專利名稱：光檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測光入射的二次元位置的光檢測裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的光檢測裝置中，一般使用MOS型圖像傳感器等的固體攝像元件，將由攝像取得的圖像資料取入圖像存儲器，進(jìn)行圖像處理以檢測二次元位置(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本特開平01-167769號公報但是，在上述現(xiàn)有的技術(shù)中，因為需要儲存所得到的圖像資料的圖像存儲器，所以裝置結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。而且，由于在將圖像資料儲存于圖像存儲器后進(jìn)行運(yùn)算處理以檢測二次元位置，所以二次元位置的檢測處理需要花費(fèi)時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述方面所作出的，其目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)二次元位置的檢測處理的高速化以及構(gòu)成的簡單化的光檢測裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的光檢測裝置是具有二次元排列像素的光感應(yīng)區(qū)域的光檢測裝置，其特征在于將根據(jù)分別入射的光的強(qiáng)度輸出相應(yīng)電流的多個光感應(yīng)部分鄰接設(shè)置在同一面內(nèi)，構(gòu)成一個像素，使橫跨排列于所述二次元排列中的第一方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，使橫跨排列于所述二次元排列中的第二方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的另一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，其中包括第一積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第一方向的所述多個像素間電連接的一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第一最大值檢測電路，檢測所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出的最大值；第一A/D轉(zhuǎn)換電路，將從通過所述第一最大值檢測電路檢測的所述最大值到比所述最大值小預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值；第二積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第二方向的所述多個像素間電連接的另一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第二最大值檢測電路，檢測所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出的最大值；和第二A/D轉(zhuǎn)換電路，將從通過所述第二最大值檢測電路所檢測的所述最大值到比所述最大值小預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值。
在與本發(fā)明有關(guān)的光檢測裝置中，入射到一個像素的光在構(gòu)成該像素的多個光感應(yīng)部分的每一個中被檢測出，對應(yīng)光強(qiáng)度的電流向每一光感應(yīng)部分被輸出。而且，因為一方的光感應(yīng)部分彼此橫跨排列于二次元排列中的第一方向的多個像素而電連接，所以來自一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第一方向。而且，因為另一方的光感應(yīng)部分彼此橫跨排列于二次元排列中的第二方向的多個像素而電連接，所以來自另一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第二方向。如此，因為來自一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第一方向，并且來自另一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第二方向，所以可以分別獨(dú)立獲得在第一方向的亮度分布與在第二方向的亮度分布。其結(jié)果，能夠通過在一個像素配設(shè)多個光感應(yīng)部分這種極簡單的構(gòu)成，高速地檢測入射的光的二次元位置。
而且，在本發(fā)明中，因為設(shè)從通過第一最大值檢測電路所檢測的最大值到比該最大值小預(yù)定值的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第一積分電路的每一個所輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以與比上述最大值小預(yù)定值的值相比還小的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，即使在光感應(yīng)區(qū)域背景光入射的情況下，也能夠在除去背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自一方的光感應(yīng)部分的電流輸出。而且，因為設(shè)從通過第二最大值檢測電路所檢測的最大值到比該最大值小預(yù)定值的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第二積分電路的每一個所輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以與比上述最大值小預(yù)定值的值相比還小的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，可在除去背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自另一方的光感應(yīng)部分的電流輸出。其結(jié)果，能夠以較少的計算量精度極佳地檢測入射的光的二次元位置。
此外，優(yōu)選還具有第一電平移位電路，將通過所述第一最大值檢測電路檢測出的所述最大值減去所述預(yù)定值而求得的電壓輸出，從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出中減去，并向所述第一A/D轉(zhuǎn)換電路輸出；和第二電平移位電路，將通過所述第二最大值檢測電路檢測出的所述最大值減去所述預(yù)定值而求得的電壓輸出，從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出中減去，并向所述第二A/D轉(zhuǎn)換電路輸出。
與本發(fā)明有關(guān)的光檢測裝置是具有二次元排列有像素的光感應(yīng)區(qū)域的光檢測裝置，其特征在于將根據(jù)分別入射的光的強(qiáng)度輸出相應(yīng)電流的多個光感應(yīng)部分鄰接設(shè)置在同一面內(nèi)，構(gòu)成一個像素，使橫跨排列于所述二次元排列中的第一方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，使橫跨排列于所述二次元排列中的第二方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的另一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，其中包括第一積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第一方向的所述多個像素間電連接的一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第一最小值檢測電路，檢測從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出的最小值；第一A/D轉(zhuǎn)換電路，將通過所述第一最小值檢測電路檢測的所述最小值到比所述最小值大預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值；第二積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第二方向的所述多個像素間電連接的另一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第二最小值檢測電路，檢測從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出的最小值；以及第二A/D轉(zhuǎn)換電路，將通過所述第二最小值檢測電路檢測的所述最小值到比所述最小值大預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值。
在與本發(fā)明有關(guān)的光檢測裝置中，入射到一個像素的光在構(gòu)成該像素的多個光感應(yīng)部分的每一個中被檢測出，對應(yīng)光強(qiáng)度的電流向每一光感應(yīng)部分被輸出。而且，因為一方的光感應(yīng)部分彼此橫跨排列于二次元排列中的第一方向的多個像素而電連接，所以來自一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第一方向。而且，因為另一方的光感應(yīng)部分彼此橫跨排列于二次元排列中的第二方向的多個像素而電連接，所以來自另一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第二方向。如此，因為來自一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第一方向，并且來自另一方的光感應(yīng)部分的電流輸出被送到第二方向，所以可以分別獨(dú)立獲得在第一方向的亮度分布與在第二方向的亮度分布。其結(jié)果，能夠通過在一個像素配設(shè)多個光感應(yīng)部分這種極簡單的構(gòu)成，高速地檢測入射的光的二次元位置。
而且，在本發(fā)明中，因為設(shè)從通過第一最小值檢測電路所檢測的最小值到比該最小值大預(yù)定值的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第一積分電路的每一個所輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以與比上述最小值大預(yù)定值的值相比還大的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，即使在光感應(yīng)區(qū)域背景光入射的情況下，也能夠在除去背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自一方的光感應(yīng)部分的電流輸出。而且，因為設(shè)從通過第二最小值檢測電路所檢測的最小值到比該最小值大預(yù)定值的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第二積分電路的每一個所輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以與比上述最小值大預(yù)定值的值相比還大的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，可在除去背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自另一方的光感應(yīng)部分的電流輸出。其結(jié)果，能夠以較少的計算量精度極佳地檢測入射的光的二次元位置。
而且，優(yōu)選上述光檢測裝置與向?qū)ο笪镎丈涔獾墓庠匆黄鹗褂?，運(yùn)算處理與從光源照射的光有關(guān)的信息。在這樣構(gòu)成的情況下，能夠高速且精度極佳地檢測出關(guān)于從光源照射的光的信息。
而且，與上述光有關(guān)的信息優(yōu)選是指，從光源照射的光的反射光在上述二次元排列中的第一方向以及第二方向的亮度分布。
而且，與上述光有關(guān)的信息優(yōu)選是指，從光源照射的光的直接光在上述二次元排列中的第一方向以及第二方向的亮度分布。


圖1是顯示與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的概念構(gòu)成圖。
圖2是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖。
圖3是沿著圖2的III-III線的剖面圖。
圖4是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖。
圖5是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖。
圖6是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖。
圖7是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖。
圖8是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖。
圖9是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的第一信號處理電路的簡要構(gòu)成圖。
圖10是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的第二信號處理電路的簡要構(gòu)成圖。
圖11是顯示包含于第一信號處理電路的第一積分電路的電路圖。
圖12是顯示包含于第一信號處理電路的第一取樣與保持電路的電路圖。
圖13是顯示包含于第一信號處理電路的第一最大值檢測電路的電路圖。
圖14是顯示包含于第一信號處理電路的第一電平移位電路的電路圖。
圖15A是顯示輸入第一積分電路的Reset信號的時序變化圖。
圖15B是顯示自第一積分電路輸出的信號的時序變化圖。
圖15C是顯示輸入第一取樣與保持電路的Hold信號的時序變化圖。
圖15D是顯示從第一取樣與保持電路輸出的信號的時序變化圖。
圖15E是顯示從第一移位寄存器輸出的信號的時序變化圖。
圖15F是顯示從第一移位寄存器輸出的信號的時序變化圖。
圖15G是顯示從第一移位寄存器輸出的信號的時序變化圖。
圖15H是顯示輸入第一電平移位電路的信號的時序變化圖。
圖16是對一方的光感應(yīng)部分群的位置顯示輸入第一電平移位電路的電壓輸出Hout的線圖。
圖17是相對一方的光感應(yīng)部分群的位置顯示第一A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出的線圖。
圖18A是顯示輸入第二積分電路的Reset信號的時序變化圖。
圖18B是顯示從第二積分電路輸出的信號的時序變化圖。
圖18C是顯示輸入第二取樣與保持電路的Hold信號的時序變化圖。
圖18D是顯示從第二取樣與保持電路輸出的信號的時序變化圖。
圖18E是顯示從第二移位寄存器輸出的信號的時序變化圖。
圖18F是顯示從第二移位寄存器輸出的信號的時序變化圖。
圖18G是顯示從第二移位寄存器輸出的信號的時序變化圖。
圖18H是顯示輸入第二電平移位電路的信號的時序變化圖。
圖19是相對另一方的光感應(yīng)部分群的位置顯示輸入第二電平移位電路的電壓輸出Vout的線圖。
圖20是相對另一方的光感應(yīng)部分群的位置顯示第二A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出的線圖。
圖21是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的第一信號處理電路的變形例的簡要構(gòu)成圖。
圖22是顯示包含于與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的第二信號處理電路的變形例的簡要構(gòu)成圖。
圖23是顯示使用與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的位置檢測系統(tǒng)的一例的簡要構(gòu)成圖。
圖24是顯示包含于圖23所示的位置檢測系統(tǒng)的光檢測部的簡要構(gòu)成圖。
圖25是顯示使用與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的位置檢測系統(tǒng)的一例的簡要構(gòu)成圖。
圖26是顯示與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的變形例的概念構(gòu)成圖。
具體實施例方式
針對與本發(fā)明的實施方式有關(guān)的光檢測裝置，參照附圖進(jìn)行說明。其中，在說明中對于同一要素或者具有同一功能的要素使用同一符號，并省略重復(fù)的說明。在以下中，令參數(shù)M以及N分別為2以上的整數(shù)。而且，只要不特別明示，設(shè)參數(shù)m為1以上M以下的任意整數(shù)，設(shè)參數(shù)n為1以上N以下的任意整數(shù)。
圖1是顯示與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置的概念構(gòu)成圖。與本實施方式有關(guān)的光檢測裝置1如圖1所示具有光感應(yīng)區(qū)域10、第一信號處理電路20以及第二信號處理電路30。光檢測裝置1例如檢測由發(fā)光元件(LED、半導(dǎo)體激光器等)照射到對象物的點(spot)光的直接光或者反射光的入射位置。
對于光感應(yīng)區(qū)域10來說，像素11mn被二次元排列成M行N列。一個像素是通過在同一面內(nèi)鄰接而配設(shè)輸出對應(yīng)分別入射的光的強(qiáng)度的電流的光感應(yīng)部分12mn(第一光感應(yīng)部分)以及光感應(yīng)部分13mn(第二光感應(yīng)部分)而構(gòu)成。因此，在光感應(yīng)區(qū)域10中，光感應(yīng)部分12mn與光感應(yīng)部分13mn成為在二次元混合存在的狀態(tài)下而排列在同一面內(nèi)。
橫跨排列于二次元排列中的第一方向的多個像素1111～111N、1121～112N…、11M1～11MN，構(gòu)成該各像素11mn的多個光感應(yīng)部分12mn、13mn之中一方的光感應(yīng)部分12mn彼此(例如一方的光感應(yīng)部分1211～121N)互相電連接。而且，橫跨排列于二次元排列中的第二方向的多個像素1111～11M1、1112～11M2…、111N～11MN，構(gòu)成該各像素11mn的多個光感應(yīng)部分12mn、13mn之中另一方的光感應(yīng)部分13mn彼此(例如另一方的光感應(yīng)部分1311～13M1)互相電連接。
此處，根據(jù)圖2以及圖3針對光感應(yīng)區(qū)域10的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖2是顯示包含于光檢測裝置的光感應(yīng)區(qū)域的一例的主要部位擴(kuò)大俯視圖，圖3是沿著圖2的III-III線的剖面圖。此外，在圖2中省略保護(hù)層48的圖標(biāo)。
光感應(yīng)區(qū)域10包含由P型(第一導(dǎo)電型)的半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體基板40，以及形成于該半導(dǎo)體基板40的表層的N型(第二導(dǎo)電型)的半導(dǎo)體區(qū)域41、42。因此，各光感應(yīng)部分12mn、13mn包含半導(dǎo)體基板40部分與一組第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42，構(gòu)成光電二極管。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42如圖2所示，從光入射方向看大致呈三角形狀，在一個像素中兩個區(qū)域41、42的一邊互相鄰接而形成。半導(dǎo)體基板40被作成接地電位。其中，光感應(yīng)區(qū)域10包含由N型的半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成于該半導(dǎo)體基板的表層的P型的半導(dǎo)體區(qū)域而構(gòu)成也可以。區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)由圖2得知是在第一方向以及第二方向中交互排列。而且，區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)是在交叉于第一方向與第二方向(例如在45°交叉)的第三方向以及第四方向中交互排列。
在半導(dǎo)體基板40與區(qū)域41、42之上形成有第一絕緣層43，經(jīng)由形成于此第一絕緣層43上的接觸孔(contact hole)，第一配線44電連接于一方的區(qū)域41。而且，經(jīng)由形成于第一絕緣層43上的接觸孔，電極45電連接于另一方的區(qū)域42。
在第一絕緣層43之上形成有第二絕緣層46，經(jīng)由形成于此第二絕緣層46上的接觸孔，第二配線47電連接于電極45。因此，另一方的區(qū)域42經(jīng)由電極45電連接于第二配線47。
在第二絕緣層46之上形成有保護(hù)層48。第一絕緣層43、第二絕緣層46以及保護(hù)層48是由SiO2或者SiN等構(gòu)成。第一配線44、電極45以及第二配線47是由Al等的金屬構(gòu)成。
第一配線44橫跨第一方向而電連接于各像素11mn中的一方的區(qū)域41，延伸于第一方向配設(shè)像素11mn間。如此，通過以第一配線44連接各像素11mn中的一方的區(qū)域41，橫跨排列于二次元排列中的第一方向的多個像素1111～111N、1121～112N…、11M1～11MN，一方的光感應(yīng)部分12mn彼此(例如一方的光感應(yīng)部分1211～121N)電連接，在光感應(yīng)區(qū)域10中構(gòu)成有較長地延伸于第一方向的光反應(yīng)部。此較長地延伸于第一方向的光反應(yīng)部形成有M列。
第二配線47橫跨第二方向而電連接于各像素11mn中的另一方的區(qū)域42，延伸于第二方向配設(shè)像素11mn間。如此，通過以第二配線47連接各像素11mn中的另一方的區(qū)域42，橫跨排列于二次元排列中的第二方向的多個像素1111～11M1、1112～11M2…、111N～11MN，另一方的光感應(yīng)部分13mn彼此(例如另一方的光感應(yīng)部分1311～13M1)電連接，在光感應(yīng)區(qū)域10中構(gòu)成有較長地延伸于第二方向的光反應(yīng)部。此較長地延伸于第二方向的光反應(yīng)部形成有N行。
而且，在光感應(yīng)區(qū)域10中成為上述較長地延伸于第一方向的M列的光感應(yīng)部與較長地延伸于第二方向的N行的光感應(yīng)部形成于同一面上。
區(qū)域41、42的形狀不限于圖2所示的略三角形狀，如圖4～圖8所示為其它形狀也可以。
對于圖4所示的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(光感應(yīng)部分)來說，從光入射方向看呈長方形狀，在一個像素中兩個區(qū)域41、42的長邊互相鄰接而形成。區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)是在第二方向中交互排列。如圖4所示，即使每一個像素其第一方向與第二方向的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的面積不同，只要在像素間各個方向的每一個上為一定即可。即，只要在延伸于同一方向的所有配線中的每個所連接的光感應(yīng)區(qū)域的總面積相同即可。
對于圖5所示的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(光感應(yīng)部分)來說，在第一方向上連續(xù)形成大致呈三角形狀的一方的區(qū)域41。另一方的區(qū)域42大致呈三角形狀，在各像素11mn間獨(dú)立形成。區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)是在第二方向中交互排列。其中，當(dāng)在第一方向連續(xù)形成一方的區(qū)域41的情況下，未必需要配設(shè)第一配線44，但是因為考慮到伴隨著串聯(lián)電阻的增加會使讀出速度降低，所以優(yōu)選由第一配線44電連接各區(qū)域41。
對于圖6所示的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(光感應(yīng)部分)來說，每一個像素由四個區(qū)域41a、41b、42a、42b構(gòu)成，以位于對角的區(qū)域作為一對，由第一配線44或者第二配線47電連接。區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)是在第一方向以及第二方向中交互排列。此外，區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)是在第三方向以及第四方向上交互排列。
圖7所示的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(光感應(yīng)部分)是使兩個梳子狀的區(qū)域41、42互相嚙合而形成。
對于圖8所示的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域(光感應(yīng)部分)來說，從光入射方向看呈四角形以上的多角形狀(例如八角形狀)，在一個像素中一邊鄰接而形成。而且，區(qū)域41與區(qū)域42是在一個像素中并設(shè)在交叉于第一方向與第二方向的第三方向，由光入射方向看排列成蜂窩狀。即，區(qū)域41(光感應(yīng)部分12mn)與區(qū)域42(光感應(yīng)部分13mn)是在第三方向以及第四方向上交互排列。
接著，根據(jù)圖9以及圖10針對第一信號處理電路20以及第二信號處理電路30的構(gòu)成來說明。圖9是顯示第一信號處理電路的簡要構(gòu)成圖，圖10是顯示第二信號處理電路的簡要構(gòu)成圖。
如圖9所示，第一信號處理電路20具有第一積分電路110、第一定時控制電路120、第一取樣與保持電路(以下稱為第一S/H電路)130、第一最大值檢測電路140、第一移位寄存器(shift register)150、第一開關(guān)元件160、第一電平移位電路(level shift circuit)170、第一A/D轉(zhuǎn)換電路180。
各第一積分電路110是與在排列于第一方向的多個像素1111～111N、1121～112N…、11M1～11MN間被電連接的一方的光感應(yīng)部分12mn群(由一方的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41構(gòu)成，較長地延伸于第一方向的M列的光反應(yīng)部)相對應(yīng)而配設(shè)的，將來自所對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分12mn群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出該電壓輸出。第一積分電路110如圖11所示，在輸入端子與輸出端子之間互相并聯(lián)連接有放大器A1、電容元件C1以及開關(guān)元件SW1。第一積分電路110在開關(guān)元件SW1斷開時電容元件C1放電而初始化。另一方面，第一積分電路110在開關(guān)元件SW1接通時，將輸入到輸入端子的電荷儲存于電容元件C1，由輸出端子輸出對應(yīng)該儲存的電荷的量的電壓輸出。開關(guān)元件SW1根據(jù)由第一定時控制電路120輸出的Reset(重置)信號開關(guān)。第一定時控制電路120輸出控制開關(guān)元件SW1的開關(guān)的Reset信號以及控制后述的開關(guān)元件SW3的開關(guān)的Hold(保持)信號。
第一S/H電路130是對應(yīng)第一積分電路110而配設(shè)，保持由所對應(yīng)的第一積分電路110輸出的電壓輸出并輸出。第一S/H電路130如圖12所示，在輸入端子與輸出端子之間依次具有開關(guān)元件SW3以及放大器A3，開關(guān)元件SW3與放大器A3的連接點經(jīng)由電容元件C3接地。第一S/H電路130在開關(guān)元件SW3斷開時將由第一積分電路110輸出的電壓輸出存儲于電容元件C3，即使開關(guān)元件SW3接通后也保持電容元件C3的電壓輸出，經(jīng)由放大器A3輸出其電壓輸出。開關(guān)元件SW3根據(jù)由第一定時控制電路120輸出的Hold信號而開關(guān)。
第一開關(guān)元件160通過第一移位寄存器150控制而依次斷開，依次使從第一S/H電路130輸出的電壓輸出輸入到第一電平移位電路170。第一移位寄存器150通過來自第一定時控制電路120輸出的信號(未圖標(biāo))使其動作被控制，輸出控制第一開關(guān)元件160的開關(guān)的信號shift(Hm)。
其中，根據(jù)圖15A～圖15H針對第一積分電路110、第一定時控制電路120、第一S/H電路130、第一移位寄存器150以及第一開關(guān)元件160的動作進(jìn)行說明。圖15A～圖15H是用以說明第一積分電路、第一定時控制電路、第一S/H電路、第一移位寄存器以及第一開關(guān)元件的動作的時序圖。
通過使Reset信號為Low(參照圖15A)而使各第一積分電路110的開關(guān)元件SW1接通。若開關(guān)元件SW1接通，則由所對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分12mn群輸出的電荷被儲存于電容元件C1，從第一積分電路110的輸出端子輸出的電壓輸出逐漸變大(參照圖15B)。然后，當(dāng)Hold信號成為High(參照圖15C)，各第一S/H電路130的開關(guān)元件SW3斷開時，從各第一積分電路110的輸出端子輸出的電壓輸出經(jīng)由各第一S/H電路130的開關(guān)元件SW3而保持于各第一S/H電路130的電容元件C3。即使Hold信號成為Low開關(guān)元件SW3接通后，保持于各第一S/H電路130的電容元件C3的電壓輸出也從放大器A3輸出(參照圖15D)。然后，通過使Reset信號成為High，各第一積分電路110的開關(guān)元件SW1斷開，而使電容元件C1放電而被初始化。
接著，從第一移位寄存器150依次輸出具有對應(yīng)預(yù)定期間的脈沖寬度的信號shift(Hm)(參照圖15E～圖15G)。若由第一移位寄存器150輸出shift(Hm)給對應(yīng)的第一開關(guān)元件160，則第一開關(guān)元件160依次斷開，從對應(yīng)的第一S/H電路130的放大器A3輸出的電壓輸出依次被送到第一電平移位電路170(參照圖15H)。
如此，從各第一S/H電路130(第一積分電路110)，將由在排列于第一方向的多個像素1111～111N、1121～112N…、11M1～11MN間被電連接的一方的光感應(yīng)部分12mn群所儲存并對應(yīng)電荷(電流輸出)的電壓輸出Hout，也如圖16所示，作為每一對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分12mn群依次的時間序列數(shù)據(jù)(data)而輸出到第一電平移位電路170。該時間序列數(shù)據(jù)表示在第二方向的亮度分布(模擬數(shù)據(jù))。
再次參照圖9。第一最大值檢測電路140檢測從第一S/H電路130的每一個輸出的電壓的最大值。第一最大值檢測電路140如圖13所示，具備NMOS晶體管T1～TM、電阻R1～R3以及差動放大器A4。各晶體管Tm的源極端子接地。各晶體管Tm的漏極端子是經(jīng)由電阻Rdd連接于電源電壓Vdd，并且經(jīng)由電阻R1連接于差動放大器A4的反轉(zhuǎn)輸入端子。各晶體管Tm的門極端子是與第一S/H電路130的輸出端子連接，輸入從第一S/H電路130輸出的電壓輸出。而且，在差動放大器A4的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間配設(shè)有電阻R2，差動放大器A4的非反轉(zhuǎn)輸入端子被接地。在此第一最大值檢測電路140中，從第一S/H電路130輸出的電壓輸出輸入到晶體管Tm的門極端子，對應(yīng)各電壓輸出中的最大值的電位顯現(xiàn)于晶體管Tm的漏極端子。而且，該漏極端子的電位是以對應(yīng)電阻R1以及R2的每一個的電阻值的比的放大率而被差動放大器A4放大，該被放大的電壓輸出的值作為最大電壓Vmax1從輸出端子輸出到第一電平移位電路170。
第一電平移位電路170移位從第一S/H電路130的每一個依次輸出的電壓輸出Hout的電平。第一電平移位電路170如圖14所示，具備電阻R3～R10以及差動放大器A5、A6。在差動放大器A5的反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電阻R3輸入移位電壓輸出Vshift1。在差動放大器A5的非反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電阻R5連接有來自第一最大值檢測電路140的輸出，輸入來自第一最大值檢測電路140的輸出(最大電壓輸出Vmax1)。在差動放大器A5的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間配設(shè)有電阻R4，差動放大器A5的非反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電阻R6接地。對于從差動放大器A5輸出的電壓輸出來說，當(dāng)電阻R3～R6具有相同值時，變成為最大電壓輸出Vmax1減去移位電壓輸出Vshift1的電壓輸出(Vmax1-Vshift1)。
差動放大器A5的輸出端子經(jīng)由電阻R7連接于差動放大器A6的反轉(zhuǎn)輸入端子。在差動放大器A6的非反轉(zhuǎn)輸入端子，每個第一開關(guān)元件160(第一S/H電路130)的輸出是經(jīng)由電阻R9連接，輸入上述電壓輸出Hout。在差動放大器A6的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間配設(shè)有電阻R8，差動放大器A6的非反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)由電阻R10接地。由差動放大器A6輸出的電壓輸出變成為由第一S/H電路130的每一個經(jīng)由第一開關(guān)元件160依次輸出的電壓輸出Hout減去電壓輸出(Vmax1-Vshift1)的電壓輸出VADIN1(＝Hout-Vmax1+Vshift1)，此電壓輸出VADIN1被輸出到第一A/D轉(zhuǎn)換電路180。因此，從第一S/H電路130的每一個依次輸出的電壓輸出Hout的值僅對應(yīng)電壓輸出(Vmax1-Vshift1)的預(yù)定值的部分減少而移位。
通過上述內(nèi)容，對于從通過第一最大值檢測電路140檢測的最大值(Vmax1)開始到比該最大值(Vmax1)小預(yù)定值(Vshifi1)的值為止的范圍來說，如圖16所示，其被設(shè)定為A/D轉(zhuǎn)換范圍ADR1。其中，上述移位電壓輸出Vshift1的值是比最大值(最大電壓輸出Vmax1)還小的值。而且，本光檢測裝置1因為與照射點光的光源一起使用，所以點光的光強(qiáng)度預(yù)先得知，以第一最大值檢測電路140檢測的最大值可預(yù)測。因此，上述移位電壓輸出Vshift1的值可預(yù)先設(shè)定為比最大值小的值。
第一A/D轉(zhuǎn)換電路180依次輸入由第一電平移位電路170的差動放大器A6輸出的電壓輸出VADIN1(模擬值)，將該電壓輸出VADIN1轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，輸出該數(shù)字值。對于此數(shù)字值來說，如圖17所示，成為表示在第二方向的亮度分布(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))的輸出。其中，第一A/D轉(zhuǎn)換電路180的A/D轉(zhuǎn)換范圍成為從零到移位電壓輸出Vshift1的電壓范圍。
如圖10所示，第二信號處理電路30具有第二積分電路210、第二定時控制電路220、第二取樣與保持電路(以下稱為第二S/H電路)230、第二最大值檢測電路240、第二移位寄存器250、第二開關(guān)元件260、第二電平移位電路270、以及第二A/D轉(zhuǎn)換電路280。
各第二積分電路210與在排列于第二方向的多個像素1111～11M1、1112～11M2…、111N～11MN間被電連接的另一方的光感應(yīng)部分13mn群(由另一方的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域42構(gòu)成，較長地延伸于第二方向的N行的光感應(yīng)部)相對應(yīng)而配設(shè)，將來自所對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分13mn群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出該電壓輸出。第二積分電路210具有與圖11所示的第一積分電路110同等的構(gòu)成，在輸入端子與輸出端子之間互相并聯(lián)連接有放大器、電容元件以及開關(guān)元件。第二積分電路210的開關(guān)元件根據(jù)從第二定時控制電路220輸出的Reset信號開關(guān)。第二定時控制電路120輸出控制第二積分電路210的開關(guān)元件的開關(guān)的Reset信號以及控制后述的第二S/H電路230的開關(guān)元件的開關(guān)的Hold信號。
第二S/H電路230對應(yīng)第二積分電路210而配設(shè)，保持由所對應(yīng)的第二積分電路210輸出的電壓輸出并輸出。第二S/H電路230具有與圖12所示的第一S/H電路130同等的構(gòu)成，在輸入端子與輸出端子之間依次具有開關(guān)元件以及放大器，開關(guān)元件與放大器的連接點經(jīng)由電容元件接地。開關(guān)元件根據(jù)由第二定時控制電路220輸出的Hold信號開關(guān)。
第二開關(guān)元件260通過第二移位元寄存器250控制而依次斷開，依次使從第二S/H電路230輸出的電壓輸出輸入到第二電平移位電路270。第二移位寄存器250通過來自第二定時控制電路220輸出的信號(未圖標(biāo))使其動作被控制，輸出控制第二開關(guān)元件260的開關(guān)的信號shift(Vn)。
其中，根據(jù)圖18A～圖18H針對第二積分電路210、第二定時控制電路220、第二S/H電路230、第二移位寄存器250、以及第二開關(guān)元件260的動作進(jìn)行說明。圖18A～圖18H是用以說明第二積分電路、第二定時控制電路、第二S/H電路、第二移位寄存器以及第二開關(guān)元件的動作的時序圖。
通過使Reset信號成為Low(參照圖18A)而使各第二積分電路210的開關(guān)元件接通。若開關(guān)元件接通，則從所對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分13mn群輸出的電荷被儲存于電容元件，由第二積分電路210的輸出端子輸出的電壓輸出逐漸變大(參照圖18B)。而且，若Hold信號成為High(參照圖18C)，各第二S/H電路230的開關(guān)元件斷開，則由各第二積分電路210的輸出端子輸出的電壓輸出經(jīng)由各第二S/H電路230的開關(guān)元件而保持于各第二S/H電路230的電容元件。即使Hold信號成為Low且開關(guān)元件接通后，保持于各第二S/H電路230的電容元件內(nèi)的電壓輸出也由放大器輸出(參照圖18D)。然后，通過使Reset信號成為High，各第二積分電路210的開關(guān)元件斷開，而使電容元件放電，從而被初始化。
接著，從第二移位寄存器250依次輸出具有對應(yīng)預(yù)定期間的脈沖寬度的信號shift(Vn)(參照圖18E～圖18G)。若由第二移位寄存器250輸出shift(Vn)給對應(yīng)的第二開關(guān)元件260，則第二開關(guān)元件260依次被斷開，從對應(yīng)的第二S/H電路230的放大器輸出的電壓輸出依次被送到第二電平移位電路270(參照圖18H)。
如此，從各第二S/H電路230(第二積分電路210)，將由在排列于第一方向的多個像素1111～11M1、1112～11M2…、111N～11MN間被電連接的另一方的光感應(yīng)部分13mn群所儲存并對應(yīng)電荷(電流輸出)的電壓輸出Vout，也如圖19所示，作為每一對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分13mn群依次的時間序列數(shù)據(jù)而被輸出到第二電平移位電路270。該時間序列數(shù)據(jù)顯示在第一方向的亮度分布(模擬數(shù)據(jù))。
再次參照圖10。第二最大值檢測電路240檢測從第二S/H電路230的每一個輸出的電壓的最大值。第二最大值檢測電路240具有與圖13所示的第一最大值檢測電路140相同的構(gòu)成，具備NMOS晶體管、電阻以及差動放大器。各晶體管的源極端子接地，各晶體管的漏極端子經(jīng)由電阻而連接于電源電壓，并且經(jīng)由電阻連接于差動放大器的反轉(zhuǎn)輸入端子。各晶體管的門極端子與第二S/H電路230的輸出端子連接，輸入從第二S/H電路230輸出的電壓輸出。而且，在差動放大器的反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出端子之間配設(shè)有電阻，差動放大器的非反轉(zhuǎn)輸入端子接地。從第二最大值檢測電路240向第二電平移位電路270輸出與從第二S/H電路230的每一個輸出的電壓輸出的最大值相對應(yīng)的最大電壓輸出Vmax2。
第二電平移位電路270移位從第二S/H電路230的每一個依次輸出的電壓輸出Vout的電平。第二電平移位電路270具有與圖14所示的第一電平移位電路170相同的構(gòu)成，具備電阻以及差動放大器。從此第二電平移位電路270向第二A/D轉(zhuǎn)換電路280輸出從第二S/H電路230的每一個經(jīng)由第二開關(guān)元件260而依次輸出的電壓輸出Vout減去電壓輸出(Vmax2-Vshift2)的電壓輸出VADIN2(＝Vout-Vmax2+Vshift2)。因此，從第二S/H電路230的每一個依次輸出的電壓輸出Vout的值僅是對應(yīng)電壓輸出(Vmax2-Vshift2)的預(yù)定值的部分減少而移位。
如上所述，對于從通過第二最大值檢測電路240檢測的最大值(Vmax2)開始到比該最大值(Vmax2)小預(yù)定值(Vshift2)的值為止的范圍來說，如圖19所示，設(shè)定其作為A/D轉(zhuǎn)換范圍ADR2。此外，上述移位電壓輸出Vshift2的值是比最大值(最大電壓輸出Vmax2)小的值。而且，本光檢測裝置1因為與照射點光的光源一起使用，所以點光的光強(qiáng)度預(yù)先得知，由第二最大值檢測電路240檢測的最大值可預(yù)測。因此，上述移位電壓輸出Vshift2的值也可預(yù)先設(shè)定為比最大值小的值。
第二A/D轉(zhuǎn)換電路280依次輸入從第二電平移位電路270輸出的電壓輸出VADIN2(模擬值)，將該電壓輸出VADIN2轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，輸出該數(shù)字值。如圖20所示，此數(shù)字值表示在第一方向的亮度分布(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))的輸出。其中，第二A/D轉(zhuǎn)換電路280的A/D轉(zhuǎn)換范圍是從零到移位電壓輸出Vshift2的電壓范圍。
如上所述，在本實施方式的光檢測裝置1中，入射到一個像素11mn的光是在構(gòu)成該像素11mn的多個光感應(yīng)部分12mn、13mn的每一個，每一光感應(yīng)部分12mn、13mn都輸出對應(yīng)光強(qiáng)度的電流。而且，因為一方的光感應(yīng)部分12mn彼此橫跨排列于二次元排列中的第一方向的多個像素1111～111N、1121～112N…、11M1～11MN而被電連接，所以從一方的光感應(yīng)部分12mn輸出的電流輸出被送到第一方向。而且，因為另一方的光感應(yīng)部分13mn彼此橫跨排列于二次元排列中的第二方向的多個像素1111～11M1、1112～11M2…、111N～11MN而被電連接，所以從另一方的光感應(yīng)部分13mn輸出的電流輸出被送到第二方向。如此，因為從一方的光感應(yīng)部分12mn輸出的電流輸出被送到第一方向，并且從另一方的光感應(yīng)部分13mn輸出的電流輸出被送到第二方向，所以可以分別獨(dú)立得到在第一方向的亮度分布和在第二方向的亮度分布。其結(jié)果，可以通過在一個像素配設(shè)多個光感應(yīng)部分12mn、13mn這種極簡單的構(gòu)成，高速地檢測入射的光的二次元位置。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，各光感應(yīng)部分12mn、13mn包含半導(dǎo)體基板40部分與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42從光入射方向看大致呈三角形狀，在一個像素中一邊互相鄰接而形成。因此，當(dāng)配設(shè)多個光感應(yīng)部分12mn、13mn于一個像素內(nèi)時，可抑制各光感應(yīng)部分12mn、13mn(第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42)的面積減少。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42從光入射方向看大致呈長方形狀，在一個像素中長邊互相鄰接而形成。因此，當(dāng)配設(shè)多個光感應(yīng)部分12mn、13mn于一個像素內(nèi)時，可抑制各光感應(yīng)部分12mn、13mn(第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42)的面積減少。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42從光入射方向看呈四角形以上的多角形狀，在一個像素中一邊互相鄰接而形成。因此，當(dāng)配設(shè)多個光感應(yīng)部分12mn、13mn(第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42)于一個像素內(nèi)時，可抑制各光感應(yīng)部分12mn、13mn的面積減少。而且，相對于各光感應(yīng)部分12mn、13mn的面積的周長減少，換算成每單位面積的暗電流被降低。此外，四角形以上的多角形狀采用菱形形狀也可以。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42是在一個像素中并設(shè)在與第一方向和第二方向交叉的第三方向。因此，在一方的光感應(yīng)部分12mn群以及另一方的光感應(yīng)部分13mn群中，對應(yīng)各光感應(yīng)部分12mn、13mn群的中心部分的光感應(yīng)部分12mn、13mn集中，可以提高解像度。
而且，第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42從光入射方向看排列成蜂窩狀。因此，當(dāng)配設(shè)多個光感應(yīng)部分12mn、13mn(第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42)于一個像素內(nèi)時，可更進(jìn)一步抑制各光感應(yīng)部分12mn、13mn的面積減少。而且，幾何對稱性高，可抑制用以形成第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42(光感應(yīng)部分12mn、13mn)所使用的光罩(mask)位置偏移所造成的不均勻性。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，第一配線44是延伸于第一方向而配設(shè)像素11mn間，第二配線47是延伸于第二方向而配設(shè)像素11mn間。因此，通過每一條配線44、47不會妨礙光向光感應(yīng)部分12mn、13mn(第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42)的入射，可以抑制檢測靈敏度的降低。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，設(shè)從通過第一最大值檢測電路140檢測的最大值(最大電壓輸出Vmax1)到比該最大值小預(yù)定值(移位電壓輸出Vshift1)的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第一S/H電路130(第一積分電路110)的每一個輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以，與比上述最大值小預(yù)定值(移位電壓輸出Vshift1)的值相比還小的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，即使當(dāng)背景光入射到光感應(yīng)區(qū)域10的情況，也能在除去背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自一方的光感應(yīng)部分12mn的電流輸出。而且，將從通過第二最大值檢測電路240檢測的最大值(最大電壓輸出Vmax2)到比該最大值小預(yù)定值(移位電壓輸出Vshift2)的值的范圍設(shè)定為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第二S/H電路230(第二積分電路210)的每一個輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以，與比上述最大值小預(yù)定值(移位電壓輸出Vshift2)的值相比還小的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，可以在除去背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自另一方的光感應(yīng)部分13mn的電流輸出。其結(jié)果，可以用較少的計算量精度極佳地檢測入射的光的二次元位置。
而且，在本實施方式的光檢測裝置1中，具有第一電平移位電路170，其中，由第一S/H電路130(第一積分電路110)的每一個依次輸出的電壓輸出Hout減去，通過由第一最大值檢測電路140檢測的最大值(最大電壓輸出Vmax1)減去預(yù)定值(移位電壓輸出Vshift1)而求得的電壓輸出(Vmax1-Vshift1)，而得到電壓輸出VADIN1，所述第一電平移位電路170將此電壓輸出VADIN1向第一A/D轉(zhuǎn)換電路180輸出；以及自第二電平移位電路270，其中，由第二S/H電路230(第二積分電路210)的每一個依次輸出的電壓輸出Hout減去，通過由第二最大值檢測電路240檢測的最大值(最大電壓輸出Vmax2)減去預(yù)定值(移位電壓輸出Vshift2)而求得的電壓輸出(Vmax2-Vshift2)，而得電壓輸出VADIN2，所述第二電平移位電路270向第二A/D轉(zhuǎn)換電路280輸出此電壓輸出VADIN2。因此，可簡單且可靠地設(shè)定上述A/D轉(zhuǎn)換范圍。
而且，因為對應(yīng)各光感應(yīng)部分12mn、13mn群配設(shè)有第一積分電路110以及第二積分電路210，所以能夠由各光感應(yīng)部分12mn、13mn群以相同定時(timing)儲存電荷，能夠?qū)⑦@些電荷量轉(zhuǎn)換成電壓輸出。
其結(jié)果，能夠高精度且高速地獲得在第一方向的亮度分布與在第二方向的亮度分布。此外，針對上述第一以及第二積分電路110、210、第一以及第二定時控制電路120、220、第一以及第二S/H電路130、230、第一以及第二最大值檢測電路140、240、第一以及第二移位寄存器150、250、第一以及第二開關(guān)元件160、260、第一以及第二A/D轉(zhuǎn)換電路180、280等的動作是揭示于由本申請人所提出的日本專利特開2001-36128號公報等。
例如，設(shè)光感應(yīng)區(qū)域10的像素11mn為7.8μm間距(pitch)、第一方向256信道(channel)以及第二方向256信道，當(dāng)φ50μm的點光入射到此光感應(yīng)區(qū)域10的情況下，點光入射的光感應(yīng)部分群為7信道左右，點光未入射的光感應(yīng)部分群為249信道左右。對于點光未入射的像素，有光強(qiáng)度比點光還低的來自螢光燈或者太陽等的光當(dāng)作背景光入射的情況，對點光的入射位置的檢測精度造成不良影響。但是，在光檢測裝置1中，如上所述因為能夠除去背景光成分，所以能夠提高點光的入射位置的檢測精度。
特別是，光檢測裝置1在運(yùn)算點光的重心位置的情況下有效。這是因為當(dāng)運(yùn)算點光的重心位置時，僅需來自各像素的輸出(從第一以及第二S/H電路130、230(第一以及第二積分電路110、210)的每一個輸出的電壓輸出)的最大值附近的數(shù)據(jù)。
接著，根據(jù)圖21以及圖22，針對第一信號處理電路以及第二信號處理電路的變形例的構(gòu)成來說明。圖21是顯示第一信號處理電路的變形例的簡要構(gòu)成圖，圖22是顯示第二信號處理電路的變形例的簡要構(gòu)成圖，圖21所示的第一信號處理電路320具有第一反轉(zhuǎn)電路，這點與上述第一信號處理電路20不同。而且，圖22所示的第二信號處理電路330具有第二反轉(zhuǎn)電路，這點與上述第二信號處理電路30不同。
第一信號處理電路320如圖21所示具有第一積分電路110、第一定時控制電路120、第一S/H電路130、第一最大值檢測電路140、第一移位寄存器150、第一開關(guān)元件160、第一電平移位電路170、第一A/D轉(zhuǎn)換電路180、以及第一反轉(zhuǎn)電路190。
第一反轉(zhuǎn)電路190是配設(shè)于各第一S/H電路130的后段，反轉(zhuǎn)從各第一S/H電路130輸出的電壓輸出并輸出，輸入到第一最大值檢測電路140以及第一開關(guān)元件160。因此，第一最大值檢測電路140當(dāng)作檢測從各第一S/H電路130輸出的電壓輸出的最小值的最小值檢測電路而發(fā)揮功能。而且，在第一A/D轉(zhuǎn)換電路180中，從通過第一最大值檢測電路140檢測的最大值(Vmax1)到比該最大值(Vmax1)小預(yù)定值(Vshift1)的值的范圍，即從第一S/H電路130(第一積分電路110)輸出的電壓輸出的最小值到比該最小值大預(yù)定值(Vshift1)的值的范圍被設(shè)定為A/D轉(zhuǎn)換范圍。
第二信號處理電路330如圖22所示具有第二積分電路210、第二定時控制電路220、第二S/H電路230、第二最大值檢測電路240、第二移位寄存器250、第二開關(guān)元件260、第二電平移位電路270、第二A/D轉(zhuǎn)換電路280、第二反轉(zhuǎn)電路290。
第二反轉(zhuǎn)電路290是配設(shè)于各第二S/H電路230的后段，反轉(zhuǎn)從各第二S/H電路230輸出的電壓輸出并輸出，輸入到第二最大值檢測電路240以及第二開關(guān)元件260。因此，第二最大值檢測電路240當(dāng)作檢測由各第二S/H電路130輸出的電壓輸出的最小值的最小值檢測電路而發(fā)揮功能。而且，在第二A/D轉(zhuǎn)換電路280中，從通過第二最大值檢測電路240檢測的最大值(Vmax2)到比該最大值(Vmax2)小預(yù)定值(Vshift2)的值的范圍，即強(qiáng)從各第二S/H電路230(第二積分電路210)輸出的電壓輸出的最小值到比該最小值大預(yù)定值(Vshift2)的值的范圍設(shè)定為A/D轉(zhuǎn)換范圍。
如上所述，在本變形例中，因為設(shè)置從通過第一最大值檢測電路140檢測的最大值(Vmax1)到比該最大值(Vmax1)小預(yù)定值(Vshift1)的值的范圍，即從各第一S/H電路130(第一積分電路110)輸出的電壓輸出的最小值到比該最小值大預(yù)定值(Vshift1)的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第一S/H電路130(第一積分電路110)的每一個輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以與比上述最小值大預(yù)定值(Vshift1)的值相比還大的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，即使在光感應(yīng)區(qū)域10上入射有比應(yīng)注目的點還亮的背景光的情況下，也能夠在除去比應(yīng)注目的點還亮的背景光成分的狀態(tài)下A/D轉(zhuǎn)換來自一方的光感應(yīng)部分12mn的電流輸出。而且，因為設(shè)置從通過第二最大值檢測電路240檢測的最大值(Vmax2)到比該最大值(Vmax2)小預(yù)定值(Vshift2)的值的范圍，即從各第二S/H電路230(第二積分電路210)輸出的電壓輸出的最小值到比該最小值大預(yù)定值(Vshift2)的值的范圍為A/D轉(zhuǎn)換范圍，從第二積分電路的每一個輸出的電壓輸出在上述A/D轉(zhuǎn)換范圍中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，所以，與比上述最小值大預(yù)定值(Vshift2)的值相比還大的電壓輸出被轉(zhuǎn)換成“0”。因此，可以在除去比應(yīng)注目的點還亮的背景光成分的狀態(tài)下，A/D轉(zhuǎn)換來自另一方的光感應(yīng)部分13mn的電流輸出。其結(jié)果，可以精度極佳地檢測入射的光的二次元位置。
此外，上述變形例的光檢測裝置可使用于反射率不同的位置的位置檢測，例如附在白色的被攝體的黑點的位置檢測等。
其次，根據(jù)圖23說明使用上述實施方式的光檢測裝置1于反射光的位置檢測系統(tǒng)的例子。
在圖23中顯示位置檢測系統(tǒng)PS1。位置檢測系統(tǒng)PS1具備具有顯示部410以及光檢測部420的游戲框體400，與模仿槍的控制器型發(fā)光裝置430。向顯示部410輸出作為游戲的內(nèi)容的卡通圖像等。位置檢測系統(tǒng)PS1例如構(gòu)成為使用者UR利用作為模仿槍的操作輸入裝置的控制器型發(fā)光裝置430，朝著顯示于顯示部410的圖像固定瞄準(zhǔn)進(jìn)行射擊的游戲裝置。
控制器型發(fā)光裝置430作為發(fā)光元件具備LED等，當(dāng)通過使用者UR而面對游戲框體400的顯示部410時，朝著顯示部410(被顯示的圖像)射出點光SL1。從控制器型發(fā)光裝置430射出照射于顯示部410的點光SL1由該顯示部410反射，該反射光SL2入射到光檢測部420。光檢測部420檢測點光的反射光SL2的入射位置(二次元位置)。因此，能夠得到控制器型發(fā)光裝置430所朝的方向。
光檢測部420是使用上述光檢測裝置1的，具有圖24所示的構(gòu)成。光檢測部420具有IC芯片421，在此IC芯片421上形成有光感應(yīng)區(qū)域10、第一積分電路110、第一S/H電路130、第一最大值檢測電路140、第一移位寄存器150、第一開關(guān)元件160、第一電平移位電路170、第一A/D轉(zhuǎn)換電路180、第二積分電路210、第二S/H電路230、第二最大值檢測電路240、第二移位寄存器250、第二開關(guān)元件260、第二電平移位電路270、第二A/D轉(zhuǎn)換電路280以及定時控制電路422。定時控制電路422包含第一定時控制電路120以及第二定時控制電路220。而且，在此IC芯片421上還形成有用于向該IC芯片421輸入輸出信號等的電極墊(pad)423。光檢測部420運(yùn)算處理由控制器型發(fā)光裝置430照射的點光的反射光SL2的光感應(yīng)區(qū)域10中的在第一方向以及第二方向的亮度分布而輸出。
其次，根據(jù)圖25說明使用上述實施方式的光檢測裝置1于直接光的位置檢測系統(tǒng)的例子。
在圖25中顯示位置檢測系統(tǒng)PS2。位置檢測系統(tǒng)PS2是組裝于激光打印機(jī)的，從半導(dǎo)體激光器504以預(yù)定的指向性發(fā)散而輸出的激光束通過準(zhǔn)直光學(xué)系512而轉(zhuǎn)換成平行的激光束，經(jīng)由圓柱透鏡513而集光于旋轉(zhuǎn)多面鏡(多邊形掃描儀polygon scanner)514上。由旋轉(zhuǎn)多面鏡(偏向裝置)514偏向而反射的激光束通過透鏡515進(jìn)行移動速度補(bǔ)正，經(jīng)由圓柱透鏡516集光于感光鼓517上。在激光束的主掃描線(中心基準(zhǔn)線)上配置有光傳感器PD以監(jiān)測激光束。此傳感器PD是上述光檢測裝置1，運(yùn)算處理從半導(dǎo)體激光器504照射的激光束的直接光的光感應(yīng)區(qū)域10中的在第一方向以及第二方向的亮度分布而輸出。
傳感器PD的輸出被輸入到定時控制電路523。圖像信號是作為輸入信號而被輸入在定時控制電路523，使半導(dǎo)體激光器504的發(fā)光對應(yīng)圖像信號而控制。此外，定時控制電路523還控制感光鼓517的旋轉(zhuǎn)速度。
對于本實施方式的光檢測裝置1來說，除了在上述反射光或者直接光的位置檢測系統(tǒng)以外也能夠使用于反射率不同的位置的位置檢測系統(tǒng)。例如可使用于在日本專利特開2001-134034號公報或者日本專利特開2002-221840號公報中所揭示的色彩配準(zhǔn)(color registration)的檢測裝置中的圖案(pattern)檢測器(受光傳感器)。
本發(fā)明并非限定于上述實施方式。例如取代使用移位寄存器，以均勻的電阻線連接各光感應(yīng)部分12mn、13mn(第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域41、42)，使伴隨著光的入射而產(chǎn)生的電荷流入電阻線的位置與和該電阻線的每一條的端部的距離成反比而進(jìn)行電阻分割，從電阻線的端部取出，根據(jù)來自該端部的電流輸出以求出光的入射位置也可以。
而且，在前述實施方式中雖然以多個光感應(yīng)部分構(gòu)成一個像素，但以一個光感應(yīng)部分構(gòu)成一個像素也可以。例如，如圖26所示，光感應(yīng)區(qū)域10包含橫跨第一方向互相電連接的多個第一光感應(yīng)部分12mn與橫跨第二方向互相電連接的多個第二光感應(yīng)部分13mn，多個第一光感應(yīng)部分12mn與多個第二光感應(yīng)部分13mn在二次元混合存在的狀態(tài)下在同一面內(nèi)排列也可以。在此情況下，第一光感應(yīng)部分12mn與第二光感應(yīng)部分13mn是排列成方格花紋狀，第一光感應(yīng)部分12mn與第二光感應(yīng)部分13mn是在第一方向以及第二方向中交互排列。此外，取代排列成方格花紋狀，而排列成如圖8所示的蜂窩狀也可以。
而且，設(shè)置輸入第一以及第二電平移位電路120、270的每一個的移位電壓輸出Vshift1、Vshift2為相同值也可以，而且不同值也可以。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的光檢測裝置可利用于反射光或者直接光的入射位置檢測系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種光檢測裝置，其為具有二次元排列有像素的光感應(yīng)區(qū)域的光檢測裝置，其特征在于將根據(jù)分別入射的光的強(qiáng)度輸出相應(yīng)電流的多個光感應(yīng)部分鄰接設(shè)置在同一面內(nèi)，構(gòu)成一個像素，使橫跨排列于所述二次元排列中的第一方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，使橫跨排列于所述二次元排列中的第二方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的另一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，其中包括第一積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第一方向的所述多個像素間電連接的一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第一最大值檢測電路，檢測所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出的最大值；第一A/D轉(zhuǎn)換電路，將從通過所述第一最大值檢測電路檢測的所述最大值到比所述最大值小預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值；第二積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第二方向的所述多個像素間電連接的另一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第二最大值檢測電路，檢測所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出的最大值；和第二A/D轉(zhuǎn)換電路，將從通過所述第二最大值檢測電路檢測的所述最大值到比所述最大值小預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，還具有第一電平移位電路，將通過所述第一最大值檢測電路檢測出的所述最大值減去所述預(yù)定值而求得的電壓輸出，從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出中減去，并向所述第一A/D轉(zhuǎn)換電路輸出；和第二電平移位電路，將通過所述第二最大值檢測電路檢測出的所述最大值減去所述預(yù)定值而求得的電壓輸出，從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出中減去，并向所述第二A/D轉(zhuǎn)換電路輸出。
3.一種光檢測裝置，其為具有二次元排列有像素的光感應(yīng)區(qū)域的光檢測裝置，其特征在于將根據(jù)分別入射的光的強(qiáng)度輸出相應(yīng)電流的多個光感應(yīng)部分鄰接設(shè)置在同一面內(nèi)，構(gòu)成一個像素，使橫跨排列于所述二次元排列中的第一方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，使橫跨排列于所述二次元排列中的第二方向的多個像素的、構(gòu)成該各個像素的多個光感應(yīng)部分中的另一方的光感應(yīng)部分彼此電連接，其中包括第一積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第一方向的所述多個像素間電連接的一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第一最小值檢測電路，檢測從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出的最小值；第一A/D轉(zhuǎn)換電路，將通過所述第一最小值檢測電路檢測的所述最小值到比所述最小值大預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第一積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值；第二積分電路，設(shè)置成與在排列于所述第二方向的所述多個像素間電連接的另一方的光感應(yīng)部分群相對應(yīng)，將來自對應(yīng)的另一方的光感應(yīng)部分群的電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，并輸出電壓輸出；第二最小值檢測電路，檢測從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出的最小值；以及第二A/D轉(zhuǎn)換電路，將通過所述第二最小值檢測電路檢測的所述最小值到比所述最小值大預(yù)定值的值的范圍設(shè)為A/D轉(zhuǎn)換范圍，在所述A/D轉(zhuǎn)換范圍中將從所述第二積分電路各自輸出的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，并輸出所述數(shù)字值。
4.如權(quán)利要求1或者權(quán)利要求3所述的光檢測裝置，其特征在于所述光檢測裝置與向?qū)ο笪镎丈涔獾墓庠匆黄鹗褂?，運(yùn)算處理與從所述光源照射的光有關(guān)的信息。
5.如權(quán)利要求4所述的光檢測裝置，其特征在于與所述光有關(guān)的信息是指，從所述光源照射的所述光的反射光在所述二次元排列中的第一方向和第二方向的亮度分布。
6.如權(quán)利要求4所述的光檢測裝置，其特征在于與所述光有關(guān)的信息是指，從所述光源照射的所述光的直接光在所述二次元排列中的第一方向和第二方向的亮度分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光檢測裝置，其目的在于使光入射的二次元位置的檢測處理實現(xiàn)高速化以及結(jié)構(gòu)的簡化。在二次元配列有像素(1文檔編號H04N5/369GK1742191SQ200480002700
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者杉山行信, 水野誠一郎 申請人:浜松光子學(xué)株式會社