JP4613406B2 - 受光素子、距離測定装置及び距離・画像測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数画素が配列され、各画素の受光領域にて光電変換された受光信号を外部の処理回路へ出力可能な受光素子、及びその受光素子を備えた距離測定装置、距離・画像測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車などに取り付けられ、車両周囲の所定角度に渡り、レーザ光を断続的に照射して反射物体により反射された反射光を検出し、そのレーザ光を照射したタイミングと、反射光を検出したタイミングとの時間差を測定して、その時間差に基づいて反射物体までの距離を算出する距離測定装置が知られている。このような距離測定装置においては、広い検知エリアを確保するために、照射範囲を広げることが基本的には望ましい。
【０００３】
但し、照射範囲を広げると、例えば対向車線を走行している自動車に搭載された距離測定装置から照射されたレーザ光を受光してしまったり、あるいは隣接レーンを走行している自動車に搭載された距離測定装置から照射されたレーザ光の反射物体による反射光を受光してしまったりして、適切な距離測定が妨害されてしまうおそれがある。
【０００４】
そのため、例えば特開平７−９８３８１号公報においては、外乱光ノイズの影響を極力小さくする目的で、受光素子として次のような構成を採用している。つまり、受光する部分には複数の画素が配列されており、レーザ光の照射方向に応じて、複数の画素の内の一部のみを機能を発揮させることによって、実質的に受光する面積を小さくするのである。この特開平７−９８３８１号公報記載の装置においては、画素毎に、受光信号を出力するための出力線との間を切断するスイッチを設け、機能を発揮させたい画素（選択画素）に対応するスイッチのみ接続するようにしている。このようにすれば、レーザ光を照射したタイミングと、選択画素からの受光信号に基づいて得た反射光を検出したタイミングとの時間差を測定し、その時間差に基づいて反射物体までの距離を算出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにして正確な距離が算出できるのは、選択画素からの受光信号のみが計時回路に入力されるという大前提があってのことである。しかしながら、スイッチが切断されているとはいえ、機能を発揮させたくない画素（非選択状態の画素）にも反射光が入射している場合には、その非選択状態の画素からの受光信号がリークして計時回路に入力されてしまう可能性がある。計時回路では、選択状態の画素から出力された適切な受光信号なのか、非選択状態の画素からリークした受光信号なのかの区別はできず、誤った時間差を計測してしまう可能性がある。この計時誤差はひいては反射物体までの距離を誤測定してしまうことにつながる。
【０００６】
そこで、選択状態の画素からの受光信号のみを適切に検出可能な受光素子を提供することを目的とし、さらに、その受光素子を用いて適切な距離測定のできる距離測定装置及びさらに画像測定もできる距離・画像測定装置を提供することも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するためになされた請求項１記載の受光素子は、複数の画素が配列され、その画素のＰ型半導体電極及びＮ型半導体電極を備えたフォトダイオードである受光領域にて光電変換された受光信号を外部の処理回路へ出力する。外部の処理回路とは、例えば距離測定に利用する場合であれば計時回路などである。ここで、本受光素子の各画素には、受光信号を処理回路へ出力するための出力線と受光領域との間を断続する第１のスイッチと、接地線と受光領域との間を断続する第２のスイッチとが、Ｐ型半導体電極に接続する回路にそれぞれ設けられている。そして、処理回路への出力のために選択された画素について第１のスイッチが接続されている場合は第２のスイッチを切断し、その選択がなされていない画素について第１のスイッチが切断されている場合には第２のスイッチを接続するのである。
【０００８】
本受光素子を用いる場合には、選択画素については第１のスイッチを接続し、非選択画素については第１のスイッチを切断する。その場合、上述したように、選択画素についての第２のスイッチは切断され、非選択画素についての第２のスイッチは接続される。これによって、仮に非選択画素が受光したとしても、第２のスイッチを介して接地線へ受光信号が出力されるので、リークすることがない。一方、選択画素からの受光信号は、第２のスイッチは切断されているため接地線へ出力されることなく、第１のスイッチ及び出力線を介して外部の処理回路へ適切に出力される。
【０００９】
したがって、外部の処理回路では、選択状態の画素からの受光信号のみを入力することができる。例えば処理回路が距離測定のための計時回路であるとすると、従来のように、非選択状態の画素からリークした受光信号による計時誤差が低減され、距離の誤測定を回避できる。
【００１０】
なお、この受光素子を距離測定用に利用する場合は、請求項２に示すように、受光領域をｐｉｎフォトダイオードで構成し、第１及び第２のスイッチを、その受光領域とは分離して形成された井戸層内に設けることが考えられる。ｐｉｎフォトダイオードは、ｐ領域とｎ領域の間にｉ領域（真性半導体領域）が存在し、ｉ領域の電界によって、光入力に応じて発生したキャリアは加速され出力電極に取り出されるため、高速性を実現できる。距離測定には高速性が要求されるため、このような構成が好ましい。
【００１１】
ところで、複数の画素が配列されていればよいので、例えば１列に画素が配列されていてもよい。但し、実際の適用先を考慮すると２次元的な検出が要求されることも多いので、請求項３に示すように、縦横２方向に複数の画素を行列状に配置して構成することが考えられる。その場合は、請求項３に示すように、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素を、共通の出力線にて受光信号を出力するよう構成し、その共通の出力線毎に、処理回路との間を断続する第３のスイッチと、接地線との間を断続する第４のスイッチとをそれぞれ設ける。そして、第３のスイッチが接続されている場合は第４のスイッチを切断し、第３のスイッチが切断されている場合には第４のスイッチを接続するようにしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、各画素毎に出力線を準備しなくてもよく、構成の簡素化が図れる。そして、このように共通の出力線を用いた場合でも、その出力線単位で、第３のスイッチが切断されて処理回路へ出力しない場合には第４のスイッチを接続して接地状態とするため、上述と同様にリーク防止効果が得られる。
【００１３】
また、この構成を前提とするならば、請求項４に示すように、共通の出力線が行単位の画素群を接続している場合には列単位、逆に共通の出力線が列単位の画素群を接続している場合には行単位で、当該単位に属する画素群の第１のスイッチを共通に制御する第１の制御線と、当該単位に属する画素群の第２のスイッチを共通に制御する第２の制御線とを備えてもよい。そして、第３のスイッチ及び第４のスイッチに関しては、それぞれ個別に制御する第３の制御線及び第４の制御線を備えるのである。
【００１４】
このようにすれば、第１から第４の制御線を用いることで任意の画素のみを選択状態（機能発揮状態）にすることができながら、さらなる構成の簡素化が図れる。
以上は主に距離測定に用いて有効な受光素子について説明したが、その基本構成を利用し、さらに構成を追加することで距離・画像測定に用いて有効な受光素子を得ることができる。
【００１５】
例えば請求項５に示すように、請求項１〜４のいずれか記載の受光素子において、各画素がさらに次の構成を備えるようにする。つまり、受光領域にて受光される輝度信号に応じて当該受光領域から発生する電荷を蓄積するコンデンサと、受光領域とコンデンサとの間を断続する第５のスイッチと、コンデンサに蓄積された電荷を画像信号として処理回路へ出力するための画像信号用出力線とコンデンサとの間を断続する第６のスイッチである。
【００１６】
そして、受光領域とコンデンサとが直列に接続されている場合には、第５のスイッチが接続されている間は常時コンデンサに輝度信号に応じた電荷が蓄積されるので、第６のスイッチを切断しておく。一方、第６スイッチを接続してコンデンサに蓄積された電荷による画像信号を画像信号用出力線を介して処理回路へ出力したい場合には、第５スイッチは切断しておく。また、コンデンサから画像信号を出力した後は、第２のスイッチを接地線と所定時間接続して、コンデンサに残っている電荷を放出する。これでリセット完了である。
【００１７】
このようにすれば、一つの受光素子にて、上述した高速性の要求に応えた距離測定に加えて画像測定も行える。そして、これら距離測定のための動作及び画像測定用の動作は独立且つ同時に実現できる。
また、この画像信号用出力線に関しても、次のような工夫を施してもよい。つまり、請求項６に示すように、縦横２方向に複数の画素が行列状に配置されて構成すると共に、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素を共通の画像信号用出力線にて画像信号を出力するよう構成する。そして、行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に共通の画像信号用出力線毎に、処理回路との間を断続する第７のスイッチを設けるのである。このようにすれば、各画素毎に出力線を準備しなくてもよく、構成の簡素化が図れる。
【００１８】
ところで、以上説明した発明の場合には、接地線と受光領域との間を断続できる第２のスイッチが各画素に設けられており、仮に非選択画素が受光したとしても、第２のスイッチを介して各画素単位で接地線へ受光信号を出力でき、リーク防止を行っていた。しかし、請求項７に示すように、縦横２方向に複数の画素が行列状に配置され、画素のＰ型半導体電極及びＮ型半導体電極を備えたフォトダイオードである受光領域にて光電変換された受光信号を外部の処理回路へ出力すると共に、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の画素群対応出力線にて受光信号を出力するよう構成されているのであれば、各画素に第１のスイッチは必要であるが、上述の第２のスイッチは設けないような構成を採用しても良い。この場合は、画素群対応出力線毎に、処理回路との間を断続する第３のスイッチと、接地線との間を断続する第４のスイッチとが、Ｐ型半導体電極に接続する回路にそれぞれ設けられ、画素を選択する場合、つまり第１のスイッチ及び第３のスイッチが接続されている場合は第４のスイッチを切断し、画素を非選択とする場合、つまり第１のスイッチ及び第３のスイッチが切断されている場合には第４のスイッチを接続すればよい。第１のスイッチ及び第３のスイッチを切断しただけではスイッチの寄生容量等によって画素群対応出力線へ高周波信号が結合するためノイズとなって外部の処理回路へ取り出されてしまう。したがって、画素を非選択にする場合は第４のスイッチを接続して接地することで、容量結合によるノイズ低減を図ることができる。
【００１９】
なお、容量結合によるノイズが特段問題にならない場合には、画素の非選択時の蓄積電荷の接地だけの対策を採るようにしてもよい。その場合には、請求項８に示すような構成を採用できる。つまり、請求項７の場合には、画素群対応出力線毎に第３のスイッチと第４のスイッチが設けられていたが、この請求項８の場合には、画素群対応出力線毎に第３のスイッチは設けるが、この画素群対応出力線を、最終的には１本の出力線にまとめられて外部の処理回路へ出力されるよう構成し、その１本にまとめられた出力線に、接地線との間を断続する第４のスイッチを、Ｐ型半導体電極に接続する回路に設けるのである。そして、第１、第３及び第４の各スイッチに対して、請求項７の場合と同様の接続・切断操作をする。
【００２０】
ところで、画素が非選択のとき、例えばフォトダイオードで構成される受光領域への光入力によって発生した電荷（電子正孔対）が外部に取り出されずに蓄積するため、画素を選択した瞬間に大電流が出力線に取り出される可能性がある。
そこで、出力線に接続される外部の処理回路の保護を目的として第４のスイッチを用いることもできる。この場合は、請求項９に示すように、第１及び第３のスイッチが切断されている状態から接続されている状態に移行する場合には、第４のスイッチが接続されている状態において第１及び第３のスイッチを接続し、その後、第４のスイッチを切断するのである。これによって、蓄積電荷があっても、画素選択時に出力線に大電流が取り出されることがない。
【００２１】
また、請求項１〜４のいずれか記載の受光素子を前提とした請求項５と同じように、請求項１０の構成を採用し距離測定に加えて画像測定も行えるようにしてもよい。つまり、請求項７〜９のいずれか記載の受光素子において、各画素がコンデンサと第５のスイッチと第６のスイッチと備え、行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の画素群対応の画像信号用出力線にて画像信号を出力するよう構成し、その画素群対応の画像信号出力線毎に、処理回路との間を断続する第７のスイッチと、接地線との間を断続する第８のスイッチとをそれぞれ設けるのである。
【００２２】
第１、第３及び第４のスイッチに関しては、請求項７〜９の場合と同じ動作をさせる。そして、画素非選択時は、第１のスイッチを切断、第５のスイッチを接続、第６のスイッチを切断しておき、受光領域への光入力で発生した電荷をコンデンサに蓄積する。この蓄積された電荷を取り出す画像計測時には、第５のスイッチを切断、第６のスイッチを接続、第７のスイッチを接続、第８のスイッチを切断してコンデンサを出力線に接続する。画像計測の後、第８のスイッチを接地線と所定時間接続して、コンデンサに残っている電荷を放出する。これでリセット完了である。
【００２３】
なお、請求項１１に示すように、受光領域とコンデンサとが直列に接続されている場合には、第６のスイッチと画像信号用出力線との間に増幅回路を設けることも好ましい。このようにすれば、受光量が少なく、コンデンサに蓄積されている電荷が小さくても所定レベルの画像信号が得られるため、適切な画像測定に有効である。
【００２４】
一方、請求項１２に示すように、受光領域とコンデンサとが並列に接続されている場合には、次のような構成を採用してもよい。つまり、コンデンサには、検出前に予め電荷を蓄積しておくプリチャージを行い、受光領域に輝度信号に応じた入力があると、その入力に応じてコンデンサから放電されるよう構成しておく。そして、検出時には、まず第１のスイッチを接続して受光領域から前記出力線へ受光信号を出力し、その後、第６のスイッチを接続してコンデンサから画像信号用出力線へ電荷を出力するのである。
【００２５】
また、このように画素毎に画像信号を出力する場合にも、縦横２方向に複数の受光素子が行列状に配置され、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素が共通の出力線にて受光信号を出力する構成であることを前提とした場合には、構成の簡素化の観点から次のようにしてもよい。すなわち、請求項１３に示すように、共通の出力線が行単位の画素群を接続している場合には列単位、逆に共通の出力線が列単位の画素群を接続している場合には行単位で、当該単位に属する画素群の第５のスイッチを共通に制御する第５の制御線と、当該単位に属する画素群の第６のスイッチを共通に制御する第６の制御線とを備えるようにするのである。
【００２６】
このようにすれば、第１から第６の制御線を用いることで任意の画素のみを選択状態（機能発揮状態）にすることができながら、構成の簡素化が図れる。
ところで、以上説明した受光素子を備えることで、距離測定装置や距離・画像測定装置を実現することができる。
【００２７】
例えば請求項１４に示す距離測定装置の場合には、照射したレーザ光が反射物にて反射されて生じた反射光を請求項１〜４、７〜９のいずれか記載の受光素子が検出する。その際、受光素子において機能を発揮させる画素を切替選択する。そして、レーザ光を照射してから反射光を検出するまでの時間差を計測し、その計測した時間差に基づいて反射物までの距離または距離を表す物理量を算出する。これによって、測定対象物までの距離を正確に得ることができる。
【００２８】
また、請求項１５に示すように、レーザ光の照射方向にも応じて、機能を発揮させる画素を切替選択すれば、外乱光ノイズの影響を極力小さくできるという利点も併せ持つことができる。例えば対向車線を走行している自動車に搭載された距離測定装置から照射されたレーザ光や隣接レーンを走行している自動車に搭載された距離測定装置から照射されたレーザ光の反射物体による反射光、あるいは太陽光などの影響を極力小さくすることができ、その結果、より適切な距離測定を実現できる。
【００２９】
なお、この距離測定装置は、例えば請求項１６に示すように車両に搭載されて用いられることを前提とし、前記レーザ光の方向が車幅方向あるいは車高方向であることが考えられる。このように設定すると、距離測定に際して、測定対象物の位置が、車幅方向及び車高方向の２次元位置として得られるため、処理が容易となる。
【００３０】
一方、距離・画像測定装置として実現する場合には、例えば請求項１７に示すように、照射したレーザ光が反射物にて反射されて生じた反射光を請求項５、６、１０〜１３のいずれか記載の受光素子が検出する。そして、レーザ光を照射してから反射光を検出するまでの時間差を計測し、その計測した時間差に基づいて反射物までの距離または距離を表す物理量を算出する。これによって、測定対象物までの距離を正確に得ることができる。さらに、受光素子にて検出された画像信号に基づいて画像を測定する。
【００３１】
このように、距離及び画像を測定する場合には、上述した利点を持つ受光素子を用いることで、距離計測の高速性と、撮像のための輝度信号に対する感度を両立できる。そして、一つの受光素子にて距離及び画像を同時計測できるため、例えば２つの装置に分かれている場合の光軸調整が不要となる。また、画像処理を行うことなく距離測定ができる。さらには、先行車を追従している場合に、先行車との距離変化はないが、例えばストップランプの輝度変化があった場合などに、その変化を適切に把握することができる。このように、距離と画像とを相補的に使用することで物体を検知する精度を向上させることができる。
【００３２】
なお、距離と画像とを相補的に使用することで物体を検知する精度を向上させることができるという点からは、次のような利点もある。つまり、検知対象の物体の色などによっては照射したレーザ光の反射率が大きく変わる場合もある。したがって、その場合には請求項１８に示すように、画像測定手段にて測定した画像に基づき、照射手段によって照射するレーザ光の強度を変更することが考えられる。このようにすれば、より適切な測定ができる。
【００３３】
なお、例えば特開平８−３０４５４０号には、同一のセンサにて画像及び距離についての情報を得ることができる旨が記載されているが、技術思想的に異なることを確認のために説明しておく。
特開平８−３０４５４０号に開示された距離測定手法は、当該出願の図２（ｂ）などにおいて説明されているように、所定時間Δｔの間にコンデンサに蓄積された電荷の「有無」によって反射光の有無を判断しているにすぎない。したがって、反射光があった場合には、光速をＣとした場合に少なくともＣ×Δｔ／２の距離以内の物体の有無が判るだけであり、正確な距離を測定できるものではない。
【００３４】
この公開公報自体に明確な記載はないが、当該手法に基づいて仮に距離測定の精度を上げようとすると、Δｔ及び発光パルス幅を小さくし、且つΔｔ毎の反射光の有無を順次走査して検出していく必要がある。ところが、Δｔ及び発光パルス幅を小さくすると反射光が微弱になるのを補うため蓄積回数を極端に増やす必要が出てくる。その上、Δｔ毎の反射光の有無を、所定の距離に相当する回数だけ走査する必要があり、現実的な適用が非常に困難である。
【００３５】
結局、公報記載の手法の技術思想は、電荷蓄積型のイメージセンサを用いて距離も測定できないか、という視点に立脚しており、このような技術思想のままでは距離を正確に測定することは現実的に非常に困難であると言わざるを得ない。
これに対して、本発明手法の場合、距離測定に関しては、レーザ光の発光時から受光時までを計時する手法を採用しているため測定対象までの距離を正確に測定できる。そして、このように測定対象までの距離を正確に測定できる構成に、さらに画像測定機能を追加する構成を採用した。画像測定に必要な電荷蓄積用のコンデンサを画素に内蔵するに際して、距離測定に必要な高速性を犠牲にすることなく適切な画像測定を両立させるため、第５のスイッチによって受光領域とコンデンサとの間を切り離し可能としたのである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００３７】
［第１実施例］
図１は、実施例の距離測定装置１を表す概略構成図である。なお、本実施例の距離測定装置１は、自動車に搭載されて前方の車両や障害物等の反射物体を検出するためのものである。
【００３８】
本距離測定装置１は、送受信部３１と処理部３２とを主要部として次のように構成されている。図１に示すように、送受信部３１は、パルス状のレーザ光を、スキャン機構部３５を介して放射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオード（ＬＤ）と称す。）３９と、図示しない物体反射面にて反射されたレーザ光を受光レンズ４１を介して受光し、そのパルス状の強度変化に対応する電圧変化を出力する受光素子４３とを備えている。一方、処理部３２は、制御回路３３と、増幅回路５３と、計時回路６１と出力回路６２とを備えている。
【００３９】
レーザダイオード３９はＬＤ駆動部４０を介して制御回路３３に接続され、制御回路３３からのトリガー信号としての駆動信号によりレーザ光を放射（発光）する。また、スキャン機構部３５は、絞り４５、投光レンズ４６、ミラー４７及びスキャナ４９を備えており、レーザダイオード３９から放射されたレーザ光は絞り４５によって断面が略長方形状の光ビームとされ、投光レンズ４６によって光ビームの断面がさらに細長くされる。そして、そのレーザ光は、スキャナ４９によって揺動されるミラー４７を介して掃引照射される。なお、ミラー４７としてガルバノミラーを用いてもよいし、ポリゴンミラーを用いてもよい。本実施例においては、このレーザ光は、車両の前方において、車幅方向の水平面内の所定角度に渡り掃引照射される。
【００４０】
そして、本実施例のスキャン機構部３５によるスキャンエリアは、縦方向（車高方向）が４ｄｅｇ、横方向（車幅方向）が１６ｄｅｇの矩形領域であり、スキャナ４９は、横方向（車幅方向）の１６ｄｅｇ分が確保できるようにミラー４７を揺動してレーザ光を掃引照射する。一方、縦方向（車高方向）にはスキャンしない。その代わりに、絞り４５及び投光レンズ４６によって光ビームの断面が略長方形状とされたレーザ光は、その光ビームの断面形状自体が、縦方向（車高方向）の４ｄｅｇ分を確保できるような縦長形状に形成されている（図５（ａ）参照）。
【００４１】
なお、もちろん、光ビームの断面形状を縦方向（車高方向）の１ｄｅｇ分だけ確保できるようにし、縦方向（車高方向）にもスキャンするような構成を採用してもよい。但し、本実施例では、スキャン機構の簡素化などの観点から、上述のような構成を採用している。
【００４２】
一方、受光素子４３は、受光レンズ４１を介して受光したレーザ光のパルス状の強度変化に対応する電圧変化を出力するフォトダイオード（ＰＤ）を含む画素が行列状に配置されている。本実施例においては、上述したスキャンエリア（縦方向（車高方向）４ｄｅｇ、横方向（車幅方向）１６ｄｅｇ）が確保できるように縦方向（車高方向）及び横方向（車幅方向）に所定数ずつ配置された画素マトリックスとして構成されている。
【００４３】
図２に、受光素子４３を構成する画素マトリックスの一部を示す。図２中に破線で囲った部分が１画素を構成しており、各画素の内部には、受光領域を構成するフォトダイオード（ＰＤ）、スイッチ１、スイッチ２が形成されている。
ここで、図３を参照して、画素の断面構造を簡単に説明しておく。距離計測には高速性が要求されるため、本実施例においてはｐｉｎフォトダイオードを採用している。すなわち、受光領域が、ｉ領域（真性半導体領域）を構成する高抵抗層をｐ領域及びｎ領域によって挟んだ構成となっている。なお、図３に示す例では基板がｎ型であり、その上に高抵抗層であるｉ領域をエピタキシャル成長させ、ｉ領域の表面にｐ型不純物を拡散してｐ領域を形成することで、ｐｉｎフォトダイオードが構成されている。もちろん、基板がｐ型であれば、その上にｉ領域をエピタキシャル成長させ、ｉ領域の表面にｎ型不純物を拡散してｎ領域を形成してもｐｉｎフォトダイオードを実現できる。このようにｉ領域をｐ層及びｎ層で挟んだｐｉｎ構造にすることで、ｉ領域の電界によって、光入力に応じて発生したキャリアは加速され出力電極に取り出されるため、高速性を実現できる。
【００４４】
なお、ｉ領域の不純物濃度と必要な厚さ、印加電圧には一定の関係がある。ｉ領域で発生したキャリアを高速に引き出すことを目的とするｐｉｎフォトダイオードでは、自由電荷がなくなり電界が存在する層、すなわち空乏層の厚さを、基板の厚さ方向への光の浸透深さ以上にしたとき、入力光強度と高速に外部電極へ取り出されるキャリア電流との比、すなわち受光感度が最大となる。例えば、高周波帯域における受光感度として、ＤＣから低周波帯域における受光感度の５０％以上を得るためには、ｉ層内で入射光の５０％以上を吸収する必要があり、ｉ層の不純物濃度が１０の１４乗以下の場合、ｉ層の厚さは１０ミクロン以上、印加電圧は５Ｖ以上必要である。したがって、一般的に、現実的な数Ｖ程度の印加電圧の下で高感度及び高速性を両立するには、ｉ層の不純物濃度は１０の１４乗以下、ｉ層の厚さは１０ミクロン以上であることが好ましい。図３に示す実施例では、ｉ層の不純物濃度を１０の１３乗、ｉ層の厚さを３０ミクロン、印加電圧を５Ｖとした。この構造によって、受光感度は１０ＭＨｚの高周波光入力に対して、ＤＣ感度の９０％以上の感度を実現できた。
【００４５】
続いて、スイッチ１，２及び、画素マトリックス全体の構成に関して図２を参照して説明する。
縦横に配列された画素マトリックスの内、縦方向に配列された画素群については、共通の縦方向出力線Ｌ11と接続されている。この縦方向出力線Ｌ11には、フォトダイオードがスイッチ１を介して接続されており、スイッチ１が接続（ＳＷ１＝ＯＮ）されている場合には、フォトダイオードで光電変換された受光信号が縦方向出力線Ｌ11を介して出力される。また、フォトダイオードはスイッチ２を介して接地線と接続されており、スイッチ２が接続（ＳＷ２＝ＯＮ）されている場合には、フォトダイオードからの受光信号は接地線を介してグラウンドに落とされることとなる。
【００４６】
これらスイッチ１、スイッチ２はそれぞれ制御線１、制御線２によって制御されるのであるが、横方向の画素群については、共通の制御線１，２にて接続されている。つまり、制御線１によってスイッチ１を接続（ＯＮ）させる制御をした場合には、横方向の画素群については全てスイッチ１が接続されることとなる。
スイッチ２に関しても同様である。
【００４７】
一方、上述した縦方向出力線Ｌ11は、最終的には１本の出力線Ｌ12にまとめられて処理部３２（図１参照）側へ出力される。具体的には、増幅回路５３を介して計時回路６１へ出力されることとなる。ここで、縦方向の画素群毎に設けられた縦方向出力線Ｌ11が出力線Ｌ12にまとめられる部分において、各縦方向出力線Ｌ11にスイッチ３及びスイッチ４が設けられている。スイッチ３は、縦方向出力線Ｌ11と出力線Ｌ12とを接続または切断するためのスイッチであり、スイッチ４は、縦方向出力線Ｌ11と接地線とを接続または切断するためのスイッチである。そして、これらスイッチ３、スイッチ４はそれぞれ制御線３、制御線４によって制御される。
【００４８】
これら制御線１〜４は画素選択部５０（図１参照）とつながっており、画素選択部５０は、制御線１〜４を介して任意の画素を選択する。任意画素の選択は次のようになされる。なお、各スイッチ１〜４は、それぞれ制御線１〜４の電位が高い（Ｈｉｇｈレベル）場合には接続（ＯＮ）状態となり、電位が低い（Ｌｏｗレベル）の場合には切断（ＯＦＦ）状態となる。
【００４９】
まず、第１の選択動作として制御線１をＨｉｇｈ、制御線２をＬｏｗとすると、スイッチ１がＯＮ、スイッチ２がＯＦＦとなり、画素マトリックス中の横方向の画素群が選択される。一方、第２の選択動作として制御線３をＨｉｇｈ、制御線４をＬｏｗとすると、スイッチ３がＯＮ、スイッチ４がＯＦＦとなり、画素マトリックス中の縦方向の画素群が選択される。これによって、第１の選択動作にて選択された横方向の画素群と、第２の選択動作にて選択された縦方向の画素群とが重複する画素のみが選択されることとなる。このような動作によって、任意の画素を１つ以上選択できる。当然複数の画素を同時に選択することもできる。
【００５０】
これらのことを踏まえ、任意の画素を選択し、出力信号を取り出す（つまり処理部３２側へ出力する）までの動作を、図４のタイムチャートを参照して説明する。
非選択画素については、スイッチ１をＯＦＦ（制御線１：Ｌｏｗ）にして縦方向出力線Ｌ11からフォトダイオードを切り離すと共に、スイッチ２をＯＮ（制御線２：Ｈｉｇｈ）にしてフォトダイオードを接地線に接続する。また、縦方向出力線Ｌ11に関しても、スイッチ３をＯＦＦ（制御線３：Ｌｏｗ）にして出力線Ｌ12から切り離すと共に、スイッチ４をＯＮ（制御線４：Ｈｉｇｈ）にして接地線に接続する。
【００５１】
一方、選択画素については、スイッチ１をＯＮ（制御線１：Ｈｉｇｈ）にして縦方向出力線Ｌ11とフォトダイオードを接続すると共に、スイッチ２をＯＦＦ（制御線２：Ｌｏｗ）にしてフォトダイオードを接地線から切り離す。一方、縦方向出力線Ｌ11に関しても、スイッチ３をＯＮ（制御線３：Ｈｉｇｈ）にして出力線Ｌ12と接続すると共に、スイッチ４をＯＦＦ（制御線４：Ｌｏｗ）にして接地線から切り離す。これにより、選択画素のフォトダイオードからの受光信号は、スイッチ１を介して縦方向出力線Ｌ11へ出力され、スイッチ３を介して出力線Ｌ12へ出力され、処理部３２の増幅回路５３へ出力されることとなる。
【００５２】
図１の説明に戻り、受光素子４３から出力された受光信号は、増幅回路５３を介して計時回路６１へ入力される。なお、増幅回路５３に入力させる前に、例えばＳＴＣ（Sensitivity Time Control）回路を介して所定レベルに増幅されてもよい。受光信号強度は目標物までの距離の４乗に反比例するため、近距離にリフレクタ等の反射率の高いものがあり受光強度がきわめて強くなった場合を補償する点でこのＳＴＣ回路は好ましい。
【００５３】
計時回路６１には、制御回路３３からＬＤ駆動部４０へ出力される駆動信号も入力され、上記駆動信号をスタートパルスＰＡ、上記受光信号をストップパルスＰＢとし、２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の位相差（すなわち入力時間差）を２進デジタル信号に符号化して、その値を制御回路３３へ入力する。この計時回路６１は、微小時間を数値化することができ、放射されたレーザ光１発に対して複数の受光信号があってもそれぞれの信号についての時間差を検出することができるものである。なお、このことを「マルチラップが可能である」と表現し、またこのようにして得たデータをマルチラップデータと表現している。なお、このデータは時間差データであるが、検知対象の物体までの距離に対応しているため、「距離データ」と呼ぶこととする。
【００５４】
制御回路３３は、計時回路６１からの距離データと、そのときのミラー４７の揺動角に基づき、障害物までの距離および方向を算出する。なお、制御回路３３には図示しない車速センサからの車速信号も入力している。
次に、このように構成された距離測定装置１の作動について説明する。
【００５５】
まず、距離測定の概略について説明する。制御回路３３がＬＤ駆動部４０に対して、レーザダイオード３９を発光させるために発光トリガーとしての駆動信号を出力し、レーザダイオード３９を発光させる。この発光に対応し、図示しない障害物に反射されたレーザ光を受光レンズ４１を介して受光する。そしてこの受光したレーザ光は、受光素子４３でその強度に対応する電圧に変換され、増幅回路５３を介して計時回路６１へ入力する。そして、計時回路６１は、放射されたレーザ光１発に対して複数の反射信号があってもそれぞれの信号についての時間差を検出して、マルチラップ距離データとして制御回路３３に入力する。この計時回路６１から入力された距離データは、制御回路３３の図示しないＲＡＭに記憶される。制御回路３３により時間差から求められた距離データは、受光素子４３における検出の遅延時間や増幅回路５３における検出の遅延時間を考慮して、距離に対応した正確な時間差に変換した後、その時間差と光速とから、正確な距離データとして求められる。具体的には、距離Ｌは、時間差Δｔと光速Ｃを用いて、Ｌ＝Ｃ×Δｔ／２と表される。
【００５６】
なお、直接、距離のデータでなくても、距離を表す物理量ならば良く、例えば前記正確な時間差そのものでもよい。遅延時間が考慮された時間差は距離に比例しているので、距離そのものの代りに用いることができる。このような、正確な距離データあるいは正確な時間差は、計時回路６１から制御回路３３が受け取った際に算出しておけばよい。
【００５７】
これが距離測定の概略であるが、本実施例においては、制御回路３３がスキャナ４９を介してミラー４７を揺動させて上述した所定のスキャンエリアをスキャンする手法を採用している。これによって、レーザ光は車両の前方において水平面内の所定角度（１６ｄｅｇ）に渡り掃引照射される。
【００５８】
この際、本実施例においては、同一のスキャン角度において複数回レーザ光を照射し、照射毎に受光素子４３中において機能発揮させる画素を切り替えながら、受光及び測距を行う。この点を、例えば図５（ｂ）に示した画素マトリックスのイメージ図を参照して説明すれば、縦方向に４つのセルがあるが、最初は図５（ｃ）に示すように最上部の画素だけを機能発揮させ、２回目は２番目の画素、３回目は３番目の画素、そして最後は図５（ｄ）に示すように最下部の画素だけ、というように順番に機能発揮させる画素を切り替えていく。
【００５９】
上述した縦方向（車高方向）４ｄｅｇ、横方向（車幅方向）１６ｄｅｇのスキャンエリア中における上側に近いほど、受光素子４３の画素マトリックス中では下側に近い画素に受光することとなり、逆にスキャンエリア中における下側に近いほど、受光素子４３の画素マトリックス中では上側に近い画素に受光することとなる。したがって、同一のスキャン角度においてレーザ光を照射したとしても、例えば図５（ｃ）に示すように最上部の画素だけを機能発揮させれば、スキャンエリア中の下部に存在する対象物を測距することができ、図５（ｄ）に示すように最下部の画素だけ機能発揮させれば、スキャンエリア中の上部に存在する対象物を測距することができる。
【００６０】
つまり、横方向（車幅方向）にスキャンしているが、そのスキャン方向に垂直な方向（車高方向）での検出対象位置に基づいて、機能を発揮させる受光素子を切替選択できるようにしたため、レーザ光は１次元的にスキャンしていながら、その方向に垂直な方向についての位置情報も得ることができる。したがって、スキャン操作に基づき、横方向（車幅方向）についての位置情報も得れば、測定対象物の２次元的な位置情報を得ることができるのである。これにより、スキャン方式は１次元のままでありながら、２次元の位置情報を得られる距離測定装置１を実現することができる。
【００６１】
また、図５（ｂ）に示した画素マトリックスのイメージ図では横方向に８つの画素がある。この横方向についても全ての画素を機能発揮状態にするのではなく、この場合にはレーザ光の照射方向に応じて、その照射方向であれば、画素マトリックス中のこの部分に受光するであろうと予測される画素だけを機能発揮させる。例えば、図６に示す車両Ａを測距対象としている場合には、その車両Ａからの反射光は受光レンズ４１を介して受光素子４３中の相対的に右部側に受光すると予測される。したがって、その受光が予測される画素を特定し、該当する画素のみが機能発揮されるようにする。
【００６２】
このようにレーザ光の照射方向に応じて機能を発揮させる画素を切替選択するようにすれば、外乱光ノイズの影響を極力小さくできる。例えば図６中の車両Ｂが対向車線を走行している自動車であったとすると、その車両Ｂに搭載された距離測定装置から照射されたレーザ光は、受光レンズ４１を介して受光素子４３中の相対的に左部側に受光すると予測されるが、その部分の画素は機能発揮されない状態とされている。そのため、その車両Ｂからのレーザ光による悪影響は生じない。
【００６３】
特に、本実施例の場合には、上述したように、非選択画素については、スイッチ１をＯＦＦ（制御線１：Ｌｏｗ）にして縦方向出力線Ｌ11からフォトダイオードを切り離すと共に、スイッチ２をＯＮ（制御線２：Ｈｉｇｈ）にしてフォトダイオードを接地線に接続している。接地線への接続がない場合、スイッチ１がＯＦＦであっても、非選択状態の画素にも反射光が入射している場合には、その画素のフォトダイオードからの受光信号が縦方向出力線Ｌ11へリークしてしまう可能性がある。例えば図７に示すエリアＡにも物体からの反射光が入射している場合には、画素Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３からのリークが懸念される。しかし、本実施例の場合には、フォトダイオードと接地線とを接続するためのスイッチ２を設け、これらの画素Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のスイッチ２がＯＮされるため、フォトダイオードからの受光信号が接地線へ出力され、リークが防止される。
【００６４】
さらに、非選択状態の縦方向出力線Ｌ11に関しても、スイッチ３をＯＦＦ（制御線３：Ｌｏｗ）にして出力線Ｌ12から切り離すと共に、スイッチ４をＯＮ（制御線４：Ｈｉｇｈ）にして接地線に接続している。接地線への接続がない場合、スイッチ３がＯＦＦであっても、非選択状態の画素にも反射光が入射している場合には、その画素のフォトダイオードからの受光信号が縦方向出力線Ｌ11を介して出力線Ｌ12へリークしてしまう可能性がある。例えば図７に示すエリアＡにも物体からの反射光が入射している場合には、選択画素と同じ横方向の画素群に属するエリアＡ中の画素Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６のスイッチ１はＯＮであるため、これらからの受光信号は縦方向出力線Ｌ11へ出力される。そのため、スイッチ３がＯＦＦでも出力線Ｌ12へのリークが懸念される。
【００６５】
しかし、本実施例の場合には、この縦方向出力線Ｌ11についても接地線と接続するためのスイッチ４を設け、これらの画素Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６が属する縦方向の画素群に接続された縦方向出力線Ｌ11のスイッチ４が全てＯＮされるため、これら縦方向出力線Ｌ11へ出力された受光信号は接地線へ出力され、リークが防止されることとなる。
【００６６】
計時回路６１では、選択状態の画素から出力された適切な受光信号なのか、非選択状態の画素からリークした受光信号なのかの区別はできず、誤った時間差を計測してしまう可能性がある。この計時誤差はひいては反射物体までの距離を誤測定してしまうことにつながる。したがって、上述したように、リーク防止が実現されれば、計時回路６１では、選択状態の画素からの受光信号のみを入力することができ、距離の誤測定を回避できる。
【００６７】
なお、本実施例における用語と特許請求の範囲における用語とで、異なっている部分の対応関係を説明しておく。
まず、図２などに示すスイッチ１、スイッチ２、スイッチ３、スイッチ４がそれぞれ第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチに該当し、制御線１、制御線２、制御線３、制御線４がそれぞれ第１の制御線、第２の制御線、第３の制御線、第４の制御線に該当する。
【００６８】
また、図１に示す処理部３２が外部の処理回路に該当する。なお、処理部３２中の計時回路６１が処理回路に該当すると考えることもできる。
さらに、請求項１に示す「出力線」は、縦方向出力線Ｌ11及び出力線Ｌ12の両方によって実現されることとなるが、この内、縦方向出力線Ｌ11が請求項３に示す「共通の出力線」に該当する。
【００６９】
そして、レーザダイオード３９、ＬＤ駆動部４０及びスキャン機構部３５が掃引照射手段に該当し、計時回路６１が時間差計測手段に該当する。また、制御回路３３が距離算出手段に該当し、制御回路３３及び画素選択部５０が切替選択手段に該当する。
【００７０】
［第２実施例］
図８は、実施例の距離・画像測定装置１０１を表す概略構成図である。本第２実施例の距離・画像測定装置１０１は、図１に示した第１実施例の距離測定装置１の構成と一部が異なっているだけであるので、同じ構成部分については同じ符号を付して説明を省略する。異なっている部分は、受光素子１４３が後述するように画像信号を出力可能になっている点と、増幅回路５３がその画像信号を出力回路６２へ出力可能になっている点、及び受光素子１４３に対する制御線が増えたことによって画素選択部５０の選択処理内容が多少変更した点のみである。したがって、まず、受光素子１４３の構成について、図９を参照して説明する。
【００７１】
本第２実施例の受光素子１４３は、図２に示した第１実施例の受光素子４３に画像信号検知のための構成を追加したものとなっている。したがって、第１実施例の受光素子４３と同じ構成部分については同じ名称を用いることとする。
図９は、第２実施例の受光素子４３を構成する画素マトリックスの一部を示しており、破線で囲った部分が１画素を構成している。各画素の内部は、第１実施例でも備えていた受光領域を構成するフォトダイオード（ＰＤ）、スイッチ１，２に加え、コンデンサ及びスイッチ５，６が追加された構成となっている。なお、フォトダイオードとコンデンサとは分離形成されている。
【００７２】
縦横に配列された画素マトリックスの内、縦方向に配列された画素群については、第１実施例の場合も存在した共通の縦方向出力線Ｌ11と接続されていると共に、さらに画像信号用縦方向出力線Ｌ21とも接続されている。１画素分を抽出した図９にも示すように、縦方向出力線Ｌ11にはフォトダイオードがスイッチ１を介して接続されている点は第１実施例と同じであるが、フォトダイオードとスイッチ２の間にスイッチ５が設けられており、そのスイッチ５が接続（ＳＷ５＝ＯＮ）された場合にフォトダイオードとコンデンサが接続されるよう構成されている。また、スイッチ２が接続（ＳＷ２＝ＯＮ）されている場合には、コンデンサに蓄積された電荷が接地線を介してグラウンドに落とされることとなる。さらに、コンデンサに対するスイッチ６の役割は、フォトダイオードに対するスイッチ１の役割と同様であり、スイッチ６が接続（ＳＷ６＝ＯＮ）されている場合には、コンデンサに蓄積された電荷が画像信号用縦方向出力線Ｌ21を介して出力されることとなる。
【００７３】
これら追加されたスイッチ５，６の内、スイッチ６はスイッチ１と同様に制御線１によって制御される。つまり、スイッチ１，６のＯＮ／ＯＦＦ状態は必ず同じになる。また、スイッチ５は制御線５によって制御される。この制御線５も、制御線１，２と同様に横方向の画素群については共通である。つまり、制御線５によってスイッチ５を接続（ＯＮ）させる制御をした場合には、横方向の画素群については全てスイッチ５が接続されることとなる。
【００７４】
一方、画像信号用縦方向出力線Ｌ21についても、縦方向出力線Ｌ11が１本の出力線Ｌ12にまとめられるのと同様に、最終的には１本の画像信号用出力線Ｌ22にまとめられて処理部３２（図８参照）側へ出力される。具体的には、出力線Ｌ12を介して出力された信号は、増幅回路５３を介して計時回路６１へ出力され、距離信号として出力回路６２へ出力されるが、画像信号用出力線Ｌ22を介して出力された信号は、増幅回路５３を介して直接出力回路６２へ出力される。
【００７５】
図９に戻り、縦方向の画素群毎に設けられた画像信号用縦方向出力線Ｌ21が画像信号用出力線Ｌ22にまとめられる部分において、各画像信号用縦方向出力線Ｌ21につき、スイッチ７が設けられている。スイッチ７は、画像信号用縦方向出力線Ｌ21と画像信号用出力線Ｌ22とを接続または切断するためのスイッチである。
そして、このスイッチ７は制御線３によって制御される。つまり、制御線３はスイッチ３も制御しているため、スイッチ３，７のＯＮ／ＯＦＦ状態は、必ず同じになる。これら制御線１〜５は画素選択部５０（図８参照）とつながっており、画素選択部５０は制御線１〜５を介して任意の画素を選択する。
【００７６】
続いて、任意の画素を選択し、出力信号を取り出す（つまり処理部３２側へ出力する）までの動作を、図１１のタイムチャートを参照して説明する。
非選択画素については、制御線１をＬｏｗにすることでスイッチ１，６をＯＦＦにし、縦方向出力線Ｌ11からフォトダイオードを切り離すと共に画像信号用縦方向出力線Ｌ21からコンデンサを切り離す。また、制御線２をＨｉｇｈにすることでスイッチ５をＯＮとしてフォトダイオードとコンデンサとを接続する。これにより、視野内の背景光または物体の輝度情報に応じた光がフォトダイオードに入射し、フォトダイオードで発生した電荷（＝光電子）がコンデンサに蓄積される。蓄積される電荷量は、上記動作を保持する時間に依存する。また、制御線３をＬｏｗにすることでスイッチ３，７をＯＦＦとする。これによって、縦方向出力線Ｌ11及び画像信号用縦方向出力線Ｌ21に関しても、それぞれ出力線Ｌ12及び画像信号用出力線Ｌ22から切り離される。また、制御線４をＨｉｇｈにすることでスイッチ４をＯＮとし、縦方向出力線Ｌ11を接地線に接続する。
【００７７】
一方、選択画素については、制御線１をＨｉｇｈにすることでスイッチ１，６をＯＮにし、縦方向出力線Ｌ11とフォトダイオードとを接続すると共に画像信号用縦方向出力線Ｌ21とコンデンサとを接続する。一方、制御線３をＨｉｇｈにすることでスイッチ３，７をＯＮにすることで、縦方向出力線Ｌ11及び画像信号用縦方向出力線Ｌ21に関しても、それぞれ出力線Ｌ12及び画像信号用出力線Ｌ22と接続する。したがって、選択画素のフォトダイオードからの受光信号は、スイッチ１を介して縦方向出力線Ｌ11へ出力され、スイッチ３を介して出力線Ｌ12へ出力され、処理部３２の増幅回路５３へ出力される。また、上述した非選択状態の期間中に電荷の蓄積されたコンデンサから、蓄積電荷を電圧又は電流として取り出せば、輝度情報つまり画像信号を読み出すことができる。すなわち、この画像信号はスイッチ６を介して画像信号用縦方向出力線Ｌ21へ出力され、さらにスイッチ７を介して画像信号用出力線Ｌ22へ出力され、処理部３２の増幅回路５３へ画像信号として出力される。
【００７８】
なお、図１１に示すように、非選択及び選択（計測）動作のいずれにおいてもスイッチ２はＯＦＦ（制御線２：Ｌｏｗ）とされている。そして、選択（計測）動作が終了した後、所定時間だけスイッチ２をＯＮ（制御線２：Ｈｉｇｈ）するとコンデンサと接地線が接続されるため、コンデンサに残っている電荷はスイッチ２を介してグラウンドに落とされる。これにより、リセット動作が実行され、次の電荷蓄積動作に備えることができる。
【００７９】
なお、本第２実施例におけるスイッチ５、スイッチ６、スイッチ７がそれぞれ第５のスイッチ、第６のスイッチ、第７のスイッチに該当し、制御線５が第５の制御線に該当する。さらに、請求項５に示す「画像信号用出力線」は、画像信号用縦方向出力線Ｌ21及び画像信号用出力線Ｌ22の両方によって実現されることとなるが、この内、画像信号用縦方向出力線Ｌ21が請求項６に示す「共通の画像信号用出力線」に該当する。
【００８０】
このように、第２実施例の場合には、距離測定に関しては、レーザ光の発光時から受光時までを計時する手法を採用しているため、測定対象までの距離を正確に測定できる上、さらに画像測定機能を追加する構成を採用した。画像測定に必要なコンデンサを画素に内蔵するに際して、距離測定に必要な高速性を犠牲にすることなく適切な画素測定を両立させるため、スイッチ５によってフォトダイオードとコンデンサとの間を切り離し可能としたのである。
【００８１】
このように、第２実施例の場合には、測定対象の物体までの距離及び物体の画像を測定することができ、距離計測の高速性と、撮像のための輝度信号に対する感度を両立できる。そして、一つの受光素子１４３にて距離及び画像を同時計測できるため、例えば２つの装置に分かれている場合の光軸調整が不要となる。また、画像処理を行うことなく距離測定ができる。さらには、先行車を追従している場合に、先行車との距離変化はないが、例えばストップランプの輝度変化があった場合などに、その変化を適切に把握することができる。したがって、この距離・画像測定装置１０１をオートクルーズシステムに用いれば、先行車に追従する制御を行う場合に距離と画像とを相補的に使用することで、先行車を検知する精度を向上させることができる。つまり、上述のように距離変化がなくてもストップランプの輝度変化があれば先行車の減速が予測でき、より適切なクルーズ制御を実行可能となる。
【００８２】
また、距離と画像とを相補的に使用することで物体を検知する精度を向上させることができるため、次のような利点もある。つまり、検知対象の物体の色などによっては照射したレーザ光の反射率が大きく変わる場合もある。したがって、測定画像に基づきレーザ光の強度を変更すれば、より適切な測定ができる。
【００８３】
［第２実施例の別態様］
（１）図９，１０に示す構成の場合には、制御線２はスイッチ２を制御するためだけに設けられている。そして、このスイッチ２はコンデンサのリセット動作に用いられている。リセット動作は、該当する画素が選択された後に行われればよいので、該当画素以外の画素が選択されているタイミングでリセットしても問題ない。そこで、図１２に示す構成では、スイッチ２の制御を下段の画素のための制御線１が行うようにした。この場合には、図９，１０の場合に存在していた制御線３がなくなるため、構成の簡素化の点で好ましい。なお、最下段の画素については、さらにその下段の制御線１というものが存在しないため、最上段の制御線１を用いてスイッチ２の制御をすればよい。
【００８４】
（２）図１３に示す構成の場合には、第６のスイッチと画像信号用縦方向出力線Ｌ21との間にアンプ（増幅回路）が設けられている。このようにすれば、フォトダイオードにおける受光量が少なく、コンデンサに蓄積されている電荷が小さくても所定レベルの画像信号が得られるため、適切な画像測定に有効である。
【００８５】
（３）図９，１０に示す構成の場合には、フォトダイオードとコンデンサとが直接に接続されていたが、両者を並列に接続してもよい。フォトダイオードとコンデンサとが並列に接続されている場合には、コンデンサには検出前に予め電荷を蓄積しておき（プリチャージ）、フォトダイオードに輝度信号に応じた入力があると、その入力に応じてコンデンサから放電されるよう構成しておくことが考えられる。その場合の構成を図１４に示す。また、動作説明のためのタイムチャートを図１５に示す。
【００８６】
図１４に示すように、フォトダイオードとコンデンサを並列配置した関係上、フォトダイオードと縦方向出力線Ｌ11とのＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ１については制御線１にて制御し、コンデンサと画像信号用縦方向出力線Ｌ21とのＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ６については制御線６にて制御するようにした。つまり、フォトダイオードからの信号の出力タイミングとコンデンサからの信号の出力タイミングとを別個に制御可能としたのである。
【００８７】
それでは、図１５のタイムチャートを参照しながら、動作を確認していく。まず、（Ａ）に示す期間ではフォトダイオードからの信号を出力するため、制御線１をＨｉｇｈにしてスイッチ１をＯＮにし、フォトダイオードと縦方向出力線Ｌ11とを接続すると共に、制御線６をＬｏｗにしてスイッチ６をＯＦＦにし、コンデンサと画像信号用縦方向出力線Ｌ21とを切断する。そして、制御線２をＨｉｇｈにしてスイッチ２２をＯＮし、制御線５をＬｏｗにしてスイッチ２１及びスイッチ５をＯＦＦにする。これによってフォトダイオードに逆バイアスがかかり、フォトダイオードからスイッチ１を介して縦方向出力線Ｌ11へ受光信号が出力される。
【００８８】
続いて、（Ｂ）の期間ではコンデンサからの信号を出力するため、各制御線１，２，５，６のレベルを反転させる。すると、スイッチ１がＯＦＦ、スイッチ６がＯＮとなり、スイッチ２２はＯＦＦ、スイッチ２１及びスイッチ５はＯＮとなる。これによって、グラウンド（Ｇ）→スイッチ２１→コンデンサ→スイッチ１→スイッチ４→画像信号用縦方向出力線Ｌ21のラインがつながる。（Ａ）の期間の前にコンデンサはプリチャージされており、１周期前の（Ｃ）の期間でフォトダイオードに輝度信号に応じた入力があると、コンデンサは放電によってＤＣレベルが低下する。したがって、この（Ｂ）の期間では、その低下した状態のＤＣレベル信号が出力されることとなる。
【００８９】
この（Ｂ）の期間の後に、コンデンサへのプリチャージを行う。プリチャージの場合には、（Ｂ）の期間の状態からスイッチ６をＯＦＦにすると共にスイッチ２２をＯＮにすることで実現する。この状態では、スイッチ５及びスイッチ２１もＯＮ状態であり、固定のＤＣレベルにプリチャージされることとなる。
【００９０】
図９〜図１３の方式では、光入力に応じて蓄積された電荷によってコンデンサに保持された電圧または電流を読み出すことによって画像測定を行う。画像測定が終了したら、コンデンサをスイッチ２によって接地することで残った電荷を放電（リセット）し、新たな電荷蓄積を開始する。
【００９１】
これに対して、図１４，図１５の方式では、最初に固定の電圧を印加することでコンデンサに電荷を蓄積する。これをプリチャージと称する。プリチャージ後にフォトダイオードに光入力があると、スイッチ５を介してコンデンサとフォトダイオードが構成する閉回路において電流が流れ、プリチャージされた電荷が放電される。プリチャージの電圧レベルと、放電によって低下した後の電圧レベルとの差から放電量が判り、放電量は光入力に比例することから画像測定が可能となる。
【００９２】
なお、プリチャージされた電荷が放電される時間はスイッチ５がＯＮである間であって、図１５に示す１周期前の放電時間（Ｃ）である。図１５に示す放電時間（Ｃ）は次の１周期における読み出し時間（Ｂ）で読み出される。
［第３実施例］
図１６に示す第３実施例の構成は、図２に示す第１実施例の構成から、スイッチ２及び制御線２を削除した内容となっている。つまり、縦横に配列された画素マトリックスの内、縦方向に配列された画素群については、共通の縦方向出力線Ｌ11と接続されている。そして、この縦方向出力線Ｌ11にはフォトダイオードがスイッチ１を介して接続されており、スイッチ１が接続（ＳＷ１＝ＯＮ）されている場合には、フォトダイオードで光電変換された受光信号が縦方向出力線Ｌ11を介して出力される。
【００９３】
しかし、第１実施例のようなスイッチ２がないため、画素内においてフォトダイオードが接地されることはない。その代わり、第１実施例と同じように、各縦方向出力線Ｌ11にスイッチ３及びスイッチ４が設けられている。
第１の選択動作として制御線１をＨｉｇｈとするとスイッチ１がＯＮとなり、画素マトリックス中の横方向の画素群が選択される。一方、第２の選択動作として制御線３をＨｉｇｈ、制御線４をＬｏｗとすると、スイッチ３がＯＮ、スイッチ４がＯＦＦとなり、画素マトリックス中の縦方向の画素群が選択される。これによって、第１の選択動作にて選択された横方向の画素群と、第２の選択動作にて選択された縦方向の画素群とが重複する画素のみが選択されることとなる。このような動作によって、任意の画素を１つ以上選択できる。当然複数の画素を同時に選択することもできる。
【００９４】
この第３実施例の場合の、任意の画素を選択し、出力信号を取り出すまでの動作を説明する。
非選択画素については、スイッチ１をＯＦＦ（制御線１：Ｌｏｗ）にして縦方向出力線Ｌ11からフォトダイオードを切り離す。また、縦方向出力線Ｌ11に関しても、スイッチ３をＯＦＦ（制御線３：Ｌｏｗ）にして出力線Ｌ12から切り離すと共に、スイッチ４をＯＮ（制御線４：Ｈｉｇｈ）にして接地線に接続する。フォトダイオードは高速応答のＰＩＮ構造であるため、高周波信号がフォトダイオードへ入力した場合、スイッチ１及び／又はスイッチ３をＯＦＦしただけでは、スイッチの寄生容量等によって縦方向出力線Ｌ11へ高周波信号が結合するためノイズとなって外部の処理回路（例えば図１に示す処理部３２）へ取り出されてしまう。したがって、画素を非選択にする場合はスイッチ４を接続して接地することで、容量結合によるノイズ低減を図ることができる。
【００９５】
一方、選択画素については、スイッチ１をＯＮ（制御線１：Ｈｉｇｈ）にして縦方向出力線Ｌ11とフォトダイオードを接続する。一方、縦方向出力線Ｌ11に関しても、スイッチ３をＯＮ（制御線３：Ｈｉｇｈ）にして出力線Ｌ12と接続すると共に、スイッチ４をＯＦＦ（制御線４：Ｌｏｗ）にして接地線から切り離す。
これにより、選択画素のフォトダイオードからの受光信号は、スイッチ１を介して縦方向出力線Ｌ11へ出力され、スイッチ３を介して出力線Ｌ12へ出力されることとなる。
【００９６】
このように、画素マトリックス中の縦方向の画素群を同時選択する場合は、接地のためのスイッチ画素内に設けなくてもよく、画素外に形成するだけでよい。
なお、容量結合によるノイズが特段問題にならない場合には、画素の非選択時の蓄積電荷の接地だけの対策を採るようにしてもよい。その場合には、図１８にに示すような別態様を採用できる。つまり、図１６の場合には、縦方向出力線Ｌ11毎にスイッチ３とスイッチ４が設けられていたが、図１７の場合には、スイッチ３に関しては縦方向出力線Ｌ11毎に設けるが、スイッチ４に関しては、複数の縦方向出力線Ｌ11が最終的には１本にまとめられた出力線Ｌ12に対して１つだけ設けられている。この場合は、どの縦方向列の画素を非選択にする場合においても、このスイッチ４を用いることとなるが、スイッチ４を１つだけ設ければよいので構成の簡素化が図られる。
【００９７】
ところで、これら図１６、図１７に示した第３実施例の場合には、画素が非選択のとき、フォトダイオードへの光入力によって発生した電荷（電子正孔対）が外部に取り出されずに蓄積するため、画素を選択した瞬間に大電流が出力線Ｌ12に取り出される可能性がある。そこで、出力線Ｌ12に接続される外部の処理回路の保護を目的としてスイッチ４を用いることもできる。この場合は、スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを工夫する。この場合の動作について、図１８のタイムチャートを参照して説明する。
【００９８】
画素の非選択時においては、スイッチ１をＯＦＦ（制御線１：Ｌｏｗ）にして縦方向出力線Ｌ11からフォトダイオードを切り離す。また、縦方向出力線Ｌ11に関しても、スイッチ３をＯＦＦ（制御線３：Ｌｏｗ）にして出力線Ｌ12から切り離すと共に、スイッチ４をＯＮ（制御線４：Ｈｉｇｈ）にして接地線に接続する。この状態からスイッチ１及びスイッチ３をＯＮする場合には、次の順序で行う。図１８に示すように、まずスイッチ１をＯＮし、その後スイッチ３をＯＮする。但し、この時点でもまだスイッチ４はＯＮ状態のままにされているため、蓄積電荷があっても、画素選択時に出力線Ｌ12に大電流が取り出されることがない。
そして、その後にスイッチ４をＯＦＦすることで、スイッチ１及びスイッチ３を介して画素選択時の通常の動作がなされることとなる。つまり、適切な電流が縦方向出力線Ｌ11及び出力線Ｌ12を介して出力される。なお、その後、非選択の場合には、スイッチ１及びスイッチ３をＯＦＦし、スイッチ４をＯＮすることとなるが、このタイミングは同時でよい。
【００９９】
なお、本第３実施例におけるスイッチ１、スイッチ３、スイッチ４がそれぞれ「第１のスイッチ、第３のスイッチ、第４のスイッチ」に該当し、縦方向出力線Ｌ11が「画素群対応出力線」に該当する。また、出力線Ｌ12が「１本の出力線」に該当する。
【０１００】
［第４実施例］
上述した第２実施例は、第１実施例の構成を基本としてさらに画像信号を出力可能にしたものであったが、この第４実施例は、第３実施例の構成を基本としてさらに画像信号を出力可能にした距離・画像測定装置である。そのため、第２実施例の構成からの変更部分を説明する方が容易に理解できると思われる。図１９に示す第４実施例の受光素子の構成は、図９に示す第２実施例の場合の構成から、スイッチ２及び制御線２を削除し、スイッチ８及びそのＯＮ／ＯＦＦ制御するための制御線６を追加した内容となっている。各画素に関してスイッチ２がないのは、第３実施例の場合と同様である。そして、図９に示す第３実施例の場合には、画像信号用縦方向出力線Ｌ21にはスイッチ７が設けられているだけであったが、本第４実施例では、この画像信号用縦方向出力線Ｌ21にスイッチ８を新たに設け、制御線６によって、スイッチ８のＯＮ／ＯＦＦを制御できるようにしている。
【０１０１】
画素非選択時においては、制御線１をＬｏｗにすることでスイッチ１，６をＯＦＦにし、縦方向出力線Ｌ11からフォトダイオードを切り離すと共に画像信号用縦方向出力線Ｌ21からコンデンサを切り離す。これにより、視野内の背景光または物体の輝度情報に応じた光がフォトダイオードに入射し、フォトダイオードで発生した電荷（＝光電子）がコンデンサに蓄積される。また、制御線３をＬｏｗにすることでスイッチ３，７をＯＦＦとする。これによって、縦方向出力線Ｌ11及び画像信号用縦方向出力線Ｌ21に関しても、それぞれ出力線Ｌ12及び画像信号用出力線Ｌ22から切り離される。また、制御線４をＨｉｇｈにすることでスイッチ４をＯＮとし、縦方向出力線Ｌ11及び画像信号用縦方向出力線Ｌ21を接地線に接続する。
【０１０２】
一方、蓄積された電荷を取り出す画像計測時においては、制御線１をＨｉｇｈにすることでスイッチ１，６をＯＮにし、縦方向出力線Ｌ11とフォトダイオードとを接続すると共に画像信号用縦方向出力線Ｌ21とコンデンサとを接続する。一方、制御線３をＨｉｇｈにすることでスイッチ３，７をＯＮにすることで、縦方向出力線Ｌ11及び画像信号用縦方向出力線Ｌ21に関しても、それぞれ出力線Ｌ12及び画像信号用出力線Ｌ22と接続する。なお、スイッチ４はＯＦＦとし、縦方向出力線Ｌ11を接地線から切り離している。
【０１０３】
したがって、選択画素のフォトダイオードからの受光信号は、スイッチ１を介して縦方向出力線Ｌ11へ出力され、スイッチ３を介して出力線Ｌ12へ出力され、処理部３２の増幅回路５３へ出力される。また、上述した非選択状態の期間中に電荷の蓄積されたコンデンサから、蓄積電荷を電圧又は電流として取り出せば、輝度情報つまり画像信号を読み出すことができる。すなわち、この画像信号はスイッチ６を介して画像信号用縦方向出力線Ｌ21へ出力され、さらにスイッチ７を介して画像信号用出力線Ｌ22へ出力され、処理部３２の増幅回路５３へ画像信号として出力される。なお、処理部３２及び増幅回路５３については図８を参照されたい。
【０１０４】
また、非選択及び選択（計測）動作のいずれにおいてもスイッチ８はＯＦＦ（制御線６：Ｌｏｗ）とする。そして、選択（計測）動作が終了した後、所定時間だけスイッチ８をＯＮ（制御線６：Ｈｉｇｈ）すると画像信号用縦方向出力線Ｌ21と接地線が接続、つまりコンデンサと接地線が接続されるため、コンデンサに残っている電荷はスイッチ２を介してグラウンドに落とされる。これにより、リセット動作が実行され、次の電荷蓄積動作に備えることができる。
【０１０５】
上述した第２実施例において、高周波信号の容量結合によるノイズが特段問題にならない場合には、図１８に示すように、スイッチ４に関して出力線Ｌ12に対して１つだけ設けてもよいことを説明した。これと同様の考え方を図１９に示す構成に対して適用した別態様を採用してもよい。この別態様の場合は、図２０に示す構成とすればよい。つまり、図２０に示すように、スイッチ４を出力線Ｌ12に対して１つだけ設けると共に、スイッチ８を画像信号用出力線Ｌ22に対して１つだけ設けるのである。このようにすれば、構成の簡素化が図られる。
【０１０６】
なお、本第４実施例におけるスイッチ５、スイッチ６、スイッチ７、スイッチ８がそれぞれ「第５のスイッチ、第６のスイッチ、第７のスイッチ、第８のスイッチ」に該当し、画像信号用縦方向出力線Ｌ21が「画素群対応の画像信号用出力線」に該当する。
【０１０７】
［その他］
（ａ）上記実施例においては、非選択状態の画素からリークした受光信号による計時誤差を低減するため、フォトダイオードと縦方向出力線Ｌ11との間にスイッチ１を設けた。リーク防止という観点からは、このスイッチ１を多段にすることも考えられる。また、縦方向出力線Ｌ11が出力線Ｌ12にまとめられる部分において、縦方向出力線Ｌ11と出力線Ｌ12とを接続または切断するためのスイッチ３及び縦方向出力線Ｌ11と接地線とを接続または切断するためのスイッチ４を設けたが、これらスイッチ３，４についても同様に多段にすることも考えられる。
【０１０８】
（ｂ）上記実施例ではスキャン機構部３５によってレーザ光を掃引照射する構成を前提としたが、必ずしも掃引照射する構成でなくてもよく、所定の視野にわたり一括照射し、受光素子の画素を順次切り替えることによって、検知範囲のスキャンを実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例の距離測定装置を表す概略構成図である。
【図２】 第１実施例の距離測定装置における受光素子を構成する画素マトリックスの一部を示す説明図である。
【図３】 受光素子の画素の断面構造を示す説明図である。
【図４】 第１実施例の距離測定装置において、任意の画素を選択し、出力信号を取り出すまでの動作を示すタイムチャートである。
【図５】 レーザ光の光ビーム断面のイメージや画素マトリックスのイメージを示す説明図である。
【図６】 検知対象からの反射光を受光する画素のみ機能発揮をさせることの説明図である。
【図７】 画素の選択手法及び非選択画素からの信号リークを防止する点についての説明図である。
【図８】 第２実施例の距離・画像測定装置を表す概略構成図である。
【図９】 第２実施例の距離・画像測定装置における受光素子を構成する画素マトリックスの一部を示す説明図である。
【図１０】 第２実施例の距離・画像測定装置における受光素子を構成する１画素を示す説明図である。
【図１１】 第２実施例の距離・画像測定装置において、任意の画素を選択し、出力信号を取り出すまでの動作を示すタイムチャートである。
【図１２】 第２実施例の別態様を示す説明図である。
【図１３】 第２実施例の別態様を示す説明図である。
【図１４】 第２実施例の別態様を示す説明図である。
【図１５】 図１４の構成の距離・画像測定装置において、任意の画素を選択し、出力信号を取り出すまでの動作を示すタイムチャートである。
【図１６】 第３実施例の距離測定装置における受光素子を構成する画素マトリックスの一部を示す説明図である。
【図１７】 第３実施例の別態様の距離測定装置における受光素子を構成する画素マトリックスの一部を示す説明図である。
【図１８】 第３実施例の距離測定装置において、任意の画素を選択し、出力信号を取り出すまでの動作を示すタイムチャートである。
【図１９】 第４実施例の距離・画像測定装置における受光素子を構成する画素マトリックスの一部を示す説明図である。
【図２０】 第４実施例の別態様の距離・画像測定装置における受光素子を構成する画素マトリックスの一部を示す説明図である。
【符号の説明】
１…距離測定装置 ３１…送受信部
３２…処理部 ３３…制御回路
３５…スキャン機構部 ３９…レーザダイオード
４０…ＬＤ駆動部 ４１…受光レンズ
４３，１４３…受光素子 ４５…絞り
４６…投光レンズ ４７…ミラー
４９…スキャナ ５０…画素選択部
５３…増幅回路 ６１…計時回路
６２…出力回路 １０１…距離・画像測定装置
Ｌ11…縦方向出力線 Ｌ12…出力線
Ｌ21…画像信号用縦方向出力線 Ｌ22…画像信号用出力線

Claims (18)

1. 複数の画素が配列され、前記画素のＰ型半導体電極及びＮ型半導体電極を備えたフォトダイオードである受光領域にて光電変換された受光信号を外部の処理回路へ出力する受光素子であって、
   前記各画素には、前記受光信号を前記処理回路へ出力するための出力線と前記受光領域との間を断続する第１のスイッチと、接地線と前記受光領域との間を断続する第２のスイッチとが、前記Ｐ型半導体電極に接続する回路にそれぞれ設けられており、
   前記処理回路への出力のために選択された画素について前記第１のスイッチが接続されている場合は前記第２のスイッチを切断し、前記選択がなされていない画素について前記第１のスイッチが切断されている場合には前記第２のスイッチを接続することを特徴とする受光素子。
2. 請求項１記載の受光素子において、
   前記受光領域は、ｐｉｎフォトダイオードで構成されており、前記第１及び第２のスイッチは、前記受光領域とは分離して形成された井戸層内に設けられていることを特徴とする受光素子。
3. 請求項１又は２記載の受光素子において、
   縦横２方向に複数の画素が行列状に配置されて構成されていると共に、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の出力線にて前記受光信号を出力するよう構成されており、
   前記行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に共通の出力線毎に、前記処理回路との間を断続する第３のスイッチと、接地線との間を断続する第４のスイッチとがそれぞれ設けられており、
   前記第３のスイッチが接続されている場合は前記第４のスイッチを切断し、前記第３のスイッチが切断されている場合には前記第４のスイッチを接続することを特徴とする受光素子。
4. 請求項３記載の受光素子において、
   前記共通の出力線が行単位の画素群を接続している場合には列単位、逆に前記共通の出力線が列単位の画素群を接続している場合には行単位で、当該単位に属する画素群の前記第１のスイッチを共通に制御する第１の制御線と、当該単位に属する画素群の前記第２のスイッチを共通に制御する第２の制御線とを備えると共に、
   前記第３のスイッチ及び第４のスイッチに関しては、それぞれ個別に制御する第３の制御線及び第４の制御線を備えていることを特徴とする受光素子。
5. 請求項１〜４のいずれか記載の受光素子において、
   前記各画素は、さらに、
   前記受光領域にて受光される輝度信号に応じて当該受光領域から発生する電荷を蓄積するコンデンサと、
   前記受光領域と前記コンデンサとの間を断続する第５のスイッチと、
   前記コンデンサに蓄積された電荷を画像信号として前記処理回路へ出力するための画像信号用出力線と前記コンデンサとの間を断続する第６のスイッチとを備えており、
   前記第２のスイッチは、前記接地線と前記コンデンサとの間も断続可能にされており、前記第６のスイッチを接続して前記画像信号用出力線へ画像信号を出力した後、前記第２のスイッチを前記接地線と所定時間接続することを特徴とする受光素子。
6. 請求項５記載の受光素子において、
   縦横２方向に複数の画素が行列状に配置されて構成されていると共に、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の画像信号用出力線にて前記画像信号を出力するよう構成されており、
   前記行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に共通の画像信号用出力線毎に、前記処理回路との間を断続する第７のスイッチが設けられていることを特徴とする受光素子。
7. 縦横２方向に複数の画素が行列状に配置され、前記画素のＰ型半導体電極及びＮ型半導体電極を備えたフォトダイオードである受光領域にて光電変換された受光信号を外部の処理回路へ出力すると共に、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の画素群対応出力線にて前記受光信号を出力するよう構成された受光素子であって、
   前記各画素には、前記受光信号を前記処理回路へ出力するための出力線と前記受光領域との間を断続する第１のスイッチが、前記Ｐ型半導体電極に接続する回路に設けられ、
   前記画素群対応出力線毎に、前記処理回路との間を断続する第３のスイッチと、接地線との間を断続する第４のスイッチとが、前記Ｐ型半導体電極に接続する回路にそれぞれ設けられており、
   前記処理回路への出力のために選択された画素について前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが接続されている場合は前記第４のスイッチを切断し、前記選択がなされていない画素について前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが切断されている場合には前記第４のスイッチを接続することを特徴とする受光素子。
8. 縦横２方向に複数の画素が行列状に配置され、前記画素のＰ型半導体電極及びＮ型半導体電極を備えたフォトダイオードである受光領域にて光電変換された受光信号を外部の処理回路へ出力すると共に、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の画素群対応出力線にて前記受光信号を出力するよう構成された受光素子であって、
   前記各画素には、前記受光信号を前記処理回路へ出力するための出力線と前記受光領域との間を断続する第１のスイッチが、前記Ｐ型半導体電極に接続する回路に設けられ、
   前記画素群対応出力線毎に、前記処理回路との間を断続する第３のスイッチが、前記Ｐ型半導体電極に接続する回路に設けられ、
   さらに、前記画素群対応出力線は、最終的には１本の出力線にまとめられて前記外部の処理回路へ出力されるよう構成され、その１本にまとめられた出力線に、接地線との間を断続する第４のスイッチが、前記Ｐ型半導体電極に接続する回路に設けられており、
   前記処理回路への出力のために選択された画素について前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが接続されている場合は前記第４のスイッチを切断し、前記選択がなされていない画素について前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが切断されている場合には前記第４のスイッチを接続することを特徴とする受光素子。
9. 請求項７又は８に記載の受光素子において、
   前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチが切断されている状態から接続されている状態に移行する場合には、前記第４のスイッチが接続されている状態において前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチを接続し、その後、前記第４のスイッチを切断することを特徴とする受光素子。
10. 請求項７〜９のいずれか記載の受光素子において、
    前記各画素は、さらに、
    前記受光領域にて受光される輝度信号に応じて当該受光領域から発生する電荷を蓄積するコンデンサと、
    前記受光領域と前記コンデンサとの間を断続する第５のスイッチと、
    前記コンデンサに蓄積された電荷を画像信号として前記処理回路へ出力するための画像信号用出力線と前記コンデンサとの間を断続する第６のスイッチとを備えており、
    前記行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素は、共通の画素群対応の前記画像信号用出力線にて前記画像信号を出力するよう構成され、その画素群対応の画像信号出力線毎に、前記処理回路との間を断続する第７のスイッチと、接地線との間を断続する第８のスイッチとがそれぞれ設けられていることを特徴とする受光素子。
11. 請求項５、６、１０のいずれか記載の受光素子において、
    前記受光領域とコンデンサとは直列に接続されていると共に、前記第６のスイッチと前記画像信号用出力線との間に増幅回路が設けられていることを特徴とする受光素子。
12. 請求項５、６、１０のいずれか記載の受光素子において、
    前記受光領域とコンデンサは並列に接続されていると共に、前記コンデンサには、検出前に予め電荷を蓄積しておくプリチャージを行い、前記受光領域に輝度信号に応じた入力があると、その入力に応じて前記コンデンサから放電されるよう構成しておき、
    検出時には、まず前記第１のスイッチを接続して、前記受光領域から前記出力線へ受光信号を出力し、その後、前記第６のスイッチを接続して、前記コンデンサから前記画像信号用出力線へ電荷を出力することを特徴とする受光素子。
13. 請求項５、６、１０〜１２のいずれか記載の受光素子において、
    縦横２方向に複数の画素が行列状に配置され、その行単位又は列単位のいずれか一方の画素群に属する各画素が共通の出力線にて前記受光信号を出力する構成であることを前提とし、
    前記共通の出力線が行単位の画素群を接続している場合には列単位、逆に前記共通の出力線が列単位の画素群を接続している場合には行単位で、当該単位に属する画素群の前記第５のスイッチを共通に制御する第５の制御線と、当該単位に属する画素群の前記第６のスイッチを共通に制御する第６の制御線とを備えていることを特徴とする受光素子。
14. レーザ光を照射する照射手段と、
    前記照射手段にて照射されたレーザ光が反射物から反射されて来た反射光を検出する請求項１〜４、７〜９のいずれか記載の受光素子と、
    前記受光素子において機能を発揮させる画素を切替選択する切替選択手段と、前記照射手段がレーザ光を照射してから前記受光素子が反射光を検出するまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
    前記時間差計測手段にて計測された時間差に基づいて前記反射物までの距離または距離を表す物理量を算出する距離算出手段とを備えていることを特徴とする距離測定装置。
15. 請求項１４記載の距離測定装置において、
    前記切替選択手段は、前記レーザ光の照射方向にも応じて、機能を発揮させる画素を切替選択することを特徴とする距離測定装置。
16. 請求項１４又は１５記載の距離測定装置において、
    車両に搭載されて用いられることを前提とし、
    前記レーザ光の方向は車幅方向あるいは車高方向であることを特徴とする距離測定装置。
17. レーザ光を照射する照射手段と、
    前記照射手段にて照射されたレーザ光が反射物から反射されて来た反射光を検出する請求項５、６、１０〜１３のいずれか記載の受光素子と、
    前記照射手段がレーザ光を照射してから前記受光素子が反射光を検出するまでの時間差を計測する時間差計測手段と、
    前記時間差計測手段にて計測された時間差に基づいて前記反射物までの距離または距離を表す物理量を算出する距離算出手段と、
    前記受光素子にて検出された画像信号に基づいて画像を測定する画像測定手段とを備えていることを特徴とする距離・画像測定装置。
18. 請求項１７記載の距離・画像測定装置において、
    前記画像測定手段にて測定した画像に基づき、前記照射手段によって照射するレーザ光の強度を変更することを特徴とする距離・画像測定装置。

Images