DE60014148T2

DE60014148T2 - Photodetektor

Info

Publication number: DE60014148T2
Application number: DE60014148T
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Hamamatsu-shi Mizuno; Haruhiro Hamamatsu-shi FUNAKOSHI
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2020-07-18
Also published as: US6642501B2; AU5853700A; EP1229593B1; EP1229593A1; JP4119052B2; US20020060284A1; WO2001006573A1; EP1229593A4; DE60014148D1; JP2001036128A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photodetektionsvorrichtung, die eine Hintergrundlichtkomponente von Einfallslicht entfernt, das auf Photodetektoren einfällt, um nur eine Signallichtkomponente zu erkennen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Photodetektionsvorrichtung umfaßt einen oder mehrere Photodetektoren und integriert Signalströme, die von den Photodetektoren ausgegeben werden, durch eine Integrierschaltung, und gibt das integrierte Ergebnis als eine Signalspannung aus. Einige Photodetektionsvorrichtungen wandeln die Signalspannung in ein Digitalsignal um (A/D-Wandlung) und geben das umgewandelte Digitalsignal aus. Wenn die Signalspannung bei der A/D-Wandlung einen vorgegebenen Wert übersteigt, tritt ein Problem auf, daß das Digitalsignal, das aus der Signalspannung digitalisiert wurde, auf einen Wert gesetzt wird, der diesem vorgegebenen Wert entspricht oder gesättigt wird, wodurch keine genaue Lichterkennung erfolgen kann. Um dieses Problem zu lösen, besteht eine konventionelle Praxis darin, den vorgegebenen Wert auf oder höher als einen geschätzten Höchstwert der Signalspannung zu setzen, um die Sättigung zu vermeiden. Ein anderes Verfahren wendet eine logarithmische Kompressionstechnik an, um einen dynamischen Bereich zu erweitern.
Die PHOTODETEKTIONSVORRICHTUNG wird in einem Bereichssensor verwendet, der zum Beispiel in einer Kamera eingebaut ist. In diesem Bereichssensor wird die Reflexion eines Punktlichts, das von einem lichtemittierenden Mittel wie z.B. einer Leuchtdiode auf einen Gegenstand geworfen wird, von zwei Photodetektionsvorrichtungen erkannt, die zwei Erkennungssignale erzeugen, auf deren Basis die Entfernung zum Gegenstand gemessen wird. Wenn eine Punktlichtkomponente (Signallichtkomponente) erkannt wird, wird auch eine darauf überlagerte Hintergrundlichtkomponente erkannt. Um dieses Problem zu lösen, wird nur die Hintergrundlichtkomponente erkannt, wenn das Punktlicht nicht projiziert wird, um eine Differenz zwischen den beiden Komponenten zu bestimmen und ein Signal nur von der Punktlichtkomponente zu erhalten, wodurch die Genauigkeit der Bereichsfindung erhöht wird.
JP-A-63090852 beschreibt die Ausgangsschaltung eines ladungsgekoppelten Bauelements. Die Schaltung erzeugt einen ersten integrierten Wert, der einem Bezugspotential entspricht, und einen zweiten integrierten Wert, der einer Signalladung entspricht, und erhält das Differenzsignal zwischen beiden integrierten Werten als eine Ausgabe.
JP-A-9270961 (entspricht US-A-6075564) und EP1197735 (eine Veröffentlichung nach Art. 54(3) des EPÜ) beschreiben Festkörper-Bildaufnahmegeräte, die eine CDS-Schaltung umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Integrierschaltung in der konventionellen Photodetektionsvorrichtung ergreift aber keine Gegenmaßnahme gegen Rauschkomponenten, deren Größe von einem Integriervorgang zum anderen variieren kann, wie z.B. Wärmerauschen, das von Verstärkern, den Stromkreisen der Integrierschaltung verursacht wird. Dadurch können rauschinduzierte Fehler auftreten. Wenn die Lichtstärke, die von den Photodetektoren erkannt wird, d.h. ein Wert der Signalspannung, klein ist, können die Rauschkomponenten, die von einen Integriervorgang zum anderen schwanken können, das Signal-Rausch-Verhältnis der Lichterkennung daher beeinträchtigen.
Da in der A/D-Wandlung der konventionellen Photodetektionsvorrichtung der vorgegebene Wert auf einen großen Wert gesetzt wird, um zu verhindern, daß die Sättigung erfolgt, wenn die von den Photodetektoren erkannte Lichtstärke, d.h. die Signalspannung, klein ist, wird die Auflösung des ausgegebenen Digitalsignals beeinträchtigt.
Zudem stellt das Verfahren, nur die Punktlichtkomponente zu bestimmen, indem das Erkennungsergebnis der Hintergrundlichtkomponente vom Erkennungsergebnis der Punktlichtkomponente und der Hintergrundlichtkomponente subtrahiert wird, wie bei Verwendung der Photodetektionsvorrichtung im Bereichssensor, das folgende Problem. Das heißt, wenn die Hintergrundlichtkomponente im Vergleich zur Punktlichtkomponente groß ist, ist die Signalspannung der Punktlichtkomponente, die mit der Hintergrundlichtkomponente überlagert ist, sehr groß, wodurch es notwendig wird, den vorgegebenen Wert auf einen noch größeren Wert zu setzen, im die Sättigung zu vermeiden. Daher macht das Digitalsignal, das auf der Basis der Punktlichtkomponente ausgegeben wird, die als das Subtraktionsergebnis erhalten wird, die Auflösung noch schlechter.
Wie oben beschrieben, weist die konventionelle Photodetektionsvorrichtung ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis auf, und wenn die Signalspannung digitalisiert wird, ist die Auflösung des ausgegebenen Digitalsignals gering. Aufgrund dieses Sachverhalts wurde die vorliegende Erfindung entwickelt, um die vorgenannten Probleme zu überwinden und eine Photodetektionsvorrichtung mit einem hervorragenden Signal-Rausch-Verhältnis bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Photodetektionsvorrichtung, die während des A/D-Umwandlungsvorgangs keine Sättigung bewirkt, wenn die einfallende Lichtstärke groß ist, und eine hervorragende Auflösung gewährleistet, wenn die einfallende Lichtstärke klein ist.
Erfindungsgemäß wird eine Photodetektionsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen Photodetektor, um einen Signalstrom auszugeben, der einer einfallenden Lichtstärke entspricht; eine integrierte Schaltung, um eine elektrische Ladung zu speichern, die dem Signalstrom entspricht, der vom Photodetektor ausgegeben wird, und eine Signalspannung auszugeben, die der gespeicherten Ladungsmenge entspricht; eine Differenzberechnungsschaltung, eine erste CDS-Schaltung, die einen ersten Kopplungskondensator und einen ersten Verstärker aufweist, die beide in dieser Reihenfolge zwischen ihrer Eingangsklemme und Ausgangsklemme in Reihe geschaltet sind, wobei die Eingangsklemme in der Lage ist, die Signalspannung zu empfangen, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, einen ersten Integrierkondensator, der zwischen einem Eingang und einem Ausgang des ersten Verstärkers parallelgeschaltet ist, und ein erstes Schaltmittel, um im ersten Integrierkondensator eine elektrische Ladungsmenge zu speichern, die einer Änderung in der Signalspannung entspricht; eine zweite CDS-Schaltung, die einen zweiten Kopplungskondensator und einen zweiten Verstärker aufweist, die beide in dieser Reihenfolge zwischen ihrer Eingangsklemme und Ausgangsklemme in Reihe geschaltet sind, wobei die Eingangsklemme in der Lage ist, die Signalspannung zu empfangen, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, einen zweiten Integrierkondensator, der einen Kapazitätswert hat, der dem des ersten Integrierkondensators entspricht, und zwischen einem Eingang und einem Ausgang des zweiten Verstärkers parallelgeschaltet ist, und ein zweites Schaltmittel, um im zweiten Integrierkondensator eine elektrische Ladungsmenge zu speichern, die einer Änderung in der Signalspannung entspricht; und wobei diese Differenzberechnungsschaltung eine Differenz zwischen den Ladungsmengen bestimmt, die im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung und im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert sind, und eine der Differenz entsprechende Signalspannung ausgibt, und wobei diese Vorrichtung außerdem umfaßt: N Sätze, N ≥ 2, des Photodetektors, der integrierten Schaltung, der ersten CDS-Schaltung, der zweiten CDS-Schaltung und der Differenzberechnungsschaltung; N Haltestromkreise, die den jeweiligen N Differenzberechnungsschaltungen entsprechen und in der Lage sind, die Signalspannungen, die von den Differenzberechnungsschaltungen ausgegeben werden, zu halten und auszugeben; und einen A/D-Wandler, um die Signalspannungen, die von den N Haltestromkreisen ausgegeben werden, der Reihe nach einzugeben, die Signalspannungen in Digitalsignale umzuwandeln und die umgewandelten Digitalsignale auszugeben.
In dieser Photodetektionsvorrichtung wird vom Photodetektor ein Signalstrom ausgegeben, der einer einfallenden Lichtstärke entspricht, und die integrierte Schaltung speichert eine elektrische Ladung, die dem vom Photodetektor ausgegebenen Signalstrom entspricht, und gibt eine Signalspannung aus, die der Menge der gespeicherten elektrischen Ladung entspricht. In der ersten CDS-Schaltung wird die Signalspannung, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, in den ersten Kopplungskondensator eingegeben, und die Menge der elektrischen Ladung, die eine Änderung in der Eingangssignalspannung entspricht, wird durch das erste Schaltmittel im Integrierkondensator gespeichert. Dementsprechend wird auch in der zweiten CDS-Schaltung die Signalspannungsausgabe von der integrierten Schaltung in den zweiten Kopplungskondensator eingegeben, und die elektrische Ladungsmenge, die einer Änderung in der Eingangssignalspannung entspricht, wird durch das zweite Schaltmittel im zweiten Integrierkondensator gespeichert. Dann bestimmt die Differenzberechnungsschaltung eine Differenz zwischen der Ladungsmenge, die im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung gespeichert ist, und der Ladungsmenge, die im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert ist, und gibt eine dieser Differenz entsprechende Signalspannung aus.
Außerdem umfaßt die erfindungsgemäße Photodetektionsvorrichtung eine Zeitsteuerschaltung, um den Betrieb der integrierten Schaltung, der ersten CDS-Schaltung, der zweiten CDS-Schaltung und der Differenzberechnungsschaltung zu steuern, wobei die Photodetektionsvorrichtung zusammen mit einem lichtemittierenden Mittel verwendet wird, das ein Punktlicht auf einen Gegenstand wirft. In dieser Photodetektionsvorrichtung führt die Zeitsteuerschaltung die Schritte durch des: (1) in einer ersten Periode, wenn das lichtemittierende Mittel das Punktlicht auf den Gegenstand wirft, des Speicherns einer ersten elektrischen Ladungsmenge im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung auf der Basis der Änderung in der Signalspannung, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, wenn der Photodetektor die Punktlichtkomponente und eine Hintergrundlichtkomponente erkennt; (2) in einer zweiten Periode, wenn das lichtemittierende Mittel kein Punktlicht auf den Gegenstand wirft, des Speicherns einer zweiten elektrischen Ladungsmenge im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung auf der Basis der Änderung in der Signalspannung, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, wenn der Photodetektor die Hintergrundlichtkomponente erkennt; und (3) in einer dritten Periode, die auf die erste und zweite Periode folgt, des Berechnens, mit Hilfe der Differenzberechnungsschaltung, einer Differenz zwischen der Ladungsmenge, die im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung gespeichert ist, und der Ladungsmenge, die im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert ist, und dann des Ausgebens einer Signalspannung, die der Differenz von der Differenzberechnungsschaltung entspricht.
Dabei wird die Photodetektionsvorrichtung unter der Steuerung der Zeitsteuerschaltung wie folgt betrieben. In der ersten Periode, wenn der Photodetektor die Punktlichtkomponente und die Hintergrundlichtkomponente erkennt, wird die erste elektrische Ladungsmenge, die einer Änderung in der Signalspannungsausgabe von der integrierten Schaltung entspricht, im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung gespeichert. In der zweiten Periode, wenn der Photodetektor die Hintergrundlichtkomponente erkennt, wird die zweite elektrische Ladungsmenge, die einer Änderung in der Signalspannungsausgabe von der integrierten Schaltung entspricht, im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert. In der dritten Periode bestimmt die Differenzberechnungsschaltung eine Differenz zwischen der elektrischen Ladungsmenge, die im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung gespeichert wird, und der Ladungsmenge, die im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert wird, und gibt eine der Differenz entsprechende Signalspannung aus. Die Signalspannung, die von dieser Differenzberechnungsschaltung ausgegeben wird, entspricht der Punktlichtkomponente. Jede der ersten und zweiten Perioden kann zuerst auftreten.
In diesem Fall sind N Sätze der Photodetektoren, der integrierten Schaltung, der ersten CDS-Schaltung, der zweiten CDS-Schaltung und der Differenzberechnungsschaltung vorgesehen. Die Signalspannung, die von der Differenzberechnungsschaltung jedes Satzes ausgegeben wird, wird im Haltestromkreis gehalten. Dann empfängt der A/D-Wandler aufeinanderfolgend Signalspannungen von den N Haltestromkreisen, wandelt die Signalspannungen in Digitalsignale um, und gibt die umgewandelten Digitalsignale aus. Das heißt, wenn ein ein- oder zweidimensionales Bild fotografiert wird, wird das fotografierte Ergebnis als das Digitalsignal ausgegeben.
Die erfindungsgemäße Photodetektionsvorrichtung umfaßt zudem eine Höchstwerterkennungsschaltung, um einen Höchstwert der Signalspannungen zu erkennen, die von den N Differenzberechnungsschaltungen der N Haltestromkreisen ausgegeben werden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler einen A/D-Umwandlungsbereich dem von der Höchstwerterkennungsschaltung erkannten Höchstwert entsprechend einstellt. In diesem Fall erkennt die Höchstwerterkennungsschaltung den Höchstwert der Signalspannungen, die von den N Diffe renzberechnungsschaltungen oder Haltestromkreisen ausgegeben werden. Der A/D-Wandler stellt den A/D-Umwandlungsbereich dem von der Höchstwerterkennungsschaltung erkannten Höchstwert entsprechend ein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm, das eine Photodetektionsvorrichtung nach einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
2 ist ein Schaltbild, das eine integrierte Schaltung in der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Schaltbild, das eine erste CDS-Schaltung, eine zweite CDS-Schaltung und eine Differenzberechnungsschaltung in der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Schaltbild, das einen Haltestromkreis in der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Schaltbild, das eine Höchstwerterkennungsschaltung in der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Schaltbild, das einen A/D-Wandler in der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
7 ist ein detailliertes Schaltbild, das eine Integrierschaltung mit variabler Kapazität im A/D-Wandler zeigt.
8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, 8G, 8H, 8I, 8J, 8K, 8L und 8M sind Zeitablaufdiagramme, die die Arbeitsweise der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigen.
9A, 9B, 9C und 9D sind Diagramme, die die Arbeitsweise des A/D-Wandlers zeigen.
10 ist ein Schaltbild, das die Differenzberechnungsschaltung in der Photodetektionsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform zeigt.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden werden Ausführungsformen dieser Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen wurden gleichen Elementen stets gleiche Bezugszeichen zugewiesen, und wiederholte Erläuterungen wurden unterlassen. Es ist anzumerken, daß N eine Ganzzahl größer oder gleich 2 ist, und daß ein tiefgestelltes n eine willkürliche Ganzzahl von 1 bis N darstellt, außer bei anderslautender Angabe.
Zuerst werden die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Photodetektionsvorrichtung unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben. 1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm der Photodetektionsvorrichtung nach einer Ausführungsform dieser Erfindung. Die Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsformen weist N Einheiten 100₁ –100_N , eine Höchstwerterkennungsschaltung 200, eine Zeitsteuerschaltung 300, einen A/D-Wandler 400 und ein Verschieberegister 500 auf. Jede Einheit 100_n umfaßt eine Photodiode PD, eine integrierte Schaltung 10, eine erste CDS-Schaltung 21, eine zweite CDS-Schaltung 22, eine Differenzberechnungsschaltung (Differentialverstärker) 30, einen Haltestromkreis 40 und einen Schalter SW₅. Die integrierten Schaltungen 10 in den Einheiten 100_n sind gleich konfiguriert; die ersten CDS-Schaltungen 21 in den Einheiten 100_n sind gleich konfiguriert; die zweiten CDS-Schaltungen 22 in den Einheiten 100_n sind gleich konfiguriert; die Differenzberechnungsschaltungen 30 in den Einheiten 100_n sind gleich konfiguriert; und die Haltestromkreise 40 in den Einheiten 100_n sind gleich konfiguriert. Diese N Einheiten 100₁ –100_N weisen folglich gleiche Konfigurationen auf.
Die Photodiode PD in jeder Einheit 100_n weist einen geerdeten Anodenanschluß und einen Kathodenanschluß auf, der mit dem Eingangsanschluß der integrierten Schaltung 10 verbunden ist. Die Photodiode PD gibt einen der einfallenden Lichtstärke entsprechenden Signalstrom vom Anodenanschluß an den Eingangsanschluß der integrierten Schaltung 10 aus. Die Photodiode PD der Einheiten 100_n sind ein- oder zweidimensional angeordnet, um ein ein- oder zweidimensionales Bild zu erkennen.
2 ist ein Schaltbild der integrierten Schaltung 10 in der Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform. Die Integrierschaltung 10 jeder Einheit 100_n weist einen Verstärker A₁, einen Kondensator C₁ und einen Schalter SW₁ auf, die zwischen ihrem Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß parallelgeschaltet sind. Wenn der Schalter SW₁ geschlossen ist, entlädt die integrierte Schaltung 10 den Kondensator C₁ zur Initialisierung. Wenn der Schalter SW₁ offen ist, integriert die integrierte Schaltung 10 in den Kondensator C₁ eine elektrische Ladung, die am Eingangsanschluß von der Photodiode PD empfangen wird, und gibt an ihrem Ausgangsanschluß eine Signalspannung aus, die der integrierten elektrischen Ladung entspricht. Der Schalter SW₁ wird einem Reset-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird.
3 ist ein Schaltbild, das die erste CDS-Schaltung 21, die zweite CDS-Schaltung 22 und die Differenzberechnungsschaltung 30 in der erfindungsgemäßen Photodetektionsvorrichtung zeigt.
Die erste CDS-Schaltung 21 in jeder Einheit 100_n weist einen Schalter SW₂₁₁, einen Kopplungskondensator C₂₁₁ und einen Verstärker A₂₁ auf, die zwischen dem Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Ein Schalter SW₂₁₂ und ein Integrierkondensator C₂₁₂ sind zwischen dem Eingang und Ausgang des Verstärkers parallelgeschaltet. Die Schalter SW₂₁₁ und SW₂₁₂ wirken als Schaltmittel, um eine elektrische Ladung in den Integrierkondensator C₂₁₂ zu integrieren. Wenn der Schalter SW₂₁₂ geschlossen wird, entlädt die erste CDS-Schaltung 21 den Integrierkondensator C₂₁₂ zur Initialisierung. Wenn der Schalter SW₂₁₂ offen und der Schalter SW₂₁₁ geschlossen wird, wird eine erste elektrische Ladung, die vom Eingangsanschluß durch den Kopplungskondensator C₂₁₁ empfangen wird, im Integrierkondensator C₂₁₂ gespeichert, und eine der gespeicherten Ladung entsprechende Signalspannung wird von seinem Ausgangsanschluß ausgegeben. Der Schalter SW₂₁₁ wird einem CSW211-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Der Schalter SW₂₁₂ wird einem Clamp1-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird.
Die zweite CDS-Schaltung 22 in jeder Einheit 100_n weist einen Schalter SW₂₂₁, einen Kopplungskondensator C₂₂₁ und einen Verstärker A₂₂ auf, die zwischen ihrem Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Ein Schalter SW₂₂₂ und ein Integrierkondensator C₂₂₂ sind zwischen dem Eingang und Ausgang des Verstärkers A₂₂ parallelgeschaltet. Die Schalter SW₂₂₁ und SW₂₂₂ wirken als Schaltmittel, um eine elektrische Ladung im Integrierkondensator C₂₂₂ zu speichern. Der Kapazitätswert des Integrierkondensators C₂₂₂ in der zweiten CDS-Schaltung 22 entspricht dem des Integrierkondensators C₂₁₂ in der zweiten CDS-Schaltung 21. Wenn der Schalter SW₂₂₂ geschlossen wird, entlädt die zweite CDS-Schaltung 22 den Integrierkondensator C₂₂₂ zur Initialisierung. Wenn der Schalter SW₂₂₂ offen und der Schalter SW₂₂₁ geschlossen ist, wird eine zweite elektrische Ladung, die vom Eingangsanschluß durch den Kopplungskondensator C₂₂₁ empfangen wird, im Integrierkondensator C₂₂₂ gespeichert, und eine der gespeicherten Ladung entsprechende Signalspannung wird vom Ausgangsanschluß ausgegeben. Der Schalter SW₂₂₁ wird einem CSW211-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Der Schalter SW₂₂₂ wird einer Clamp2-Signalausgabe entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird.
Die Differenzberechnungsschaltung 30 in jeder Einheit 100_n weist zwei Eingangsanschlüsse 30a und 30b und einen Ausgangsanschluß 30c auf, wobei der erste Eingangsanschluß 30a mit dem Ausgangsanschluß der ersten CDS-Schaltung 21 verbunden ist und der zweite Eingangsanschluß 30b mit dem Ausgangsanschluß der zweiten CDS-Schaltung 22 verbunden ist. Die Differenzberechnungsschaltung 30 weist Schalter SW₃₁-SW₃₃, einen Kondensator C₃ und einen Verstärker A₃ auf. Zwischen dem ersten Eingangsanschluß 30a und dem Ausgangsanschluß 30c sind der Schalter SW₃₁, der Kondensator C₃ und der Verstärker A₃ in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Zwischen dem zweiten Eingangsanschluß 30b und dem Ausgangsanschluß 30c sind der Schalter SW₃₂, der Kondensator C₃ und der Verstärker A₃ in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Eine Verbindung zwischen dem Kondensator C₃ und dem Verstärker A₃ ist durch den Schalter SW₃₃ geerdet.
Wenn der Schalter SW₃₃ geschlossen ist und der Schalter SW₃₂ offen ist, und der Schalter SW₃₁ eine bestimmte Zeit lang geschlossen wird, empfängt der Kondensator C₃ die Signalspannung, die von der ersten CDS-Schaltung 21 ausgegeben wird, und wird mit einer Ladung Q1 geladen. Wenn der Schalter SW₃₃ offen ist und der Schalter SW₃₁ offen ist, und der Schalter SW₃₂ eine bestimmte Zeit lang geschlossen wird, empfängt der Kondensator C₃ die Signalspannung, die von der zweiten CDS-Schaltung 22 ausgegeben wird, und entlädt eine zweite Ladung Q2. Auf diese Weise speichert die Differenz berechnungsschaltung 30 im Kondensator C₃ eine Ladung (Q1-Q2), die Differenz zwischen der Ladung Q1 und der Ladung Q2, und gibt vom Verstärker A₃ eine Signalspannung aus, die der gespeicherten Ladung (Q1–Q2) entspricht. Der Schalter SW₃₁ wird einem Sample1-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Der Schalter SW₃₂ wird einem Sample2-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Der Schalter SW₃₃ wird einem Clamp3-Signal entsprechend geöffnet und geschlossen, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird.
4 ist ein Schaltbild des Haltestromkreises 40 in der Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform. Der Haltestromkreis 40 jeder Einheit 100_n weist einen Schalter SW₄ und einen Verstärker A₄ auf, die in dieser Reihenfolge zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß in Reihe geschaltet sind, mit einer Verbindung zwischen dem Schalter SW₄ und dem Verstärker A₄, die durch einen Kondensator C₄ geerdet ist. Wenn der Schalter SW₄ geschlossen wird, speichert der Haltestromkreis 40 im Kondensator C₄ die Signalspannung, die von der Differenzberechnungsschaltung 30 ausgegeben wird, und hält die Signalspannung im Kondensator C₄ zur Ausgabe an den Verstärker A₄, selbst nachdem der Schalter SW₄ geöffnet wurde. Der Schalter SW₄ wird einem Hold-Signal entsprechend betrieben, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Die Schalter SW₅ in den Einheiten 100_n werden durch das Verschieberegister 500 so gesteuert, daß sie aufeinanderfolgend geöffnet werden, um die Signalspannungen, die von Haltestromkreisen 40 ausgegeben werden, aufeinanderfolgend in den A/D-Wandler 400 einzugeben.
5 ist ein Schaltbild der Höchstwerterkennungsschaltung 200 in der Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform. Die Höchstwerterkennungsschaltung 200 weist NMOS-Transistoren T₁–T_N, Widerstände R₂₀₁–R₂₀₃ und einen Differen tialverstärker A₂₀₁ auf. Jeder Transistor T_n hat eine geerdete Zuleitungselektrode und eine Ableitungselektrode, die durch einen Widerstand R₂₀₃ mit einer Versorgungsspannung Vdd und durch den Widerstand R₂₀₁ mit einem invertierten Eingangsanschluß des Differentialverstärkers A₂₀₁ verbunden ist. Ein Gatter jedes Transistors T_n ist mit dem Ausgangsanschluß des Haltestromkreises 40 der Einheit 100_n verbunden, um die Signalspannung V_n3 vom Haltestromkreis 40 zu empfangen. Der Differentialverstärker A₂₀₁ weist einen Widerstand R₂₀₂ auf, der zwischen seinem invertieren Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß verbunden ist, wobei der nichtinvertierte Eingangsanschluß geerdet ist. In dieser Höchstwerterkennungsschaltung 200 wird die Signalspannung V_n3, die vom Haltestromkreis 40 ausgegeben wird, am Gatter des Transistors T_n empfangen. Ein Potential, das dem Höchstwert dieser Signalspannungen V_n3 entspricht, tritt an der Ableitungselektrode des Transistor T_n auf. Dann wird das Potential der Ableitungselektrode vom Differentialverstärker A₂₀₁ verstärkt, in einem Verstärkungsverhältnis, das dem Verhältnis zwischen den Widerstandswerten der Widerstände R₂₀₁ und R₂₀₂ entspricht. Der verstärkte Spannungswert wird vom Ausgangsanschluß als der Höchstspannungswert V_max an den A/D-Wandler 400 ausgegeben.
6 ist ein Schaltbild des A/D-Wandlers 400 in der Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform. Der A/D-Wandler 400 empfängt den Höchstspannungswert V_max, der von der Höchstwerterkennungsschaltung 200 ausgegeben wird, und verwendet den Höchstspannungswert V_max als A/D-Umwandlungsbereich. Der A/D-Wandler 400 empfängt die Signalspannung V_n3, die vom Haltestromkreis 40 jeder Einheit 100_n ausgegeben wird, aufeinanderfolgend durch den Schalter SW5 und wandelt die Signalspannung (Analogsignal) in ein Digitalsignal um, bevor es dieses ausgibt. Der A/D-Wandler 400 weist eine Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410, einen Komparator A₄₀₂, einen Kapazitätsregler 420 und eine Ausleseschaltung 430 auf.
Die Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 weist einen Kondensator C₄₀₁, einen Verstärker A₄₀₁, eine variable Kondensatoreinheit C₄₀₀ und einen Schalter SW₄₀₁ auf. Der Verstärker A₄₀₁ empfängt an seinem invertierten Eingangsanschluß durch den Kondensator C₄₀₁ die Signalspannung V_n3, die durch den Schalter SW₅ vom Haltestromkreis 40 jeder Einheit 100_n ausgegeben wurde. Der nichtinvertierte Eingangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ ist geerdet. Die variable Kondensatoreinheit C₄₀₀ kann variabel geregelt werden und ist zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ angeordnet, um eine der Eingangssignalspannung entsprechende elektrische Ladung zu integrieren. Der Schalter SW₄₀₁ ist zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ angeordnet. Wenn der Schalter SW₄₀₁ geöffnet wird, wird eine elektrische Ladung in der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ gespeichert. Wenn er geschlossen wird, setzt er die gespeicherte Ladung der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ zurück. Die Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 empfängt die Signalspannung V_n3, die aufeinanderfolgend von jeder Einheit 100_n ausgegeben wird, akkumuliert die Ladung der Kapazität der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ entsprechend, und gibt ein integriertes Signal aus, das Integrierungsergebnis der Signalspannungen.
Der Komparator A₄₀₂ empfängt das integrierte Signal, das von der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 an seinem invertierten Eingangsanschluß ausgegeben wird, und den Höchstspannungswert V_max, der von der Höchstwerterkennungsschaltung 200 ausgegeben wird, an seinem nichtinvertierten Eingangsanschluß. Der Komparator A₄₂₀ vergleicht dann die Werte dieser zwei Eingangssignale und gibt ein Vergleichsergebnissignal aus, das Vergleichsergebnis der Eingangssignale.
Der Kapazitätsregler 420 empfängt das Vergleichsergebnissignal, das vom Komparator A₄₀₂ ausgegeben wird, und gibt auf der Basis des Vergleichsergebnissignals ein Kapazitätsspezifikationssignal C zum Regeln der Kapazität der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ aus. Gleichzeitig gibt der Kapazitätsregler 420 ein erstes Digitalsignal aus, das der Kapazität der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ entspricht, wenn er aufgrund dieses Vergleichsergebnissignals bestimmt, daß die Werte des integrierten Signals und des Höchstspannungswerts V_max bei einer vorgegebenen Auflösung gleich sind.
Die Ausleseschaltung 430 empfängt das erste Digitalsignal, das vom Kapazitätsregler 420 ausgegeben wird und gibt ein dem ersten Digitalsignal entsprechendes zweites Digitalsignal aus. Das zweite Digitalsignal entspricht einer Offset-Variablen der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410, der vom ersten Digitalsignal subtrahiert wird. Die Ausleseschaltung 430 kann zum Beispiel ein Speichergerät sein, welches das erste Digitalsignal als eine Adresse empfängt und als zweites Digitalsignal Daten ausgibt, die unter dieser Adresse im Speichergerät gespeichert sind. Das zweite Digitalsignal wird eu einem Lichterkennungssignal, das von der Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform ausgegeben wird.
7 ist ein detailliertes Schaltbild der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 im A/D-Wandler 400. Dieses Schaltbild zeigt eine Schaltungskonfiguration, die eine A/D-Umwandlungsfunktion mit einer Auflösung von 1/2⁴ = 1/16 aufweist. Diese Schaltungskonfiguration wird im folgenden erläutert.
Wie in diesem Schaltbild gezeigt, weist die variable Kondensatoreinheit C₄₀₀ Kondensatoren C₄₁₁–C₄₁₄, Schalter SW₄₁₁-SW₄₁₄ und Schalter SW₄₂₁–SW₄₂₄ auf.
Der Kondensator C₄₄₁ und der Schalter SW₄₁₁ sind zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ in Reihe geschaltet, und der Schalter SW₄₂₁ ist zwischen einer Verbindung zwischen dem Kondensator C₄₁₁ und dem Schalter SW₄₁₁ und einem Massepotential angeordnet.
Der Kondensator C₄₁₂ und der Schalter SW₄₁₂ sind zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ in Reihe geschaltet, und der Schalter SW₄₂₂ ist zwischen einer Verbindung zwischen dem Kondensator C₄₁₂ und dem Schalter SW₄₁₂ und einem Massepotential angeordnet.
Der Kondensator C₄₁₃ und der Schalter SW₄₁₃ sind zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ in Reihe geschaltet, und der Schalter SW₄₂₃ ist zwischen einer Verbindung zwischen dem Kondensator C₄₁₃ und dem Schalter SW₄₁₃ und einem Massepotential angeordnet.
Der Kondensator C₄₁₄ und der Schalter SW₄₁₄ sind zwischen dem invertierten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Verstärkers A₄₀₁ in Reihe geschaltet, und der Schalter SW₄₂₄ ist zwischen einer Verbindung zwischen dem Kondensator C₄₁₄ und dem Schalter SW₄₁₄ und einem Massepotential angeordnet.
Die Schalter SW₄₁₁–SW₄₁₄ werden den Kapazitätsspezifikationssignalen C11–C14 entsprechend geöffnet und geschlossen, die vom Kapazitätsregler 420 von 6 ausgegeben werden.
Die Schalter SW₄₂₁–SW₄₂₄ werden den Kapazitätsspezifikationssignalen C21–024 entsprechend geöffnet und geschlossen, die vom Kapazitätsregler 420 von 6 ausgegeben werden.
Wenn die Kapazitätswerte der Kondensatoren C₄₁₁–C₄₁₄ als C₄₁₁–C₄₁₄ ausgedrückt werden, erfüllen sie die folgenden Beziehungen, wobei C₀ als eine Konstante gilt. (1) C411 = 2C412 = 4C413 = 8C414 (2) C411 + C412 + C413 + C414 = CO
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform Bezug nehmend auf 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, 8G, 8H, 8I, 8J, 8K, 8L und 8M und 9A, 9B, 9C und 9D beschrieben.
8A–8M sind Zeitablaufdiagramme, die die Arbeitsweise der Photodetektionsvorrichtung der Ausführungsform zeigen. Im folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem die Photodetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform zusammen mit dem lichtemittierenden Mittel LED als Leuchtdiode (siehe 1) den Bereichssensor ausmacht.
Das heißt, die unten beschriebene Arbeitsweise betrifft den Vorgang der Ausgabe des Lichterkennungssignals nur für die Punktlichtkomponente (Signallichtkomponente), die von der Leuchtdiode LED auf einen Gegenstand OBJ geworfen wird, nach Entfernung der Hintergrundlichtkomponente/
Am Zeitpunkt t₁ wird das Reset-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₁ der integrierten Schaltung 10 geschlossen wird, um den Kondensator C₁ zur Initialisierung zu entladen. Gleichzeitig wird auch das Clamp1-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 geschlossen wird, um den CDS-Betrieb in der ersten CDS-Schaltung 21 zu beenden.
Am Zeitpunkt t₂ wird das Reset-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₁ der integrierten Schaltung 10 geöffnet wird. Nach dem Zeitpunkt t₂ wird die Ladung, die von der Photodiode PD ausgegeben wird, in den Kondensator C₁ integriert, wodurch die Signalspannung, die vom Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird, progressiv zunimmt. An diesem Zeitpunkt t₂ bleibt das Clamp1-Signal logisch eins, und der Schalter SW₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 bleibt geschlossen. Ferner ist am Zeitpunkt t₂ das CSW211-Signal logisch null, und der Schalter SW₂₁₁ der ersten CDS-Schaltung 21 ist offen.
Am Zeitpunkt t₃ wird das Clamp1-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 geöffnet wird; und das CSW211-Signal wird logisch eins, wodurch der Schalter SW₂₁₁ der ersten CDS-Schaltung 21 geschlossen wird. Am Zeitpunkt t₄, eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t₃, wird das CSW211-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₂₁₁ der ersten CDS-Schaltung 21 geöffnet wird.
In der Periode zwischen Zeitpunkt t₂ und Zeitpunkt t₄ wird ein Punktlicht von der Leuchtdiode LED auf den Gegenstand geworfen. Daher treten sowohl die Punktlichtkomponente als auch die Hintergrundlichtkomponente, die von der Leuchtdiode LED geworfen und vom Gegenstand OBJ reflektiert werden; in die Photodiode PD ein, die einen Signalstrom ausgibt. Beim Empfang des Signalstroms integriert die integrierte Schaltung 10 eine elektrische Ladung in den Kondensator C₁ und gibt eine der integrierten Ladungsmenge entsprechende Signalspannung aus.
In der Periode zwischen Zeitpunkt t₃ und Zeitpunkt t₄ (erste Periode) wird die Signalspannung, die vom Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird, in die erste CDS-Schaltung 21 eingegeben, was zur Folge hat, daß eine elektrische Ladung, die einer Änderung in der Eingangssignalspannung nach dem Zeitpunkt t₃ entspricht, in den Integrierkondensator C₂₁₂ integriert wird, wodurch von der ersten CDS-Schaltung 21 eine Signalspannung ausgegeben wird, die der integrierten Ladungsmenge entspricht.
Die Signalspannung, von nach dem Zeitpunkt t₄ der ersten CDS-Schaltung 21 ausgegeben wird, ist daher ein Spannungswert V_n1, der einer Differenz zwischen den Signalspannungen entspricht, die am Zeitpunkt t₃ von der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird und am Zeitpunkt t₄ und von einer Rauschkomponente befreit wird, die in der integrierten Schaltung 10 erzeugt wird.
Am Zeitpunkt t₄ wird das Reset-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₁ der integrierten Schaltung 10 geschlossen wird, um den Kondensator C₁ zur Initialisierung zu entladen. Auch das Clamp2-Signal wird logisch eins, wodurch der Schalter SW₂₁₂ der zweiten CDS-Schaltung 22 geschlossen wird und der CDS-Betrieb der zweiten CDS-Schaltung 22 beendet wird.
Am Zeitpunkt t₅ wird das Reset-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₁ geöffnet wird. Nach Zeitpunkt t₅ wird die elektrische Ladung, die von der Photodiode PD ausgegeben wird, in den Kondensator C₁ integriert, wodurch die Signalspannung, die vom Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird, progressiv steigt. Am Zeitpunkt t₅ bleibt das Clamp2-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₂₂₂ der zweiten CDS-Schaltung 22 geschlossen bleibt. Ferner ist am Zeitpunkt t₅ das CSW221-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₂₂₁ der zweiten CDS-Schaltung 22 offen bleibt.
Am Zeitpunkt t₅ wird das Clamp2-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₂₂₂ der zweiten CDS-Schaltung 22 geöffnet wird, und das CSW221-Signal wird logisch eins, wodurch der Schalter SW₂₂₁ der zweiten CDS-Schaltung 22 geschlossen wird. Dann, am Zeitpunkt t₇, eine vorgegebene Zeitdauer nach Zeitpunkt t₆, wird das CSW221-Signal wird logisch null, wodurch der Schalter SW₂₂₁ der zweiten CDS-Schaltung 22 geöffnet wird.
In der Periode zwischen Zeitpunkt t₅ und Zeitpunkt t₇ wird das Punktlicht nicht von der Leuchtdiode auf den Gegenstand projiziert. Daher tritt nur die Hintergrundlichtkomponente in die Photodiode PD ein, die dann einen entsprechenden Signalstrom ausgibt. Beim Empfang des Signalstroms integriert die integrierte Schaltung 10 eine elektrische Ladung in den Kondensator C₁ und gibt eine Signalspannung aus, die der integrierten Ladungsmenge entspricht. In der Periode zwischen t₆ und t₇ (zweite Periode) wird die Signalspannung, die vom Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird, in die zweite CDS-Schaltung 22 eingegeben, was zur Folge hat, daß eine elektrische Ladung, die einer Änderung in der Eingangssignalspannung nach dem Zeitpunkt t₆ entspricht, in den Integrierkondensator C₂₂₂ integriert wird, wodurch von der zweiten CDS-Schaltung 22 eine Signalspannung ausgegeben wird, die der integrierten Ladungsmenge entspricht. Die Signalspannung, die nach dem Zeitpunkt t₇ von der zweiten CDS-Schaltung 22 ausgegeben wird, ist daher ein Spannungswert V_n2, der einer Differenz zwischen den Signalspannungen entspricht, die am Zeitpunkt t₆ von der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird und am Zeitpunkt t₇ und von einer Rauschkomponente befreit wird, die in der integrierten Schaltung 10 erzeugt wird.
Nach dem Zeitpunkt t₇ entspricht die elektrische Ladung, die im Integrierkondensator C₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 gespeichert ist, der Summe der Punktlichtkomponente und der Hintergrundlichtkomponente. Die elektrische Ladung, die im Integrierkondensator C₂₂₂ der zweiten CDS-Schaltung 22 gespeichert ist, entspricht nur der Hintergrundlichtkomponente. Da die Periode t₃–t₄ (erste Periode) und die Periode t₆–t₇ (zweite Periode) gleich lang sind, T, und da die Kapazität des Integrierkondensators C₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 und die Kapazität des Integrierkondensators C₂₂₂ der zweiten CDS-Schaltung 22 gleich sind, entspricht der Spannungswert V_n1 der Summe der Punktlichtkomponente und der Hintergrundlichtkomponente, und der Spannungswert V_n2 entspricht nur der Hintergrundlichtkomponente. Daher entspricht die Spannungsdifferenz ΔV_n = (V_n1–V_n2) nur der Punktlichtkomponente. Demnach kann nach Zeitpunkt t₈ die Spannungsdifferenz ΔV_n wie folgt von der Differenzberechnungsschaltung 30 bestimmt werden.
Nach Zeitpunkt t₇ (dritte Periode) ist das Reset-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₁ der integrierten Schaltung 10 geschlossen wird, um den Kondensator C₁ zu entladen und den initialisierten Zustand beizubehalten. Das Clamp1-Signal ist logisch null, wodurch der Schalter SW₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 offen gelassen wird. Das Clamp2-Signal ist logisch null, wodurch der Schalter SW₂₁₂ offen gelassen wird.
In einer Periode t₈–t₉ der dritten Periode nach Zeitpunkt t₇ ist das Sample1-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₃₁ der Differenzberechnungsschaltung 30 geschlossen wird. An diesem Zeitpunkt ist das Sample2-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₃₂ der Differenzberechnungsschaltung 30 geöffnet wird, und das Clamp3-Signal ist logisch eins, wodurch der Schalter SW₃₃ der Differenzberechnungsschaltung 30 geschlossen wird. Während dieser Periode wird der Spannungswert V_n1, der vom Ausgangsanschluß der ersten CDS-Schaltung 21 ausgegeben wird, durch den Schalter SW₃₁ der Differenzberechnungsschaltung 30 in den Kondensator C₃ eingegeben, wo er gehalten wird.
In einer Periode t₁₀–t₁₁ der dritten Periode nach Zeitpunkt t₇ ist das Sample2-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₃₂ der Differenzberechnungsschaltung 30 geschlossen wird. An diesem Zeitpunkt ist das Sample1-Signal logisch null, wodurch der Schalter SW₃₁ der Differenzberechnungsschaltung 30 offen gelassen wird, und das Clamp3-Signal ist logisch null, wodurch der Schalter SW₃₃ der Differenzberechnungsschaltung 30 offen gelassen wird. Während dieser Periode wird der Spannungswert V_n2, der vom Ausgangsanschluß der zweiten CDS-Schaltung 22 ausgegeben wird, durch den Schalter SW₃₂ der Differenzberechnungsschaltung 30 in den Kondensator C₃ eingegeben. Da an diesem Zeitpunkt der Schalter SW₃₃ der Differenzberechnungsschaltung 30 offen ist, hält der Kondensator C₃ der Differenzberechnungs schaltung 30 die Differenz ΔV_n zwischen dem Spannungswert V_n2 und dem Spannungswert V_n1. Diese Spannungsdifferenz ΔV_n entspricht nur der Punktlichtkomponente.
Am Zeitpunkt t₁₀ wird das Hold-Signal logisch eins, wodurch der Schalter SW₄ des Haltestromkreises 40 geschlossen wird, um zu bewirken, daß die im Kondensator C₃ der Differenzberechnungsschaltung 30 gespeicherte Spannungsdifferenz ΔV_n durch den Verstärker A₃ der Differenzberechnungsschaltung 30 und den Schalter SW₄ des Haltestromkreises 40 zum Kondensator C₄ des Haltestromkreises 40 übertragen wird, wo sie gehalten wird. Selbst, nachdem das Hold-Signal am Zeitpunkt t₁₁ logisch null geworden ist, wodurch der Schalter SW₄ geöffnet wird, wird die im Kondensator C₄ des Haltestromkreises 40 gehaltene Spannungsdifferenz ΔV_n vom Verstärker A₄ als die Signalspannung V_n3 ausgegeben.
Die Signalspannung V_n3, die vom Haltestromkreis 40 jeder Einheit 100_n ausgegeben wird, wird an die Höchstwerterkennungsschaltung 200 gesendet, die den Höchstspannungswert V_max erkennt. Der Schalter SW₅ jeder Einheit 100_n wird durch das Verschieberegister 500 aufeinanderfolgend geschlossen, wodurch die Signalspannung V_n3 vom Haltestromkreis 40 jeder Einheit 100_n dem A/D-Wandler 400 zugeführt wird.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des A/D-Wandlers 400 Bezug nehmend auf 9A–9D erläutert. Am Zeitpunkt t₁₁ wird der Schalter SW₄₀₁ der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 geschlossen, um die Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 zu initialisieren. Die Schalter SW₄₁₁–SW₄₁₄ und die Schalter SW₄₂₁–SW₄₂₄ der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 werden geschlossen, wodurch die Kapazität der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ auf C₀ gesetzt wird.
Dann, an einem Punkt nach Zeitpunkt t₁₁, wird der Schalter SW₄₀₁ des A/D-Wandlers 400 geöffnet, und der Schalter SW₅ der ersten Einheit 100₁ wird geschlossen. Die Signalspannung V₁₃, die vom Haltestromkreis 40 der ersten Einheit 100₁ ausgegeben wird, wird durch den Schalter SW₅ der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 des A/D-Wandlers 400 zugeführt. Wenn die Signalspannung V₁₃ in das Kondensatorelement C₄₀₁ der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 eingegeben wird, fließt eine elektrische Ladung Q, die dem Wert der Signalspannung V₁₃ und dem Kapazitätswert Co der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ entspricht, in die variable Kondensatoreinheit C₄₀₀ (siehe 9A). An diesem Zeitpunkt wird der integrierte Signalwert V_sa, der von der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 ausgegeben wird, ausgedrückt als (3) Vsa = V13 = Q/CO
Dann öffnet der Kapazitätsregler 420 die Schalter SW₄₁₂–SW₄₁₄ der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ und schließt dann die Schalter SW₄₂₂–SW₄₂₄ (siehe 9B). Als Ergebnis wird der Kapazitätswert des variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ zu C₄₁₁, und der Wert V_sb des integrierten Signals, das von der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 ausgegeben wird, wird gegeben durch (4) Vab = Ω/C411
Dieses integrierte Signal wird an den Komparator A₄₀₂ gesendet, wo es mit dem Höchstspannungswert V_max verglichen wird.
Wenn V_ab > V_max öffnet der Kapazitätsregler 420 aufgrund dieses Vergleichsergebnisses den Schalter SW₄₂₂ der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ und schließt dann den Schalter SW₄₁₂ (siehe 9C) . Als Ergebnis wird der Kapazitätswert der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ zu C₄₁₁ + C₄₁₂, und der integrierte Signalwert V_sc, der von der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 ausgegeben wird, wird zu (5) Vsc = Ω/(C411+C412)
Das integrierte Signal wird in den Komparator A₄₀₂ eingegeben, wo es mit dem Höchstspannungswert V_max verglichen wird.
Wenn V_sb < V_max, öffnet der Kapazitätsregler 420 aufgrund dieses Vergleichsergebnisses die Schalter SW₄₁₁ und SW₄₂₂ der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ und schließt dann die Schalter SW₄₁₂ und SW₄₂₁ (siehe 9D). Als Ergebnis wird der Kapazitätswert der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ Zu C₄₁₂, und der integrierte Signalwert V_sd, der von der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 ausgegeben wird, wird zu (6) Vsd = 4/C412
Das integrierte Signal wird dem Komparator A₄₀₂ zugeführt, wo es mit dem Höchstspannungswert V_max verglichen wird.
Danach werden die Regelung des Kapazitätswerts der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ und der Vergleich zwischen dem integrierten Signalwert und dem Höchstspannungswert V_max in einer Rückkopplungsschleife der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410, des Komparators A₄₀₂ und des Kapazitätsreglers 420 wie oben beschrieben fortgesetzt, bis der Kapazitätsregler 420 bestimmt, daß der integrierte Signalwert und der Höchstspannungswert V_max bei einer vorgegebenen Auflösung übereinstimmen. Wenn der Kapazitätsregler 420 die Kapazitätsregelung an allen Kondensatoren C₄₁₁–C₄₁₄ der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ wie oben beschrieben beendet, sendet er ein Digitalsignal, das dem Endkapazitätswert der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ entspricht, an die Ausleseschaltung 430.
Die Ausleseschaltung 430 empfängt das Digitalsignal vom Kapazitätsregler 420 als eine Adresse und gibt digitale Daten, die im Speichergerät unter dieser Adresse gespeichert sind, als ein Lichterkennungssignal der erfindungsgemäßen Photodetektionsvorrichtung aus. Wie oben beschrieben, wird die Signalspannung V₁₃, die der Lichtstärke des Punktlichts entspricht, das von der Photodiode PD der ersten Einheit 100₁ erkannt wird, vom A/D-Wandler 400 in ein Digitalsignal umgewandelt, das dann als ein Lichterkennungssignal ausgegeben wird. Auf entsprechende Weise wird die Signalspannung V_n3, die der Lichtstärke des Punktlichts entspricht, das von der Photodiode PD der zweiten oder folgenden Einheit 100_n erkannt wird, vom A/D-Wandler 400 in ein Digitalsignal umgewandelt, das dann nachfolgend als ein Lichterkennungssignal ausgegeben wird.
Der Höchstwert unter den Signalspannungen V_n3, die in die Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 eingegeben werden, ist der Höchstspannungswert V_max, und der Höchstkapazitätswert des variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ ist Co, so daß Gleichung (3) gemäß der Höchstwert der elektrischen Ladung Q, die in die variable Kondensatoreinheit C₄₀₀ fließt, V_max–C₀ entspricht. Wenn eine n. Signalspannung V_n3 der Höchstspannungswert V_max ist, werden alle Schalter SW₄₁₁-SW₄₁₄ der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ geschlossen, was bewirkt, daß der Kapazitätswert der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ gleich Co wird. Wenn zum anderen eine andere n. Signalspannung V_n3 kleiner ist als der der Höchstspannungswert V_max, ist die elektrische Ladung Q, die in die variable Kondensatoreinheit C₄₀₀ fließt, kleiner als V_max–C₀, so daß das Öffnen eines der Schalter SW₄₁₁–SW₄₁₄ der variablen Kondensatoreinheit C₄₀₀ bewirkt, daß das integrierte Signal, das von der Integrierschaltung mit variabler Kapazität 410 ausgegeben wird, dem Höchstspannungswert V_max entspricht.
Wie oben beschrieben, definiert der Höchstspannungswert V_max, der von der Höchstwerterkennungsschaltung 200 aus gegeben wird und in den Komparator A₄₀₂ eingegeben wird, den Höchstwert der Signalspannung V_n3, die ohne Sättigung des A/D-Wandlers 400 digitalisiert werden kann, d.h. den A/D-Umwandlungsbereich. Da eine der Signalspannungen V_n3, die in den A/D-Wandler 400 eingegeben werden, der Höchstspannungswert V_max ist, kann der gesamte A/D-Umwandlungsbereich wirkungsvoll ausgenutzt werden. Das heißt, der optische Detektor dieser Ausführungsform wird selbst dann nicht gesättigt, wenn die einfallende Lichtstärke groß ist, und weist selbst dann eine hervorragende A/D-Umwandlungsauflösung auf, wenn die einfallende Lichtstärke klein ist.
In Fällen, wo ein Signal nur für die Punktlichtkomponente bestimmt wird, indem das Erkennungsergebnis der Hintergrundlichtkomponente vom Erkennungsergebnis der Punktlichtkomponente und der Hintergrundlichtkomponente subtrahiert wird, wie bei Verwendung der Photodetektionsvorrichtung in einem Bereichssensor, weist das Digitalsignal, das vom A/D-Wandler 400 auf der Basis der Punktlichtkomponente ausgegeben wird, das durch die Subtraktionsmethode erhalten wird, eine hervorragende Auflösung auf, wenn die Hintergrundlichtkomponente im Vergleich zur Punktlichtkomponente des Lichts, das von der Photodiode PD erkannt wird, groß ist.
Ferner, wenn die Punktlichtkomponente und die Hintergrundlichtkomponente beide von der Photodiode PD erkannt werden, wird in dieser Ausführungsform eine Signalspannungsänderung V_n1, die in einer vorgegebenen Periode T von der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird, im Integrierkondensator C₂₁₂ der ersten CDS-Schaltung 21 gehalten. Wenn nur die Hintergrundlichtkomponente von der Photodiode PD erkannt wird, wird eine Signalspannungsänderung V_n2, die in einer vorgegebenen Periode T von der integrierten Schaltung 10 ausgegeben wird, im Integrierkondensator C₂₂₂ der zweiten CDS-Schaltung 22 gehalten. Dadurch wird eine Signalspannung V_n3, die der Differenz zwischen dem Spannungswert V_n1 und dem Spannungswert V_n2 entspricht, von der Differenzberechnungsschaltung 30 bestimmt und an den Haltestromkreis 40 ausgegeben. Daher werden der Spannungswert V_n1, der von der ersten CDS-Schaltung 21 ausgegeben wird, der Spannungswert V_n2, der von der zweiten CDS-Schaltung 22 ausgegeben wird, und die Signalspannung V_n3, die vom Haltestromkreis 40 ausgegeben wird, alle von der Rauschkomponente befreit, die in der integrierten Schaltung 10 erzeugt wird.
Als nächstes wird eine andere Ausführungsform der Differenzberechnungsschaltung in der erfindungsgemäßen Photodetektionsvorrichtung beschrieben. 10 ist ein Schaltbild einer Differenzberechnungsschaltung 30A in der Photodetektionsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform. Die Differenzberechnungsschaltung 30A wird anstelle der Differenzberechnungsschaltung 30 von 1 verwendet. Die Differenzberechnungsschaltung 30A weist zwei Eingangsanschlüsse 30a, 30b und einen Ausgangsanschluß 30c auf, wobei der erste Eingangsanschluß 30a mit dem Ausgangsanschluß der ersten CDS-Schaltung 21 verbunden ist und der zweite Eingangsanschluß 30b mit dem Ausgangsanschluß der zweiten CDS-Schaltung 22 verbunden ist. Die Differenzberechnungsschaltung 30A weist Schalter SW₃₁–SW₃₃, Kondensatoren C₃₁, C₃₂ und einen Verstärker A₃ auf. Zwischen dem ersten Eingangsanschluß 30a und dem Ausgangsanschluß 30c sind der Schalter SW₃₁, der Kondensator C₃₁ und der Verstärker A₃ in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Zwischen dem zweiten Eingangsanschluß 30b und dem Ausgangsanschluß 30c sind Schalter SW₃₂, der Kondensator C₃₁ und der Verstärker A₃ in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Zwischen dem Eingang und Ausgang des Verstärkers A₃ sind der Schalter SW₃₃ und der Kondensator C₃₂ parallelgeschaltet.
Die Differenzberechnungsschaltung 30A, die in 10 gezeigt wird, weist nahezu die gleiche Arbeitsweise wie die Differenzberechnungsschaltung 30 von 3 auf. Das heißt, wenn bei geöffnetem Schalter SW₃₃ der Schalter SW₃₂ geöffnet und der Schalter SW₃₁ eine bestimmte Zeit lang geschlossen wird, empfängt die Differenzberechnungsschaltung 30A die Signalspannung, die von der ersten CDS-Schaltung 21 ausgegeben wird, um den Kondensator C₃₂ mit einer elektrischen Ladung Q1 zu laden. Wenn bei geöffnetem Schalter SW₃₃ der Schalter SW₃₁ geöffnet und der Schalter SW₃₂ eine bestimmte Zeit lang geschlossen wird, empfängt die Differenzberechnungsschaltung 30A die Signalspannung, die von der zweiten CDS-Schaltung 22 ausgegeben wird, um eine elektrische Ladung Q2 vom Kondensator C₃₂ zu entladen. Auf diese Weise speichert die Differenzberechnungsschaltung 30A, eine elektrische Ladung (Q1–Q2), die Differenz zwischen der Ladung Q1 und der Ladung Q2, im Kondensator C₃₂ und gibt eine der Ladung (Q1–Q2) entsprechende Signalspannung aus. Der Schalter SW₃₁ wird dem Sample1-Signal entsprechend betrieben, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Der Schalter SW₃₂ wird dem Sample2-Signal entsprechend betrieben, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird. Der Schalter SW₃₃ wird dem Clamp3-Signal entsprechend betrieben, das von der Zeitsteuerschaltung 300 ausgegeben wird.
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf vielfältige Weise modifiziert werden. Statt den A/D-Wandler 400 zu verwenden, ist es zum Beispiel möglich, die Signalspannung V_n3 aus dem Haltestromkreis 40 jeder Einheit 100_n aufeinanderfolgend als ein Ausgangssignal der Photodetektionsvorrichtung auszugeben.
Ferner, auch wenn in den obigen Ausführungsformen eine Photodetektionsvorrichtung oder ein Abbildungsgerät mit zwei oder mehr Photodioden erläutert wurde, kann diese Erfindung auf eine Photodetektionsvorrichtung mit nur einer Photodiode angewandt werden. In diesem Fall braucht nur ein Satz der Photodiode PD, der integrierten Schaltung 10, der ersten CDS-Schaltung 21, der zweiten CDS-Schaltung 22 und der Differenzberechnungsschaltung 30 (oder 30A) vorgesehen zu werden, um ein ähnlich gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen.
Auch wenn in den obigen Ausführungsformen der Höchstwert der Signalspannungen V_n3, die von den Haltestromkreisen 40 der Einheiten 100_n ausgegeben werden, von der Höchstwerterkennungsschaltung 200 erkannt wird, ist es möglich, den Höchstwert der Signalspannungen, die von den Differenzberechnungsschaltungen 30 (oder 30A) der Einheiten 100_n ausgegeben werden, durch die Höchstwerterkennungsschaltung 200 zu erkennen.
Wie oben beschrieben, wird mit dieser Erfindung ein Signalstrom, der der einfallenden Lichtstärke entspricht, von den Photodetektoren ausgegeben, und die integrierte Schaltung integriert eine elektrische Ladung, die dem Signalstrom entspricht, der von den Photodetektoren ausgegeben wird, und gibt eine Signalspannung aus, die der Menge der integrierten elektrischen Ladung entspricht. Die erste CDS-Schaltung empfängt an ihrem ersten Kopplungskondensator die Signalspannung, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, und speichert eine elektrische Ladung, die einer Änderung in der empfangenen Signalspannung entspricht, mit Hilfe des ersten Schaltmittels in den ersten Integrierkondensator. Dementsprechend empfängt die zweite CDS-Schaltung an ihrem zweiten Kopplungskondensator die Signalspannung, die von der integrierten Schaltung ausgegeben wird, und speichert eine elektrische Ladung, die einer Änderung in der empfangenen Signalspannung entspricht, mit Hilfe des zweiten Schalt-mittels in den zweiten Integrierkondensator. Dann bestimmt die Differenzberechnungsschaltung eine Differenz zwischen der Ladung, die im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung gespeichert ist, und der Ladung, die im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert ist, und gibt dann eine der Differenz entsprechende Signalspannung aus.
Wenn die integrierte Schaltung zwischen verschiedenen Integriervorgängen Rauschschwankungen aufweist, wird der Rauschfehler daher von der ersten und zweiten CDS-Schaltung beseitigt. In der ersten Periode wird eine elektrische Ladung, die der Punktlichtkomponente (Signallichtkomponente) und der Hintergrundlichtkomponente entspricht, im ersten Integrierkondensator der ersten CDS-Schaltung gespeichert; in der zweiten Periode wird eine elektrische Ladung, die der Hintergrundlichtkomponente entspricht, im zweiten Integrierkondensator der zweiten CDS-Schaltung gespeichert; und in der dritten Periode wird eine Differenz zwischen diesen zwei Ladungen von der Differenzberechnungsschaltung bestimmt. Die Signalspannung, die von der Differenzberechnungsschaltung ausgegeben wird, entspricht daher nur der Punktlichtkomponente (Signallichtkomponente). Auf diese Weise bleibt das Signal-Rausch-Verhältnis der Lichterkennung selbst dann hoch, wenn die vom Photodetektor erkannte Lichtmenge, d.h. der Wert der Signalspannung, klein ist.
Ferner, wenn die Folge des Speicherns der elektrischen Ladungen in der integrierte Schaltung aufgrund des Zeitsteuerung des lichtemittierenden Mittels wie z.B. einer Leuchtdiode geändert werden muß, d.h., wenn die erste Periode und die zweite Periode vertauscht werden müssen, kann die konventionelle Technologie solch eine Änderung nicht durchführen, da die Schaltung hinter der integrierten Schaltung fest ist und nur in einer Polarität betrieben werden kann. Mit dieser Erfindung jedoch können die erste und zweite CDS-Schaltung unabhängig voneinander betrieben werden, wodurch die Ladung, die in diesen Schaltungen gespeichert wird, unabhängig ausgegeben werden kann. Das heißt, diese Erfindung erlaubt die einfache Vertauschung der ersten Periode und der zweiten Periode.
Es sind N Sätze des Photodetektors, der integrierten Schaltung, der ersten CDS-Schaltung, der zweiten CDS-Schaltung, der Differenzberechnungsschaltung und des Haltestromkreises vorhanden. Die Signalspannung, die von der Differenzberechnungsschaltung jedes Satzes ausgegeben wird, wird im Haltestromkreis gehalten. Der A/D-Wandler empfängt aufeinanderfolgend die Signalspannungen, die von den N Haltestromkreisen ausgegeben werden, wandelt die Signalspannungen in Digitalsignale um und gibt die umgewandelten Digitalsignale aus. In diesem Falle wird ein 1-dimensionales oder 2-dimensionales Bild erkannt, und das Erkennungsergebnis wird als ein Digitalsignal ausgegeben.
Die Höchstwerterkennungsschaltung erkennt den Höchstwert der Signalspannungen, die von den N Differenzberechnungsschaltungen oder Haltestromkreisen ausgegeben werden. Wenn im A/D-Wandler der A/D-Umwandlungsbereich dem von der Höchstwerterkennungsschaltung erkannten Höchstwert entsprechend geregelt wird, wird die A/D-Umwandlung selbst dann nicht gesättigt, wenn die einfallende Lichtstärke groß ist, und wird selbst dann eine hervorragende, Auflösung aufweisen, wenn die einfallende Lichtstärke klein ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Photodetektionsvorrichtung angewandt werden.

Claims

Photodetektionsvorrichtung, umfassend: einen Photodetektor (PD), um einen Signalstrom auszugeben, der einer einfallenden Lichtstärke entspricht; eine integrierte Schaltung (10), um eine elektrische Ladung zu speichern, die dem Signalstrom entspricht, der vom Photodetektor (PD) ausgegeben wird, und eine Signalspannung auszugeben, die der gespeicherten Ladungsmenge entspricht; eine Differenzberechnungsschaltung (30); eine erste CDS-Schaltung (21), die einen ersten Kopplungskondensator (C₂₁₁) und einen ersten Verstärker (A₂₁) aufweist, die beide in dieser Reihenfolge zwischen ihrer Eingangsklemme und Ausgangsklemme in Reihe geschaltet sind, wobei die Eingangsklemme in der Lage ist, die Signalspannung zu empfangen, die von der integrierten Schaltung (10) ausgegeben wird, einen ersten Integrierkondensator (C₂₁₂), der zwischen einem Eingang und einem Ausgang des ersten Verstärkers (A₂₁) parallelgeschaltet ist, und ein erstes Schaltmittel (SW₂₁₂), um im ersten Integrierkondensator (C₂₁₂) eine elektrische Ladungsmenge zu speichern, die einer Änderung in der Signalspannung entspricht; eine zweite CDS-Schaltung (22), die einen zweiten Kopplungskondensator (C₂₂₁) und einen zweiten Verstärker (A₂₂) aufweist, die beide in dieser Reihenfolge zwischen ihrer Eingangsklemme und Ausgangsklemme in Reihe geschaltet sind, wobei die Eingangsklemme in der Lage ist, die Signalspannung zu empfangen, die von der integrierten Schaltung (10) ausgegeben wird, einen zweiten Integrierkondensator (C₂₂₂), der einen Kapazi tätswert hat, der dem des ersten Integrierkondensators (C₂₁₂) entspricht, und zwischen einem Eingang und einem Ausgang des zweiten Verstärkers (A₂₂) parallelgeschaltet ist, und ein zweites Schaltmittel (SW₂₂₂), um im zweiten Integrierkondensator (C₂₂₂) eine elektrische Ladungsmenge zu speichern, die einer Änderung in der Signalspannung entspricht; wobei diese Differenzberechnungsschaltung (30) eine Differenz zwischen den Ladungsmengen bestimmt, die im ersten Integrierkondensator (C₂₁₂) der ersten CDS-Schaltung (21) und im zweiten Integrierkondensator (C₂₂₂) der zweiten CDS-Schaltung (22) gespeichert sind, und eine der Differenz entsprechende Signalspannung ausgibt, und wobei diese Vorrichtung außerdem umfaßt: N Sätze, N ≥ 2, des Photodetektors (PD), der integrierten Schaltung (10), der ersten CDS-Schaltung (21), der zweiten CDS-Schaltung (22) und der Differenzberechnungsschaltung (30); N Haltestromkreise (40), die den jeweiligen N Differenzberechnungsschaltungen (30) entsprechen und in der Lage sind, die Signalspannungen, die von den Differenzberechnungsschaltungen (30) ausgegeben werden, zu halten und auszugeben; und einen A/D-Wandler (400), um die Signalspannungen, die von den N Haltestromkreisen (40) ausgegeben werden, der Reihe nach einzugeben, die Signalspannungen in Digitalsignale umzuwandeln und umgewandelte Digitalsignale auszugeben.
Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend eine Zeitsteuerschaltung (300), um den Betrieb der integrierten Schaltung (10), der ersten CDS-Schaltung (21), der zweiten CDS-Schaltung (22) und der Differenzberechnungsschaltung (30) zu steuern, wobei die Photodetektionsvorrichtung zusammen mit einem lichtemittierenden Mittel verwendet wird, das ein Punktlicht auf einen Gegenstand wirft; wobei die Zeitsteuerschaltung (300) die Schritte durchführt des: in einer ersten Periode, wenn das lichtemittierende Mittel das Punktlicht auf den Gegenstand wirft, des Speicherns einer ersten elektrischen Ladungsmenge im ersten Integrierkondensator (C₂₁₂) der ersten CDS-Schaltung (21) auf der Basis der Änderung in der Signalspannung, die von der integrierten Schaltung (10) ausgegeben wird, wenn der Photodetektor (PD) die Punktlichtkomponente und eine Hintergrundlichtkomponente erkennt; in einer zweiten Periode, wenn das lichtemittierende Mittel kein Punktlicht auf den Gegenstand wirft, des Speicherns einer zweiten elektrischen Ladungsmenge im zweiten Integrierkondensator (C₂₂₂) der zweiten CDS-Schaltung (22) auf der Basis der Änderung in der Signalspannung, die von der integrierten Schaltung (10) ausgegeben wird, wenn der Photodetektor (PD) die Hintergrundlichtkomponente erkennt; und in einer dritten Periode, die auf die erste und zweite Periode folgt, des Berechnens, mit Hilfe der Differenzberechnungsschaltung (30), einer Differenz zwischen der Ladungsmenge, die im ersten Integrierkondensator (C₂₁₂) der ersten CDS-Schaltung (21) gespeichert ist, und der Ladungsmenge, die im zweiten Integrierkondensator (C₂₂₂) der zweiten CDS-Schaltung (22) gespeichert ist, und dann des Ausgebens einer Signalspannung, die der Differenz von der Differenzberechnungsschaltung (30) entspricht.
Photodetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend: eine Höchstwerterkennungsschaltung (200), um einen Höchstwert der Signalspannungen zu erkennen, die von den N Differenzberechnungsschaltungen (30) oder den N Haltestromkreisen (40) ausgegeben werden; wobei der A/D-Wandler (400) einen A/D-Umwandlungsbereich dem von der Höchstwerterkennungsschaltung erkannten Höchstwert entsprechend einstellt.