KR20230088423A - 광전변환장치, 광전변환 시스템 - Google Patents

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Abstract

광전변환부와, 제1의 노광 기간 및 상기 제1의 노광 기간은 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 다른 제2의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값을 보유하는 광량값 보유부와, 상기 제1의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값과, 상기 제2의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과에 근거하여, 제3의 노광 기간과 상기 제3의 노광 기간과는 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 다른 제4의 노광 기간을 설정하도록 제어하는 제어부를, 가지고, 상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간은, 상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간의 적어도 한쪽보다도 짧다.

Description

광전변환장치, 광전변환 시스템
본 발명은, 광전변환장치, 및 광전변환 시스템에 관한 것이다.
측정 대상물까지의 거리를 측정할 때, 자주, ＴＯＦ(Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ)법이 사용된다. 이 ＴＯＦ법에서는, 광원으로부터 광이 사출되어, 측정 대상물에서 반사된 반사광을 검출한다. 그리고, ＴＯＦ법에서는, 광을 사출한 타이밍 및 반사광을 검출한 타이밍의 사이의 역바이어스를 계측하는 것에 의해, 측정 대상물까지의 거리를 계측한다.
특허문헌 1에서는, 광전변환부를 구성하는 반도체영역의 ＰＮ접합 영역에 있어서, 단일광자에 기인하는 광 전하가 애벌란시 증배를 일으키는 ＳＰＡＤ(Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ)를 사용한 ＴＯＦ측거장치가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, ＳＰＡＤ에 입사한 광자신호를 검출하는 상태(노광 상태)와 검출하지 않는 상태(비노광 상태)를, 피코 초∼마이크로 초 오더의 폭을 가지는 펄스 신호에 의해 고속으로 바꾸는 시간 게이트 방식에 의한 측거측정이 기재되어 있다.
특허문헌1: 미국 특허출원 공개 제2017/0052065호 명세서
그렇지만, 특허문헌 1에 있어서는, 검출 광의 시간분포를 정밀도 좋게 측정하기 위해서, 미리 결정된 거리측정 범위에 대응하는 시간 범위내에서, 발광 타이밍에 대한 시간 게이트 타이밍의 상대차이를 미세한 간격으로 주사할 필요가 있다. 이 때문에, 1회의 거리측정당 걸리는 시간이 증가하고, 광전변환장치로부터 측정 대상물까지의 거리측정의 고속화가 곤란하다.
일 형태에 관련되는 광전변환장치는, 광전변환부와, 제1의 노광 기간 및 상기 제1의 노광 기간과는 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 상이한 제2의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값을 보유하는 광량값 보유부와, 상기 제1의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값과, 상기 제2의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값을 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과에 근거하여, 제3의 노광 기간과 상기 제3의 노광 기간과는 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 상이한 제4의 노광 기간을 설정하도록 제어하는 제어부를, 가지고, 상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간은, 상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간의 적어도 한쪽보다도 짧다.
일 형태에 관련되는 광전변환장치는, 광전변환부와, 제1의 노광 기간 및 상기 제1의 노광 기간과는 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 상이한 제2의 노광 기간에 입사해서 얻어진 신호 전하에 근거하는 광량값을 보유하는 광량값 보유부와, 상기 제1의 노광 기간에 얻어진 광량값과 상기 제2의 노광 기간에 얻어진 광량값을 비교하는 비교부를, 가지고, 상기 비교부의 비교 결과에 따라서, 제3의 노광 기간 및 제4의 노광 기간을 제어하는 제어부를, 가진다.
본 발명에 의하면, 특허문헌 1에 비교하여, 광전변환장치로부터 측정 대상물까지의 거리의 측정을 고속화할 수 있다.
[도1] 실시 형태 1에 관계되는 광전변환장치의 일례의 모식도
[도2] 비교 형태 및 실시 형태 1에 관계되는 노광 패턴을 도시한 타이밍 도
[도3] 실시 형태 1에 관계되는 단위화소당의 블록도
[도4] 실시 형태 1에 관계되는 화소구동의 타이밍 도
[도5] 실시 형태 2에 관계되는 단위화소당의 블록도
[도6] 실시 형태 2에 관계되는 화소구동의 타이밍 도
[도7] 실시 형태 2의 변형에 관계되는 단위화소당의 블록도
[도8] 실시 형태 3에 관계되는 단위화소당의 블록도
[도9] 실시 형태 4에 관계되는 단위화소당의 블록도
[도10] 실시 형태 4에 관계되는 화소구동의 타이밍 도
[도11] 실시 형태 5에 관계되는 노광 패턴을 도시한 타이밍 도
[도12] 실시 형태 6에 관계되는 노광 패턴을 도시한 타이밍 도
[도13] 실시 형태 7에 관계되는 광전변환 시스템의 블록도
[도14] 실시 형태 8에 관계되는 광전변환 시스템의 블록도
[도15] 실시 형태 9에 관계되는 광전변환 시스템의 블록도
이하에 나타내는 형태는, 본 발명의 기술사상을 구체화하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 각 도면이 도시한 부재의 크기나 위치 관계는, 설명을 명확히 하기 위해서 과장하고 있는 것이 있다. 이하의 설명에 있어서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 첨부해서 설명을 생략하는 것이 있다.
(실시 형태 1)
실시 형태 1에 대해서, 도1 내지 도4를 사용해서 설명한다. 도1은, 본 실시 형태의 광전변환장치 100의 블록도다. 광전변환장치(100)는, 화소부(101), 제어 펄스 생성부(115), 수평주사 회로부(111), 독출 회로(112), 신호 선(113), 수직주사 회로부(110)를 가진다. 화소부(101)에는, 화소(104)가 2차원 어레이형(행렬형)으로 복수 배치되어 있다. 하나의 화소(104)는, 애벌란시 포토다이오드(이하, ＡＰＤ)를 포함하는 광전변환부(102) 및 화소회로(103)로부터 구성된다. 또한, 화소부(101)에 있어서, 적어도 ＡＰＤ가 2차원 어레이형으로 배치되어 있으면 좋다. 광전변환부(102)는 광을 전기신호로 변환한다. 화소회로(103)는, 광전변환부(102)에서 변환된 전기신호를 신호 선(113)에 출력한다.
수직주사 회로부(110)는, 제어 펄스 생성부(115)로부터 공급된 제어 펄스를 받아, 각 화소에 제어 펄스를 공급한다. 수직주사 회로부(110)에는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더라고 한 논리회로가 사용된다.
각 화소의 광전변환부(102)로부터 출력된 신호는, 화소회로(103)로 처리된다. 화소회로(103)는, 카운터 회로 및/또는 메모리가 설치된다. 이하에서는, 화소회로(103)가 메모리를 가질 경우에 대해서 설명한다. 메모리에는 디지털 값이 보유된다.
수평주사 회로부(111)는, 디지털 신호가 보유된 각 화소의 메모리로부터 신호를 독출하기 위해서, 각 열을 순차로 선택하는 제어 펄스를 화소회로(103)에 입력한다.
신호 선(113)에는, 선택되어 있는 행에 대해서, 수직주사 회로부(110)에 의해 선택된 화소(104)의 화소회로(103)로부터의 신호가 출력된다.
신호 선(113)에 출력된 신호는, 출력 회로(114)를 통하여, 광전변환장치(100)의 외부의 기록부 또는 신호 처리부에 출력한다.
도1에 있어서, 화소부(101)에는, 2차원 어레이형으로 화소(104)가 배치되어 있다. 화소부(101)에는, 복수의 화소(104)가 1차원형으로 배치되어 있어도 좋다. 또한, 화소부(101)에는, 배열이 아니라 단일의 화소만이 배치되어 있어도 좋다.
화소회로(103)의 기능은, 반드시 모든 화소(104)에 1개씩 설정될 필요는 없다. 예를 들면, 복수의 화소(104)에 의해 1개의 화소회로(103)를 공유하고, 순차로 신호 처리가 행해져도 좋다. 광전변환장치는, 고감도화, 고기능화를 위해, 광전변환부를 가지는 제1 기판과, 화소회로를 가지는 제2 기판을 적층해서 접합한 적층형 센서를 사용해도 좋다. 이 경우, 광전변환부와 화소회로는, 화소마다 설치된 접속 배선을 통해 전기적으로 접속된다.
도2를 사용하여, 본 발명의효과인, 거리측정의 고속화의 원리에 대해서 설명한다.
도2(i)는, 비교 형태를 도시한 도면으로, 시간 게이트형 ＴＯＦ방식 중, 반사광의 타이밍을 선형 탐색하는 방식의 설명도다. 도2(ii)는, 본 실시 형태의 반사광의 타이밍을 바이너리 탐색하는 방식의 설명도다. 도2(i)에 있어서, 각 서브프레임에 백색으로 도시한 범위가 화소(104)의 노광 기간이며, 흑색으로 도시한 범위가 비노광 기간이다.
본 실시 형태에 있어서, 노광 기간이란, 예를 들면, 광전변환부(102)가 액티브하고, 또한, 광전변환부(102)로부터의 신호가 카운터 회로 및/또는 레지스터 회로에 독출되는 상태에 있는 기간을 가리킨다. 또한, 비노광 기간이란, 카운터 회로 및/또는 레지스터 회로에 있어서 광전변환부(102)로부터의 신호가 독출되지 않는 기간을 가리킨다. 이후의 설명에서는, ＡＰＤ에 애벌란시 증배 가능한 역바이어스의 전위가 인가되어 있고, 또한, 게이트 소자를 온 하고, ＡＰＤ로부터의 신호를 카운터 회로 및/레지스터 회로가 독출 가능한 상태의 기간을 노광 기간이라고 한다. 그리고, 게이트 소자를 오프 하고, 게이트 소자를 통해 ＡＰＤ로부터의 신호가 독출되지 않는 상태의 기간을 비노광 기간이라고 한다. 비노광 기간은, 이것에 한정되지 않는다.
예를 들면, ＡＰＤ에 있어서 애벌란시 증배가 생기지 않도록, ＡＰＤ에 인가하는 전위차를 작게 하는 기간을 비노광 기간이라고 하고, ＡＰＤ가 애벌란시 증배로 하는 전위차를 인가하는 기간을 노광 기간이라고 하여도 좋다. 또한, 카운터 회로 및/또는 레지스터 회로가 구동하지 않도록 제어하는 기간을 비노광 기간이라고 하고, 카운터 회로 및/또는 레지스터 회로가 구동하도록 제어하는 기간을 노광 기간이라고 하여도 좋다.
또한, 도2(i) 및 도2(ii)에서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 발광 광으로부터 서브프레임을 늘어놓고 있지만, 실제의 구동에서는, 제1회째의 발광 광으로 제1서브프레임의 광량계측이 이루어진다. 그 후, 제1회째의 발광 광과 같은 타이밍에서 제2회째의 발광 광이 사출되어, 제2회째의 발광 광으로 제2서브프레임의 광량계측이 이루어진다. 그리고, N회째의 발광 광으로 제N 서브프레임의 광량계측이 이루어진다.
비교 형태에서는, 광원의 발광 타이밍에 대하여, 노광 기간의 시작 타이밍과 종료 타이밍과의 상대적인 타이밍을 어긋나게 하면서 N회의 광량측정을 행한다. 즉, 노광 기간의 시작 타이밍을 조금씩 어긋나게 하면서, 반사광을 측정한다. 이렇게, 미리 결정된 측거범위에 대하여, 노광 기간의 타이밍을 스텝으로 선형으로 주사할 경우는, 반사광 검출의 시간분해능 또는 측거정밀도는, 선형주사의 스텝수N에 비례하여 높아진다. 그렇지만, 스텝수가 증가해 서브프레임수를 늘리면, 거리측정에 시간이 걸린다.
한편, 본 실시 형태에서는, 제1서브프레임에 있어서, 발광 광의 주기에 대응하는 기간을 2이상의 노광 기간으로 시분할한다. 예를 들면, 노광 기간A, B의 2개로 시분할하고, 각각의 노광 기간에 있어서의 광강도를 독립적으로 측정하고, 노광 기간A와 B에 있어서의 광강도의 대소를 비교한다. 설명도에 있어서는, 반사광이 노광 기간A에 포함되기 때문에, 노광 기간A의 광 신호량이 노광 기간B의 광 신호량보다도 커진다. 이 비교 결과를 바탕으로, 반사광이 노광 기간A에 포함되어 있다고 가정하고, 제1서브프레임의 노광 기간A의 길이의 범위내에서, 노광 기간A를 더욱 이분하는 형태에서, 제2서브프레임의 노광 기간A와 B를 결정한다. 이렇게, 각 서브프레임에서의 2이상의 노광 기간에서의 광량을 비교하고, 다음 서브프레임에서의 노광 패턴, 특히 노광의 타이밍과 기간을 결정하는 것을 순차적으로 되풀이하는 것으로, 반사광의 타이밍의 추정을 높여 간다. 이 결과, 선형탐색에서는 N회의 광량측정이 필요했던 것에 대해, 바이너리 탐색에서는 광량측정 횟수를 Ｌｏｇ2(N)에 억제할 수 있기 때문에, 거리측정의 고속화가 가능해진다.
또한, 도2(i)에서는, 각 서브프레임은 1회의 광조사 및 1회의 노광 기간밖에 도시하지 않고 있지만, 각 서브프레임을 복수 되풀이해서 얻어진 광 신호를 가산해도 좋다. 이에 따라, 광 신호측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이 경우는, 비교 형태에 의하면, 반사광 검출의 시간분해능 또는 측거정밀도는, 선형주사의 스텝수N에 비례해서 높아진다.
따라서, 본 실시 형태를 사용하는 것에 의한 거리측정의 고속화의 효과가 현저해진다.
또한, 도2(ii)에서는 바이너리 탐색 방식으로서 노광 기간을 2등분하는 예를 도시하고 있다. 이후의 도면에 있어서의 설명이라도 2등분을 예로서 설명하지만, 바이너리 탐색 방식이라고 하는 용어는, 노광 기간을 2등분으로 하는 것에 한정되는 것이 아니고, 노광 기간의 등분수를 3이상으로 해서 탐색을 행하는 것도, 본 명세서에서는 바이너리 탐색 방식이라고 한다. 다시 말해, 바이너리 탐색 방식은, 선형주사 방식과는 상이한 방식의 호칭이며, 2등분에는 한정되지 않는다. 또한, 하나의 서브프레임에 있어서의 두개의 노광 기간A, B의 길이는 달라도 좋다. 더욱이, 비교하는 공정에 있어서는, 노광 기간A, B의 신호량 그 자체는 아니고, 각각의 신호에 미리 결정된 연산 처리 내지 보정처리를 가한 신호A', B'끼리를 비교해도 좋다.
도3은, 본 실시 형태에 있어서의 단위화소당의 블록도의 일례다. 상술한 대로, 화소는, 광전변환부와 화소회로를 가진다. 도3에 있어서, 광전변환부로서 ＡＰＤ(301)를 사용한다. 또한, 화소회로는, ??치 소자(302), 게이트 소자(303)(스위치), 광량값 보유부(31), 비교 회로(비교부)(312), 레지스터 회로(313), 펄스 생성 회로(314)를 가진다. 광량값 보유부(31)는, 카운터 회로(310)와 레지스터 회로(311)를 가진다.
ＡＰＤ(301)는, 애벌란시 전류를 제어하는 ??치 소자(302)에 접속된다. ＡＰＤ(301)로부터 출력되는 광자검출 신호는, 게이트 소자(303)에 입력되는 게이트 신호ＧＡＴＥ에 의해 시간적으로 제어된다. 게이트 소자(303)의 출력은, 카운터 회로(310) 및 레지스터 회로(311)로 이루어지는 광량값 보유부(31)에 입력된다. 게이트 소자(303)를 통과한 광자신호는, 카운터 회로(310)에 의해 카운트 되어, 카운트 값은 트리거 신호ＲＴＲＧ에 따라서 레지스터 회로(311)에 기록된다. 즉, 레지스터 회로(311)는, 기록 회로로서 기능한다. 비교 회로(312)는, 인에이블 신호ＣＯＥＮ을 받고, 카운터 회로(310) 및 레지스터 회로(311)의 출력값의 대소를 비교하고, 이 비교 결과를 레지스터 회로(313)에 기록한다. 펄스 생성 회로(314)는, 레지스터 회로(313)의 보유 신호와 클록 신호ＣＬＫ 및 인에이블 신호ＰＧＥＮ을 받고, 노광 패턴을 규정하는 게이트 신호ＧＡＴＥ를 생성한다. 리셋 신호ＲＥＳ1, ＲＥＳ2, ＲＥＳ3은, 각각 카운터 회로(310), 레지스터 회로 311 및 레지스터 회로 313의 보유 신호를 초기화한다.
ＡＰＤ(301)는, 광전변환에 의해 입사 광에 따른 전하쌍을 생성한다. ＡＰＤ(301)의 캐소드에는 애노드에 공급되는 전위ＶＬ보다도 높은 전위ＶＨ에 근거하는 전위가 공급된다. 그리고, ＡＰＤ(301)의 애노드와 캐소드에는, ＡＰＤ(301)에 입사한 포톤이 애벌란시 증배되는 역바이어스가 걸리도록 전위가 공급된다. 이러한 역바이어스의 전위를 공급한 상태에서 광전변환함으로써, 입사 광에 의해 생긴 전하가 애벌란시 증배를 일으켜 애벌란시 전류가 발생한다.
역바이어스의 전위가 공급될 경우에 있어서, 애노드 및 캐소드의 전위차가 항복 전압보다 클 때에는, ＡＰＤ는 가이거(Geiger) 모드 동작이 된다. 이하에서는, 가이거 모드 동작을 사용해서 단일광자 레벨의 미약신호를 고속검출하는 ＡＰＤ를 ＳＰＡＤ(Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ)이라고도 부른다. 본 실시 형태에서는, 미약신호를 고속검출하기 위해서 ＳＰＡＤ를 사용하는 것이 바람직하지만, ＡＰＤ는 항복 전압이하의 전압으로 증배시키는 리니어 모드 동작이여도 좋다.
??치 소자(302)는, 단일의 트랜지스터 대신에 복수의 트랜지스터로 이루어지는 ??치 소자나 저항 소자 등을 사용해도 좋다. ＡＰＤ(301)에 있어서 애벌란시 증배에 의해 광전류가 증배되면, 증배한 전하에 의해 얻어지는 전류가, ＡＰＤ(301)와 ??치 소자(302)와의 접속 노드에 흐른다. 이 전류에 의한 전압강하에 의해, ＡＰＤ(301)의 캐소드의 전위가 내려가고, ＡＰＤ(301)는, 전자 애벌란시를 형성하지 않게 된다. 이에 따라, ＡＰＤ(301)의 애벌란시 증배가 정지한다. 그 후, 전원의 전위ＶＨ가 ??치 소자(302)를 통해 ＡＰＤ(301)의 캐소드에 공급되기 때문에, ＡＰＤ(301)의 캐소드에 공급되는 전위가 전위ＶＨ에 되돌아간다. 즉, ＡＰＤ(301)의 동작 영역은 다시 가이거 모드 동작이 된다. 이렇게, ??치 소자(302)는, 애벌란시 증배에 의한 전하의 증배시에 부하 회로(??치 소자)로서 기능하고, 애벌란시 증배를 억제하는 활동을 가진다(??치동작). 또한, ??치 소자는, 애벌란시 증배를 억제한 후에, ＡＰＤ의 동작 영역을 다시 가이거 모드로 하는 활동을 가진다(리차지 동작).
게이트 소자(303)로서는, 단일의 트랜지스터 대신에 복수의 트랜지스터를 사용한 스위치 회로나 논리회로를 사용할 수 있다. 도3에 있어서, 게이트 소자(303)의 온/오프를 제어하는 것에 의해 화소의 노광 기간을 조정하고 있다. 노광 기간이란, ＡＰＤ(301)로 광자검지를 가능한 상태이며, 또한, ＡＰＤ(301)의 전위가 광량값 보유부(31)에 입력되는 기간을 가리킨다. 또한, 화소의 비노광 기간이란, ＡＰＤ(301)의 전위가 광량값 보유부(31)에 입력되지 않는 기간을 가리킨다. 구체적으로는, 게이트 소자(303)가 온의 상태의 기간이 노광 기간이 되고, 게이트 소자(303)가 오프의 상태가 비노광 기간이 된다. 도3에서는, 게이트 소자(303)가 ＰＭＯＳ트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 따라서, 게이트에 입력되는 신호가 제1의 레벨(하이 레벨)로부터 제2의 레벨(로 레벨)로 천이하면 게이트 소자(303)는 온이 되고, 제2의 레벨로부터 제1의 레벨로 천이하면 오프가 된다.
또한, 게이트 소자(303)가 ＮＭＯＳ트랜지스터의 경우는, 반대로 된다. 즉, 게이트에 입력되는 신호가 제2의 레벨로부터 제1의 레벨로 천이하면 게이트 소자(303)가 온이 되고, 제1의 레벨로부터 제2의 레벨로 천이하면 게이트 소자(303)가 오프가 된다. 게이트 소자가 온 상태이다란, ＡＰＤ(301)와 광량값 보유부(31)가 도통하고 있는 상태를 가리키고, 게이트 소자가 오프 상태이다란, ＡＰＤ(301)와 광량값 보유부(31)가 비도통의 상태를 가리킨다. 또한, 게이트 소자(303)로서, ＡＰＤ(301)와 카운터 회로(310)의 사이에 특정한 소자를 설치하지 않고, 카운터의 동작의 유효·무효상태를 시간적으로 바꾸는 동작에서 대용해도 좋다. 이 경우에 있어서, 카운터의 동작이 유효한 상태가 노광 기간이 되고, 카운터의 동작이 무효인 상태가 비노광 기간이 된다.
카운터 회로(310)는, 디지털 카운터와 아날로그 카운터의 어느 한쪽을 사용해도 좋다. 카운터 회로(310)는, 레지스터 회로(311)와 비교 회로(312)에 카운터로부터의 출력 신호가 입력되도록 접속되어 있다. 레지스터 회로(311)는, 카운터 회로(310)로부터 출력된 신호를 보유할 수 있다. 레지스터 회로(311)는 그 출력이 비교 회로(312)에 입력되도록 접속되어 있다.
광량값 보유부(31), 비교 회로(312), 레지스터 회로(313), 펄스 생성 회로(314)의 일부를 복수의 화소에서 공유해도 좋다.
비교 회로(312)는, 카운터 회로(310)로부터 출력되는 신호 값과 레지스터 회로 311로부터 출력되는 신호 값과를 비교하고, 비교 결과를 레지스터 회로 313에 입력하도록 접속되어 있다. 또한, 레지스터 회로(313)는, 펄스 생성 회로(314)에 접속되어 있다. 펄스 생성 회로(314)는, 게이트 소자에 접속되어 있고, 펄스 생성 회로(314)로부터의 출력 신호에 근거하여, 게이트 소자의 온 오프가 제어된다. 본 실시 형태에서는, 게이트 소자의 온 오프를 제어하는 것에 의해, 노광 기간을 설정하고 있다. 즉, 펄스 생성 회로(314)가 노광 기간을 제어하는 제어부로서 기능한다.
레지스터 회로(313)는, 신호 선(113)에 신호가 출력되도록 접속되어 있다. 레지스터 회로(313)로부터 출력되는 신호 값에 근거하여, 측거를 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 신호 선(113)은, 적어도 레지스터 회로(313)로부터의 출력 비트수의 신호를 출력할 수 있는 개수로 구성되어 있다.
또한, 도3에서는, 레지스터 회로 313에 더하여, 카운터 회로(310) 및 레지스터 회로 311이 신호 선(113)에 접속되어 있다. 이렇게, 카운터 회로(310), 레지스터 회로(311)로부터의 출력을, 신호 선(113)을 통해 화소외에 출력하는 것에 의해, 측거결과의 신뢰성을 향상할 수 있다. 예를 들면, 레지스터 회로(311)로부터 출력되는 신호 값과 카운터 회로(310)로부터 출력되는 신호 값을 프레임마다 출력한다. 그리고, 출력된 각 신호 값을 비교한다. 반사광이 입사하는 화소에 있어서는, 레지스터 회로(311)로부터 출력되는 신호 값과 카운터 회로(310)로부터 출력되는 신호 값에 큰 차이가 있다. 한편으로, 반사광이 입사하지 않는 화소에 있어서는, 노이즈나 외광에 근거하는 신호만이 검지되기 때문에, 레지스터 회로(311)로부터 출력되는 신호 값과 카운터 회로(310)로부터 출력되는 신호 값과의 차이가 별로 없다. 이러한 신호 값의 절대치 및 차이를 이용함으로써, 반사광이 입사하는 화소인가 아닌가의 정보나, 검출된 노이즈나 외광의 데이터를 얻을 수 있다. 이것들의 정보는 측거정밀도의 정확성을 확인하기 위한 판단 재료로 할 수 있기 때문에, 측거결과의 신뢰성을 높이는 것이 가능해진다.
레지스터 회로 313, 카운터 회로(310), 및 레지스터 회로 311의 각 출력값이 신호 선(113)에 출력될 경우는, 각 회로로부터의 신호를 각각 출력할 수 있는 개수로 하여도 좋고, 신호 선(113)을 각 회로에서 공유해도 좋다. 신호 선(113)을 공유할 경우는, 각 회로로부터의 신호의 출력 타이밍을 어긋나게 하는 것에 의해, 각 회로로부터 출력되는 신호를 화소외에서 검지하는 것이 가능해진다.
도4는, 본 실시 형태에 의한 광전변환장치의 화소의 동작을 도시한 타이밍 도다. 시각t1부터 t2까지의 기간에 있어서, ＲＥＳ1, ＲＥＳ2, ＲＥＳ3을 하이 레벨로 하여서, 카운터 회로(310), 레지스터 회로 311 및 레지스터 회로 313의 보유 신호(Ｃｏｕｎｔ, Ｒｅｇ1, Ｒｅｇ2)를 초기화한다.
우선, 시각t2부터 t7까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제1서브프레임에 있어서의 제1기간의 구동을 설명한다. 시각t3에 광원으로부터 측정 대상물을 향해서 펄스 광을 조사한다. 이 펄스 광이 측정 대상물에 반사되어, 시각t4에 광전변환장치의 수광면에 도달한다. 시각t3부터 t5까지의 기간에 게이트 소자에 입력하는 게이트 신호ＧＡＴＥ를 로 레벨로 하는 것에 의하여, 제1노광 기간A에 있어서 ＡＰＤ(301)가 받는 광량의 측정을 행한다.
즉, 광원의 발광 타이밍과 같은 타이밍에서 게이트 신호ＧＡＴＥ를 로 레벨로 함으로써 제1 노광 기간A를 시작한다. 본 실시 형태에서는 게이트 소자를 ＰＭＯＳ트랜지스터에 의해 구성되어 있기 때문에, 게이트 소자는, 로 레벨일 때에 ＯＮ이 되고, 하이 레벨일 때에 ＯＦＦ가 된다. 한편, 시각t5부터 t6까지의 기간은 게이트 소자에 입력하는 게이트 신호ＧＡＴＥ를 하이 레벨로 하고, 광 신호를 측정하지 않는 비노광 상태로 한다. 즉, 제1 노광 기간A는, 광원으로부터의 발광 타이밍부터 제1의 지연 시간을 경과해서 노광을 시작하는 기간이다. 미리 결정된 기간을 경과한 후에 게이트 신호ＧＡＴＥ를 하이 레벨로 함으로써, 제1 노광 기간A를 종료한다. 노광 기간A에 내포되는 ｔ4에 있어서, 반사광의 펄스가 검출되기 때문에, 카운터 회로(310)의 카운트 값Ｃｏｕｎｔ가 증가한다. 제1서브프레임의 제1기간내에, 시각t2부터 t6까지의 구동을 복수회 되풀이하는 것으로, 노광 기간A의 광 신호를 적산한다.
그 다음에, 시각t7부터 t12까지의 기간에, 카운터 회로(310)가 보유하는 신호를 레지스터 회로(311)에 기록하는 구동을 설명한다. 시각t7부터 t12까지의 기간은, 펄스 생성 회로(314)의 인에이블 신호ＰＧＥＮ을 로 레벨로 하고, ＡＰＤ(301)로부터의 광검출 신호를 카운터 회로(310)에서 카운트 하지 않도록 한다. 시각t7부터 t12까지의 기간은, 게이트 소자에 입력되는 게이트 신호ＧＡＴＥ는 하이 레벨이 된다. 시각t8부터 t9까지의 기간에 트리거 신호ＲＴＲＧ을 하이 레벨로 하고, 카운터 회로(310)의 출력을 레지스터 회로(311)에 기록한다. 이에 따라, 레지스터 회로(311)의 보유 신호 값Ｒｅｇ1이 변경된다. 시각t10부터 t11까지의 기간에서 리셋 신호ＲＥＳ1을 하이 레벨로 하고, 카운터 회로(310)의 보유 신호를 초기화한다.
그 다음에, 시각t12부터 t16까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제1서브프레임에 있어서의 제2기간의 구동을 설명한다. 전술한 제1서브프레임의 제1기간의 구동과 비교하여, 게이트 신호ＧＡＴＥ를 하이 레벨로 하는 타이밍이 다르다. 제1서브프레임에 있어서의 제2기간에서는, 시각t14부터 t15까지의 기간을 노광 기간B로 하고, 시각t12부터 t14까지의 기간을 비노광 기간으로 한다. 즉, 노광 기간B는, 광원으로부터의 발광 타이밍부터 제2의 지연 시간을 경과해서 노광을 시작하는 기간이다. 제2의 지연 시간의 길이는 제1의 지연 시간의 길이와 다르다. 노광 기간B를 시작하고 나서 미리 결정된 기간을 경과한 후에 게이트 신호ＧＡＴＥ를 하이 레벨로 함으로써, 노광 기간B를 종료하고 있다. 전술한 제1서브프레임의 제1기간의 구동과는 달리, 반사광은 시각t13에 수광면에 도달한다. 이때, 광전변환장치는 비노광 기간 중이기 때문에, 광 신호는 카운트 되지 않는다.
그 다음에, 시각t16부터 t21까지의 기간에, 노광 기간A 및 B에 있어서의 광 신호량의 대소를 비교하는 구동을 설명한다. 상기와 마찬가지로, 시각t16부터 t21까지의 기간은, 펄스 생성 회로(314)의 인에이블 신호ＰＧＥＮ을 로 레벨로 하고, ＡＰＤ(301)로부터의 광검출 신호를 카운터 회로(310)에서 카운트 하지 않도록 한다. 시각t17부터 t18까지의 기간에, 비교 회로(312)의 인에이블 신호ＣＯＥＮ을 하이 레벨로 한다. 그리고, 노광 기간A에 대응하는 신호량을 보유하는 레지스터 회로 311의 출력과 노광 기간B에 대응하는 신호량을 보유하는 카운터 회로(310)의 출력의 대소의 비교 결과를, 디지털 신호로서 레지스터 회로 313에 기록한다. 이에 따라, 레지스터 회로 313의 보유 신호Ｒｅｇ2가 변경된다.
시각t19부터 t20까지의 기간에 있어서, ＲＥＳ1, ＲＥＳ2를 하이 레벨로 하여서, 카운터 회로(310) 및 레지스터 회로(311)의 보유 신호를 초기화한다.
시각t21부터 t24까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제2서브프레임에 있어서의 제1기간에서는, 상기 비교 결과에 근거하여, 제1서브프레임에 있어서의 노광 기간A의 절반의 길이를 가진다. 그리고, 시각t21부터 t22까지의 기간에서 규정되는 새로운 노광 기간A를 설정하도록, 펄스 생성 회로(314)가 게이트 신호ＧＡＴＥ를 생성한다. 여기에서는, 제1서브프레임에 있어서의 신호 적산량이 컸던 노광 기간A를 2등분한 2개의 노광 기간 중 한쪽을, 새롭게 노광 기간A로 설정하고 있다. 그리고, 제1서브프레임에 있어서의 노광 기간A의 나머지의 노광 기간과, 제1서브프레임에 있어서의 노광 기간B와를 비노광 기간으로서 설정하고 있다. 상기와 마찬가지로, 기록 동작을 경과해, 시각t25이후에 제k프레임의 제2서브프레임에 있어서의 제2기간의 구동이 이어진다. 구체적으로는, 제1서브프레임에 있어서의 신호 적산량이 컸던 노광 기간A를 2등분한 2개의 노광 기간 중, 새롭게 설정한 노광 기간A의 나머지의 기간을, 새로운 노광 기간B로서 설정한다.
이렇게, 노광 동작(A), 기록 동작, 노광 동작(B), 비교 동작의 시퀀스를 미리 결정된 횟수만큼 복수회 되풀이하여, 반사광 펄스의 타이밍을 바이너리 탐색함으로써, 측정 대상물까지의 거리측정의 정밀도를 높여 간다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1서브프레임으로부터 제2서브프레임으로 바뀌는 시각t21에 있어서, 펄스 생성 회로(314)에 입력되는 클록 신호ＣＬＫ의 주파수가 배증하는 구동을 나타냈다. 이것에 한정하지 않고, 주파수를 바꾸지 않고 노광 패턴의 간격을 서브프레임마다 바꿀 수 있는 펄스 생성 회로(314)를 사용해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 광원의 동작으로서, 주기적인 펄스 발광을 가정했지만, 상이한 서브프레임간에 발광 광의 강도나 폭, 시간적인 발광 패턴을 바꾸어도 좋다.
또한, 상기한 설명에서는, 미리 결정된 횟수만큼 동작의 시퀀스를 되풀이한 후에 레지스터 회로(313)로부터 신호 값을 출력하고 있지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 1서브프레임마다나, 수 서브프레임마다 레지스터 회로(313)로부터 신호 값을, 신호 선(113)에 출력해도 좋다. 이에 따라, 1프레임 기간이 종료하기 전에 대략적인 측거결과를 얻는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 의하면 비교 형태와 비교하여 고속으로 거리측정을 행하는 것이 가능해진다.
(실시 형태 2)
실시 형태 2에 대해서, 도5 및 도6을 사용해서 설명한다. 도5는, 본 실시 형태에 있어서의 단위화소당의 블록도의 일례다. 본 실시 형태는, 다음에 설명하는 사항이 실시 형태 1과는 다르다. 본 실시 형태에서는, 광량값 보유부(31)가 2개의 카운터 회로(310a, 310b)에 의해 구성되어 있다. 그리고, ＡＰＤ(301)의 출력 단자가 두개의 병렬한 게이트 소자(303a, 303b)에 접속되고, 이 두개의 게이트 소자의 출력이 각각, 카운터 회로(310a, 310b)에 병렬로 입력된다. 비교 회로(312)는, 카운터 회로 310a 및 310b의 출력을 비교한다. 펄스 생성 회로(314)는, 게이트 소자 303a 및 303b에 대하여, 독립한 게이트 신호ＧＡＴＥ1과 ＧＡＴＥ2를 생성한다. 이하에서는, 실시 형태 1과 다른 점에 대해서 설명하고, 실시 형태 1와 실질적으로 동일한 점의 설명은 생략한다.
게이트 소자 303a로부터의 출력은, 카운터 회로 310a에 입력된다. 그리고, 게이트 소자 303b로부터의 출력은, 카운터 회로 310b에 입력된다.
카운터 회로 310a, 310b는, 그것들의 출력이 비교 회로(312)에 입력되도록 접속된다. 또한, 본 명세서에 있어서, 구성이 같은 것에 대해서는, 부호의 말미에 a, b, c등의 로마자를 첨부해서 설명을 생략하는 것이 있다.
도6은, 본 실시 형태에 의한 광전변환장치의 화소의 구동동작을 도시한 타이밍 도다.
리셋 신호ＲＥＳ1, ＲＥＳ2, ＲＥＳ3은, 각각 카운터 회로 310a, 카운터 회로 310b 및 레지스터 회로(313)의 보유 신호를 초기화한다. 노광 동작(A), 기록 동작, 노광 동작(B), 비교 동작의 시퀀스를 되풀이하는 실시 형태 1과 비교하여, 본 실시 형태에서는, 노광 동작(A, B), 비교 동작의 시퀀스를 되풀이해서 행할 수 있는 점이 다르다. 시각t3부터 t6까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제1서브프레임내에서, 게이트 신호ＧＡＴＥ1을 하이 레벨로 함으로써 규정되는 노광 기간A와, 게이트 신호ＧＡＴＥ2을 하이 레벨로 함으로써 규정되는 노광 기간B를 상보적으로 설정하고 있다. 본 실시 형태에서는, 게이트 소자 303a, 303b는, 인버터 회로 및 논리회로에 의해 구성되어 있다. ＡＰＤ 301a, 30lb에서 애벌란시 증배가 생기면 캐소드의 전위가 내려간다. 그리고, 게이트 소자 303a에 포함되는 인버터 회로에 있어서 역치를 넘으면 전위가 반전한다. 그리고, 논리회로인 ＡＮＤ회로에 입력되면 게이트 소자 303a, 303b로부터 하이 레벨의 신호가 출력된다. 예를 들면, 시각t3부터 t4까지의 기간을 노광 기간A로 하여서, 이 기간중의 광 신호를 카운터 회로 310a에서 카운트 하고, 시각t4부터 t5까지의 기간을 노광 기간B로 하여서, 이 기간중의 광 신호를 카운터 회로 310b에서 카운트 한다.
실시 형태 1과 마찬가지로, 시각t6부터 t7까지의 기간에 있어서, 카운터 회로 310a 및 310b의 출력 신호를 비교한다. 이 비교 결과에 근거하여, 시각t7부터 t10까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제2서브프레임에 있어서의 노광 기간A 및 B를 새롭게 설정한다. 여기에서는, 제1서브프레임에 있어서의 신호 적산량이 컸던 노광 기간A를 2등분한 2개의 노광 기간을, 새롭게 노광 기간A 및 노광 기간B로 설정하고 있다. 그리고, 제1서브프레임과 마찬가지로, 새롭게 설정된 노광 기간A의 광량을 카운터 회로 310a에서 카운트 하고, 노광 기간B의 광량을 카운터 회로 310b에서 카운트 하고 있다.
본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지로, 비교 형태와 비교해서 고속으로 거리측정을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 단일의 서브프레임내에서, 노광 기간A와 B에 있어서의 광 신호의 강도를 병렬로 취득할 수 있기 때문에, 실시 형태 1보다도, 노광 동작으로부터 비교 동작까지의 기간을 단축할 수 있고, 측정 대상물까지의 거리의 측정을 고속화할 수 있다. 더욱이, 측정 대상물이 움직이고 있는 경우에서도, 노광 기간A 및 B에 있어서의 광 신호측정의 시간의 어긋남을 적게 할 수 있어, 거리측정의 정밀도를 향상할 수 있다.
(실시 형태 2의 변형 예)
실시 형태 2의 변형 예에 대해서, 도7을 사용해서 설명한다. 도7은, 변형 예에 있어서의 단위화소당의 블록도의 일례다. 변형 예에 있어서는, 2개의 독립한 ＡＰＤ 301a, 30lb로부터의 출력이, 2개의 게이트 소자 303a, 303b에 접속되어 있는 점이 실시 형태 2와 다르다. 그 밖에, 이하에서 설명하는 사항이외는 실시 형태 2와 실질적으로 같기 때문에, 설명을 생략한다. 또한, 본 변형 예에 대응하는 구동방식은, 실시 형태 2의 구동방식에 준한다.
도7에 도시한 바와 같이, ＡＰＤ 301a로부터의 출력이 게이트 소자 303a에 입력되고, ＡＰＤ 30lb로부터의 출력이 게이트 소자 303b에 입력된다. 따라서, 카운터 회로 310a는, ＡＰＤ 301a에서 검출되는 광량을 카운트 하고, 카운터 회로 310b는, ＡＰＤ 30lb에서 검출되는 광량을 카운트 한다.
본 변형 예에 의하면, 실시 형태 2와 마찬가지로, 비교 형태와 비교해서 고속으로 거리측정을 행할 수 있다. 또한, 공간적으로 근접하는 2개의 ＡＰＤ를 사용하여, 단일의인 서브프레임내에서, 노광 기간A와 B에 있어서의 광 신호의 강도를 병렬로 취득할 수 있기 때문에, 노광 동작부터 비교 동작까지의 기간을 단축할 수 있고, 측정 대상물까지의 거리의 측정을 고속화할 수 있다. 더욱이, 측정 대상물이 움직이고 있는 경우에서도, 노광 기간A 및 B에 있어서의 광 신호측정의 시간의 어긋남을 될 수 있는 한 적게 할 수 있고, 거리측정의 정밀도를 향상할 수 있다.
(실시 형태 3)
실시 형태 3에 대해서, 도8을 사용해서 설명한다. 도8은, 본 실시 형태에 있어서의 단위화소당의 블록도의 일례다. 본 실시 형태는, 2개의 독립한 ＡＰＤ 301a, 30lb와, 그것들에 접속된 2개의 파형 정형회로 820a, 820b로부터의 출력이 동시 검출 회로(821)에 입력되고, 동시 검출 회로(821)의 출력이, 2개의 게이트 소자 303a, 303b에 접속되는 점이 다르다. 그 이외의 사항은, 하기에서 설명하는 이외는 실시 형태 2의 변형 예와 실질적으로 같기 때문에 설명을 생략한다.
파형 정형회로 820a, 820b는, 각각의 ＡＰＤ로부터의 출력의 파형을 정형하는 기능을 가지고, 예를 들면 인버터 회로, 버퍼 회로, 또는 펄스 파형의 폭을 감소시키는 모노스테이블 회로 등이 사용된다. 동시 검출 회로(821)는, 복수의 파형 정형회로로부터의 신호 중, 미리 결정된 수이상의 신호가 동시 또는 근접한 타이밍에서 하이 레벨이 되었을 경우에 펄스 신호를 출력한다. 또한, 1개의 동시 검출 회로(821)에 접속되는 ＡＰＤ 및 파형 정형회로는, 3개이상이여도 좋다. 본 실시 형태에 있어서는, 실시 형태 2와 마찬가지의 구동방식을 사용한다.
본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지로, 비교 형태와 비교해서 고속으로 거리측정을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 반사광에 기인하는 시간적·공간적으로 근접한 광자만을 선택적으로 검출하고, 랜덤하게 검출되는 외광성분이나 암 신호(dark signal) 출력을 필터링 할 수 있다.
따라서, ＴｏＦ방식의 거리측정 정밀도에 대한 외광이나 암 신호 출력의 영향을 저감할 수 있다.
(실시 형태 4)
실시 형태 4에 대해서, 도9 및 도10을 사용해서 설명한다. 도9는, 본 실시 형태에 있어서의 단위화소당의 블록도의 일례다. 본 실시 형태는, ＡＰＤ(301) 대신에 전하축적형의 포토다이오드(901)를 사용하고 있고, 비교 회로(312)에는 아날로그 신호가 입력되는 점이 실시 형태 1과는 다르다. 그 밖에, 이하에서 설명하는 사항이외는 실질적으로 실시 형태 1와 같기 때문에 설명을 생략한다.
포토다이오드(901)에서 축적된 광 전하는, 오버플로우 드레인 회로(902)에 제어 신호ＯＦＤ가 입력된 타이밍에서 배출되거나, 광량보유부(91)에 입력된다.
광량보유부(91)는, 전송 게이트 903a 및 903b와, 보유부 910a 및 910b, 및 전송 게이트 905a, 905b로 이루어진다. 포토다이오드(901)에서 광전변환된 광 전하는, 게이트 신호ＧＡＴＥ1 또는 ＧＡＴＥ2를 받고, 전송 게이트 903a 또는 903b를 통해 보유부 910a 또는 910b에 전송된다. 상기 보유부에 보유된 신호는, 전송 게이트 905a 및 905b가 게이트 신호ＴＸ1 및 ＴＸ2를 받은 타이밍에서, 2개의 플로팅 디퓨전(ＦＤ)영역ＦＤ1 및 ＦＤ2에 전송된다. 상기 두개의 ＦＤ영역의 전위ＶＦＤ1, ＶＦＤ2는, 리셋 회로 907a 및 907b가 리셋 신호ＲＥＳ1 및 ＲＥＳ2를 받은 타이밍에서, 각각 초기화된다.
비교 회로(312)는, 인에이블 신호ＣＯＥＮ을 받고, 전위ＶＦＤ1 및 ＶＦＤ2의 대소를 비교하고, 이 비교 결과를 레지스터 회로(313)에 기록한다. 펄스 생성 회로(314)는, 레지스터 회로(313)의 보유 신호와 클록 신호ＣＬＫ 및 인에이블 신호ＰＧＥＮ을 받고, 노광 패턴을 규정하는 게이트 신호ＧＡＴＥ1과 ＧＡＴＥ2, 및 제어 신호ＯＦＤ를 생성한다. 리셋 신호ＲＥＳ3은, 레지스터 회로(313)의 보유 신호를 초기화한다.
도10은, 본 실시 형태에 의한 광전변환장치의 화소의 동작을 도시한 타이밍 도다. 시각t1부터 t2까지의 기간에 있어서, ＲＥＳ1, ＲＥＳ2, ＲＥＳ3을 하이 레벨로 하여서, 두개의 ＦＤ영역의 전위ＶＦＤ1 및 ＶＦＤ2와, 레지스터 회로(313)의 보유 신호를 초기화한다. 시각t2부터 t3까지의 기간에 있어서, 제어 신호ＯＦＤ를 하이 레벨로 하여서, 포토다이오드(901)에 축적한 전하를 리셋 한다.
우선, 시각t3부터 t8까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제1서브프레임에 있어서의 구동을 설명한다. 시각t3에 광원으로부터 측정 대상물을 향해서 펄스 광을 조사한다. 이 펄스 광이 측정 대상물에 반사되어, 시각t4에 수광면에 도달한다. 시각t4부터 t5까지의 기간에 게이트 신호ＧＡＴＥ1을 하이 레벨로 하는 것에 의해, 시각t3 내지 t5에 대응하는 제1 노광 기간A에 있어서 포토다이오드(901)가 받는 광 전하의 전송을 행한다. 더욱이, 시각t6부터 t7까지의 기간에 게이트 신호ＧＡＴＥ2를 하이 레벨로 하는 것에 의해, 시각t5 내지 t7에 대응하는 제2 노광 기간B에 있어서 포토다이오드(901)가 받는 광 전하의 전송을 행한다. 이때, 상기 노광 기간A에 내포되는 t4에 있어서, 반사광의 펄스가 검출되기 때문에, 보유부(910a)의 전압값ＶＭ1이 변화된다. 상기 제1서브프레임의 기간내에, 시각t3부터 t7까지의 구동을 복수회 되풀이하는 것으로, 노광 기간A 및 B의 광 신호를 적산한다.
그 다음에, 시각t8부터 t16까지의 기간에, 보유부 910a, 910b의 보유 신호를 비교하는 구동을 설명한다. 시각t8부터 t16까지의 기간은, 펄스 생성 회로(314)의 인에이블 신호ＰＧＥＮ을 로 레벨로 하여, 포토다이오드(901)로부터의 광검출 신호를 보유부 910a 및 910b에 전송하지 않도록 한다. 시각t9부터 t10까지의 기간에서 ＲＥＳ1, ＲＥＳ2를 하이 레벨로 하여, ＦＤ전위ＶＦＤ1 및 ＶＦＤ2를 리셋 한다. 시각t10부터 t11까지의 기간에서 전송 신호ＴＸ1 및 ＴＸ2를 하이 레벨로 하여, 보유부 910a 및 910b에 보유된 신호 전하를 각각 ＦＤ1 및 ＦＤ2에 전송한다. 시각t12부터 t13까지의 기간에, 비교 회로(312)의 인에이블 신호ＣＯＥＮ을 하이 레벨로 한다. 그리고, 노광 기간A의 적산 신호량에 대응하는 ＶＦＤ1 및 노광 기간B의 적산 신호량에 대응하는 ＶＦＤ2의 대소의 비교 결과를, 디지털 신호로서 레지스터 회로(313)에 기록한다. 시각t14부터 t15까지의 기간에, ＲＥＳ1, ＲＥＳ2를 하이 레벨로 하여, ＦＤ전위ＶＦＤ1 및 ＶＦＤ2를 다시 리셋 한다. 시각t15부터 t16까지의 기간에 있어서, 제어 신호ＯＦＤ를 하이 레벨로서, 포토다이오드(901)에 축적한 전하를 리셋 한다.
시각t16부터 t20까지의 기간에 상당하는 제k프레임의 제2서브프레임에서는, 상기 비교 결과에 근거하여, 새로운 노광 기간A, 새로운 노광 기간B, 비노광 기간을 설정하고, 펄스 생성 회로(314)가 게이트 신호ＧＡＴＥ1, ＧＡＴＥ2 및 제어 신호ＯＦＤ를 생성한다.
새로운 노광 기간A는, 제1서브프레임에 있어서의 노광 기간A의 절반의 길이를 가지고, 시각t16부터 t17까지의 기간으로 규정된다. 새로운 노광 기간B는, 시각t17부터 t18까지의 기간으로 규정된다. 그리고, 비노광 기간은, 또 시각t18부터 t19까지의 기간으로 규정된다. 여기에서는, 제1서브프레임에 있어서의 신호 적산량이 컸던 노광 기간A를 2등분한 2개의 노광 기간을, 새롭게 노광 기간A 및 B이라고 설정하고 있다. 상기와 마찬가지로, 시각t20부터 t21까지의 비교 동작을 거쳐, 시각t21이후에 제k프레임의 제3서브프레임의 구동이 이어진다.
이렇게, 노광 동작(A, B), 비교 동작의 시퀀스를 복수회 되풀이 하여, 반사광 펄스의 타이밍을 바이너리 탐색함으로써, 측정 대상물까지의 거리측정의 정밀도를 높여 간다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광 신호의 보유 수단으로서, 광 전하신호를 보유하는 용량을 사용한 「전하보유 방식」의 예로서 설명했지만, 트랜지스터·앰프 등을 통해 전하정보를 전압정보로 변환하고, 이 전압신호를 보유하는 「전압보유 방식」을 사용해도 좋다.
본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지로, 비교 형태와 비교해서 고속으로 거리측정을 행하는 것이 가능해진다. 또한, ＡＰＤ 대신에 전하축적형의 포토다이오드를 사용하는 것으로, 동작 전압을 저감할 수 있다. 또한, 카운터 회로나 레지스터 회로 대신에 전하 또는 전압을 보유하는 용량소자를 사용하는 것으로, 화소의 미세화가 실현된다.
(실시 형태 5)
본 실시 형태에 대해서, 도11을 사용해서 설명한다. 도11은, 본 실시 형태에 있어서의 노광 패턴의 선택 순서의 일례의 설명도다. 도11(i)에서는, 반사광이 발광 주기에 대응하는 기간의 전반에 광전변환장치에 도달하는 경우를 나타내고, 도11(ii)에서는, 반사광이 발광 주기에 대응하는 기간의 후반에 센서에 도달하는 경우를 도시하고 있다.
본 실시 형태는 실시 형태 1과 비교하여, 제1서브프레임의 노광 기간A 및 B가, 발광 주기에 대응하는 기간을 망라하지 않고 있는 점이 다르다. 도11(i)의 제1서브프레임에 있어서, 노광 기간A 및 B의 광 신호량을 비교한다. 이때, 상기 두개의 노광 기간의 신호가 모두 일정한 역치에 eh달하지 않고 있을 경우는, 신호 비교시에 「노광 기간A에도 B에도 신호가 포함되어 있지 않다」라고 판정한다. 그리고, 제2서브프레임에 있어서의 노광 기간A 및 B는, 제1서브프레임의 노광 기간A 및 B와 중복하지 않고, 또 제1서브프레임의 노광 기간A 및 B와 같은 길이로 되도록 설정한다. 제2서브프레임에 있어서는, 반사광의 타이밍이 노광 기간B에 포함되어 있고, 상기 역치를 상회하는 신호량이 얻어진다. 따라서, 신호 비교시에 「노광 기간B에 신호가 포함되어 있다」라고 판정하고, 제2서브프레임의 노광 기간B를 한층 더 이분하는 형태에서, 제3서브프레임의 노광 기간A와 B를 결정한다.
한편, 도11(ii)에서는, 반사광의 타이밍이 제1서브프레임의 노광 기간A에 포함되어 있기 때문에, 신호 비교시에 「노광 기간A에 신호가 포함되어 있다」라고 판정한다. 그리고, 제1서브프레임의 노광 기간A를 한층 더 이분하는 형태에서, 제2서브프레임의 노광 기간A라고 B를 결정한다.
본 실시 형태의 바이너리 탐색 방식을 사용하면, 미리 추정되는 반사광의 타이밍의 주변의 기간을 우선적으로 탐색함으로써, 거리측정을 고속화할 수 있다.
(실시 형태 6)
본 실시 형태에 대해서, 도12를 사용해서 설명한다. 도12는, 본 실시 형태에 있어서의 바이너리 탐색을 사용한 거리측정의 일례의 설명도다. 도12(i)에 있어서는, 실시 형태 1과 비교하여, 발광 광의 펄스 폭이 최종 서브프레임인 제4서브프레임의 노광 기간A 및 B와 같은 정도로 설정되어 있는 점이 다르다.
도12(ii)는, 도12(i)의 시각t1부터 t2까지의 기간의 주변의 반사광 및 제4서브프레임의 노광 패턴을 확대한 도다. 반사광이 노광 패턴A의 시작 시각t1에 대하여, Δt만큼 늦은 타이밍에서 도달할 경우를 생각한다. 반사광의 대부분은 노광 기간A에 포함되기 때문에, 신호량을 비교하면, 노광 기간A쪽이 노광 기간B보다도 커진다. 이때, 반사광의 펄스 폭과 노광 기간A 및 B의 폭이 동등이라고 하면, 신호량A 및 B의 내분비를 사용하여, Δt는 하기 식으로 계산할 수 있다.
Δt=T/2×B/(A+B) ···식 1
또한, 상기한 식 1에서는, 외광이나 암 신호 출력의 영향을 무시할 수 있다고 가정했지만, 외광이나 암 신호 출력을 별도로 측정하고, 신호A 및 B로부터 감산한 뒤에, 상기 식을 사용해서 Δt를 구해도 좋다.
본 실시 형태에 의하면, 최종 서브프레임의 노광 기간의 길이보다도 미세한 시간분해능을 실현할 수 있기 때문에, 거리측정의 정밀도를 향상할 수 있다.
(실시 형태 7)
도13은, 본 실시 형태에 관계되는 광전변환 시스템(1200)의 구성을 도시한 블록도다. 본 실시 형태의 광전변환 시스템(1200)은, 광전변환장치(1204)를 포함한다. 여기에서, 광전변환장치(1204)는, 상술한 실시 형태에서 서술한 광전변환장치 중 어느 하나를 적용할 수 있다. 광전변환 시스템(1200)은 예를 들면, 촬상 시스템으로서 사용할 수 있다. 촬상 시스템의 구체 예로서는, 디지털 스틸 카메라, 디지털 캠코더, 감시 카메라 등을 들 수 있다. 도13에서는, 광전변환 시스템(1200)으로서 디지털 스틸 카메라의 예를 도시하고 있다.
도13에 도시한 광전변환 시스템(1200)은, 광전변환장치(1204), 피사체의 광학상을 광전변환장치(1204)에 결상시키는 렌즈 1202, 렌즈 1202를 통과하는 광량을 가변으로 하기 위한 조리개(1203), 렌즈 1202의 보호를 위한 배리어(1201)를 가진다.
렌즈(1202) 및 조리개(1203)는, 광전변환장치(1204)에 광을 집광하는 광학계다.
광전변환 시스템(1200)은, 광전변환장치(1204)로부터 출력되는 출력 신호의 처리를 행하는 신호 처리부(1205)를 가진다. 신호 처리부(1205)는, 필요에 따라서 입력 신호에 대하여 각종의 보정, 압축을 행해서 출력하는 신호 처리의 동작을 행한다. 광전변환 시스템(1200)은, 더욱, 화상 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 버퍼 메모리부(1206), 외부 컴퓨터 등과 통신하기 위한 외부 인터페이스부(외부I/Ｆ부)(1209)를 가진다.
더욱이, 광전변환 시스템(1200)은, 촬상 데이터의 기록 또는 독출을 행하기 위한 반도체 메모리 등의 기록 매체(1211), 기록 매체(1211)에 기록 또는 독출을 행하기 위한 기록 매체 제어 인터페이스부(기록 매체 제어I/Ｆ부)(1210)를 가진다. 기록 매체(1211)는, 광전변환 시스템(1200)에 내장되어 있어도 좋고, 착탈가능하여도 좋다.
또한, 기록 매체 제어I/Ｆ부(1210)로부터 기록 매체(1211)와의 통신이나 외부I/Ｆ부(1209)로부터의 통신은 무선에 의해 이루어져도 좋다.
더욱이, 광전변환 시스템(1200)은, 각종 연산을 행함과 아울러 디지털 스틸 카메라 전체를 제어하는 전체 제어·연산부(1208), 광전변환장치(1204)와 신호 처리부(1205)에 각종 타이밍 신호를 출력하는 타이밍 발생부(1207)를 가진다. 여기에서, 타이밍 신호 등은 외부로부터 입력되어도 좋고, 광전변환 시스템(1200)은, 적어도 광전변환장치(1204)와, 광전변환장치(1204)로부터 출력된 출력 신호를 처리하는 신호 처리부(1205)를 가지면 좋다. 제4의 실시 형태에서 설명한 바와 같이 타이밍 발생부(1207)는 광전변환장치에 탑재되어 있어도 좋다. 전체 제어·연산부(1208) 및 타이밍 발생부(1207)는, 광전변환장치(1204)의 제어 기능의 일부 또는 전부를 실시하도록 구성해도 좋다.
광전변환장치(1204)는, 화상용 신호를 신호 처리부(1205)에 출력한다. 신호 처리부(1205)는, 광전변환장치(1204)로부터 출력되는 화상용 신호에 대하여 미리 결정된 신호 처리를 실시하고, 화상 데이터를 출력한다. 또한, 신호 처리부(1205)는, 화상용 신호를 사용하여, 화상을 생성한다. 또한, 신호 처리부(1205)는, 광전변환장치(1204)로부터 출력되는 신호에 대하여 측거연산을 행해도 좋다. 또한, 신호 처리부(1205)나 타이밍 발생부(1207)는, 광전변환장치에 탑재되어 있어도 좋다. 즉, 신호 처리부(1205)나 타이밍 발생부(1207)는, 화소가 배치된 기판에 설치되어도 좋고, 다른 기판에 설치되는 구성이여도 좋다. 상술한 각 실시 형태의 광전변환장치를 사용해서 촬상 시스템을 구성하는 것에 의해, 보다 양질의 화상이 취득 가능한 촬상 시스템을 실현할 수 있다.
(실시 형태 8)
도14는, 전술한 실시 형태에 기재된 광전변환장치를 이용한 전자기기인 거리화상 센서(ＴｏＦ시스템)의 구성 예를 도시한 블록도다.
도14에 도시한 바와 같이, 거리화상 센서(401)은, 광학계(402), 광전변환장치(403), 화상처리 회로(404), 모니터(405), 및 메모리(406)를 구비하여 구성된다. 그리고, 거리화상 센서(401)는, 광원장치(411)로부터 피사체를 향해서 투광되어, 피사체의 표면에서 반사된 광(변조 광이나 펄스 광)을 수광함에 의해, 피사체까지의 거리에 따른 거리화상을 취득할 수 있다.
광학계(402)는, 1매 또는 복수매의 렌즈를 가지고 구성되어, 피사체로부터의 상(image)광(입사 광)을 광전변환장치(403)에 이끌고, 광전변환장치(403)의 수광면(센서부)에 결상시킨다.
광전변환장치(403)로서는, 상술한 각 실시 형태의 광전변환장치가 적용되고, 광전변환장치(403)로부터 출력되는 수광신호로부터 구해지는 거리를 나타내는 거리신호가 화상처리 회로(404)에 공급된다.
화상처리 회로(404)는, 광전변환장치(403)로부터 공급된 거리신호에 근거해서 거리화상을 구축하는 화상처리를 행한다. 그리고, 그 화상처리에 의해 얻어진 거리화상(화상 데이터)은, 모니터(405)에 공급되어서 표시되거나, 메모리(406)에 공급되어서 기억(기록)되거나 한다.
이렇게 구성되어 있는 거리화상 센서(401)에서는, 상술한 광전변환장치를 적용함으로써, 화소의 특성향상에 따라, 예를 들면, 보다 정확한 거리화상을 취득할 수 있다.
(실시 형태 9)
본 실시 형태의 광전변환 시스템 및 이동체에 대해서, 도15를 사용해서 설명한다. 도15는, 본 실시 형태에 의한 광전변환 시스템 및 이동체의 구성 예를 도시한 개략도다. 본 실시 형태에서는, 광전변환 시스템으로서, 차재 카메라의 일례를 나타낸다.
도15는, 차량 시스템과 이것에 탑재되는 촬상을 행하는 광전변환 시스템의 일례를 도시한 것이다. 본 실시 형태에서는, 2개의 광전변환장치(1302)는, 차량(1300)의 전방에 배치된다. 구체적으로는, 차량(1300)의 진퇴 방위 또는 외형(예를 들면, 차폭)에 대한 중심선을 대칭축으로 보고 판단하고, 그 대칭축에 대하여 2개의 광전변환장치(1302)가 선대칭으로 배치되면, 차량(1300)과 피사대상물과의 사이의 거리정보의 취득이나 충돌 가능성의 판정을 행한 뒤에 바람직하다. 또한, 광전변환장치(1302)는, 운전자가 운전석에서 차량(1300)의 밖의 상황을 시인할 때에 운전자의 시야를 방해하지 않는 배치가 바람직하다. 또한, 차량(1300)의 후방에도 광전변환장치(1302)를 배치하고, 후방의 차량이 근접하였을 때에 경보를 울리는 구성으로 하여도 좋다.
이렇게, 광전변환장치는, 다른 차량에 추종하여 자동운전하는 제어나, 차선으로부터 비어져 나오지 않도록 자동운전하는 제어 등에도 적용가능하다. 더욱이, 광전변환 시스템(1301)은, 자신 차량 등의 차량에 한정하지 않고, 예를 들면, 선박, 항공기 혹은 산업용 로봇 등의 이동체(이동 장치)에 적용할 수 있다. 추가로, 이동체에 한정하지 않고, 고도 도로교통 시스템(ＩＴＳ)등, 널리 물체인식을 이용하는 기기에 적용할 수 있다.
본 발명의 광전변환장치는, 한층 더, 거리정보 등 각종 정보를 취득 가능한 구성이여도 좋다.
(그 밖의 실시 형태)
이상, 각 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것들의 실시 형태에 제한되는 것이 아니고, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 또한, 각 실시 형태는 서로 적용가능하다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것이 아니고, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해서 이하의 청구항을 첨부한다.
본원은, 2020년 10월 21일 제출된 일본국 특허출원 특원 2020-176599를 기초로 하여서 우선권을 주장하는 것으로, 그 기재 내용의 전부를 여기에 인용한다.

Claims (21)

  1. 광전변환부와,
    제1의 노광 기간 및 상기 제1의 노광 기간과는 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 상이한 제2의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값을 보유하는 광량값 보유부와,
    상기 제1의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값과, 상기 제2의 노광 기간에 발생한 신호 전하에 근거하는 광량값을 비교하는 비교부와,
    상기 비교부의 비교 결과에 근거하여, 제3의 노광 기간과 상기 제3의 노광 기간과는 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 상이한 제4의 노광 기간을 설정하도록 제어하는 제어부를, 가지고,
    상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간은, 상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간의 적어도 한쪽보다도 짧은 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전변환부는, 애벌란시 포토다이오드이며,
    상기 광량값 보유부는, 상기 광전변환부에서 애벌란시 증배된 신호를 카운트 하는 카운터 회로를 가지는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광량값 보유부는, 상기 카운터 회로의 카운트 값을 보유하는 기록 회로를, 가지는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 카운터 회로는 제1의 카운터 회로와 제2의 카운터 회로를 포함하고,
    상기 제1의 노광 기간에 있어서의 광량값은, 상기 제1의 카운터 회로에서 카운트 되고,
    상기 제2의 노광 기간에 있어서의 광량값은, 상기 제2의 카운터 회로에서 카운트 되는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광전변환부는, 제1의 애벌란시 포토다이오드, 제2의 애벌란시 포토다이오드를 포함하고,
    상기 카운터 회로는 제1의 카운터 회로와 제2의 카운터 회로를 포함하며,
    상기 제1의 노광 기간에 있어서, 상기 제1의 애벌란시 포토다이오드로부터 얻어진 광량값은 상기 제1의 카운터 회로에서 카운트 되고,
    상기 제2의 노광 기간에 있어서, 상기 제2의 애벌란시 포토다이오드로부터 얻어진 광량값은 상기 제2의 카운터 회로에서 카운트 되는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애벌란시 포토다이오드는 가이거 모드로 동작하는 ＳＰＡＤ인 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전변환부는, 전하축적형의 포토다이오드이며,
    상기 광전변환부는 오버플로우 드레인 회로의 일부를 구성하고,
    상기 오버플로우 드레인 회로의 온 오프를 제어하는 것에 의해 노광 기간을 제어하는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간은, 상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간보다도 짧은 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비교부의 비교 결과에 있어서, 상기 제1의 노광 기간에 있어서의 광량값 및 상기 제2의 노광 기간에 있어서의 광량값이 미리 결정된 역치에 도달하지 않고 있는 경우는, 상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간 중 어디에도 겹치지 않는 기간을 상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간으로서 설정하는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간은, 상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간 중 상기 비교부와의 비교 결과로 광량이 많은 기간의 길이의 범위내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 노광 기간 및 상기 제2의 노광 기간은 같은 길이이며,
    상기 제3의 노광 기간 및 상기 제4의 노광 기간은 같은 길이인 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전변환부의 노드와 상기 광량값 보유부의 노드와의 사이에 상기 광전변환부와 상기 광량값 보유부와의 노드를 접속할 것인가 아닌가를 제어하는 스위치가 배치되고,
    상기 제1의 노광 기간, 상기 제2의 노광 기간, 상기 제3의 노광 기간, 및 상기 제4의 노광 기간은 상기 스위치의 온 오프를 제어함으로써 상기 노광 기간을 설정하는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    광원의 발광 타이밍과 같거나 또는 미리 결정된 기간이 경과하는 타이밍에서 상기 스위치의 제어 신호를 제1의 레벨로부터 제2의 레벨로 천이시키는 것으로 상기 제1의 노광 기간을 시작하고, 상기 제1의 노광 기간을 시작하고 나서 미리 결정된 기간을 경과한 후에 상기 스위치의 제어 신호를 상기 제2의 레벨로부터 상기 제1의 레벨로 천이시키는 것으로 상기 제1의 노광 기간을 종료하고,
    상기 제1의 노광 기간이 종료하고 나서 미리 결정된 기간을 경과한 후에 상기 스위치의 제어 신호를 상기 제1의 레벨로부터 상기 제2의 레벨로 천이시키는 것으로 상기 제2의 노광 기간을 시작하고, 상기 제2의 노광 기간을 시작하고 나서 미리 결정된 기간을 경과한 후에 상기 스위치의 제어 신호를 상기 제2의 레벨로부터 상기 제1의 레벨로 천이시키는 것으로 상기 제2의 노광 기간을 종료하는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 스위치는 ＰＭＯＳ트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 노광 기간을 되풀이한 후에, 상기 제2의 노광 기간을 복수회 되풀이 하고,
    상기 제1의 노광 기간에 얻어진 광량값은, 상기 복수회의 상기 제1의 노광 기간에서 얻어진 광량값을 적산해서 얻어진 값이며,
    상기 제2의 노광 기간에 얻어진 광량값은, 상기 복수회의 상기 제2의 노광 기간에서 얻어진 광량값을 적산해서 얻어진 값인 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    신호 처리부를 구비하고,
    상기 제1의 노광 기간에 얻어진 광량값 및 상기 제2의 노광 기간에 얻어진 광량값을,
    상기 신호 처리부에 출력하는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    적산하기 전의 상기 복수회의 상기 제1의 노광 기간의 각각의 광량값도 상기 신호 처리부에 출력하고,
    적산하기 전의 상기 복수회의 상기 제2의 노광 기간의 각각의 광량값도 상기 신호 처리부에 출력하는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전변환부는 제1의 기판에 배치되고,
    상기 비교부는 제2의 기판에 배치되며,
    상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판은 적층해서 접합되는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전변환장치는, 광원으로부터 발광된 광이 대상물에서 반사하는 광을 측정하는 광전변환장치이고,
    상기 제1의 노광 기간은, 상기 광원으로부터의 발광 타이밍부터 제1의 지연 시간을 경과해서 노광을 시작하는 기간이고,
    상기 제2의 노광 기간은, 상기 광원으로부터의 발광 타이밍부터 제2의 지연 시간을 경과해서 노광을 시작하는 기간이며,
    상기 제1의 지연 시간과 상기 제2의 지연 시간의 길이가 상이한 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
  20. 광원과,
    제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 기재된 광전변환장치와,
    상기 광원으로부터 조사되어 대상물로부터 반사된 반사광을 상기 광전변환장치에 의해 검지하는 광전변환 시스템.
  21. 광전변환부와,
    제1의 노광 기간 및 상기 제1의 노광 기간은 시작 타이밍 및 종료 타이밍의 적어도 한쪽이 다른 제2의 노광 기간에 입사해서 얻어진 신호 전하에 근거하는 광량값을 보유하는 광량값 보유부와,
    상기 제1의 노광 기간에 얻어진 광량값과 상기 제2의 노광 기간에 얻어진 광량값을 비교하는 비교부를, 가지고,
    상기 비교부의 비교 결과에 따라, 제3의 노광 기간 및 제4의 노광 기간을 제어하는 제어부를, 가지는 것을 특징으로 하는 광전변환장치.
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