JP2004200794A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換回路を含み高速動作が可能な光検出装置を提供する。
【解決手段】光検出装置１では、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nが光検出部１０においてＭ行(Ｋ×Ｎ)列に配列されていて、各行の(Ｋ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ、ｎ＝１〜Ｎ）それぞれについて、時間Ｔ毎に処理（電荷蓄積、ＣＤＳ、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換）がなされる。積分回路２０_m,nにおける電荷蓄積動作、ＣＤＳ回路３０_m,nにおけるＣＤＳ動作、フィルタ回路４０_m,nにおけるフィルタリング動作、および、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,nにおけるＡ／Ｄ変換動作それぞれは、時間(Ｎ×Ｔ)毎に処理がなされる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配列された複数のフォトダイオードを含む光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光検出装置は、２次元状または１次元状に配列された複数のフォトダイオードと、アンプおよび積分容量素子を含む積分回路とを備えた装置であり、また、さらにＡ／Ｄ変換回路などをも備える場合がある（例えば特許文献１を参照）。この光検出装置では、各フォトダイオードへの入射光の強度に応じた量の電荷が該フォトダイオードから出力され、その電荷が積分容量素子に蓄積され、その蓄積された電荷の量に応じた電圧値が積分回路から出力される。そして、積分回路から出力された電圧値はＡ／Ｄ変換回路によりデジタル値に変換される。複数のフォトダイオードそれぞれで発生した電荷の量に応じてＡ／Ｄ変換回路から出力されるデジタル値に基づいて、複数のフォトダイオードが配列された光検出面へ入射する光が検出される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７０９６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光検出装置において高速に光検出する際には、Ａ／Ｄ変換回路の処理速度を高速にすることが必要であるが、Ａ／Ｄ変換回路を高速動作させてＡ／Ｄ変換誤差を低減しようとすると、Ａ／Ｄ変換回路の消費電力が大きくなる。多数のＡ／Ｄ変換回路を集積化する場合には、Ａ／Ｄ変換回路の消費電力が大きいほど、発熱の問題が生じる。したがって、Ａ／Ｄ変換回路を高速動作させるにも限界がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、Ａ／Ｄ変換回路を含み高速動作が可能な光検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光検出装置は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を各々発生する(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nと（ただし、Ｋは２以上の整数、ｋは１以上Ｋ以下の各整数、Ｍは１以上の整数、ｍは１以上Ｍ以下の各整数、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の各整数）、(2) (Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nのうちＫ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）に対応して１つずつ設けられ、これらＫ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）それぞれで発生した電荷を順次に入力して蓄積し、この蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する(Ｍ×Ｎ)個の積分回路と、(3) (Ｍ×Ｎ)個の積分回路それぞれに対応して１つずつ設けられ、各々対応する積分回路から出力された電圧値に応じたデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光検出装置では、各ｍ値および各ｎ値について、Ｋ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）それぞれにおいて光入射に応じて発生した電荷は、順次に、１個の積分回路に入力して蓄積され、この蓄積された電荷の量に応じた電圧値が積分回路から出力される。そして、積分回路から出力された電圧値に応じたデジタル値がＡ／Ｄ変換回路から出力される。したがって、この光検出装置は高速動作が可能である。
【０００８】
本発明に係る光検出装置は、積分回路とＡ／Ｄ変換回路との間に設けられ、積分回路から出力された電圧値を入力し、この電圧値の一定時間の変化分を表す電圧値を出力するＣＤＳ回路を更に備えるのが好適である。この場合には、積分回路から出力された電圧値はＣＤＳ回路に入力して、この電圧値の一定時間の変化分を表す電圧値がＣＤＳ回路から出力されるので、積分回路のアンプのオフセットばらつきがＣＤＳ回路により除去され得る。
【０００９】
本発明に係る光検出装置は、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nがＭ行(Ｋ×Ｎ)列に２次元状（Ｍ＝２のとき）または１次元状（Ｍ＝１のとき）に配列されており、フォトダイオードＰＤ_k,m,nが第ｍ行第(ｎ＋(ｋ−１)Ｎ)列の位置に配置されているのが好適である。この場合には、フォトダイオードについての処理（電荷蓄積およびＡ／Ｄ変換の他、必要に応じてＣＤＳ）は、各行について列の並び順になされ得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る光検出装置１の全体構成図である。図２は、本実施形態に係る光検出装置１の一部構成図である。図１で示された光検出部１０の詳細が図２に示されている。
【００１２】
これらの図に示される光検出装置１は、光検出部１０、(Ｍ×Ｎ)個の積分回路２０_1,1〜２０_M,N、(Ｍ×Ｎ)個のＣＤＳ回路３０_1,1〜３０_M,N、(Ｍ×Ｎ)個のフィルタ回路４０_1,1〜４０_M,N、(Ｍ×Ｎ)個のＡ／Ｄ変換回路５０_1,1〜５０_M,N、および制御回路６０を備える。また、光検出部１０は、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_1,1,1〜ＰＤ_K,M,N、および、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のスイッチＳＷ_1,1,1〜ＳＷ_K,M,Nを有する。ここで、Ｋは２以上の整数であり、Ｍは１以上の整数であり、Ｎは２以上の整数である。また、以下に現れるｋ，ｍ，ｎについては、ｋは１以上Ｋ以下の各整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。なお、図１および図２では、Ｋを２とし、ＭおよびＮを４としている。
【００１３】
フォトダイオードＰＤ_k,m,nは、入射光強度に応じた量の電荷を発生して接合容量部に蓄積するものである。これら(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nは、光検出部１０において、Ｍ行(Ｋ×Ｎ)列に２次元状（Ｍ＝２のとき）または１次元状（Ｍ＝１のとき）に等間隔に配列されている。フォトダイオードＰＤ_k,m,nは第ｍ行第(ｎ＋(ｋ−１)Ｎ)列の位置に配置されている。スイッチＳＷ_k,m,nは、フォトダイオードＰＤ_k,m,nに対して１対１に対応して、該フォトダイオードＰＤ_k,m,nと信号線ＳＬ_m,nとの間に設けられている。Ｋ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）それぞれは、対応するスイッチＳＷ_k,m,nを介して、信号線ＳＬ_m,nと接続されている。この信号線ＳＬ_m,nは、積分回路２０_m,nの入力端に接続されている。また、Ｍ個のスイッチＳＷ_k,m,n（ｍ＝１〜Ｍ）は、制御回路６０から制御線ＣＬ_k,nに出力された制御信号により一括して開閉が制御される。
【００１４】
積分回路２０_m,nは、Ｋ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）に対応して１つずつ設けられており、これらＫ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）それぞれで発生した電荷がスイッチＳＷ_k,m,nおよび信号線ＳＬ_m,nを経て順次に到達した電荷を入力して蓄積し、この蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する。ＣＤＳ（Correlated Double Sampling、相関二重サンプリング）回路３０_m,nは、積分回路２０_m,nから出力された電圧値を入力し、この電圧値の一定時間の変化分を表す電圧値を出力する。
【００１５】
フィルタ回路４０_m,nは、ＣＤＳ回路３０_m,nから出力された電圧値を入力して、この電圧値に含まれる熱雑音成分を低減して、その熱雑音成分低減後の電圧値を出力する。このフィルタ回路４０_m,nは、熱雑音成分を低減し得るフィルタ特性を有するローパスフィルタであるのが好適である。Ａ／Ｄ変換回路５０_m,nは、フィルタ回路４０_m,nから出力された電圧値を入力し、この電圧値をＡ／Ｄ変換して、この電圧値（アナログ値）に応じたデジタル値を出力する。
【００１６】
制御回路６０は、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のスイッチＳＷ_1,1,1〜ＳＷ_K,M,Nそれぞれの開閉を制御する為の制御信号を制御線ＣＬ_k,nに出力する。また、制御回路６０は、積分回路２０_m,n、ＣＤＳ回路３０_m,nおよびＡ／Ｄ変換回路５０_m,nそれぞれの動作をも制御する。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る光検出装置１の回路図である。この図では、簡略化の為に、フォトダイオードＰＤ_k,m,n、スイッチＳＷ_k,m,n、積分回路２０_m,n、ＣＤＳ回路３０_m,n、フィルタ回路４０_m,nおよびＡ／Ｄ変換回路５０_m,nが１組のみ示されている。
【００１８】
積分回路２０_m,nは、アンプＡ₂₀、積分容量素子Ｃ₂₀およびスイッチＳＷ₂₀を有している。アンプＡ₂₀の入力端子は信号線ＳＬ_m,nに接続されている。アンプＡ₂₀の入出力端子間に積分容量素子Ｃ₂₀およびスイッチＳＷ₂₀が並列的に設けられている。スイッチＳＷ₂₀は制御部６０により制御されて開閉する。スイッチＳＷ₂₀が閉じているとき、積分容量素子Ｃ₂₀は放電されて、積分回路２０_m,nから出力される電圧値は初期化される。一方、スイッチＳＷ₂₀が開いているとき、信号線ＳＬ_m,nを経て到達した電荷が積分容量素子Ｃ₂₀に蓄積され、この積分容量素子Ｃ₂₀に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路２０_m,nから出力される。
【００１９】
ＣＤＳ回路３０_m,nは、アンプＡ₃₀、積分容量素子Ｃ₃₁、結合容量素子Ｃ₃₂およびスイッチＳＷ₃₀を有している。アンプＡ₃₀の入力端子は、結合容量素子Ｃ₃₂を介して、積分回路２０_m,nのアンプＡ₂₀の出力端子に接続されている。アンプＡ₃₀の入出力端子間に積分容量素子Ｃ₃₁およびスイッチＳＷ₃₀が並列的に設けられている。スイッチＳＷ₃₀は制御部６０により制御されて開閉する。スイッチＳＷ₃₀が閉じているとき、積分容量素子Ｃ₃₁は放電されて、ＣＤＳ回路３０_m,nから出力される電圧値は初期化される。一方、スイッチＳＷ₃₀が開いた時刻ｔ₀より以降、積分回路２０_m,nから出力された電圧値の変動分に応じた電荷が積分容量素子Ｃ₃₁に蓄積され、この積分容量素子Ｃ₃₁に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値がＣＤＳ回路３０_m,nから出力される。
【００２０】
フィルタ回路４０_m,nは、抵抗素子Ｒ₄₀および容量素子Ｃ₄₀を有している。抵抗素子Ｒ₄₀は、フィルタ回路４０_m,nの入力端と出力端との間に設けられており、その出力端は、容量素子Ｃ₄₀を介して接地電位と接続されている。このフィルタ回路４０_m,nはローパスフィルタとして作用し、そのフィルタ特性におけるカットオフ周波数は、抵抗素子Ｒ₄₀の抵抗値および容量素子Ｃ₄₀の容量値に応じたものである。
【００２１】
図３に示された回路図において、各素子の特性値の一例は以下のとおりである。フォトダイオードＰＤ_m,nの接合容量値Ｃ_dと信号線ＳＬ_m,nの寄生容量値との和は２２０ｐＦであり、信号線ＳＬ_m,nの抵抗値は１ｋΩである。積分回路２０_m,nの積分容量素子Ｃ₂₀の容量値Ｃ_fは１．２５ｐＦであり、積分回路２０_m,nのアンプＡ₂₀の周波数帯域Ｂは１ＭＨｚであり、アンプＡ₂₀の入力トランジスタ・コンダクタンスＧ_mは１０ｍＳである。また、温度Ｔは２７℃である。このとき、積分回路２０_m,nのアンプＡ₂₀で生じる熱雑音Ｖ_nは１２１０μＶ_rmsである。そして、フィルタ回路４０_m,nの容量素子Ｃ₄₀の容量値を１００ｐＦとし、フィルタ回路４０_m,nの抵抗素子Ｒ₄₀の抵抗値を２０ｋΩとすると、フィルタ回路４０_m,nのフィルタ特性におけるカットオフ周波数は０．０８ＭＨｚであり、フィルタ回路４０_m,nから出力される電圧値に含まれる熱雑音成分は７２４μＶ_rmsまで低減される。
【００２２】
次に、本実施形態に係る光検出装置１の動作について説明する。本実施形態に係る光検出装置１は、制御部６０による制御の下に、以下のように動作する。図４は、本実施形態に係る光検出装置１の動作を説明するタイミングチャートである。この光検出装置１は、第１行〜第Ｍ行が並列動作する。
【００２３】
この図には、上から順に、スイッチＳＷ_1,m,1の開閉、スイッチＳＷ_1,m,2の開閉、スイッチＳＷ_1,m,3の開閉、スイッチＳＷ_1,m,4の開閉、スイッチＳＷ_2,m,1の開閉、スイッチＳＷ_2,m,2の開閉、スイッチＳＷ_2,m,3の開閉、および、スイッチＳＷ_2,m,4の開閉、が示されている。さらに続いて、積分回路２０_m,1の出力電圧値、積分回路２０_m,2の出力電圧値、積分回路２０_m,3の出力電圧値、積分回路２０_m,4の出力電圧値、フィルタ回路４０_m,1の出力電圧値、フィルタ回路４０_m,2の出力電圧値、フィルタ回路４０_m,3の出力電圧値、フィルタ回路４０_m,4の出力電圧値、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,1の出力デジタル値、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,2の出力デジタル値、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,3の出力デジタル値、および、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,4の出力デジタル値、が示されている。
【００２４】
また、この図に示されるように、光検出装置１の動作は、循環する８つの期間Ｔ_1,1、Ｔ_1,2、Ｔ_1,3、Ｔ_1,4、Ｔ_2,1、Ｔ_2,2、Ｔ_2,3およびＴ_2,4に区分される。これらの各期間Ｔ_k,nの時間Ｔは一定である。スイッチＳＷ_1,m,1は期間Ｔ_1,1内に閉じ、スイッチＳＷ_1,m,2は期間Ｔ_1,2内に閉じ、スイッチＳＷ_1,m,3は期間Ｔ_1,3内に閉じ、スイッチＳＷ_1,m,4は期間Ｔ_1,4内に閉じ、スイッチＳＷ_2,m,1は期間Ｔ_2,1内に閉じ、スイッチＳＷ_2,m,2は期間Ｔ_2,2内に閉じ、スイッチＳＷ_2,m,3は期間Ｔ_2,3内に閉じ、スイッチＳＷ_2,m,4は期間Ｔ_2,4内に閉じ、以降、このようなスイッチの開閉が繰り返される。
【００２５】
スイッチＳＷ_1,m,1は期間Ｔ_1,1内に閉じる。また、この期間Ｔ_1,1前に、積分回路２０_m,1のスイッチＳＷ₂₀は一旦閉じた後に開き、積分回路２０_m,1の出力電圧値は初期化されている。スイッチＳＷ_1,m,1が閉じると、それまでフォトダイオードＰＤ_1,m,1で発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチＳＷ_1,m,1および信号線ＳＬ_m,1を経て積分回路２０_m,1に入力し、この積分回路２０_m,1の積分容量素子Ｃ₂₀に蓄積され、その蓄積された電荷の量に応じた電圧値が積分回路２０_m,1から出力される。積分回路２０_m,1の出力電圧値は期間Ｔ_1,1後も期間Ｔ_1,3まで保持され、期間Ｔ_1,4になって、積分回路２０_m,1のスイッチＳＷ₂₀が閉じると、積分回路２０_m,1の出力電圧値が初期化される。
【００２６】
積分回路２０_m,1の出力電圧値はＣＤＳ回路３０_m,1に入力する。このＣＤＳ回路３０_m,1からは、期間Ｔ_1,1から期間Ｔ_1,2までのうちの一定時間における積分回路２０_m,1の出力電圧値の変化分に応じた電圧値が出力される。ＣＤＳ回路３０_m,1の出力電圧値は、フィルタ回路４０_m,1に入力して熱雑音成分が低減される。しかし、フィルタ回路４０_m,1のフィルタ特性に因り、フィルタ回路４０_m,1の出力電圧波形は、ＣＤＳ回路３０_m,1の出力電圧波形と比べて鈍ったものとなる。
【００２７】
フィルタ回路４０_m,1の出力電圧値は、その値が安定した時点でＡ／Ｄ変換回路５０_m,1によりＡ／Ｄ変換されて、期間Ｔ_1,3にＡ／Ｄ変換回路５０_m,1からデジタル値が出力される。ここで、期間Ｔ_1,3にＡ／Ｄ変換回路５０_m,1から出力されるデジタル値は、期間Ｔ_1,1にフォトダイオードＰＤ_1,m,1の接合容量部から積分回路２０_m,1の積分容量素子Ｃ₂₀に移動した電荷の量に応じたもの、すなわち、フォトダイオードＰＤ_1,m,1への光入射の強度に応じたものである。
【００２８】
また、スイッチＳＷ_2,m,1は期間Ｔ_2,1内に閉じる。また、この期間Ｔ_2,1前に、積分回路２０_m,1のスイッチＳＷ₂₀は一旦閉じた後に開き、積分回路２０_m,1の出力電圧値は初期化されている。スイッチＳＷ_2,m,1が閉じると、それまでフォトダイオードＰＤ_2,m,1で発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチＳＷ_2,m,1および信号線ＳＬ_m,1を経て積分回路２０_m,1に入力し、この積分回路２０_m,1の積分容量素子Ｃ₂₀に蓄積され、その蓄積された電荷の量に応じた電圧値が積分回路２０_m,1から出力される。積分回路２０_m,1の出力電圧値は期間Ｔ_2,1後も期間Ｔ_2,3まで保持され、期間Ｔ_2,4になって、積分回路２０_m,1のスイッチＳＷ₂₀が閉じると、積分回路２０_m,1の出力電圧値が初期化される。
【００２９】
積分回路２０_m,1の出力電圧値はＣＤＳ回路３０_m,1に入力する。このＣＤＳ回路３０_m,1からは、期間Ｔ_2,1から期間Ｔ_2,2までのうちの一定時間における積分回路２０_m,1の出力電圧値の変化分に応じた電圧値が出力される。ＣＤＳ回路３０_m,1の出力電圧値は、フィルタ回路４０_m,1に入力して熱雑音成分が低減される。しかし、フィルタ回路４０_m,1のフィルタ特性に因り、フィルタ回路４０_m,1の出力電圧波形は、ＣＤＳ回路３０_m,1の出力電圧波形と比べて鈍ったものとなる。
【００３０】
フィルタ回路４０_m,1の出力電圧値は、その値が安定した時点でＡ／Ｄ変換回路５０_m,1によりＡ／Ｄ変換されて、期間Ｔ_2,3にＡ／Ｄ変換回路５０_m,1からデジタル値が出力される。ここで、期間Ｔ_2,3にＡ／Ｄ変換回路５０_m,1から出力されるデジタル値は、期間Ｔ_2,1にフォトダイオードＰＤ_2,m,1の接合容量部から積分回路２０_m,1の積分容量素子Ｃ₂₀に移動した電荷の量に応じたもの、すなわち、フォトダイオードＰＤ_2,m,1への光入射の強度に応じたものである。
【００３１】
以上では、スイッチＳＷ_1,m,1、スイッチＳＷ_2,m,1、積分回路２０_m,1、ＣＤＳ回路３０_m,1、フィルタ回路４０_m,1およびＡ／Ｄ変換回路５０_m,1について、すなわち、ｎが１の場合について、動作を説明した。ｎが２〜４の場合も、動作タイミングがシフトするものの同様である。
【００３２】
したがって、フォトダイオードＰＤ_1,m,1への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_1,3に出力され、フォトダイオードＰＤ_1,m,2への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_1,4に出力され、フォトダイオードＰＤ_1,m,3への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_2,1に出力され、フォトダイオードＰＤ_1,m,4への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_2,2に出力され、フォトダイオードＰＤ_2,m,1への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_2,3に出力され、フォトダイオードＰＤ_2,m,2への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_2,4に出力され、フォトダイオードＰＤ_2,m,3への光入射の強度に応じたデジタル値がその後の期間Ｔ_1,1に出力され、フォトダイオードＰＤ_2,m,4への光入射の強度に応じたデジタル値が期間Ｔ_1,2に出力される。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係る光検出装置１では、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nが光検出部１０においてＭ行(Ｋ×Ｎ)列に配列されていて、各行の(Ｋ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ、ｎ＝１〜Ｎ）について順次に時間Ｔ毎に処理（電荷蓄積、ＣＤＳ、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換）がなされる。一方、積分回路２０_m,nにおける電荷蓄積動作、ＣＤＳ回路３０_m,nにおけるＣＤＳ動作、フィルタ回路４０_m,nにおけるフィルタリング動作、および、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,nにおけるＡ／Ｄ変換動作それぞれは、時間(Ｎ×Ｔ)毎に処理がなされる。
【００３４】
本実施形態に係る光検出装置１では、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,nは時間(Ｎ×Ｔ)毎に処理をすればよく、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,nに対する高速処理の要求が緩和されるので、Ａ／Ｄ変換回路５０_m,nにおける消費電力の増加が抑制される。
【００３５】
また、積分回路２０_m,nから出力された電圧値に含まれる熱雑音成分がフィルタ回路４０_m,nにより低減される。また、フィルタ回路４０_m,nから出力される電圧値波形は鈍るが、積分回路２０_m,nにおける電荷蓄積からＡ／Ｄ変換回路５０_m,nにおけるＡ／Ｄ変換に至る迄の動作は時間(Ｎ×Ｔ)毎に処理がなされ、フィルタ回路４０_m,nから出力される電圧値は、その値が安定した時点でＡ／Ｄ変換回路５０_m,nによりＡ／Ｄ変換される。したがって、この光検出装置１は、光検出の高速性を維持したまま、光検出のＳ／Ｎ比が改善され得る。また、積分回路２０_m,nに含まれるアンプＡ₂₀の入力トランジスタ・コンダクタンスＧ_mを大きくしなくても、光検出のＳ／Ｎ比の改善が図られるので、アンプＡ₂₀の消費電力の増加が抑制され、この点でも、発熱の問題が低減される。
【００３６】
また、ＣＤＳ回路３０_m,nが設けられていることにより、積分回路２０_m,nのアンプＡ₂₀のオフセットばらつきがＣＤＳ回路３０_m,nにより除去されるので、この点でも、光検出のＳ／Ｎ比の改善が図られる。なお、ＣＤＳ回路３０_m,nにもアンプＡ₃₀が含まれているが、このアンプＡ₃₀で生じる熱雑音は、積分回路２０_m,nに含まれているアンプＡ₂₀で生じる熱雑音と比べて僅かである。
【００３７】
さらに、(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nがＭ行(Ｋ×Ｎ)列に配列されていて、フォトダイオードＰＤ_k,m,nが第ｍ行第(ｎ＋(ｋ−１)Ｎ)列の位置に配置されており、フォトダイオードＰＤ_k,m,nについての処理（電荷蓄積、ＣＤＳ、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換）が各行について列の並び順になされるので、光検出装置１により得られた光検出データの記憶や画像処理が容易である。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光検出装置では、各ｍ値および各ｎ値について、Ｋ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）それぞれにおいて光入射に応じて発生した電荷は、順次に、１個の積分回路に入力して蓄積され、この蓄積された電荷の量に応じた電圧値が積分回路から出力される。そして、積分回路から出力された電圧値に応じたデジタル値がＡ／Ｄ変換回路から出力される。したがって、この光検出装置は高速動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光検出装置１の全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る光検出装置１の一部構成図である。
【図３】本実施形態に係る光検出装置１の回路図である。
【図４】本実施形態に係る光検出装置１の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…光検出装置、１０…光検出部、２０…積分回路、３０…ＣＤＳ回路、４０…フィルタ回路、５０…Ａ／Ｄ変換回路、６０…制御回路、Ａ…アンプ、Ｃ…容量素子、Ｒ…抵抗素子、ＰＤ…フォトダイオード、ＳＷ…スイッチ、ＣＬ…制御線、ＳＬ…信号線。

Claims (3)

1. 入射光強度に応じた量の電荷を各々発生する(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nと（ただし、Ｋは２以上の整数、ｋは１以上Ｋ以下の各整数、Ｍは１以上の整数、ｍは１以上Ｍ以下の各整数、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の各整数）、
   前記(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nのうちＫ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）に対応して１つずつ設けられ、これらＫ個のフォトダイオードＰＤ_k,m,n（ｋ＝１〜Ｋ）それぞれで発生した電荷を順次に入力して蓄積し、この蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する(Ｍ×Ｎ)個の積分回路と、
   前記(Ｍ×Ｎ)個の積分回路それぞれに対応して１つずつ設けられ、各々対応する積分回路から出力された電圧値に応じたデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換回路と、
   を備えることを特徴とする光検出装置。
2. 前記積分回路と前記Ａ／Ｄ変換回路との間に設けられ、前記積分回路から出力された電圧値を入力し、この電圧値の一定時間の変化分を表す電圧値を出力するＣＤＳ回路を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
3. 前記(Ｋ×Ｍ×Ｎ)個のフォトダイオードＰＤ_k,m,nがＭ行(Ｋ×Ｎ)列に２次元状（Ｍ＝２のとき）または１次元状（Ｍ＝１のとき）に配列されており、フォトダイオードＰＤ_k,m,nが第ｍ行第(ｎ＋(ｋ−１)Ｎ)列の位置に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。

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