JPH01214059A - Ｃｃｄ受光デバイス - Google Patents
Ｃｃｄ受光デバイスInfo
- Publication number
- JPH01214059A JPH01214059A JP63037635A JP3763588A JPH01214059A JP H01214059 A JPH01214059 A JP H01214059A JP 63037635 A JP63037635 A JP 63037635A JP 3763588 A JP3763588 A JP 3763588A JP H01214059 A JPH01214059 A JP H01214059A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shift register
- light
- charge
- transfer gate
- transfer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分ツＰ］
本発明は、パルス変調されたレーザ信号光を検出する機
能を有し、背景雑音光の存在下で信号光を検出するのに
使用されるＣＣＤ受光デバイスに関する。
能を有し、背景雑音光の存在下で信号光を検出するのに
使用されるＣＣＤ受光デバイスに関する。
［従来の技術］
ＣＣＤイメージセンサは、光学情報を電気信号に変換す
るデバイスとして、ファクシミリの送信部やテレビカメ
ラ等に多用されている。ＣＣＤは電荷蓄積形デバイスで
あり、受光量の時間積分が電気信号として取出される。
るデバイスとして、ファクシミリの送信部やテレビカメ
ラ等に多用されている。ＣＣＤは電荷蓄積形デバイスで
あり、受光量の時間積分が電気信号として取出される。
ファクシミリ用の１次元ＣＣＤでもテレビ用の２次元Ｃ
ＣＤでも原理的には同じなので、ここでは簡単のために
１次元ＣＣＤで説明する。
ＣＤでも原理的には同じなので、ここでは簡単のために
１次元ＣＣＤで説明する。
第３（Ａ）図にＣＣＤイメージセンサの原理的な構造を
示す、受光素子ＰＤは逆バイアスされたＰＮ接合、また
は閾電圧値以上にバイアスされたＭＯＳダイオードで、
電荷蓄積用コンデンサを兼ねている。この部分に光が照
射されると、電子−正孔対が発生し、バイアス電圧によ
り正負電荷に分離され、コンデンサに蓄積される。所定
の積分時間の後、転送ゲー）ＴＧをＯＮにして蓄積され
た電荷をＣＣＤアナログシフトレジスタＳＲに転送する
。その後、シフトレジスタに転送りロックパルスを加え
、各画素からの電荷を順次出力側へ転送して、１画素分
毎読出す。
示す、受光素子ＰＤは逆バイアスされたＰＮ接合、また
は閾電圧値以上にバイアスされたＭＯＳダイオードで、
電荷蓄積用コンデンサを兼ねている。この部分に光が照
射されると、電子−正孔対が発生し、バイアス電圧によ
り正負電荷に分離され、コンデンサに蓄積される。所定
の積分時間の後、転送ゲー）ＴＧをＯＮにして蓄積され
た電荷をＣＣＤアナログシフトレジスタＳＲに転送する
。その後、シフトレジスタに転送りロックパルスを加え
、各画素からの電荷を順次出力側へ転送して、１画素分
毎読出す。
従来の１次元ＣＣＤイメージセンサでは、第３（Ｂ）図
に示した如く、１画素ずつ上下のシフトレジスタＳＲＡ
、ＳＲＢに振分けて、出力回路でそれを合成するのが一
般的である。これはチップのレイアウト上の問題であり
、動作上は全画素の出力を同じ（則に引出すのと同じて
′ある。また、転送ゲートＴＧは、上下が電気的に分離
していて別端子として引出されているものもあるが、こ
れは転送ゲートの電極容量を分割して、１端子当りの負
荷容量を小さくするためであり、各々の転送ゲートを独
立したクロックで動作させるためではない。
に示した如く、１画素ずつ上下のシフトレジスタＳＲＡ
、ＳＲＢに振分けて、出力回路でそれを合成するのが一
般的である。これはチップのレイアウト上の問題であり
、動作上は全画素の出力を同じ（則に引出すのと同じて
′ある。また、転送ゲートＴＧは、上下が電気的に分離
していて別端子として引出されているものもあるが、こ
れは転送ゲートの電極容量を分割して、１端子当りの負
荷容量を小さくするためであり、各々の転送ゲートを独
立したクロックで動作させるためではない。
また、従来のＣＣＤイメージセンサでは、１個の受光素
子からは１方向へ電荷転送するのみであり、１個の受光
素子から２方向へ電荷を転送することは出来ない。
子からは１方向へ電荷転送するのみであり、１個の受光
素子から２方向へ電荷を転送することは出来ない。
物体にレーザ光を照射し、物体からの散乱反射光を検出
して距離を測定する方法は、距離計や産業用ロボットの
センサーのはか２物体形状の認識に広く使用されている
。この方法は、基準線上にあるレーザビームの発射点か
ら散乱反射光が基準線と交る点（入射点）までの距離、
レーザビームの基準線に対する発射角、及び散乱反射光
の基準線に対する入射角の三つの量から、三角測量の原
理によって距離を計測するものである。これら各点の距
離情報を集積し、数学的な処理によって物体の形状認識
を行う。
して距離を測定する方法は、距離計や産業用ロボットの
センサーのはか２物体形状の認識に広く使用されている
。この方法は、基準線上にあるレーザビームの発射点か
ら散乱反射光が基準線と交る点（入射点）までの距離、
レーザビームの基準線に対する発射角、及び散乱反射光
の基準線に対する入射角の三つの量から、三角測量の原
理によって距離を計測するものである。これら各点の距
離情報を集積し、数学的な処理によって物体の形状認識
を行う。
一方、アーク溶接のように１強烈で且つ高周波成分を有
する雑音光の存在下で、距離計測乃至物体形状認識を行
う場合には、信号であるレーザ光と雑音である背景光を
分離する必要があり、雑音光に含まれる周波数成分以上
の高い周波数でレーザ光を変調し、受光信号を選択的に
増幅する方法が、−最的に使用されている。
する雑音光の存在下で、距離計測乃至物体形状認識を行
う場合には、信号であるレーザ光と雑音である背景光を
分離する必要があり、雑音光に含まれる周波数成分以上
の高い周波数でレーザ光を変調し、受光信号を選択的に
増幅する方法が、−最的に使用されている。
しかし従来のＣＣＤイメージセンサでは、積分時間内で
の光の強度変化を識別出来ないので９強度変調されたレ
ーザ信号に対する周波数選択性がなかった。
の光の強度変化を識別出来ないので９強度変調されたレ
ーザ信号に対する周波数選択性がなかった。
し発明が解決しようとする問題点］
本発明は１時間的に変化する背景雑音光の存在下でも、
パルスで強度変調されたレーザ光を分離選択する機能を
有するＣＣＤ受光デバイスを提供するものである。
パルスで強度変調されたレーザ光を分離選択する機能を
有するＣＣＤ受光デバイスを提供するものである。
［問題を解決するための手段］
いま説明を簡単にするため、レーザ光は駆動パルスで変
調度１００％に強度変調されているとする。即ちレーザ
は変調パルスで完全に０Ｎ−ＯＦＦされている。もし、
レーザが完全にＯＦＦされていない場合には、低レベル
の発光を背景雑音光に含めて考えることが出来るので、
この様に仮定しても、−最外を失うものではない。
調度１００％に強度変調されているとする。即ちレーザ
は変調パルスで完全に０Ｎ−ＯＦＦされている。もし、
レーザが完全にＯＦＦされていない場合には、低レベル
の発光を背景雑音光に含めて考えることが出来るので、
この様に仮定しても、−最外を失うものではない。
このレーザ光を物体に照射し、それからの散乱反射光を
ＣＣＤの受光素子で受光して電荷蓄積を行う、レーザが
ＯＮ状態時に蓄積される電荷ＱＯＮは、信号光に相当す
る電荷と雑音光に相当する電荷の和である。レーザーが
ＯＦＦ状態では、雑音光のみに相当する電荷ＱＯＦ＋−
が蓄積される。信号光に相当する蓄積電荷をＱ＊ｓｇａ
ａ＋、 ｇａ音光に相当する蓄積電荷をＱ、。１．、と
すると２レーザのＯＮ期間とＯＦＦ期間が等しければ。
ＣＣＤの受光素子で受光して電荷蓄積を行う、レーザが
ＯＮ状態時に蓄積される電荷ＱＯＮは、信号光に相当す
る電荷と雑音光に相当する電荷の和である。レーザーが
ＯＦＦ状態では、雑音光のみに相当する電荷ＱＯＦ＋−
が蓄積される。信号光に相当する蓄積電荷をＱ＊ｓｇａ
ａ＋、 ｇａ音光に相当する蓄積電荷をＱ、。１．、と
すると２レーザのＯＮ期間とＯＦＦ期間が等しければ。
ＱｏＮ＝Ｑｓ＋ｇａａ＋＋Ｑｎ。４．。
ＱＯＦＦ ”’ＱＩＩＯＬＩＩ１１
であるから、 ＱＯＮ ＱＯＦＦとして信号光のみに
相当する電荷Ｑｓ１ｇ。１ を取出すことが出来る。
相当する電荷Ｑｓ１ｇ。１ を取出すことが出来る。
［実施例コ
第１図に本発明の実施例を示す、受光素子ＰＤは、従来
技術によるＣＣＤイメージセンサの受光素子と同様な構
造のものでよく、電荷蓄積用のコンデンサを兼ねている
。即ち、この受光素子に光が照射されると、光の強さと
積分時間に比例した電荷がここに蓄積される。受光素子
の両側に転送ゲートＴＧＡ、ＴＧＢがあり、更にその外
側にＣＣＤアナログシフトレジスタＳＲＡ、ＳＲＢが配
置されている。受光素子に蓄積された電荷は、この転送
ゲートを通ってシフトレジスタに入り、シフトクロック
によって、出力側へ転送される。
技術によるＣＣＤイメージセンサの受光素子と同様な構
造のものでよく、電荷蓄積用のコンデンサを兼ねている
。即ち、この受光素子に光が照射されると、光の強さと
積分時間に比例した電荷がここに蓄積される。受光素子
の両側に転送ゲートＴＧＡ、ＴＧＢがあり、更にその外
側にＣＣＤアナログシフトレジスタＳＲＡ、ＳＲＢが配
置されている。受光素子に蓄積された電荷は、この転送
ゲートを通ってシフトレジスタに入り、シフトクロック
によって、出力側へ転送される。
第２図は第１図の実施例の動作概要を示したものである
。いま、レーザがＯＮの状態にあるとする。転送ゲート
ＴＧＡ、ＴＧＢは共にＯＦＦであり、受光素子ＰＤはＳ
ＲＡ、ＳＲＢから切り離されていて、電荷蓄積モードに
なっている。レーザがＯＮ状７３からＯＦＦ状態に変化
する時点ｔ１に於いては、ＰＤには積分時間Ｔ＋ａｔに
対応する電荷Ｑｍ ｌ ｇ ｎ ａ ｌ ＋Ｑ ａ ｏ
Ｌ ｍ ｍが蓄積されている。ＴＧＡをＯＮにして、
この電荷をＳＲＡに転送する。レーザがＯＦＦ状態の時
もＴＧＡ、ＴＧＢは共にＯＦＦで、ＰＤはＳＲＡ、ＳＲ
Ｂから切り離されていて、電荷蓄積モードになっている
１等しい積分時間Ｔ１゜を後に、レーザはＯＦＦ′ＪＸ
、態からＯＮＮ懲悪変化する。この時点ｔ２に於て、Ｐ
Ｄには積分時間’ｒｔａｔに対応する電荷Ｑ。。５１．
が蓄積されている。ＴＧＢをＯＮにして、この電荷をＳ
ＲＢに転送する０次にＳＲＡ、ＳＲＢにシフトクロック
を印加し、電荷を出力側に転送して、出力回路でその差
信号を取出す。
。いま、レーザがＯＮの状態にあるとする。転送ゲート
ＴＧＡ、ＴＧＢは共にＯＦＦであり、受光素子ＰＤはＳ
ＲＡ、ＳＲＢから切り離されていて、電荷蓄積モードに
なっている。レーザがＯＮ状７３からＯＦＦ状態に変化
する時点ｔ１に於いては、ＰＤには積分時間Ｔ＋ａｔに
対応する電荷Ｑｍ ｌ ｇ ｎ ａ ｌ ＋Ｑ ａ ｏ
Ｌ ｍ ｍが蓄積されている。ＴＧＡをＯＮにして、
この電荷をＳＲＡに転送する。レーザがＯＦＦ状態の時
もＴＧＡ、ＴＧＢは共にＯＦＦで、ＰＤはＳＲＡ、ＳＲ
Ｂから切り離されていて、電荷蓄積モードになっている
１等しい積分時間Ｔ１゜を後に、レーザはＯＦＦ′ＪＸ
、態からＯＮＮ懲悪変化する。この時点ｔ２に於て、Ｐ
Ｄには積分時間’ｒｔａｔに対応する電荷Ｑ。。５１．
が蓄積されている。ＴＧＢをＯＮにして、この電荷をＳ
ＲＢに転送する０次にＳＲＡ、ＳＲＢにシフトクロック
を印加し、電荷を出力側に転送して、出力回路でその差
信号を取出す。
［発明の効果］
本発明により、背景雑音光と信号光とを分離するために
パルス変調されたレーザ光を受光するに際して１周波数
同調回路を使用せず、レーザ変調パルスと同期するクロ
ックで、信号成分を取出すことが出来る０本発明による
受光デバイスは１通常のＣＣＤイメージセンサと同様に
多数の受光素子を１チツプ上に集積出来るので、３次元
物体形状認識等画素数の多い集積受光デバイスを可能に
するものである。
パルス変調されたレーザ光を受光するに際して１周波数
同調回路を使用せず、レーザ変調パルスと同期するクロ
ックで、信号成分を取出すことが出来る０本発明による
受光デバイスは１通常のＣＣＤイメージセンサと同様に
多数の受光素子を１チツプ上に集積出来るので、３次元
物体形状認識等画素数の多い集積受光デバイスを可能に
するものである。
第１図は本発明によるＣＣＤ受光デバイスの実施例の′
！Ｉ４造図、第２図は第１図のＣＣＤ受光デバイスの動
作概要を説明する図、第３（Ａ）図はＣＣＤイメージセ
ンサの原理的な構造図、第３（Ｂ）図は従来の一般的な
ＣＣＤイメージセンサの構造図である。 ＰＤ：受光素子 ＴＧ、ＴＧＡ、ＴＧＢ ：転送ゲート ＳＲ，ＳＲＡ、ＳＲＢ：ＣＣＤアナログシフトレジスタ φＭ：レーザ変調クロック φＴ、φＴｌｌφＴ２：転送ゲートのクロックφＬＡ、
φ２Ａ ＋φＩ Ｂ ＋φ２Ｂ：ＣＣＤアナログシフト
レジスタの転送りロック
！Ｉ４造図、第２図は第１図のＣＣＤ受光デバイスの動
作概要を説明する図、第３（Ａ）図はＣＣＤイメージセ
ンサの原理的な構造図、第３（Ｂ）図は従来の一般的な
ＣＣＤイメージセンサの構造図である。 ＰＤ：受光素子 ＴＧ、ＴＧＡ、ＴＧＢ ：転送ゲート ＳＲ，ＳＲＡ、ＳＲＢ：ＣＣＤアナログシフトレジスタ φＭ：レーザ変調クロック φＴ、φＴｌｌφＴ２：転送ゲートのクロックφＬＡ、
φ２Ａ ＋φＩ Ｂ ＋φ２Ｂ：ＣＣＤアナログシフト
レジスタの転送りロック
Claims (2)
- （１）光を照射することにより電荷を生じ且つその電荷
を蓄積する機能を有する受光素子と、電荷転送用の第１
のシフトレジスタと、上記受光素子と第１のシフトレジ
スタの間に受光素子の蓄積電荷を第１のシフトレジスタ
に転送するための第１の転送ゲートと、電荷転送用の第
２のシフトレジスタと、上記受光素子と第２のシフトレ
ジスタの間に受光素子の蓄積電荷を第２のシフトレジス
タに転送するための第２の転送ゲートを具え、第１の転
送ゲートと第２の転送ゲートとは独立に動作し得るＣＣ
Ｄ受光デバイス - （２）第１の電荷転送用シフトレジスタと第２の電荷転
送用シフトレジスタは同期して動作し、第１のシフトレ
ジスタの出力と第２のシフトレジスタの出力との差信号
を、シフトレジスタの各転送サイクル毎に読出す手段を
具えた特許請求範囲第１項記載のＣＣＤ受光デバイス
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63037635A JPH01214059A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Ｃｃｄ受光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63037635A JPH01214059A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Ｃｃｄ受光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214059A true JPH01214059A (ja) | 1989-08-28 |
Family
ID=12503102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63037635A Pending JPH01214059A (ja) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Ｃｃｄ受光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01214059A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5379067A (en) * | 1992-04-03 | 1995-01-03 | Sony Corporation | CCD linear sensor and method of reading-out charges therefrom |
-
1988
- 1988-02-22 JP JP63037635A patent/JPH01214059A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5379067A (en) * | 1992-04-03 | 1995-01-03 | Sony Corporation | CCD linear sensor and method of reading-out charges therefrom |
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