CN1864403A - 光检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用来能够进行高灵敏度且动态范围宽的光检测的结构的光检测装置。如果光入射于光检测部内的有源像素型的像素部，则根据该像素部中所含有的光电二极管中发生的电荷量的电压值经由选择用晶体管从像素部输出。第一像素数据读出部把来自像素部的输出作为第一电压值输出。另一方面，像素部中所含有的光电二极管中发生的电荷经由放电用晶体管从像素部输出。经由开关流入第二像素数据读出部的电荷蓄积于电容元件，根据此蓄积电荷量的电压值作为第二电压值从第二像素数据读出部输出。第二像素数据读出部内的电容元件的电容值大于像素部中所含有的寄生电容部的电容值。

Description

光检测装置
技术领域
本发明涉及具有包含光电二极管的有源像素型的像素部的光检测装置。
背景技术
作为光检测装置，用CMOS技术者是公知的，此外即使在其中有源像素型方式者也是公知的(例如参照专利文献1)。有源像素型方式的光检测装置具有包含发生对应于入射光强度的量的电荷的光电二极管的有源像素型的像素部，是把在像素部中根据光入射而在光电二极管中发生的电荷经由晶体管构成的光源跟踪电路进行电荷-电压变换者，可以以高灵敏度且低噪声进行光检测。
在像素部内作为蓄积光电二极管中发生的电荷的寄生电容部的电容值Cf，如令该电荷的量为Q，则通过电荷-电压变换所得到的输出电压值V可以由成为‘V＝Q/Cf’的式来表达。像根据此式判明的那样，通过减小寄生电容部的电容值Cf，可以提高光检测的灵敏度。
另一方面，输出电压值V因能够使用的电源电压范围和电路系统的制约，几V左右为上限。因此，能够蓄积于寄生电容部的电荷的量Q中也有上限。
假定，在加大能够蓄积于此寄生电容部的电荷的量Q的上限值(饱和电荷量)中，可以考虑加大寄生电容部的电容值Cf，或者，加大电源电压值。但是，为了加大寄生电容部的电容值Cf，不得不通过微细CMOS处理来制造，因此就不得不减小电源电压值，结果，无法加大饱和电荷量。此外，如果加大寄生电容部的电容值Cf，则丧失好不容易的高灵敏度这样的优点。
专利文献1：特开平11-274454号公报
发明内容
发明者们就现有技术的光检测装置的详细地研究的结果，发现以下的课题。也就是说，现有技术的光检测装置虽然可以以高灵敏度进行光检测，但是起因于饱和电荷量的制约而存在着光检测的动态范围狭窄这样的课题。
本发明是为了解决上述这种课题而作成的，目的在于提供一种具有用来能够进行高灵敏度且动态范围宽的光检测的结构的光检测装置。
根据本发明的光检测装置，特征在于备有
(1)像素部，该像素部含有：发生对应于入射光强度的量的电荷的光电二极管、输出根据蓄积于在栅极端子上所形成的寄生电容部的电荷的量的电压值的放大用晶体管、把在光电二极管中发生的电荷向放大用晶体管的栅极端子传送的传送用晶体管、把寄生电容部的电荷初始化的放电用晶体管、以及有选择地输出从放大用晶体管所输出的电压值的选择用晶体管；
(2)读出从像素部的选择用晶体管所输出的电压值，输出对应于此电压值的第一电压值的第一像素数据读出部；
(3)具有连接于像素部的放电用晶体管的第一端子、输入用来把像素部的放大用晶体管的栅极端子的电荷初始化的偏置电位的第二端子、以及第三端子，电气上连接在第一端子与第二端子之间或第一端子与第三端子之间的连接切换部；以及
(4)输入端子连接于连接切换部的第三端子，包含具有大于寄生电容部的电容值的电容值的电容元件，把从连接切换部的第三端子流入到输入端子的电荷蓄积于电容元件，输出根据该蓄积的电荷的量的第二电压值的第二像素数据读出部。
在此光检测装置中，如果光入射于像素部，则在该像素部中所含有的光电二极管中发生对应于入射光强度的量的电荷，该电荷经由传送用晶体管蓄积于寄生电容部。根据蓄积于寄生电容部的电荷的量的电压值经由放大用晶体管和选择用晶体管从像素部输出，由第一像素数据读出部读出。然后，根据此所读出的电压值的第一电压值从第一像素数据读出部输出。此第一电压值，在像素部的寄生电容部未饱和时，也就是，向像素部的入射光强度比较小时，高精度地表示以高灵敏度检测该入射光强度的结果。
此外，在像素部中所含有的光电二极管中发生的电荷，经由放电用晶体管从像素部输出，经由连接切换机构输入到第二像素数据读出部。在第二像素数据读出部中，流入的电荷蓄积于电容元件，输出根据该所蓄积的电荷的量的第二电压值。这里，第二像素数据读出部中所含有的电容元件的电容值大于像素部所含有的寄生电容部的电容值。由此，该第二电压值，在像素部的寄生电容部饱和时，也就是说，即使向像素部的入射光的强度比较大时也高精度地表示检测该入射光强度的结果。
因而，如果用此光检测装置，则基于从第一像素数据读出部所输出的第一电压值与从第二像素数据读出部所输出的第二电压值可以以高灵敏度且宽动态范围进行光检测。
这里，第二像素数据读出部中所含有的电容元件的电容值优选是寄生电容部的电容值的2K倍(其中K是大于等于1的整数)。在此场合，在像素部的寄生电容部未饱和时，从第二像素数据读出部所输出的第二电压值可以成为从第一像素数据读出部所输出的第一电压值的2K倍。而且，例如像素部的寄生电容部是否饱和的判定，第一电压值和第二电压值当中的任何一方的选择，第一电压值和第二电压值的双方或任何一方的A/D变换等后处理变得容易。
根据本发明的光检测装置，优选是像素部中所含有的光电二极管，在第一导电型的第一半导体区域上具有第二导电型的第二半导体区域，在此第二半导体区域上具有第一导电型的第三半导体区域，第一半导体区域与第二半导体区域形成pn结，第二半导体区域与第三半导体区域形成pn结。像这样在光电二极管为埋入型者的场合，可以进行更高灵敏度的光检测。再者，第一导电型和第二导电型当中的一方意味着n型，另一方意味着p型。
根据本发明的光检测装置，优选像素部还包括设在光电二极管与传送用晶体管之间在饱和区域中用的遮断用晶体管。在此场合也是，可以进行更高灵敏度的光检测。
根据本发明的光检测装置，优选是多个像素部二维排列，在此场合，可以摄像二维图像。
此外，虽然第二像素数据读出部也可以对二维排列的像素部的所有具有一个电容元件，但是优选是针对每列具有一个电容元件。在后者的场合，处于一行的各像素部中所含有的光电二极管中发生的电荷，同时经由该像素部的放电用晶体管输出，经由连接切换机构输入到第二像素数据读出部，可以蓄积于针对每列所设置的对应的电容元件。因而，可以高速地进行摄像。
此外，优选是在第一像素数据读出部处理来自某行的像素部的输出电压值期间，第二像素数据读出部处理来自该行的像素部的输出电荷。或者，优选是在第一像素数据读出部处理来自某行的像素部的输出电压值期间，第二像素数据读出部处理来自属于另一行的像素部的输出电荷。在像这样第一像素数据读出部和第二像素数据读出部并列地动作的场合，可以不降低帧率地进行摄像。
根据本发明的光检测装置，优选是还备有把从第一像素数据读出部所输出的第一电压值输入并进行A/D变换，输出根据此第一电压值的第一数字值，并且把从第二像素数据读出部所输出的第二电压值输入并进行A/D变换，输出根据此第二电压值的第二数字值的A/D变换部。此外，优选是还备有输入从此A/D变换部所输出的第一数字值和第二数字值，基于第一电压值、第二电压值、第一数字值和第二数字值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一数字值和第二数字值当中的一方的选择输出部。
在此场合，由A/D变换部，从第一像素数据读出部所输出的第一电压值被A/D变换，输出根据此第一电压值的第一数字值，此外，从第二像素数据读出部所输出的第二电压值被A/D变换，输出根据此第二电压值的第二数字值。而且，由选择输出部，基于第一电压值、第二电压值、第一数字值和第二数字值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一数字值和第二数字值当中的一方。
或者，根据本发明的光检测装置优选是还备有输入从第一像素数据读出部所输出的第一电压值与从第二像素数据读出部所输出的第二电压值，基于第一电压值和第二电压值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一电压值和第二电压值当中的一方的选择输出部。此外，优选是还备有输入从此选择输出部所输出的电压值进行A/D变换，输出根据此电压值的数字值的A/D变换部。
在此场合，由选择输出部，基于第一电压值和第二电压值中的某个与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一电压值和第二电压值中的某一方。然后，由A/D变换部，输入从此选择输出部所输出的电压值进行A/D变换，输出根据此电压值的数字值。
根据本发明的光检测装置，优选是第二像素数据读出部还包括对电容元件并列地设置的对数压缩电路，把从连接切换部的第三端子流入输入端子的电荷输入到对数压缩电路，输出根据该输入的电荷的流入量的对数值的第三电压值。在此场合，从第二像素数据读出部，不仅输出根据像素部中所含有的光电二极管中发生的电荷的量的第二电压值，而且从对数压缩电路输出根据该电荷的流入量的对数值的第三电压值。因而，基于从第一像素数据读出部所输出的第一电压值与从第二像素数据读出部所输出的第二电压值和第三电压值，可以以高灵敏度且更宽的动态范围进行光检测。
在像这样第二像素数据读出部还包括对数压缩电路的场合，优选是还备有输入从第一像素数据读出部所输出的第一电压值而进行A/D变换，输出根据此第一电压值的第一数字值，并且输入从第二像素数据读出部所输出的第二电压值和第三电压值进行A/D变换，输出根据该第二电压值的第二数字值和根据第三电压值的第三数字值的A/D变换部。此外，优选是还备有输入从A/D变换部所输出的第一数字值、第二数字值和第三数字值，基于第一电压值、第二电压值、第三电压值、第一数字值、第二数字值和第三数字值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一数字值、第二数字值和第三数字值当中的某一个的选择输出部。
或者，优选是还备有输入从第一像素数据读出部所输出的第一电压值与从第二像素数据读出部所输出的第二电压值和第三电压值，基于第一电压值、第二电压值和第三电压值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一电压值、第二电压值和第三电压值当中的某一个的选择输出部。此外，优选是还备有输入从选择输出部所输出的电压值进行A/D变换，输出根据此电压值的数字值的A/D变换部。
如果用本发明，则可实现高灵敏度且宽动态范围的光检测。
附图说明
图1是表示根据本发明的光检测装置的第一实施例的概略构成的图。
图2是表示根据第一实施例的光检测装置中的光检测部的构成的图。
图3是表示根据第一实施例的光检测装置中的第一像素数据读出部的构成的图。
图4是根据第一实施例的光检测装置中的像素部Pm，n，电压保持部Hn和开关SWn各自的电路图。
图5是表示根据第一实施例的光检测装置中的第二像素数据读出部的构成的图。
图6是表示根据第一实施例的光检测装置中的像素部Pm，n，积分电路31n和开关SWn的构成的图。
图7是表示根据第一实施例的光检测装置中的数据输出部的一个构成例的图。
图8是表示根据第一实施例的光检测装置中的数据输出部的另一个构成例的图。
图9是表示根据第一实施例的光检测装置中的像素部Pm，n的断面结构的图。
图10是表示根据第一实施例的光检测装置中的像素部Pm，n的另一种构成的图。
图11是用来说明根据第一实施例的光检测装置的动作例的时间分配图。
图12是表示根据本发明的光检测装置的第二实施例的概略构成的图。
图13是表示根据第二实施例的光检测装置中的第二像素数据读出部的构成的图。
图14是表示根据第二实施例的光检测装置中的像素部Pm，n，积分电路31n，对数压缩电路32n和开关SWn的构成的图。
图15是表示根据第二实施例的光检测装置中的数据输出部的一个构成例的图。
图16是表示根据第二实施例的光检测装置中的数据输出部的另一个构成例的图。
图17是用来说明根据第二实施例的光检测装置的动作例的时间分配图。
标号说明：1、2…光检测装置，10…光检测部，20…第一像素数据读出部，30、30A…第二像素数据读出部，40、40A…数据输出部，50、50A…计时控制部(定时控制部)。
具体实施方式
下面，用图1～图17详细的说明根据本发明的光检测装置的各实施例。再者，在附图的说明中对同一的要素赋予同一的标号，省略重复的说明。此外，M和N分别是大于等于2的整数，只要未特别地说明，m是大于等于1小于等于M的任意的整数，n是大于等于1小于等于N的任意的整数。
(第一实施例)
首先，就根据第一实施例的光检测装置1的总体构成的概要用图1和图2进行说明。
图1是根据第一实施例的光检测装置1的概略构成图。图2是根据第一实施例的光检测装置1的光检测部10的构成图。这些图中所述的光检测装置1包括：光检测部10，第一像素数据读出部20，第二像素数据读出部30，数据输出部40，计时控制部50和开关SW1～SWN。这些优选是在共同的半导体基板上形成，此时的基板上的配置优选是如图所示。再者，虽然计时控制部50是控制此光检测装置1的总体的动作者，但是也可以分割成多个部分相互离开地配置于基板上。
光检测部10具有二维排列成M行N列的M×N个像素部Pm，n。各像素部Pm，n位于第m行第n列。各像素部Pm，n具有共同的构成，是含有光电二极管的有源像素型者，将对应于向该光电二极管入射的光强度的电压值输出到配线L1，n。各配线L1，n共同地连接于处于第n列的M个像素部P1，n～PM，n各自的输出端。此外，各配线L2，n共同地连接于处于第n列的M个像素部P1，n～PM，n各自的另一个端子。
第一像素数据读出部20与N根配线L1，1～L1，N连接，输入从各像素部Pm，n向配线L1，n所输出的电压值进行规定的处理后，依次输出表示像素数据的第一电压值V1，m，n。各电压值V1，m，n是根据向像素部Pm，n入射的光的强度的值。特别是，此第一电压值V1，m，n在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是向像素部Pm，n入射的光的强度比较小时，高精度地表示以高灵敏度检测该入射光强度的结果。
第二像素数据读出部30经由开关SW1～SWN与N根配线L2，1～L2，N连接，输入从各像素部Pm，n向配线L2，n所输出而经由开关SWn流入的电荷，把该电荷蓄积于电容元件，依次输出根据蓄积于该电容元件的电荷的量的第二电压值V2，m，n。此第二像素数据读出部30中所含有的电容元件的电容值大于像素部Pm，n中所含有的寄生电容部的电容值。各电压值V2，m，n是根据向像素部Pm，n入射的光的强度的值。此外，此第二电压值V2，m，n即使在像素部Pm，n的寄生电容部饱和时，也就是，向像素部Pm，n入射的光的强度比较大时，也高精度地表示检测该入射光强度的结果。
数据输出部40输入从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，m，n，与从第二像素数据读出部30所输出的第二电压值V2，m，n，进行规定的处理而输出数字值Dm，n。各数字值Dm，n是第一电压值V1，m，n和第二电压值V2，m，n的某一方经A/D变换的结果的值，表示向像素部Pm，n入射的光的强度。
计时控制部50控制光检测部10、第一像素数据读出部20、第二像素数据读出部30、数据输出部40和开关SW1～SWN各个的动作。计时控制部50例如由移位寄存器电路以规定的定时发生各种控制信号，把这些控制信号分别向光检测部10、第一像素数据读出部20、第二像素数据读出部30、数据输出部40和开关SW1～SWN送出。再者，在图1和图2中，部分省略了用来送出控制信号的配线的图示。
接下来，就根据第一实施例的光检测装置1的光检测部10和第一像素数据读出部20的构成用图3和图4进行说明。
图3是根据第一实施例的光检测装置1的第一像素数据读出部20的构成图。第一像素数据读出部20具有N个电压保持部H1～HN，两个电压跟随电路F1、F2，以及减法电路S。各电压保持部Hn具有共同的构成，与配线L1，n连接，可以输入并保持分别从处于第n列的M个像素部P1，n～PM，n向配线L1，n输出的电压值，此外，可以输出该保持的电压值。N个电压保持部H1～HN分别依次输出电压值。各电压保持部Hn保持并输出的电压值是从像素部Pm，n在相互不同的时刻所输出的两个电压值Vn，1、Vn，2。
两个电压跟随电路F1、F2分别具有共同的构成，放大器的反转输入端子与输出端子相互直接连接，具有高输入阻抗和低输出阻抗，理想上是放大倍数1的放大电路。一方的电压跟随电路F1，分别从N个电压保持部H1～HN依次输出的一方的电压值Vn，1输入到非反转输入端子。另一方的电压跟随电路F2，分别从N个电压保持部H1～HN依次输出的另一方的电压值Vn，2输入到非反转输入端子。
减法电路S具有放大器和四个电阻器R1～R4。放大器的反转输入端子经由电阻器R1与电压跟随电路F1的输出端子连接，经由电阻器R3与自己的输出端子连接。放大器的非反转输入端子经由电阻器R2与电压跟随电路F2的输出端子连接，经由电阻器R4与接地电位连接。如果电压跟随电路F1、F2各自的放大倍数取为1，四个电阻器R1～R4各自的电阻值相互相等，则从减法电路S的输出端子所输出的第一电压值V1，m，n可以由‘V1，m，n＝Vn，2-Vn，1’的公式来表达。
图4是根据第一实施例的光检测装置1的像素部Pm，n、电压保持部Hn和开关SWn各自的电路图。在此图中为了简便典型地示出一个像素部Pm，n、一个电压保持部Hn和一个开关SWn。
各像素部Pm，n包括发生对应于入射光强度的量的电荷的光电二极管PD，输出根据蓄积于在栅极端子上所形成的寄生电容部的电荷的量的电压值的放电用晶体管T1，用来把在光电二极管PD中发生的电荷向放大用晶体管T1的栅极端子传送的传送用晶体管T2，把在放大用晶体管T1的栅极端子上所形成的寄生电容部的电荷进行初始化的放电用晶体管T3，以及用来把从放大用晶体管T1所输出的电压值向外部的配线L1，n输出的选择用晶体管T4。
光电二极管PD其阳极端子取为接地电位。放大用晶体管T1在其栅极端子上形成寄生电容部，其漏电极端子取为偏置电位。传送用晶体管T2，其漏电极端子连接于放大用晶体管T1的栅极端子，其源电极端子连接于光电二极管PD的阴极端子。放电用晶体管T3，其源电极端子连接于放大用晶体管T1的栅极端子，其漏电极端子与开关SWn连接。选择用晶体管T4，其源电极端子与放大用晶体管T1的源电极端子连接，其漏电极端子与配线L1，n连接。此外，在此配线L1，n上连接着恒电流源。放大用晶体管T1和选择用晶体管T4构成电压电源跟随电路。
再者，恒电流源也可以针对每列连接于配线L1，n地设置。此外，例如，在各配线L1，n与第一像素数据读出部20之间设置开关，通过依次闭合这些开关，在第一像素数据读出部20依次读出分别从第m行的N个像素部Pm，1～Pm，N所输出的电压值的场合，也可以在这些开关与第一像素数据读出部20之间仅设置1个恒电流源。
传送用晶体管T2，在其栅极端子上输入传送控制信号Strans，在该传送控制信号Strans为高电平时，把光电二极管PD中发生的电荷向放大用晶体管T1的栅极端子上所形成的寄生电容部传送。放电用晶体管T3，在其栅极端子上输入第m行放电控制信号Sreset，m，在该第m行放电控制信号Sreset，m为高电平时，在放大用晶体管T1的栅极端子与开关SWn之间成为低电阻。选择用晶体管T4，在其栅极端子上输入第m行选择控制信号Sselect，m，在该第m行选择控制信号Sselect，m为高电平时，把从放大用晶体管T1所输出的电压值向外部的配线L1，n输出。
像这样所构成的各像素部Pm，n，如果传送控制信号Strans为低电平而第m行放电控制信号Sreset，m成为高电平，偏置电位Vbias经由开关SWn输入到放电用晶体管T3，则放大用晶体管T1的栅极端子的寄生电容部的电荷被初始化，如果第m行选择控制信号Sselect，m为高电平，则从处于该初始化状态的放大用晶体管T1所输出的电压值(暗信号成分)经由选择用晶体管T4输出到配线L1，n。另一方面，如果第m行放电控制信号Sreset，m为低电平，传送控制信号Strans和第m行选择控制信号Sselect，m分别为高电平，则光电二极管PD中发生的电荷输入到放大用晶体管T1的栅极端子，根据该电荷的量而从放大用晶体管T1所输出的电压值(明信号成分)经由选择用晶体管T4输出到配线L1，n。
电压保持部Hn包括第一保持部Hn，1和第二保持部Hn，2。第一保持部Hn，1和第二保持部Hn，2分别为相互同样的构成，可以输入并保持从处于第n列的M个像素部P1，n～PM，n各自的选择用晶体管T4依次输出的电压值，此外可以输出该保持的电压值。
第一保持部Hn，1包括晶体管T11、晶体管T12和电容元件C1。电容元件C1的一端取为接地电位，电容元件C1的另一端分别与晶体管T11的漏电极端子和晶体管T12的源电极端子连接。晶体管的T11源电极端子经由配线L1，n与像素部Pm，n的选择用晶体管T4连接。晶体管T12的漏电极端子与电压跟随电路F1连接。像这样所构成的第一保持部Hn，1，在输入到晶体管T11的栅极端子的第一输入控制信号Sinput，1为高电平时，使从经由配线L1，n所连接的像素部Pm，n所输出的电压值保持于电容元件C1，在输入到晶体管T12的栅极端子的输出控制信号Soutput，n为高电平时，把保持于电容元件C1的电压值向电压跟随电路F1输出。
第二保持部Hn，2包括晶体管T21、晶体管T22和电容元件C2。电容元件C2的一端取为接地电位，电容元件C2的另一端分别与晶体管T21的漏电极端子和晶体管T22的源电极端子连接。晶体管的T21源电极端子经由配线L1，n与像素部Pm，n的选择用晶体管T4连接。晶体管T22的漏电极端子与电压跟随电路F2连接。像这样所构成的第二保持部Hn，2，在输入到晶体管T21的栅极端子的第二输入控制信号Sinput，2为高电平时，使从经由配线L1，n所连接的像素部Pm，n所输出的电压值保持于电容元件C2，在输入到晶体管T22的栅极端子的输出控制信号Soutput，n为高电平时，把保持于电容元件C2的电压值Vn，2向电压跟随电路F2输出。
第一保持部Hn，1和第二保持部Hn，2分别按相互不同的定时动作。例如，第一保持部Hn，1在经由配线L1，n所连接的像素部Pm，n中传送控制信号Strans为低电平而第m行放电控制信号Sreset，m和第m行选择控制信号Sselect，m分别为高电平时输入保持从放大用晶体管T1所输出的电压值Vn，1。另一方面，第二保持部Hn，2在经由配线L1，n所连接的像素部Pm，n中第m行放电控制信号Sreset，m为低电平而传送控制信号Strans和第m行选择控制信号Sselect，m分别为高电平时输入保持从放大用晶体管T1所输出的电压值(明信号成分)Vn，2。
再者，传送控制信号Strans、第m行放电控制信号Sreset，m、第m行选择控制信号Sselect，m、第一输入控制信号Sinput，1、第二输入控制信号Sinput，2和第n列输出控制信号Soutput，n分别从计时控制部50输出。
接下来，就根据第一实施例的光检测装置1的第二像素数据读出部30的构成用图5和图6进行说明。
图5是根据第一实施例的光检测装置1的第二像素数据读出部30的构成图。第二像素数据读出部30包括N个积分电路311～31N和N个开关SW1，1～SW1，N。各积分电路31n具有共同的构成，具有蓄积从开关SWn流入输入端的电荷的电容元件，向开关SW1，n输出根据蓄积于此电容元件的电荷的量的电压值。第二像素数据读出部30通过依次闭合N个开关SW1，1～SW1，N而把分别从N个积分电路311～31N所输出的电压值作为第二电压值V2，m，n输出。
图6是根据第一实施例的光检测装置1的像素部Pm，n、积分电路31n和开关SWn各自的电路图。在此图中为了简便典型地示出一个像素部Pm，n、一个积分电路31n和一个开关SWn。
各积分电路31n包括放大器A、电容元件C和开关SW。电容元件C和开关SW分别并列地设在放大器A的输入端子与输出端子之间。此电容元件C的电容值大于像素部Pm，n的放大用晶体管T1的栅极端子上所形成的寄生电容部的电容值。此外，电容元件C的电容值优选是寄生电容部的电容值的2K倍(K是大于等于1的整数)。此积分电路31n在开关SW闭合时把电容元件C初始化。此外，积分电路31n在开关SW开路时把从配线L2，n经由开关SWn流入到输入端子的电荷蓄积于电容元件C，向开关SW1，n输出根据蓄积于该电容元件C的电荷的量的电压值。
各开关SWn具有：连接于像素部Pm，n的放电用晶体管T3的漏电极端子的第一端子，与用来把像素部Pm，n的放大用晶体管T1的栅极端子的电荷初始化的偏置电位Vbias连接的第二端子，以及与积分电路31n的输入端子连接的第三端子。而且，开关SWn作为电气上连接第一端子与第二端子之间或第一端子与第三端子之间的连接切换部发挥作用。在开关SWn的第一端子与第二端子之间电气上连接时偏置电位Vbias经由开关SWn供给到像素部Pm，n的放电用晶体管T3。另一方面，在开关SWn的第一端子与第三端子之间电气上连接时，像素部Pm，n的光电二极管PD中发生的电荷经由放电用晶体管T3和开关SWn，向积分电路31n的输入端子移动。
再者，用来控制开关SW、SWn、SW1，n各自的开闭动作的控制信号从计时控制部50输出。此外，开关SWn也有第一端子与第二端子之间和第一端子与第三端子之间哪一个都不电气连接的状态。
接下来，就根据第一实施例的光检测装置1的数据输出部40的构成用图7和图8进行说明。
图7是表示根据第一实施例的光检测装置1的数据输出部40的一个构成例的图。在此图中所示的数据输出部40具有A/D变换电路411、412和选择输出部42。A/D变换电路411输入从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，m，n进行A/D变换，输出根据此第一电压值V1，m，n的第一数字值D1，m，n。A/D变换电路412输入从第二像素数据读出部30所输出的第二电压值V2，m，n进行A/D变换，输出根据此第二电压值V2，m，n的第二数字值D2，m，n。
再者，各积分电路31n的电容元件C的电容值对应于像素部Pm，n的寄生电容部的电容值的2K倍，向A/D变换电路411的输入电压值为某个值V时的第一数字值，与向A/D变换电路412的输入电压值为V/2K时的第二数字值，相互相等。
选择输出部42输入这些第一数字值D1，m，n和第二数字值D2，m，n，基于第一数字值D1，m，n与基准值进行大小比较的结果而选择第一数字值D1，m，n和第二数字值D2，m，n当中的一方，把该选择的值作为数字值Dm，n输出。
具体地说，基准值设定成对应于从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值的饱和值的数字值，或者，稍小于此的数字值。也就是说，通过第一数字值D1，m，n与基准值进行大小比较，可以判定像素部Pm，n的寄生电容部是否饱和。然后，选择输出部42在第一数字值D1，m，n小于基准值时，把第一数字值D1，m，n作为数字值Dm，n输出，另一方面，在第一数字值D1，m，n在基准值以上时，把第二数字值D2，m，n作为数字值Dm，n输出。
再者，也可以不把第一数字值D1，m，n与基准值进行大小比较，把第二数字值D2，m，n与基准值进行大小比较。此外，也可以把第一电压值V1，m，n或第二电压值V2，m，n与基准值进行大小比较。在这些某个场合也是，基准值设定成可以判定像素部Pm，n的寄生电容部是否饱和的值。
这样一来，由于在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是，向像素部Pm，n的入射光的强度比较小时，第一数字值D1，m，n(也就是，从像素部Pm，n的选择用晶体管T4所输出由第一像素数据20所读出的第一电压值V1，m，n的A/D变换结果)从数据输出部40作为数字值Dm，n输出，所以可高灵敏度地光检测。另一方面，由于在像素部Pm，n的寄生电容部饱和时(或者，是即将饱和的状态时)，也就是，向像素部Pm，n的入射光的强度比较大时，第二数字值D2，m，n(也就是，从像素部Pm，n的放电用晶体管T3所输出由第二像素数据30所读出的第二电压值V2，m，n的A/D变换结果)从数据输出部40作为数字值Dm，n输出，所以可以宽的动态范围进行光检测。因而，根据第一实施例的光检测装置1可以以高灵敏度且宽的动态范围地进行摄像。
图8是表示根据第一实施例的光检测装置1的数据输出部40的另一个构成例的图。在此图中所示的数据输出部40具有选择输出部43和A/D变换电路44。选择输出部43输入从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，m，n与从第二像素数据读出部30所输出的第二电压值V2，m，n，基于第一电压值V1，m，n与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一电压值V1，m，n和第二电压值V2，m，n当中的一方。
具体地说，基准值设定成对应于从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值的饱和值的数字值，或者，稍小于此的数字值。也就是说，通过第一电压值V1，m，n与基准值进行大小比较，可以判定像素部Pm，n的寄生电容部是否饱和。然后，选择输出部43在第一电压值V1，m，n小于基准值时，把第一电压值V1，m，n输出，另一方面，在第一电压值V1，m，n超过基准值时，把第二电压值V2，m，n输出。
再者，也可以不把第一电压值V1，m，n与基准值进行大小比较，把第二电压值V2，m，n与基准值进行大小比较。在此场合也是，基准值设定成可以判定像素部Pm，n的寄生电容部是否饱和的值。
A/D变换电路44输入从选择输出部43所输出的电压值进行A/D变换，输出根据此电压值的数字值Dm，n。再者，各积分电路31n的电容元件C的电容值对应于像素部Pm，n的寄生电容部的电容值的2K倍，在A/D变换电路44把从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，m，n进行A/D变换的场合，把由该A/D变换所得到的数字值作为数字值Dm，n输出，另一方面，在把从第二像素数据读出部30所输出的第二电压值V2，m，n进行A/D变换的场合，把由该A/D变换所得到的数字值按K比特向上位移位者作为数字值Dm，n输出。
这样一来，由于在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是，向像素部Pm，n的入射光的强度比较小时，从像素部Pm，n的选择用晶体管T4所输出由第一像素数据读出部20所读出的第一电压值V1，m，n的A/D变换结果从数据输出部40作为数字值Dm，n输出，所以可高灵敏度地光检测。另一方面，由于在像素部Pm，n的寄生电容部饱和时(或者，是即将饱和的状态时)，也就是，向像素部Pm，n的入射光的强度比较大时，从像素部Pm，n的放电用晶体管T3所输出由第二像素数据读出部30所读出的第二电压值V2，m，n的A/D变换结果从数据输出部40作为数字值Dm，n输出，所以可以宽的动态范围进行光检测。因而，根据第一实施例的光检测装置1可以以高灵敏度且宽的动态范围地进行摄像。
接下来，就根据第一实施例的光检测装置1的像素部Pm，n的构成用图9和图10进行说明。
图9是根据第一实施例的光检测装置1的像素部Pm，n的构成图。在此图中，就光电二极管PD和传送用晶体管T2作为半导体的断面图示出，其余部分作为电路图示出。如此图中所示，光电二极管PD是埋入型者，包括：p区域101，此p区域101之上的n-区域102，以及此n-区域102之上的p+区域103而构成。p区域101与n-区域102形成pn结，n-区域102与p+区域103也形成pn结。此外，n-区域102的一部分达到半导体表面。
传送用晶体管T2包括：p区域101之上的n区域104，n-区域102当中达到半导体表面的部分，以及作为在这些之间的区域在绝缘层105所形成的栅极106而构成。n区域104与放大用晶体管T1的栅极端子电气上连接，与放电用晶体管T3的源电极端子电气上连接。p区域101与n区域104形成pn结，在像素部Pm，n内构成蓄积在光电二极管PD中发生的电荷的寄生电容部。
在像这样光电二极管PD为埋入型者的场合，漏电流的发生受到抑制。此外由于在把在光电二极管PD中发生的电荷向寄生电容部传送期间，通过加大光电二极管PD的反向偏置电压，在光电二极管PD的pn结部中使n-区域102完全耗尽，光电二极管PD的接合电容值几乎为零，所以可以把光电二极管PD中发生的电荷几乎完全地此向寄生电容部传送。因而，在光电二极管PD为埋入型者的场合，在光检测的信噪比(S/N)提高和高灵敏度化上是有效的。
图10是表示根据第一实施例的光检测装置1的像素部Pm，n的另一种构成的电路图。此图中所示的像素部Pm，n除了图4和图6中所述的构成外还备有阻断用晶体管T5。阻断用晶体管T5设在光电二极管PD与传送用晶体管T2之间，在饱和区域中能动作的电压值施加于栅极端子。借此，在此像素部Pm，n，可以抑制光电二极管PD的接合电容给予放电用晶体管T1的栅极端子的电位的影响。因而，在此场合也是，在光检测的信噪比(S/N)提高和高灵敏度化上是有效的。
接下来，就根据第一实施例的光检测装置1的动作例进行说明。图11是说明根据第一实施例的光检测装置1的动作例的时间分配图。此图，示出第一行的各像素部P1，n和第二行的各像素部P2，n各自的读出数据的时间范围。
在此图中，从上依次分别示出输入到各像素部Pm，n的放电用晶体管T3的栅极端子的第m行放电控制信号Sreset，m、输入到各像素部Pm，n的传送用晶体管T2的栅极端子的传送控制信号Strans、输入到第一行的像素部P1，n的选择用晶体管T4的栅极端子的第一行选择控制信号Sselect，1、以及输入到第二行的像素部P2，n的选择用晶体管T4的栅极端子的第二行选择控制信号Sselect，2。
接着，分别示出输入到各电压保持部Hn的第一保持部Hn，1的晶体管T11的栅极端子的第一输入控制信号Sinput，1、输入到各电压保持部Hn的第二保持部Hn，2的晶体管T21的栅极端子的第二输入控制信号Sinput，2、输入到第一列的电压保持部H1的晶体管T12和T22各自的栅极端子的第一列输出控制信号Soutput，1、输入到第N列的电压保持部HN的晶体管T12和T22各自的栅极端子的第N列输出控制信号Soutput，N、以及从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，m，n。
再接着，分别示出各开关SWn的偏置电位Vbias供给动作、各开关SWn的电荷传送动作、各积分电路31n的开关SW的开闭、第一列的开关SW1，1的开闭、第N列的开关SW1，N的开闭、从第二像素数据读出部30所输出的第二电压值V2，m，n以及从数据输出部40所输出的数字值Dm，n。
在时刻t10前，输入到各像素部Pm，n的放电控制信号Sreset，m、传送控制信号Strans和第n行选择控制信号Sselect，n分别为低电平。此外，输入到第一像素数据读出部20的各电压保持部Hn的第一输入控制信号Sinput，1、第二输入控制信号Sinput，2和第n列输出控制信号Souput，n分别为低电平。
在从时刻t10到时刻t20之间进行第一行的各像素部P1，n的数据的读出。在像素部P1，n中，放电控制信号Sreset，m在时刻t10转成高电平，在时刻t10以后的时刻t11转成低电平。传送控制信号Strans在时刻t11以后的时刻t12转成高电平，在时刻t12以后的时刻t13转成低电平。第一行选择控制信号Sselect，1在时刻t10转成高电平。开关SWn在从时刻t10到时刻t11之间把偏置电位Vbias供给到各像素部Pm，n。
在第一像素数据读出部20的各电压保持部Hn中，在第一输入控制信号Sinput，1仅在处于从放电控制信号Sreset，m转成低电平的时刻t11，到传送控制信号Strans转成高电平的时刻t12之间的一定时间成为高电平。借此，在此期间从像素部P1，n输出到配线L1，n的电压值(暗信号成分)由电压保持部Hn的第一保持部Hn，1来保持。
此外，在第一像素数据读出部20的各电压保持部Hn中，在第二输入控制信号Sinput，2仅在处于从传送控制信号Strans为高电平的时刻t12到时刻t13之间的一定期间成为高电平。借此，在此期间从像素部P1，n输出到配线L1，n的电压值(明信号成分)由电压保持部Hn的第二保持部Hn，2来保持。
然后，在从时刻t13后的时刻t14到时刻t15之间，在输出控制信号Soutput，1～Soutput，N分别依次仅在一定期间成为高电平。在第n列输出控制信号Soutput，n为高电平期间，保持于电压保持部Hn的第一行第n列的像素部Pl，n的暗信号成分和明信号成分从电压保持部Hn输出，这些暗信号成分与明信号成分之差由减法电路S来求出，从第一像素数据读出部20输出根据入射于像素部P1，n的光的强度的第一电压值V1，1，n。这样一来，在从时刻t14到时刻t15之间，根据分别入射于第一行的N个像素部P1，1～P1，N的光的强度的第一电压值V1，1，1～V1，1，N依次从第一像素数据读出部20输出。再者，在此期间所输出的各电压值V1，1，n的电平为根据入射于像素部P1，n的光的强度的电平，一般来说因n值而不同。然后，在时刻t15第一行选择控制信号Sselect，1转成低电平。通过以上，第一行的各像素部P1，n的数据的读出结束。
接着在时刻t20到时刻t30之间进行第二行的各像素部P2，n的数据的读出。在像素部P2，n中，放电控制信号Sreset，m在时刻t20转成高电平，在时刻t20以后的时刻t21转成低电平。传送控制信号Strans在时刻t21以后的时刻t22转成高电平，在时刻t22以后的时刻t23转成低电平。第二行选择控制信号Sse1ect，2在时刻t20转成高电平。开关SWn在从时刻t20到时刻t21之间把偏置电位Vbias供给到各像素部Pm，n。
在第一像素数据读出部20的各电压保持部Hn中，在第一输入控制信号Sinput，1仅在处于从放电控制信号Sreset，m转成低电平的时刻t21，到传送控制信号Strans转成高电平的时刻t22之间的一定时间成为高电平。借此，在此期间从像素部P2，n输出到配线L1，n的电压值(暗信号成分)由电压保持部Hn的第一保持部Hn，1来保持。
此外，在第一像素数据读出部20的各电压保持部Hn中，在第二输入控制信号Sinput，2仅在处于从传送控制信号Strans为高电平的时刻t22到时刻t23之间的一定期间成为高电平。借此，在此期间从像素部P2，n输出到配线L1，n的电压值(明信号成分)由电压保持部Hn的第二保持部Hn，2来保持。
然后，在从时刻t23后的时刻t24到时刻t25之间，在输出控制信号Soutput，1～Soutput，N分别依次仅在一定期间成为高电平。在第n列输出控制信号Soutput，n为高电平期间，保持于电压保持部Hn的第二行第n列的像素部P2，n的暗信号成分和明信号成分从电压保持部Hn输出，这些暗信号成分与明信号成分之差由减法电路S来求出，从第一像素数据读出部20输出根据入射于像素部P2，n的光的强度的第一电压值V1，2，n。这样一来，在从时刻t24到时刻t25之间，根据分别入射于第二行的N个像素部P2，1～P2，N的光的强度的第一电压值V1，2，1～V1，2，N依次从第一像素数据读出部20输出。再者，在此期间所输出的各电压值V1，2，n的电平为根据入射于像素部P2，n的光的强度的电平，一般来说因n值而不同。然后，在时刻t25第二行选择控制信号Sselect，2转成低电平。通过以上，第二行的各像素部P2，n的数据的读出结束。
以后也同样由第一像素数据读出部20依次读出各行的像素部Pm，n的数据。这样一来，由第一像素数据读出部20就第一行～第M行分别依次，依次输出根据分别入射于各行的N个像素部Pm，1～Pm，N的光的强度的第一电压值V1，m，1～V1，m，N。此外，与基于此第一像素数据读出部20进行的第一电压值V1，m，n的读出并行地，像以下那样进行第二像素数据读出部30的第二电压值V2，m，n的读出。
第二像素数据读出部30像以下那样动作。在从时刻t10到时刻t11期间，各积分电路31n的开关SW闭合，各积分电路31n的电容元件C放电。在从传送控制信号Strans为高电平的时刻t12到时刻t13期间当中，第二输入控制信号Sinput，2一度成为高电平而转成低电平后的期间中，放电控制信号Sreset，m一度成为高电平而转成低电平，同时各开关SWn闭合，使蓄积于第一行的像素部P1，n的电容部的电荷向积分电路31n的电容元件C移动。在从时刻t14到时刻t15之间，各开关SW1，n分别依次闭合一定时间。在开关SW1，n闭合期间中，根据蓄积于积分电路31n的电容元件C的电荷的量的第二电压值V2，1，n从第二像素数据读出部30输出。这样一来，在从时刻t14到时刻t15之间，根据分别入射于第一行的N个像素部P1，1～P1，N的光的强度的第二电压值V2，1，1～V2，1，N从第二像素数据读出部30依次输出。通过以上，第一行的各像素部P1，n的数据的读出结束。
接着，在从时刻t20到时刻t21的期间，各积分电路31n的开关SW闭合，各积分电路31n的电容元件C放电。在从传送控制信号Strans为高电平的时刻t22到时刻t23期间当中，第二输入控制信号Sinput，2一度成为高电平而转成低电平后的期间中，放电控制信号Sreset，m一度成为高电平而转成低电平，同时各开关SWn闭合，使蓄积于第二行的像素部P2，n的电容部的电荷向积分电路31n的电容元件C移动。在从时刻t24到时刻t25之间，各开关SW1，n分别依次闭合一定时间。在开关SW1，n闭合期间中，根据蓄积于积分电路31n的电容元件C的电荷的量的第二电压值V2，2，n从第二像素数据读出部30输出。这样一来，在从时刻t24到时刻t25之间，根据分别入射于第二行的N个像素部P2，1～P2，N的光的强度的第二电压值V2，2，1～V2，2，N从第二像素数据读出部30依次输出。通过以上，第二行的各像素部P2，n的数据的读出结束。
以后也同样由第二像素数据读出部30依次读出各行的像素部Pm，n的数据。这样一来，由第二像素数据读出部30就第一行～第M行分别依次，依次输出根据分别入射于各行的N个像素部Pm，1～Pm，N的光的强度的第二电压值V2，m，1～V2，m，N。
而且，数据输出部40像以下那样动作。在从时刻t14到时刻t15期间，由第一像素数据读出部20所读出的关于第一行的像素部P1，n的第一电压值V1，1，n依次输入到数据输出部40，并且由第二像素数据读出部30所读出的关于第一行的像素部P1，n的第二电压值V2，1，n依次输入到数据输出部40，作为第一电压值V1，1，n或第二电压值V2，1，n被进行A/D变换的结果的数字值D1，n从数据输出部40依次输出。
接着，在从时刻t24到时刻t25期间，由第一像素数据读出部20所读出的关于第二行的像素部P2，n的第一电压值V1，2，n依次输入到数据输出部40，并且由第二像素数据读出部30所读出的关于第二行的像素部P2，n的第二电压值V2，2，n依次输入到数据输出部40，作为第一电压值V1，2，n或第二电压值V2，2，n被进行A/D变换的结果的数字值D2，n从数据输出部40依次输出。
以后也同样，分别依次关于第一行～第M行，根据分别入射于各行的N个像素部Pm，1～Pm，N的光的强度的数字值Dm，1～Dm，N从数据输出部40依次输出。这里，在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是说，向像素部Pm，n入射的光的强度比较小时，第一电压值V1，m，n进行A/D变换的结果作为数字值Dm，n输出。另一方面，在像素部Pm，n的寄生电容部饱和时，也就是说，向像素部Pm，n入射的光的强度比较大时，第二电压值V2，m，n进行A/D变换的结果作为数字值Dm，n输出。因而，根据第一实施例的光检测装置1可以以高灵敏度且宽的动态范围地检测入射光强度。
再者，在上述动作例中，是在第一像素数据读出部20处理来自第m行的像素部Pm，n的输出电压值期间，第二像素数据读出部30处理来自第m行的像素部Pm，n的输出电荷者。但是也可以作成在第一像素数据读出部20处理来自某行的像素部Pm，n的输出电压值期间，第二像素数据读出部30处理来自其它行的像素部Pm，n的输出电荷。例如，也可以作成在第一像素数据读出部20处理来自第(m+1)行的像素部Pm，n的输出电压值期间，第二像素数据读出部30处理来自第m行的像素部Pm，n的输出电荷。无论那种情况，对于第一像素数据读出部和第二像素数据读出部并列动作的情况，但都可不降低帧速率来摄像。但是，在后者的场合，向第m行的像素部Pm，n所输入的第m行放电控制信号Sreset，m个个地设定，此外，前面从第一像素数据读出部20所输出的关于第m行的像素部Pm，n的第一电压值V1，m，n储存到关于第m行的像素部Pm，n的第二电压值V2，m，n从第二像素数据读出部30输出为止。
(第二实施例)
接下来，就根据第二实施例的光检测装置2进行说明。图12是根据第二实施例的光检测装置2的概略构成图。与已述的根据第一实施例的光检测装置1进行比较，此根据第二实施例的光检测装置2，在代替第二像素数据读出部30而备有第二像素数据读出部30A这一点上，代替数据输出部40而备有数据输出部40A这一点上，以及，代替计时控制部50而备有计时控制部50A这一点上不同。
在第二实施例中，第二像素数据读出部30A对数据输出部40A不仅输出第二电压值V2，m，n，而且还输出第三电压值V3，m，n。第二电压值V2，m，n，像已述那样，是对像素部Pm，n内的光电二极管PD中发生的电荷的量成线性关系的值。另一方面，第三电压值V3，m，n，如后所述，是根据在像素部Pm，n内的光电二极管PD中发生而流入第二像素数据读出部30A的电荷的流入量的对数值的值。也可以从第二像素数据读出部30A所输出的第二电压值V2，m，n和第三电压值V3，m，n以相互不同的定时输出，经由共同的配线向数据输出部40A输入。此外，也可以从第二像素数据读出部30A所输出的第二电压值V2，m，n和第三电压值V3，m，n经由相互不同的配线向数据输出部40A输入。
图13是根据第二实施例的光检测装置2的第二像素数据读出部30A的构成图。与图5中所示的第一实施例中的第二像素数据读出部30进行比较，此图13中所示的第二实施例中的第二像素数据读出部30A在还包括对积分电路31n并列地设置的对数压缩电路32n这一点上不同。
图14是根据第二实施例的光检测装置2的像素部Pm，n、积分电路31n、对数压缩电路32n和开关SWn各自的电路图。对数压缩电路32n对积分电路31n的电容元件C并列地设置。对数压缩电路32n具有晶体管T32和开关SW32。晶体管T32的源电极端子经由开关SW32与放大器A的输入端子连接。晶体管T32的漏电极端子与晶体管T32的栅电极端子直接连接，此外，也与放大器A的输出端子连接。此对数压缩电路32n输入从开关SWn流入的电荷，可以输出根据该输入的电荷的流入量的对数值的第三电压值V3，m，n。
这里，施加于像素部Pm，n内的传送用晶体管T2的栅极端子的传送控制信号Strans为高电平，施加于放电用晶体管T3的栅极端子的第m行放电控制信号Sreset，m也取为高电平。此外开关SWn连接配线L2，n与放大器A的输入端子，积分电路31n内的开关SW断开，对数压缩电路32n内的开关SW32闭合。此时，令随着向像素部Pm，n内的光电二极管PD的光的入射而流入对数压缩电路32n的电荷的流入量(也就是电流)为Ish，从对数压缩电路32n所输出的第三电压值V3，m，n可以用下式(1)来表达。k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，q是电子的电荷，I是常数。
V3，m，n＝(kT/q)ln(Ish/I)         (1)
这样一来，在本实施例中，第二像素数据读出部30A不仅从积分电路31n输出根据像素部Pm，n内的光电二极管PD中产生而蓄积于积分电路31n内的电容元件C的电荷的量的第二电压值V2，m，n，而且从对数压缩电路32n输出根据该电荷的量的对数值的第三电压值V3，m，n。此外，第二像素数据读出部30A以相互不同的定时向去往数据输出部40A的共同的配线输出第二电压值V2，m，n和第三电压值V3，m，n。
接下来，就根据第二实施例的光检测装置2的数据输出部40A的构成用图15和图16进行说明。
图15是表示根据第二实施例的光检测装置2的数据输出部40A的一个构成例的图。此图中所示的数据输出部40A，是与图7中所示者大致同样的构成，具有A/D变换电路411、412和选择输出部42。但是，在第二实施例中，A/D变换电路412输入并A/D变换从第二像素数据读出部30A所输出的第二电压值V2，m，n，输出根据此第二电压值V2，m，n的第二数字值D2，m，n，并且输入并A/D变换从第二像素数据读出部30A所输出的第三电压值V3，m，n，输出根据此第三电压值V3，m，n的第三数字值D3，m，n。
选择输出部42输入这些第一数字值D1，m，n、第二数字值D2，m，n和第三数字值D3，m，n，基于第一数字值D1，m，n与基准值进行大小比较的结果，选择第一数字值D1，m，n、第二数字值D2，m，n和第三数字值D3，m，n当中的某一个，把该选择的数字值作为数字值Dm，n输出。再者，也可以不把第一数字值D1，m，n与基准值进行大小比较，而把第二数字值D2，m，n或第三数字值D3，m，n与基准值进行大小比较。此外，也可以把第一电压值V1，m，n、第二电压值V2，m，n和第三电压值V3，m，n的某一个与基准值进行大小比较。作为基准值可以用能够判定像素部Pm，n的寄生电容部是否饱和的第一基准值，和能够判定积分电路31n的电容元件C是否饱和的第二基准值两个。
而且，由于在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是说，向像素部Pm，n的入射光的强度比较小时，第一数字值D1，m，n(也就是，从像素部Pm，n的选择用晶体管T4所输出而由第一像素数据读出部20所读出的第一电压值V1，m，n的A/D变换结果)从数据输出部40A作为数字值Dm，n输出，所以可以高灵敏度进行光检测。
此外，由于像素部Pm，n的寄生电容部饱和时，(或者是即将饱和的状态时)，在积分电路31n的电容元件C未饱和时，第二数字值D2，m，n(也就是，从像素部Pm，n的放电用晶体管T3所输出而由第二像素数据读出部30A的积分电路31n所读出的第二电压值V2，m，n的A/D变换结果)从数据输出部40A作为数字值Dm，n输出，所以可以宽的动态范围进行光检测。
进而，由于积分电路31n的电容元件C也饱和时，(或者是即将饱和的状态时)，也就是说，向像素部Pm，n的入射光的强度比较大时，第三数字值D3，m，n(也就是，从像素部Pm，n的放电用晶体管T3所输出而由第二像素数据读出部30A的对数压缩电路32n所读出的第三电压值V3，m，n的A/D变换结果)从数据输出部40A作为数字值Dm，n输出，所以可以更宽的动态范围进行光检测。因而，根据第二实施例的光检测装置2可以高灵敏度且宽的动态范围地进行摄像。
图16是表示根据第二实施例的光检测装置2的数据输出部40A的另一个构成例的图。此图中所示的数据输出部40A，是与图8中所示者大致同样的构成，具有选择输出部43和A/D变换部44。但是，在第二实施例中，选择输出部43输入从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，m，n，并且输入从第二像素数据读出部30A所输出的第二电压值V2，m，n和第三电压值V3，m，n，基于把第一电压值V1，m，n与基准值进行大小比较的结果，选择输出第一电压值V1，m，n、第二电压值V2，m，n和第三电压值V3，m，n当中的某个。再者，也可以不把第一电压值V1，m，n与基准值进行大小比较，而把第二电压值V2，m，n或第三电压值V3，m，n与基准值进行大小比较。作为基准值可以用能够判定像素部Pm，n的寄生电容部是否饱和的第一基准值，和能够判定积分电路31n的电容元件C是否饱和的第二基准值两个。
而且，由于在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是说，向像素部Pm，n的入射光的强度比较小时，从像素部Pm，n的选择用晶体管T4所输出而由第一像素数据读出部20所读出的第一电压值V1，m，n的A/D变换结果从数据输出部40A作为数字值Dm，n输出，所以可以高灵敏度进行光检测。
此外，由于像素部Pm，n的寄生电容部饱和时，(或者是即将饱和的状态时)，在积分电路31n的电容元件C未饱和时，从像素部Pm，n的放电用晶体管T3所输出而由第二像素数据读出部30A的积分电路31n所读出的第二电压值V2，m，n的A/D变换结果从数据输出部40A作为数字值Dm，n输出，所以可以宽的动态范围进行光检测。
进而，由于积分电路31n的电容元件C也饱和时，(或者是即将饱和的状态时)，也就是说，向像素部Pm，n的入射光的强度比较大时，从像素部Pm，n的放电用晶体管T3所输出而由第二像素数据读出部30A的对数压缩电路32n所读出的第三电压值V3，m，n的A/D变换结果从数据输出部40A作为数字值Dm，n输出，所以可以更宽的动态范围进行光检测。因而，根据第二实施例的光检测装置2可以高灵敏度且宽的动态范围地进行摄像。
接下来，就根据第二实施例的光检测装置2的动作例进行说明。图17是说明根据第二实施例的光检测装置2的动作例的时间分配图。此图示出读出第一行的各像素部P1，n的数据的时间范围。与图11中所示的第一实施例的场合的时间分配图进行比较，在此图17中所示的第二实施例的场合的时间分配图中，继各积分电路31n的开关SW的开闭之后，各对数压缩电路32n的开关SW32的开闭，第一列的开关SW1，1的开闭，第N列的开关SW1，N的开闭，从第二像素数据读出部30A所输出的第二电压值V2，m，n，从第二像素数据读出部30A所输出的第三电压值V3，m，n，以及，从数据输出部40A所输出的数字值Dm，n，分别顺序地示出。再者，虽然第二电压值V2，m，n与第三电压值V3，m，n在此时间分配图中相互独立地示出，但是向连接于开关W1，n的共同的配线，以相互不同的定时输出。
从时刻t10前到时刻t15的根据第二实施例的光检测装置2的动作，与第一实施例的场合是同样的。再者，在此期间，各对数压缩电路32n的开关SW32断开。
从时刻t15以后的时刻t16到其后的时刻t17之间，各积分电路31n的开关SW闭合一定时间，各积分电路31n的电容元件C放电。在从时刻t16到时刻t17后的时刻t18之间，各对数压缩电路32n的开关SW32闭合，放电控制信号Sreset，m和传送控制信号Strans成为高电平，同时各开关SWn闭合，使第一行的像素部P1，n的光电二极管PD中发生的电荷向各对数压缩电路32n流入。此外，在从时刻t17到时刻t18之间，各开关SW1，n分别依次闭合一定时间，在开关SW1，n闭合期间，根据流入对数压缩电路32n的电荷的量的对数值的第三电压值V3，1，n从第二像素数据读出部30A输出。这样一来，从时刻t17到时刻t18之间，根据分别入射于第一行的N个像素部P1，1～P1，N的光的强度的对数值的第三电压值V3，1，1～V3，1，N从第二像素数据读出部30A依次输出。
而且，在数据输出部40A中，基于在从时刻t14到时刻t15之间从第一像素数据读出部20所输出的第一电压值V1，1，1～V1，1，N，在从时刻t14到时刻t15之间从第二像素数据读出部30A所输出的第二电压值V2，1，1～V2，1，N，以及，从时刻t17到时刻t18之间从第二像素数据读出部30A所输出的第三电压值V3，1，1～V3，1，N，作为第一电压值V1，1，n、第二电压值V2，1，n和第三电压值V3，1，n的某一个进行A/D变换的结果的数字值D1，n从数据输出部40A依次输出。再者，由于第三电压值V3，1，n所输出的定时比第一电压值V1，1，n和第二电压值V2，1，n所输出的定时要迟，所以设置保持前面所输出的第一电压值V1，1，n和第二电压值V2，1，n(或者，它们的A/D变换结果)的数据保持部。
以后也同样，分别依次关于第一行～第M行，根据分别入射于各行的N个像素部Pm，1～Pm，N的光的强度的数字值Dm，1～Dm，N从数据输出部40A依次输出。这里，在像素部Pm，n的寄生电容部未饱和时，也就是说，向像素部Pm，n入射的光的强度比较小时，第一电压值V1，m，n进行A/D变换的结果作为数字值Dm，n输出。此外，在像素部Pm，n的寄生电容部饱和时，积分电路31n的电容元件未饱和时，第二电压值V2，m，n进行A/D变换的结果作为数字值Dm，n输出。进而，在积分电路31n的电容元件饱和时，也就是说，向像素部Pm，n入射的光的强度比较大时，第三电压值V3，m，n进行A/D变换的结果作为数字值Dm，n输出。因而，根据第二实施例的光检测装置2可以以高灵敏度且宽的动态范围地检测入射光强度。

Claims (18)

1.一种光检测装置，其特征在于，具有：
像素部，该像素部包括：发生对应于入射光强度的量的电荷的光电二极管、输出根据蓄积于在栅极端子上所形成的寄生电容部的电荷的量的电压值的放大用晶体管、把在所述光电二极管中发生的电荷向所述放大用晶体管的栅极端子传送的传送用晶体管、把所述寄生电容部的电荷初始化的放电用晶体管、以及有选择地输出从所述放大用晶体管所输出的电压值的选择用晶体管；
读出从所述像素部的所述选择用晶体管所输出的电压值，输出根据此电压值的第一电压值的第一像素数据读出部；
具有连接于所述像素部的所述放电用晶体管的第一端子、输入用来把所述像素部的所述放大用晶体管的栅极端子的电荷初始化的偏置电位的第二端子、以及第三端子，电气上连接在所述第一端子与所述第二端子之间或所述第一端子与所述第三端子之间的连接切换部；以及
输入端子连接于所述连接切换部的所述第三端子，包含具有电容值大于所述寄生电容部的电容值的电容元件，把从所述连接切换部的所述第三端子流入到所述输入端子的电荷蓄积于所述电容元件，输出根据该蓄积的电荷的量的第二电压值的第二像素数据读出部。
2.一种光检测装置，其特征在于，具有：
像素部，该像素部包括：发生对应于入射光强度的量的电荷的光电二极管；具有用来输入传送控制信号的栅极端子、连接于所述光电二极管的第一端子、和第二端子的传送用晶体管；具有用来输入放电控制信号的栅极端子、连接于所述传送用晶体管的第二端子的第一端子、和第二端子的放电用晶体管；具有分别连接于所述传送用晶体管的第二端子和所述放电用晶体管的第一端子的栅极端子、设定成规定电位的第一端子、和第二端子的放大用晶体管；以及具有用来输入选择控制信号的栅极端子、连接于所述放大用晶体管的第二端子的第一端子、和第二端子的选择用晶体管的像素部，
具有连接于所述像素部中的所述选择用晶体管的第二端子的输入端子的第一像素数据读出部，
具有连接于所述像素部中的所述放电用晶体管的第二端子的第一端子、设定成规定的偏置电位的第二端子、和第三端子，电气上连接在所述第一端子与所述第二端子之间或所述第一端子与所述第三端子之间的连接切换部，以及
含有连接于所述连接切换部中的第三端子的输入端子、和蓄积经由该输入端子流入的电荷的电容元件的第二像素数据读出部。
3.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，
所述第二像素数据读出部中所含有的所述电容元件的电容值为所述寄生电容部的电容值的2K倍，其中，K是大于等于1的整数。
4.根据权利要求1或2的光检测装置，其特征在于，
所述像素部中所含有的所述光电二极管具有：第一导电型的第一半导体区域；设在所述第一半导体区域之上，在与该第一半导体区域之间形成pn结的第二导电型的第二半导体区域；以及设在所述第二半导体区域之上，在与该第二半导体区域之间形成pn结的第一导电型的第三半导体区域。
5.根据权利要求1或2所述的光检测装置，其特征在于，
所述像素部还包括：配置于所述光电二极管与所述传送用晶体管之间，设定成规定电位的栅极端子；连接于所述光电二极管的第一端子；以及连接于所述传送用晶体管的第一端子的第二端子。
6.根据权利要求1或2所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
分别具有与所述像素部同一结构，并且与该像素部一起构成二维排列的多个像素部。
7.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，
所述第二像素数据读出部，作为所述电容元件，具有对应于所述二维排列的像素部的各列而设置的多个电容元件。
8.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，
在所述第一像素数据读出部处理来自属于所述二维排列的像素部当中的某行的像素部组的输出电压值期间，所述第二像素数据读出部处理来自属于该行的像素部组的输出电荷。
9.根据权利要求6所述的光检测装置，其特征在于，
在所述第一像素数据读出部处理来自属于所述二维排列的像素部当中的某行的像素部组的输出电压值期间，所述第二像素数据读出部处理来自属于其它行的像素部组的输出电荷。
10.根据权利要求1或2所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
通过把从所述第一像素数据读出部所输出的第一电压值进行A/D变换而输出对应于该第一电压值的第一数字值，并且通过把从所述第二像素数据读出部所输出的第二电压值进行A/D变换而输出对应于该第二电压值的第二数字值的A/D变换部。
11.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
输入从所述A/D变换部所输出的第一数字值和第二数字值，基于所述第一电压值、所述第二电压值、所述第一数字值和所述第二数字值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，输出所述第一数字值和所述第二数字值当中的一方的选择输出部。
12.根据权利要求1或2所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
输入从所述第一像素数据读出部所输出的第一电压值与从所述第二像素数据读出部所输出的第二电压值，基于所述第一电压值和所述第二电压值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，输出所述第一电压值和所述第二电压值当中的一方的选择输出部。
13.根据权利要求12所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
通过把从所述选择输出部所输出的电压值进行A/D变换而输出对应于该电压值的数字值的A/D变换部。
14.根据权利要求1或2所述的光检测装置，其特征在于，
所述第二像素数据读出部具有对所述电容元件并列地设置、输出根据来自所述连接切换部的所述第三端的流入电荷量的对数值的第三电压值的对数压缩电路。
15.根据权利要求14所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
通过把从所述第一像素数据读出部所输出的第一电压值进行A/D变换而输出对应于该第一电压值的第一数字值，并且通过把从所述第二像素数据读出部所输出的第二电压值和第三电压值进行A/D变换而输出对应于该第二电压值的第二数字值和对应于第三电压值的第三数字值的A/D变换部。
16.根据权利要求15所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
输入从所述A/D变换部所输出的第一数字值、第二数字值和第三数字值，基于所述第一电压值、所述第二电压值、所述第三电压值、所述第一数字值、所述第二数字值和所述第三数字值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，输出所述第一数字值、所述第二数字值和所述第三数字值当中的某一个的选择输出部。
17.根据权利要求14所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
输入从所述第一像素数据读出部所输出的第一电压值与从所述第二像素数据读出部所输出的第二电压值和第三电压值，基于所述第一电压值、所述第二电压值和所述第三电压值当中的某个与基准值进行大小比较的结果，输出所述第一电压值、所述第二电压值和所述第三电压值当中的某一个的选择输出部。
18.根据权利要求17所述的光检测装置，其特征在于，还具有：
通过把从所述选择输出部所输出的电压值进行A/D变换而输出与该电压值对应的数字值的A/D变换部。
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