CN1934430B

CN1934430B - 光检测装置

Info

Publication number: CN1934430B
Application number: CN2005800085333A
Authority: CN
Inventors: 水野诚一郎; 舩越晴宽; 高哲也
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: US20090152446A1; CN1934430A; US7989753B2; JP4440680B2; EP1726928A4; WO2005090935A1; TW200600760A; EP1726928A1; KR20070004838A; JP2005265607A; TWI356901B

Abstract

本发明目的在提供一种入射光量检测动态范围大，温度依赖小的光检测装置。第一信号处理部(10_m，n)包含积分电路(11)、第一保持电路(12)、比较电路(13)、第二保持电路(14)以及闩锁电路(15)。积分电路(11)具有选择性地设成多个电容值中任意一个电容值的可变电容部，经过与在可变电容部设定的电容值相对应的储存期间将从光电二极管输出的电荷储存于可变电容部，输出与所储存的电荷量相对应的电压(V₁)。比较电路(13)输入从积分电路(11)所输出的电压(V₁)，比较电压(V₁)和基准电压(V_ref)的大小，输出表示比较结果的比较信号(S₃)，在任意一个储存期间终了时从积分电路(11)输出的电压(V₁)比基准电压(V_ref)小时，指示第一保持电路(12)保持该电压。

Description

光检测装置

技术领域

本发明涉及光检测装置。

背景技术

作为光检测装置，已知有，对与入射光量相对应在光电二极管中发生的电流信号进行对数压缩，以电压信号进行输出(例如参照专利文献1及专利文献2)。该光检测装置具有入射光量检测的动态范围大的优点。

专利文献1：特开平11-155105号公报

专利文献2：特开平5-219443号公报

发明内容

可是，采用如上述所示的对数压缩方式的光检测装置，具有温度依赖性、对数压缩特性(即，入射光量检测特性)变化大的问题点。

为解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种光检测装置，其入射光量检测的动态范围大，温度依赖性小。

本发明的光检测装置，其特征在于具有，(1)光电二极管，发生与入射光量相对应的量的电荷；(2)积分电路，具有选择性地设成K个电容值C₁～C_K中任意一个的电容值C_n的可变电容部，经过与在该可变电容部中被设定的电容值C_k相对应的储存期间T_k，将从所述光电二极管输出的电荷储存于所述可变电容部，输出与该储存的电荷量相对应的电压；(3)第一保持电路，保持在储存期间T₁～T_K中任意一个储存期间T_k终了时从所述积分电路输出的电压，并输出该保持的电压；以及(4)比较电路，输入从所述积分电路或所述第一保持电路输出的电压，比较该输入的电压和基准电压的大小，输出表示该比较结果的比较信号，同时，在任意一个储存期间T_k终了时从所述积分电路或所述第一保持电路输出的电压比所述基准电压小时，指示所述第一保持电路保持该电压。而且，比(T_k/C_k)的值因k值而不同，优选比(T_k1/C_k1)和比(T_k2/C_k2)的比是2的幂指数。但，K是2以上的整数，k是1以上K以下的任意整数，k1与k2不同。

在本光检测装置，积分电路的可变电容部选择性地设成K个电容值C₁～C_K中任意一个电容值C_n。经过与在该可变电容部设定的电容值C_k对应的储存期间T_k将从该光电二极管所输出的电荷储存于可变电容部，从积分电路输出与该储存的电荷量相对应的电压。

利用第一保持电路保持在储存期间T₁～T_K中任意一个储存期间T_k终了时从积分电路所输出的电压，从第一保持电路输出所保持的电压。利用比较电路比较从积分电路或第一保持电路所输出的电压和基准电压的大小，从比较电路输出表示比较结果的比较信号。

另外，在其中一个储存期间T_k终了时从积分电路或第一保持电路输出的电压比基准电压小时，以后也保持由第一保持电路所保持的电压。因此，根据在其中一个储存期间T_k终了时从积分电路输出而由第一保持电路所保持的电压，及从比较电路所输出的表示该储存期间T_k的比较信号而进行规定的运算时，该光检测装置能以大的动态范围进行摄影。

在本发明的光检测装置，优选为：第一保持电路兼作CDS电路，输入从该积分电路所输出的电压，保持与分别在储存期间T_k开始及终了时输入的该电压之差相对应的电压后输出。于是，在第一保持电路兼作CDS(Correlated Double Sampling，相关双重取样)电路的情况，可减少积分电路所含的放大器重置时发生的噪声(即kTC噪声)所引起的误差，故本光检测装置可得到更正确的摄影数据。

本发明的光检测装置，优选为还具备(1)第二保持电路，输入从该第一保持电路所输出的电压，保持在特定时刻的该电压，输出该保持的电压；及(2)闩锁电路，输入从该比较电路所输出的比较信号，储存在特定时刻的该比较信号后，输出该所储存的比较信号。

于是，通过设置保持·储存利用摄影所得到的数据的第二保持电路及闩锁电路，在处理在某期间利用光电二极管、积分电路、第一保持电路以及比较电路所得到的摄影数据的下一期间之间，同时得到下一摄影数据。因此，本光检测装置可高速拍摄。

本发明的光检测装置，优选还具有A/D变换电路，输入从该第一保持电路所输出的电压，将该所输入的电压变换成数字值，输出该数字值。另外，优选还具备移位电路，输入从该A/D变换电路所输出的数字值，而且输入从该比较电路所输出的比较信号，依照该比较信号而对数字值的位进行移位，并输出该移位后的数字值。

此外，优选还具有开关电容器电路，输入从该第一保持电路所输出的电压后保持于电容部，向该A/D变换电路输出该所保持的电压。在这些情况，利用A/D变换电路将利用光电二极管、积分电路、第一保持电路以及比较电路所得到的摄影数据变换成数字值。此外，利用移位电路依照比较信号将从A/D变换电路输出的数字值只移位所需的位数。

另外，本发明的光检测装置，具有多组该光电二极管、该积分电路、该第一保持电路以及该比较电路，对于这些多组电路，优选具有一个该A/D变换电路。另外，具备多组光电二极管、积分电路、第一保持电路、比较电路、第二保持电路以及闩锁电路，对于这些多组电路，优选具有一组开关电容器电路、A/D变换电路以及移位电路较佳。

附图说明

图1是本实施方式的光检测装置1的概略构造图。

图2是本实施方式的光检测装置1的第一信号处理部10_m，n的构造图。

图3是本实施方式的光检测装置1的比较电路13的电路图。

图4是本实施方式光检测装置1的第二信号处理部20的构造图。

图5是说明本实施方式的光检测装置1的移位电路28的动作图。

图6是说明本实施方式的光检测装置1的动作的时序图。

图7是说明本实施方式的光检测装置1的动作的时序图。

图8是说明本实施方式的光检测装置1的动作的时序图。

元件符号说明

1 光检测装置

10 第一信号处理部

11 积分电路

12 第一保持电路

13 比较电路

14 第二保持电路

15 闩锁电路

20 第二信号处理部

26 开关电容器电路

27 A/D变换电路

28 移位电路

A 放大器

C 电容元件

PD 光电二极管

SW 开关

具体实施方式

以下，将参照附图详细说明本发明的优选实施方式。此外，在附图说明中，对于相同的元件添加相同的符号，而省略重复的说明。

图1是本实施方式的光检测装置1的概略构造图。

该图所示的光检测装置1具备M×N个光电二极管PD_1，1～PD_M，N、M×N个第一信号处理部10_1，1～10_M，N以及1个第二信号处理部20。如图所示，M×N个光电二极管PD_1，1～PD_M，N配置于规定的矩形区域内。M×N个第一信号处理部10_1，1～10_M，N及1个第二信号处理部20分别配置在该矩形区域的一边的外侧。此外，M、N分别是2以上的整数。另外，在以下使用的m是1以上M以下的任意整数，n是1以上N以下的任意整数。

M×N个光电二极管PD_1，1～PD_M，N二维排列成M列N行。光电二极管PD_m，n位于第m列第n行。各光电二极管PD_m，n产生按照入射光量的电荷的量。各第一信号处理部10_m，n与光电二极管PD_m，n一对一对应的设置，输入从该对应的光电二极管PD_m，n输出的电荷，输出与该输入的电荷量相对应的电压。第二信号处理部20输入从M×N个第一信号处理部10_1，1～10_M，N分别依次输出的电压，将该电压(模拟值)变换成数字值，输出该数字值。

图2是本实施方式的光检测装置1的第一信号处理部10_m，n的构造图。M×N个第一信号处理部10_1，1～10_M，N分别具有共同的构造。如图2所示，各第一信号处理部10_m，n包含积分电路11、第一保持电路12、比较电路13、第二保持电路14以及闩锁电路15。在该图中还表示有光电二极管PD_m，n。光电二极管PD_m，n的阳极端子接地。

积分电路11具有放大器A₁、电容元件C₁₀～C₁₂以及开关SW₁₀～SW₁₂。放大器A₁的正相输入端子接地，反相输入端子与光电二极管PD_m，n的阴极端子连接。在放大器A₁的反相输入端子和输出端子之间并列的设置开关SW₁₀、电容元件C₁₀、串接的开关SW₁₁和电容元件C₁₁以及串接的开关SW₁₂和电容元件C₁₂。

电容元件C₁₀～C₁₂及开关SW₁₁和SW₁₂构成可变电容部。本可变电容部如下式(1)所示，选择性的设成电容值C₁～C₃之中任意一个电容值。即，开关SW₁₁及SW₁₂两者断开时可变电容部的电容值C₁和电容元件C₁₀的电容值相等。开关SW₁₁闭合而SW₁₂断开时可变电容部的电容值C₂与电容元件C₁₀和C₁₁各电容值之和相等。另外，开关SW₁₁及SW₁₂都闭合时可变电容部的电容值C₃和电容元件C₁₀～C₁₃各电容值之总和相等。

[式1]

C₁＝C₁₀ (1a)

C₂＝C₁₀+C₁₁ (1b)

C₃＝C₁₀+C₁₁+C₁₂ (1c)

积分电路11当开关SW₁₀断开时，经过与在可变电容部中设定的电容值C_k对应的储存期间T_k，将从光电二极管PD_m，n输出的电荷储存于可变电容部，输出与该所储存的电荷量相对应的电压V₁。另外，通过使开关SW₁₀～SW₁₂闭合，积分电路11将在电容元件C₁₀～C₁₂所储存的电荷放电，将输出电压初始化。此外，k是1以上3以下的任意整数。

比(T_k/C_k)的值依据k值而异。即，在电容值C₁～C₃及储存期间T₁～T₃之间具有如下式(2)所示的关系。另外，优选在这些参数之间有如下式(3)所示的关系。在此，p、q各自是1以上之整数。优选储存期间T₁～T₃彼此不同，另外，在这些之间具有如下式(4)所示的关系。

[式2]

T₁/C₁＞T₂/C₂＞T₃/C₃ (2)

[式3]

T₁/C₁＝2^P(T₂/C₂) (3a)

T₂/C₂＝2^q(T₃/C₃) (3b)

[式4]

T₁＞T₂＞T₃ (4)

第一保持电路12具有开关SW₂₁和SW₂₂、电容元件C₂以及放大器A₂。电容元件C₂的一端经由开关SW₂₁接地，和放大器A₂的输入端子连接。电容元件C₂的另一端经由开关SW₂₂和积分电路11的放大器A₁的输入端子连接。

本第一保持电路12，利用开关SW₂₁和SW₂₂各自的开闭动作，在电容元件C₂保持在储存期间T₁～T₃之中任意一个储存期间T_k终了时从积分电路11输出的电压V₁，将该保持的电压V₁输入放大器A₂，从放大器A₂输出电压V₂。另外，该第一保持电路12兼作CDS电路，输入从积分电路11输出从电压V₁，可输出与在储存期间T_k的开始及终了时各自输入的该电压的差相对应的电压V₂。

比较电路13输入从积分电路11所输出的电压V₁，比较该输入的电压V₁和基准电压V_ref的大小，向闩锁电路15输出表示该比较结果的比较信号S₃。同时，在其中一个储存期间T_k终了时从积分电路11所输出的电压V₁比基准电压V_ref更小时，指示第一保持电路12保持该电压V₂。闩锁电路15储存从比较电路13所输出的比较信号S₃后输出。例如，闩锁电路15由位数同于比较信号S₃的位数的并行寄存器所构成。

第二保持电路14具有电容元件C₄及开关SW₄₁～SW₄₄。电容元件C₄的一端经由开关SW₄₁和第一保持电路12的放大器A₂的输出端子连接，经由开关SW₄₂接地。另外，电容元件C₄的另一端经由开关SW₄₃接地，经由开关SW₄₄和外部连接。本第二保持电路14利用开关SW₄₁～SW₄₄各自的开关动作，输入从第一保持电路12输出的电压V₂，在电容部C₄保持在特定时刻的该电压，向外部输出该保持的电压。(实际上，如后述所示，以后为了连接开关电容器电路，向外部输出按照所保持的电压的电荷Q₄)。

即，本第二保持电路14，通过使开关SW₄₂及SW₄₃闭合，而将在电容元件C₄储存的电荷放电。开关SW₄₁及SW₄₃闭合而开关SW₄₂断开时，使输入的电压保持在电容元件C₄，开关SW₄₁及SW₄₃为断开时，以后在电容元件C₄也依然继续保持该电压。然后，开关SW₄₄和SW₄₂为闭合时，输出与在电容元件C₄保持的电压相对应的电荷Q₄。

图3是本实施方式的光检测装置1的比较电路13的电路图。如该图所示，比较电路13具有比较器30及D触发器31、32。比较器30输入从积分电路11输出的电压V₁，而且输入基准电压V_ref，比较电压V₁和基准电压V_ref的大小。然后，当电压V₁比基准电压V_ref更大时，使比较器30的输出电平V₃变成高电平，而非此情况时，则变成低电平。

当D触发器31、32各自输入CLR输入端子的Clr信号是高电平时，来自Q输出端子的输出电平变成低电平。D触发器31、32各自在时钟输入端子输入来自比较器30的输出电压V₃，该电压V₃从低电平翻转成高电平时，将到目前为止输入D输入端子的信号电平，自此以后从Q输出端子输出。

D触发器31、32构成移位寄存器，前段的D触发器31的Q输出端子和后段的D触发器32的D输入端子相连接。在前段的D触发器31的D输入端子总是输入高电平信号。从前段的D触发器31的Q输出端子所输出的信号S₃₁，和从后段的D触发器32的Q输出端子所输出的信号S₃₂，构成从比较电路13输出的2位的比较信号S₃。

图4是本实施方式的光检测装置1的第二信号处理部20的构造图。如该图所示，第二信号处理部20包含开关电容器电路26、A/D变换电路27以及移位电路28。

开关电容器电路26具有放大器A₆、电容元件C₆及开关SW₆。放大器A₆的正相输入端子接地，反相输入端子和第二保持电路14的开关SW₄₄连接。在放大器A₆的反相输入端子和输出端子的间并列地设置开关SW₆及电容元件C₆。

本开关电容器电路26当开关SW₆断开时，输入从第二保持电路14输出的电荷值Q₄而在电容元件C₆保持，向A/D变换电路27输出与该保持的电荷量相对应的电压V₆。另外，本开关电容器电路26利用开关SW₆闭合，将在电容元件C₆储存的电荷放电，将输出电压初始化。

A/D变换电路27将利用从第二保持电路14所输出的开关电容器电路26所保持，而从该开关电容器电路26输出的电压V₆输入，将该输入的电压V₆(模拟值)变换成数字值，输出该数字值D₇。

移位电路28输入从A/D变换电路27所输出的数字值D₇，同时，输入从比较电路13所输出，经由闩锁电路15而到达的比较信号S₃，根据该比较信号S₃而将该数字值D₇移位，输出该移位后的数字值D₈。

图5是说明本实施方式的光检测装置1的移位电路28的动作图。图5(a)～(c)各表示从A/D变换电路27输出，而后输入移位电路28的数字值D₇，和从移位电路28输出的数字值D₈的关系。在以下，以电压V_1，k表示积分电路11的可变电容部设成电容值C_k，在储存期间T_k终了时从积分电路11所输出电压V₁。

另外，在积分电路11的可变电容部中，选择地设定的电容值C₁～C₃及储存期间T₁～T₃成为满足上述式(1)及式(3)的关系。此时，输出数字值D₈的位数，变成在输入数字值D₇的位数中加上上述式(3)中的p及q。此外，p及q各为输入数字值D₇的位数以下。

图5(a)表示利用比较电路13判断电压V_1，1～V_1，3比基准电压V_ref小时，输入数字值D₇和输出数字值D₈的关系。在此情况，因输出数字值D₈和输入数字值D₇是相同值，在上阶的(p+q)位上置0值。

图5(b)表示利用比较电路13判断电压V_1，1在基准电压V_ref以上、且电压V_1，2及电压V_1，3比基准电压V_ref小时，输入数字值D₇和输出数字值D₈的关系。在此情况下，因输出数字值D₈是输入数字值D₇仅向上阶移动p位的值，在下阶p位及上阶q位上置0值。

图5(c)是表示利用比较电路13判断电压V_1，1及电压V_1，2是基准电压V_ref以上、且电压V_1，3比基准电压V_ref小时，输入数字值D₇和输出数字值D₈的关系。在此情况，因输出数字值D₈是输入数字值D₇仅向上阶移动(p+q)位的值，在下阶的(p+q)位上置0值。

例如，自A/D变换电路27输出，且输入移位电路28的数字值D₇是8位数据，p及q各自的值设成4。此时，从移位电路28输出的数字值D₈变成16位数据，其动态范围变成

其次，将说明本实施方式的光检测装置1的动作。射入M×N个光电二极管PD_1，1～PD_M，N的各光电二极管的光强度，一般情况下是不相同的，视位置(m，n)而异。以下，将分别说明对光电二极管PD_m，n的入射光量比较少的情况、中等程度的情况以及比较多的情况。另外，根据从图未示的控制电路所输出的控制信号进行以下的动作。

图6～图8是说明本实施方式的光检测装置1的动作的时序图。图6是说明对光电二极管PD_m，n的入射光量比较少的情况的第一信号处理部10_m，n的动作。图7是说明对光电二极管PD_m，n的入射光量中等程度的情况的第一信号处理部10_m，n的动作。又，图8是说明对光电二极管PD_m，n的入射光量比较多的情况的第一信号处理部10_m，n的动作。

在各图中，从上依序地表示输入比较电路13的D触发器31、32各自的CLR输入端子的Clr信号的电平、积分电路11的开关SW₁₀～SW₁₂各自的开闭动作、第一保持电路12的开关SW₂₁及SW₂₂各自的开闭动作、从积分电路11所输出的电压V₁、比较电路13的比较器30的输出电平V₃、以及从比较电路13的D触发器31、32各自的Q输出端子所输出的比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)。

另外，在各图，从时刻t₁至时刻t₂为止的期间是储存期间T₁，从时刻t₃至时刻t₄为止的期间是储存期间T₂，从时刻t₅至时刻t₆为止的期间是储存期间T₃。

在图6～图8所示的任何一个情况下，在时刻t₁前的固定期间，Clr信号均变成高电平，将从比较电路13的D触发器31、32各自的Q输出端子所输出的信号(即，比较信号S₃(S₃₁，S₃₂))初始化。另外，在时刻t₁前的固定期间，积分电路11的开关SW₁₀～SW₁₂各自闭合，电容元件C₁₀～C₁₂各自放电，将从积分电路11所输出的电压V₁予以初始化。

在从时刻t₁至时刻t₂为止的储存期间T₁，积分电路11的开关SW₁₀～SW₁₂各自断开，将积分电路11的可变电容部设成电容值C₁(上述公式(1a))。而，在光电二极管PD_m，n产生的电荷，被储存于第一信号处理部10_m，n的积分电路11的可变电容部，并将与该储存的电荷量相对应的电压V₁从积分电路11输出。该电压V₁从时刻t₁的起始值逐渐变大。

在从时刻t₂至时刻t₃为止的期间(即，储存期间T₁和储存期间T₂之间的期间)，积分电路11的开关SW₁₀和SW₁₁为闭合，使电容元件C₁₀及C₁₁放电，而将从积分电路11所输出的电压V₁予以初始化。

在从时刻t₃至时刻t₄为止的储存期间T₂，积分电路11的开关SW₁₀为断开，SW₁₂依然断开，开关SW₁₁闭合，将积分电路11的可变电容部设成电容值C₂(上述公式(1b))。而，将在光电二极管PD_m，n所产生的电荷储存于第一信号处理部10_m，n的积分电路11的可变电容部，并将与该储存的电荷量相对应的电压V₁从积分电路11输出。该电压V₁从时刻t₃的起始值逐渐变大。

在从时刻t₄至时刻t₅为止的期间(即，储存期间T₂和储存期间T₃之间之期间)，积分电路11的开关SW₁₀、SW₁₁以及开关SW₁₂为闭合，使电容元件C₁₀、C₁₁以及C₁₂放电，而将从积分电路11所输出的电压V₁予以初始化。

在从时刻t₅至时刻t₆为止的储存期间T₃，积分电路11的开关SW₁₀为断开，开关SW₁₁及SW₁₂各为闭合，而将积分电路11的可变电容部设成电容值C₃(上述公式(1c))。而，将在光电二极管PD_m，n所产生的电荷储存于第一信号处理部10_m，n的积分电路11的可变电容部，并将与该储存的电荷量相对应的电压V₁从积分电路11输出。该电压V₁从时刻t₅的起始值逐渐变大。

在储存期间T₁的最初的固定期间(即，时刻t₁之后的固定期间)、储存期间T₂的最初的固定期间(即，时刻t₃之后的固定期间)以及储存期间T₃的最初的固定期间(即，时刻t₅之后的固定期间)的各期间，第一保持电路12的开关SW₂₁为闭合，将自第一保持电路12所输出的电压V₂予以初始化。另外，第一保持电路12的开关SW₂₂在时刻t₁前为闭合。

到上述为止的动作说明，在图6～图8各自的情况是共同的。但是，第一信号处理部10_m，n依据对光电二极管PD_m，n的入射光量的大小而进行如以下所说明的不同的动作。

在图6中表示对光电二极管PD_m，n的入射光量比较少的情况的第一信号处理部10_m，n的动作。在此情况下，在储存期间T₁终了时从积分电路11所输出的电压V_1，1、在储存期间T₂终了时从积分电路11所输出的电压V_1，2以及在储存期间T₃终了时从积分电路11所输出的电压V_1，3均比基准电压V_ref小。因此，在储存期间T₁～T₃的任何一个期间，比较电路13的比较器30的输出电平V₃都是保持低电平，从D触发器31、32各自的Q输出端子所输出的信号S₃₁、S₃₂均保持低电平。

而且，在储存期间T₁终了时(时刻t₂之前)判断从积分电路11所输出的电压V_1，1比基准电压V_ref小的时刻，至此时均闭合的第一保持电路12的开关SW₂₂变成断开，以后开关SW₂₂也依然断开。结果，在时刻t₂以后从第一保持电路12输出的电压V₂，变成与在储存期间T₁终了时开关SW₂₂断开的时刻上从积分电路11输出的电压V_1，1与在储存期间T₁的最初开关SW₂₁断开的时刻上从积分电路11输出的电压之差相对应的值。此外，利用第二保持电路14保持该电压V₂。

在图7中表示对光电二极管PD_m，n的入射光量中等程度的情况的第一信号处理部10_m，n的动作。在此情况，在储存期间T₁终了时从积分电路11所输出的电压V_1，1是基准电压V_ref以上，但是在储存期间T₂终了时从积分电路11所输出的电压V_1，2及在储存期间T₃终了时从积分电路11所输出的电压V_1，3，均比基准电压V_ref更小。

因此，在储存期间T₁内的某时刻(来自积分电路11的输出电压V₁变成基准电压V_ref以上的时刻)，比较电路13的比较器30的输出电平V₃翻转成高电平，从D触发器31的Q输出端子所输出的信号S₃₁翻转成高电平。时刻t₂以后，从D触发器31从Q输出端子所输出从信号S₃₁保持高电平的状态，从D触发器32的Q输出端子所输出的信号S₃₂保持低电平的状态。

而，在储存期间T₂终了时(时刻t₄之前)判断从积分电路11所输出的电压V_1，2为比基准电压V_ref小的时刻，至此时均闭合的第一保持电路12的开关SW₂₂变成断开，以后开关SW₂₂保持断开状态。结果，在时刻t₄以后从第一保持电路12输出的电压V₂变成与在储存期间T₂终了在开关SW₂₂为断开的时刻时从积分电路11所输出的电压V_1，2，和在储存期间T₂的最初开关SW₂₁为断开的时刻从积分电路11所输出的电压之差相对应的值。此外，利用第二保持电路14保持该电压V₂。

在图8表示对光电二极管PD_m，n的入射光量比较多的情况的第一信号处理部10_m，n的动作。在此情况，虽然在储存期间T₁终了时从积分电路11所输出的电压V_1，1，及在储存期间T₂终了时从积分电路11所输出的电压V_1，2是基准电压V_ref以上，但是在储存期间T₃终了时从积分电路11所输出的电压V_1，3是比基准电压V_ref更小。

因此，在储存期间T₁的某时刻(来自积分电路11的输出电压V₁变成基准电压V_ref以上的时刻)，比较电路13的比较器30的输出电平V₃翻转成高电平，从D触发器31的Q输出端子所输出的信号S₃₁翻转成高电平。另外，在储存期间T₂的某时刻(来自积分电路11的输出电压V₁变成基准电压V_ref以上的时刻)，比较电路13的比较器30的输出电平V₃翻转成高电平，从D触发器32的Q输出端子输出的信号S₃₂也翻转成高电平。时刻t₄以后，从D触发器31、32各自的Q输出端子输出的信号S₃₁、S₃₂保持高电平的状态。

而且，在储存期间T₃终了时(时刻t₆之前)判断从积分电路11所输出的电压V_1，3为比基准电压V_ref更小的时刻，至此时均闭合的第一保持电路12的开关SW₂₂变成断开，以后开关SW₂₂也依然断开。结果，在时刻t₆以后从第一保持电路12所输出的电压V₂变成与在储存期间T₃终了时在开关SW₂₂为断开的时刻从积分电路11所输出的电压V_1，3，和在储存期间T₃的最初开关SW₂₁为断开的时刻从积分电路11所输出的电压之差相对应的值。此外，利用第二保持电路14保持该电压V₂。

如以上所示，在时刻t₆以后从比较电路13所输出的比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)以3阶段表示对光电二极管PD_m，n的入射光量的电平。

即，比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)为(0，0)，是表示：即使在积分电路11的可变电容部被设为电容值C₁时在储存期间T₁，光电二极管PD_m，n所产生的电荷被储存于可变电容部时，该储存期间T₁终了时的输出电压V_1，1也比基准电压V_ref小，即向光电二极管PD_m，n的入射光量比较少。

比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)为(1，0)，是表示：虽然在储存期间T₁终了时的输出电压V_1，1变成基准电压V_ref以上，但是即使在积分电路11的可变电容部被设为电容值C₂时在储存期间T₂光电二极管PD_m，n所产生的电荷被储存于可变电容部时，该储存期间T₂终了时的输出电压V_1，2也比基准电压V_ref更小，即向光电二极管PD_m，n的入射光量是中等程度。

比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)为(1，1)，是表示：虽然在储存期间T₂终了时的输出电压V_1，2变成基准电压V_ref以上，但是即使在积分电路11的可变电容部被设为电容值C₃时，在储存期间T₃光电二极管PD_m，n所产生的电荷被储存于可变电容部，该储存期间T₃终了时的输出电压V_1，3也比基准电压V_ref更小，即向光电二极管PD_m，n的入射光量比较多。

另外，在时刻t₆以后第一保持电路12及第二保持电路14各自所保持的电压，与在储存期间T₁～T₃各自终了时从积分电路11所输出的电压V_1，1～V_1，3之中最初变得比基准电压V_ref更小的电压相对应的值。

而且，在时刻t₆以后，自M×N个第一信号处理部10_1，1～10_M，N各自依序地从第二保持电路14向开关电容器电路26输出电荷Q₄，而且从闩锁电路15向移位电路28输出比较信号S₃。

在开关电容器电路26中，输入从各第一信号处理部10_m，n的第二保持电路14所依序输出的电荷Q₄，在电容元件C₆保持该电荷Q₄，向A/D变换电路27输出与该保持的电荷量相对应的电压V₆。在A/D变换电路27中，输入从开关电容器电路26所输出的电压V₆，将该电压V₆(模拟值)变换成数字值，输出该数字值D₇。

在移位电路28中，输入从A/D变换电路27所输出的数字值D₇，而且也输入从比较电路13所输出的比较信号S₃。然后，依照该比较信号S₃移位该数字值D₇的位，输出该移位后的数字值D₈。此时，若比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)为(0，0)，则输出数字值D₈是输入数字值D₇为相同的值，在上阶的(p+q)位上置0值(图5(a))。

若比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)为(1，0)，则输出数字值D₈是将输入数字值D₇仅向上阶移位了p位的值，在下阶的p位及上阶q位上置0值(图5(b))。另外，若比较信号S₃(S₃₁，S₃₂)为(1，1)，则输出数字值D₈是将输入数字值D₇仅向上阶移位(p+q)位的值，在下阶的(p+q)位上置0值(图5(c))。

如以上所示，在从时刻t₁至时刻t₆为止的期间，关于对光电二极管PD_m，n的入射光量的数据(V₂，S₃)，是被保持于对应的第一信号处理部10_m，n的第二保持电路14及闩锁电路15。此时，在积分电路11的可变电容部的电容值C_k和储存期间T_k之间具有上述式(2)或式(3)的关系，在任何一个储存期间与在积分电路11的可变电容部所储存的电荷量相对应的电压V₁比基准电压V_ref更小时，利用第二保持电路14保持电压V₂，而且利用闩锁电路15储存表示得到该所保持的电压V₂的储存期间的比较信号S₃。

而，在接着的时刻t₆以后，根据自各第一信号处理部10_m，n的第二保持电路14及闩锁电路15输出的数据(Q₄，S₃)，利用第二信号处理部20的A/D变换电路27，使与在开关电容器电路26变换后的电荷Q₄相对应的电压进行A/D变换，根据需要利用移位电路28对数字值进行移位。

因此，该光检测装置1的入射光量检测的动态范围大。另外，因将光电二极管PD_m，n所产生的电荷储存于积分电路11的电容元件，从积分电路11输出与该所储存的电荷量相对应的电压V₁，因此入射光量检测的温度依赖性较小。

另外，通过设置第二保持电路14及闩锁电路15，从时刻t₁至时刻t₆为止的期间利用各光电二极管PD_m，n及第一信号处理部10_m，n所得到的摄影数据(V₂，S₃)的处理，在第二信号处理部20中进行的时刻t₆以后的期间，同时，利用各光电二极管PD_m，n及第一信号处理部10_m，n得到下一个摄影数据(V₂，S₃)。因此，该光检测装置1可高速拍摄。

另外，通过使第一保持电路12兼作CDS电路，可减少积分电路11的放大器A₁重置时发生的噪声所引起的输出电压V₁的误差，因此，该光检测装置1可得到更准确的摄影数据。

本发明并未限定于上述的实施方式，而可进行各种变形。例如，虽然比较电路13在上述的实施方式中比较从积分电路11所输出的电压V₁和基准电压V_ref的大小，但是也可比较从第一保持电路12所输出的电压V₂和基准电压V_ref的大小。

另外，光检测装置的电路构造并未限定于在上述的实施方式，也可为其它形态。例如，光电二极管并不限定为二维排列，也可为一次一维排列，也可以是1个。积分电路的可变电容部的电容值也为可切换成2阶段或4阶段以上。第一保持电路、比较电路以及第二保持电路等也可采用其他电路构造。而且，对于多个光电二极管也可设置一个第一信号处理部。

工业上的可应用性

本发明可应用于光检测装置。

发明效果

本发明的光检测装置的入射光量检测的动态范围大，温度依赖性小。

Claims

1.一种光检测装置，其特征在于，具有：

光电二极管，发生与入射光量相对应的量的电荷；

积分电路，具有选择性地设成K个电容值C₁～C_K中任意一个的电容值C_n的可变电容部，在与该可变电容部中被设定的电容值C_k相对应的储存期间T_k中，将从所述光电二极管输出的电荷储存于所述可变电容部，并输出与该储存的电荷量相对应的电压；以及，

第一保持电路，保持在储存期间T₁～T_K中任意一个储存期间T_k终了时从所述积分电路输出的电压，并输出该保持的电压；

比较电路，输入从所述积分电路或所述第一保持电路输出的电压，比较该输入的电压和基准电压的大小，输出表示该比较结果的比较信号，同时，在任意一个储存期间T_k终了时从所述积分电路或所述第一保持电路输出的电压比所述基准电压小时，指示所述第一保持电路保持该电压；其中，

比T_k/C_k的值因k值而不同，其中，K是2以上的整数，k是1以上K以下的任意整数。

2.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，比T_k1/C_k1和比T_k2/C_k2的比是2的幂指数，其中，k1及k2分别为1以上K以下的任意整数，且k1≠k2。

3.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述第一保持电路，输入从所述积分电路输出的电压，保持并输出与分别在储存期间T_k开始及终了时输入的该电压之差相对应的电压。

4.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，还具有：

第二保持电路，输入从所述第一保持电路输出的电压，保持在特定时刻的该电压，并输出该保持的电压；和

闩锁电路，输入从所述比较电路输出的比较信号，储存在所述特定时刻的该比较信号，并输出该储存的比较信号，

所述特定时刻是指在任何一个储存期间与在所述积分电路的所述可变容量部所储存的电荷量相对应的电压比所述基准电压更小时。

5.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，还具有，A/D变换电路，输入从所述第一保持电路输出的电压，将该输入的电压变换成数字值，并输出该数字值。

6.如权利要求5所述的光检测装置，其特征在于，还具有，移位电路，输入从所述A/D变换电路输出的数字值，同时，输入从所述比较电路输出的比较信号，根据该比较信号而对该数字值的位进行移位，并输出该移位后的数字值。

7.如权利要求5所述的光检测装置，其特征在于，还具有，开关电容器电路，所述开关电容器电路具有电容部，所述开关电容器电路输入从所述第一保持电路输出的电压，将其保持于所述电容部，并向所述A/D变换电路输出该保持的电压。

8.如权利要求5所述的光检测装置，其特征在于，具有多组所述光电二极管、所述积分电路、所述第一保持电路以及所述比较电路，对于这些多组电路，具有一个所述A/D变换电路。