JP7060413B2 - 光検出装置及び光検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、光検出装置及び光検出方法に関する。

行列状に２次元配列されている複数の画素の各々が一対の光感応部を有し、第１配線によって一対の光感応部の一方が行ごとに接続され、第２配線によって一対の光感応部の他方が列ごとに接続されている光検出装置が知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１に記載の光検出装置では、第１配線から行ごとに信号データが読み出されると共に、第２配線から列ごとに信号データが読み出される。

国際公開第２００３／０４９１９０号

特許文献１に記載の光検出装置は、２次元配列されている複数の画素の各々が一対の光感応部を有し、第１配線により一対の光感応部の一方が行ごとに接続され、同様に第２配線により一対の光感応部の他方が列ごとに接続されている受光部構造を持つ。この受光部構造は複数画素を持つ１次元センサが２つ組み合わされた場合と同様であるため、一般的な２次元センサにおける出力データ量と比較して、上記光検出装置における出力データ量は少ない。この構造により、受光部に入射した光スポットにおける２次元位置の高速検出が可能である。この特性から、当該光検出装置は、測量機器による動体検出及びプリンタにおける位置決めなど多くの機器に用いられている。市場では、上述した光検出装置において、検出速度の更なる高速化が求められている。

特許文献１に記載の光検出装置では、第１配線および第２配線に各々接続された各画素における信号データが読み出される。このとき、読み出しを行う画素数が多いほど、上記入射光スポットの位置検出において解像度が高くなる。このため、上記入射光スポットの位置検出における位置検出精度（上記入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）は向上するが、読み出し速度は低下する。一方、読み出しを行う画素数が少ないほど、読み出し速度は向上する。この場合、上記入射光スポットの位置検出において解像度が低下するため、上記入射光スポットの位置検出における位置検出精度（上記入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が低下する。

本発明は、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保されつつ、検出速度が向上され得る光検出装置及び光検出方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光検出装置は、光の入射位置を検出する光検出装置であって、行列状に２次元配列されていると共に、各々が第１光感応部及び第２光感応部を含む複数の画素と、複数の第１光感応部を行ごとに接続する複数の第１配線と、複数の第２光感応部を列ごとに接続する複数の第２配線と、複数の第１配線の少なくとも一部を通して信号データを読み出す第１読出部と、複数の第２配線の少なくとも一部を通して信号データを読み出す第２読出部と、を備える。第１読出部は、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、複数の画素の中から、第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する読出画素設定部を有する。

本発明に係る光検出装置では、読出画素設定部が、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、複数の画素の中から、第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する。このため、たとえば、第１読出部は、第２フレームで、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、上記複数の画素のうち光の入射位置の検出に適した画素群が選択され信号データが読み出される。この場合、第１フレームで読み出された信号データに基づいて第２フレームで読み出す画素群が設定されるため、信号データを読み出す画素数が削減されても、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が保たれる。すなわち、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）を保ちつつ、読み出す画素数を削減することができる。読み出す画素数が削減されれば、光スポットにおける入射位置検出速度が向上され得る。したがって、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）の確保と位置検出速度の向上とが両立され得る。

読出画素設定部は、第１フレームで信号データを読み出す画素群を、複数の画素のうちの第１画素群に設定し、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を、第１画素群に接続されている複数の第１配線のうち一部の第１配線に接続されている第２画素群に設定してもよい。この場合、第２フレームで信号データを読み出す第２画素群よりも広い領域である第１画素群から画素の読み出しを行う第１フレームの信号データに基づいて第２画素群が決定されるため、読み出す画素数が削減された場合であっても、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保される。

読出画素設定部は、複数の画素が配列されている領域を区分けすることで、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける分割部と、分割部によって分けられたグループ間で、各グループから読み出された信号データを比較する比較部と、比較部での比較結果に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定する決定部と、を有してもよい。この場合、分割されたグループ間での比較結果に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群が決定される。このため、複数の第１配線から読み出された信号データが、領域を区分けすることなくそのまま画素群決定のために用いられる場合と比較して、容易かつ高速に、画素群が変更される。

第１読出部は、分割部によって分けられたグループごとに、各グループにおける複数の第１配線から出力された信号の情報を１つの信号にまとめて信号データを読み出すビニング読出部を有してもよい。比較部は、グループ間で、ビニング読出部によって読み出された信号データを比較してもよい。この場合、グループごとに複数の第１配線から出力される各信号データを、１つの信号データとしてまとめて読み出すビニング読み出しが行われる。これにより、複数の第１配線から出力された各信号データの情報が反映されつつ、複数の第１配線から出力された各信号データがそれぞれ読み出される場合と比較して、読み出し速度が向上する。

分割部は、比較部での比較結果に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分けてもよい。この場合、複数の第１配線から読み出された各信号データがそれぞれグループ分けに用いられる場合よりも、容易かつ高速に、画素群を分割する位置が変更される。これにより、光スポットにおける入射位置が移動する場合においても、その移動に追従して画素群を分割する位置が適宜変更されるため、容易かつ正確に各グループにおける信号データの比較が行われる。

分割部は、比較部での比較によって求められた比較値の時間変化量に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分けてもよい。決定部は、時間変化量に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定してもよい。この構成によれば、複数の第１配線及び複数の第２配線から読み出された信号データをそのまま用いる場合と比較して、画素群を分割する位置及び信号データを読み出す画素群を、容易かつ高速に変更することができる。光スポットにおける入射位置の移動に追従して画素群を分割する位置が適宜変更されれば、容易かつ正確に各グループにおける信号データの比較が行われる。光スポットにおける入射位置の移動に追従して信号データを読み出す画素群が適宜変更されれば、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が向上し得る。

分割部は、比較部での比較によって求められた比較値又は当該比較値の時間変化量が所定値を超えた場合に、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分けてもよい。この場合、所定値の設定に応じて適切なタイミングで画素群のグループ分けを行うことができるため、グループ分けを行う頻度が低減され得る。分割部がグループ分けを行う頻度が低減されれば、入射光スポットにおける入射位置検出速度が向上し得る。

決定部は、比較部での比較によって求められた比較値又は当該比較値の時間変化量が所定値を超えた場合に、第２フレームの前のフレームで信号データを読み出した画素群と異なる画素群を、第２フレームで信号データを読み出す画素群に決定してもよい。この場合、信号データを読み出す画素群を所定値の設定に応じて適切なタイミングで変更することができるため、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保されつつ、グループ分けを行う頻度が低減され得る。分割部がグループ分けを行う頻度が低減されれば、入射光スポットにおける入射位置検出の速度が向上し得る。

読出画素設定部は、複数の第１配線の少なくとも一部を通して出力された信号の行方向又は列方向への射影データの重心位置を演算する演算部を更に有してもよい。分割部は、演算部によって演算された重心位置から求められる分割位置によって、複数の画素が配列されている領域を区分けすることで、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分けてもよい。決定部は、演算部によって演算された重心位置に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群として設定する画素群を決定してもよい。この場合、上記重心位置に基づいてグループ分けが行われるため、グループ間における信号データが容易に比較され得る。

本発明に係る光検出方法は、行列状に２次元配列されていると共に各々が第１光感応部及び第２光感応部を含む複数の画素と、複数の第１光感応部を行ごとに接続する複数の第１配線と、複数の第２光感応部を列ごとに接続する複数の第２配線とを備えた光検出装置を用いて、複数の第１配線の少なくとも一部を通して出力される信号から行方向へ射影された信号データを読み出し、複数の第２配線の少なくとも一部を通して出力される信号から列方向へ射影された信号データを読み出し、読み出された２つの信号データから光の２次元入射位置を検出する光検出方法であって、複数のフレームで複数の第１配線の少なくとも一部を通して信号データを読み出す読出工程と、第１フレームで読出工程によって読み出された信号データに基づいて、複数の画素の中から、第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する画素設定工程と、を備える。

本発明に係る光検出方法では、第１フレームで読出工程によって読み出された信号データに基づいて、複数の画素の中から、第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群が設定される。このため、第２フレームで、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、上記複数の画素のうち光の入射位置の検出に適した画素群から信号データが読み出され得る。この場合、第１フレームで読み出された信号データに基づいて読み出す画素群が設定されるため、信号データを読み出す画素数が削減されても、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保される。読み出す画素数が削減されれば、入射光スポットにおける位置検出速度が向上される。

本発明によれば、光の入射位置の検出について入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保されつつ、入射位置検出速度が向上した光検出装置及び光検出方法を提供することができる。

実施形態に係る光検出装置のブロック図である。 光検出装置の概略回路図である。 光検出装置による信号データの読み出しを説明するための図である。 行方向へ射影された信号データの輝度分布を示す図である。 列方向へ射影された信号データの輝度分布を示す図である。 光検出装置による信号データの部分読み出し及びビニング読み出しを説明するための図である。 ビニング読み出しによって読み出された信号データを説明するための図である。 ビニング読み出しによって読み出された信号データを説明するための図である。 スポット光が移動した場合の処理を説明するための図である。 比較部での比較によって求められた比較値と閾値との関係を示す図である。 比較部での比較によって求められた比較値と閾値との関係を示す図である。 スポット光が移動した場合の処理を説明するための図である。 読出回路が行う処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１～図５を参照して、本実施形態に係る光検出装置の全体の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る光検出装置のブロック図である。図２は、本実施形態に係る光検出装置の概略回路図である。図３は、光検出装置による信号データの読み出しを説明するための図である。図４及び図５は、光検出装置によって読み出される信号データを示す図である。

光検出装置１は、光の２次元入射位置を検出するプロファイルセンサであり、光が入射することによって発生した信号を、入射位置に応じた２次元射影データ（２次元プロファイル）として読み出す。本実施形態では、光検出装置１は、スポット光の入射位置を継続的に複数のフレームで検出する。ここで、「フレーム」は、光検出装置１で行われる一回の光検出の期間を意味する。

光検出装置１は、センサ受光部１０、行方向読出部２１、及び列方向読出部３１（第１読出部，第２読出部）を備えている。センサ受光部１０で光スポットが受光されることによって発生した信号の射影データは、行方向読出部２１及び列方向読出部３１によってそれぞれ読み出される。センサ受光部１０は、図２に示されているように、複数の画素１１と、複数の画素１１を行方向読出部２１に接続するための複数の配線１２と、複数の画素１１を列方向読出部３１に接続するための複数の配線１３（複数の第１配線，複数の第２配線）とを有する。

複数の画素１１は、行列状に２次元配列されている。ここで、「行列状」は、ハニカム構造など２次元の最密充填構造も含む。複数の画素１１の各々は、光感応部１５及び光感応部１６（第１光感応部又は第２光感応部）を含んでいる。各光感応部１５，１６は、フォトダイオードなどの受光素子によって形成されている。各光感応部１５，１６は、複数の受光素子によって構成されていてもよい。

同一の画素１１に含まれている光感応部１５及び光感応部１６は、上記行方向及び列方向に直交する方向から見て、隣接して配置されている。すなわち、センサ受光部１０には、複数の光感応部１５と複数の光感応部１６とが、画素１１ごとに行方向及び列方向に配列されている。

複数の配線１２は、複数の光感応部１５を行ごとに接続する。各配線１２は、行方向に延在しており、行方向に１列に配列された複数の光感応部１５を互いに接続する。各配線１２は、光感応部１５に対応して設けられた複数のスイッチ素子を含んでいてもよい。この場合、各配線１２において、複数のスイッチ素子がＯＮとされることで、行方向に１列に配列された複数の光感応部１５が互いに電気的に接続される。

複数の配線１３は、複数の光感応部１６を列ごとに接続する。各配線１３は、列方向に延在しており、列方向に１列に配列された複数の光感応部１６を互いに電気的に接続する。各配線１３は、光感応部１６に対応して設けられた複数のスイッチ素子を含んでいてもよい。この場合、各配線１３において、複数のスイッチ素子がＯＮとされることで、列方向に１列に配列された複数の光感応部１６が互いに電気的に接続される。

行方向読出部２１および列方向読出部３１は、ＡＮＤ/ＯＲ/ＮＯＴ/ＸＯＲゲート等の各種論理回路により構成されるレジスタ、メモリ、比較器、演算器、多重器、選択器、Ａ/Ｄコンバータ、及び電源制御回路等を含むハードウエアにより構成される。さらに、行方向読出部２１および列方向読出部３１は、一部もしくは全体がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路によって構成されていてもよい。行方向読出部２１および列方向読出部３１は、内蔵および外部における制御プログラム、各種制御信号等により制御され動作する。

行方向読出部２１は、更に、複数の光感応部１５からの信号を外部に出力する第１出力線２２と、各配線１２と第１出力線２２との接続状態を切り替える複数のスイッチ素子２３と、を有する。複数のスイッチ素子２３は、各配線１２と第１出力線２２との間に設けられている。スイッチ素子２３がＯＮとされることで、ＯＮとされたスイッチ素子２３に接続されている配線１２と第１出力線２２とが電気的に接続される。行方向読出部２１は、複数のスイッチ素子２３を制御することで、複数の配線１２の少なくとも一部を通して信号データを読み出す。

たとえば、図３に示されているように、行方向読出部２１は、複数の配線１２を通して複数の光感応部１５から信号データＸを読み出す。信号データＸは、行方向へ射影された信号データ（行方向プロファイル）であり、同一の配線１２で接続されている複数の光感応部１５からの出力が合算されている。図４は、行方向読出部２１によって読み出された信号データＸを示している。縦軸は、信号データＸにおける輝度を示し、横軸は、信号を出力した画素１１の列方向における位置を示す。

列方向読出部３１は、更に、複数の光感応部１６からの信号を外部に出力する第２出力線３２と、各配線１３と第２出力線３２との接続状態を切り替える複数のスイッチ素子３３とを有する。複数のスイッチ素子３３は、各配線１３と第２出力線３２との間に設けられている。スイッチ素子３３がＯＮとされることで、ＯＮとされたスイッチ素子３３に接続されている配線１３と第２出力線３２とが電気的に接続される。列方向読出部３１は、複数のスイッチ素子３３を制御することで、複数の配線１３の少なくとも一部を通して信号データを読み出す。

たとえば、図３に示されるように、列方向読出部３１は、複数の配線１３を通して、複数の光感応部１６から信号データＹを読み出す。信号データＹは、列方向へ射影された信号データ（列方向プロファイル）であり、同一の配線１３で接続されている複数の光感応部１６からの出力が合算されている。図５は、列方向読出部３１によって読み出された信号データＹを示している。縦軸は、信号データＹにおける輝度を示し、横軸は、信号を出力した画素１１の行方向における位置を示す。

次に、行方向読出部２１及び列方向読出部３１の機能ブロックについて詳細に説明する。図１に示されているように、行方向読出部２１は、部分読出部２４、ビニング読出部２５、及び行方向読出画素設定部２６を有する。列方向読出部３１は、部分読出部３４、ビニング読出部３５、及び列方向読出画素設定部３６を有する。

部分読出部２４，３４は、センサ受光部１０を構成する全ての画素１１のうち、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６によって設定された一部の画素１１のみから信号データを読み出す部分読み出しを行う。部分読み出しは、センサ受光部１０のうち、予め設定された領域に配列された画素１１において行われてもよいし、所定の閾値以上の輝度が検出される画素１１において行われてもよい。この所定の閾値は、たとえば、検出された輝度、ピーク位置、及び信号データ（プロファイル）幅などの特徴量から求められた値であってもよく、又はユーザによって設定された任意の値であってもよい。本実施形態では、部分読出部２４は、行方向読出画素設定部２６によって設定された画素群に接続されている配線１２のみから信号を読み出す。部分読出部３４は、列方向読出画素設定部３６によって設定された画素群に接続されている配線１３のみから信号を読み出す。

ビニング読出部２５，３５は、予め設定された領域又は行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６によって設定された領域に配列された画素１１（画素群）から信号データを、ビニング読み出しによって読み出す。本実施形態では、ビニング読出部２５は、隣り合って配置された所定数の配線１２から出力された複数の信号データを１つの信号データとしてまとめて読み出す。ビニング読出部３５は、隣り合って配置された所定数の配線１３から出力された複数の信号データを１つの信号データとしてまとめて読み出す。

ビニング読出部２５，３５は、加算回路によって、複数の配線１２及び複数の配線１３から出力された信号データの合算値、合算値の平均値、論理和、中央値等を上述した１つの信号データとしてまとめて読み出してもよく、複数の配線１２又は複数の配線１３から出力された信号を射影した信号データ（プロファイルデータ）におけるピーク値、ピーク位置、プロファイル幅等の特徴量から求められた値を、上述した１つの信号データとしてまとめて読み出してもよい。

行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、複数の画素１１の中から信号データを読み出す画素群を設定する。本実施形態では、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６によって設定された上記画素群は、一つの連続した領域に配列されている。行方向読出画素設定部２６は、信号データを読み出す配線１２に接続されているスイッチ素子２３をＯＮにする。すなわち、行方向読出画素設定部２６は、第１出力線２２と配線１２とを電気的に接続することで、配線１２を通して信号データを読み出す画素群を設定する。列方向読出画素設定部３６は、信号データを読み出す配線１３に接続されているスイッチ素子３３をＯＮにする。すなわち、列方向読出画素設定部３６は、第２出力線３２と配線１３とを電気的に接続することで、配線１３を通して信号データを読み出す画素群を設定する。

行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、複数の画素１１の中から、当該第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する。ここで、「第１フレーム」及び「第２フレーム」は、上述した「フレーム」と同様に、光検出装置１で行われる一回の光検出の期間を意味する。「第１フレーム」は、光検出装置１における光検出の任意のフレームである。

行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、光検出装置１の電源ＯＮ後の最初のフレーム、又は信号データの検出に失敗したフレームの次のフレームで信号データを読み出す画素群を、予め格納されている情報に基づく画素群（第１画素群）に設定する。本実施形態では、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、光検出装置１の電源ＯＮ後の最初のフレーム、又は信号データの検出に失敗したフレームの次のフレームで信号データを読み出す画素群を、センサ受光部１０に配列されている全ての画素１１からなる画素群に設定する。

本実施形態では、行方向読出画素設定部２６は、信号データを読み出す配線１２に接続されているスイッチ素子２３のみをＯＮにすることで、信号データを読み出す画素群を設定する。部分読出部２４は、行方向読出画素設定部２６で設定された画素群に接続されている配線１２のみから信号データを読み出す。この結果、行方向読出画素設定部２６で設定された画素群に含まれている複数の光感応部１５から、信号データが読み出される。

ビニング読出部２５によって、行方向読出画素設定部２６で設定された画素群に接続されている配線１２のうち、所定数の配線１２ごとにビニング読み出しが行われてもよい。ビニング読み出しが行われない場合には、配線１２ごとに信号データが読み出される。ビニング読出部２５によってビニング読み出しが行われる場合には、所定数の配線１２ごとに１つの信号データとしてまとめて読み出される。

本実施形態では、列方向読出画素設定部３６は、信号データを読み出す配線１３に接続されているスイッチ素子３３のみをＯＮにすることで、信号データを読み出す画素群を設定する。部分読出部３４は、列方向読出画素設定部３６で設定された画素群に接続されている配線１３のみから信号データを読み出す。この結果、列方向読出画素設定部３６で設定された画素群に含まれている複数の光感応部１６から、信号データが読み出される。

ビニング読出部３５によって、列方向読出画素設定部３６で設定された画素群に接続されている配線１３のうち、所定数の配線１３ごとにビニング読み出しが行われてもよい。ビニング読み出しが行われない場合には、配線１３ごとに信号データが読み出される。ビニング読出部３５によってビニング読み出しが行われる場合には、所定数の配線１３ごとに１つの信号データとしてまとめて読み出される。

行方向読出画素設定部２６は、機能部として、演算部４１、決定部４２、分割部４３、及び比較部４４を有する。列方向読出画素設定部３６は、機能部として、演算部５１、決定部５２、分割部５３、及び比較部５４を有する。

図４及び図５は、複数の配線１２又は複数の配線１３の少なくとも一部を通して読み出された信号データ（プロファイル）を示している。演算部４１，５１は、図４及び図５に示された信号データの重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙ、ピーク位置Ｐｘ，Ｐｙ、信号データのプロファイル幅Ｗｘ，Ｗｙ、及びピーク位置における輝度Ｉｘ，Ｉｙなどの特徴量を上記信号データから演算する。これによって、演算部４１，５１は、それぞれ、行方向及び列方向において、センサ受光部１０におけるスポット光の入射位置、すなわち、センサ受光部１０においてスポット光が照射されている領域を演算する。センサ受光部１０におけるスポット光の入射位置は、上述した特徴量に基づいて光検出装置１の外部で演算されてもよい。

本実施形態では、演算部４１，５１は、当該信号データにおける重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙを演算する。重心位置Ｍｐｘは、複数の配線１２の少なくとも一部を通して行方向へ射影された信号データにおける重心位置である。重心位置Ｍｐｙは、複数の配線１３の少なくとも一部を通して列方向へ射影された信号データにおける重心位置である。上記演算された重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙは、実際に物理的に配置されている画素１１の位置と厳密に一致しないおそれがある。このため、演算部４１，５１は、上述した信号データから演算された重心位置に近似する位置（たとえば、上記演算された重心位置に最も近い画素１１の位置）を重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙとして出力してもよい。演算部４１，５１は、重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙとして、画素の値（輝度）が最大輝度（極大値）をとるピーク位置Ｐｘ，Ｐｙを出力してもよい。

決定部４２，５２は、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、当該第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定する。決定部４２によって決定された画素群は、行方向読出画素設定部２６によって第２フレームで信号データを読み出す画素群として設定される。決定部５２によって決定された画素群は、列方向読出画素設定部３６によって第２フレームで信号データを読み出す画素群として設定される。本実施形態では、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、決定部４２，５２で決定された画素群を参照して、当該画素群に対応するスイッチ素子２３，３３をＯＮにする。

決定部４２，５２は、第２フレームで信号データを読み出す画素群を、複数の配線１２及び複数の配線１３のうち一部の配線１２,１３に接続されている画素群（第２画素群）に決定する。決定部４２，５２は、たとえば、演算部４１，５１によって演算された信号データの重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙを中心として、行方向及び列方向において予め決められた画素数分の領域に配列されている画素群を、第２フレームで信号データを読み出す画素群として決定する。

たとえば、決定部４２は、図６に示されているように、領域Ｒ１に配置されている画素群を、行方向読出部２１が第２フレームで信号データを読み出す画素群に決定する。部分読出部２４は、第２フレームで、領域Ｒ１に配置されている画素群の光感応部１５に接続されている配線１２のみを通して信号データを読み出す。

決定部５２は、領域Ｒ２に配列されている画素群を、列方向読出部３１が第２フレームで信号データを読み出す画素群に決定する。部分読出部３４は、第２フレームで、領域Ｒ２に配列されている画素群の光感応部１５に接続されている配線１３のみを通して信号データを読み出す。第２フレームで、部分読み出しと共に、決定部４２，５２によって決定された画素群おけるビニング読み出しがビニング読出部２５，３５によって行われてもよい。

分割部４３，５３は、複数の画素１１が配列されている領域を、複数の領域に区分けすることで、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける。本実施形態では、分割部４３は、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を、各画素１１に接続されている配線１２に応じて複数のグループに分ける。分割部５３は、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を、各画素１１に接続されている配線１３に応じて複数のグループに分ける。すなわち、同一の配線１２，１３に接続されている画素１１は、同一のグループに分けられる。

分割部４３，５３は、たとえば、図６に示されているように、演算部４１，５１で演算された演算結果に基づいて、複数の画素１１が配列されている領域を４つに区分けすることで、第２フレームで信号データを読み出す画素群を４つのグループに分ける。図６に示されている構成では、複数の配線１２及び複数の配線１３をそれぞれ２つに分けることにより、第２フレームで信号データを読み出す画素群を４つのグループに分けている。本実施形態では、分割部４３，５３は、演算部４１，５１によって演算された、信号データの重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙから求められる分割位置α,βによって複数の画素１１が配列されている領域を４つに区分けしている。本実施形態では、分割位置αは行方向と平行であり、分割位置βは列方向と平行である。

図６に示されている構成では、分割部４３は、分割位置αを基準として、複数の配線１２に接続されている画素群をグループ１２Ａとグループ１２Ｂに分ける。分割部５３は、分割位置βを基準として、複数の配線１３に接続されている画素群をグループ１３Ａとグループ１３Ｂに分ける。各分割部４３，５３によって分けられるグループは、予め決められていてもよい。

部分読出部２４，３４は、分割部４３，５３によって分けられたグループごとに、部分読み出しを行う。たとえば、部分読出部２４は、複数の配線１２に接続されている一方のグループ１２Ａから信号データＸ１を読み出し、他方のグループ１２Ｂから信号データＸ２を読み出す。部分読出部３４は、複数の配線１３に接続されている一方のグループ１３Ａから信号データＹ１を読み出し、他方のグループ１３Ｂから信号データＹ２を読み出す。

図６に示されている例では、決定部４２，５２によって信号データを読み出す画素群が領域Ｒ１，Ｒ２に配列された画素群に決定されている。このため、部分読出部２４は、複数の配線１２に接続されている一方のグループ１２Ａのうち、領域Ｒ１に配列された画素群から信号データＸ１を読み出す。部分読出部２４は、他方のグループ１２Ｂのうち、領域Ｒ２に配列された画素群から信号データＸ２を読み出す。部分読出部３４は、複数の配線１３に接続されている一方のグループ１３Ａのうち、領域Ｒ１に配列された画素群から信号データＹ１を読み出す。部分読出部３４は、他方のグループ１３Ｂのうち、領域Ｒ２に配列された画素群から信号データＹ２を読み出す。

ビニング読出部２５，３５は、分割部４３，５３によって分けられたグループごとに、配線１２又は配線１３から出力された信号の情報を１つの信号にまとめることで、信号データを読み出してもよい。たとえば、ビニング読出部２５は、グループ１２Ａから出力される信号の情報を１つの信号にまとめて信号データＸ１として読み出し、グループ１２Ｂから出力される信号の情報を１つの信号にまとめて信号データＸ２として読み出してもよい。

たとえば、ビニング読出部３５は、グループ１３Ａから出力される信号の情報を１つの信号にまとめて信号データＹ１として読み出し、グループ１３Ｂから出力される信号の情報を１つの信号にまとめて信号データＹ２として読み出してもよい。この場合、たとえば、ビニング読出部２５から読み出される信号データＸ１と信号データＸ２とが、図７及び図８に示されているように容易に比較され得る。

比較部４４，５４は、分割部４３，５３によって分けられたグループ間で、各グループから読み出された信号データを比較する。たとえば、比較部４４，５４は、比較結果として、各グループから読み出された信号データの比較によって比較値Ｏｕｔ（ｘ），Ｏｕｔ（ｙ）を求める。本実施形態では、比較部４４，５４は、各グループからビニング読み出しによって読み出された信号データを比較する。比較部４４，５４は、ＡＤ変換器、及び電圧比較回路などによって構成される。

本実施形態では、比較部４４には、グループ１２Ａからビニング読み出しされた信号データＸ１とグループ１２Ｂからビニング読み出しされた信号データＸ２とが入力される。比較部５４には、グループ１３Ａからビニング読み出しされた信号データＹ１とグループ１３Ｂからビニング読み出しされた信号データＹ２とが入力される。たとえば、比較部４４は、信号データＸ１，Ｘ２が入力されると、以下の式によって比較値Ｏｕｔ（Ｘ）を求める。ここで、以下の式においてＩｘ１，Ｉｘ２はそれぞれ、信号データＸ１およびＸ２における輝度値を示す。

Ｏｕｔ（Ｘ）＝（Ｉｘ１－Ｉｘ２）／（Ｉｘ１＋Ｉｘ２）

グループ１２Ａの画素群と、グループ１２Ｂの画素群とに、光が均等に入射されている場合には、図７に示されているように信号データＸ１における輝度値Ｉｘ１と信号データＸ２における輝度値Ｉｘ２は等しい。この場合、比較結果として、Ｏｕｔ（Ｘ）＝０が導出される。スポット光の入射位置がグループ１２Ｂ側（列方向）に変位していた場合、図８に示されているように信号データＸ２における輝度値Ｉｘ２は信号データＸ１における輝度値Ｉｘ１よりも大きい。この場合、比較結果として、Ｏｕｔ（Ｘ）＜０が導出され、入射位置の変位が検出される。

比較部５４は、信号データＹ１，Ｙ２が入力されると、以下の式によって比較値Ｏｕｔ（Ｙ）を求める。ここで、以下の式においてＩｙ１，Ｉｙ２はそれぞれ、信号データＹ１およびＹ２における輝度値を示す。

Ｏｕｔ（Ｙ）＝（Ｉｙ１－Ｉｙ２）／（Ｉｙ１＋Ｉｙ２）

グループ１３Ａの画素群と、グループ１３Ｂの画素群とに、光が均等に入射されている場合には、信号データＹ１における輝度値Ｉｙ１と信号データＹ２における輝度値Ｉｙ２は等しい。この場合、比較結果として、Ｏｕｔ（Ｙ）＝０が導出される。スポット光の入射位置がグループ１２Ｂ側（列方向）に変位していた場合、信号データＹ２における輝度値Ｉｙ２は信号データＹ１における輝度値Ｉｙ１よりも大きい。この場合、比較結果として、Ｏｕｔ（Ｙ）＜０が導出され、入射位置の変位が検出される。

本実施形態では、比較部４４，５４は、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）のフレーム間における時間変化量を導出して、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）と共に、当該比較値の時間変化量を出力する。Ｏｕｔ（Ｘ）又はＯｕｔ（Ｘ）の時間変化量の出力から、列方向におけるスポット光入射位置の変位量が導出される。同様に、Ｏｕｔ（Ｙ）又はＯｕｔ（Ｙ）の時間変化量の出力から、行方向におけるスポット光入射位置の変位量が導出される。

上述したように、演算部４１，５１は、信号データの重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙ、ピーク位置Ｐｘ，Ｐｙ、上記信号データのプロファイル幅Ｗｘ，Ｗｙ、及びピーク位置における輝度Ｉｘ，Ｉｙなどの特徴量を上述した信号データから演算する。分割部４３，５３は、演算部４１，５１によって演算された演算結果から、複数の配線１２に接続されている画素群と複数の配線１３に接続されている画素群とをそれぞれ２つのグループに分ける。従って、比較部４４，５４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）から導出されたスポット光における入射位置の変位量は、演算部４１，５１によって演算されたスポット光における入射位置からの変位量である。これにより、演算部４１，５１によって演算された入射位置との関係から、現在の入射位置が検出される。

比較部４４は、比較値Ｏｕｔ（Ｘ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ（±Ｔｈｘ，所定値）を超えた場合に、閾値Ｔｈｘを更新する。比較部５４は、比較値Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｙ（±Ｔｈｙ，所定値）を超えた場合に、閾値Ｔｈｙを更新する。閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙは、ユーザによってあらかじめ設定された任意の値であってもよいし、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）、検出された輝度、ピーク位置、及びプロファイル幅などの特徴量から求められてもよい。本実施形態では、閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙは、図９に示されているように入射したスポット光の中心が前のフレームで信号データを読み出す画素群から外れたことを示す値に設定されている。

決定部４２，５２は、比較部４４，５４における比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量に基づいて、後のフレーム（第２フレーム）において信号データを読み出す画素群を決定する。本実施形態では、決定部４２は、比較部４４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ）の時間変化量から求められた入射位置の変位量に合わせて、次のフレームで読み出しを行う画素群を決定する。決定部５２は、比較部５４での比較値Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量から求められた入射位置の変位量に合わせて、次のフレームで読み出しを行う画素群を決定する。すなわち、決定部４２，５２は、検出されたスポット光における入射位置の変位に合わせて、読み出しを行う画素群を変更し、次のフレームで読み出しを行う画素群を新たに決定する。

決定部４２，５２は、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が上述した閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙ（所定値）を超えた場合に、前のフレームで信号データを読み出した画素群とは異なる画素群を、後のフレーム（第２フレーム）において信号データを読み出す画素群に決定する。ここで、異なる画素群とは、画素群を構成する画素１１の組み合わせが前のフレームと後のフレームにおいて異なっていることを示しており、画素群に含まれる画素１１が前のフレームと後のフレームにおいて重複している場合も含む。本実施形態では、決定部４２は、図１０に示されているように、比較部４４における比較値Ｏｕｔ（Ｘ）が閾値Ｔｈｘを超えた場合にのみ、次のフレームで信号データを読み出す画素群を決定する。

決定部５２は、図１１に示されているように、比較部５４での比較値Ｏｕｔ（Ｙ）が閾値Ｔｈｙを超えた場合にのみ、次のフレームで信号データを読み出す画素群を決定する。本実施形態では、決定部４２，５２は、比較部４４，５４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙをそれぞれ超えたと判断した場合に、次のフレームで図１２に示されているように信号データを読み出す画素群を決定する。

分割部４３，５３は、比較部４４，５４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量に基づいて、複数の配線１２に接続されている画素群と複数の配線１３に接続されている画素群を新たに複数のグループに再分類する。本実施形態では、分割部４３は、比較部４４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ）の時間変化量から求められた入射位置の変位量に合わせて、複数の配線１２に接続されている画素群を２つのグループに再分類する。分割部５３は、比較部５４での比較値Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量から求められた入射位置の変位量に合わせて、複数の配線１３に接続されている画素群を２つのグループに再分類する。すなわち、分割部４３，５３は、検出されたスポット光の入射位置の変位に合わせて、読み出しを行う画素群を変更し、次のフレームで読み出しを行う画素群を新たに複数のグループに再分類する。

また、分割部４３，５３は、比較部４４，５４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙ（所定値）を超えた場合に、複数の配線１２に接続されている画素群と複数の配線１３に接続されている画素群を再分割する。本実施形態では、分割部４３は、図１０に示されているように、比較部４４での比較値Ｏｕｔ（Ｘ）が閾値Ｔｈｘを超えた場合にのみ、複数の配線１２に接続されている画素群を再分割する。分割部５３は、図１１に示されているように、比較部５４での比較値Ｏｕｔ（Ｙ）が閾値Ｔｈｙを超えた場合にのみ、複数の配線１３に接続されている画素群を再分割する。

この際、たとえば図１２に示されているように、分割部４３は、次のフレームで複数の配線１２に接続されている画素群を、分割位置αと異なる分割位置α’を基準として、２つのグループ１２Ａ,１２Ｂに分ける。分割部５３は、複数の配線１３に接続されている画素群を、分割位置βと異なる分割位置β’を基準として、２つのグループ１３Ａ,１３Ｂに分ける。

部分読出部２４，３４及びビニング読出部２５，３５は、分割部４３，５３によって再分割されたグループごとに、決定部４２，５２で決定された画素群から信号データを読み出す。比較部４４，５４は、再分割された複数のグループ間で、各グループから読み出された信号データを比較する。このように、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、決定部４２，５２による処理、分割部４３，５３による処理、部分読出部２４，３４及びビニング読出部２５，３５による処理、並びに、比較部４４，５４による処理を繰り返し行う。

次に、図１３のフローチャートを参照して、光検出装置１を用いた光検出方法について詳細に説明する。

まず、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６によって、信号データを読み出す画素群、分割部４３，５３よるグループ分け、及び閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙの設定を初期化する（ステップＳ１）。当該初期化によって、最初のフレームで信号データを読み出す画素群は、予め格納されている情報に基づく画素群（初期設定画素群）に設定される。本実施形態では、初期設定画素群は、センサ受光部１０に配列されている全ての画素１１からなる画素群である。

続いて、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、ステップＳ１で設定された初期設定画素群から信号データを読み出す（ステップＳ２）。行方向読出部２１は、複数の配線１２の少なくとも一部を通して出力された信号から行方向へ射影された信号データ（行方向プロファイル）を読み出す。列方向読出部３１は、複数の配線１３の少なくとも一部を通して出力された信号から列方向へ射影された信号データ（列方向プロファイル）を読み出す。これら２つの信号データによって、最初のフレームにおけるスポット光の２次元入射位置が検出される。

続いて、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、演算部４１，５１によって、ステップＳ２で読み出された信号データの特徴量を演算する（ステップＳ３）。特徴量は、たとえば、重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙ、ピーク位置Ｐｘ，Ｐｙ、上記信号データのプロファイル幅Ｗｘ，Ｗｙ、及びピーク位置における輝度Ｉｘ，Ｉｙである。

続いて、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、決定部４２，５２及び分割部４３，５３によって、ステップＳ２で演算された演算結果に基づいて、次のフレームで読み出す画素群の決定と、当該画素群のグループ分けとを行う（ステップＳ４）。本実施形態では、ステップＳ２で演算された重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙに基づいて、次のフレームで読み出す画素群の決定と、当該画素群のグループ分けとを行う。次のフレームで信号データを読み出す画素群は、ステップＳ４で決定部４２，５２によって決定された画素群に設定され、その後、処理はステップＳ５へ進む。

続いて、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、部分読出部２４，３４及びビニング読出部２５，３５によって、直前のステップで設定された画素群から、直前のステップで分割されたグループごとに信号データを読み出す（ステップＳ５）。すなわち、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、部分読出部２４，３４及びビニング読出部２５，３５によって、複数の配線１２及び複数の配線１３の少なくとも一部を通して信号データを読み出す。

続いて、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、比較部４４，５４によって、グループ間で、各グループから読み出された信号データを比較する（ステップＳ６）。比較部４４，４５での比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量からスポット光の入射位置の変位量が導出され、スポット光の２次元入射位置が検出される。

続いて、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、処理を終了するか判断する（ステップＳ７）。処理を終了すると判断された場合には、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、処理を終了する。処理を終了しないと判断された場合には、処理はステップＳ８へ進む。

行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、ステップＳ７で処理を終了しないと判断されると、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えたか否かを判断する（ステップＳ８）。比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えていない場合には、処理はステップＳ５へ進む。比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えた場合には、処理はステップＳ９へ進む。

行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、ステップＳ８で比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えたと判断されると、決定部４２，５２、分割部４３，５３、及び比較部４４，５４によって、次のフレームで信号データを読み出す画素群の決定と、当該画素群のグループ分けと、閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙの更新とを行う（ステップＳ９）。次のフレームで信号データを読み出す画素群は、ステップＳ９で決定部４２，５２によって決定された画素群に設定され、その後、処理はステップＳ５へ進む。以上の処理工程によって、スポット光の２次元入射位置が複数のフレームで繰り返し検出される。

以上説明したように、光検出装置１では、行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６が、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、複数の画素１１の中から、第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する。このため、行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、第２フレームで、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、上記複数の画素１１のうち光の入射位置の検出に適した画素群から信号データが読み出され得る。たとえば、光の入射位置の検出に必要な画素１１のみから信号データを読み出す部分読み出しを行うことで、信号データを読み出す画素数が削減されるため、読み出し速度が向上し得る。

従来の検出装置においては、読み出す画素数が削減された場合、入射した光スポットにおける解像度が低下するため、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が低下する可能性がある。一方、光検出装置１では、第１フレームで読み出された信号データに基づいて読み出す画素群が適宜設定されるため、信号データを読み出す画素数が削減された場合であっても、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が保たれる。すなわち、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保されつつ、読み出す画素数が削減され得る。読み出す画素数が削減されれば、位置検出速度が向上され得る。したがって、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）の確保と位置検出速度の向上とが両立され得る。

行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、第１フレームで信号データを読み出す画素群を、複数の画素１１のうちの第１画素群（たとえば、初期設定画素群）に設定し、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を、第１画素群に接続されている複数の配線１２，１３のうち一部の配線１２,１３に接続されている第２画素群に設定する。この構成によれば、第２フレームで信号データを読み出す第２画素群よりも広い領域である第１画素群から画素の読み出しを行う第１フレームの信号データに基づいて第２画素群が決定されるため、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が向上し得る。

行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、複数の画素１１が配列されている領域を区分けすることで、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける分割部４３，５３と、分割部４３，５３によって分けられたグループ間で、各グループから読み出された信号データを比較する比較部４４，５４と、比較部４４，５４での比較結果に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定する決定部４２，５２と、を有している。この構成によれば、分割されたグループ間での比較結果に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群が決定される。このため、複数の配線１２，１３から読み出された信号データを、領域を区分けすることなくそのまま画素群決定のために用いる場合と比較して、入射光スポットが移動した場合においても、その移動に適宜追従して画素群が容易かつ高速に決定され得る。

行方向読出部２１及び列方向読出部３１は、分割部４３，５３によって分けられたグループごとに、各グループにおける複数の配線１２，１３から出力された信号の情報を１つの信号にまとめて信号データを読み出すビニング読出部２５，３５を有している。比較部４４，５４は、グループ間で、ビニング読出部２５，３５によって読み出された信号データを比較している。この構成によれば、グループごとに複数の配線１２，１３から出力される信号の情報を１つの信号データとしてまとめて読み出すビニング読み出しが行われる。このため、上記信号データにおける情報が反映されつつ、複数の配線１２，１３から読み出された信号データをまとめることなくそのまま読み出した場合と比較して、読み出し速度が向上され得る。

分割部４３，５３は、比較部４４，５４における比較結果に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分類する。この構成によれば、複数の配線１２，１３から読み出された信号データをグループの分類にそのまま用いる場合と比較して、容易かつ高速に、画素群を分割する位置が入射光スポットの移動に追従して変更され得る。入射光スポットの移動に追従して画素群を分割する位置が変更されれば、容易かつ正確に分類されたグループ間における信号データの比較が行われ得る。

分割部４３，５３は、比較部４４，５４での比較によって求められた比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分類する。決定部４２，５２は、時間変化量に基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定している。この構成によれば、画素群を分割する位置、及び、信号データを読み出す画素群を、複数の配線１２，１３から読み出された信号データをそのまま用いる場合と比較して、容易かつ高速に、入射光スポットの移動に追従して画素群が変更され得る。入射光スポットの移動の移動に追従して分割する位置が変更されれば、容易かつ正確に分類されたグループ間における信号データの比較が行われ得る。光の入射位置の移動に追従して信号データを読み出す画素群が変更されれば、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が向上し得る。

分割部４３，５３は、比較部４４，５４での比較によって求められた比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えた場合に、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける。この構成によれば、適切なタイミングで画素群のグループ分けを行うことができるため、グループ分けを行う頻度が低減され得る。分割部４３，５３がグループ分けを行う頻度が低減されれば、入射光スポットにおける入射位置検出における処理速度が向上し得る。

決定部４２，５２は、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）又は当該比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）の時間変化量が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えた場合に、第１フレームで信号データを読み出した画素群と異なる画素群を、第２フレームで信号データを読み出す画素群に新たに決定する。この構成によれば、信号データを読み出す画素群を適切なタイミングで変更することが可能であるため、入射光スポットにおける入射位置検出精度が確保されつつ、グループ分けを行う頻度が低減され得る。分割部４３，５３がグループ分けを行う頻度が低減されれば、入射光スポットにおける入射位置検出における処理速度が向上し得る。

行方向読出画素設定部２６及び列方向読出画素設定部３６は、複数の配線１２，１３の少なくとも一部を通して出力された信号の行方向への射影データの重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙを演算する演算部４１，５１を更に有する。分割部４３，５３は、演算部４１，５１によって演算された重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙから求められる分割位置α，βによって、複数の画素が配列されている領域を区分けすることで、第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける。決定部４２，５２は、演算部４１，５１によって演算された重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙに基づいて、第２フレームで信号データを読み出す画素群として設定する画素群を決定する。この場合、重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙでグループ分けが行われるため、グループ間で信号データが容易に比較され得る。

たとえば、分割部４３，５３は、演算部４１，５１によって演算された重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙから求められる分割位置α，βによって、複数の配線１２，１３に接続されている画素群をそれぞれ２つのグループに分ける。この場合、比較部４４，５４による比較結果はそれぞれ、Ｏｕｔ（Ｘ）＝０，Ｏｕｔ（Ｙ）＝０であると考えられる。このため、演算部４１によって重心位置Ｍｐｘを演算したフレームにおける入射光スポットの列方向における入射位置の変位量を、Ｏｕｔ（Ｘ）から簡易に検出することができる。同様に、演算部５１によって重心位置Ｍｐｙを演算したフレームにおける入射光スポットの行方向における入射位置の変位量を、Ｏｕｔ（Ｙ）から簡易に検出することができる。

なお、重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙは、実際に物理的に配置されている画素１１の位置と厳密に一致しないおそれがある。この結果、演算部４１，５１によって重心位置Ｍｐｘ，Ｍｐｙを演算したフレームにおいて、比較部４４，５４による比較結果が、Ｏｕｔ（Ｘ）＝０，Ｏｕｔ（Ｙ）＝０とならないおそれがある。この場合においても、Ｏｕｔ（Ｘ）及びＯｕｔ（Ｙ）における時間変化量を導出することで、当該時間変化量から行方向及び列方向の入射位置の変位量を検出することができる。

以上のように、演算部４１，５１によって演算を行ったフレームにおいて検出された入射位置からの変位量によって、現在の入射位置が検出され得る。

本発明に係る光検出方法は、第１フレームで読出工程によって読み出された信号データに基づいて、複数の画素１１の中から、第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する画素設定工程を備えている。このため、第２フレームで、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、上記複数の画素１１のうち光の入射位置の検出に適した画素群から信号データが読み出され得る。この場合、第１フレームで読み出された信号データに基づいて読み出す画素群が設定されるため、信号データを読み出す画素数が削減されても、入射光スポットの位置検出における位置検出精度（入射光スポットにおける入射位置検出の正確度）が確保され得る。読み出す画素数が削減されれば、位置検出速度が向上され得る。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、行方向読出画素設定部２６又は列方向読出画素設定部３６が、所定のフレームで読み出された信号データに基づいて、当該所定のフレームよりも後のフレームで信号データを読み出す画素群を設定すればよく、演算部４１，５１、決定部４２，５２、分割部４３，５３、及び比較部４４，５４は、光検出装置１の外部に設けられていてもよい。

決定部４２，５２は、フレーム毎に、信号データを読み出す画素群を決定してもよい。同様に、分割部４３，５３は、フレーム毎に、再分割を行ってもよい。決定部４２，５２が画素群の決定を行う際のトリガーとなる閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙと、分割部４３，５３が再分割を行う際のトリガーとなる閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙとは、異なる値であってもよい。

決定部４２，５２は、閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙとは異なる条件が満たされたときに画素群の決定を行ってもよい。分割部４３，５３は、閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙとは異なる条件が満たされたときに再分割を行ってもよい。上記異なる条件の例として、たとえば、比較値Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）が閾値Ｔｈｘ，Ｔｈｙを超えることではなく、分割部４３，５３によって分けられたグループのうち１つのグループにおいてスポット光が検出されなかったことが条件とされてもよい。決定部４２，５２が画素群の決定を行う際のトリガーとなる条件と、分割部４３，５３が再分割を行う際のトリガーとなる条件とは、異なる条件であってもよい。

本実施形態では、行方向読出部２１と列方向読出部３１とは、複数の配線１２及び複数の配線１３からの信号データを時間で分割して読み出す。しかし、複数の配線１２及び複数の配線１３からの信号データを分割して、同時に並列に読み出してもよい。たとえば、部分読出部２４は、信号データＸ１と信号データＸ２とを同時に並列に読み出してもよく、部分読出部３４は、信号データＹ１と信号データＹ２とを同時に並列に読み出してもよい。

１…光検出装置、１１…画素、１２，１３…配線、１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ…グループ、１５，１６…光感応部、２１…行方向読出部、３１…列方向読出部、２６…行方向読出画素設定部、３６…列方向読出画素設定部、４１，５１…演算部、４２，５２…決定部、４３，５３…分割部、４４，５４…比較部、Ｘ，Ｙ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２…信号データ、Ｏｕｔ（Ｘ），Ｏｕｔ（Ｙ）…比較値、Ｔｈｘ，Ｔｈｙ…閾値、α，β…分割位置。

Claims (9)

1. 光の入射位置を検出する光検出装置であって、
   行列状に２次元配列されていると共に、各々が第１光感応部及び第２光感応部を含む複数の画素と、
   複数の前記第１光感応部を行ごとに接続する複数の第１配線と、
   複数の前記第２光感応部を列ごとに接続する複数の第２配線と、
   前記複数の第１配線の少なくとも一部を通して信号データを読み出す第１読出部と、
   前記複数の第２配線の少なくとも一部を通して信号データを読み出す第２読出部と、を備え、
   前記第１読出部は、第１フレームで読み出された信号データに基づいて、前記複数の画素の中から、前記第１フレームよりも後の第２フレームで信号データを読み出す画素群を設定する読出画素設定部を有し、
   前記読出画素設定部は、
   前記複数の画素が配列されている領域を区分けすることで、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける分割部と、
   前記分割部によって分けられたグループ間で、各前記グループから読み出された信号データを比較する比較部と、
   前記比較部での比較結果に基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定する決定部と、を有する、光検出装置。
2. 前記読出画素設定部は、前記第１フレームで信号データを読み出す画素群を、前記複数の画素のうちの第１画素群に設定し、前記第１フレームで読み出された信号データに基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を、前記第１画素群に接続されている複数の前記第１配線のうち一部の第１配線に接続されている第２画素群に設定する、請求項１に記載の光検出装置。
3. 前記第１読出部は、前記分割部によって分けられた前記グループごとに、各前記グループにおける複数の前記第１配線から出力された信号の情報を１つの信号にまとめて信号データを読み出すビニング読出部を有し、
   前記比較部は、前記グループ間で、前記ビニング読出部によって読み出された信号データを比較する、請求項１又は２に記載の光検出装置。
4. 前記分割部は、前記比較部での比較結果に基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける、請求項１～３のいずれか一項に記載の光検出装置。
5. 前記分割部は、前記比較部での比較によって求められた比較値の時間変化量に基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分け、
   前記決定部は、前記時間変化量に基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光検出装置。
6. 前記分割部は、前記比較部での比較によって求められた比較値又は当該比較値の時間変化量が所定値を超えた場合に、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検出装置。
7. 前記決定部は、前記比較部での比較によって求められた比較値又は当該比較値の時間変化量が所定値を超えた場合に、前記第２フレームの前のフレームで信号データを読み出した画素群と異なる画素群を、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群に決定する、請求項１～６のいずれか一項に記載の光検出装置。
8. 前記読出画素設定部は、前記複数の第１配線の少なくとも一部を通して出力された信号の行方向又は列方向へ射影された信号データの重心位置を演算する演算部を更に有し、
   前記分割部は、前記演算部によって演算された前記重心位置に基づいて、前記複数の画素が配列されている領域を区分けすることで、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分け、
   前記決定部は、前記演算部によって演算された前記重心位置に基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群として設定する画素群を決定する、請求項１～７のいずれか一項に記載の光検出装置。
9. 行列状に２次元配列されていると共に各々が第１光感応部及び第２光感応部を含む複数の画素と、複数の前記第１光感応部を行ごとに接続する複数の第１配線と、複数の前記第２光感応部を列ごとに接続する複数の第２配線とを備えた光検出装置を用いて、前記複数の第１配線の少なくとも一部を通して出力される信号から行方向へ射影された信号データを読み出し、前記複数の第２配線の少なくとも一部を通して出力される信号から列方向へ射影された信号データを読み出し、読み出された２つの信号データから光の２次元入射位置を検出する光検出方法であって、
   複数のフレームで前記複数の第１配線の少なくとも一部を通して信号データを読み出す読出工程と、
   第１フレームで前記読出工程によって読み出された信号データに基づいて、前記複数の画素の中から、前記第１フレームよりも後の第２フレームで信号を読み出す画素群を設定する画素設定工程と、を備え、
   前記画素設定工程は、
   前記複数の画素が配列されている領域を区分けすることで、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を複数のグループに分ける分割工程と、
   前記分割工程によって分けられたグループ間で、各前記グループから読み出された信号データを比較する比較工程と、
   前記比較工程での比較結果に基づいて、前記第２フレームで信号データを読み出す画素群を決定する決定工程と、を含んでいる、光検出方法。

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