CN102308573A - 信号处理装置以及光检测装置 - Google Patents

信号处理装置以及光检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102308573A
CN102308573A CN2010800064751A CN201080006475A CN102308573A CN 102308573 A CN102308573 A CN 102308573A CN 2010800064751 A CN2010800064751 A CN 2010800064751A CN 201080006475 A CN201080006475 A CN 201080006475A CN 102308573 A CN102308573 A CN 102308573A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
voltage
magnitude
output
value
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.)
Granted
Application number
CN2010800064751A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102308573B (zh
Inventor
水野诚一郎
山本洋夫
小林真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN102308573A publication Critical patent/CN102308573A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102308573B publication Critical patent/CN102308573B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0218—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of field effect structures
    • H01L27/0225—Charge injection in static induction transistor logic structures [SITL]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

一个实施方式的信号处理装置中，积分电路将来自光电二极管的电荷存储于积分电容元件，并输出对应于电荷的量的电压值。比较电路，当从积分电路输出的电压值达到基准值时，输出饱和信号。电荷注入电路对应于饱和信号，将极性相反的电荷注入到积分电容元件中。计数电路，基于饱和信号，进行计数。保持电路，将来自积分电路的电压值保持。放大电路输出由保持电路保持的电压值的K倍(其中，K＞1)的电压值。AD转换电路，将基准值的K倍的电压值作为最大输入电压值，即满阶值，输出对应于来自放大电路的电压值的数字值。

Description

信号处理装置以及光检测装置
技术领域
本发明涉及信号处理装置以及光检测装置，所述信号处理装置输出对应于电荷的量的值的电信号，该电荷为对应于向光电二极管的入射光量而在该光电二极管所产生的电荷，所述光检测装置包括这样的信号处理装置以及光电二极管。
背景技术
检测入射光量的光检测装置，具备：光电二极管，产生对应于入射光量的电荷；以及，信号处理装置，输出对应于该光电二极管所产生的电荷的量的值的电信号。作为如此的光检测装置，例如已知有专利文献1所记载的装置。该文献中记载的光检测装置，具有AD转换功能，能够输出对应于入射光量的数字值。
光检测装置，例如，作为X射线CT装置的检测部被使用，存在多个光电二极管配置成阵列并被闪烁器覆盖的情况。如果X射线入射至闪烁器，则产生闪烁光，该闪烁光入射至任意的光电二极管时，则在该光电二极管产生电荷，该电荷通过信号处理装置转换为电信号。
专利文献
专利文献1：日本特开平5-215607号公报
发明内容
发明所要解决的问题
这样的光检测装置在要求多像素化、高速化以及低耗电化的同时，还要求高精度化。但是，包括专利文献1所记载的装置的现有的光检测装置中使用的信号处理装置，因噪声的影响不能输出高精度的数字值的情况存在。
本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种能够输出对应于入射光量的高精度的数字值的信号处理装置以及包括这样的信号处理装置的光检测装置。
解决问题的技术手段
一个实施方式所涉及的信号处理装置，输出对应于电荷的量的值的电信号，该电荷为对应于向光电二极管的入射光量而在该光电二极管所产生的电荷，具备：(1)积分电路，具有存储从光电二极管输出的电荷的积分电容元件，并输出对应于该积分电容元件中存储的电荷的量的电压值；(2)比较电路，输入从积分电路输出的电压值，对该电压值和规定的基准值进行大小比较，当电压值达到基准值时，输出表示该信息的饱和信号；(3)电荷注入电路，基于从比较电路输出的饱和信号，将与积分电路的积分电容元件中存储的电荷极性相反的一定量的电荷注入到积分电容元件中；(4)计数电路，基于从比较电路输出的饱和信号，对从积分电路输出的电压值达到基准值的次数进行计数；(5)保持电路，将从积分电路输出的电压值保持并输出；(6)放大电路，输入由保持电路保持并输出的电压值，输出将该输入的电压值变为K倍(其中，K＞1)的电压值；以及(7)AD转换电路，将比较电路中的基准值的K倍的电压值作为最大输入电压值，输入从放大电路输出的电压值，输出对应于该电压值的数字值。
该信号处理装置与光电二极管同时使用。该信号处理装置中，对应于向光电二极管的入射光量而产生的电荷，存储于积分电路的积分电容元件中，对应于该积分电容元件中存储的电荷的量的电压值从该积分电路输出。从该积分电路输出的电压值输入至比较电路，将该输入电压值和规定的基准值通过比较电路进行大小比较，当输入电压值达到基准值时，从比较回路输出表示该信息的饱和信号。基于从该比较电路输出的饱和信号，通过电荷注入电路，将与积分电路的积分电容元件中存储的电荷极性相反的一定量的电荷注入到积分电容元件中。另外，基于从该比较电路输出的饱和信号，通过计数电路，在一定期间内对从积分电路输出的电压值达到基准值的次数进行计数。通过这些积分电路、比较电路、电荷注入电路以及计数电路实现AD转换功能。
另外，上述一定期间终了时从积分电路输出的电压值，通过保持电路被保持并输出。由保持电路保持并输出的电压值，由放大电路放大为K倍而输出至AD转换电路。AD转换电路中，将比较电路中的基准值的K倍的电压值作为最大输入电压值，输入从放大电路输出的电压值，输出对应于该电压值的数字值。于是，该信号处理装置中，基于通过计数电路计数的次数的值以及从AD转换电路输出的数字值，检测入射光量。
一个实施方式所涉及的信号处理装置，还具备基准值生成电路，输入用于设定AD转换电路中的最大输入电压值的基准值，将该基准值的K分之一的电压值作为基准值赋予比较电路。用于设定AD转换电路中的最大输入电压值的基准值与赋予比较电路的基准值可相互另行生成，也可通过基准值生成电路从前者生成后者。该基准值生成电路例如可由电阻分压电路构成。
一个实施方式所涉及的信号处理装置，也可具备作为保持电路的第1保持电路和第2保持电路，放大电路可输入分别从第1保持电路以及第2保持电路输出的电压值，并输出将该输入的2个电压值的差变为K倍的电压值。该情况下，包含从积分电路输出的信号成分以及噪声成分的电压值由第1保持电路保持，仅包含从积分电路输出的噪声成分的电压值由第2保持电路保持。于是，通过放大电路，将分别从第1保持电路和第2保持电路输出的电压值的差变为K倍的电压值被输出。
一个实施方式所涉及的信号处理装置，也可具备作为保持电路的第1保持电路和第2保持电路，将从积分电路输出的电压值交替地保持在第1保持电路和第2保持电路中，也可并行地进行由积分电路、比较电路、电荷注入电路以及计数电路进行的处理和由放大电路以及AD转换电路进行的处理。通过进行这样的并行的动作，能够高速地进行光检测。
一个实施方式所涉及的信号处理装置中，可针对多组积分电路、比较电路、电荷注入电路、计数电路以及保持电路，设置1组放大电路以及AD转换电路，将由各组保持电路输出的电压值依次输入至放大电路。该情况下，通过包含光电二极管以及信号处理装置的光检测装置，可进行摄像，另外，信号处理装置的电路规模可以减小。
一个实施方式所涉及的光检测装置，具备：光电二极管，产生对应于入射光量的电荷；以及上述实施方式所涉及的信号处理装置，输出对应于光电二极管所产生的电荷的量的值的电信号。
发明的效果
本发明所涉及的信号处理装置和光检测装置，能够输出对应于入射光量的高精度的数字值。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的光检测装置1的概略结构的图。
图2是表示一个实施方式所涉及的光检测装置1的详细结构的图。
图3是说明一个实施方式所涉及的光检测装置1的动作的流程图。
图4是表示另一个实施方式所涉及的光检测装置1A的详细结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的方式。另外，在附图的说明中，对相同的要素标以相同的符号，省略重复的说明。
图1是表示一个实施方式所涉及的光检测装置1的概略结构的图。该图中所示的光检测装置1，包括光电二极管阵列2和信号处理装置3。
光电二极管阵列2包含N个光电二极管PD1～PDN。N个光电二极管PD1～PDN具有共同的结构。N个光电二极管PD1～PDN可形成于1个半导体基板上。另外，N个光电二极管PD1～PDN各自的受光区域可由闪烁器覆盖，该闪烁器产生伴随X射线等的能量线的入射的闪烁光。各光电二极管PDn产生对应于入射光量的电荷。另外，N为1以上的整数，n为1以上N以下的各整数。另外，N为2以上的整数，N个光电二极管PD1～PDN可排列成1维状或2维状。
信号处理装置3，输出对应于各光电二极管PDn所产生的电荷的量的值的电信号(数字信号)。信号处理装置3包括N个读出部41～4N、放大电路60、以及AD转换电路70。N个读出部41～4N具有共同的结构。各读出部4n对应于光电二极管PDn而设置。信号处理装置3也可形成在与形成有光电二极管阵列2的半导体基板不同的半导体基板上。另外，也可在形成有光电二极管阵列2的半导体基板的背面设置闪烁器，形成有光电二极管阵列2的半导体基板的表面和形成有信号处理装置3的半导体基板的表面互相凸点(bump)连接。
各读出部4n包含积分电路10，比较电路20，电荷注入电路30，计数电路40，保持电路50以及开关SW。各读出部4n中所包含的积分电路10，将从对应的光电二极管PD输出的电荷存储于积分电容元件中，将对应于该存储电荷量的电压值输出至比较电路20以及保持电路50。比较电路20输入从积分电路10输出的电压值，对该输入电压值和规定的基准值进行大小比较，当输入电压值达到基准值时，将表示该信息的饱和信号输出至电荷注入电路30以及计数电路40。
电荷注入电路30，基于从比较电路20输出的饱和信号，将与积分电路10的积分电容元件中存储的电荷极性相反的一定量的电荷注入到积分电容元件中。计数电路40，基于从比较电路20输出的饱和信号，对从积分电路10输出的电压值达到基准值的次数进行在一定期间内计数。各读出部4n中所包含的计数电路40经由开关SW连接于共同的配线。保持电路50将从积分电路10输出的电压值采样而保持，并将该保持的电压值输出至放大电路60。
放大电路60的输入端，与各读出部4n中所包含的保持电路50的输出端相连接。放大电路60，输入由各读出部4n中所包含的保持电路50保持并依次输出的电压值，并向AD转换电路70输出将该输入的电压值变为K倍(其中，K＞1)的电压值。AD转换电路70，将比较电路20中的基准值的K倍的电压值作为最大输入电压值，即满阶(fullscale)值，输入从放大电路60输出的电压值，输出对应于该电压值的数字值。
图2是表示一个实施方式所涉及的光检测装置1的详细结构的图。此处，表示有1组光电二极管PD以及读出部4，此外，除了放大电路60以及AD转换电路70，还表示有基准值生成电路80。此处，作为保持电路50设置有2个保持电路51，52。
积分电路10具有放大器A10、积分电容元件C10以及开关SW10。放大器A10的正向输入端子接地。放大器A10的反向输入端子与光电二极管PD相连接。放大器A10的反向输入端子与输出端子之间并联设置有积分电容元件C10和开关SW10。该积分电路10在开关SW10闭合的时候，积分电容元件C10放电，输出重置电平的电压值。另一方面，该积分电路10在开关SW10断开的时候，将从光电二极管PD输出的电荷存储于积分电容元件C10，输出对应于该积分电容元件C10中存储的电荷的量的电压值V10。
比较电路20输入从积分电路10输出的电压值V10，并对该电压值V10和规定的基准值Vref2作大小比较。然后，比较电路20，在电压值V达到基准值Vref2时，输出表示该信息的饱和信号φ1。
电荷注入电路30具有开关SW31～SW34以及电容元件C30。开关SW31、电容元件C30、以及开关SW32依次连接，开关SW31的另一端与积分电路10的放大器A10的反向输入端子相连接，开关SW32的另一端与基准电位Vinj相连接。开关SW31和电容元件C30的接触点经由开关SW33接地。开关SW32和电容元件C30的接触点经由开关SW34接地。开关SW31及SW34分别基于从比较电路20输出的饱和信号φ1进行开闭。开关SW32及SW33分别基于从比较电路20输出的饱和信号φ1的理论反转信号φ2进行开闭。即，该电荷注入电路30，基于从比较电路20输出的饱和信号φ1，将与积分电路10的积分电容元件C10中存储的电荷极性相反的一定量的电荷注入到积分电容元件C10。
计数电路40，基于从比较电路20输出的饱和信号φ1，对从积分电路10输出的电压值V达到基准值Vref2的次数进行在一定期间内的计数，并将该计数值作为数字值而输出。
这些积分电路10、比较电路20、电荷注入电路30、以及计数电路40具有AD转换功能。即，将一定期间内从光电二极管PD输出并存储至积分电路10的积分电容元件C10的电荷的量的绝对值作为Q0，将基于从比较电路20输出的饱和信号φ1而由电荷注入电路30注入至积分电路10的积分电容元件C10中的电荷的量的绝对值作为Q1。此时，根据计数电路40的计数值(数字值)是，Q0除以Q1所得的值去掉小数部分后所得的整数值。另外，上述一定期间终了时从积分电路10输出的电压值是，Q0除以Q1所得的值减去上述整数值后得到的剩余的值所对应的电压值。
保持电路51以及保持电路52具有共同的结构。保持电路51以及保持电路52分别具有开关SW51～SW54以及电容元件C50。开关SW51、电容元件C50、以及开关SW52依次连接，开关SW51的另一端与积分电路10的放大器A10的输出端子相连接，开关SW52的另一端与放大电路60的输入端相连接。开关SW51和电容元件C50的接触点经由开关SW53接地。开关SW52和电容元件C50的接触点经由开关SW54接地。
保持电路51以及保持电路52的各个中，开关SW51及SW54同时进行开闭。开关SW52及SW53同时进行开闭。开关SW51、SW54从闭合状态转换至断开状态时，在即将转换之前来自积分电路10的输出电压值被保持于电容元件C50中。开关SW52、SW53断开时，在电容元件C50中保持的电压值被输出至放大电路60。
保持电路51，在计数电路40进行计数的一定期间的终了时，将从积分电路10输出的电压值采样而保持，并将该保持的电压值输出至放大电路60。另一方面，保持电路52，在积分电路10的开关SW10闭合时，将从积分电路10输出的重置电平的电压值采样而保持，并将该保持的电压值输出至放大电路60。
放大电路60，输入从保持电路51输出的电压值V51，并且输入从保持电路52输出的电压值V52，将使这些输入的2个电压值的差变为K倍的电压值(K(V51-V52))输出至AD转换电路70。从保持电路51输出的电压值V51是，包含信号成分以及噪声成分的电压值中、利用由积分电路10、比较电路20、电荷注入电路30以及计数电路40所构成的AD转换功能进行AD转换时的剩余的电压值。从保持电路52输出的电压值V52，不包含信号成分，仅包含噪声成分。因此，从放大电路60输出的电压值，表示从上述的剩余的电压值中除去噪声成分之后的值。
如上所述，放大电路60输入由保持电路51，52保持并输出的电压值，将使这些输入的2个电压值的差变为K倍的电压值输出至AD转换电路70。另外，AD转换电路70，将比较电路20中的基准值的K倍的电压值作为最大输入电压值，输入从放大电路60输出的电压值，并输出对应于该输入电压值的数字值。于是，基准值生成电路70，输入用于设定AD转换电路70中的最大输入电压值的基准值Vref1，将该基准值Vref1的K分之一的电压值(Vref1/K)作为基准值Vref2赋予比较电路20。基准值生成电路80可由电阻分压电路构成。
此外，本实施方式所涉及的光检测装置1还具备控制部90。该控制部90以规定的时序控制积分电路10中的开关SW10的开闭动作，计数电路40的计数动作，保持电路51，52中的SW51～SW54的开闭动作，开关SW的开闭动作，以及AD转换电路70中的AD转换动作。即，如图2所示，控制部90对于读出部41～4N的各个开关SW10，计数电路40，保持电路51的SW51～SW54，保持电路52的SW51～SW54，以及开关SW和AD转换电路40赋予控制信号，以规定的时序控制这些要素的动作。
其次，说明本实施方式所涉及的光检测装置1的动作。图3是说明一个实施方式所涉及的光检测装置1的动作的流程图。
时刻t0时，积分电路10的开关SW10闭合，积分电容元件C10放电，从积分电路10输出的电压值V10变为重置电平。此时，从比较电路20输出的饱和信号φ1为理论电平L，电荷注入电路30的SW31及SW34分别断开，电荷注入电路30的SW32及SW33分别闭合，计数电路40的计数值被初始化为值0。
时刻t1时，积分电路10的开关SW10断开，光电二极管PD中产生的电荷开始存储至积分电容元件C10，对应于该存储的电荷的量的电压值V10从积分电路10输出。从积分电路10输出的电压值V10，通过比较电路20与基准值Vref2比较。
时刻t2时，如果从积分电路10输出的电压值V10达到基准值Vref2，则从比较电路20输出的饱和信号φ1从理论电平L转换至理论电平H，伴随于此，电荷注入电路30的开关SW31及SW34分别闭合，并且SW32及SW33分别断开。
然后，如果从积分电路10输出的电压值V10达到基准值Vref2时存储于积分电容元件C10的电荷量Q10(＝C10·Vref2)，与至该时为止电荷注入电路30的电容元件C30中所存储的电荷量Q30(＝C30·Vinj)彼此相等，则电荷注入电路30的电容元件C30中所存储的电荷被注入至积分电路10的积分电容元件C10，积分电容元件C10中的电荷存储量被重置。
由此，从积分电路10输出的电压值V10暂时成为重置电平，对应于之后所存储的电荷的量的电压值V10从积分电路10输出。另外，立刻地，从比较电路20输出的饱和信号φ1转换为理论电平L，伴随于此，电荷注入电路30的开关SW31及SW34分别断开，并且SW32及SW33分别闭合。
时刻t3，时刻t4，时刻t5，以及时刻t6的各自时，进行时刻t2时的上述的一连串动作。此处，从时刻t1至时刻t2为止的时间τ12，从时刻t2至时刻t3为止的时间τ23，从时刻t3至时刻t4为止的时间τ34，从时刻t4至时刻t5为止的时间τ45，以及从时刻t5至时刻t6为止的时间τ56的各个，如果其间的向光电二极管PD的入射光量一定，则互相相等。
这样的重复动作，从积分电路10中的积分动作开始的时刻t1开始，到经过一定时间T的时刻t7(＝t1+T)为止进行。从时刻t6至时刻t7为止的时间比上述时间τ12等短。在该一定时间T的期间，从比较电路20输出的饱和信号φ1从理论电平L转换为理论电平H的次数，由计数电路40计数。即，计数电路40中的计数值，时刻t2时值为1，时刻t3时值为2，时刻t4时值为3，时刻t5时值为4，时刻t6时值为5。即，通过积分电路10、比较电路20、电荷注入电路30、以及计数电路40，实现AD转换功能。
时刻t7前，保持电路51的开关SW51，SW54闭合，在时刻t7，保持电路51的开关SW51，SW54断开。其结果，时刻t7前从积分电路10输出的电压值V10的值V51通过保持电路51采样并保持。另外，在时刻t1，保持电路52的开关SW51，SW54闭合，时刻t1之后保持电路52的开关SW51，SW54断开，其结果，时刻t1时，通过积分电路10的开关SW10断开而产生的从积分电路10输出的噪声(kTC噪声)的值V52通过保持电路52采样并保持。
之后，时刻t7以后的时刻t8～t9期间，通过将保持电路51及保持电路52各自的开关SW52，SW53闭合，由保持电路51保持的电压值V51，以及，由保持电路51保持的电压值V52，被输入至放大电路60，该2个电压值的差的K倍的电压值(K(V51-V52))从放大电路60输出。从放大电路60输出的电压值被输入至AD转换电路70，对应于该输入电压值的数字值从AD转换电路70输出。
另外，时刻t7以后，计数电路40中的计数动作停止，时刻t7时的计数值通过计数电路40保持。之后，在时刻t7～t9期间，读出部4n的开关SW闭合，由该读出部4n的计数电路40保持的计数值，经由开关SW而输出。
以上的动作中，在时刻t0～t7期间的动作，在N个读出部41～4N中并列地同时进行。另一方面，时刻t7以后的动作，对于N个读出部41～4N依次进行。如上述的那样，对于N个读出部41～4N的各个依次地，作为相对于向光电二极管PD的入射光量的输出值，可得到作为计数电路40的计数值的第1数字值，以及，作为AD转换电路70的AD转换结果的第2数字值。
从上述动作可以理解，第2数字值相对于第1数字值位于下位。如果第1数字值由M1比特表示，第2数字值由M2比特表示，则从该光检测装置1输出的数字值作为(M1+M2)比特的数据DM1+M2-1～D0表示。其中，上位M1比特的数据DM1+M2-1～DM2与第1数字值相对应，下位M2比特的数据DM2-1～D0与第2数字值相对应。
因此，本实施方式所涉及的光检测装置1中，向光电二极管PD的入射光量值，通过由积分电路10、比较电路20、电荷注入电路30、以及计数电路40实现的AD转换功能转换为第1数字值，并且，通过该AD转换功能未实现AD转换的剩余的值，通过AD转换电路70而转换为第2数字值。因此，该光检测装置1中，可在大的动态范围内在短时间检测出入射光量。另外，该光检测装置1中，多个光电二极管PD排列成1维状或2维状的情况下，能够在大的动态范围内对入射光像进行摄像。
另外，本实施方式所涉及的光检测装置1中，放大电路60输入从保持电路51输出的电压值V51，并且输入从保持电路52输出的电压值V52，将使这些输入的2个电压值的差变为K倍(其中，K＞1)的电压值(K(V51-V52))输出至AD转换电路70。之后，AD转换电路70，将比较电路20中的基准值Vref2的K倍的电压值作为最大输入电压值，输入从放大电路60输出的电压值，并输出对应于该电压值的第2数字值(下位M2比特的数据DM2-1～D0)。由此，AD转换电路70中的AD转换动作之时产生的噪声被抑制为K分之一，所以从光检测装置1输出的数字值(数据DM1+M2-1～D0)可成为高精度的数据。这样，本实施方式所涉及的光检测装置1能够输出对应于入射光量的高精度的数字值。
以上说明的结构中，2个保持电路51及保持电路52被设置，将分别从保持电路51及保持电路52输出的电压值的差变为K倍的电压值从放大电路60输出。由此，从放大电路60输出的电压值，表示积分电路20中产生的噪声成分被除去之后的值。在没有必要除去这样的噪声成分的情况下，也可不设置保持电路52。
此外，如图4所示，作为保持电路50也可设置4个保持电路511，521，512，522。图4是表示另一个实施方式所涉及的光检测装置1A的详细结构的图。图4中的4个保持电路511，521，512，522的各个，与已经说明的图2中的保持电路51，52的各结构具有相同的结构。
保持电路511，512的各个，与图2中的保持电路51相同地，将从积分电路20输出的电压值(包含信号成分以及噪声成分)保持并输出。保持电路521，522的各个，与图2中的保持电路52相同地，将从积分电路20输出的电压值(仅包含噪声成分)保持并输出。第1组保持电路511，521和第2组保持电路512，522虽然进行同样的动作，但动作时序不同。
即，光检测装置1A中，连续的多个期间的各个内，进行由积分电路10、比较电路20、电荷注入电路30、以及计数电路40进行的AD转换动作，并从计数电路40输出计数值(第1数字值)。该连续的多个期间内的某个第1期间中，由第1组保持电路511，521进行电压值的采样动作，另一方面，由第2组保持电路512，522进行保持的电压值通过放大电路60放大、通过AD转换电路70进行AD转换而输出第2数字值。与该第1期间连续的第2期间中，由第2组保持电路512，522进行电压值的采样动作，另一方面，由第1组保持电路511，521进行保持的电压值通过放大电路60放大、通过AD转换电路70进行AD转换而输出第2数字值。
该光检测装置1A由控制部90A控制。如图4所示，控制部90A对于读出部41～4N的各个开关SW10，计数电路40，保持电路511的SW51～SW54，保持电路521的SW51～SW54，保持电路512的SW51～SW54，保持电路522的SW51～SW54，以及开关SW和AD转换电路赋予控制信号，以规定的时序控制这些动作。
这样，光检测装置1A中，从积分电路10输出的电压值交替地采样并保持于第1组保持电路511，521和第2组保持电路512，522，并行地进行由积分电路10、比较电路20、电荷注入电路30、以及计数电路40进行的处理和由放大电路60以及AD转换回路70进行的处理。因此，该光检测装置1A，除了能够实现与上述的光检测装置1相同的效果，还能够高速地进行光检测或摄像。
此外，光检测装置1A中，在积分电路20中产生的噪声成分没有除去的必要的情况下，也可不设置保持电路512，522。
符号的说明
1…光检测装置、2…光电二极管阵列、3…信号处理装置、41～4N…读出部、10…积分电路、20…比较电路、30…电荷注入电路、40…计数电路、50～52…保持电路、60…放大电路、70…AD转换电路、80…基准值生成电路。

Claims (6)

1.一种信号处理装置，其特征在于，
输出对应于电荷的量的值的电信号，该电荷为对应于向光电二极管的入射光量而在该光电二极管所产生的电荷，
所述信号处理装置具备：
积分电路，具有存储从所述光电二极管输出的电荷的积分电容元件，并输出对应于该积分电容元件中存储的电荷的量的电压值；
比较电路，输入从所述积分电路输出的电压值，对该电压值和规定的基准值进行大小比较，当所述电压值达到所述基准值时，输出表示该信息的饱和信号；
电荷注入电路，基于从所述比较电路输出的饱和信号，将与所述积分电路的所述积分电容元件中存储的电荷极性相反的一定量的电荷注入到所述积分电容元件中；
计数电路，基于从所述比较电路输出的饱和信号，对从所述积分电路输出的电压值达到所述基准值的次数进行计数；
保持电路，将从所述积分电路输出的电压值保持并输出；
放大电路，输入由所述保持电路保持并输出的电压值，输出将该输入的电压值变为K倍的电压值，其中，K＞1；以及
AD转换电路，将所述比较电路中的所述基准值的K倍的电压值作为最大输入电压值，输入从所述放大电路输出的电压值，输出对应于该电压值的数字值。
2.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，
还具备基准值生成电路，输入用于设定所述AD转换电路中的所述最大输入电压值的基准值，将该基准值的K分之一的电压值作为所述基准值赋予所述比较电路。
3.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，
具备作为所述保持电路的第1保持电路和第2保持电路，
所述放大电路输入分别从所述第1保持电路以及所述第2保持电路输出的电压值，并输出将该输入的2个电压值的差变为K倍的电压值。
4.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，
具备作为所述保持电路的第1保持电路和第2保持电路，
将从所述积分电路输出的电压值交替地保持在所述第1保持电路和所述第2保持电路中，并行地进行由所述积分电路、所述比较电路、所述电荷注入电路以及所述计数电路进行的处理、以及由所述放大电路以及所述AD转换电路进行的处理。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的信号处理装置，其特征在于，
针对多组所述积分电路、所述比较电路、所述电荷注入电路、所述计数电路以及所述保持电路，设置1组所述放大电路以及所述AD转换电路，
将由各组所述保持电路输出的电压值依次输入至所述放大电路。
6.一种光检测装置，其特征在于，
具备：
光电二极管，产生对应于入射光量的电荷；以及
如权利要求1～5中任意一项所述的信号处理装置，输出对应于所述光电二极管所产生的电荷的量的值的电信号。
CN201080006475.1A 2009-02-03 2010-01-29 信号处理装置以及光检测装置 Active CN102308573B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009022762A JP5324947B2 (ja) 2009-02-03 2009-02-03 信号処理装置および光検出装置
JP2009-022762 2009-02-03
PCT/JP2010/051226 WO2010090135A1 (ja) 2009-02-03 2010-01-29 信号処理装置および光検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102308573A true CN102308573A (zh) 2012-01-04
CN102308573B CN102308573B (zh) 2015-01-14

Family

ID=42542032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080006475.1A Active CN102308573B (zh) 2009-02-03 2010-01-29 信号处理装置以及光检测装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8803064B2 (zh)
EP (1) EP2395566B1 (zh)
JP (1) JP5324947B2 (zh)
CN (1) CN102308573B (zh)
WO (1) WO2010090135A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103424716A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 安徽宏实光机电高科有限公司 一种基于色选机运用的灯管检测系统
CN103529470A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 东南大学 一种应用于安检领域的核辐射检测系统及方法
CN105593701A (zh) * 2013-09-25 2016-05-18 模拟技术公司 混合光子计数数据采集系统
CN105849590A (zh) * 2013-10-29 2016-08-10 原子能和辅助替代能源委员会 用于辐射探测器的电子电荷注入电路
CN106052861A (zh) * 2016-07-27 2016-10-26 武汉京邦科技有限公司 一种硅光电倍增器测试系统及测试方法
CN103686004B (zh) * 2013-12-11 2017-02-08 格科微电子（上海）有限公司 列并行模数转换器、像素感光值输出方法及cmos图像传感器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2946139B1 (fr) * 2009-05-27 2011-07-01 Commissariat Energie Atomique Dispositif electronique d'ebasage du courant issu de detecteurs de rayonnement electromagnetique.
JP5391146B2 (ja) * 2010-05-13 2014-01-15 浜松ホトニクス株式会社 信号処理装置および光検出装置
KR101842259B1 (ko) 2011-09-23 2018-03-27 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 엑스-레이 이미지 센싱 모듈
CN107923983B (zh) * 2015-08-07 2021-09-28 皇家飞利浦有限公司 具有改进的空间准确度的成像探测器
JP6596184B2 (ja) * 2016-09-08 2019-10-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 放射線ディテクター及びｘ線像形成システム
FR3059189B1 (fr) * 2016-11-21 2018-12-07 Lynred Circuit de detection a faible flux et faible bruit.
JP7197365B2 (ja) * 2017-03-31 2022-12-27 テレディン ダルサ ビーブイ 電荷パケットを用いたアナログ－デジタル変換器
JP7445436B2 (ja) 2020-01-10 2024-03-07 ローム株式会社 光学センサ

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180260A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Hamamatsu Photonics Kk 積分型光検出装置
TW200405561A (en) * 2002-07-10 2004-04-01 Sharp Kk Photoelectric transfer amount detection method and photoelectric transfer device, image input method and image input device, and two-dimensional image sensor and driving method of same
US20040118994A1 (en) * 2001-07-13 2004-06-24 Seiichiro Mizuno Photodetector

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2534711B2 (ja) 1987-06-29 1996-09-18 日本電気株式会社 オ−バ−サンプル型ａ・ｄ変換器
ES2076414T3 (es) 1991-06-20 1995-11-01 Hewlett Packard Gmbh Sistema de fotodiodos.
JP2875431B2 (ja) * 1992-05-27 1999-03-31 松下電器産業株式会社 雑音低減回路
JPH09184823A (ja) * 1995-12-28 1997-07-15 Shimadzu Corp 分析装置の検出信号処理装置
US5847594A (en) 1996-04-26 1998-12-08 Hamamatsu Photonics K.K. Solid-state image sensing device
JP3844807B2 (ja) * 1996-04-30 2006-11-15 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像素子
JPH10209868A (ja) * 1997-01-17 1998-08-07 Canon Inc Ａ／ｄ変換装置
JP4550957B2 (ja) * 1999-11-15 2010-09-22 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP4246090B2 (ja) * 2004-03-18 2009-04-02 富士フイルム株式会社 信号検出方法および装置並びに放射線画像信号検出方法およびシステム
US7504973B2 (en) * 2004-12-17 2009-03-17 Panasonic Corporation Gain-variable analog/digital converter, gain adjustment method for gain-variable analog/digital converter, and system including gain-variable analog/digital converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180260A (ja) * 1998-12-15 2000-06-30 Hamamatsu Photonics Kk 積分型光検出装置
US20040118994A1 (en) * 2001-07-13 2004-06-24 Seiichiro Mizuno Photodetector
TW200405561A (en) * 2002-07-10 2004-04-01 Sharp Kk Photoelectric transfer amount detection method and photoelectric transfer device, image input method and image input device, and two-dimensional image sensor and driving method of same

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103424716A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 安徽宏实光机电高科有限公司 一种基于色选机运用的灯管检测系统
CN105593701A (zh) * 2013-09-25 2016-05-18 模拟技术公司 混合光子计数数据采集系统
CN103529470A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 东南大学 一种应用于安检领域的核辐射检测系统及方法
CN103529470B (zh) * 2013-10-25 2015-11-18 东南大学 一种应用于安检领域的核辐射检测系统及方法
CN105849590A (zh) * 2013-10-29 2016-08-10 原子能和辅助替代能源委员会 用于辐射探测器的电子电荷注入电路
CN105849590B (zh) * 2013-10-29 2019-03-29 原子能和辅助替代能源委员会 用于辐射探测器的电子电荷注入电路
CN103686004B (zh) * 2013-12-11 2017-02-08 格科微电子（上海）有限公司 列并行模数转换器、像素感光值输出方法及cmos图像传感器
CN106052861A (zh) * 2016-07-27 2016-10-26 武汉京邦科技有限公司 一种硅光电倍增器测试系统及测试方法
CN106052861B (zh) * 2016-07-27 2017-08-29 武汉京邦科技有限公司 一种硅光电倍增器测试系统及测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010182738A (ja) 2010-08-19
EP2395566B1 (en) 2019-07-10
WO2010090135A1 (ja) 2010-08-12
JP5324947B2 (ja) 2013-10-23
EP2395566A1 (en) 2011-12-14
CN102308573B (zh) 2015-01-14
US8803064B2 (en) 2014-08-12
EP2395566A4 (en) 2018-01-24
US20120018621A1 (en) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102308573A (zh) 信号处理装置以及光检测装置
CN101867687B (zh) 模数转换器、固态图像传感器件以及相机系统
CN103986470B (zh) 低功耗列级多参考电压单斜模数转换方法及转换器
CN101540607B (zh) 模拟数字转换器及转换方法、固体摄像装置和照相机系统
JP4912952B2 (ja) 電荷を均等化する改良されたアナログ／デジタル変換器マイクロ電子デバイス
EP1883794B1 (en) Photon counting apparatus
CN101079969B (zh) 固态成像装置及其驱动方法和相机
CN1934430B (zh) 光检测装置
CN101287064A (zh) 固态成像设备及其驱动方法、信号处理方法和成像装置
US9185314B2 (en) Mitigating the effects of signal overload in analog front-end circuits used in image sensing systems
CN108184081A (zh) 一种用于cmos图像传感器中的高速数据读出电路
CN101512306A (zh) 光检测装置
EP2816602A2 (en) A photoelectric conversion device
CN103973994A (zh) 光电转换装置、摄像系统和光电转换装置的驱动方法
CN101917558B (zh) 可变动态范围像素传感器单元、装置及方法
CN102809436B (zh) 一种红外线列焦平面读出电路
JPH10336526A (ja) 固体撮像装置
US8907835B2 (en) A/D conversion circuit and solid-state image pickup device
Crooks et al. A CMOS image sensor with in-pixel ADC, timestamp, and sparse readout
CN111182246B (zh) 一种基于cms的cmos图像传感器的读出电路
CN213960196U (zh) 一种分布式前端模数变换与读出电路、具有其的像素探测器及成像设备
Porter A 10 GSa/s Waveform Sampling ASIC with Multi-Event Buffering Capability.
TWI826142B (zh) 差分分級式類比數位轉換器及其操作方法與影像感測系統
CN210804503U (zh) 计数器电路及像素数据转换电路
CN117516732B (zh) 基于光子计数的开窗时间可调硅光电倍增器及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant