專利名稱：光探測裝置、成像裝置和測距圖像捕捉裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及探測入射光二維位置的光探測裝置、利用該光探測裝置的成像裝置及采用該成像裝置的測距圖像捕捉裝置。
背景技術：
通常，在現(xiàn)有的光探測裝置中，通過采用如MOS圖像傳感器等固態(tài)圖像傳感設備，將成像獲得的圖像數(shù)據(jù)存入圖像存儲器中，且隨后二維位置在圖像處理后被探測出。

發(fā)明內容
但上述已知光探測裝置需要圖像存儲器來存儲得出的圖像數(shù)據(jù)，這就造成了裝置結構的復雜化。此外，由于需要將圖像數(shù)據(jù)存到圖像存儲器后，經過操作處理探測二維位置，故二維位置的探測過程需要時間。
本發(fā)明是在前述背景下完成的，因此其第一目的是提供一種不僅結構簡單而且可以實現(xiàn)二維位置快速探測過程的光探測裝置。
本發(fā)明的第二目的是提供一種采用上述光探測裝置的成像裝置，其結構簡單而且可以實現(xiàn)二維位置的快速探測過程。
本發(fā)明的第三目的是提供采用上述成像裝置的測距圖像捕捉裝置，在捕捉測距圖像時通過保持低的操作速度，能實現(xiàn)較低電流消耗和較低熱生成。
為實現(xiàn)上述的第一目的，本發(fā)明的光探測裝置具有象素以二維排列的光敏感區(qū)，并且該光探測裝置表征為通過將多個光敏感部分相互毗連放置在一個平面內來構成一個象素，每個光敏感部分輸出對應于入射光強的電流。該光探測裝置也表征為在二維陣列中排列在第一方向上的多個象素的所有象素上，在構成每個象素的多個光敏感部分當中，一邊上的光敏感部分相互電連接。該光探測裝置進一步表征為在二維陣列中排列在第二方向上的多個象素的所有象素上，在構成每個象素的多個光敏感部分當中，另一邊上的光敏感部分相互電連接。
在本發(fā)明的光探測裝置中，入射到一個象素的光被構成該象素的多個光敏感部分的每一個部分所探測，且輸出對應于由每個光敏感部分感知的光強的電流。由于一邊上的光敏感部分在二維陣列中排列在第一方向上的多個象素的所有象素上被相互電連接，故來自一邊上的光敏感部分的電流隨后被傳送到第一方向。同時，另一邊上的光敏感部分在二維陣列中排列在第二方向上的多個象素的所有象素上被相互電連接。因此，來自另一邊上的光敏感部分的電流被傳送到第二方向。這樣，來自一邊上的光敏感部分的電流被傳送到第一方向，而來自另一邊上的光敏感部分的電流則被傳送到第二方向。因此，可獨立獲得第一方向的發(fā)光分布和第二方向的發(fā)光分布。從而，可采用在一個象素中放置多個光敏感部分的極簡單的結構來快速探測入射光的二維位置。
此外，每個光敏感部分包括一個由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，以及在該半導體襯底中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域。每個第二導電類型的半導體區(qū)域從光入射方向看都近似三角形的形狀。更可取的是，所形成的近似三角形使其一邊在一個象素中和另一個近似三角形的一邊相毗連放置。當多個光敏感部分被排列在一個象素中時，這種結構可抑制每個光敏感部分的面積減少。
每個光敏感部分包括一個由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，以及在該半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域。每個第二導電類型的半導體區(qū)域從光入射方向看都近似矩形的形狀。更可取的是，所形成的近似矩形使其長邊在一個象素中和另一個近似矩形的長邊相毗連放置。當多個光敏感部分被排列在一個象素中時，這種結構可抑制每個光敏感部分的面積減少。
而且，在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上，用于電連接一邊上的光敏感部分的導線最佳設置在各象素之間，沿第一方向延伸。同樣更可取的是，在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上，用于電連接另一邊上的光敏感部分的導線最佳設置在各象素之間，沿第二方向延伸。采用這種結構，每根導線將不阻擋光入射到光敏感部分，因此抑制了探測靈敏度的下降。
每個光敏感區(qū)包括一個由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，以及在該半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域。在一個象素中，每個第二導電類型的半導體區(qū)域被分割成四個部分，分割部分之間的邊界上設有用于在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上將一邊上的光敏感部分電連接的導線；以及用于在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上將另一邊上的光敏感部分電連接的導線。在一個象素中被分成四部分的每個第二導電類型的半導體區(qū)域中，分割部分按對角關系與每條導線連接。
每個光敏感部分包括一個由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，以及在該半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域。每個第二導電類型的半導體區(qū)域從光入射方向看呈四個或更多角的多邊形形狀。所形成的多邊形使其一邊在一個象素中與另一個多邊形的一邊毗連放置。當在一個象素中放置多個光敏感部分時，這種結構能抑制每個光敏感部分的面積減少。此外，每個光敏感部分相對面積的周邊長度減少了，從而降低了單位面積轉換成暗電流的值。
一邊上的光敏感部分的第二導電類型的半導體區(qū)域，和另一邊上的光敏感部分的第二導電類型的半導體區(qū)域，最佳放置在一個象素中的與第一和第二方向交叉的第三方向的近似一列中。采用這種結構，在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上被電相連的一邊上的一群光敏感部分中，和在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上被電相連的另一邊上的另一群光敏感部分中，對應于各光敏感部分群的光敏感部分集中在相應光敏感部分群的中心。因而，提高了分辨率。
此外，第二導電類型的半導體區(qū)域最佳以蜂窩狀結構排列。采用這種結構，當在一個象素中放置多個光敏感部分時，可以進一步抑制每個光敏感部分的面積減少。此外，由于這種結構高度幾何對稱，故可抑制形成第二導電類型的半導體區(qū)所用掩模位移導致的不均勻性。
此外，更可取的是，本發(fā)明的光探測裝置進一步包括第一移位寄存器、第二移位寄存器、若干個第一積分電路及若干個第二積分電路。第一移位寄存器依次讀出在第二方向上的電流。該電流來自在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上被中電連接的一邊上的光敏感部分群。第二移位寄存器依次讀出在第一方向上的電流。該電流來自在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群。第一積分電路依次輸入來自一邊上的各光敏感部分群并由第一移位寄存器讀出的電流。第一積分電路隨后第一積分電路將該電流轉換成電壓并輸出該電壓。第二積分電路依次輸入來自另一邊上的各光敏感部分群并由第二移位寄存器讀出的電流。第二積分電路隨后將該電流轉換成電壓并輸出該電壓。采用這種結構，可用極其簡單的結構來獲得第一方向和第二方向的發(fā)光分布。
此外，更可取的是，本發(fā)明的光探測裝置進一步包括若干個第一積分電路、若干個第一CDS(相關雙取樣)電路、若干個第一取樣和保持電路、第一最大值探測電路以及第一A/D轉換電路。第一積分電路對應于排列在第一方向上的多個象素之中被電連接的一邊上的每個相關光敏感部分群設置。該第一積分電路將來自一邊上的相應光敏感部分群的電流轉換成電壓并輸出該電壓。第一CDS(相關雙取樣)電路對應于第一積分電路設置，并輸出根據(jù)相應第一積分電路輸出的電壓變化確定的電壓值。第一取樣和保持電路對應于每個第一CDS電路設置，并保持和輸出來自相應第一CDS電路的電壓。第一最大值探測電路從每個第一取樣和保持電路分別輸出的電壓之中探測一個最大值。第一A/D轉換電路依次輸入第一取樣和保持電路輸出的電壓，然后根據(jù)第一最大值探測電路探測的最大值將該電壓轉換成數(shù)字值，并輸出該數(shù)字值。同樣更可取的是，本發(fā)明的光探測裝置進一步包括若干個第二積分電路、若干個第二CDS電路、若干個第二取樣和保持電路、第二最大值探測電路以及第二A/D轉換電路。第二積分電路對應于排列在第二方向上的多個象素之中被電連接的另一邊上的每個相關光敏感部分群設置。第二積分電路將來自另一邊上的相應光敏感部分群的電流轉換成電壓并其后輸出該電壓。第二CDS電路對應于每個第二積分電路設置，并輸出根據(jù)相應第二積分電路輸出的電壓變化確定的電壓值。第二取樣和保持電路對應于每個第二CDS電路設置，并保持和輸出來自相應第二CDS電路的電壓。第二最大值探測電路從每個第二取樣和保持電路分別輸出的電壓之中探測一個最大值。第二A/D轉換電路依次輸入來自每個第二取樣和保持電路的電壓，然后根據(jù)第二最大值探測電路探測的最大值將該電壓轉換成數(shù)字值，并接著輸出該數(shù)字值。采用這種結構，即使第一及第二積分電路在每次積分操作中分別具有不同的噪聲變化，第一和第二CDS電路也可消除由誤差引起的噪聲。并且，A/D轉換的分辨力不僅對入射到光敏感區(qū)的光強高時優(yōu)良，而且光強低時也優(yōu)良。因此，在第一及第二方向獲得高精確度的發(fā)光分布是可能的。
此外，為實現(xiàn)前面提到的第一個目的，本發(fā)明的具有一個光敏感區(qū)的光探測裝置的特點是，該光敏感區(qū)包括多個在第一方向上相互電連接的第一光敏感部分，以及多個在第二方向上相互電連接的第二光敏感部分。多個第一及第二光敏感部分在一個平面內排列成二維混合狀態(tài)。
在本發(fā)明的光探測裝置中，入射到光敏感區(qū)的光既被第一光敏感部分也被第二光敏感部分探測到，隨后每個光敏感部分都輸出對應于光強的電流。由于第一光敏感部分在第一方向上被互相電相連，所以來自第一光敏感部分的電流在第一方向上被傳遞。類似地，由于第二光敏感部分也被相互電相連，所以來自第二光敏感部分的電流在第二方向上被傳遞。通過這種方法，來自第一光敏感部分的電流在第一方向上被傳遞，來自第二光敏感部分的電流在第二方向上被傳遞。因而，可在第一和第二方向上獨立獲得各個發(fā)光分布。其結果是，可采用在一個平面內以二維混合狀態(tài)排列多個第一和第二光敏感部分這種極簡單的結構來快速探測入射光的二維位置。
同樣更可取的是，多個第一光敏感部分和第二光敏感部分在第一和第二方向上交替排列。采用這種結構，當多個第一和第二光敏感部分在一個平面內被排列成二維混合狀態(tài)時，可抑制每一個光敏感區(qū)的面積減少。
而且，多個第一和第二光敏感部分最佳交替排列在與第一和第二方向交叉的第三方向上。采用這種結構，在第一方向上被相互電連接的第一光敏感部分群和在第二方向上被相互電連接的第二光敏感部分群中，對應于每個光敏感部分群的光敏感部分集中在相應光敏感部分群的中心，因此可提高分辨率。
此外，從入射光的方向看，每個光敏感部分最佳以蜂窩狀結構排列。采用這種結構，當多個第一和第二光敏感部分在一個平面內二維混合排列時，可進一步抑制每個光敏感部分的面積減少。而且，這種結構具有高度幾何對稱性，可以抑制由于形成第二導電類型半導體區(qū)的掩模位移導致的不均勻。
而且，更可取的是，每個光敏感部分包括由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，以及在該半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域。每個第二導電類型的半導體區(qū)域從光入射的方向看呈近似多邊形結構，且所最佳形成的近似多邊形使其一邊與另一個近似多邊形的一邊毗連放置。當多個第一和第二光敏感部分在一個平面內二維混合排列時，這種結構可抑制每個光敏感部分的面積減少。在形成每個第二導電類型的半導體區(qū)域成為帶有四個或更多角的多邊形的情況下，每個光敏感部分相對面積的周邊長度減少了，因而降低了單位面積轉換成暗電流的值。
此外，更可取的是，設有用于電連接第一光敏感部分的導線，該導線沿第一方向上的每個光敏感部分之間延伸。同樣更可取的是，設有用于電連接第二光敏感部分的導線，該導線沿第二方向上的每個光敏感部分之間延伸。采用這種結構，每條導線將不阻擋光入射到光敏感部分，這樣抑制了探測靈敏度的下降。
而且，更可取的是，本發(fā)明的光探測裝置進一步包括第一移位寄存器、第二移位寄存器、第一積分電路和第二積分電路。第一移位寄存器依次地讀出第二方向上的電流。該電流來自第一方向上被互相電連接的第一光敏感部分群。第二移位寄存器依次讀出第一方向上的電流。該電流來自在第二方向上被相互電連接的第二光敏感部分群。第一積分電路依次輸入來自第一光敏感部分群并由第一移位寄存器依次讀出的電流。隨后，第一積分電路將該電流轉變成電壓。第二積分電路依次輸入來自第二光敏感部分群并由第二移位寄存器依次讀出的電流。隨后，第二積分電路將該電流轉變成電壓。采用這種結構，在第一方向和第二方向的發(fā)光分布可以用極其簡單的結構獲得。
此外，更可取的是，本發(fā)明的光探測裝置進一步包括若干個第一積分電路、若干個第一CDS電路、若干個第一取樣和保持電路、第一最大值探測電路以及第一A/D轉換電路。第一積分電路對應于第一方向上被相互電連接的每個相關第一光敏感部分群設置。第一積分電路將來自相應第一光敏感部分群的電流轉換成電壓并輸出該電壓。第一CDS電路對應于每個第一積分電路設置，并輸出根據(jù)相應第一積分電路輸出的電壓變化確定的電壓值。第一取樣和保持電路對應于每個第一CDS電路設置，并保持和輸出來自相應第一CDS電路的電壓。第一最大值探測電路從每個第一取樣和保持電路分別輸出的電壓之中探測一個最大值。第一A/D轉換電路依次輸入來自每個第一取樣和保持電路的電壓，然后根據(jù)第一最大值探測電路探測的最大值將該電壓轉換成數(shù)字值，并輸出該數(shù)字值。同樣更可取的是，本發(fā)明的光探測裝置進一步包括若干個第二積分電路、若干個第二CDS電路、若干個第二取樣和保持電路、第二最大值探測電路、以及第二A/D轉換電路。第二積分電路對應于第二方向上被相互電連接的每個相關第二光敏感部分群設置。第二積分電路將來自相應第二光敏感部分群的電流轉換成電壓，然后輸出該電壓。第二CDS電路對應于每個第二積分電路設置，并輸出根據(jù)相應第二積分電路輸出的電壓變化確定的電壓值。第二取樣和保持電路對應于每個第二CDS電路設置，并保持和輸出來自相應第二CDS電路的電壓。第二最大值探測電路從每個第二取樣和保持電路分別輸出的電壓之中探測一個最大值。第二A/D轉換電路依次輸入來自第二取樣和保持電路的電壓，然后根據(jù)第二最大值探測電路探測的最大值將電壓轉換成數(shù)字值，并輸出該數(shù)字值。采用這種結構，即使第一及第二積分電路在每次積分操作中分別具有不同的噪聲變化，第一和第二CDS電路也可消除誤差噪聲。此外，A/D轉換的分辨力不僅對入射到光敏感部分的光強高時優(yōu)良，而且光強低時也優(yōu)良。因此，可以在第一及第二方向獲得高精確度的發(fā)光分布。
為達到前面提到的第二個目的，本發(fā)明的成像裝置的特征是前述光探測裝置被二維排列。
由于本發(fā)明的光探測裝置中的光探測裝置被二維排列，因此可用一個極其簡單的結構來高速探測入射光的發(fā)光分布。
而且，更可取的是，第一移位寄存器及若干個第一積分電路被進一步包括由按二維陣列排列在第二方向上的多個光探測裝置構成的每個光探測裝置群中。第一移位寄存器依次讀出第二方向上的電流。電流來自在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上被電連接的一邊上的每個光敏感部分群。第一積分電路分別為由排列在第二方向上的多個光探測裝置構成的每個光探測裝置群所設置。這些第一積分電路依次輸入來自一邊上的每個光敏感部分群并由第一移位寄存器依次讀出的電流。隨后，第一積分電路將該電流轉換成電壓。同樣更可取的是，第二移位寄存器和若干個第二積分電路被進一步包括在由按二維陣列排列在第一方向上的多個光探測裝置構成的每個光探測裝置群中。第二移位寄存器依次讀出第一方向上的電流。該電流來自排列在第二方向上的多個象素的所有象素上被電連接的另一邊上的每個光敏感部分群。第二積分電路為由排列在第一方向上的多個光探測裝置構成的每個光探測裝置群所設置。該第二積分電路依次輸入來自另一邊上的每個光敏感部分群并由第二移位寄存器依次讀出的電流。隨后，第二移位寄存器將該電流轉換成電壓。
為實現(xiàn)前面提到的第三個目的，本發(fā)明的測距圖像捕捉裝置的特征在于，上述成像裝置成對排列，彼此以預定的間隔加以分開。測距圖像捕捉裝置也表征為包括視差量測定裝置、距離運算裝置及測距圖像產生裝置。視差量測定裝置根據(jù)來自第一和第二積分電路的電壓測定每個光探測裝置的視差量。距離運算裝置根據(jù)視差量測定裝置測定的視差量運算從每個光探測裝置到目標的距離。測距圖像產生裝置根據(jù)距離運算裝置運算得到的距離產生測距圖像。
本發(fā)明的測距圖像捕捉裝置，僅需要極少量的數(shù)據(jù)用于在成像裝置中的每個光探測裝置中捕捉測距圖像。因此在捕捉測距圖像時可保持在低運行速度，從而實現(xiàn)較低的電流消耗和較低的熱量產生。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的光探測裝置的一個結構原理圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖；圖3為沿圖2III-III線截取的截面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的第一信號處理電路的一個示意框圖；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的第二信號處理電路的一個示意框圖；圖11A示出了輸入到第一移位寄存器中的起始信號隨時間變化的示意圖；圖11B示出了輸入到第一移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；圖11C示出了輸入到第一移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；
圖11D示出了輸入到每個第一積分電路的重置信號隨時間變化的示意圖；圖11E示出了從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖11F示出了從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖11G示出了從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖11H示出了從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖11I示出了從第一信號處理電路輸出的電壓隨時間變化的示意圖；圖12A示出了輸入到第二移位寄存器中的起始信號隨時間變化的示意圖；圖12B示出了輸入到第二移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；圖12C示出了輸入到第二移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；圖12D示出了輸入到每個第二積分電路的重置信號隨時間變化的示意圖；圖12E示出了從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖12F示出了從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖12G示出了從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖12H示出了從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖12I示出了從第二信號處理電路輸出的電壓隨時間變化的示意圖；圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的第一信號處理電路的一個改進例的示意框圖；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包含在光探測裝置中的第二信號處理電路的一個改進例的示意框圖；圖15示出了包含在第一信號處理電路的改進例中的其中一個第一積分電路的電路圖；圖16示出了包含在第一信號處理電路的改進例中的其中一個第一CDS電路的電路圖；圖17示出了包含在第一信號處理電路的改進例中的其中一個第一S/H電路的電路圖；圖18示出了包含在第一信號處理電路的改進例中的第一最大值探測電路的電路圖；圖19示出了包含在第一信號處理電路的改進例中的第一A/D轉換電路的電路圖；圖20為根據(jù)本發(fā)明實施例的光探測裝置改進例的結構原理圖；圖21為根據(jù)本發(fā)明實施例的成像裝置的結構原理圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明實施例的成像裝置的結構原理圖；圖23A示出輸入到第一移位寄存器中的起始信號隨時間變化的示意圖；圖23B示出輸入到第一移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；圖23C示出輸入到第一移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；
圖23D示出輸入到每個第一積分電路中的重置信號隨時間變化的示意圖；圖23E示出從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖23F示出從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖23G示出從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖23H示出從第一移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖23I示出從每個第一積分電路輸出的電壓隨時間變化的示意圖；圖23J示出從每個第一積分電路輸出的電壓隨時間變化的示意圖；圖24A示出輸入到第二移位寄存器中的起始信號隨時間變化的示意圖；圖24B示出輸入到第二移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；圖24C示出輸入到第二移位寄存器中的信號隨時間變化的示意圖；圖24D示出輸入到每個第二積分電路中的重置信號隨時間變化的示意圖；圖24E示出從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖24F示出從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖24G示出從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖24H示出從第二移位寄存器輸出的信號隨時間變化的示意圖；圖24I示出從每個第二積分電路輸出的電壓隨時間變化的示意圖；圖24J示出從每個第二積分電路輸出的電壓隨時間變化的示意圖；圖25為根據(jù)本發(fā)明實施例的測距圖像捕捉裝置的結構示意框圖；圖26為根據(jù)本發(fā)明實施例的測距圖像捕捉裝置的結構示意框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的光探測裝置將參考附圖進行描述。在下面的描述中，相同的構成部分或具有相同功能的類似構成部分，都將標以相同的參考序號，這樣就省掉重復描述。在下文，參數(shù)M和N分別表示大于等于2的整數(shù)。此外，除另有特殊的說明外，參數(shù)m表示大于等于1但不大于M的任何整數(shù)，n表示大于等于1但不大于N的任何整數(shù)。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的光探測裝置的結構原理圖。如圖1所示，本實施例的光探測裝置1包括光敏感區(qū)10、第一信號處理電路20及第二信號處理電路30。
在光敏感區(qū)10中，象素11mn被二維排列成M行和N列，其中一個象素通過在同一平面內將光敏感部分12mn(第一光敏感部分)和光敏感部分13mn(第二光敏感部分)相互毗連放置來構成。光敏感部分12mn和13mn根據(jù)照射到每個光敏感部分的光強分別輸出電流。因此，在光敏感區(qū)10中，光敏感部分12mn和13mn在同一平面內二維混合排列。
在二維陣列中排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上，在多個光敏感部分12mn和13mn之中的一邊上的光敏感部分12mn(如，一邊上的1211至121N的光敏感部分)被相互電連接。此外，在二維陣列中排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上，在多個光敏感部分12mn和13mn之中的另一邊上的光敏感部分13mn(如，另一邊上1311至13M1的光敏感部分)被相互電連接。
這里，光敏感區(qū)10的結構將根據(jù)圖2和圖3進行描述。圖2顯示包含在光探測裝置中的光敏感區(qū)的實例的平面圖。圖3為沿圖2中III-III線截取的截面圖。在圖2中，省略了對保護層48的描述。
光敏感區(qū)10包括由P型(第一導電類型)半導體制成的半導體襯底40，和在半導體襯底40表面上形成的N型(第二導電類型)半導體區(qū)域41和42。由此，每個光敏感部分12mn和13mn都包含半導體襯底40和一對第二導電類型的半導體區(qū)域41和42，從而構成一個光電二極管。如圖2所示，每個第二導電類型的半導體區(qū)域41和42，當從光入射方向看時為近似三角形的形狀。如此形成這兩個區(qū)域41和42使每個區(qū)域的一邊在一個象素中相互毗連。半導體襯底40作為地電勢起作用。光敏感區(qū)10也可通過包括由N型半導體制成的半導體襯底，和在半導體襯底表面上形成的P型半導體區(qū)域來構成。如圖2所示，區(qū)域41(光敏感部分12mn)和區(qū)域42(光敏感部分13mn)交替排列在第一和第二方向上。此外，區(qū)域41和區(qū)域42交替排列在與第一和第二方向交叉(如成45度角)的第三和第四方向上。
在半導體襯底40和區(qū)域41和42上形成第一絕緣層43。第一導線44通過第一絕緣層43上形成的接觸孔與一邊上的區(qū)域41電連接。進而，電極45通過第一絕緣層上形成的接觸孔與另一邊上的區(qū)域42電連接。
在第一絕緣層43上形成第二絕緣層46。第二導線47通過第二絕緣層46上形成的接觸孔與電極45電連接。另一邊上的區(qū)域42由此通過電極45與第二導線47電連接。
在第二絕緣層46上形成保護層48。第一和第二絕緣層43和46，以及保護層48均由SiO2、SiN或類似材料制成。第一導線44、電極45及第二導線47均由金屬制成，如鋁。
第一導線44用于電連接第一方向上的每個象素11mn中的一邊上的區(qū)域41，并在象素11mn中沿第一方向延伸設置。由于每一個象素11mn中的一邊上的區(qū)域41以這種方法通過第一導線44加以電連接，所以一邊上的光敏感部分12mn(如，一邊上的1211至121N的光敏感部分)在二維陣列中排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被相互電連接。因此，在光敏感區(qū)10中構成了沿第一方向延伸的長的光敏感部分。形成M列沿第一方向延伸的該長的光敏感部分。
第二導線47用于電連接第二方向上的每個象素11mn中的另一邊上的區(qū)域42，并在象素11mn中沿第二方向延伸設置。由于每一個象素11mn中的另一邊上的區(qū)域42以這種方法通過第二導線47加以電連接，所以另一邊上的光敏感部分13mn(如，另一邊上的1311至13M1的光敏感部分)在二維陣列中排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被相互電連接。因此，在光敏感區(qū)10中構成了沿第二方向延伸的長的光敏感部分。形成N行沿第二方向延伸的該長的光敏感部分。
此外，上述沿第一方向延伸的M列長的光敏感部分，及沿第二方向延伸的N行長的光敏感部分均在同一平面上形成。
區(qū)域41和42的形狀不局限于圖2所示的近似三角形，也可采用如圖4至圖8所示的其它形狀。
圖4中描繪的第二導電類型的半導體區(qū)域(光敏感部分)，從光入射方向看時為矩形的形成。如此形成這兩種區(qū)域41和42使一個象素中的每個區(qū)域的長邊互相毗連。區(qū)域41(光敏感部分12mn)和區(qū)域42(光敏感部分13mn)在第二方向交替排列。如圖4所示，雖然在一個象素內，第一方向上的第二導電類型的半導體區(qū)域和第二方向上的第二導電類型的半導體區(qū)域可能具有相互不同的面積，但均勻排列在相同方向上的每個區(qū)域在象素中間均具有特定的面積。具體而言，通過相同方向上延伸的所有導線連接的光敏感區(qū)的總面積相互比較時可能是一樣的。
在圖5所示的第二導電類型的半導體區(qū)域(光敏感部分)中，每個都呈近似三角形狀的一邊上的區(qū)域41在第一方向上被連續(xù)形成。每個都呈近似三角形狀的另一邊上的區(qū)域42，在各個象素11mn中被離散形成。區(qū)域41(光敏感部分12mn)和區(qū)域42(光敏感部分13mn)交替排列在第二方向上。在第一方向上的一邊上連續(xù)形成區(qū)域41的情況下，并不總是需要第一導線44。但是，考慮到由于串聯(lián)電阻的增加會導致敏感速度下降的可能性，最佳通過第一導線44電連接區(qū)域41。
圖6所示的第二導電類型的半導體區(qū)域(光敏感區(qū))每一個象素包含四個部分41a、41b、42a、和42b。相互對角的一對區(qū)域通過第一導線44或第二導線47電連接。區(qū)域41(光敏感部分12mn)和區(qū)域42(光敏感部分13mn)交替排列在第一和第二方向上。此外，區(qū)域41(光敏感部分12mn)和區(qū)域42(光敏感部分13mn)交替排列在第三和第四方向上。
在圖7所示的第二導電類型的半導體區(qū)域(光敏感區(qū))中，形成兩個互相嚙合的梳狀區(qū)域41和42。
圖8所示的第二導電類型的半導體區(qū)域(光敏感區(qū))為具有四個或更多的角(如，八角形)的多邊形形狀，如此形成使該多邊形的一邊與另一個多邊形的一邊在一個象素中相毗連。在一個象素中，將區(qū)域41和42大致放置在與第一和第二方向交叉的第三方向的行中。從光入射的方向看，這些區(qū)域排列成蜂窩狀結構。具體而言，區(qū)域41(光敏感部分12mn)和區(qū)域42(光敏感部分13mn)交替排列在第三和第四方向上。
在下文中，根據(jù)圖9和圖10描述第一信號處理電路20和第二信號處理電路30的結構。圖9為顯示第一信號處理電路的示意框圖，且圖10為第二信號處理電路的示意框圖。
第一信號處理電路20輸出電壓Hout，它指示出照到光敏感區(qū)10的入射光在第二方向上的發(fā)光分布。第二信號處理電路30輸出電壓Vout，它指示出照到光敏感區(qū)10的入射光在第一方向上的發(fā)光分布。第一和第二信號處理電路20和30在時序指令上可同時或分別進行操作。
如圖9所示，第一信號處理電路20包括若干個第一開關21、第一移位寄存器22和第一積分電路23。第一開關21對應于一邊上的每個相關光敏感部分群12mn(沿第一方向延伸的由一邊上的第二導電類型的半導體區(qū)域41構成的M列長的光敏感部分)設置，這些光敏感部分12mn在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接。第一移位寄存器22依次讀出第二方向上的電流。該電流來自在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群12mn。第一積分電路23依次接收來自一邊上的每個光敏感部分群12mn并通過第一移位寄存器22依次連接的電流。然后第一積分電路23將該電流轉換成電壓并輸出該電壓。
第一開關21由第一移位寄存器22輸出的信號位移(Hm)控制，然后依次閉合。電荷在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群12mn中積累。通過閉合第一開關21，上述積累的電荷轉變成電流，然后通過第一導線44和第一開關21輸出到第一積分電路23。第一移位寄存器22的操作由控制電路(沒示出)輸出的信號ΦH1、ΦH2、和ΦHst控制，這樣依次閉合第一開關21。
第一積分電路23輸入電流，該電流來自在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群12mn。第一積分電路23包括放大器24、電容25、和開關26。放大器24放大輸入到第一積分電路23的電流的電荷。在電容25中，其一端連接到放大器24的輸入端，另一端連接到放大器24的輸出端。在開關26中，其一端連接到放大器24的輸入端，另一端連接到放大器24的輸出端。當控制電路輸出的重置信號ΦHreset有效時，開關26轉到“ON”狀態(tài)，而當重置信號ΦHreset無效時，則轉到“OFF”狀態(tài)。
當開關26處于“ON”狀態(tài)時，第一積分電路23放電以重置電容25。另一方面，當開關26處于“OFF”狀態(tài)時，第一積分電路23在電容25中積累電荷。這些電荷從在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群12mn被輸入到輸入端。隨后，第一積分電路23輸出對應于上述累積電荷的電壓Hout。
如圖10所示，第二信號處理電路30包括第二開關31、第二移位寄存器32和第二積分電路33。第二開關31對應于另一邊上的每個相關光敏感部分群13mn(沿第二方向延伸由另一邊上的第二導電類型的半導體區(qū)域42構成的N行長的光敏感部分)設置。這些光敏感部分13mn在排列在第二方向的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接。第二移位寄存器32依次讀出第一方向上的電流。該電流來自在排列在第二方向的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群13mn。第二積分電路33依次輸入來自另一邊上的每個光敏感部分群13mn并通過第二移位寄存器32被依次連接的電流。然后，第二積分電路33將該電流轉換成電壓并輸出該電壓。
第二開關31被第二移位寄存器32輸出的信號位移(Vn)控制，然后依次閉合。電荷在排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分13mn群上積累。通過閉合第二開關31，上述積累的電荷轉變成電流，然后通過第二導線47和第二開關31輸出到第二積分電路33。第二移位寄存器32的操作由控制電路(沒示出)輸出的信號ΦV1、ΦV2、和ΦVst控制，這樣依次閉合第二開關31。
第二積分電路33輸入電流，該電流來自在排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群13mn。第二積分電路33包括放大器34、電容35和開關36。放大器34放大輸入到第二積分電路33的電流的電荷。在電容35中，其一端連接到放大器34的輸入端，另一端連接到放大器34的輸出端。在開關36中，其一端連接到放大器34的輸入端，另一端連接到放大器34的輸出端。當控制電路輸出的重置信號ΦVreset有效時，開關36轉到“ON”狀態(tài)，而當重置信號ΦVreset無效時，則轉到“OFF”狀態(tài)。
當開關36處于“ON”狀態(tài)時，第二積分電路33放電以重置電容35。另一方面，當開關36處于“OFF”狀態(tài)時，第二積分電路33在電容35中積累電荷。這些電荷從在排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群13mn被輸入到輸入端。隨后，第一積分電路33輸出對應于上述累積電荷的電壓Hout在下文中，第一信號處理電路20和第二信號處理電路30的操作將根據(jù)圖11A至11I及圖12A至12I來描述。圖11A至11I為說明第一信號處理電路操作的時序圖。圖12A至12I為說明第二信號處理電路操作的時序圖。
起始信號ΦHst從控制電路輸入到第一移位寄存器22后(見圖11A)，每個具有對應于從信號ΦH2的上升沿到信號ΦH1的下降沿一段持續(xù)時間的脈沖寬度(見圖11B和11C及圖11E至11H)的信號位移(HM)被依次輸出。當?shù)谝灰莆患拇嫫?2將位移(HM)輸出到相應的每個第一開關21時，第一開關21被依次閉合。之后，積累在一邊上的相應光敏感部分群12mn上的電荷轉成電流并依次輸入到第一積分電路23。
重置信號ΦHreset從控制電路輸入到第一積分電路23(見圖11D)。當重置信號ΦHreset處于“OFF”狀態(tài)時，積累在相應一邊上的光敏感部分群12mn上的電荷被累積在電容25中。然后，對應于電荷積累量的電壓Hout被依次從第一積分電路23輸出(見圖11I)。當重置信號ΦHreset處于“ON”的狀態(tài)時，第一積分電路23閉合開關26并重置電容25。
這樣，第一信號處理電路20依次輸出電壓Hout作為每個一邊上的相應光敏感部分群12mn的時間序列數(shù)據(jù)。電壓Hout對應于積累在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群12mn上的電荷(電流)。時間序列數(shù)據(jù)表示第二方向上的發(fā)光分布。
起始信號ΦVst從控制電路輸入到第二移位寄存器32后(見圖12A)，每個具有對應于從信號ΦV2的上升沿到信號ΦV1的下降沿一段持續(xù)時間的脈沖寬度(見圖12B和12C及圖12E至12H)的信號位移(Vn)被依次輸出。當?shù)诙莆患拇嫫?2將位移(Vn)輸出到每個相應的第二開關31時，第二開關31被依次閉合。之后，積累在另一邊上的相應光敏感部分群13mn上的電荷轉成電流并依次輸入到第二積分電路33。
重置信號ΦVreset從控制電路輸入到第二積分電路33(見圖12D)。當重置信號ΦVreset處于“OFF”狀態(tài)時，積累在另一邊上的相應光敏感部分群13mn上的電荷被累積在電容35中。然后，對應于電荷積累量的電壓Vout被依次從第二積分電路33輸出(見圖12I)。當重置信號ΦVreset處于“ON”的狀態(tài)時，第二積分電路33閉合開關36并重置電容35。
這樣，第二信號處理電路30依次輸出電壓Vout，作為另一邊上的每個相應光敏感部分群13mn的時間序列數(shù)據(jù)。電壓Vout對應于積累在排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分13mn群上的電荷(電流)。時間序列數(shù)據(jù)表示第一方向上的發(fā)光分布。
在前述方法中，在本發(fā)明的光探測裝置1中，入射到一個象素11mn的光作為來自構成象素11mn的多個光敏感部分12mn和13mn的每一個部分的電流被輸出。電流對應于光敏感部分12mn和13mn中每一個部分所感受到的光強。一邊上的光敏感部分12mn在二維陣列中排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接。因此，從一邊上的光敏感部分12mn輸出的電流在第一方向上被傳遞。另一方面，另一邊上的光敏感部分13mn在二維陣列中排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接。因此，從另一邊上的光敏感部分13mn輸出的電流在第二方向上被傳遞。這樣，從一邊上的光敏感部分12mn輸出的電流在第一方向上被傳遞，且從另一邊上的光敏感部分13mn輸出的電流在第二方向上被傳遞。因而，可獨立獲得第一和第二方向上各自的發(fā)光分布。結果，可以利用將多個光敏感部分12mn和13mn排列在一個象素中這種極其簡單的結構來快速探測入射光的二維位置。
此外，在本發(fā)明的光探測裝置1中，每個光敏感部分12mn和13mn包括一部分半導體襯底40及第二導電類型的半導體區(qū)域41和42。每個第二導電類型的半導體區(qū)域41和42從光入射的方向觀察為近似三角形的形狀，所形成的近似三角形使其一邊與一個象素中的另一個近似三角形的一邊相毗連放置。因而，當多個光敏感部分12mn和13mn排列在一個象素中時，就有可能抑制每個光敏感部分12mn和13mn(第二導電類型的半導體區(qū)域41和42)的面積減少。
此外，在本發(fā)明的光探測裝置1中，每個第二導電類型的半導體區(qū)域41和42從光入射的方向觀察為近似矩形的形狀。所形成的近似矩形使其長邊與一個象素中的另一個近似矩形的長邊毗連放置。因此，當多個光敏感部分12mn和13mn排列在一個象素中時，就有可能抑制每個光敏感部分12mn和13mn(第二導電類型的半導體區(qū)域41和42)的面積減少。
此外，在本發(fā)明的光探測裝置1中，每個第二導電類型的半導體區(qū)域41和42從光入射的方向觀察為具有四個或更多角的多邊形形狀。所形成的多邊形使其一邊與一個象素中的另一個多邊形的一邊毗連放置設置。因此，當多個光敏感部分12mn和13mn排列在一個象素中時，就有可能抑制每個光敏感部分12mn和13mn(第二導電類型的半導體區(qū)域41和42)的面積減少。此外，每個光敏感部分12mn和13mn相對于相同面積的周邊長度減少了，從而降低了轉換成單位面積的暗電流值。對具有四個或更多角的多邊形，菱形也可應用。
在本發(fā)明的光探測裝置1中，第二導電類型的半導體區(qū)域41和42在一個象素中也被成行放置在與第一和第二方向交叉的第三方向。采用這種結構，在一邊上的光敏感部分群12mn和另一邊上的光敏感部分群13mn中，對應于每個光敏感部分群12mn和13mn的光敏感部分12mn和13mn都集中在相應光敏感部分群的中心，因此可提高分辨率。
此外，第二導電類型的半導體區(qū)域41和42從光入射的方向觀察被排列成蜂窩狀結構。采用這種結構，當多個光敏感部分12mn和13mn被放置在一個象素中時，就有可能進一步抑制每個光敏感部分12mn和13mn(第二導電類型的半導體區(qū)域41和42)的面積減少。此外，由于這種結構具有極高的幾何對稱性，因此可抑制因形成第二導電類型的半導體區(qū)域41和42(光敏感部分12mn和13mn)所用掩模的位移而造成的不均勻性。
此外，在本發(fā)明的光探測裝置1中，沿第一方向延伸的第一導線44被設置在象素11mn之間，且沿第二方向延伸的第二導線47被設置在象素11mn之間。采用這種結構，每根導線44和47將不阻擋光入射到光敏感部分12mn和13mn(第二導電類型的半導體區(qū)域41和42)，因此抑制了探測靈敏度的惡化。
此外，本發(fā)明的光探測裝置1進一步包括第一移位寄存器22、第二移位寄存器32、第一積分電路23和第二積分電路33。這種結構使采用極簡單的結構在第一和第二方向上獲得發(fā)光分布成為可能。
下面，第一和第二信號處理電路的改進例子的結構將根據(jù)圖13和14進行描述。圖13為第一信號處理電路改進例子的示意框圖；圖14為第二信號處理電路改進例子的示意框圖。
如圖13所示，第一信號處理電路100包括第一積分電路110、第一CDS電路120、第一取樣和保持電路(第一S/H電路)130、第一最大值探測電路140、第一移位寄存器150、第一開關160和第一A/D轉換電路170。
第一積分電路110對應一邊上的各個光敏感部分群12mn(一邊上沿第一方向長長地延伸的由第二導電類型的半導體區(qū)域41構成的M列光敏感部分)設置。這些光敏感部分12mn在排列在第一方向上的多個象素1111至111N、1121至112N、...、及11M1至11MN的所有象素上被電連接。第一積分電路110將來自一邊上的相應光敏感部分群12mn的電流轉換成電壓，并輸出該電壓。如圖15所示，在第一積分電路110中，放大器A1、電容器C1和開關SW1在第一積分電路110的輸入和輸出端之間相互并聯(lián)。當開關SW1閉合時，每個第一積分電路放電并重置電容器C1。另一方面，當開關SW1斷開時，每個第一積分電路在電容器C1中積累輸入到輸入端的電荷，然后從輸出端輸出對應于累積電荷的電壓。開關SW1根據(jù)控制電路(未示出)輸出的重置信號斷開或閉合。
第一CDS電路120對應各個第一積分電路110設置，并根據(jù)相應第一積分電路110輸出的電壓變化確定輸出電壓值。如圖16所示，每個第一CDS電路120在其輸入和輸出端之間包括開關SW21、耦合電容器C21和放大器A2。此外，在放大器A2的輸入和輸出端之間相互并聯(lián)開關SW22和積分電容器C22。每個開關SW22和SW21均用作在積分電容器C22中積累電荷的開關。當開關SW22閉合時，每個第一CDS電路120放電并重置積分電容器C22。當開關SW22斷開且開關SW21閉合時，每個第一CDS電路經由耦合電容器C21在積分電容器C22中積累從輸入端輸入的電荷。然后，從輸出端輸出對應于累積電荷的電壓。開關SW21根據(jù)控制電路輸出的CSW211信號斷開或閉合。開關SW22根據(jù)控制電路輸出的Clamp1信號斷開或閉合。
第一S/H電路130對應各個第一CDS電路120設置。第一S/H電路130保持從相應第一CDS電路120輸出的電壓，而后輸出該電壓。如圖17所示，每個第一S/H電路130均包括開關SW3與放大器A3，而開關SW3與放大器A3之間的節(jié)點通過電容器C3接地。當開關SW3閉合時，每個第一S/H電路130在電容器C3中存儲第一CDS電路120輸出的電壓。即使當開關SW3斷開后，每個第一S/H電路130也保持存儲在電容器C3中的電壓，并通過放大器A3輸出該電壓。開關SW3根據(jù)控制電路輸出的保持信號斷開或閉合。第一開關160通過控制第一移位寄存器150依次斷開，并允許第一S/H電路130輸出的電壓依次輸入到第一A/D轉換電路。
第一最大值探測電路140從每個第一S/H電路130輸出的電壓中探測到最大值。如圖18所示，第一最大值探測電路140包括NMOS晶體管T1到TM、電阻R1至R3和差分放大器A4。各個晶體管Tm的源端接地，漏端通過電阻R3接到電源電壓Vdd并通過電阻R1接到差分放大器A4的反相輸入端。各個晶體管Tm的柵端接到第一S/H電路130的輸出端，而第一S/H電路130輸出的電壓輸入到柵極。而且，在差分放大器A4的反相輸入端和輸出端之間設置電阻R2，同時差分放大器A4的一個正相輸入端接地。在該第一最大值探測電路140中，從第一S/H電路130輸出的電壓輸入到晶體管Tm的柵極端，對應于來自各個電壓的最大值的電勢出現(xiàn)在晶體管Tm的漏極端。此后，在漏極端的電勢被差分放大器A4放大，且放大的電壓值作為最大電壓值Vmax從輸出端輸出到第一A/D轉換電路170。
每個第一S/H電路130輸出的電壓被依次輸入到第一A/D轉換電路170，在此根據(jù)第一最大值探測電路140探測到的最大值將電壓轉變成數(shù)字值，隨后輸出該數(shù)字值。第一最大值探測電路140輸出的最大電壓值Vmax作為A/D轉換范圍輸入到第一A/D轉換電路170中。之后，第一S/H電路130輸出的電壓通過第一開關160和放大器180被依次輸入到第一A/D轉換電路170。第一A/D轉換電路170隨后將該電壓(模擬值)轉換為數(shù)字值之后輸出該數(shù)字值。如圖19所示，第一A/D轉換電路170包括可變電容積分電路171、比較器172、電容控制單元173和讀出單元174。
可變電容積分電路171包括電容器C51、放大器A5、可變電容器C52和開關SW5。將第一S/H電路130輸出的并經第一開關160依次到達第一A/D轉換電路170的電壓，通過電容器C51輸入到放大器A5的反相輸入端。放大器A5的正相輸入端接地。其中容量既可變化又可控制的可變電容器C52設置在放大器A5的反相輸入端和輸出端之間，并根據(jù)輸入的電壓存儲電荷。開關SW5設置在放大器A5的反相輸入端和輸出端之間。當開關SW5斷開時，開關SW5導致可變電容器C52存儲電荷，而當閉合時，則開關SW5使存儲在可變電容器C52的電荷清零。當?shù)谝籗/H電路130依次輸出的電壓輸入到可變電容積分電路171之后，可變電容積分電路171根據(jù)可變電容器C52的電容積分該電壓，并輸出作為積分結果該電壓。
將可變電容積分電路171輸出的電壓輸入到比較器172的反相入端。將第一最大值探測電路140輸出的最大電壓值Vmax輸入到比較器172的正相入端。比較器172隨后對兩個輸入的電壓值進行比較，并輸出比較結果的信號。
將比較器172輸出的比較結果信號輸入到電容控制單元173。根據(jù)比較結果信號，電容控制單元173隨后輸出電容指示信號C用于控制可變電容器C52的電容。同時，如果通過分辨力，積分結果的電壓值和最大電壓值Vmax被確定相同，那么電容控制單元173輸出對應于可變電容器C52的電容值的第一數(shù)字值。
將電容控制單元173輸出的第一數(shù)字值輸入到讀出單元174，讀出單元174隨后輸出對應于該第一數(shù)字值的第二數(shù)字值。第二數(shù)字值表示從第一數(shù)字值中減去可變電容積分電路171的偏差值所獲得的數(shù)值。讀出單元174例如是存儲單元，對其輸入作為地址的第一數(shù)字值。讀出單元174隨后輸出存儲在存儲單元地址里的數(shù)據(jù)作為第二數(shù)字值。該第二數(shù)字值成為表示第二方向發(fā)光分布的輸出。
如圖14所示，第二信號處理電路200包括第二積分電路210、第二CDS電路220、第二取樣和保持電路(第二S/H電路)230、第二最大值探測電路240、第二移位寄存器250、第二開關260和第二A/D轉換電路270。
第二積分電路210對應另一邊上的各個光敏感部分群13mn(另一邊上沿第二方向長長延伸的第二導電類型的半導體區(qū)域42構成的N行光敏感部分)設置。這些光敏感部分13mn在排列在第二方向上的多個象素1111至11M1、1112至11M2、...、及111N至11MN的所有象素上被電連接。第二積分電路210將來自另一邊上的相應光敏感部分群13mn的電流轉換成電壓，并輸出該電壓。第二積分電路210具有和圖15所示的第一積分電路110相同的結構。在第二積分電路210中，放大器、電容器和開關在第二積分電路210的輸入和輸出端之間相互并聯(lián)。
第二CDS電路220對應各個第二積分電路210設置，并根據(jù)相應第二積分電路210輸出的電壓變化確定輸出電壓值。第二CDS電路220具有和圖16所示的第一CDS電路120相同的結構。每個第二CDS電路220在其輸入和輸出端之間均包括有開關、耦合電容器和放大器。此外，開關和積分電容器在放大器的輸入和輸出端之間相互并聯(lián)。
第二S/H電路230對應各個第二CDS電路220設置。第二S/H電路230保持相應第二CDS電路220輸出的電壓，而后輸出該電壓。第二S/H電路230具有和圖17所示的第一S/H電路130相同的結構。每個第二S/H電路230均包括開關和放大器，且開關與放大器之間的節(jié)點通過電容器接地。第二開關260通過控制第二移位寄存器250依次斷開，并允許第二S/H電路230輸出的電壓依次輸入到第二A/D轉換電路270。
第二最大值探測電路240探測從每個第二S/H電路230輸出的電壓的最大值。第二最大值探測電路240具有和圖18所示的第一最大值探測電路140相同的結構。第二最大值探測電路240包括NMOS晶體管、電阻和差分放大器。各個晶體管的源端接地，且各個晶體管的漏端通過其中一個電阻接到電源電壓并通過其中另一個電阻接到差分放大器的反相輸入端。各個晶體管的柵端接到第二S/H電路輸出端，而第二S/H電路輸出的電壓則輸入到柵極端。而且，在差分放大器的反相輸入端和輸出端之間設有其中另一個電阻，而差分放大器的一個正相輸入端接地。
從第二S/H電路230輸出的電壓依次輸入到第二A/D轉換電路270，在此根據(jù)第二最大值探測電路240探測到的最大值將電壓轉換成數(shù)字值，隨后輸出該數(shù)字值。第二最大值探測電路240輸出的最大電壓作為A/D轉換范圍輸入到第二A/D轉換電路270中。之后，第二S/H電路230輸出的電壓通過第二開關260依次輸入到第二A/D轉換電路270。第二A/D電路270隨后將該電壓(模擬值)轉換為數(shù)字值后輸出該數(shù)字值。第二A/D轉換電路270具有和圖19所示第一A/D轉換電路170相同的結構，并包括可變電容積分電路、比較器、電容控制單元和讀出單元。第二A/D轉換電路270輸出的第二數(shù)字值表示第一方向上的發(fā)光分布。
如迄今為止所描述的那樣，從各個第一和第二最大值探測電路140和240輸出的并依次輸入到各個比較器172的最大電壓值Vmax限定A/D轉換范圍，即，第一和第二A/D轉換電路170和270可利用最大電壓值來實現(xiàn)不飽和的A/D轉換。此外，通常的情況是，輸入到第一和第二A/D轉換電路170和270的任何電壓總是最大電壓值Vmax。因此，可有效地利用常規(guī)的A/D轉換范圍。具體地說，根據(jù)本發(fā)明的光探測裝置1不僅在光強高時而且在光強低時均具有優(yōu)良的A/D轉換分辨能力。
此外，即使第一和第二積分電路110和120在每次積分運算中具有不同的噪聲變化，第一和第二CDS電路120和220可消除噪聲。
此外，第一和第二積分電路110和210對應各個光敏感部分群12mn和13mn設置。因此，來自各個光敏感部分群12mn和13mn的電荷可被同時積累，且該電荷可被轉換成電壓。
作為上述結果，可迅速而且高度精確地獲得第一和第二方向上的發(fā)光分布。附帶說明，在本申請人申請的日本專利公布文本No.2001-36128中揭示了前述的第一和第二積分電路110和120、第一和第二CDS電路120和220、第一和第二S/H電路130和230、第一和第二最大值探測電路140和240、第一和第二移位寄存器150和250、第一和第二開關160和260、第一和第二A/D轉換電路170和270等等的操作。
下面，根據(jù)本實施例的成像裝置將在圖21和22的基礎上進行描述。圖21和22為顯示成像裝置的示意框圖。在圖21和22中，為簡化本實施例的描述，成像模塊(光敏感區(qū))按2×2排列畫出，且每個成像模塊中的象素按3×3排列畫出。當然，該光敏感區(qū)可以按P×Q排列，而每個光敏感區(qū)中的象素可以按M×N排列(注意，P和Q是大于等于2的整數(shù))。
如圖21和22所示，根據(jù)本實施例的成像裝置301包括以兩列和兩行進行二維排列的成像模塊B11到B22(光敏感區(qū)10)，以及第一和第二信號處理電路320和330。在時序控制下可同時或獨立操作第一和第二信號處理電路。
第一信號處理電路320通過由多個排列在第二方向上的成像模塊(如，成像模塊B11和B12)構成的每個成像模塊群輸出電壓H1out和H2out。電壓H1out和H2out表示有關入射到成像區(qū)域(成像模塊B11至B22)的第二方向上的發(fā)光分布。第一信號處理電路320輸出作為成像模塊B11和B12構成的成像模塊群輸出的電壓H1out。第一信號處理電路320也輸出作為成像模塊B21和B22構成的成像模塊群輸出的電壓H2out。
第二信號處理電路330通過由多個排列在第一方向上的成像模塊(如，成像模塊B11和B12)構成的每個成像模塊群輸出電壓V1out和V2out。電壓V1out和V2out表示有關入射到成像區(qū)域(成像模塊B11至B22)的第一方向上的發(fā)光分布。第二信號處理電路330輸出作為成像模塊B11和B21構成的成像模塊群輸出的電壓V1out。第二信號處理電路330也輸出作為成像模塊B12和B22構成的成像模塊群輸出的電壓V2out。
第一信號處理電路320包括第一開關21、第一移位寄存器322和第一積分電路23。第一移位寄存器322具有與前述第一移位寄存器22相同等的功能。第一移位寄存器322通過由多個排列在第二方向上的成像模塊(如，成像模塊B11和B12)構成的每個成像模塊群依次讀出第二方向上的電流。電流來自在排列在第一方向上的多個象素1111至1113、1121至1123、及1131至1133的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群12mn(1211至1213、1221至1223、1231至1233)。第一開關21在第一移位寄存器322輸出的信號位移(H1)至(H6)的控制下依次閉合。第一積分電路23為排列在第二方向上的多個成像模塊(如，成像模塊B11和B12)構成的每個成像模塊群設置。
第二信號處理電路330包括第二開關31、第二移位寄存器332、和第二積分電路33。第二移位寄存器332具有與前述第二移位寄存器32相等同的功能。第二移位寄存器332通過由多個排列在第一方向上的成像模塊(如，成像模塊B11和B12)構成的每個成像模塊群依次讀出第一方向上的電流。電流來自在排列在第二方向上的多個象素1111至1131、1112至1132、及1113至1133的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群13mn(1311至1331、1312至1332、1313至1333)。第二開關31在第二移位寄存器332輸出的信號位移(V1)至(V6)的控制下依次閉合。第二積分電路33為排列在第一方向上的多個成像模塊(如，成像模塊B11和B21)構成的每個成像模塊群設置。
下面，根據(jù)圖23A至23J和圖24A至24J說明第一信號處理電路320和第二信號處理電路330的操作。圖23A至23J為說明第一信號處理電路操作的時序圖。圖24A至24J為說明第二信號處理電路操作的時序圖。
當起始信號ΦHst從控制電路輸入到第一移位寄存器322后(見圖23A)，每個均具有對應從信號ΦH2的上升沿到信號ΦH1的下降沿一段持續(xù)時間內的脈沖寬度的信號位移(H1)至(H6)被依次輸出(見圖23B和23C及圖23E至23H)。當?shù)谝灰莆患拇嫫?2將位移(H1)至(H6)輸出到相應第一開關21時，第一開關21依次閉合。之后，在相應一邊上的光敏感部分群12mn中積累的電荷被轉成電流并依次輸出到相應的第一積分電路23。
重置信號ΦHreset從控制電路輸入到每個第一積分電路23(見圖23D)。當重置信號ΦHreset為“OFF”狀態(tài)時，積累在一邊上的相應光敏感部分群12mn中的電荷被累積在電容器25中。隨后，按照累積的電荷數(shù)量，電壓H1out和H2out依次從各自的第一積分電路23輸出(見圖23I和23J)。當重置信號ΦHreset為“ON”狀態(tài)時，每個第一積分電路23閉合開關26并重置電容器25。
當起始信號ΦVst從控制電路輸入到第二移位寄存器332后(見圖24A)，每個均具有對應從信號ΦV2的上升沿到信號ΦV1的下降沿一段持續(xù)時間內的脈沖寬度的信號位移(V1)至(V6)被依次輸出(見圖24B和24C及圖24E至24H)。當?shù)诙莆患拇嫫?2將位移(V1)至(V6)輸出到相應第二開關31時，第二開關31依次閉合。之后，在相應另一邊上的光敏感部分群13mn中積累的電荷被轉成電流并依次輸出到相應的第二積分電路33。
重置信號ΦVreset從控制電路輸入到每個第二積分電路33(見圖24D)。當重置信號為“OFF”狀態(tài)時，積累在另一邊上的相應光敏感部分群13mn中的電荷被累積在電容器35中。隨后，按照累積的電荷數(shù)量，電壓V1out和V2out依次從各自的第二積分電路33輸出(見圖24I和24J)。當重置信號為“ON”狀態(tài)時，每個第二積分電路33閉合開關36并重置電容器35。
在本實施例的成像裝置301中，成像模塊B11至B22(光敏感區(qū)10)以前述方式進行二維排列。因此，可用極簡單的結構快速探測入射光的發(fā)光分布。
下面，在圖25和26的基礎上描述根據(jù)本實施例的測距圖像捕捉裝置。圖25和26為顯示測距圖像捕捉裝置的示意框圖。
如圖25所示，在根據(jù)本實施例的測距圖像捕捉裝置401中，一對前述成像裝置301以預定的間隔排列。目標403的像被一對成像裝置301捕捉。在每個成像裝置301中，成像模塊(光敏感區(qū)10)在成像區(qū)301a中按P×Q排列。另外，每個成像模塊(光敏感區(qū)10)中的像素配置成M×N排列。這里，參數(shù)p為大于等于1且不大于P的任何整數(shù)，且參數(shù)q為大于等于1且不大于Q的任何整數(shù)。
將一對光透鏡405放置在二個成像裝置301前面。當目標403放置在參考平面407上時，光軸1交叉在參考平面407的中心，從而使目標403的像反射在成像裝置301的每個成像區(qū)域301a的相同位置。
對于視差量P，目標403相對于參考平面407的高度H由如下方程(1)獲得H＝W×P/(C+P-L)....(1)式中，“W”表示光透鏡405和目標403之間的距離，“L”表示光透鏡405之間的距離、以及“C”表示成像裝置301中成像區(qū)域301a中心之間的距離。可以利用唯相相關(Phase-onlyCorrelation，POC)獲得成像裝置中每個成像模塊的視差量“P”。
此外，如圖26所示，測距圖像捕捉裝置401包括運算電路單元410。將成像裝置301中的每個第一積分電路(未示出)的輸出Hpout和每個第二積分電路(未示出)的輸出Vqout輸入到運算電路單元410。該運算電路單元410具有作為視差量測定裝置的視差量測定單元411、作為距離運算裝置的距離運算單元413以及作為測距圖像產生裝置的測距圖像產生單元415。視差量測定單元411根據(jù)成像裝置301中的每個第一積分電路23的輸出Hpout和每個第二積分電路33的輸出Vqout測定每個成像模塊的視差量。關于這一點，可使用前述的唯相相關。距離運算單元413根據(jù)視差量測定單元411測定的視差量運算從成像模塊到目標403的距離。測距圖像產生單元415根據(jù)距離運算單元413的運算距離形成測距圖像。
如前所述，根據(jù)本實施例的測距圖像捕捉裝置401僅需要極少量的數(shù)據(jù)來捕捉包含在每個成像裝置301中的每個成像模塊(光敏感區(qū)10)中測距圖像。因此，可以保持低操作速度來捕捉測距圖像，從而實現(xiàn)低電流消耗和低熱量產生。
本發(fā)明不局限于前述實施例。例如，可以用均勻電阻絲連接每個光敏感部分12mn和13mn(第二導電類型的半導體區(qū)域41和42)來代替使用移位寄存器。之后，因入射光產生的電荷在該電荷被分阻后從電阻絲的末端獲得，從而使電荷與電阻絲末端和電荷流過的電阻絲的位置之間的距離成反比。隨后，根據(jù)每根電阻絲末端輸出的電流獲得入射光的位置。
此外，雖然在前述實施例中一個象素由多個光敏感部分構成，但是一個象素也可由一個光敏感部分構成。例如，如圖20所示，一個光敏感區(qū)10包括多個在第一方向全部被相互電連接第一光敏感部分12mn，和多個在第二方向全部被相互電連接的第二光敏感部分13mn。多個第一光敏感部分12mn和多個第二光敏感部分13mn可在一個平面內二維混合排列。在這種情況下，第一和第二光敏感部分12mn和13mn以網(wǎng)狀模式被排列，并交替排列在第一和第二方向上。也可將第一和第二光敏感部分12mn和13mn以如圖8所示的蜂窩狀結構中排列，代替網(wǎng)狀模式。
工業(yè)應用本發(fā)明的光探測裝置和成像裝置可應用于測距圖像捕捉裝置。此外，本發(fā)明的測距圖像捕捉裝置可應用于部件外形檢驗裝置和部件形狀識別裝置。
權利要求
1.一種光探測裝置，其中象素具有二維陣列的光敏感區(qū)，其特征在于，其中通過在一個平面內將多個光敏感部分相互毗連放置來構成一個象素，多個光敏感部分中的每個光敏感部分輸出對應于入射到每個光敏感部分上的光強的電流；在構成每個象素的多個光敏感部分中，一邊上的光敏感部分在二維陣列中排列在第一方向上的多個象素相互電連接；及在構成每個象素的多個光敏感部分中，另一邊上的光敏感部分在二維陣列中排列在第二方向上的多個象素的所有象素上相互電連接。
2.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，其中每個光敏感部分包括由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，和在所述半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域，以及從光入射方向觀察，第二導電類型的半導體區(qū)域近似三角形的形狀，所形成的近似三角形使其一邊與所述象素中的另一個近似三角形的一邊毗連。
3.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，其中每個光敏感部分包括由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，和在所述半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域，以及從光入射方向觀察，第二導電類型的半導體區(qū)域近似矩形的形狀，所形成的近似矩形使其長邊與所述象素中的另一個近似矩形的長邊毗連。
4.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，其中導線被設置用于在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上將一邊上的光敏感部分相互電連接，所述導線在所述象素之間沿第一方向延伸，以及導線被設置用于在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上將另一邊上的光敏感部分相互電連接，所述導線在所述象素之間沿第二方向延伸。
5.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，其中每個光敏感部分包括由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，和在所述半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域；所述第二導電類型的半導體區(qū)域在一個象素中被分割成四個部分，且用于在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上將一邊上的光敏感部分相互電連接的導線，和用于在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上將另一邊上的光敏感部分相互電連接的導線被設置在分割部分之間的邊界上，以及在所述象素中被分割成四個部分的第二導電類型的半導體區(qū)域中，按對角關系用導線連接分割部分。
6.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，其中每個光敏感部分包括由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，和在所述半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域；以及從光入射方向觀察，第二導電類型的半導體區(qū)域呈具有四個或更多角的多邊形形狀，所形成的多邊形使其一邊與所述象素中的另一個多邊形的一邊毗連。
7.如權利要求6所述的光探測裝置，其特征在于，其中一邊上的光敏感部分的第二導電類型的半導體區(qū)域和另一邊上的光敏感部分的第二導電類型的半導體區(qū)域在一個象素內被成行放置在第一和第二方向交叉的第三方向上。
8.如權利要求6所述的光探測裝置，其特征在于，其中從光入射的方向觀察，第二導電類型的半導體區(qū)域以蜂窩狀結構排列。
9.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，進一步包括用于依次讀出第二方向上的電流的第一移位寄存器，所述電流來自在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群；用于依次讀出第一方向上的電流的第二移位寄存器，所述電流來自在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群；依次輸入來自一邊上的各個光敏感部分群的電流并將所述電流轉換成電壓的第一積分電路，所述電流被第一移位寄存器依次讀出；以及依次輸入來自另一邊的各個光敏感部分群的電流并將所述電流轉換電壓的第二積分電路，所述電流被第二移位寄存器依次讀出。
10.如權利要求1所述的光探測裝置，其特征在于，進一步包括對應于在排列在第一方向上的多個象素的所有象素上被電連接的一邊上的光敏感部分群設置的若干個第一積分電路，將來自一邊上相應光敏感部分群的電流轉換為電壓，并隨后輸出所述電壓；對應于所述第一積分電路設置的若干個第一CDS電路，其輸出電壓的值根據(jù)相應的第一積分電路輸出的電壓變化確定；對應于所述第一CDS電路設置的若干個第一取樣和保持電路，保持和輸出來自相應的第一CDS電路的電壓；探測來自每個第一取樣和保持電路的電壓最大值的第一最大值探測電路；依次輸入來自每個第一取樣和保持電路的電壓，根據(jù)所述第一最大值探測電路探測到的最大值將所述電壓轉換成數(shù)字值并輸出所述數(shù)字值的第一A/D轉換電路；對應于在排列在第二方向上的多個象素的所有象素上被電連接的另一邊上的光敏感部分群設置的若干個第二積分電路，將來自另一邊上相應光敏感部分群的電流轉換為電壓，并隨后輸出所述電壓；對應于所述第二積分電路設置的若干個第二CDS電路，其輸出電壓的值根據(jù)相應的第二積分電路輸出的電壓變化確定；對應于所述第二CDS電路設置的若干個第二取樣和保持電路，保持和輸出來自相應的第二CDS電路的電壓；探測來自每個第二取樣和保持電路的電壓最大值的第二最大值探測電路；以及依次輸入來自每個第二取樣和保持電路的電壓、根據(jù)所述第二最大值探測電路探測到的最大值將所述電壓轉換成數(shù)字值并輸出所述數(shù)字值的第二A/D轉換電路。
11.一種具有光敏感區(qū)的光探測裝置，其特征在于，其中所述光敏感區(qū)包括多個在第一方向全部被相互電連接的第一光敏感部分和多個在與第一方向交叉的第二方向全部被相互電連接的第二光敏感部分，以及多個第一光敏感部分和多個第二光敏感部分在一個平面內二維混合排列。
12.如權利要求11所述的光探測裝置，其特征在于，其中多個第一光敏感部分和多個第二光敏感部分交替排列在第一方向和第二方向的任一方向上。
13.如權利要求11所述的光探測裝置，其特征在于，其中多個第一光敏感部分和多個第二光敏感部分交替排列在第一和第二方向交叉的第三方向上。
14.如權利要求13所述的光探測裝置，其特征在于，其中從光入射的方向觀察，每個光敏感部分以蜂窩狀結構排列。
15.如權利要求11所述的光探測裝置，其特征在于，其中每個光敏感部分包括由第一導電類型的半導體構成的半導體襯底部分，和在所述半導體襯底部分中形成的第二導電類型的半導體區(qū)域；以及從光入射的方向觀察，所述第二導電類型的半導體區(qū)域呈近似多邊形的形狀，所形成的近似多邊形使其一邊與另一個近似多邊形的一邊毗連。
16.如權利要求11所述的光探測裝置，其特征在于，其中導線被設置用于使第一光敏感部分相互電連接，所述導線在各個光敏感部分之間沿第一方向延伸；以及導線被設置用于使第二光敏感部分相互電連接，所述導線在各個光敏感部分之間沿第二方向延伸。
17.如權利要求11所述的光探測裝置，其特征在于，進一步包括用于依次讀出第二方向上電流的第一移位寄存器，所述電流來自在第一方向全部被相互電連接的第一光敏感部分群；用于依次讀出第一方向上電流的第二移位寄存器，所述電流來自在第二方向全部被相互電連接的第二光敏感部分群；依次輸入來自每個第一光敏感部分群的電流并將所述電流轉換成電壓的第一積分電路，所述電流被第一移位寄存器依次讀出；以及依次輸入來自每個第二光敏感部分群的電流并將所述電流轉換成電壓的第二積分電路，所述電流被第二移位寄存器依次讀出。
18.如權利要求11所述的光探測裝置，其特征在于，進一步包括對應于在第一方向全部被相互電連接的第一光敏感部分群設置的若干個第一積分電路，將來自相應第一光敏感部分群的電流轉換為電壓，并隨后輸出所述電壓；對應于所述第一積分電路設置的若干個第一CDS電路，其輸出電壓的值根據(jù)相應第一積分電路輸出的電壓變化確定；對應于所述第一CDS電路設置的若干個第一取樣和保持電路，保持和輸出來自相應第一CDS電路的電壓；探測來自每個第一取樣和保持電路的電壓最大值的第一最大值探測電路；依次輸入來自每個第一取樣和保持電路的電壓、根據(jù)所述第一最大值探測電路探測到最大值將所述電壓轉換成數(shù)字值并輸出所述數(shù)字值的第一A/D轉換電路；對應于在第二方向全部被相互電連接的第二光敏感部分群設置的若干個第二積分電路，將來自相應第二光敏感部分群的電流轉換為電壓，并隨后輸出所述電壓；對應于所述第二積分電路設置的若干個第二CDS電路，其輸出電壓的值并根據(jù)相應第二積分電路輸出的電壓變化確定；對應于所述第二CDS電路設置的若干個第二取樣和保持電路，保持和輸出來自相應第二CDS電路的電壓；探測來自每個第二取樣和保持電路的電壓最大值的第二最大值探測電路；以及依次輸入來自每個第二取樣和保持電路的電壓、根據(jù)所述第二最大值探測電路探測到最大值將所述電壓轉換成數(shù)字值并輸出所述數(shù)字值的第二A/D轉換電路。
19.一種成像裝置，其特征在于，其中將如權利要求1和11中任一權利要求所述的光探測裝置以二維陣列設置。
20.如權利要求19所述的成像裝置，其特征在于，其中具有多個以二維陣列排列在第二方向上的光探測裝置的每個光探測裝置群，進一步包括用于依次讀出第二方向上電流的第一移位寄存器，所述電流來自排列在第一方向上的多個象素全部被電連接的一邊上的光敏感部分群；為具有多個排列在第二方向上的光探測裝置的各個光探測裝置群設置的若干個第一積分電路，依次輸入來自一邊上的各光敏感部分群的電流，并將所述電流轉換成電壓，所述電流被第一移位寄存器依次讀出；以及其中具有多個以二維陣列排列在第一方向上的光探測裝置的每個光探測裝置群，進一步包括用于依次讀出第一方向上電流的第二移位寄存器，所述電流來自排列在第二方向上的多個象素全部被電連接的另一邊上的光敏感部分群；以及為具有多個排列在第一方向上的光探測裝置的各個光探測裝置群設置的若干個第二積分電路，依次輸入來自另一邊上的各光敏感部分群的電流，并將所述電流轉換成電壓的，所述電流被第二移位寄存器依次讀出；以及
21.一種測距圖像捕捉裝置，其特征在于，其中一對如權利要求20所述的成像裝置按預定的間隔排列，所述測距圖像捕捉裝置包括用于根據(jù)來自第一積分電路和第二積分電路的電壓測定每個光探測裝置的視差量的視差量測定裝置；用于根據(jù)視差量測定裝置測定的視差量運算從每個光探測裝置到目標的距離的距離運算裝置裝置；以及用于根據(jù)距離運算裝置運算得到的距離產生測距圖像的測距圖像產生裝置。
全文摘要
一種光敏感區(qū)包括由P型半導體構成的半導體襯底40，以及在該半導體襯底40的表面上形成的N型半導體區(qū)域41和42。因此，每個光敏感部分包括一部分半導體襯底40和一對區(qū)域41和42，從而構成光電二極管。每個區(qū)域41和42呈近似三角形的形狀，且如此形成使區(qū)域41的一邊在一個象素中與區(qū)域42的一邊相毗連，反之亦然。第一導線44用于在第一方向全部在每個象素中將一邊上的區(qū)域41電連接，并設置在各象素之間沿第一方向延伸。第二導線47用于在第二方向全部在每個象素中將另一邊上的區(qū)域47電連接，并設置在各象素之間沿第二方向延伸。
文檔編號H04N5/378GK1586008SQ0282133
公開日2005年2月23日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權日2001年12月5日
發(fā)明者杉山行信, 豐田晴義, 向坂直久, 水野誠一郎 申請人:浜松光子學株式會社