(57)【要約】【課題】  出力デジタル値のビット数が少ないＡ／Ｄ変換回路を用いて高精度で信号成分のデジタル値を得ることができるセンサ装置を提供する。【解決手段】  各フォトダイオードＰＤｎへの入射光量に応じた電圧値Ｖｎが、積分回路１１ｎおよびＣＤＳ回路１２ｎを経て保持回路２１ｎにより保持され出力される。保持回路２１ｎから出力された電圧値Ｖｎは、スイッチＳＷ３１,ｎおよび配線Ｌ１を経て減算回路３３に入力される。また、保持回路２１ｎ−１から出力された電圧値Ｖｎ−１は、スイッチＳＷ３２,ｎ−１および配線Ｌ２を経て減算回路３３に入力される。減算回路３３では、電圧値Ｖｎから電圧値Ｖｎ−１が減算されて、その減算結果に応じた電圧値Ｕｎが出力される。Ａ／Ｄ変換部４０では、スイッチＳＷ４２を経て入力した電圧値ＶＦＳ２をフルスケールとして、減算回路３３から出力された電圧値Ｕｎがデジタル値に変換されて出力される。【選択図】  図１
2005323210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個のセンサ素子を含み、第ｎのセンサ素子によるセンシング結果に応じた電圧値Ｖｎを出力するセンサアレイ部と（ただし、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数）、
前記センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力して、電圧値Ｖｎと電圧値Ｖｎ−１との差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）に応じた電圧値Ｕｎ（ただし、ｎ≠１）を出力する差演算部と、
前記差演算部から出力された各電圧値Ｕｎを入力して、電圧値Ｕｎをデジタル値に変換し、このデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記Ａ／Ｄ変換部が、Ｎ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮのうちの少なくとも何れか１つの電圧値をデジタル値に変換して、このデジタル値を出力する、ことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力し、これらＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを保持し出力する保持部を更に備え、
前記差演算部が、前記保持部により保持されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮに基づいて各電圧値Ｕｎを出力する、
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項４】
Ｎ個のセンサ素子を含み、第ｎのセンサ素子によるセンシング結果に応じた電圧値Ｖｎを出力するセンサアレイ部と（ただし、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数）、
前記センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力して、これらＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮのうちの特定の電圧値Ｖｎ０と電圧値Ｖｎとの差（Ｖｎ−Ｖｎ０）に応じた電圧値Ｗｎを出力する差演算部と、
前記差演算部から出力された各電圧値Ｗｎを入力して、電圧値Ｗｎをデジタル値に変換し、このデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記特定の電圧値Ｖｎ０をデジタル値に変換して、このデジタル値を出力する、ことを特徴とする請求項４記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力し、これらＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを保持し出力する保持部を更に備え、
前記差演算部が、前記保持部により保持されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮに基づいて各電圧値Ｗｎを出力する、
ことを特徴とする請求項４記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記Ｎ個のセンサ素子それぞれがフォトダイオードであることを特徴とする請求項１または４に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセンサ素子を含むセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のセンサ素子を含むセンサ装置では、各センサ素子によるセンシング量検出結果に応じた電圧値が信号処理回路から出力され、さらに、その電圧値に応じたデジタル値がＡ／Ｄ変換回路から出力される。そして、各センサ素子についてのセンシング量に応じたデジタル値に基づいて、センシング量（例えば、光強度、温度、変位、等）についての１次元または２次元の分布が得られる。このようなセンサ装置の一例として、１次元状または２次元状に配列された複数のフォトダイオードを含む撮像装置が挙げられる。
【特許文献１】特開平９−５１４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のようなセンサ装置により検出されるセンシング量には、本来検出されるべき信号成分が含まれるだけでなく、この信号成分に重畳されてノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）も含まれる場合がある。このノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が大きく不定である場合には、Ａ／Ｄ変換回路は、例えば、信号成分のみを含む入力電圧値に対しては出力デジタル値が８ビットであれば充分であるにも拘らず、この場合と同程度の精度で信号成分をＡ／Ｄ変換するには、信号成分にノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が重畳された入力電圧値に対しては出力デジタル値が１０ビットである必要がある。
【０００４】
Ａ／Ｄ変換回路の出力デジタル値のビット数が多いと、該Ａ／Ｄ変換回路は、変換時間が長く、消費電力が多く、また、回路規模が大きい。また、一般には、全てのセンサ素子それぞれによるセンシング量検出結果について一定時間のうちにＡ／Ｄ変換処理する必要があることから、複数のＡ／Ｄ変換回路により並列処理する必要がある場合があり、これにより、消費電力が更に多くなり、また、回路規模も更に大きくなる。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信号成分にノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が重畳されたセンシング量であっても、出力デジタル値のビット数が少ないＡ／Ｄ変換回路を用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができるセンサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るセンサ装置は、(1) Ｎ個のセンサ素子を含み、第ｎのセンサ素子によるセンシング結果に応じた電圧値Ｖｎを出力するセンサアレイ部と（ただし、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数）、(2) センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力して、電圧値Ｖｎと電圧値Ｖｎ−１との差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）に応じた電圧値Ｕｎ（ただし、ｎ≠１）を出力する差演算部と、(3) 差演算部から出力された各電圧値Ｕｎを入力して、電圧値Ｕｎをデジタル値に変換し、このデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このセンサ装置では、Ｎ個のセンサ素子を含むセンサアレイ部から、第ｎのセンサ素子によるセンシング結果に応じた電圧値Ｖｎが出力される。センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮは差演算部に入力して、電圧値Ｖｎと電圧値Ｖｎ−１との差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）に応じた電圧値Ｕｎ（ただし、ｎ≠１）が差演算部から出力される。そして、差演算部から出力された各電圧値ＵｎはＡ／Ｄ変換部に入力して、Ａ／Ｄ変換部により、この電圧値Ｕｎがデジタル値に変換され、このデジタル値が出力される。
【０００８】
このとき、Ａ／Ｄ変換部が、Ｎ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮのうちの少なくとも何れか１つの電圧値をデジタル値に変換して、このデジタル値を出力するのが好適である。この場合には、Ｎ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮのうちの少なくとも何れか１つの電圧値はＡ／Ｄ変換部に入力して、Ａ／Ｄ変換部により、この入力した電圧値がデジタル値に変換されて、このデジタル値が出力される。
【０００９】
また、本発明に係るセンサ装置は、(1) Ｎ個のセンサ素子を含み、第ｎのセンサ素子によるセンシング結果に応じた電圧値Ｖｎを出力するセンサアレイ部と（ただし、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数）、(2) センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力して、これらＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮのうちの特定の電圧値Ｖｎ０と電圧値Ｖｎとの差（Ｖｎ−Ｖｎ０）に応じた電圧値Ｗｎを出力する差演算部と、(3) 差演算部から出力された各電圧値Ｗｎを入力して、電圧値Ｗｎをデジタル値に変換し、このデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このセンサ装置では、Ｎ個のセンサ素子を含むセンサアレイ部から、第ｎのセンサ素子によるセンシング結果に応じた電圧値Ｖｎが出力される。センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮは差演算部に入力して、特定の電圧値Ｖｎ０と電圧値Ｖｎとの差（Ｖｎ−Ｖｎ０）に応じた電圧値Ｗｎが差演算部から出力される。なお、このとき、「ｎ＝ｎ０」の場合については差演算が行われなくてもよい。そして、差演算部から出力された各電圧値ＷｎはＡ／Ｄ変換部に入力して、Ａ／Ｄ変換部により、この電圧値Ｗｎがデジタル値に変換され、このデジタル値が出力される。
【００１１】
このとき、Ａ／Ｄ変換部が、上記の特定の電圧値Ｖｎ０をデジタル値に変換して、このデジタル値を出力するのが好適である。この場合には、上記の特定の電圧値Ｖｎ０はＡ／Ｄ変換部に入力して、Ａ／Ｄ変換部により、この入力した電圧値Ｖｎ０がデジタル値に変換されて、このデジタル値が出力される。
【００１２】
本発明に係るセンサ装置は、センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを入力し、これらＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮを保持し出力する保持部を更に備え、差演算部が、保持部により保持されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮに基づいて各電圧値Ｕｎまたは各電圧値Ｗｎを出力するのが好適である。この場合には、センサアレイ部から出力されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮは、保持部により保持され出力される。そして、差演算部により、保持部により保持されたＮ個の電圧値Ｖ１〜ＶＮに基づいて各電圧値Ｕｎまたは各電圧値Ｗｎが求められる。
【００１３】
本発明に係るセンサ装置は、Ｎ個のセンサ素子それぞれがフォトダイオードであるのが好適である。この場合には、入射光強度の１次元分布または２次元分布が検出される。また、入射光強度が信号成分およびノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）を含み、該ノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が大きく不定である場合であっても、出力デジタル値のビット数が少ないＡ／Ｄ変換回路を用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るセンサ装置は、信号成分にノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が重畳されたセンシング量であっても、出力デジタル値のビット数が少ないＡ／Ｄ変換回路を用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
先ず、本発明に係るセンサ装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るセンサ装置１の全体構成図である。この図に示されるセンサ装置１は、センサアレイ部１０、保持部２０、差演算部３０およびＡ／Ｄ変換部４０を備える。
【００１７】
センサアレイ部１０は、Ｎ個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＮ、Ｎ個の積分回路１１１〜１１ＮおよびＮ個のＣＤＳ回路１２１〜１２Ｎを含む。また、保持部２０は、Ｎ個の保持回路２１１〜２１Ｎ を含む。各フォトダイオードＰＤｎは互いに共通の構成を有しており、各積分回路１１ｎは互いに共通の構成を有しており、各ＣＤＳ回路１２ｎは互いに共通の構成を有しており、また、各保持回路２１ｎは互いに共通の構成を有している。Ｎ個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＮは１次元状に配列されている。第ｎの積分回路１１ｎ，第ｎのＣＤＳ回路１２ｎおよび第ｎの保持回路２１ｎは、第ｎのフォトダイオードＰＤｎに対応して設けられている。ただし、Ｎは２以上の整数である。また、ｎは、特に断らない限りは、１以上Ｎ以下の任意の整数である。
【００１８】
各フォトダイオードＰＤｎは、入射光量に応じた量の電荷を発生し、その電荷を積分回路１１ｎへ出力する。各積分回路１１ｎは、フォトダイオードＰＤｎから出力された電荷を容量素子に蓄積して、当該蓄積電荷量に応じた電圧値をＣＤＳ回路１２ｎへ出力する。各ＣＤＳ回路１２ｎは、積分回路１１ｎから出力された電圧値を入力して、基準時刻における入力電圧値を基準として以降の入力電圧値の変動分に応じた電圧値を保持回路２１ｎへ出力する。すなわち、センサアレイ部１０は、Ｎ個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤＮをセンサ素子として含み、各フォトダイオードＰＤｎによる光検出結果に応じた電圧値を出力する。各保持回路２１ｎは、ＣＤＳ回路１２ｎから出力された電圧値を入力し、この保持した電圧値Ｖｎを出力する。
【００１９】
差演算部３０は、スイッチＳＷ３１,１〜ＳＷ３１,Ｎ、スイッチＳＷ３２,０〜ＳＷ３２,Ｎ−１および減算回路３３を含む。各保持回路２１ｎの出力端は、スイッチＳＷ３１,ｎを介して配線Ｌ１に接続され、また、スイッチＳＷ３２,ｎを介して配線Ｌ２に接続されている。ただし、第Ｎの保持回路２１Ｎの出力端は、スイッチＳＷ３１,Ｎを介して配線Ｌ１に接続されているが、スイッチを介して配線Ｌ２に接続されていなくてもよい。また、配線Ｌ２は、スイッチＳＷ３２,０を介して接地電位と接続される。スイッチＳＷ３１,ｎおよびスイッチＳＷ３２,ｎ−１は制御信号Ｓｎのレベルに応じて開閉動作する。減算回路３３は、配線Ｌ１，Ｌ２それぞれを経て入力する電圧値の差に応じた電圧値を出力する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部４０は、スイッチＳＷ４１およびスイッチＳＷ４２とともに用いられる。Ａ／Ｄ変換部４０は、スイッチＳＷ４１を介して入力される電圧値ＶＦＳ１、および、スイッチＳＷ４２を介して入力される電圧値ＶＦＳ２の何れかを、Ａ／Ｄ変換の際のフルスケールとして入力する。そして、Ａ／Ｄ変換部４０は、このフルスケール（電圧値ＶＦＳ１またはＶＦＳ２）の２Ｍ分の１を分解能として、減算回路３３から出力される電圧値をデジタル値に変換し、このデジタル値を出力する。なお、Ｍは、出力デジタル値のビット数である。電圧値ＶＦＳ１は電圧値ＶＦＳ２より大きく、両者の比は２の冪乗の数であるのが好ましい。スイッチＳＷ４１は制御信号Ｓｅｌ１のレベルに応じて開閉動作し、スイッチＳＷ４２は制御信号Ｓｅｌ２のレベルに応じて開閉動作する。
【００２１】
図２は、第１実施形態に係るセンサ装置１のフォトダイオードＰＤｎ，積分回路１１ｎ，ＣＤＳ回路１２ｎおよび保持回路２１ｎの回路図である。各フォトダイオードＰＤｎは、アノード端子が接地され、カソード端子が積分回路１１ｎの入力端に接続されていて、入射光量に応じた量の電荷を発生し、その電荷を積分回路１１ｎへ出力する。
【００２２】
各積分回路１１ｎは、アンプＡ１１，容量素子Ｃ１１およびスイッチＳＷ１１を含む。アンプＡ１１の入力端子は、フォトダイオードＰＤｎのカソード端子に接続されている。容量素子Ｃ１１およびスイッチＳＷ１１は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ１１の入力端子と出力端子との間に設けられている。この積分回路１１ｎは、スイッチＳＷ１１が閉じることにより、容量素子Ｃ１１が放電され、出力電圧値が初期化される。また、積分回路１１ｎは、スイッチＳＷ１１が開いていると、フォトダイオードＰＤｎから出力された電荷を容量素子Ｃ１１に蓄積して、当該蓄積電荷量に応じた電圧値をＣＤＳ回路１２ｎへ出力する。
【００２３】
各ＣＤＳ回路１２ｎは、アンプＡ１２，容量素子Ｃ１２およびスイッチＳＷ１２を含む。アンプＡ１２の入力端子は、容量素子Ｃ１２を介して積分回路１１ｎのアンプＡ１１に接続されるとともに、スイッチＳＷ１２を介して接地されている。このＣＤＳ回路１２ｎは、積分回路１１ｎから出力された電圧値を入力して、基準時刻（スイッチＳＷ１２が開状態に転じた時刻）における入力電圧値を基準として以降の入力電圧値の変動分に応じた電圧値をアンプＡ１２から保持回路２１ｎへ出力する。
【００２４】
各保持回路２１ｎは、アンプＡ２１，容量素子Ｃ２１およびスイッチＳＷ２１を含む。アンプＡ２１の入力端子は、スイッチＳＷ２１を介してＣＤＳ回路１２ｎのアンプＡ１２に接続されるとともに、容量素子Ｃ２１を介して接地されている。アンプＡ２１の出力端子は、スイッチＳＷ３１,ｎを介して配線Ｌ１に接続され、スイッチＳＷ３２,ｎを介して配線Ｌ２に接続されている。この保持回路２１ｎは、スイッチＳＷ２１が開状態に転じた時刻においてＣＤＳ回路１２ｎから出力されていた電圧値を以降も容量素子Ｃ２１に保持し、この保持した電圧値に応じた電圧値ＶｎをアンプＡ２１から出力する。
【００２５】
これらフォトダイオードＰＤｎ，積分回路１１ｎ，ＣＤＳ回路１２ｎおよび保持回路２１ｎの動作は以下のとおりである。積分回路１１ｎのスイッチＳＷ１１が開いていると、フォトダイオードＰＤｎから出力された電荷が容量素子Ｃ１１に蓄積されていき、当該蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路１１ｎから出力される。容量素子Ｃ１１における蓄積電荷量が次第に増えていくと、積分回路１１ｎから出力される電圧値が変化していく。積分回路１１ｎのスイッチＳＷ１１が開いている期間において、第１時刻にＣＤＳ回路１２ｎのスイッチＳＷ１２が開状態に転じ、その後の第２時刻に保持回路２１ｎのスイッチＳＷ２１が開状態に転じる。第１時刻以降においてＣＤＳ回路１２ｎから出力される電圧値は、第１時刻において積分回路１１ｎから出力された電圧値を基準とした該電圧値の変動分に応じたものである。そして、第２時刻以降において保持回路２１ｎにより保持される電圧値Ｖｎは、第２時刻においてＣＤＳ回路１２ｎから出力される電圧値に応じたものである。
【００２６】
すなわち、第２時刻以降において保持回路２１ｎにより保持される電圧値Ｖｎは、第１時刻および第２時刻それぞれにおいて積分回路１１ｎから出力される電圧値の差に応じたものであり、第１時刻と第２時刻との間の時間差が一定であれば、フォトダイオードＰＤｎへ入射する光の強度に応じたものである。なお、Ｎ個の積分回路１１１〜１１Ｎは互いに同一のタイミングで動作し、Ｎ個のＣＤＳ回路１２１〜１２Ｎは互いに同一のタイミングで動作し、また、Ｎ個の保持回路２１１〜２１Ｎは互いに同一のタイミングで動作する。したがって、共通の期間における各フォトダイオードＰＤｎへの入射光量に応じた電圧値Ｖｎが保持部２０により保持される。
【００２７】
次に、第１実施形態に係るセンサ装置１の差演算部３０およびＡ／Ｄ変換部４０の動作について説明する。図３は、第１実施形態に係るセンサ装置１の差演算部３０およびＡ／Ｄ変換部４０の動作を説明するタイミングチャートである。この図は、上述のようにして保持部２０により保持された電圧値Ｖ１〜ＶＮを差演算部３０およびＡ／Ｄ変換部４０が処理する際のタイミングチャートを示している。なお、上述したセンサアレイ部１０および保持部２０の動作だけでなく、以下に説明する差演算部３０およびＡ／Ｄ変換部４０の動作は、制御部（不図示）から出力される各種の制御信号に基づいて行われる。この図には、上から順に、差演算部３０に入力される各制御信号Ｓｎのレベル、スイッチＳＷ４１の開閉動作を指示する制御信号Ｓｅｌ１のレベル、および、スイッチＳＷ４２の開閉動作を指示する制御信号Ｓｅｌ２のレベル、それぞれが示されている。
【００２８】
この図に示されるように、制御信号Ｓ１〜ＳＮは順次にハイレベルとなる。時刻ｔｎ,１から時刻ｔｎ,２までの期間Ｔｎにおいて、制御信号Ｓ１〜ＳＮのうち制御信号Ｓｎのみがハイレベルとなる。期間Ｔ１において、制御信号Ｓｅｌ１がハイレベルとなって、制御信号Ｓｅｌ２がローレベルとなる。また、期間Ｔ２から期間ＴＮにおいて、制御信号Ｓｅｌ１がローレベルとなって、制御信号Ｓｅｌ２がハイレベルとなる。
【００２９】
時刻ｔ１,１から時刻ｔ１,２までの期間Ｔ１において、制御信号Ｓ１〜ＳＮのうち制御信号Ｓ１のみがハイレベルとなり、差演算部３０内のスイッチＳＷ３１,１およびスイッチＳＷ３２,０が閉じる。また、制御信号Ｓｅｌ１がハイレベルとなり、スイッチＳＷ４１が閉じる。スイッチＳＷ３１,１が閉じることにより、保持回路２１１により保持されている電圧値Ｖ１は、スイッチＳＷ３１,１および配線Ｌ１を経て減算回路３３に入力される。また、スイッチＳＷ３２,０が閉じることにより、接地電位がスイッチＳＷ３２,０および配線Ｌ２を経て減算回路３３に入力される。減算回路３３では、電圧値Ｖ１から接地電位が減算されて、その減算結果である電圧値Ｖ１が出力される。そして、Ａ／Ｄ変換部４０では、スイッチＳＷ４１を経て入力した電圧値ＶＦＳ１をフルスケールとして、減算回路３３から出力された電圧値Ｖ１がＭビットのデジタル値に変換されて出力される。
【００３０】
時刻ｔｎ,１から時刻ｔｎ,２までの期間Ｔｎ（ただし、ｎ≠１）において、制御信号Ｓ１〜ＳＮのうち制御信号Ｓｎのみがハイレベルとなり、差演算部３０内のスイッチＳＷ３１,ｎおよびスイッチＳＷ３２,ｎ−１が閉じる。また、制御信号Ｓｅｌ２がハイレベルとなり、スイッチＳＷ４２が閉じる。スイッチＳＷ３１,ｎが閉じることにより、保持回路２１ｎにより保持されている電圧値Ｖｎは、スイッチＳＷ３１,ｎおよび配線Ｌ１を経て減算回路３３に入力される。また、スイッチＳＷ３２,ｎ−１が閉じることにより、保持回路２１ｎ−１により保持されている電圧値Ｖｎ−１は、スイッチＳＷ３２,ｎ−１および配線Ｌ２を経て減算回路３３に入力される。減算回路３３では、電圧値Ｖｎから電圧値Ｖｎ−１が減算されて、その減算結果に応じた電圧値Ｕｎが出力される。そして、Ａ／Ｄ変換部４０では、スイッチＳＷ４２を経て入力した電圧値ＶＦＳ２をフルスケールとして、減算回路３３から出力された電圧値ＵｎがＭビットのデジタル値に変換されて出力される。
【００３１】
すなわち、期間Ｔ１においては、Ａ／Ｄ変換部４０により、電圧値ＶＦＳ１をフルスケールとして、第１のフォトダイオードＰＤ１への入射光量に応じた電圧値Ｖ１がＭビットのデジタル値に変換されて出力される。また、各期間Ｔｎ（ただし、ｎ≠１）においては、差演算部３０により、フォトダイオードＰＤｎ，ＰＤｎ−１それぞれへの入射光量に応じた電圧値Ｖｎ，Ｖｎ−１から、これらの差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）に応じた電圧値Ｕｎが求められ、Ａ／Ｄ変換部４０により、電圧値ＶＦＳ２をフルスケールとして、この電圧値ＵｎがＭビットのデジタル値に変換されて出力される。
【００３２】
したがって、図４に示されるように、センサ装置１により検出されるべき光強度分布において、本来検出されるべき信号成分に大きなノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が重畳されているような場合であっても、このセンサ装置１は、Ａ／Ｄ変換部４０として出力デジタル値のビット数Ｍが少ないものを用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができる。
【００３３】
すなわち、保持回路２１１〜２１Ｎから出力される電圧値Ｖ１〜ＶＮのうちの隣同士の２つの電圧値Ｖｎ，Ｖｎ−１の差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）がとり得る最大値は、これら電圧値Ｖ１〜ＶＮがとり得る最大値と比べて小さい。そこで、各期間Ｔｎ（ただし、ｎ≠１）においてＡ／Ｄ変換部４０によりフルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ２は、差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）がとり得る最大値（または、この最大値より幾らか大きい値）に設定され、或いは、電圧値Ｖ１〜ＶＮに含まれる信号成分の最大値と最小値との差（または、この差より幾らか大きい値）に設定される。このように、Ａ／Ｄ変換部４０において、フルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ２の値が適切に設定され、差（Ｖｎ−Ｖｎ−１）に応じた電圧値Ｕｎがデジタル値に変換される。したがって、Ａ／Ｄ変換部４０から出力されるデジタル値は、ビット数Ｍが少なくても、高精度で信号成分を表すものとなる。
【００３４】
一方、保持回路２１１〜２１Ｎから出力される電圧値Ｖ１〜ＶＮがとり得る最大値は大きい。そこで、期間Ｔ１においてＡ／Ｄ変換部４０によりフルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ１は、上記の電圧値ＶＦＳ２より大きく設定され、電圧値Ｖ１〜ＶＮがとり得る最大値（または、この最大値より幾らか大きい値）に設定される。このように、Ａ／Ｄ変換部４０において、フルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ１の値が適切に設定され、電圧値Ｖ１がデジタル値に変換される。したがって、このときＡ／Ｄ変換部４０から出力されるデジタル値は、ビット数Ｍが少ないものの、信号成分とノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）との和を表すものとなる。
【００３５】
以上のように、第１実施形態に係るセンサ装置１は、Ａ／Ｄ変換部４０として出力デジタル値のビット数Ｍが少ないものを用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができる。したがって、Ａ／Ｄ変換部４０は、変換時間が短く、消費電力が少なく、また、回路規模が小さい。また、一定時間のうちにＡ／Ｄ変換処理する必要があってＡ／Ｄ変換処理を並列的に行う場合であっても、並列処理するためのＡ／Ｄ変換部の個数が少なくてよいので、この点でも、消費電力が少なく、また、回路規模が小さい。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るセンサ装置の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係るセンサ装置２の全体構成図である。この図に示されるセンサ装置２は、センサアレイ部１０、保持部２０、差演算部３０ＡおよびＡ／Ｄ変換部４０を備える。前述の第１実施形態に係るセンサ装置１の構成（図１，図２）と比較すると、この第２実施形態に係るセンサ装置２は、差演算部３０に替えて差演算部３０Ａを備える点で相違する。
【００３７】
差演算部３０Ａは、スイッチＳＷ３１,１〜ＳＷ３１,Ｎ、スイッチＳＷ３２,０，スイッチＳＷ３２,１および減算回路３３を含む。各保持回路２１ｎの出力端は、スイッチＳＷ３１,ｎを介して配線Ｌ１に接続されている。第１番目の保持回路２１１の出力端は、スイッチＳＷ３２,１を介して配線Ｌ２に接続されている。また、配線Ｌ２は、スイッチＳＷ３２,０を介して接地電位と接続される。スイッチＳＷ３１,ｎは制御信号Ｓｎのレベルに応じて開閉動作し、スイッチＳＷ３２,０は制御信号Ｓｅｌ１のレベルに応じて開閉動作し、スイッチＳＷ３２,１は制御信号Ｓｅｌ２のレベルに応じて開閉動作する。減算回路３３は、配線Ｌ１，Ｌ２それぞれを経て入力する電圧値の差に応じた電圧値を出力する。
【００３８】
次に、第２実施形態に係るセンサ装置２の差演算部３０ＡおよびＡ／Ｄ変換部４０の動作について説明する。第２実施形態に係るセンサ装置２の差演算部３０ＡおよびＡ／Ｄ変換部４０の動作を説明するタイミングチャートは、図３と同様である。
【００３９】
時刻ｔ１,１から時刻ｔ１,２までの期間Ｔ１において、制御信号Ｓ１〜ＳＮのうち制御信号Ｓ１のみがハイレベルとなり、差演算部３０Ａ内のスイッチＳＷ３１,１が閉じる。また、制御信号Ｓｅｌ１がハイレベルとなり、スイッチＳＷ３２,０が閉じるとともに、スイッチＳＷ４１が閉じる。スイッチＳＷ３１,１が閉じることにより、保持回路２１１により保持されている電圧値Ｖ１は、スイッチＳＷ３１,１および配線Ｌ１を経て減算回路３３に入力される。また、スイッチＳＷ３２,０が閉じることにより、接地電位がスイッチＳＷ３２,０および配線Ｌ２を経て減算回路３３に入力される。減算回路３３では、電圧値Ｖ１から接地電位が減算されて、その減算結果である電圧値Ｖ１が出力される。そして、Ａ／Ｄ変換部４０では、スイッチＳＷ４１を経て入力した電圧値ＶＦＳ１をフルスケールとして、減算回路３３から出力された電圧値Ｖ１がＭビットのデジタル値に変換されて出力される。
【００４０】
時刻ｔｎ,１から時刻ｔｎ,２までの期間Ｔｎ（ただし、ｎ≠１）において、制御信号Ｓ１〜ＳＮのうち制御信号Ｓｎのみがハイレベルとなり、差演算部３０Ａ内のスイッチＳＷ３１,ｎが閉じる。また、制御信号Ｓｅｌ２がハイレベルとなり、スイッチＳＷ４２が閉じる。スイッチＳＷ３１,ｎが閉じることにより、保持回路２１ｎにより保持されている電圧値Ｖｎは、スイッチＳＷ３１,ｎおよび配線Ｌ１を経て減算回路３３に入力される。また、スイッチＳＷ３２,１が閉じることにより、保持回路２１１により保持されている電圧値Ｖ１は、スイッチＳＷ３２,１および配線Ｌ２を経て減算回路３３に入力される。減算回路３３では、電圧値Ｖｎから電圧値Ｖ１が減算されて、その減算結果に応じた電圧値Ｗｎが出力される。そして、Ａ／Ｄ変換部４０では、スイッチＳＷ４２を経て入力した電圧値ＶＦＳ２をフルスケールとして、減算回路３３から出力された電圧値ＷｎがＭビットのデジタル値に変換されて出力される。
【００４１】
すなわち、期間Ｔ１においては、Ａ／Ｄ変換部４０により、電圧値ＶＦＳ１をフルスケールとして、第１のフォトダイオードＰＤ１への入射光量に応じた電圧値Ｖ１がＭビットのデジタル値に変換されて出力される。また、各期間Ｔｎ（ただし、ｎ≠１）においては、差演算部３０Ａにより、フォトダイオードＰＤｎ，ＰＤ１それぞれへの入射光量に応じた電圧値Ｖｎ，Ｖ１から、これらの差（Ｖｎ−Ｖ１）に応じた電圧値Ｗｎが求められ、Ａ／Ｄ変換部４０により、電圧値ＶＦＳ２をフルスケールとして、この電圧値ＷｎがＭビットのデジタル値に変換されて出力される。
【００４２】
したがって、図４に示されるように、センサ装置２により検出されるべき光強度分布において、本来検出されるべき信号成分に大きなノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）が重畳されているような場合であっても、このセンサ装置２は、Ａ／Ｄ変換部４０として出力デジタル値のビット数Ｍが少ないものを用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができる。
【００４３】
すなわち、保持回路２１１〜２１Ｎから出力される電圧値Ｖ１〜ＶＮから差演算で求められる電圧値Ｗｎがとり得る最大値は、これら電圧値Ｖ１〜ＶＮがとり得る最大値と比べて小さい。そこで、各期間Ｔｎ（ただし、ｎ≠１）においてＡ／Ｄ変換部４０によりフルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ２は、電圧値Ｗｎがとり得る最大値（または、この最大値より幾らか大きい値）に設定され、或いは、電圧値Ｖ１〜ＶＮに含まれる信号成分の最大値と最小値との差（または、この差より幾らか大きい値）に設定される。このように、Ａ／Ｄ変換部４０において、フルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ２の値が適切に設定され、差（Ｖｎ−Ｖ１）に応じた電圧値Ｗｎがデジタル値に変換される。したがって、Ａ／Ｄ変換部４０から出力されるデジタル値は、ビット数Ｍが少なくても、高精度で信号成分を表すものとなる。
【００４４】
一方、保持回路２１１〜２１Ｎから出力される電圧値Ｖ１〜ＶＮがとり得る最大値は大きい。そこで、期間Ｔ１においてＡ／Ｄ変換部４０によりフルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ１は、上記の電圧値ＶＦＳ２より大きく設定され、電圧値Ｖ１〜ＶＮがとり得る最大値（または、この最大値より幾らか大きい値）に設定される。このように、Ａ／Ｄ変換部４０において、フルスケールとして用いられる電圧値ＶＦＳ１の値が適切に設定され、電圧値Ｖ１がデジタル値に変換される。したがって、このときＡ／Ｄ変換部４０から出力されるデジタル値は、ビット数Ｍが少ないものの、信号成分とノイズ成分（外乱光成分、背景光成分）との和を表すものとなる。
【００４５】
以上のように、第２実施形態に係るセンサ装置２は、Ａ／Ｄ変換部４０として出力デジタル値のビット数Ｍが少ないものを用いて、高精度で信号成分のデジタル値を得ることができる。したがって、Ａ／Ｄ変換部４０は、変換時間が短く、消費電力が少なく、また、回路規模が小さい。また、一定時間のうちにＡ／Ｄ変換処理する必要があってＡ／Ｄ変換処理を並列的に行う場合であっても、並列処理するためのＡ／Ｄ変換部の個数が少なくてよいので、この点でも、消費電力が少なく、また、回路規模が小さい。
【００４６】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態に係るセンサ装置は１次元状に配列された複数のフォトダイオードを含む撮像装置であったが、本発明に係るセンサ装置は２次元状に配列された複数のフォトダイオードを含む撮像装置であってもよい。さらに、本発明に係るセンサ装置は、複数のフォトダイオードに加えて、各々の画素に図６に示すＡＰＳ（アクティブピクセルセンサ）回路を含んで１次元状または２次元状に配列された撮像装置であってもよい。また、本発明に係るセンサ装置は、撮像装置に限らず、他のセンシング量（例えば、温度、変位、等）を検出する複数のセンサ素子を含むものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係るセンサ装置１の全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係るセンサ装置１のフォトダイオードＰＤｎ，積分回路１１ｎ，ＣＤＳ回路１２ｎおよび保持回路２１ｎの回路図である。
【図３】第１実施形態に係るセンサ装置１の差演算部３０およびＡ／Ｄ変換部４０の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態に係るセンサ装置１により検出されるべき光強度分布を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るセンサ装置２の全体構成図である。
【図６】変形例に係る各画素のＡＰＳ回路の回路図である。
【符号の説明】
【００４８】
１，２…センサ装置、１０…センサアレイ部、１１…積分回路、１２…ＣＤＳ回路、２０…保持部、３０，３０Ａ…差演算部、３３…減算回路、４０…Ａ／Ｄ変換部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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