JP2011035533A - 点滅信号検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】大容量の記憶部を必要とすることなく、光信号の点滅パターンが既知であることを必要とすることなく、点滅信号を受光している画素部を特定することができる点滅信号検出装置を提供する。
【解決手段】点滅信号検出装置1は、受光部10、行選択部20、読出部30、検出部40および制御部50を備える。行選択部20により、第1期間に受光部10における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積され、第2期間に受光部10における第2i行の各画素部P2i,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積される。検出部40により、読出部30から出力された画素部P2i−1,n,P2i,nのデータD2i−1,n,D2i,nの差に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
【選択図】図1

Description

本発明は、点滅信号検出装置に関するものである。
固体撮像装置は、フォトダイオードおよび電荷蓄積部を各々有するM×N個の画素部P1,1〜PM,NがM行N列に2次元配列された受光部と、受光部の各画素部Pm,nに対して或る期間にフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させるとともに行毎に各画素部Pm,nの当該蓄積電荷量に応じたデータを出力させる行選択部と、受光部の各画素部Pm,nから出力されたデータを入力して各画素部Pm,nのフォトダイオードにおける発生電荷量に応じたデータを出力する読出部とを備え、また、この読出部から出力されたデータをAD変換してデジタル値を出力するAD変換部を更に備える場合がある。
このような固体撮像装置は、受光部の各画素部Pm,nに到達した光の強度を検出して撮像することができる。また、近年では、このような固体撮像装置を用いて撮像だけでなく光通信を行うことが試みられている。例えば、特許文献1に開示された発明では、固体撮像装置による撮像で得られた画像データに基づいて、受光部における全ての画素部それぞれの時間的強度変化が所定パターンであるか否かが検出され、時間的強度変化が所定パターンであると判断された画素部が光信号を受光していると特定される。そして、その特定された画素部からのデータが光信号データとされて、これにより光通信が行われる。
特開2007−324705号公報
特許文献1に開示された発明では、受光部におけるM×N個の画素部のうち光信号を受光している画素部を特定するために、複数フレーム分の画像データを記憶するための大容量の記憶部が必要である。また、特許文献1に開示された発明では、光信号を受光している画素部を特定するために、光信号の点滅パターンが既知であることが必要である。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、大容量の記憶部を必要とすることなく、また、光信号の点滅パターンが既知であることを必要とすることなく、光信号のような点滅信号を受光している画素部を特定することができる点滅信号検出装置を提供することを目的とする。
本発明に係る点滅信号検出装置は、(1) 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力するためのスイッチと、を各々有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが、M行N列に2次元配列された受光部と、(2) 共通の時間幅の第1期間および第2期間を相前後して設定し、第1期間に受光部における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させ、第2期間に受光部における第2i行の各画素部P2i,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させて、第1期間および第2期間の後に受光部における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対してスイッチを閉じることで電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる行選択部と、(3) 行選択部により選択された受光部における各行の各画素部Pm,nから出力されたデータを入力して、各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを出力する読出部と、(4) 読出部から出力された各データDm,nを入力して、データD2i−1,n,D2i,nの差に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する検出部と、を備えることを特徴とする。ただし、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の整数であり、nは1以上N以下の整数であり、iは1以上(M/2)以下の整数である。
本発明に係る点滅信号検出装置では、行選択部により、共通の時間幅の第1期間および第2期間が相前後して設定され、第1期間に受光部における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積され、第2期間に受光部における第2i行の各画素部P2i,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積されて、第1期間および第2期間の後に受光部における各行が選択されて行毎に各画素部Pm,nのスイッチが閉じることで電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータが出力される。読出部では、行選択部により選択された受光部における各行の各画素部Pm,nから出力されたデータが入力されて、各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nが出力される。そして、検出部では、読出部から出力された各データDm,nが入力されて、データD2i−1,n,D2i,nの差に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
本発明に係る点滅信号検出装置は、行選択部が受光部における第(2i−1)行および第2i行を相前後して選択し、読出部がデータD2i−1,nおよびデータD2i,nを相前後して出力してもよい。より好適には、本発明に係る点滅信号検出装置は、(a) 行選択部が、受光部における第(2i−1)行および第2i行を同時に選択して、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nの電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、第2i行の各画素部P2i,nの電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、(b) 読出部が、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータD2i−1,n、および、第2i行の各画素部P2i,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータD2i,nを、同時に出力し、(c) 検出部が、読出部から同時に出力されたデータD2i−1,n,D2iの差を演算する。なお、行選択部として第1行選択部および第2行選択部が設けられ、読出部として第1読出部および第2読出部が設けられて、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nのデータの読出の動作が第1行選択部および第1読出部により行われ、第2i行の各画素部P2i,nのデータの読出の動作が第2行選択部および第2読出部により行われ、第1行選択部および第1読出部によるデータ読出動作と第2行選択部および第2読出部によるデータ読出動作とが並列的に行われてもよい。
或いは、本発明に係る点滅信号検出装置は、(1) 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力するためのスイッチと、を各々有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが、M行N列に2次元配列された受光部と、(2) 共通の時間幅の第1〜第4の期間を順に設定し、第1期間に受光部における第(4j−3)行の各画素部P4j−3,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させ、第2期間に受光部における第(4j−2)行の各画素部P4j−2,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させ、第3期間に受光部における第(4j−1)行の各画素部P4j−1,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させ、第4期間に受光部における第4j行の各画素部P4j,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させて、第4期間の後に受光部における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対してスイッチを閉じることで電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる行選択部と、(3) 行選択部により選択された受光部における各行の各画素部Pm,nから出力されたデータを入力して、各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを出力する読出部と、(4) 読出部から出力された各データDm,nを入力して、データD4j−3,n,D4j−1,nの差とデータD4j−2,n,D4j,nの差との和に基づいて、画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する検出部と、を備えることを特徴とする。ただし、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の整数であり、nは1以上N以下の整数であり、jは1以上(M/4)以下の整数である。
本発明に係る点滅信号検出装置では、行選択部により、共通の時間幅の第1〜第4の期間が順に設定され、第1期間に受光部における第(4j−3)行の各画素部P4j−3,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積され、第2期間に受光部における第(4j−2)行の各画素部P4j−2,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積され、第3期間に受光部における第(4j−1)行の各画素部P4j−1,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積され、第4期間に受光部における第4j行の各画素部P4j,nのフォトダイオードで発生した電荷が電荷蓄積部に蓄積されて、第4期間の後に受光部における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nのスイッチが閉じることで電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータが出力される。読出部では、行選択部により選択された受光部における各行の各画素部Pm,nから出力されたデータが入力されて、各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nが出力される。そして、検出部では、読出部から出力された各データDm,nが入力されて、データD4j−3,n,D4j−1,nの差とデータD4j−2,n,D4j,nの差との和に基づいて、画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
本発明に係る点滅信号検出装置は、大容量の記憶部を必要とすることなく、また、光信号の点滅パターンが既知であることを必要とすることなく、光信号のような点滅信号を受光している画素部を特定することができる。
第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の概略構成を示す図である。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の読出部30の構成を示す図である。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の画素部Pm,nおよび保持部31の回路構成を示す図である。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の差演算部33の回路構成を示す図である。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の行選択部20の構成の一部を示す図である。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の検出部40の構成を示す図である。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の動作の一例を示すタイミングチャートである。 第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の動作を説明する図である。 第2実施形態に係る点滅信号検出装置2の概略構成を示す図である。 第2実施形態に係る点滅信号検出装置2の第1読出部30および第2読出部30それぞれの構成を示す図である。 第2実施形態に係る点滅信号検出装置2の画素部Pm,nおよび第1読出部30の保持部31の回路構成を示す図である。 第3実施形態に係る点滅信号検出装置3の概略構成を示す図である。 第3実施形態に係る点滅信号検出装置3の検出部40Bの構成を示す図である。 第3実施形態に係る点滅信号検出装置3の動作を説明する図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の概略構成を示す図である。この図に示される点滅信号検出装置1は、受光部10、行選択部20、読出部30、検出部40および制御部50を備える。
受光部10はM×N個の画素部P1,1〜PM,Nを含む。M×N個の画素部P1,1〜PM,Nは、共通の構成を有していて、M行N列に2次元配列されている。各画素部Pm,nは第m行第n列に位置している。ここで、M,Nは2以上の整数であり、mは1以上M以下の各整数であり、nは1以上N以下の各整数である。
各画素部Pm,nは、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを有する。各画素部Pm,nは、行選択部20から制御信号線を介して受け取った各種の制御信号に基づいて、フォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積し、その電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線Lへ出力する。
行選択部20は、受光部10の各画素部Pm,nの動作を制御するための各種の制御信号を出力する。より具体的には、行選択部20は、第1期間に受光部10における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。また、行選択部20は、第2期間に受光部10における第2i行の各画素部P2i,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。そして、行選択部20は、第1期間および第2期間の後に受光部10における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対して電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる。ここで、第1期間および第2期間は相前後する期間であって共通の時間幅を有し、iは1以上(M/2)以下の各整数である。
読出部30は、N本の読出信号線L〜Lと接続され、行選択部20により選択された受光部10における第m行の各画素部Pm,nから読出信号線Lへ出力されたデータを入力して、第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを検出部40へ出力する。
検出部40は、読出部30から出力された各データDm,nを入力して、データD2i−1,n,D2i,nの差に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する。
制御部50は、行選択部20,読出部30および検出部40それぞれの動作を制御することで、点滅信号検出装置1全体の動作を制御する。より具体的には、制御部50は、行選択部20における受光部10への各種の制御信号の送出、読出部30における各画素部Pm,nからのデータの入力、読出部30における各データDm,nの出力、および、検出部40における処理、それぞれの動作タイミングを制御する。
図2は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の読出部30の構成を示す図である。この図では、受光部10においてはM×N個の画素部P1,1〜PM,Nのうち第m行第n列の画素部Pm,nが代表して示され、また、読出部30においては該画素部Pm,nに関連する構成要素が示されている。
読出部30は、N個の保持部31〜31,列選択部32および差演算部33を含む。N個の保持部31〜31は共通の構成を有している。各保持部31は、受光部10における第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nと読出信号線Lを介して接続されていて、行選択部20により選択された第m行の画素部Pm,nから読出信号線Lへ出力されたデータを入力して、そのデータを保持し、その保持したデータを出力することができる。各保持部31は、ノイズ成分が重畳された信号成分のデータを入力して保持するとともに、ノイズ成分のみのデータを入力して保持するのが好適である。
N個の保持部31〜31は、列選択部32から受け取った各種の制御信号に基づいて、同一タイミングでデータをサンプリングして保持し、その保持したデータを順次に出力することができる。差演算部33は、N個の保持部31〜31それぞれから順次に出力されたデータを入力し、ノイズ成分が重畳された信号成分のデータからノイズ成分のみのデータを差し引いて、信号成分に応じたデータDm,nを出力する。差演算部33は、信号成分に応じたデータをアナログデータとして出力してもよいし、AD変換機能を有していてデジタルデータを出力してもよい、このようにして、読出部30は、第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを出力することができる。
図3は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の画素部Pm,nおよび保持部31の回路構成を示す図である。この図でも、受光部10においてはM×N個の画素部P1,1〜PM,Nのうち第m行第n列の画素部Pm,nが代表して示され、また、読出部30においては該画素部Pm,nに関連する保持部31が示されている。
各画素部Pm,nは、APS(Active Pixel Sensor)方式のものであって、フォトダイオードPDおよび5個のMOSトランジスタT1,T2,T3,T4,T5を含む。この図に示されるように、トランジスタT1,トランジスタT2およびフォトダイオードPDは順に直列的に接続されていて、トランジスタT1のドレイン端子に基準電圧が入力され、フォトダイオードPDのアノ−ド端子が接地されている。トランジスタT1とトランジスタT2との接続点は、トランジスタT5を介してトランジスタT3のゲート端子に接続されている。
トランジスタT3のドレイン端子に基準電圧が入力される。トランジスタT3のソース端子は、トランジスタT4のドレイン端子と接続されている。各画素部Pm,nのトランジスタT4のソース端子は、読出信号線Lに接続されている。読出信号線Lには定電流源が接続されている。
各画素部Pm,nのリセット用のトランジスタT1のゲート端子は、行選択部20から出力されるReset(m)信号が入力される。各画素部Pm,nの転送用のトランジスタT2のゲート端子は、行選択部20から出力されるTrans(m)信号が入力される。各画素部Pm,nのホールド用のトランジスタT5のゲート端子は、行選択部20から出力されるHold(m)信号が入力される。各画素部Pm,nの出力選択用のトランジスタT4のゲート端子は、行選択部20から出力されるAddress(m)信号が入力される。これらの制御信号(Reset(m)信号,Trans(m)信号,Hold(m)信号,Address(m)信号)は、行選択部20から第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nに対して共通に入力される。
Reset(m)信号,Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードPDの接合容量部が放電され、また、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)が放電される。Trans(m)信号がローレベルであるとき、フォトダイオードPDで発生した電荷は接合容量部に蓄積されていく。Reset(m)信号がローレベルであって、Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルであると、フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に転送され蓄積される。
Address(m)信号がハイレベルであるとき、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に蓄積されている電荷量に応じたデータ(ノイズ成分が重畳された信号成分のデータ)が、トランジスタT4を経て読出信号線Lへ出力される。すなわち、トランジスタT4は、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線Lへ出力するためのスイッチとして作用する。なお、電荷蓄積部が放電状態にあるときには、ノイズ成分のみのデータがトランジスタT4を経て読出信号線Lへ出力される。
各保持部31は、2つの容量素子C,C、および、4つのスイッチSW11,SW12,SW21,SW22を含む。この保持部31では、スイッチSW11およびスイッチSW12は、直列的に接続されて読出信号線Lと配線Hline_sとの間に設けられ、容量素子Cの一端は、スイッチSW11とスイッチSW12との間の接続点に接続され、容量素子Cの他端は接地されている。また、スイッチSW21およびスイッチSW22は、直列的に接続されて読出信号線Lと配線Hline_nとの間に設けられ、容量素子Cの一端は、スイッチSW21とスイッチSW22との間の接続点に接続され、容量素子Cの他端は接地されている。
この保持部31では、スイッチSW11は、列選択部32から供給されるset_s信号のレベルに応じて開閉する。スイッチSW21は、列選択部32から供給されるset_n信号のレベルに応じて開閉する。set_s信号およびset_n信号は、N個の保持部31〜31に対して共通に入力される。スイッチSW12,SW22は、列選択部32から供給されるhshift(n)信号のレベルに応じて開閉する。
この保持部31では、set_n信号がハイレベルからローレベルに転じてスイッチSW21が開くときに画素部Pm,nから読出信号線Lへ出力されていたノイズ成分が、それ以降、容量素子Cにより電圧値out_n(n)として保持される。set_s信号がハイレベルからローレベルに転じてスイッチSW11が開くときに画素部Pm,nから読出信号線Lへ出力されていたノイズ成分が重畳された信号成分が、それ以降、容量素子Cにより電圧値out_s(n)として保持される。そして、hshift(n)信号がハイレベルになると、スイッチSW12が閉じて、容量素子Cにより保持されていた電圧値out_s(n)が配線Hline_sへ出力され、また、スイッチSW22が閉じて、容量素子Cにより保持されていた電圧値out_n(n)が配線Hline_nへ出力される。これら電圧値out_s(n)と電圧値out_n(n)との差が、画素部Pm,nのフォトダイオードPDで発生した電荷の量に応じた電圧値を表す。
図4は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の差演算部33の回路構成を示す図である。この図に示されるように、差演算部33は、アンプA〜A、スイッチSW,SW、および、抵抗器R〜Rを含む。アンプAの反転入力端子は、抵抗器Rを介してバッファアンプAの出力端子と接続され、抵抗器Rを介して自己の出力端子と接続されている。アンプAの非反転入力端子は、抵抗器Rを介してバッファアンプAの出力端子と接続され、抵抗器Rを介して接地電位と接続されている。バッファアンプAの入力端子は、配線Hline_sを介してN個の保持部31〜31と接続され、スイッチSWを介して接地電位と接続されている。バッファアンプAの入力端子は、配線Hline_nを介してN個の保持部31〜31と接続され、スイッチSWを介して接地電位と接続されている。
差演算部33のスイッチSW,SWは、列選択部32から供給されるhreset信号により制御されて開閉動作する。スイッチSWが閉じることで、バッファアンプAの入力端子に入力される電圧値がリセットされる。スイッチSWが閉じることで、バッファアンプAの入力端子に入力される電圧値がリセットされる。スイッチSW,SWが開いているときに、N個の保持部31〜31のうちの何れかの保持部31から配線Hline_s,Hline_nへ出力された電圧値out_s(n),out_n(n)が、バッファアンプA,Aの入力端子に入力される。バッファアンプA,Aそれぞれの増幅率を1とし、4個の抵抗器R〜Rそれぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、差演算部33の出力端子から出力される電圧値は、配線Hline_sおよび配線Hline_nそれぞれを経て入力される電圧値の差を表し、ノイズ成分が除去されたものとなる。
図5は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の行選択部20の構成の一部を示す図である。行選択部20は、M段のシフトレジスタを有する他、同図(a)に示される回路を各々の奇数行(第(2i−1)行)に対して有し、同図(b)に示される回路を各々の偶数行(第2i行)に対して有する。M段のシフトレジスタは、そのうちの第m段からAddress(m)信号を出力して第m行の各画素部Pm,nに与える。
同図(a)に示されるように、Trans(2i-1)信号は、Address(2i-1)信号とS_odd信号との論理和と、T信号との論理積として、作成される。Reset(2i-1)信号は、Address(2i-1)信号とS_odd信号との論理和と、R信号との論理積として、作成される。Hold(2i-1)信号は、Address(2i-1)信号とS_odd信号との論理和と、H信号との論理積として、作成される。これらTrans(2i-1)信号,Reset(2i-1)信号およびHold(2i-1)信号は、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nに与えられる。
同図(b)に示されるように、Trans(2i)信号は、Address(2i)信号とS_even信号との論理和と、T信号との論理積として、作成される。Reset(2i)信号は、Address(2i)信号とS_even信号との論理和と、R信号との論理積として、作成される。Hold(2i)信号は、Address(2i)信号とS_even信号との論理和と、H信号との論理積として、作成される。これらTrans(2i)信号,Reset(2i)信号およびHold(2i)信号は、第2i行の各画素部P2i,nに与えられる。
S_odd信号,S_even信号,R信号,T信号およびH信号は、制御部50から行選択部20へ与えられる、このように構成される行選択部20は、S_odd信号により指示される第1期間に、受光部10における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させることができる。また、行選択部20は、S_even信号により指示される第2期間に、受光部10における第2i行の各画素部P2i,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させることができる。そして、行選択部20は、第1期間および第2期間の後に、Address(m)信号により受光部10における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対して電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線Lへ出力させることができる。
図6は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の検出部40の構成を示す図である。検出部40は、読出部30から行順に出力された各データDm,nを入力する。検出部40は、記憶部41および演算部42を含む。記憶部41は、第(2i−1)行のN個のデータD2i−1,nおよび第2i行のN個のD2i,nのうち先に入力した第(2i−1)行のN個のデータD2i−1,nを記憶する。演算部42は、後に入力した第2i行のN個のD2i,nを入力するとともに、記憶部41により記憶されている第(2i−1)行のN個のデータD2i−1,nをも入力して、これらのデータD2i−1,n,D2i,nの差(D2i−1,n−D2i,n)を演算する。そして、検出部40は、この差(D2i−1,n−D2i,n)に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する。ここで、記憶部41に保持されるデータはデジタルデータに限らず、アナログ電圧の形で保持しておいて、差分をとってもよい。
図7は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の動作の一例を示すタイミングチャートである。この図には、上から順に、点滅信号検出装置1の受光部10への光信号入射の有無、制御部50から行選択部20へ与えられるS_odd信号,S_even信号,R信号,T信号およびH信号、読出部30において列選択部32から各保持部31へ与えられるset_s信号およびset_n信号、行選択部20から第1行の各画素部P1,nへ与えられるAddress(1)信号、行選択部20から第2行の各画素部P2,nへ与えられるAddress(2)信号、ならびに、読出部30において列選択部32から各保持部31へ与えられるhshift(1)信号〜hshift(N)信号、が示されている。
受光部10へ光信号が入射している第1期間に、S_odd信号がハイレベルとなり、S_even信号がローレベルとなる。この第1期間において、或る一定期間に亘って、R信号,T信号およびH信号がハイレベルとなって、Reset(2i-1)信号,Trans(2i-1)信号およびHold(2i-1)信号がハイレベルとなり、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nにおいて、フォトダイオードPDの接合容量部が放電され、また、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)が放電される。第1期間において続く或る一定期間に亘って、R信号,T信号およびH信号がローレベルとなって、Reset(2i-1)信号,Trans(2i-1)信号およびHold(2i-1)信号がローレベルとなり、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nにおいて、フォトダイオードPDで発生した電荷は接合容量部に蓄積されていく。そして、第1期間において更に続く或る一定期間に亘って、R信号がローレベルでT信号およびH信号がハイレベルとなって、Reset(2i-1)信号がローレベルとなり、Trans(2i-1)信号およびHold(2i-1)信号がハイレベルとなって、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nにおいて、フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に転送され蓄積される。これらの動作は、受光部10における全ての奇数行目の各画素部において並列的に行われる。
受光部10へ光信号が入射していない第2期間に、S_odd信号がローレベルとなり、S_even信号がハイレベルとなる。この第2期間において、或る一定期間に亘って、R信号,T信号およびH信号がハイレベルとなって、Reset(2i)信号,Trans(2i)信号およびHold(2i)信号がハイレベルとなり、第2i行の各画素部P2i,nにおいて、フォトダイオードPDの接合容量部が放電され、また、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)が放電される。第2期間において続く或る一定期間に亘って、R信号,T信号およびH信号がローレベルとなって、Reset(2i)信号,Trans(2i)信号およびHold(2i)信号がローレベルとなり、第2i行の各画素部P2i,nにおいて、フォトダイオードPDで発生した電荷は接合容量部に蓄積されていく。そして、第2期間において更に続く或る一定期間に亘って、R信号がローレベルでT信号およびH信号がハイレベルとなって、Reset(2i)信号がローレベルとなり、Trans(2i)信号およびHold(2i)信号がハイレベルとなって、第2i行の各画素部P2i,nにおいて、フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に転送され蓄積される。これらの動作は、受光部10における全ての偶数行目の各画素部において並列的に行われる。
第1期間および第2期間の後に、行選択部20から第1行の各画素部P1,nへ与えられるAddress(1)信号がハイレベルとなる。Address(1)信号がハイレベルとなる期間において、各保持部31へ与えられるset_s信号が一定期間だけハイレベルとなり、続いてR信号およびT信号が一定期間だけハイレベルとなって第1行の各画素部P1,nの電荷蓄積部が放電され、更に続いて各保持部31へ与えられるset_n信号が一定期間だけハイレベルとなる。これにより、各画素部P1,nから読出信号線Lへ出力されていたノイズ成分が重畳された信号成分が、保持部31の容量素子Cにより電圧値out_s(n)として保持される。また、各画素部P1,nから読出信号線Lへ出力されていたノイズ成分が、保持部31の容量素子Cにより電圧値out_n(n)として保持される。その後、hshift(1)信号〜hshift(N)信号が順次にハイレベルとなって、保持部31〜31それぞれに保持されていた電圧値が順次に出力され、差演算部33により、ノイズ成分が重畳された信号成分のデータからノイズ成分のみのデータが差し引かれて、第1行の各画素部P1,nの信号成分に応じたデータD1,1〜D1,Nが出力される。以降も同様にして、各行の各画素部Pm,nのデータDm,nが行順に出力される。
そして、検出部40では、先ず、第1行の各画素部P1,nのデータD1,nが入力されて記憶部41により記憶される。次に、第2行の各画素部P2,nのデータD2,nが入力されるときに、そのデータD2,nが演算部42に入力されるとともに、記憶部41により記憶されているデータD1,nが演算部42に入力されて、演算部42において、これらのデータD1,n,D2,nの差(D1,n−D2,n)が演算される。そして、検出部40では、この差(D1,n−D2,n)に基づいて、画素部P1,n,P2,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
続いて、検出部40では、第3行の各画素部P3,nのデータD3,nが入力されて記憶部41により記憶される。次に、第4行の各画素部P4,nのデータD4,nが入力されるときに、そのデータD4,nが演算部42に入力されるとともに、記憶部41により記憶されているデータD3,nが演算部42に入力されて、演算部42において、これらのデータD3,n,D4,nの差(D3,n−D4,n)が演算される。そして、検出部40では、この差(D3,n−D4,n)に基づいて、画素部P3,n,P4,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
以降も同様にして、検出部40では、データD2i−1,n,D2i,nの差(D2i−1,n−D2i,n)に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
図8は、第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の動作を説明する図である。この図には、上から順に、光信号入射タイミング、受光部10における第(2i−1)行の画素部での電荷蓄積タイミングA、および、受光部10における第2i行の画素部での電荷蓄積タイミングB、が示されている。前の図7では、受光部10における第(2i−1)行の画素部での電荷蓄積タイミングAは光信号入射タイミングと一致したが、この図8では、電荷蓄積タイミングA,Bの何れも一部が光信号入射タイミングと重なっている。電荷蓄積タイミングA,Bの各位相は2分の1周期だけ異なっている。
図中においてハッチで示した範囲は、電荷蓄積タイミングA,Bそれぞれと光信号入射タイミングとが重なっている範囲を表していて、データD2i−1,n,D2i,nの大きさに相当する。点滅信号が画素部P2i−1,n,P2i,nに到達していて、電荷蓄積タイミングA,Bの間でハッチ範囲の大きさが異なっていれば、すなわち、差(D2i−1,n−D2i,n)が零でなければ、点滅信号が到達していることが検出部40により検出され得る。一方、一定強度の光が画素部P2i−1,n,P2i,nに到達していれば、電荷蓄積タイミングA,Bの間でハッチ範囲の大きさが等しいので、点滅信号が到達していないことが検出部40により検出され得る。
このように、本実施形態に係る点滅信号検出装置1は、1行分のデータを記憶する記憶部41を備えるだけでよく、大容量の記憶部を必要としない。また、本実施形態に係る点滅信号検出装置1は、光信号の点滅パターンが既知であることを必要とすることなく、光信号のような点滅信号を受光している画素部を特定することができる。
なお、以上に説明したような点滅する光信号を検出するには、その光信号が少なくとも或る2個の画素部P2i−1,n,P2i,nに到達することが必要となる。その為には、受光部10の前面に設けられる光学系による受光面10への結像を意図的にぼかして、受光部10の広い範囲に光信号が到達するようにしてもよい。また、受光部10に到達する光の強度分布が隣接する行の間で異なると、光信号が到達したと誤って検出される場合があるが、光学系による受光面10への結像を意図的にぼかすことで、このような誤検出を防止することができる。
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態に係る点滅信号検出装置2の概略構成を示す図である。この図に示される点滅信号検出装置2は、受光部10、第1行選択部20、第2行選択部20、第1読出部30、第2読出部30、検出部40Aおよび制御部50Aを備える。
図1に示された第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の構成と比較すると、この図9に示された第2実施形態に係る点滅信号検出装置2は、受光部10の各画素部Pm,nの構成が相違し、行選択部20に替えて第1行選択部20および第2行選択部20を備える点で相違し、読出部30に替えて第1読出部30および第2読出部30を備える点で相違し、検出部40に替えて検出部40Aを備える点で相違し、また、制御部50に替えて制御部50Aを備える点で相違する。
第1行選択部20および第1読出部30は、受光部10における奇数行(第(2i−1)行)の各画素部P2i−1,nに対して放電,電荷蓄積およびデータ読出を行う。第2行選択部20および第2読出部30は、受光部10における偶数行(第2i行)の各画素部P2i,nに対して放電,電荷蓄積およびデータ読出を行う。第1行選択部20および第1読出部30と、第2行選択部20および第2読出部30とは、互いに並列的にデータ読出の動作をする。
制御部50Aは、上記の並列動作をするよう、第1行選択部20,第2行選択部20,第1読出部30および第2読出部30それぞれの動作を制御する。また、上記の並列動作をすることから、第2実施形態における検出部40Aは、第1実施形態における検出部40と異なる構成を有している。また、上記の並列動作をする為に、第2実施形態における各画素部Pm,nは、第1実施形態における各画素部と異なる構成を有している。
図10は、第2実施形態に係る点滅信号検出装置2の第1読出部30および第2読出部30それぞれの構成を示す図である。この図では、受光部10においてはM×N個の画素部P1,1〜PM,Nのうち第m行第n列の画素部Pm,nが代表して示され、また、第1読出部30および第2読出部30それぞれにおいては該画素部Pm,nに関連する構成要素が示されている。
第1読出部30および第2読出部30それぞれは、第1実施形態における読出部30と同様の構成を有している。ただし、第1読出部30の各保持部31は、受光部10における第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nと読出信号線L1を介して接続されていて、第1行選択部20により選択された第m行の画素部Pm,nから読出信号線L1へ出力されたデータを入力して、そのデータを保持し、その保持したデータを出力することができる。また、第2読出部30の各保持部31は、受光部10における第n列のM個の画素部P1,n〜PM,nと読出信号線L2を介して接続されていて、第2行選択部20により選択された第m行の画素部Pm,nから読出信号線L2へ出力されたデータを入力して、そのデータを保持し、その保持したデータを出力することができる。
図11は、第2実施形態に係る点滅信号検出装置2の画素部Pm,nおよび第1読出部30の保持部31の回路構成を示す図である。この図でも、受光部10においてはM×N個の画素部P1,1〜PM,Nのうち第m行第n列の画素部Pm,nが代表して示され、また、第1読出部30においては該画素部Pm,nに関連する保持部31が示されている。
各画素部Pm,nは、APS(Active Pixel Sensor)方式のものであって、フォトダイオードPDおよび6個のMOSトランジスタT1,T2,T3,T4,T4,T5を含む。この図に示されるように、トランジスタT1,トランジスタT2およびフォトダイオードPDは順に直列的に接続されていて、トランジスタT1のドレイン端子に基準電圧が入力され、フォトダイオードPDのアノ−ド端子が接地されている。トランジスタT1とトランジスタT2との接続点は、トランジスタT5を介してトランジスタT3のゲート端子に接続されている。
トランジスタT3のドレイン端子に基準電圧が入力される。トランジスタT3のソース端子は、トランジスタT4,T4それぞれのドレイン端子と接続されている。各画素部Pm,nのトランジスタT4のソース端子は、読出信号線L1に接続されている。各画素部Pm,nのトランジスタT4のソース端子は、読出信号線L2に接続されている。読出信号線L1および読出信号線L2それぞれには定電流源が接続されている。
各画素部Pm,nの転送用のトランジスタT2のゲート端子は、制御信号線LTと接続され、第1行選択部20または第2行選択部20から出力されるTrans(m)信号が入力される。各画素部Pm,nのリセット用のトランジスタT1のゲート端子は、制御信号線LRと接続され、第1行選択部20または第2行選択部20から出力されるReset(m)信号が入力される。各画素部Pm,nのホールド用のトランジスタT5のゲート端子は、制御信号線LHと接続され、第1行選択部20または第2行選択部20から出力されるHold(m)信号が入力される。
各画素部Pm,nの出力選択用のトランジスタT4のゲート端子は、制御信号線LA1と接続され、第1行選択部20から出力されるAddress1(m)信号が入力される。各画素部Pm,nの出力選択用のトランジスタT4のゲート端子は、制御信号線LA2と接続され、第2行選択部20から出力されるAddress2(m)信号が入力される。これらの制御信号(Reset(m)信号,Trans(m)信号,Hold(m)信号,Address1(m)信号,Address2(m)信号)は、第m行のN個の画素部Pm,1〜Pm,Nに対して共通に入力される。
制御信号線LT,制御信号線LRおよび制御信号線LHは、行毎に設けられていて、第m行の各画素部Pm,nにおけるフォトダイオードPDの接合容量部および電荷蓄積部それぞれの放電ならびに電荷蓄積部による電荷蓄積を指示する制御信号(Reset(m)信号,Trans(m)信号,Hold(m)信号)を送る。これら制御信号線の第1端はスイッチを介して第1行選択部20に接続され、また、これら制御信号線の第2端はスイッチを介して第2行選択部20に接続されている。これら制御信号線それぞれの両端に設けられた2つのスイッチは、同時に閉じることはなく、常に少なくとも一方が開いている。なお、これらのスイッチに替えてトライステートバッファが用いられてもよく、この場合、これら制御信号線それぞれの両端に設けられた2つのトライステートバッファは、同時に導通状態になることはなく、常に少なくとも一方がハイインピーダンス状態にある。
制御信号線LA1および制御信号線LA2は、行毎に設けられていて、第m行の各画素部Pm,nにおける読出信号線L1または読出信号線L2へのデータ出力を指示する制御信号(Address1(m)信号,Address2(m)信号)を送る。各制御信号線LA1は第1行選択部20に接続されている。各制御信号線LA2は第2行選択部20に接続されている。Address1(m)信号とAddress2(m)信号とは同時にハイレベルとなることはなく、トランジスタT4とトランジスタT4とは同時にオン状態となることはない。
Reset(m)信号,Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードPDの接合容量部が放電され、また、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)が放電される。Trans(m)信号がローレベルであるとき、フォトダイオードPDで発生した電荷は接合容量部に蓄積されていく。Reset(m)信号がローレベルであって、Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルであると、フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に転送され蓄積される。
Address1(m)信号がハイレベルであるとき、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に蓄積されている電荷量に応じたデータ(ノイズ成分が重畳された信号成分のデータ)が、トランジスタT4を経て読出信号線L1へ出力され、第1読出部30の保持部31へ入力される。すなわち、トランジスタT4は、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線L1へ出力するための第1スイッチとして作用する。なお、電荷蓄積部が放電状態にあるときには、ノイズ成分のみのデータがトランジスタT4を経て読出信号線L1へ出力される。
Address2(m)信号がハイレベルであるとき、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に蓄積されている電荷量に応じたデータ(ノイズ成分が重畳された信号成分のデータ)が、トランジスタT4を経て読出信号線L2へ出力され、第2読出部30の保持部31へ入力される。すなわち、トランジスタT4は、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線L2へ出力するための第2スイッチとして作用する。なお、電荷蓄積部が放電状態にあるときには、ノイズ成分のみのデータがトランジスタT4を経て読出信号線L2へ出力される。
第1行選択部20および第2行選択部20それぞれは、M段のシフトレジスタを有する。第1行選択部20のM段のシフトレジスタは、そのうちの第m段からAddress1(m)信号を制御信号線LA1へ出力して第m行の各画素部Pm,nに与える。第2行選択部20のM段のシフトレジスタは、そのうちの第m段からAddress2(m)信号を制御信号線LA2へ出力して第m行の各画素部Pm,nに与える。また、第1行選択部20は、図5(a)に示される回路を各々の奇数行(第(2i−1)行)に対して有し、第2行選択部20は、図5(b)に示される回路を各々の偶数行(第2i行)に対して有する。
第1行選択部20は、S_odd信号により指示される第1期間に、受光部10における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させることができる。また、第2行選択部20は、S_even信号により指示される第2期間に、受光部10における第2i行の各画素部P2i,nに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させることができる。各画素部P2i,nにおける放電および電荷蓄積のタイミングは、第1実施形態の場合と同様である。
第1行選択部20は、第1期間および第2期間の後に、Address1(2i-1)信号により受光部10における奇数行(第(2i−1)行)を選択して行毎に各画素部P2i−1,nに対して電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線L1へ出力させることができる。第2行選択部20は、第1期間および第2期間の後に、Address2(2i)信号により受光部10における偶数行(第2i行)を選択して行毎に各画素部P2i,nに対して電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線L2へ出力させることができる。第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nから読出信号線L1および第1読出部30を経て検出部40Aへのデータ読出と、第2i行の各画素部P2i,nから読出信号線L2および第2読出部30を経て検出部40Aへのデータ読出とは、互いに並列的に行われる。
すなわち、第1行選択部20および第2行選択部20は、受光部10における第(2i−1)行および第2i行を同時に選択して、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nの電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、第2i行の各画素部P2i,nの電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる。第1読出部30および第2読出部30は、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータD2i−1,n、および、第2i行の各画素部P2i,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータD2i,nを、同時に検出部40Aへ出力する。
検出部40Aは、読出部30,30から同時に出力されたデータD2i−1,n,D2iの差を演算し、この差に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する。
第2実施形態に係る点滅信号検出装置2は、以下のように動作する。受光部10へ光信号が入射している第1期間に、第1行選択部20により、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nにおいて、フォトダイオードPDで発生した電荷は、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に転送され蓄積される。これらの動作は、受光部10における全ての奇数行目の各画素部において並列的に行われる。
また、受光部10へ光信号が入射していない第2期間に、第2行選択部20により、第2i行の各画素部P2i,nにおいて、フォトダイオードPDで発生した電荷は、トランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域(電荷蓄積部)に転送され蓄積される。これらの動作は、受光部10における全ての偶数行目の各画素部において並列的に行われる。
これらの各画素部Pm,nにおける電荷蓄積のタイミングは、第1実施形態の場合と同様である。第2実施形態におけるデータ読出動作のタイミングは、第1実施形態の場合と異なる。
第2実施形態では、第1期間および第2期間の後に、第1行選択部20から第1行の各画素部P1,nへ与えられるAddress1(1)信号と、第2行選択部20から第2行の各画素部P2,nへ与えられるAddress2(2)信号と、が同じ期間にハイレベルとなる。そして、第1読出部30からの第1行の各画素部P1,nのデータD1,nの出力と、第2読出部30からの第2行の各画素部P2,nのデータD2,nの出力と、が同時に行われる。検出部40Aでは、第1行の各画素部P1,nのデータD1,nと第2行の各画素部P2,nのデータD2,nとが同時に入力されて、これらのデータD1,n,D2,nの差(D1,n−D2,n)が演算される。そして、検出部40Aでは、この差(D1,n−D2,n)に基づいて、画素部P1,n,P2,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
続いて、第1行選択部20から第3行の各画素部P3,nへ与えられるAddress1(3)信号と、第2行選択部20から第4行の各画素部P4,nへ与えられるAddress2(4)信号と、が同じ期間にハイレベルとなる。そして、第1読出部30からの第3行の各画素部P3,nのデータD3,nの出力と、第2読出部30からの第4行の各画素部P4,nのデータD4,nの出力と、が同時に行われる。検出部40Aでは、第3行の各画素部P3,nのデータD3,nと第4行の各画素部P4,nのデータD4,nとが同時に入力されて、これらのデータD3,n,D4,nの差(D3,n−D4,n)が演算される。そして、検出部40Aでは、この差(D3,n−D4,n)に基づいて、画素部P3,n,P4,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
以降も同様にして、検出部40Aでは、データD2i−1,n,D2i,nの差(D2i−1,n−D2i,n)に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かが検出される。
第1実施形態に係る点滅信号検出装置1は、1行分のデータを記憶する記憶部41を備える必要があったが、第2実施形態に係る点滅信号検出装置2は、そのような記憶部を備える必要がない。また、第2実施形態に係る点滅信号検出装置2は、第1実施形態の場合と同様に、光信号の点滅パターンが既知であることを必要とすることなく、光信号のような点滅信号を受光している画素部を特定することができる。
(第3実施形態)
図12は、第3実施形態に係る点滅信号検出装置3の概略構成を示す図である。この図に示される点滅信号検出装置3は、受光部10、行選択部20B、読出部30、検出部40Bおよび制御部50Bを備える。
図1に示された第1実施形態に係る点滅信号検出装置1の構成と比較すると、この図12に示された第3実施形態に係る点滅信号検出装置3は、行選択部20に替えて行選択部20Bを備える点で相違し、検出部40に替えて検出部40Bを備える点で相違し、また、制御部50に替えて制御部50Bを備える点で相違する。
行選択部20Bは、受光部10の各画素部Pm,nの動作を制御するための各種の制御信号を出力する。より具体的には、行選択部20Bは、第1期間に受光部10における第(4j−3)行の各画素部P4j−3,nに対してフォトダイオードPDで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。行選択部20Bは、第2期間に受光部10における第(4j−2)行の各画素部P4j−2,nに対してフォトダイオードPDで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。
行選択部20Bは、第3期間に受光部10における第(4j−1)行の各画素部P4j−1,nに対してフォトダイオードPDで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。また、行選択部20Bは、第4期間に受光部10における第4j行の各画素部P4j,nに対してフォトダイオードでPD発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。そして、行選択部20Bは、第4期間の後に受光部10における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対して電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる。ここで、第1〜第4の期間は、この順に設定され、共通の時間幅を有する。また、jは1以上(M/4)以下の各整数である。
読出部30は、N本の読出信号線L〜Lと接続され、行選択部20により選択された受光部10における第m行の各画素部Pm,nから読出信号線Lへ出力されたデータを入力して、第m行の各画素部Pm,nのフォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを検出部40Bへ出力する。
検出部40Bは、読出部30から出力された各データDm,nを入力して、データD4j−3,n,D4j−1,nの差とデータD4j−2,n,D4j,nの差との和に基づいて、画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する。
制御部50Bは、行選択部20B,読出部30および検出部40Bそれぞれの動作を制御することで、点滅信号検出装置1全体の動作を制御する。より具体的には、制御部50Bは、行選択部20Bにおける受光部10への各種の制御信号の送出、読出部30における各画素部Pm,nからのデータの入力、読出部30における各データDm,nの出力、および、検出部40Bにおける処理、それぞれの動作タイミングを制御する。
図13は、第3実施形態に係る点滅信号検出装置3の検出部40Bの構成を示す図である。検出部40Bは、読出部30から行順に出力された各データDm,nを入力する。検出部40Bは、記憶部41〜41および演算部43を含む。記憶部41は、第(4j−3)行のN個のデータD4j−3,nを記憶する。記憶部41は、第(4j−2)行のN個のデータD4j−2,nを記憶する。記憶部41は、第(4j−1)行のN個のデータD4j−1,nを記憶する。
演算部43は、第4j行のN個のD4j,nを入力するとともに、記憶部41〜41により記憶されている第(4j−3)行のN個のデータD4j−3,n,第(4j−2)行のN個のデータD4j−2,nおよび第(4j−1)行のN個のデータD4j−1,nをも入力する。そして、演算部43は、データD4j−3,n,D4j−1,nの差とデータD4j−2,n,D4j,nの差との和S(=|D4j−3,n−D4j−1,n|+|D4j−2,n−D4j,n|を求めて、この演算結果Sに基づいて、画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する。
図14は、第3実施形態に係る点滅信号検出装置3の動作を説明する図である。この図には、上から順に、光信号入射タイミング、受光部10における第(4j−3)行の画素部での電荷蓄積タイミングA、受光部10における第(4j−2)行の画素部での電荷蓄積タイミングB、受光部10における第(4j−1)行の画素部での電荷蓄積タイミングC、および、受光部10における第4j行の画素部での電荷蓄積タイミングD、が示されている。この図では、電荷蓄積タイミングA〜Dおよび光信号入射タイミングは同一周期であって、電荷蓄積タイミングA〜Dの何れも一部が光信号入射タイミングと重なっている。電荷蓄積タイミングA〜Dの各位相は4分の1周期ずつ異なっている。
図中においてハッチで示した範囲は、電荷蓄積タイミングA〜Dそれぞれと光信号入射タイミングとが重なっている範囲を表していて、データD4j−3,n,D4j−2,n,D4j−1,n,D4j,nの大きさに相当する。点滅信号が画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達していれば、演算部43による演算結果Sが零ではないので、点滅信号が到達していることが検出部40Bにより検出され得る。一方、一定強度の光が画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達していれば、演算部43による演算結果Sが零であるので、点滅信号が到達していないことが検出部40Bにより検出され得る。
特に、本実施形態では、演算部43による演算結果Sは、光信号入射タイミングと電荷蓄積タイミングA〜Dとの間の位相差に依らない。したがって、本実施形態では、この位相差に拘わらず高感度の点滅信号検出をすることができる。
このように、本実施形態に係る点滅信号検出装置3は、3行分のデータを記憶する記憶部41〜41を備えるだけでよく、大容量の記憶部を必要としない。また、本実施形態に係る点滅信号検出装置3は、光信号の点滅パターンが既知であることを必要とすることなく、光信号のような点滅信号を受光している画素部を特定することができる。
また、本発明は、第1〜第3の各実施形態に限られるわけではない。例えば、上記実施形態では電荷蓄積部としてトランジスタT3のゲート端子に接続される拡散領域があげられているが、フォトダイオードが電荷蓄積部をかねてもよい。
1〜3…点滅信号検出装置、10…受光部、20,20,20,20B…行選択部、30,30,30…読出部、31〜31…保持部、32…列選択部、33…差演算部、40,40A,40B…検出部、41,41〜41…記憶部、42,43…演算部、50,50A,50B…制御部、P1,1〜PM,N…画素部、L〜L,L1〜L1,L2〜L2…読出信号線、LT〜LT,LR〜LR,LH〜LH,LA1〜LA1,LA2〜LA2…制御信号線。

Claims (3)

  1. 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力するためのスイッチと、を各々有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが、M行N列に2次元配列された受光部と、
    共通の時間幅の第1期間および第2期間を相前後して設定し、前記第1期間に前記受光部における第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nに対して前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記第2期間に前記受光部における第2i行の各画素部P2i,nに対して前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積させて、前記第1期間および前記第2期間の後に前記受光部における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対して前記スイッチを閉じることで前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる行選択部と、
    前記行選択部により選択された前記受光部における各行の各画素部Pm,nから出力されたデータを入力して、各画素部Pm,nの前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを出力する読出部と、
    前記読出部から出力された各データDm,nを入力して、データD2i−1,n,D2i,nの差に基づいて、画素部P2i−1,n,P2i,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する検出部と、
    を備えることを特徴とする点滅信号検出装置(ただし、M,Nは2以上の整数、mは1以上M以下の整数、nは1以上N以下の整数、iは1以上(M/2)以下の整数)。
  2. 前記行選択部が、前記受光部における第(2i−1)行および第2i行を同時に選択して、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nの前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、第2i行の各画素部P2i,nの前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、
    前記読出部が、第(2i−1)行の各画素部P2i−1,nの前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータD2i−1,n、および、第2i行の各画素部P2i,nの前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータD2i,nを、同時に出力し、
    前記検出部が、前記読出部から同時に出力されたデータD2i−1,n,D2iの差を演算する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の点滅信号検出装置。
  3. 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力するためのスイッチと、を各々有するM×N個の画素部P1,1〜PM,Nが、M行N列に2次元配列された受光部と、
    共通の時間幅の第1〜第4の期間を順に設定し、前記第1期間に前記受光部における第(4j−3)行の各画素部P4j−3,nに対して前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記第2期間に前記受光部における第(4j−2)行の各画素部P4j−2,nに対して前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記第3期間に前記受光部における第(4j−1)行の各画素部P4j−1,nに対して前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積させ、前記第4期間に前記受光部における第4j行の各画素部P4j,nに対して前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積させて、前記第4期間の後に前記受光部における各行を選択して行毎に各画素部Pm,nに対して前記スイッチを閉じることで前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力させる行選択部と、
    前記行選択部により選択された前記受光部における各行の各画素部Pm,nから出力されたデータを入力して、各画素部Pm,nの前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じたデータDm,nを出力する読出部と、
    前記読出部から出力された各データDm,nを入力して、データD4j−3,n,D4j−1,nの差とデータD4j−2,n,D4j,nの差との和に基づいて、画素部P4j−3,n,P4j−2,n,P4j−1,n,P4j,nに到達した光が点滅信号であるか否かを検出する検出部と、
    を備えることを特徴とする点滅信号検出装置(ただし、M,Nは2以上の整数、mは1以上M以下の整数、nは1以上N以下の整数、jは1以上(M/4)以下の整数)。
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