲー
トにコンパレート信号ＣＰ１が印加される構成となって
いる。同様に、２段目のコンパレータＣＯＭＰ２は、キ
ャパシタＣ１４、インバータＩＮＶ１３およびその入出
力端間に接続されたＭＯＳトランジスタＴｒ２６からな
り、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ２６のゲートにコンパ
レート信号ＣＰ２が印加される構成となっている。
Ｐ１は、キャパシタＣ１３、インバータＩＮＶ１２およ
びその入出力端間に接続されたＭＯＳトランジスタＴｒ
２５からなり、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ２５のゲー
トにコンパレート信号ＣＰ１が印加される構成となって
いる。同様に、２段目のコンパレータＣＯＭＰ２は、キ
ャパシタＣ１４、インバータＩＮＶ１３およびその入出
力端間に接続されたＭＯＳトランジスタＴｒ２６からな
り、当該ＭＯＳトランジスタＴｒ２６のゲートにコンパ
レート信号ＣＰ２が印加される構成となっている。
【００３１】２段目のチョッパ型コンパレータＣＯＭＰ
２の出力は、バッファＢｕｆｆ１２を介してデータラッ
チ回路１３６に供給される。データラッチ回路１３６
は、例えばＤ型フリップフロップ（Ｄ-ＦＦ）によって
構成されている。
２の出力は、バッファＢｕｆｆ１２を介してデータラッ
チ回路１３６に供給される。データラッチ回路１３６
は、例えばＤ型フリップフロップ（Ｄ-ＦＦ）によって
構成されている。
【００３２】次に、上記構成の第１実施形態に係る光検
出装置の回路動作について、図４のタイミングチャート
を用いて説明する。
出装置の回路動作について、図４のタイミングチャート
を用いて説明する。
【００３３】先ず、画素部１１において、各単位画素１
１１ごとに２つのフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢで光
電変換が行われることで、これらフォトダイオードＰＤ
Ａ，ＰＤＢに電荷が蓄積される。そして、各画素１１１
の電荷の読み出しは、垂直走査回路１２１の垂直走査に
よって１行ずつ一括して行われる。
１１ごとに２つのフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢで光
電変換が行われることで、これらフォトダイオードＰＤ
Ａ，ＰＤＢに電荷が蓄積される。そして、各画素１１１
の電荷の読み出しは、垂直走査回路１２１の垂直走査に
よって１行ずつ一括して行われる。
【００３４】具体的には、図２に示した１行１列目の単
位画素１１１に着目すると、先ず、垂直走査回路１２１
による垂直走査によって１行目の選択が行われ、時刻Ｔ
０で高レベルの行選択信号ＶＳＬが行選択線１１２-1に
印加されると、垂直選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ１５
がＯＮ状態となるため、増幅用ＭＯＳトランジスタＴｒ
１４と垂直選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ１５との接続
点（以下、ノードＮ１２と称す）と垂直信号線１１３-1
との間が導通状態となる。
位画素１１１に着目すると、先ず、垂直走査回路１２１
による垂直走査によって１行目の選択が行われ、時刻Ｔ
０で高レベルの行選択信号ＶＳＬが行選択線１１２-1に
印加されると、垂直選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ１５
がＯＮ状態となるため、増幅用ＭＯＳトランジスタＴｒ
１４と垂直選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ１５との接続
点（以下、ノードＮ１２と称す）と垂直信号線１１３-1
との間が導通状態となる。
【００３５】そして、同時刻Ｔ０で高レベルのリセット
制御信号ＲＳＴが入力されると、リセット用ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１３がＯＮ状態となり、ノードＮ１１を電
源電圧ＶＤＤ（例えば、３．３Ｖ）に充電する。その
後、時刻Ｔ５で高レベルの読み出し制御信号ＴＸＡが入
力されることにより、読み出し用ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１１がＯＮ状態となり、光電変換によってフォトダイ
オードＰＤＡに蓄積された電荷（本例では、電子）をノ
ードＮ１１に読み出す。
制御信号ＲＳＴが入力されると、リセット用ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１３がＯＮ状態となり、ノードＮ１１を電
源電圧ＶＤＤ（例えば、３．３Ｖ）に充電する。その
後、時刻Ｔ５で高レベルの読み出し制御信号ＴＸＡが入
力されることにより、読み出し用ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１１がＯＮ状態となり、光電変換によってフォトダイ
オードＰＤＡに蓄積された電荷（本例では、電子）をノ
ードＮ１１に読み出す。
【００３６】この電荷の読み出し動作により、ノードＮ
１１の電位は、リセット状態の３．３Ｖから降下し、フ
ォトダイオードＰＤＡへの入射光の光強度に対応した値
になる。そして、ノードＮ１１の電位に応じた電流が、
増幅用ＭＯＳトランジスタＴｒ１４および行選択用ＭＯ
ＳトランジスタＴｒ１５を通して垂直信号線１１３-1に
流れる。
１１の電位は、リセット状態の３．３Ｖから降下し、フ
ォトダイオードＰＤＡへの入射光の光強度に対応した値
になる。そして、ノードＮ１１の電位に応じた電流が、
増幅用ＭＯＳトランジスタＴｒ１４および行選択用ＭＯ
ＳトランジスタＴｒ１５を通して垂直信号線１１３-1に
流れる。
【００３７】フォトダイオードＰＤＡに入射した光強度
に応じて垂直信号線１１３-1に流れる電流は、バイアス
回路１３１およびオフセット回路１３２を通り、Ｉ-Ｖ
変換回路１３３にて電圧信号レベルに変換された後、Ｃ
ＤＳ回路１３４にて画素に固有のノイズ成分がキャンセ
ルされる。このＣＤＳ回路１３４でのリセット動作およ
びデータサンプルホールド動作は、時刻Ｔ０で高レベル
となるサンプルホールドリセット信号ＳＨＲおよび時刻
Ｔ７で高レベルとなるサンプルホールドデータ信号ＳＨ
Ｄに同期して行われる。
に応じて垂直信号線１１３-1に流れる電流は、バイアス
回路１３１およびオフセット回路１３２を通り、Ｉ-Ｖ
変換回路１３３にて電圧信号レベルに変換された後、Ｃ
ＤＳ回路１３４にて画素に固有のノイズ成分がキャンセ
ルされる。このＣＤＳ回路１３４でのリセット動作およ
びデータサンプルホールド動作は、時刻Ｔ０で高レベル
となるサンプルホールドリセット信号ＳＨＲおよび時刻
Ｔ７で高レベルとなるサンプルホールドデータ信号ＳＨ
Ｄに同期して行われる。
【００３８】同様にして、時刻Ｔ１５で高レベルのリセ
ット制御信号ＲＳＴが入力されることでノードＮ１１が
リセットされ、さらに時刻Ｔ１５で高レベルの読み出し
制御信号ＴＸＢが入力されることでフォトダイオードＰ
ＤＢに蓄積された電荷が、ノードＮ１１に読み出され、
その電位に応じた電流が増幅用ＭＯＳトランジスタＴｒ
１４および行選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ１５を通し
て垂直信号線１１３-1に流れる。
ット制御信号ＲＳＴが入力されることでノードＮ１１が
リセットされ、さらに時刻Ｔ１５で高レベルの読み出し
制御信号ＴＸＢが入力されることでフォトダイオードＰ
ＤＢに蓄積された電荷が、ノードＮ１１に読み出され、
その電位に応じた電流が増幅用ＭＯＳトランジスタＴｒ
１４および行選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ１５を通し
て垂直信号線１１３-1に流れる。
【００３９】そして、フォトダイオードＰＤＢの光強度
に応じて垂直信号線１１３-1に流れる電流は、バイアス
回路１３１およびオフセット回路１３２を通り、Ｉ-Ｖ
変換回路１３３にて電圧信号レベルに変換された後、Ｃ
ＤＳ回路１３４にて画素に固有のノイズ成分がキャンセ
ルされる。このノイズキャンセルされたフォトダイオー
ドＰＤＡ，ＰＤＢの各々についての信号Ｓｉｇ．Ａ，Ｓ
ｉｇ．Ｂは、ＣＤＳ回路１３４から逐次出力され、後段
のチョッパ型コンパレータ回路１３５に入力される。
に応じて垂直信号線１１３-1に流れる電流は、バイアス
回路１３１およびオフセット回路１３２を通り、Ｉ-Ｖ
変換回路１３３にて電圧信号レベルに変換された後、Ｃ
ＤＳ回路１３４にて画素に固有のノイズ成分がキャンセ
ルされる。このノイズキャンセルされたフォトダイオー
ドＰＤＡ，ＰＤＢの各々についての信号Ｓｉｇ．Ａ，Ｓ
ｉｇ．Ｂは、ＣＤＳ回路１３４から逐次出力され、後段
のチョッパ型コンパレータ回路１３５に入力される。
【００４０】このチョッパ型コンパレータ回路１３５
は、フォトダイオードＰＤＡについての信号Ｓｉｇ．Ａ
が入力された時点で高レベルとなるコンパレート信号Ｃ
Ｐ１，ＣＰ２によって初期化される。そして、フォトダ
イオードＰＤＢについての信号Ｓｉｇ．Ｂが入力される
と、信号Ｓｉｇ．Ａと比較した信号の大小により、コン
パレータ１３５の２値の比較出力が決定される。この比
較出力は、後段のデータラッチ回路１３６にてラッチさ
れ、画素ごとの判定データとしてチップ外部へ出力され
る。
は、フォトダイオードＰＤＡについての信号Ｓｉｇ．Ａ
が入力された時点で高レベルとなるコンパレート信号Ｃ
Ｐ１，ＣＰ２によって初期化される。そして、フォトダ
イオードＰＤＢについての信号Ｓｉｇ．Ｂが入力される
と、信号Ｓｉｇ．Ａと比較した信号の大小により、コン
パレータ１３５の２値の比較出力が決定される。この比
較出力は、後段のデータラッチ回路１３６にてラッチさ
れ、画素ごとの判定データとしてチップ外部へ出力され
る。
【００４１】上述したように、第１実施形態に係る光検
出装置においては、単位画素１１１ごとに２つのフォト
ダイオードＰＤＡ，ＰＤＢを設け、これらフォトダイオ
ードＰＤＡ，ＰＤＢで光電変換されかつ蓄積された電荷
を、信号電流として垂直信号線１１３-1〜１１３-mに逐
次読み出し、各列ごとに設けられたコンパレータ回路１
３５でどちらの光強度が強いかを判定することで、入射
光のスキャニングにより、入射光がある特定の画素を通
過すると強弱の関係が逆転し、コンパレータ回路１３５
の比較出力が反転するため、入射光の単位画素１１１上
の通過を検出可能となる。
出装置においては、単位画素１１１ごとに２つのフォト
ダイオードＰＤＡ，ＰＤＢを設け、これらフォトダイオ
ードＰＤＡ，ＰＤＢで光電変換されかつ蓄積された電荷
を、信号電流として垂直信号線１１３-1〜１１３-mに逐
次読み出し、各列ごとに設けられたコンパレータ回路１
３５でどちらの光強度が強いかを判定することで、入射
光のスキャニングにより、入射光がある特定の画素を通
過すると強弱の関係が逆転し、コンパレータ回路１３５
の比較出力が反転するため、入射光の単位画素１１１上
の通過を検出可能となる。
【００４２】特に、各列ごとに信号処理部１３を設け、
この信号処理部１３において、２つのフォトダイオード
ＰＤＡ，ＰＤＢの各信号Ｓｉｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂを比較
する処理を行う構成を採っているので、例えばフォトダ
イオードＰＤＡ，ＰＤＢ間に特性差があったとしても、
精度の良い比較を行うことができるため、検出感度を上
げることができる。
この信号処理部１３において、２つのフォトダイオード
ＰＤＡ，ＰＤＢの各信号Ｓｉｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂを比較
する処理を行う構成を採っているので、例えばフォトダ
イオードＰＤＡ，ＰＤＢ間に特性差があったとしても、
精度の良い比較を行うことができるため、検出感度を上
げることができる。
【００４３】また、従来技術では、光に誘起される光電
流を検出していたのに対して、本実施形態に係る光検出
装置では、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに蓄積され
る電荷を検出するようにしているため、定常的に光電流
が流れることがなく、チップ全体での消費電流を低減で
きる。さらに、単位画素１１１の各々が、２つのフォト
ダイオードＰＤＡ，ＰＤＢと５つのＭＯＳトランジスタ
からなる簡単な構成となっていることから、画素サイズ
に対する回路部の占める面積の割合、即ち開口率を大き
くできるため、感度をさらに上げることができる。
流を検出していたのに対して、本実施形態に係る光検出
装置では、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに蓄積され
る電荷を検出するようにしているため、定常的に光電流
が流れることがなく、チップ全体での消費電流を低減で
きる。さらに、単位画素１１１の各々が、２つのフォト
ダイオードＰＤＡ，ＰＤＢと５つのＭＯＳトランジスタ
からなる簡単な構成となっていることから、画素サイズ
に対する回路部の占める面積の割合、即ち開口率を大き
くできるため、感度をさらに上げることができる。
【００４４】以上説明した本発明の第１実施形態に係る
光検出装置は、例えば、光切断法を用いて３次元物体の
形状測定を行う距離測定装置において、３次元物体で反
射されたスリット光を検出する半導体アレイセンサとし
て用いられる。
光検出装置は、例えば、光切断法を用いて３次元物体の
形状測定を行う距離測定装置において、３次元物体で反
射されたスリット光を検出する半導体アレイセンサとし
て用いられる。
【００４５】図５は、本発明に係る距離測定装置の一例
を示す概略構成図である。図５において、スリット光発
生レーザ２１から射出されたスリット光２２は、ガルバ
ノミラー等からなる走査ミラー２３によって３次元物体
である測定対象物体２４を走査させられる。ここで、ス
リット光発生レーザ２１としては、例えば、波長６７０
ｎｍの半導体レーザ（レンズの出口で１０ｍＷ、スリッ
ト光の幅が約１ｍｍ）が用いられる。
を示す概略構成図である。図５において、スリット光発
生レーザ２１から射出されたスリット光２２は、ガルバ
ノミラー等からなる走査ミラー２３によって３次元物体
である測定対象物体２４を走査させられる。ここで、ス
リット光発生レーザ２１としては、例えば、波長６７０
ｎｍの半導体レーザ（レンズの出口で１０ｍＷ、スリッ
ト光の幅が約１ｍｍ）が用いられる。
【００４６】測定対象物体２４で反射された反射スリッ
ト光は、レンズ２５を通して半導体アレイセンサ２６の
受光面２７に連続的に投射される。この半導体アレイセ
ンサ２６として、先述した第１実施形態に係る光検出装
置が用いられる。その結果、図５にはその構成の詳細に
ついては省略して示しているが、先述したことから明ら
かなように、半導体アレイセンサ２６は、画素部１１、
垂直走査部１２および信号処理部１３（図１を参照）を
有することになる。
ト光は、レンズ２５を通して半導体アレイセンサ２６の
受光面２７に連続的に投射される。この半導体アレイセ
ンサ２６として、先述した第１実施形態に係る光検出装
置が用いられる。その結果、図５にはその構成の詳細に
ついては省略して示しているが、先述したことから明ら
かなように、半導体アレイセンサ２６は、画素部１１、
垂直走査部１２および信号処理部１３（図１を参照）を
有することになる。
【００４７】ここで、測定対象物体２４に投射されるス
リット光は、垂直方向に延びるスリットが水平方向に走
査されるものとする。これに対して、行列状（アレイ
状）に配置された多数のセル２８（図１の単位画素１１
１に相当）には、２つのフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤ
Ｂが内蔵されており、これらフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢがスリット光の移動方向、即ち水平方向に隣接し
て並ぶように光検出装置が配置されることになる。
リット光は、垂直方向に延びるスリットが水平方向に走
査されるものとする。これに対して、行列状（アレイ
状）に配置された多数のセル２８（図１の単位画素１１
１に相当）には、２つのフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤ
Ｂが内蔵されており、これらフォトダイオードＰＤＡ，
ＰＤＢがスリット光の移動方向、即ち水平方向に隣接し
て並ぶように光検出装置が配置されることになる。
【００４８】そして、セル２８の各々は、視線方向の測
定対象物体２４上をスリット光が通過すると、即ち測定
対象物体２４からの反射スリット光が自らを通過する
と、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢについての信号Ｓ
ｉｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂをそれぞれ出力する。これらの信
号Ｓｉｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂは、各列ごとに設けられた信
号処理部１３（図１、図２を参照）で比較処理などの信
号処理が行われ、画素ごとの判定データとして出力され
る。
定対象物体２４上をスリット光が通過すると、即ち測定
対象物体２４からの反射スリット光が自らを通過する
と、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢについての信号Ｓ
ｉｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂをそれぞれ出力する。これらの信
号Ｓｉｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂは、各列ごとに設けられた信
号処理部１３（図１、図２を参照）で比較処理などの信
号処理が行われ、画素ごとの判定データとして出力され
る。
【００４９】この判定データは、読み出し部２９によっ
て読み出され、判定データを出力したセル２８に対応す
るカウンタ値記憶メモリ３０のメモリセル３１に、その
ときカウンタ３２が出力しているカウンタ数が記憶され
る。なお、カウンタ３２のカウント動作、半導体アレイ
センサ２６の駆動およびカウンタ値記憶メモリ３０の制
御は、外部から入力される動作クロック（例えば、１０
０ｋＨｚ程度）に同期して行われる。
て読み出され、判定データを出力したセル２８に対応す
るカウンタ値記憶メモリ３０のメモリセル３１に、その
ときカウンタ３２が出力しているカウンタ数が記憶され
る。なお、カウンタ３２のカウント動作、半導体アレイ
センサ２６の駆動およびカウンタ値記憶メモリ３０の制
御は、外部から入力される動作クロック（例えば、１０
０ｋＨｚ程度）に同期して行われる。
【００５０】走査ミラー２３は、走査ミラー制御装置３
３によって一定の角速度で回転制御されている。走査ミ
ラー制御装置３３は、走査ミラー２３が１回転するごと
に、リセット信号（例えば、６０Ｈｚ程度）を出力す
る。このリセット信号は、カウンタ数記憶メモリ３０お
よびカウンタ３２に供給されてそれらの内容をリセット
する。したがって、カウンタ３２のカウンタ数は、走査
ミラー２３の角度情報に相当する。
３によって一定の角速度で回転制御されている。走査ミ
ラー制御装置３３は、走査ミラー２３が１回転するごと
に、リセット信号（例えば、６０Ｈｚ程度）を出力す
る。このリセット信号は、カウンタ数記憶メモリ３０お
よびカウンタ３２に供給されてそれらの内容をリセット
する。したがって、カウンタ３２のカウンタ数は、走査
ミラー２３の角度情報に相当する。
【００５１】カウンタ数記憶メモリ３０の各メモリセル
３１に記憶されたカウンタ数は、演算処理部３４に与え
られる。演算処理部３４は、各メモリセル３１に記憶さ
れたカウンタ数を距離情報に変換し、これをビデオ情報
に乗せて距離画像として出力するか、半導体アレイセン
サ２６の各セル２８が観測している測定対象物体２４の
３次元座標値として出力する。
３１に記憶されたカウンタ数は、演算処理部３４に与え
られる。演算処理部３４は、各メモリセル３１に記憶さ
れたカウンタ数を距離情報に変換し、これをビデオ情報
に乗せて距離画像として出力するか、半導体アレイセン
サ２６の各セル２８が観測している測定対象物体２４の
３次元座標値として出力する。
【００５２】このように、光切断法を用いて３次元物体
の形状測定を行う距離測定装置において、半導体アレイ
センサ２６として本発明の第１実施形態に係る光検出装
置を用いることにより、当該光検出装置は検出感度が高
いことから、測定対象物体２４で反射されるレーザ反射
スリット光の検出感度を上げることができるため、３次
元距離計測の精度が高くなる。その結果、外部環境（日
常光）や被写体（テクスチャ等）に対する測定可能範囲
が広くなり、また高速計測が可能となるため、動物体な
どの移動体の形状についてリアルタイム計測が可能とな
る。
の形状測定を行う距離測定装置において、半導体アレイ
センサ２６として本発明の第１実施形態に係る光検出装
置を用いることにより、当該光検出装置は検出感度が高
いことから、測定対象物体２４で反射されるレーザ反射
スリット光の検出感度を上げることができるため、３次
元距離計測の精度が高くなる。その結果、外部環境（日
常光）や被写体（テクスチャ等）に対する測定可能範囲
が広くなり、また高速計測が可能となるため、動物体な
どの移動体の形状についてリアルタイム計測が可能とな
る。
【００５３】図６は、本発明の第２実施形態に係る光検
出装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る光検
出装置は、画素部４１、垂直走査部４２、信号処理部４
３および水平走査部４４を有する構成となっており、第
１実施形態に係る光検出装置に対して水平走査部４４が
新たに追加された点を特徴としている。
出装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る光検
出装置は、画素部４１、垂直走査部４２、信号処理部４
３および水平走査部４４を有する構成となっており、第
１実施形態に係る光検出装置に対して水平走査部４４が
新たに追加された点を特徴としている。
【００５４】画素部４１は、単位画素４１１が行列状に
多数配列され、これら画素４１１に対して行方向の画素
数ｎに対応したｎ本の行選択線４１２-1〜４１２-nおよ
び列方向の画素数ｍに対応したｍ本の垂直信号線４１３
-1〜４１３-mがマトリクス状に配線された構成となって
いる。ここでは、図面の簡略化のために、１行１列目の
単位画素４１１のみを示している。そして、単位画素４
１１は、第１実施形態の場合と同様に、２つのフォトダ
イオードＰＤＡ，ＰＤＢおよび５つのＭＯＳトランジス
タを有する構成となっている。
多数配列され、これら画素４１１に対して行方向の画素
数ｎに対応したｎ本の行選択線４１２-1〜４１２-nおよ
び列方向の画素数ｍに対応したｍ本の垂直信号線４１３
-1〜４１３-mがマトリクス状に配線された構成となって
いる。ここでは、図面の簡略化のために、１行１列目の
単位画素４１１のみを示している。そして、単位画素４
１１は、第１実施形態の場合と同様に、２つのフォトダ
イオードＰＤＡ，ＰＤＢおよび５つのＭＯＳトランジス
タを有する構成となっている。
【００５５】垂直走査部４２は、例えばシフトレジスタ
によって構成される垂直走査回路４２１およびロジック
回路４２２を有し、垂直走査回路４２１によって垂直方
向に順に走査しつつ画素部４１の各画素４１１を行単位
で選択するために、ロジック回路４２２を通して各種の
制御信号ＶＳＬ，ＲＳＴ，ＴＸＡ，ＴＸＢを行単位で出
力する構成となっている。ロジック回路４２２は、第１
実施形態の場合と同様に、３つのＡＮＤ回路および４つ
のバッファから構成されている。
によって構成される垂直走査回路４２１およびロジック
回路４２２を有し、垂直走査回路４２１によって垂直方
向に順に走査しつつ画素部４１の各画素４１１を行単位
で選択するために、ロジック回路４２２を通して各種の
制御信号ＶＳＬ，ＲＳＴ，ＴＸＡ，ＴＸＢを行単位で出
力する構成となっている。ロジック回路４２２は、第１
実施形態の場合と同様に、３つのＡＮＤ回路および４つ
のバッファから構成されている。
【００５６】信号処理部４３は、バイアス回路４３１、
オフセット回路４３２、Ｉ−Ｖ変換回路４３３、ＣＤＳ
回路４３４、コンパレータ回路４３５およびデータラッ
チ回路４３６がその順番で、各列ごとに垂直信号線４１
３-1〜４１３-mの各出力端に接続され、垂直信号線４１
３-1〜４１３-nからの信号を列ごとに処理する構成とな
っている。
オフセット回路４３２、Ｉ−Ｖ変換回路４３３、ＣＤＳ
回路４３４、コンパレータ回路４３５およびデータラッ
チ回路４３６がその順番で、各列ごとに垂直信号線４１
３-1〜４１３-mの各出力端に接続され、垂直信号線４１
３-1〜４１３-nからの信号を列ごとに処理する構成とな
っている。
【００５７】この信号処理部４３において、バイアス回
路４３１は、Ｉ-Ｖ変換回路４３３の動作点を調整する
ために設けられた回路であって、垂直信号線４３１-1と
グランドとの間に接続され、ゲートに所定のバイアス電
圧ＶＢＩが印加されるバイアス用ＭＯＳトランジスタに
よって構成されている。
路４３１は、Ｉ-Ｖ変換回路４３３の動作点を調整する
ために設けられた回路であって、垂直信号線４３１-1と
グランドとの間に接続され、ゲートに所定のバイアス電
圧ＶＢＩが印加されるバイアス用ＭＯＳトランジスタに
よって構成されている。
【００５８】オフセット回路４３２は、単位画素４１１
におけるフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのどちらか片
方の信号にオフセットを与えるために設けられた回路で
あって、垂直信号線４３１-1とグランドとの間に接続さ
れ、ゲートに所定のオフセット電圧ＶＯＦが印加される
オフセット用ＭＯＳトランジスタによって構成されてい
る。
におけるフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのどちらか片
方の信号にオフセットを与えるために設けられた回路で
あって、垂直信号線４３１-1とグランドとの間に接続さ
れ、ゲートに所定のオフセット電圧ＶＯＦが印加される
オフセット用ＭＯＳトランジスタによって構成されてい
る。
【００５９】Ｉ−Ｖ変換回路４３３、ＣＤＳ回路４３
４、コンパレータ回路４３５およびデータラッチ回路４
３６としては、一例として、図３に示す回路構成のもの
が用いられる。すなわち、Ｉ-Ｖ変換回路４３３として
は、インバータおよび帰還抵抗からなる回路構成のもの
が用いられる。ＣＤＳ回路４３５としては、キャパシタ
とスイッチトランジスタを基本回路とするものが用いら
れる。コンパレータ回路４３５としては、チョッパ型の
コンパレータが用いられる。データラッチ回路４３６と
しては、Ｄ-ＦＦが用いられる。
４、コンパレータ回路４３５およびデータラッチ回路４
３６としては、一例として、図３に示す回路構成のもの
が用いられる。すなわち、Ｉ-Ｖ変換回路４３３として
は、インバータおよび帰還抵抗からなる回路構成のもの
が用いられる。ＣＤＳ回路４３５としては、キャパシタ
とスイッチトランジスタを基本回路とするものが用いら
れる。コンパレータ回路４３５としては、チョッパ型の
コンパレータが用いられる。データラッチ回路４３６と
しては、Ｄ-ＦＦが用いられる。
【００６０】水平走査部４４は、例えばシフトレジスタ
によって構成される水平走査回路４４１と、ＣＤＳ回路
４３４の各出力端と水平信号線４４２との間に接続され
た列選択トランジスタ４４３とを有する構成となってい
る。ここで、ＣＤＳ回路４３４がｍ本の垂直信号線４１
３-1〜４１３-mごとに設けられていることから、列選択
トランジスタ４４３もそれに対応して列方向の画素数ｍ
分だけ配置される構成となる。
によって構成される水平走査回路４４１と、ＣＤＳ回路
４３４の各出力端と水平信号線４４２との間に接続され
た列選択トランジスタ４４３とを有する構成となってい
る。ここで、ＣＤＳ回路４３４がｍ本の垂直信号線４１
３-1〜４１３-mごとに設けられていることから、列選択
トランジスタ４４３もそれに対応して列方向の画素数ｍ
分だけ配置される構成となる。
【００６１】この水平走査部４４において、水平走査回
路４４１は水平方向（列方向）に順に走査しつつ列選択
信号ＨＳＬを順に出力する。この水平走査回路４４１か
ら順に出力される列選択信号ＨＳＬは、対応する列選択
トランジスタ４４３のゲートに順次印加される。する
と、列選択トランジスタ４４３はＯＮ状態となり、ＣＤ
Ｓ回路４３４を経た各画素４１１の信号を水平信号線４
４２に出力する。この信号は、バッファ４５を通して画
像出力となる。
路４４１は水平方向（列方向）に順に走査しつつ列選択
信号ＨＳＬを順に出力する。この水平走査回路４４１か
ら順に出力される列選択信号ＨＳＬは、対応する列選択
トランジスタ４４３のゲートに順次印加される。する
と、列選択トランジスタ４４３はＯＮ状態となり、ＣＤ
Ｓ回路４３４を経た各画素４１１の信号を水平信号線４
４２に出力する。この信号は、バッファ４５を通して画
像出力となる。
【００６２】次に、上記第２実施形態に係る光検出装置
の回路動作について、図７のタイミングチャートを用い
て説明する。図７のタイミングチャートには、フォトダ
イオードＰＤＡに基づく信号Ｓｉｇ．Ａを読み出す場合
における１ライン期間（１行分）のタイミング関係を示
している。
の回路動作について、図７のタイミングチャートを用い
て説明する。図７のタイミングチャートには、フォトダ
イオードＰＤＡに基づく信号Ｓｉｇ．Ａを読み出す場合
における１ライン期間（１行分）のタイミング関係を示
している。
【００６３】なお、各画素４１１の信号を各列ごとに設
けられた信号処理部４３、即ちバイアス回路４３１、オ
フセット回路４３２、Ｉ−Ｖ変換回路４３３、ＣＤＳ回
路４３４、コンパレータ回路４３５およびデータラッチ
回路４３６を通して画素ごとの判定データとしてチップ
外へ出力する場合の回路動作については、第１実施形態
の場合のそれと同じであるので、ここではその説明を省
略するものとする。
けられた信号処理部４３、即ちバイアス回路４３１、オ
フセット回路４３２、Ｉ−Ｖ変換回路４３３、ＣＤＳ回
路４３４、コンパレータ回路４３５およびデータラッチ
回路４３６を通して画素ごとの判定データとしてチップ
外へ出力する場合の回路動作については、第１実施形態
の場合のそれと同じであるので、ここではその説明を省
略するものとする。
【００６４】本実施形態に係る光検出装置では、ＣＤＳ
回路４３４の出力段で画素４１１の信号を分岐し、列選
択トランジスタ４４３を介して水平信号線４４２に出力
するようにしている。列選択トランジスタ４４３は、水
平走査回路４４１から順次出力される列選択信号ＨＳＬ
に応答して順にＯＮ状態となる。これにより、垂直走査
によって行単位で選択されたある１行分の画素４４１の
各信号が水平信号線４４２に逐次出力されることにな
る。
回路４３４の出力段で画素４１１の信号を分岐し、列選
択トランジスタ４４３を介して水平信号線４４２に出力
するようにしている。列選択トランジスタ４４３は、水
平走査回路４４１から順次出力される列選択信号ＨＳＬ
に応答して順にＯＮ状態となる。これにより、垂直走査
によって行単位で選択されたある１行分の画素４４１の
各信号が水平信号線４４２に逐次出力されることにな
る。
【００６５】この水平信号線４４２に出力された信号
は、バッファ４５を通してチップ外部に画像出力として
導出される。この画像出力をモニターなどに供給するこ
とにより、当該モニターに実画像を映すことが可能とな
る。
は、バッファ４５を通してチップ外部に画像出力として
導出される。この画像出力をモニターなどに供給するこ
とにより、当該モニターに実画像を映すことが可能とな
る。
【００６６】ここで、１つの画素４１１の信号として
は、フォトダイオードＰＤＡに基づく信号Ｓｉｇ．Ａと
フォトダイオードＰＤＢに基づく信号Ｓｉｇ．Ｂの２つ
の信号が出力されることになる。この２つの信号Ｓｉ
ｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂの読み出しについては、信号Ｓｉ
ｇ．Ａのみを読み出す、信号Ｓｉｇ．Ｂのみを読み出
す、１行内において信号Ｓｉｇ．Ａを読み出した後、信
号Ｓｉｇ．Ｂを読み出す、１フレームごとに信号Ｓｉ
ｇ．Ａ、信号Ｓｉｇ．Ｂを交互に読み出す、等のバリエ
ーションが考えられる。
は、フォトダイオードＰＤＡに基づく信号Ｓｉｇ．Ａと
フォトダイオードＰＤＢに基づく信号Ｓｉｇ．Ｂの２つ
の信号が出力されることになる。この２つの信号Ｓｉ
ｇ．Ａ，Ｓｉｇ．Ｂの読み出しについては、信号Ｓｉ
ｇ．Ａのみを読み出す、信号Ｓｉｇ．Ｂのみを読み出
す、１行内において信号Ｓｉｇ．Ａを読み出した後、信
号Ｓｉｇ．Ｂを読み出す、１フレームごとに信号Ｓｉ
ｇ．Ａ、信号Ｓｉｇ．Ｂを交互に読み出す、等のバリエ
ーションが考えられる。
【００６７】以上説明した第２実施形態に係る光検出装
置も、第１実施形態に係る光検出装置と同様に、光切断
法を用いて３次元物体の形状測定を行う距離測定装置に
おいて、３次元物体で反射されたスリット光を検出する
半導体アレイセンサとして用いられる。
置も、第１実施形態に係る光検出装置と同様に、光切断
法を用いて３次元物体の形状測定を行う距離測定装置に
おいて、３次元物体で反射されたスリット光を検出する
半導体アレイセンサとして用いられる。
【００６８】ところで、従来例に係る距離測定装置にお
いては、距離計測用の半導体アレイセンサとは別に、テ
クスチャマッピング用の撮像センサが用いられていた。
これに対して、第２実施形態に係る光検出装置を距離測
定装置の半導体アレイセンサとして用いることにより、
当該光検出装置は撮像した画像データをも出力できるこ
とから、距離計測用の半導体アレイセンサとテクスチャ
マッピング用の撮像センサとを１つのセンサ（光検出装
置）で対応できることになる。
いては、距離計測用の半導体アレイセンサとは別に、テ
クスチャマッピング用の撮像センサが用いられていた。
これに対して、第２実施形態に係る光検出装置を距離測
定装置の半導体アレイセンサとして用いることにより、
当該光検出装置は撮像した画像データをも出力できるこ
とから、距離計測用の半導体アレイセンサとテクスチャ
マッピング用の撮像センサとを１つのセンサ（光検出装
置）で対応できることになる。
【００６９】なお、第２実施形態に係る光検出装置で
は、ＣＤＳ回路４３４の出力段で画素４１１の信号を分
岐し、列選択トランジスタ４４３を介して水平信号線４
４２に出力する構成を採っているが、図８に示すよう
に、Ｉ-Ｖ変換回路４３３の出力段で画素４１１の信号
を分岐し、列選択トランジスタ４４３を介して水平信号
線４４２に出力する構成を採ることも可能である。
は、ＣＤＳ回路４３４の出力段で画素４１１の信号を分
岐し、列選択トランジスタ４４３を介して水平信号線４
４２に出力する構成を採っているが、図８に示すよう
に、Ｉ-Ｖ変換回路４３３の出力段で画素４１１の信号
を分岐し、列選択トランジスタ４４３を介して水平信号
線４４２に出力する構成を採ることも可能である。
【００７０】図８において、図６と同等部分には同一符
号を付して示している。この場合には、水平信号線４４
２の出力側にＣＤＳ回路４６を設け、撮像して得られる
画像出力に対して各画素４１１の信号ごとにノイズキャ
ンセルを行うようにする。ただし、この場合、各画素４
１１ごとにリセット信号と画像信号を出力する必要があ
るため、図９のタイミングチャートに示すように、１画
素ごとにリセット、転送を繰り返すタイミングとなる。
号を付して示している。この場合には、水平信号線４４
２の出力側にＣＤＳ回路４６を設け、撮像して得られる
画像出力に対して各画素４１１の信号ごとにノイズキャ
ンセルを行うようにする。ただし、この場合、各画素４
１１ごとにリセット信号と画像信号を出力する必要があ
るため、図９のタイミングチャートに示すように、１画
素ごとにリセット、転送を繰り返すタイミングとなる。
【００７１】この第２実施形態の変形例に係る光検出装
置についても、第２実施形態に係る光検出装置と同様
に、光切断法を用いて３次元物体の形状測定を行う距離
測定装置において、距離計測用のセンサとテクスチャマ
ッピング用の撮像センサとの両機能を持つ半導体アレイ
センサとして用いることができる。
置についても、第２実施形態に係る光検出装置と同様
に、光切断法を用いて３次元物体の形状測定を行う距離
測定装置において、距離計測用のセンサとテクスチャマ
ッピング用の撮像センサとの両機能を持つ半導体アレイ
センサとして用いることができる。
【００７２】ところで、上述したように、距離計測と撮
像とを同じ半導体アレイセンサで実現する場合、距離計
測時と撮像時では、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに
おける電荷の蓄積期間（読み出し間隔における光の照射
時間）が異なる。通常、距離計測時の方が蓄積時間が短
くなるため、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのセンサ
感度は、距離計測時に十分な感度が得られるように設計
される。
像とを同じ半導体アレイセンサで実現する場合、距離計
測時と撮像時では、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに
おける電荷の蓄積期間（読み出し間隔における光の照射
時間）が異なる。通常、距離計測時の方が蓄積時間が短
くなるため、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのセンサ
感度は、距離計測時に十分な感度が得られるように設計
される。
【００７３】しかし、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢ
のセンサ感度を距離計測時を基準にして設計した場合、
蓄積時間が長い撮像時には感度が高すぎてしまい、最適
な画像信号が得られない懸念がある。これを解消するた
めになされたのが、本発明の第３実施形態に係る光検出
装置である。
のセンサ感度を距離計測時を基準にして設計した場合、
蓄積時間が長い撮像時には感度が高すぎてしまい、最適
な画像信号が得られない懸念がある。これを解消するた
めになされたのが、本発明の第３実施形態に係る光検出
装置である。
【００７４】図１０は、本発明の第３実施形態に係る光
検出装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る光
検出装置は、画素部５１、垂直走査部５２、信号処理部
５３および水平走査部５４を有する構成となっており、
垂直走査部５２の構成に特徴を持っている。
検出装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る光
検出装置は、画素部５１、垂直走査部５２、信号処理部
５３および水平走査部５４を有する構成となっており、
垂直走査部５２の構成に特徴を持っている。
【００７５】画素部５１は、単位画素５１１が行列状に
多数配列され、これら画素５１１に対して行方向の画素
数ｎに対応したｎ本の行選択線５１２-1〜５１２-nおよ
び列方向の画素数ｍに対応したｍ本の垂直信号線５１３
-1〜５１３-mがマトリクス状に配線された構成となって
いる。ここでは、図面の簡略化のために、１行１列目の
単位画素５１１のみを示している。そして、単位画素５
１１は、第１，第２実施形態の場合と同様に、２つのフ
ォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢおよび５つのＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ５１〜Ｔｒ５５を有する構成となってい
る。
多数配列され、これら画素５１１に対して行方向の画素
数ｎに対応したｎ本の行選択線５１２-1〜５１２-nおよ
び列方向の画素数ｍに対応したｍ本の垂直信号線５１３
-1〜５１３-mがマトリクス状に配線された構成となって
いる。ここでは、図面の簡略化のために、１行１列目の
単位画素５１１のみを示している。そして、単位画素５
１１は、第１，第２実施形態の場合と同様に、２つのフ
ォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢおよび５つのＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ５１〜Ｔｒ５５を有する構成となってい
る。
【００７６】垂直走査部５２は、垂直走査回路５２１、
シャッター走査回路５２２およびロジック回路５２３を
有し、走査回路５２１，５２２によって垂直方向に順に
走査しつつ画素部５１の各画素５１１を行単位で選択す
るために、ロジック回路５２３を通して各種の制御信号
ＶＳＬ，ＲＳＴ，ＴＸＡ，ＴＸＢを行単位で出力する構
成となっている。
シャッター走査回路５２２およびロジック回路５２３を
有し、走査回路５２１，５２２によって垂直方向に順に
走査しつつ画素部５１の各画素５１１を行単位で選択す
るために、ロジック回路５２３を通して各種の制御信号
ＶＳＬ，ＲＳＴ，ＴＸＡ，ＴＸＢを行単位で出力する構
成となっている。
【００７７】垂直走査回路５２１、例えばシフトレジス
タによって構成され、垂直走査しつつ単位画素５１１を
行単位で選択するために行選択信号ＶＳＬを順次出力す
る。シャッター走査回路５２２は、各行ごとに単位画素
５１１での蓄積時間を制御するために設けられたもので
あり、垂直走査回路５２１と同様に、例えばシフトレジ
スタによって構成される。ロジック回路５２３は、第
１，第２実施形態の場合と同様に、３つのＡＮＤ回路お
よび４つのバッファから構成されている。
タによって構成され、垂直走査しつつ単位画素５１１を
行単位で選択するために行選択信号ＶＳＬを順次出力す
る。シャッター走査回路５２２は、各行ごとに単位画素
５１１での蓄積時間を制御するために設けられたもので
あり、垂直走査回路５２１と同様に、例えばシフトレジ
スタによって構成される。ロジック回路５２３は、第
１，第２実施形態の場合と同様に、３つのＡＮＤ回路お
よび４つのバッファから構成されている。
【００７８】この垂直走査部５２において、シャッター
走査回路５２２からは、垂直走査回路５２１からある行
に対して行選択信号ＶＳＬが出力されるタイミングより
も、所定時間だけ前に同じ行に対してシャッター信号を
出力する。このシャッター信号が与えられた行の各画素
５１１では、行選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ５５が非
選択のまま、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢにそれま
で蓄積された電荷が読み出し用ＭＯＳトランジスタＴｒ
５１，Ｔｒ５２によって不要な電荷として読み出され
る。
走査回路５２２からは、垂直走査回路５２１からある行
に対して行選択信号ＶＳＬが出力されるタイミングより
も、所定時間だけ前に同じ行に対してシャッター信号を
出力する。このシャッター信号が与えられた行の各画素
５１１では、行選択用ＭＯＳトランジスタＴｒ５５が非
選択のまま、フォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢにそれま
で蓄積された電荷が読み出し用ＭＯＳトランジスタＴｒ
５１，Ｔｒ５２によって不要な電荷として読み出され
る。
【００７９】そして、その時点から行選択信号ＶＳＬが
与えられるまでの時間（上記所定時間）が蓄積時間とな
って各画素５１１のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに
おいて電荷の蓄積が行われ、その電荷は行選択信号ＶＳ
Ｌが与えられることによって画素５１１の信号として読
み出される。すなわち、同一行に対するシャッター信号
と行選択信号との各出力タイミング間が蓄積時間とな
り、その蓄積時間をシャッター信号の出力タイミングに
よって１フレーム相当期間以下でコントロールできるこ
とになる。
与えられるまでの時間（上記所定時間）が蓄積時間とな
って各画素５１１のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢに
おいて電荷の蓄積が行われ、その電荷は行選択信号ＶＳ
Ｌが与えられることによって画素５１１の信号として読
み出される。すなわち、同一行に対するシャッター信号
と行選択信号との各出力タイミング間が蓄積時間とな
り、その蓄積時間をシャッター信号の出力タイミングに
よって１フレーム相当期間以下でコントロールできるこ
とになる。
【００８０】信号処理部５３は、バイアス回路５３１、
オフセット回路５３２、Ｉ−Ｖ変換回路５３３、ＣＤＳ
回路５３４、コンパレータ回路５３５およびデータラッ
チ回路５３６がその順番で、各列ごとに垂直信号線５１
３-1〜５１３-mの各出力端に接続され、垂直信号線５１
３-1〜５１３-mからの信号を列ごとに処理する構成とな
っている。
オフセット回路５３２、Ｉ−Ｖ変換回路５３３、ＣＤＳ
回路５３４、コンパレータ回路５３５およびデータラッ
チ回路５３６がその順番で、各列ごとに垂直信号線５１
３-1〜５１３-mの各出力端に接続され、垂直信号線５１
３-1〜５１３-mからの信号を列ごとに処理する構成とな
っている。
【００８１】この信号処理部５３において、バイアス回
路５３１は、Ｉ-Ｖ変換回路５３３の動作点を調整する
ために設けられた回路であって、垂直信号線５３１-1と
グランドとの間に接続され、ゲートに所定のバイアス電
圧ＶＢＩが印加されるバイアス用ＭＯＳトランジスタに
よって構成されている。
路５３１は、Ｉ-Ｖ変換回路５３３の動作点を調整する
ために設けられた回路であって、垂直信号線５３１-1と
グランドとの間に接続され、ゲートに所定のバイアス電
圧ＶＢＩが印加されるバイアス用ＭＯＳトランジスタに
よって構成されている。
【００８２】オフセット回路５３２は、単位画素５１１
におけるフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのどちらか片
方の信号にオフセットを与えるために設けられた回路で
あって、垂直信号線５３１-1とグランドとの間に接続さ
れ、ゲートに所定のオフセット電圧ＶＯＦが印加される
オフセット用ＭＯＳトランジスタによって構成されてい
る。
におけるフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢのどちらか片
方の信号にオフセットを与えるために設けられた回路で
あって、垂直信号線５３１-1とグランドとの間に接続さ
れ、ゲートに所定のオフセット電圧ＶＯＦが印加される
オフセット用ＭＯＳトランジスタによって構成されてい
る。
【００８３】Ｉ−Ｖ変換回路５３３、ＣＤＳ回路５３
４、コンパレータ回路５３５およびデータラッチ回路５
３６としては、一例として、図３に示す回路構成のもの
が用いられる。すなわち、Ｉ-Ｖ変換回路５３３として
は、インバータおよび帰還抵抗からなる回路構成のもの
が用いられる。ＣＤＳ回路５３５としては、キャパシタ
とスイッチトランジスタを基本回路とするものが用いら
れる。コンパレータ回路５３５としては、チョッパ型の
コンパレータが用いられる。データラッチ回路５３６と
しては、Ｄ-ＦＦが用いられる。
４、コンパレータ回路５３５およびデータラッチ回路５
３６としては、一例として、図３に示す回路構成のもの
が用いられる。すなわち、Ｉ-Ｖ変換回路５３３として
は、インバータおよび帰還抵抗からなる回路構成のもの
が用いられる。ＣＤＳ回路５３５としては、キャパシタ
とスイッチトランジスタを基本回路とするものが用いら
れる。コンパレータ回路５３５としては、チョッパ型の
コンパレータが用いられる。データラッチ回路５３６と
しては、Ｄ-ＦＦが用いられる。
【００８４】水平走査部５４は、例えばシフトレジスタ
によって構成される水平走査回路５４１と、ＣＤＳ回路
５３４の各出力端と水平信号線５４２との間に接続され
た列選択トランジスタ５４３とを有する構成となってい
る。そして、水平走査回路５４１から順に列選択信号Ｈ
ＳＬが出力され、対応する列選択トランジスタ５４３の
ゲートに印加されることで、列選択トランジスタ５４３
がＯＮ状態となり、ＣＤＳ回路５３４を経た各画素５１
１の信号を水平信号線５４２に出力する。
によって構成される水平走査回路５４１と、ＣＤＳ回路
５３４の各出力端と水平信号線５４２との間に接続され
た列選択トランジスタ５４３とを有する構成となってい
る。そして、水平走査回路５４１から順に列選択信号Ｈ
ＳＬが出力され、対応する列選択トランジスタ５４３の
ゲートに印加されることで、列選択トランジスタ５４３
がＯＮ状態となり、ＣＤＳ回路５３４を経た各画素５１
１の信号を水平信号線５４２に出力する。
【００８５】上記構成の第３実施形態に係る光検出装置
では、垂直走査部５２に垂直走査回路５２１とは別にシ
ャッター走査回路５２２を設け、垂直走査回路５２１で
選択した行と別の行の読み出し用ＭＯＳトランジスタを
ＯＮ状態にすることにより、１フレーム相当期間以下の
蓄積時間をコントロールすることができる。
では、垂直走査部５２に垂直走査回路５２１とは別にシ
ャッター走査回路５２２を設け、垂直走査回路５２１で
選択した行と別の行の読み出し用ＭＯＳトランジスタを
ＯＮ状態にすることにより、１フレーム相当期間以下の
蓄積時間をコントロールすることができる。
【００８６】以上説明した本実施形態に係る光検出装置
も、第２実施形態およびその変形例に係る光検出装置と
同様に、光切断法を用いて３次元物体の形状測定を行う
距離測定装置において、距離計測用のセンサとテクスチ
ャマッピング用の撮像センサとの両機能を持つ半導体ア
レイセンサとして用いることができる。
も、第２実施形態およびその変形例に係る光検出装置と
同様に、光切断法を用いて３次元物体の形状測定を行う
距離測定装置において、距離計測用のセンサとテクスチ
ャマッピング用の撮像センサとの両機能を持つ半導体ア
レイセンサとして用いることができる。
【００８７】そして、この場合には、フォトダイオード
ＰＤＡ，ＰＤＢのセンサ感度を、距離計測時を基準に設
計しておき、距離計測用のセンサとして機能させるとき
は、シャッター走査回路５２２の動作を停止させること
で、距離計測時に十分な感度が得られるようにする。一
方、撮像時には、シャッター走査回路５２２を動作させ
るとともに、シャッター信号の出力タイミングによって
各画素５１１での蓄積時間を適当に設定しておくこと
で、蓄積時間が長い撮像時にも最適な画像信号を得るこ
とができる。
ＰＤＡ，ＰＤＢのセンサ感度を、距離計測時を基準に設
計しておき、距離計測用のセンサとして機能させるとき
は、シャッター走査回路５２２の動作を停止させること
で、距離計測時に十分な感度が得られるようにする。一
方、撮像時には、シャッター走査回路５２２を動作させ
るとともに、シャッター信号の出力タイミングによって
各画素５１１での蓄積時間を適当に設定しておくこと
で、蓄積時間が長い撮像時にも最適な画像信号を得るこ
とができる。
【００８８】なお、第３実施形態に係る光検出装置にお
いても、第２実施形態の変形例の場合と同様に、Ｉ-Ｖ
変換回路５３３の出力段で画素５１１の信号を分岐し、
列選択トランジスタ５４３を介して水平信号線５４２に
出力する構成を採ることが可能である。
いても、第２実施形態の変形例の場合と同様に、Ｉ-Ｖ
変換回路５３３の出力段で画素５１１の信号を分岐し、
列選択トランジスタ５４３を介して水平信号線５４２に
出力する構成を採ることが可能である。
【００８９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光検出装置およびこれを用いた距離測定装置において、
単位画素ごとに設けられた２つの光電変換素子に蓄積さ
れた電荷を信号電流として逐次読み出すとともに、各列
ごとに信号処理部を設け、この信号処理部で２つの光電
変換素子の各信号電圧間での信号処理を行うようにした
ことにより、２つの光電変換素子間に特性差があったと
しても、精度の良い信号処理を行うことができるため、
検出感度を上げることができる。
光検出装置およびこれを用いた距離測定装置において、
単位画素ごとに設けられた２つの光電変換素子に蓄積さ
れた電荷を信号電流として逐次読み出すとともに、各列
ごとに信号処理部を設け、この信号処理部で２つの光電
変換素子の各信号電圧間での信号処理を行うようにした
ことにより、２つの光電変換素子間に特性差があったと
しても、精度の良い信号処理を行うことができるため、
検出感度を上げることができる。
【００９０】また、２つの光電変換素子に蓄積される電
荷を検出するようにしているため、定常的に光電流が流
れることがないため、チップ全体での消費電流を低減で
き、しかも単位画素の各々が２つの光電変換素子と５つ
のトランジスタからなる簡単な構成となっていることか
ら、画素の開口率を大きくできるため、感度をさらに上
げることができる。
荷を検出するようにしているため、定常的に光電流が流
れることがないため、チップ全体での消費電流を低減で
き、しかも単位画素の各々が２つの光電変換素子と５つ
のトランジスタからなる簡単な構成となっていることか
ら、画素の開口率を大きくできるため、感度をさらに上
げることができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る光検出装置を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る光検出装置の各部の具体的
な構成を示す回路図である。
な構成を示す回路図である。
【図３】Ｉ-Ｖ変換回路以降の具体的な回路例を示す回
路図である。
路図である。
【図４】第１実施形態に係る光検出装置の回路動作を説
明するためのタイミングチャートである。
明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明に係る距離測定装置の一例を示す概略構
成図である。
成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光検出装置を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図７】第２実施形態に係る光検出装置の回路動作を説
明するためのタイミングチャートである。
明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態の変形例に係る光検出装
置を示す概略構成図である。
置を示す概略構成図である。
【図９】第２実施形態の変形例に係る光検出装置の回路
動作を説明するためのタイミングチャートである。
動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る光検出装置を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図１１】光切断法に基づく距離測定の概念図である。
【図１２】従来例に係る半導体アレイセンサの単位セル
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
１１，４１，５１…単位画素、１２，４２，５２…垂直
走査部、１３，４３，５３…信号処理部、２１…スリッ
ト光発生レーザ、２３…走査ミラー、２４…測定対象物
体、２６…半導体アレイセンサ、３０…カウンタ数記憶
メモリ、３２…カウンタ、３３…走査ミラー制御装置、
３４…演算処理部、４４…水平走査部
走査部、１３，４３，５３…信号処理部、２１…スリッ
ト光発生レーザ、２３…走査ミラー、２４…測定対象物
体、２６…半導体アレイセンサ、３０…カウンタ数記憶
メモリ、３２…カウンタ、３３…走査ミラー制御装置、
３４…演算処理部、４４…水平走査部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 真一 東京都品川区東五反田１丁目14番10号 株 式会社ソニー木原研究所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 FF01 FF04 FF09 GG04 HH05 JJ03 JJ26 LL62 LL63 MM16 UU02 2G065 AA11 AB22 BA09 BA34 BB23 BC13 BC14 BC17 BC33 BE08 DA15
Claims (20)
- 【請求項１】 ２つの光電変換素子を有する単位画素が
行列状に配列されてなる画素部と、 前記画素部の各単位画素を行単位で選択する第１走査部
と、 前記画素部の各列ごとに配された信号線に対して、各単
位画素から出力される信号を各列ごとに処理する信号処
理部とを備えたことを特徴とする光検出装置。 - 【請求項２】 前記単位画素は、前記２つの光電変換素
子で光電変換された電荷を信号電流として信号線に出力
することを特徴とする請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項３】 前記単位画素は、前記２つの光電変換素
子の各出力端と信号電荷を蓄積する蓄積部との間に接続
された２つの読み出し用トランジスタと、前記蓄積部を
リセットするリセット用トランジスタと、前記蓄積部に
蓄積された信号電荷を信号電流に変換する増幅用トラン
ジスタと、前記増幅用トランジスタからの信号電流を選
択的に信号線に出力する選択用トランジスタとを有する
ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項４】 前記信号処理部は、前記信号線を通して
流れる信号電流を各列ごとに信号電圧に変換するＩ-Ｖ
変換回路を有することを特徴とする請求項２記載の光検
出装置。 - 【請求項５】 前記Ｉ-Ｖ変換回路は、インバータおよ
びその入出力端に接続された帰還抵抗からなることを特
徴とする請求項４記載の光検出装置。 - 【請求項６】 前記信号処理部は、前記Ｉ-Ｖ変換回路
で変換された信号電圧に対して各列ごとにノイズ除去処
理を行うノイズ除去回路を有することを特徴とする請求
項４記載の光検出装置。 - 【請求項７】 前記ノイズ除去回路は、リファレンス信
号との差分をとる相関二重サンプリング回路からなるこ
とを特徴とする請求項６記載の光検出装置。 - 【請求項８】 前記信号処理部は、前記Ｉ-Ｖ変換回路
から逐次的に出力される前記２つの光電変換素子に基づ
く２つの信号に対してその信号電位の大小を判定する比
較回路を有することを特徴とする請求項４記載の光検出
装置。 - 【請求項９】 前記比較回路は、インバータおよびその
入出力端間に接続されたトランジスタを有するチョッパ
型コンパレータからなることを特徴とする請求項８記載
の光検出装置。 - 【請求項１０】 請求項１記載の光検出装置においてさ
らに、 前記第１走査部によって選択された行の画素について、
前記信号処理部によって各列ごとに処理された各画素の
信号を逐次出力する第２走査部を有することを特徴とす
る光検出装置。 - 【請求項１１】 前記第２走査部は、前記信号処理部の
途中から各列ごとに分岐された信号を順次選択して出力
する列選択スイッチを有することを特徴とする請求項１
０記載の光検出装置。 - 【請求項１２】 前記第１走査部は、前記単位画素にお
ける電荷の蓄積時間を行単位でコントロールするシャッ
ター走査回路を有することを特徴とする請求項１０記載
の光検出装置。 - 【請求項１３】 測定対象物体の表面に沿ってスリット
光を走査させるスリット光走査手段と、 前記測定対象物体で反射され反射スリット光を受光する
とともに、その反射スリット光の移動方向に隣接して配
置された２つの光電変換素子を有する単位画素が行列状
に配列されてなる半導体アレイセンサと、 前記半導体アレイセンサの各単位画素を行単位で選択す
る第１走査部と、 前記半導体アレイセンサの各列ごとに設けられ、前記単
位画素から出力される前記２つの光電変換素子について
の２つの信号に基づいて前記反射スリット光が受光面上
の単位画素を通過する時点を検出する信号処理部と、 前記信号処理部での検出結果に基づいて前記測定対象物
体の表面の位置を求める演算処理部とを備えたことを特
徴とする距離測定装置。 - 【請求項１４】 前記単位画素は、前記２つの光電変換
素子で光電変換された電荷を信号電流として出力するこ
とを特徴とする請求項１３記載の距離測定装置。 - 【請求項１５】 前記単位画素は、前記２つの光電変換
素子の各出力端と信号電荷を蓄積する蓄積部との間に接
続された２つの読み出し用トランジスタと、前記蓄積部
をリセットするリセット用トランジスタと、前記蓄積部
に蓄積された信号電荷を信号電流に変換する増幅用トラ
ンジスタと、前記増幅用トランジスタからの信号電流を
選択的に信号線に出力する選択用トランジスタとを有す
ることを特徴とする請求項１３記載の距離測定装置。 - 【請求項１６】 前記信号処理部は、前記単位画素から
出力される信号電流を各列ごとに信号電圧に変換するＩ
-Ｖ変換回路を有することを特徴とする請求項１３記載
の距離測定装置。 - 【請求項１７】 前記信号処理部は、前記Ｉ-Ｖ変換回
路から逐次的に出力される前記２つの光電変換素子に基
づく２つの信号に対してその信号電位の大小を判定する
比較回路を有することを特徴とする請求項１３記載の距
離測定装置。 - 【請求項１８】 請求項１３記載の距離測定装置におい
てさらに、前記第１走査部によって選択された行の画素
について、前記信号処理部によって各列ごとに処理され
た各画素の信号を逐次出力する第２走査部を有すること
を特徴とする距離測定装置。 - 【請求項１９】 前記第２走査部は、前記信号処理部の
途中から各列ごとに分岐された信号を順次選択して出力
する列選択スイッチを有することを特徴とする請求項１
８記載の距離測定装置。 - 【請求項２０】 前記第１走査部は、前記単位画素にお
ける電荷の蓄積時間を行単位でコントロールするシャッ
ター走査回路を有することを特徴とする請求項１８記載
の距離測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125955A JP2001304962A (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | 光検出装置およびこれを用いた距離測定装置 |
| US09/843,402 US20020011552A1 (en) | 2000-04-26 | 2001-04-26 | Photodetector and distance measuring equipment using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125955A JP2001304962A (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | 光検出装置およびこれを用いた距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001304962A true JP2001304962A (ja) | 2001-10-31 |
| JP2001304962A5 JP2001304962A5 (ja) | 2007-02-15 |
Family
ID=18635819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000125955A Pending JP2001304962A (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | 光検出装置およびこれを用いた距離測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020011552A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001304962A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005148286A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Sony Corp | 表示装置およびその駆動方法 |
| JP2010213231A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Canon Inc | 固体撮像素子、その駆動方法及び撮像システム |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP3774225B2 (ja) * | 2004-10-15 | 2006-05-10 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 三次元計測センサ |
| TWI434516B (zh) * | 2011-05-02 | 2014-04-11 | Univ Nat Chi Nan | Dual function injection type read array device, circuit and dual function read module |
| JP6661506B2 (ja) * | 2016-09-23 | 2020-03-11 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 固体撮像装置 |
-
2000
- 2000-04-26 JP JP2000125955A patent/JP2001304962A/ja active Pending
-
2001
- 2001-04-26 US US09/843,402 patent/US20020011552A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005148286A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Sony Corp | 表示装置およびその駆動方法 |
| JP4701603B2 (ja) * | 2003-11-13 | 2011-06-15 | ソニー株式会社 | 表示装置およびその駆動方法 |
| JP2010213231A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Canon Inc | 固体撮像素子、その駆動方法及び撮像システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020011552A1 (en) | 2002-01-31 |
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