專利名稱：光檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光檢測裝置。
背景技術(shù)：
作為光檢測裝置，已知有，對與入射光量相對應(yīng)在光電二極管中發(fā)生的電流信號進(jìn)行對數(shù)壓縮，以電壓信號進(jìn)行輸出(例如參照專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2)。該光檢測裝置具有入射光量檢測的動態(tài)范圍大的優(yōu)點。
專利文獻(xiàn)1特開平11-155105號公報專利文獻(xiàn)2特開平5-219443號公報發(fā)明內(nèi)容可是，采用如上述所示的對數(shù)壓縮方式的光檢測裝置，具有溫度依賴性、對數(shù)壓縮特性(即，入射光量檢測特性)變化大的問題點。
為解決上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光檢測裝置，其入射光量檢測的動態(tài)范圍大，溫度依賴性小。
本發(fā)明的光檢測裝置，其特征在于具有，(1)光電二極管，發(fā)生與入射光量相對應(yīng)的量的電荷；(2)積分電路，具有選擇性地設(shè)成K個電容值C1～CK中任意一個的電容值Cn的可變電容部，經(jīng)過與在該可變電容部中被設(shè)定的電容值Ck相對應(yīng)的儲存期間Tk，將從所述光電二極管輸出的電荷儲存于所述可變電容部，輸出與該儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓；(3)第一保持電路，保持在儲存期間T1～TK中任意一個儲存期間Tk終了時從所述積分電路輸出的電壓，并輸出該保持的電壓；以及(4)比較電路，輸入從所述積分電路或所述第一保持電路輸出的電壓，比較該輸入的電壓和基準(zhǔn)電壓的大小，輸出表示該比較結(jié)果的比較信號，同時，在任意一個儲存期間Tk終了時從所述積分電路或所述第一保持電路輸出的電壓比所述基準(zhǔn)電壓小時，指示所述第一保持電路保持該電壓。
而且，比(Tk/Ck)的值因k值而不同，優(yōu)選比(Tk1/Ck1)和比(Tk2/Ck2)的比是2的冪指數(shù)。但，K是2以上的整數(shù)，k是1以上K以下的任意整數(shù)，k1與k2不同。
在本光檢測裝置，積分電路的可變電容部選擇性地設(shè)成K個電容值C1～CK中任意一個電容值Cn。經(jīng)過與在該可變電容部設(shè)定的電容值Ck對應(yīng)的儲存期間Tk將從該光電二極管所輸出的電荷儲存于可變電容部，從積分電路輸出與該儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓。
利用第一保持電路保持在儲存期間T1～TK中任意一個儲存期間Tk終了時從積分電路所輸出的電壓，從第一保持電路輸出所保持的電壓。利用比較電路比較從積分電路或第一保持電路所輸出的電壓和基準(zhǔn)電壓的大小，從比較電路輸出表示比較結(jié)果的比較信號。
另外，在其中一個儲存期間Tk終了時從積分電路或第一保持電路輸出的電壓比基準(zhǔn)電壓小時，以后也保持由第一保持電路所保持的電壓。因此，根據(jù)在其中一個儲存期間Tk終了時從積分電路輸出而由第一保持電路所保持的電壓，及從比較電路所輸出的表示該儲存期間Tk的比較信號而進(jìn)行規(guī)定的運算時，該光檢測裝置能以大的動態(tài)范圍進(jìn)行攝影。
在本發(fā)明的光檢測裝置，優(yōu)選為第一保持電路兼作CDS電路，輸入從該積分電路所輸出的電壓，保持與分別在儲存期間Tk開始及終了時輸入的該電壓之差相對應(yīng)的電壓后輸出。于是，在第一保持電路兼作CDS(Correlated Double Sampling，相關(guān)雙重取樣)電路的情況，可減少積分電路所含的放大器重置時發(fā)生的噪聲(即kTC噪聲)所引起的誤差，故本光檢測裝置可得到更正確的攝影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的光檢測裝置，優(yōu)選為還具備(1)第二保持電路，輸入從該第一保持電路所輸出的電壓，保持在特定時刻的該電壓，輸出該保持的電壓；及(2)閂鎖電路，輸入從該比較電路所輸出的比較信號，儲存在特定時刻的該比較信號后，輸出該所儲存的比較信號。
于是，通過設(shè)置保持·儲存利用攝影所得到的數(shù)據(jù)的第二保持電路及閂鎖電路，在處理在某期間利用光電二極管、積分電路、第一保持電路以及比較電路所得到的攝影數(shù)據(jù)的下一期間之間，同時得到下一攝影數(shù)據(jù)。因此，本光檢測裝置可高速拍攝。
本發(fā)明的光檢測裝置，優(yōu)選還具有A/D變換電路，輸入從該第一保持電路所輸出的電壓，將該所輸入的電壓變換成數(shù)字值，輸出該數(shù)字值。另外，優(yōu)選還具備移位電路，輸入從該A/D變換電路所輸出的數(shù)字值，而且輸入從該比較電路所輸出的比較信號，依照該比較信號而對數(shù)字值的位進(jìn)行移位，并輸出該移位后的數(shù)字值。
此外，優(yōu)選還具有開關(guān)電容器電路，輸入從該第一保持電路所輸出的電壓后保持于電容部，向該A/D變換電路輸出該所保持的電壓。在這些情況，利用A/D變換電路將利用光電二極管、積分電路、第一保持電路以及比較電路所得到的攝影數(shù)據(jù)變換成數(shù)字值。此外，利用移位電路依照比較信號將從A/D變換電路輸出的數(shù)字值只移位所需的位數(shù)。
另外，本發(fā)明的光檢測裝置，具有多組該光電二極管、該積分電路、該第一保持電路以及該比較電路，對于這些多組電路，優(yōu)選具有一個該A/D變換電路。另外，具備多組光電二極管、積分電路、第一保持電路、比較電路、第二保持電路以及閂鎖電路，對于這些多組電路，優(yōu)選具有一組開關(guān)電容器電路、A/D變換電路以及移位電路較佳。


圖1是本實施方式的光檢測裝置1的概略構(gòu)造圖。
圖2是本實施方式的光檢測裝置1的第一信號處理部10m，n的構(gòu)造圖。
圖3是本實施方式的光檢測裝置1的比較電路13的電路圖。
圖4是本實施方式光檢測裝置1的第二信號處理部20的構(gòu)造圖。
圖5是說明本實施方式的光檢測裝置1的移位電路28的動作圖。
圖6是說明本實施方式的光檢測裝置1的動作的時序圖。
圖7是說明本實施方式的光檢測裝置1的動作的時序圖。
圖8是說明本實施方式的光檢測裝置1的動作的時序圖。
元件符號說明1光檢測裝置10 第一信號處理部11 積分電路
12 第一保持電路13 比較電路14 第二保持電路15 閂鎖電路20 第二信號處理部26 開關(guān)電容器電路27 A/D變換電路28 移位電路A 放大器C 電容元件PD 光電二極管SW 開關(guān)具體實施方式
以下，將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。此外，在

中，對于相同的元件添加相同的符號，而省略重復(fù)的說明。
圖1是本實施方式的光檢測裝置1的概略構(gòu)造圖。
該圖所示的光檢測裝置1具備M×N個光電二極管PD1，1～PDM，N、M×N個第一信號處理部101，1～10M，N以及1個第二信號處理部20。如圖所示，M×N個光電二極管PD1，1～PDM，N配置于規(guī)定的矩形區(qū)域內(nèi)。M×N個第一信號處理部101，1～10M，N及1個第二信號處理部20分別配置在該矩形區(qū)域的一邊的外側(cè)。此外，M、N分別是2以上的整數(shù)。另外，在以下使用的m是1以上M以下的任意整數(shù)，n是1以上N以下的任意整數(shù)。
M×N個光電二極管PD1，1～PDM，N二維排列成M列N行。光電二極管PDm，n位于第m列第n行。各光電二極管PDm，n產(chǎn)生按照入射光量的電荷的量。各第一信號處理部10m，n與光電二極管PDm，n一對一對應(yīng)的設(shè)置，輸入從該對應(yīng)的光電二極管PDm，n輸出的電荷，輸出與該輸入的電荷量相對應(yīng)的電壓。第二信號處理部20輸入從M×N個第一信號處理部101，1～10M，N分別依次輸出的電壓，將該電壓(模擬值)變換成數(shù)字值，輸出該數(shù)字值。
圖2是本實施方式的光檢測裝置1的第一信號處理部10m，n的構(gòu)造圖。M×N個第一信號處理部101，1～10M，N分別具有共同的構(gòu)造。如圖2所示，各第一信號處理部10m，n包含積分電路11、第一保持電路12、比較電路13、第二保持電路14以及閂鎖電路15。在該圖中還表示有光電二極管PDm，n。光電二極管PDm，n的陽極端子接地。
積分電路11具有放大器A1、電容元件C10～C12以及開關(guān)SW10～SW12。放大器A1的正相輸入端子接地，反相輸入端子與光電二極管PDm，n的陰極端子連接。在放大器A1的反相輸入端子和輸出端子之間并列的設(shè)置開關(guān)SW10、電容元件C10、串接的開關(guān)SW11和電容元件C11以及串接的開關(guān)SW12和電容元件C12。
電容元件C10～C12及開關(guān)SW11和SW12構(gòu)成可變電容部。本可變電容部如下式(1)所示，選擇性的設(shè)成電容值C1～C3之中任意一個電容值。即，開關(guān)SW11及SW12兩者斷開時可變電容部的電容值C1和電容元件C10的電容值相等。開關(guān)SW11閉合而SW12斷開時可變電容部的電容值C2與電容元件C10和C11各電容值之和相等。另外，開關(guān)SW11及SW12都閉合時可變電容部的電容值C3和電容元件C10～C13各電容值之總和相等。
C1＝C10(1a)C2＝C10+C11(1b)C3＝C10+C11+C12(1c)積分電路11當(dāng)開關(guān)SW10斷開時，經(jīng)過與在可變電容部中設(shè)定的電容值Ck對應(yīng)的儲存期間Tk，將從光電二極管PDm，n輸出的電荷儲存于可變電容部，輸出與該所儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓V1。另外，通過使開關(guān)SW10～SW12閉合，積分電路11將在電容元件C10～C12所儲存的電荷放電，將輸出電壓初始化。此外，k是1以上3以下的任意整數(shù)。
比(Tk/Ck)的值依據(jù)k值而異。即，在電容值C1～C3及儲存期間T1～T3之間具有如下式(2)所示的關(guān)系。另外，優(yōu)選在這些參數(shù)之間有如下式(3)所示的關(guān)系。在此，p、q各自是1以上之整數(shù)。優(yōu)選儲存期間T1～T3彼此不同，另外，在這些之間具有如下式(4)所示的關(guān)系。
T1/C1＞T2/C2＞T3/C3(2)[式3]T1/C1＝2P(T2/C2) (3a)T2/C2＝2q(T3/C3)(3b)[式4]T1＞T2＞T3(4)第一保持電路12具有開關(guān)SW21和SW22、電容元件C2以及放大器A2。電容元件C2的一端經(jīng)由開關(guān)SW21接地，和放大器A2的輸入端子連接。電容元件C2的另一端經(jīng)由開關(guān)SW22和積分電路11的放大器A1的輸入端子連接。
本第一保持電路12，利用開關(guān)SW21和SW22各自的開閉動作，在電容元件C2保持在儲存期間T1～T3之中任意一個儲存期間Tk終了時從積分電路11輸出的電壓V1，將該保持的電壓V1輸入放大器A2，從放大器A2輸出電壓V2。另外，該第一保持電路12兼作CDS電路，輸入從積分電路11輸出從電壓V1，可輸出與在儲存期間Tk的開始及終了時各自輸入的該電壓的差相對應(yīng)的電壓V2。
比較電路13輸入從積分電路11所輸出的電壓V1，比較該輸入的電壓V1和基準(zhǔn)電壓Vref的大小，向閂鎖電路15輸出表示該比較結(jié)果的比較信號S3。同時，在其中一個儲存期間Tk終了時從積分電路11所輸出的電壓V1比基準(zhǔn)電壓Vref更小時，指示第一保持電路12保持該電壓V2。閂鎖電路15儲存從比較電路13所輸出的比較信號S3后輸出。例如，閂鎖電路15由位數(shù)同于比較信號S3的位數(shù)的并行寄存器所構(gòu)成。
第二保持電路14具有電容元件C4及開關(guān)SW41～SW44。電容元件C4的一端經(jīng)由開關(guān)SW41和第一保持電路12的放大器A2的輸出端子連接，經(jīng)由開關(guān)SW42接地。另外，電容元件C4的另一端經(jīng)由開關(guān)SW43接地，經(jīng)由開關(guān)SW44和外部連接。本第二保持電路14利用開關(guān)SW41～SW44各自的開關(guān)動作，輸入從第一保持電路12輸出的電壓V2，在電容部C4保持在特定時刻的該電壓，向外部輸出該保持的電壓。(實際上，如后述所示，以后為了連接開關(guān)電容器電路，向外部輸出按照所保持的電壓的電荷Q4)。
即，本第二保持電路14，通過使開關(guān)SW42及SW43閉合，而將在電容元件C4儲存的電荷放電。開關(guān)SW41及SW43閉合而開關(guān)SW42斷開時，使輸入的電壓保持在電容元件C4，開關(guān)SW41及SW43為斷開時，以后在電容元件C4也依然繼續(xù)保持該電壓。然后，開關(guān)SW44和SW42為閉合時，輸出與在電容元件C4保持的電壓相對應(yīng)的電荷Q4。
圖3是本實施方式的光檢測裝置1的比較電路13的電路圖。如該圖所示，比較電路13具有比較器30及D觸發(fā)器31、32。比較器30輸入從積分電路11輸出的電壓V1，而且輸入基準(zhǔn)電壓Vref，比較電壓V1和基準(zhǔn)電壓Vref的大小。然后，當(dāng)電壓V1比基準(zhǔn)電壓Vref更大時，使比較器30的輸出電平V3變成高電平，而非此情況時，則變成低電平。
當(dāng)D觸發(fā)器31、32各自輸入CLR輸入端子的Clr信號是高電平時，來自Q輸出端子的輸出電平變成低電平。D觸發(fā)器31、32各自在時鐘輸入端子輸入來自比較器30的輸出電壓V3，該電壓V3從低電平翻轉(zhuǎn)成高電平時，將到目前為止輸入D輸入端子的信號電平，自此以后從Q輸出端子輸出。
D觸發(fā)器31、32構(gòu)成移位寄存器，前段的D觸發(fā)器31的Q輸出端子和后段的D觸發(fā)器32的D輸入端子相連接。在前段的D觸發(fā)器31的D輸入端子總是輸入高電平信號。從前段的D觸發(fā)器31的Q輸出端子所輸出的信號S31，和從后段的D觸發(fā)器32的Q輸出端子所輸出的信號S32，構(gòu)成從比較電路13輸出的2位的比較信號S3。
圖4是本實施方式的光檢測裝置1的第二信號處理部20的構(gòu)造圖。如該圖所示，第二信號處理部20包含開關(guān)電容器電路26、A/D變換電路27以及移位電路28。
開關(guān)電容器電路26具有放大器A6、電容元件C6及開關(guān)SW6。放大器A6的正相輸入端子接地，反相輸入端子和第二保持電路14的開關(guān)SW44連接。在放大器A6的反相輸入端子和輸出端子的間并列地設(shè)置開關(guān)SW6及電容元件C6。
本開關(guān)電容器電路26當(dāng)開關(guān)SW6斷開時，輸入從第二保持電路14輸出的電荷值Q4而在電容元件C6保持，向A/D變換電路27輸出與該保持的電荷量相對應(yīng)的電壓V6。另外，本開關(guān)電容器電路26利用開關(guān)SW6閉合，將在電容元件C6儲存的電荷放電，將輸出電壓初始化。
A/D變換電路27將利用從第二保持電路14所輸出的開關(guān)電容器電路26所保持，而從該開關(guān)電容器電路26輸出的電壓V6輸入，將該輸入的電壓V6(模擬值)變換成數(shù)字值，輸出該數(shù)字值D7。
移位電路28輸入從A/D變換電路27所輸出的數(shù)字值D7，同時，輸入從比較電路13所輸出，經(jīng)由閂鎖電路15而到達(dá)的比較信號S3，根據(jù)該比較信號S3而將該數(shù)字值D7移位，輸出該移位后的數(shù)字值D8。
圖5是說明本實施方式的光檢測裝置1的移位電路28的動作圖。圖5(a)～(c)各表示從A/D變換電路27輸出，而后輸入移位電路28的數(shù)字值D7，和從移位電路28輸出的數(shù)字值D8的關(guān)系。在以下，以電壓V1，k表示積分電路11的可變電容部設(shè)成電容值Ck，在儲存期間Tk終了時從積分電路11所輸出電壓V1。
另外，在積分電路11的可變電容部中，選擇地設(shè)定的電容值C1～C3及儲存期間T1～T3成為滿足上述式(1)及式(3)的關(guān)系。此時，輸出數(shù)字值D8的位數(shù)，變成在輸入數(shù)字值D7的位數(shù)中加上上述式(3)中的p及q。此外，p及q各為輸入數(shù)字值D7的位數(shù)以下。
圖5(a)表示利用比較電路13判斷電壓V1，1～V1，3比基準(zhǔn)電壓Vref小時，輸入數(shù)字值D7和輸出數(shù)字值D8的關(guān)系。在此情況，因輸出數(shù)字值D8和輸入數(shù)字值D7是相同值，在上階的(p+q)位上置0值。
圖5(b)表示利用比較電路13判斷電壓V1，1在基準(zhǔn)電壓Vref以上、且電壓V1，2及電壓V1，3比基準(zhǔn)電壓Vref小時，輸入數(shù)字值D7和輸出數(shù)字值D8的關(guān)系。在此情況下，因輸出數(shù)字值D8是輸入數(shù)字值D7僅向上階移動p位的值，在下階p位及上階q位上置0值。
圖5(c)是表示利用比較電路13判斷電壓V1，1及電壓V1，2是基準(zhǔn)電壓Vref以上、且電壓V1，3比基準(zhǔn)電壓Vref小時，輸入數(shù)字值D7和輸出數(shù)字值D8的關(guān)系。在此情況，因輸出數(shù)字值D8是輸入數(shù)字值D7僅向上階移動(p+q)位的值，在下階的(p+q)位上置0值。
例如，自A/D變換電路27輸出，且輸入移位電路28的數(shù)字值D7是8位數(shù)據(jù)，p及q各自的值設(shè)成4。此時，從移位電路28輸出的數(shù)字值D8變成16位數(shù)據(jù)，其動態(tài)范圍變成64k(216)。
其次，將說明本實施方式的光檢測裝置1的動作。射入M×N個光電二極管PD1，1～PDM，N的各光電二極管的光強(qiáng)度，一般情況下是不相同的，視位置(m，n)而異。以下，將分別說明對光電二極管PDm，n的入射光量比較少的情況、中等程度的情況以及比較多的情況。另外，根據(jù)從圖未示的控制電路所輸出的控制信號進(jìn)行以下的動作。
圖6～圖8是說明本實施方式的光檢測裝置1的動作的時序圖。圖6是說明對光電二極管PDm，n的入射光量比較少的情況的第一信號處理部10m，n的動作。圖7是說明對光電二極管PDm，n的入射光量中等程度的情況的第一信號處理部10m，n的動作。又，圖8是說明對光電二極管PDm，n的入射光量比較多的情況的第一信號處理部10m，n的動作。
在各圖中，從上依序地表示輸入比較電路13的D觸發(fā)器31、32各自的CLR輸入端子的Clr信號的電平、積分電路11的開關(guān)SW10～SW12各自的開閉動作、第一保持電路12的開關(guān)SW21及SW22各自的開閉動作、從積分電路11所輸出的電壓V1、比較電路13的比較器30的輸出電平V3、以及從比較電路13的D觸發(fā)器3 、32各自的Q輸出端子所輸出的比較信號S3(S31，S32)。
另外，在各圖，從時刻t1至?xí)r刻t2為止的期間是儲存期間T1，從時刻t3至?xí)r刻t4為止的期間是儲存期間T2，從時刻t5至?xí)r刻t6為止的期間是儲存期間T3。
在圖6～圖8所示的任何一個情況下，在時刻t1前的固定期間，Clr信號均變成高電平，將從比較電路13的D觸發(fā)器31、32各自的Q輸出端子所輸出的信號(即，比較信號S3(S31，S32))初始化。另外，在時刻t1前的固定期間，積分電路11的開關(guān)SW10～SW12各自閉合，電容元件C10～C12各自放電，將從積分電路11所輸出的電壓V1予以初始化。
在從時刻t1至?xí)r刻t2為止的儲存期間T1，積分電路11的開關(guān)SW10～SW12各自斷開，將積分電路11的可變電容部設(shè)成電容值C1(上述公式(1a))。而，在光電二極管PDm，n產(chǎn)生的電荷，被儲存于第一信號處理部10m，n的積分電路11的可變電容部，并將與該儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓V1從積分電路11輸出。該電壓V1從時刻t1的起始值逐漸變大。
在從時刻t2至?xí)r刻t3為止的期間(即，儲存期間T1和儲存期間T2之間的期間)，積分電路11的開關(guān)SW10和SW11為閉合，使電容元件C10及C11放電，而將從積分電路11所輸出的電壓V1予以初始化。
在從時刻t3至?xí)r刻t4為止的儲存期間T2，積分電路11的開關(guān)SW10為斷開，SW12依然斷開，開關(guān)SW11閉合，將積分電路11的可變電容部設(shè)成電容值C2(上述公式(1b))。而，將在光電二極管PDm，n所產(chǎn)生的電荷儲存于第一信號處理部10m，n的積分電路11的可變電容部，并將與該儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓V1從積分電路11輸出。該電壓V1從時刻t3的起始值逐漸變大。
在從時刻t4至?xí)r刻t5為止的期間(即，儲存期間T2和儲存期間T3之間之期間)，積分電路11的開關(guān)SW10、SW11以及開關(guān)SW12為閉合，使電容元件C10、C11以及C12放電，而將從積分電路11所輸出的電壓V1予以初始化。
在從時刻t5至?xí)r刻t6為止的儲存期間T3，積分電路11的開關(guān)SW10為斷開，開關(guān)SW11及SW12各為閉合，而將積分電路11的可變電容部設(shè)成電容值C3(上述公式(1c))。而，將在光電二極管PDm，n所產(chǎn)生的電荷儲存于第一信號處理部10m，n的積分電路11的可變電容部，并將與該儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓V1從積分電路11輸出。該電壓V1從時刻t5的起始值逐漸變大。
在儲存期間T1的最初的固定期間(即，時刻t1之后的固定期間)、儲存期間T2的最初的固定期間(即，時刻t3之后的固定期間)以及儲存期間T3的最初的固定期間(即，時刻t5之后的固定期間)的各期間，第一保持電路12的開關(guān)SW21為閉合，將自第一保持電路12所輸出的電壓V2予以初始化。另外，第一保持電路12的開關(guān)SW22在時刻t1前為閉合。
到上述為止的動作說明，在圖6～圖8各自的情況是共同的。但是，第一信號處理部10m，n依據(jù)對光電二極管PDm，n的入射光量的大小而進(jìn)行如以下所說明的不同的動作。
在圖6中表示對光電二極管PDm，n的入射光量比較少的情況的第一信號處理部10m，n的動作。在此情況下，在儲存期間T1終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，1、在儲存期間T2終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，2以及在儲存期間T3終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，3均比基準(zhǔn)電壓Vref小。因此，在儲存期間T1～T3的任何一個期間，比較電路13的比較器30的輸出電平V3都是保持低電平，從D觸發(fā)器31、32各自的Q輸出端子所輸出的信號S31、S32均保持低電平。
而且，在儲存期間T1終了時(時刻t2之前)判斷從積分電路11所輸出的電壓V1，1比基準(zhǔn)電壓Vref小的時刻，至此時均閉合的第一保持電路12的開關(guān)SW22變成斷開，以后開關(guān)SW22也依然斷開。結(jié)果，在時刻t2以后從第一保持電路12輸出的電壓V2，變成與在儲存期間T1終了時開關(guān)SW22斷開的時刻上從積分電路11輸出的電壓V1，1與在儲存期間T1的最初開關(guān)SW21斷開的時刻上從積分電路11輸出的電壓之差相對應(yīng)的值。此外，利用第二保持電路14保持該電壓V2。
在圖7中表示對光電二極管PDm，n的入射光量中等程度的情況的第一信號處理部10m，n的動作。在此情況，在儲存期間T1終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，1是基準(zhǔn)電壓Vref以上，但是在儲存期間T2終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，2及在儲存期間T3終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，3，均比基準(zhǔn)電壓Vref更小。
因此，在儲存期間T1內(nèi)的某時刻(來自積分電路11的輸出電壓V1變成基準(zhǔn)電壓Vref以上的時刻)，比較電路13的比較器30的輸出電平V3翻轉(zhuǎn)成高電平，從D觸發(fā)器31的Q輸出端子所輸出的信號S31翻轉(zhuǎn)成高電平。時刻t2以后，從D觸發(fā)器31從Q輸出端子所輸出從信號S31保持高電平的狀態(tài)，從D觸發(fā)器32的Q輸出端子所輸出的信號S32保持低電平的狀態(tài)。
而，在儲存期間T2終了時(時刻t4之前)判斷從積分電路11所輸出的電壓V1，2為比基準(zhǔn)電壓Vref小的時刻，至此時均閉合的第一保持電路12的開關(guān)SW22變成斷開，以后開關(guān)SW22保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。結(jié)果，在時刻t4以后從第一保持電路12輸出的電壓V2變成與在儲存期間T2終了在開關(guān)SW22為斷開的時刻時從積分電路11所輸出的電壓V1，2，和在儲存期間T2的最初開關(guān)SW21為斷開的時刻從積分電路11所輸出的電壓之差相對應(yīng)的值。此外，利用第二保持電路14保持該電壓V2。
在圖8表示對光電二極管PDm，n的入射光量比較多的情況的第一信號處理部10m，n的動作。在此情況，雖然在儲存期間T1終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，1，及在儲存期間T2終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，2是基準(zhǔn)電壓Vref以上，但是在儲存期間T3終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，3是比基準(zhǔn)電壓Vref更小。
因此，在儲存期間T1的某時刻(來自積分電路11的輸出電壓V1變成基準(zhǔn)電壓Vref以上的時刻)，比較電路13的比較器30的輸出電平V3翻轉(zhuǎn)成高電平，從D觸發(fā)器31的Q輸出端子所輸出的信號S31翻轉(zhuǎn)成高電平。另外，在儲存期間T2的某時刻(來自積分電路11的輸出電壓V1變成基準(zhǔn)電壓Vref以上的時刻)，比較電路13的比較器30的輸出電平V3翻轉(zhuǎn)成高電平，從D觸發(fā)器32的Q輸出端子輸出的信號S32也翻轉(zhuǎn)成高電平。時刻t4以后，從D觸發(fā)器31、32各自的Q輸出端子輸出的信號S31、S32保持高電平的狀態(tài)。
而且，在儲存期間T3終了時(時刻t6之前)判斷從積分電路11所輸出的電壓V1，3為比基準(zhǔn)電壓Vref更小的時刻，至此時均閉合的第一保持電路12的開關(guān)SW22變成斷開，以后開關(guān)SW22也依然斷開。結(jié)果，在時刻t6以后從第一保持電路12所輸出的電壓V2變成與在儲存期間T3終了時在開關(guān)SW22為斷開的時刻從積分電路11所輸出的電壓V1，3，和在儲存期間T3的最初開關(guān)SW21為斷開的時刻從積分電路11所輸出的電壓之差相對應(yīng)的值。此外，利用第二保持電路14保持該電壓V2。
如以上所示，在時刻t6以后從比較電路13所輸出的比較信號S3(S31，S32)以3階段表示對光電二極管PDm，n的入射光量的電平。
即，比較信號S3(S31，S32)為(0，0)，是表示即使在積分電路11的可變電容部被設(shè)為電容值C1時在儲存期間T1，光電二極管PDm，n所產(chǎn)生的電荷被儲存于可變電容部時，該儲存期間T1終了時的輸出電壓V1，1也比基準(zhǔn)電壓Vref小，即向光電二極管PDm，n的入射光量比較少。
比較信號S3(S31，S32)為(1，0)，是表示雖然在儲存期間T1終了時的輸出電壓V1，1變成基準(zhǔn)電壓Vref以上，但是即使在積分電路11的可變電容部被設(shè)為電容值C2時在儲存期間T2光電二極管PDm，n所產(chǎn)生的電荷被儲存于可變電容部時，該儲存期間T2終了時的輸出電壓V1，2也比基準(zhǔn)電壓Vref更小，即向光電二極管PDm，n的入射光量是中等程度。
比較信號S3(S31，S32)為(1，1)，是表示雖然在儲存期間T2終了時的輸出電壓V1，2變成基準(zhǔn)電壓Vref以上，但是即使在積分電路11的可變電容部被設(shè)為電容值C3時，在儲存期間T3光電二極管PDm，n所產(chǎn)生的電荷被儲存于可變電容部，該儲存期間T3終了時的輸出電壓V1，3也比基準(zhǔn)電壓Vref更小，即向光電二極管PDm，n的入射光量比較多。
另外，在時刻t6以后第一保持電路12及第二保持電路14各自所保持的電壓，與在儲存期間T1～T3各自終了時從積分電路11所輸出的電壓V1，1～V1，3之中最初變得比基準(zhǔn)電壓Vref更小的電壓相對應(yīng)的值。
而且，在時刻t6以后，自M×N個第一信號處理部101，1～10M，N各自依序地從第二保持電路14向開關(guān)電容器電路26輸出電荷Q4，而且從閂鎖電路15向移位電路28輸出比較信號S3。
在開關(guān)電容器電路26中，輸入從各第一信號處理部10m，n的第二保持電路14所依序輸出的電荷Q4，在電容元件C6保持該電荷Q4，向A/D變換電路27輸出與該保持的電荷量相對應(yīng)的電壓V6。在A/D變換電路27中，輸入從開關(guān)電容器電路26所輸出的電壓V6，將該電壓V6(模擬值)變換成數(shù)字值，輸出該數(shù)字值D7。
在移位電路28中，輸入從A/D變換電路27所輸出的數(shù)字值D7，而且也輸入從比較電路13所輸出的比較信號S3。然后，依照該比較信號S3移位該數(shù)字值D7的位，輸出該移位后的數(shù)字值D8。此時，若比較信號S3(S31，S32)為(0，0)，則輸出數(shù)字值D8是輸入數(shù)字值D7為相同的值，在上階的(p+q)位上置0值(圖5(a))。
若比較信號S3(S31，S32)為(1，0)，則輸出數(shù)字值D8是將輸入數(shù)字值D7僅向上階移位了p位的值，在下階的p位及上階q位上置0值(圖5(b))。另外，若比較信號S3(S31，S32)為(1，1)，則輸出數(shù)字值D8是將輸入數(shù)字值D7僅向上階移位(p+q)位的值，在下階的(p+q)位上置0值(圖5(c))。
如以上所示，在從時刻t1至?xí)r刻t6為止的期間，關(guān)于對光電二極管PDm，n的入射光量的數(shù)據(jù)(V2，S3)，是被保持于對應(yīng)的第一信號處理部10m，n的第二保持電路14及閂鎖電路15。此時，在積分電路11的可變電容部的電容值Ck和儲存期間Tk之間具有上述式(2)或式(3)的關(guān)系，在任何一個儲存期間與在積分電路11的可變電容部所儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓V1比基準(zhǔn)電壓Vref更小時，利用第二保持電路14保持電壓V2，而且利用閂鎖電路15儲存表示得到該所保持的電壓V2的儲存期間的比較信號S3。
而，在接著的時刻t6以后，根據(jù)自各第一信號處理部10m，n的第二保持電路14及閂鎖電路15輸出的數(shù)據(jù)(Q4，S3)，利用第二信號處理部20的A/D變換電路27，使與在開關(guān)電容器電路26變換后的電荷Q4相對應(yīng)的電壓進(jìn)行A/D變換，根據(jù)需要利用移位電路28對數(shù)字值進(jìn)行移位。
因此，該光檢測裝置1的入射光量檢測的動態(tài)范圍大。另外，因?qū)⒐怆姸O管PDm，n所產(chǎn)生的電荷儲存于積分電路11的電容元件，從積分電路11輸出與該所儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓V1，因此入射光量檢測的溫度依賴性較小。
另外，通過設(shè)置第二保持電路14及閂鎖電路15，從時刻t1至?xí)r刻t6為止的期間利用各光電二極管PDm，n及第一信號處理部10m，n所得到的攝影數(shù)據(jù)(V2，S3)的處理，在第二信號處理部20中進(jìn)行的時刻t6以后的期間，同時，利用各光電二極管PDm，n及第一信號處理部10m，n得到下一個攝影數(shù)據(jù)(V2，S3)。因此，該光檢測裝置1可高速拍攝。
另外，通過使第一保持電路12兼作CDS電路，可減少積分電路11的放大器A1重置時發(fā)生的噪聲所引起的輸出電壓V1的誤差，因此，該光檢測裝置1可得到更準(zhǔn)確的攝影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明并未限定于上述的實施方式，而可進(jìn)行各種變形。例如，雖然比較電路13在上述的實施方式中比較從積分電路11所輸出的電壓V1和基準(zhǔn)電壓Vref的大小，但是也可比較從第一保持電路12所輸出的電壓V2和基準(zhǔn)電壓Vref的大小。
另外，光檢測裝置的電路構(gòu)造并未限定于在上述的實施方式，也可為其它形態(tài)。例如，光電二極管并不限定為二維排列，也可為一次一維排列，也可以是1個。積分電路的可變電容部的電容值也為可切換成2階段或4階段以上。第一保持電路、比較電路以及第二保持電路等也可采用其他電路構(gòu)造。而且，對于多個光電二極管也可設(shè)置一個第一信號處理部。
工業(yè)上的可應(yīng)用性本發(fā)明可應(yīng)用于光檢測裝置。
發(fā)明效果本發(fā)明的光檢測裝置的入射光量檢測的動態(tài)范圍大，溫度依賴性小。
權(quán)利要求
1.一種光檢測裝置，其特征在于，具有光電二極管，發(fā)生與入射光量相對應(yīng)的量的電荷；積分電路，具有選擇性地設(shè)成K個電容值C1～CK中任意一個的電容值Cn的可變電容部，在與該可變電容部中被設(shè)定的電容值Ck相對應(yīng)的儲存期間Tk中，將從所述光電二極管輸出的電荷儲存于所述可變電容部，并輸出與該儲存的電荷量相對應(yīng)的電壓；以及，第一保持電路，保持在儲存期間T1～TK中任意一個儲存期間Tk終了時從所述積分電路輸出的電壓，并輸出該保持的電壓；比較電路，輸入從所述積分電路或所述第一保持電路輸出的電壓，比較該輸入的電壓和基準(zhǔn)電壓的大小，輸出表示該比較結(jié)果的比較信號，同時，在任意一個儲存期間Tk終了時從所述積分電路或所述第一保持電路輸出的電壓比所述基準(zhǔn)電壓小時，指示所述第一保持電路保持該電壓；其中，比(Tk/Ck)的值因k值而不同，其中，K是2以上的整數(shù)，k是1以上K以下的任意整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，比(Tk1/Ck1)和比(Tk2/Ck2)的值，是2的冪指數(shù)，其中，k1及k2分別為1以上K以下的任意整數(shù)，且k1≠k2。
3.如權(quán)利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，所述第一保持電路，輸入從所述積分電路輸出的電壓，保持并輸出與分別在儲存期間Tk開始及終了時輸入的該電壓之差相對應(yīng)的電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，還具有第二保持電路，輸入從所述第一保持電路輸出的電壓，保持在特定時刻的該電壓，并輸出該保持的電壓；和閂鎖電路，輸入從所述比較電路輸出的比較信號，儲存在特定時刻的該比較信號，并輸出該儲存的比較信號。
5.如權(quán)利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，還具有，A/D變換電路，輸入從所述第一保持電路輸出的電壓，將該輸入的電壓變換成數(shù)字值，并輸出該數(shù)字值。
6.如權(quán)利要求5所述的光檢測裝置，其特征在于，還具有，移位電路，輸入從所述A/D變換電路輸出的數(shù)字值，同時，輸入從所述比較電路輸出的比較信號，根據(jù)該比較信號而對該數(shù)字值的位進(jìn)行移位，并輸出該移位后的數(shù)字值。
7.如權(quán)利要求5所述的光檢測裝置，其特征在于，還具有，開關(guān)電容器電路，輸入從所述第一保持電路輸出的電壓，將其保持于電容部，并向所述A/D變換電路輸出該保持的電壓。
8.如權(quán)利要求5所述的光檢測裝置，其特征在于，具有多組所述光電二極管、所述積分電路、所述第一保持電路以及所述比較電路，對于這些多組電路，具有一個所述A/D變換電路。
全文摘要
本發(fā)明目的在提供一種入射光量檢測動態(tài)范圍大，溫度依賴小的光檢測裝置。第一信號處理部(10
文檔編號H01L31/10GK1934430SQ20058000853
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者水野誠一郎, 舩越晴寬, 高哲也 申請人:浜松光子學(xué)株式會社