JP2006332796A - Photodetector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光強度に応じた電圧値を出力する光検出装置に関するものである。 The present invention relates to a light detection device that outputs a voltage value corresponding to an incident light intensity.
光検出装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、このフォトダイオードで発生した電荷を蓄積して当該蓄積電荷量に応じた電圧値を出力する積分回路と、を備えている。また、光検出装置は、積分回路の出力電圧値に含まれるオフセット誤差およびスイッチングノイズ(以下では両者を併せて「オフセット誤差等」という。)を除去するために、CDS(CorrelatedDouble Sampling、相関二重サンプリング)回路を更に備える場合がある(例えば特許文献1を参照)。このCDS回路は、基準時刻に積分回路から出力される電圧値を基準電圧値とし、この基準時刻以降、積分回路から出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた電圧値を出力する。 The photodetecting device includes a photodiode that generates an amount of charge corresponding to the incident light intensity, and an integration circuit that accumulates the charge generated by the photodiode and outputs a voltage value corresponding to the amount of accumulated charge. ing. In addition, the photodetection device uses CDS (Correlated Double Sampling, correlated double sampling) in order to remove offset error and switching noise (hereinafter referred to as “offset error”) included in the output voltage value of the integration circuit. A sampling circuit may be further provided (see, for example, Patent Document 1). The CDS circuit uses a voltage value output from the integration circuit at the reference time as a reference voltage value, and outputs a voltage value corresponding to a difference between the voltage value output from the integration circuit and the reference voltage value after the reference time. .
また、光検出装置は、複数のフォトダイオードが1次元状または2次元状に配列されている場合には、1次元画像または2次元画像を撮像することができる。このような光検出装置では、1つのフォトダイオードに対して1組の積分回路およびCDS回路が設けられてもよいが、その場合には全体の回路規模が大きくなる。そこで、全体の回路規模を小さくするために、複数のフォトダイオードに対して1組の積分回路およびCDS回路が設けられることが望ましい。 In addition, the photodetection device can capture a one-dimensional image or a two-dimensional image when a plurality of photodiodes are arranged in a one-dimensional shape or a two-dimensional shape. In such a photodetection device, one set of integration circuit and CDS circuit may be provided for one photodiode, but in this case, the entire circuit scale becomes large. Therefore, in order to reduce the overall circuit scale, it is desirable to provide a set of integration circuits and CDS circuits for a plurality of photodiodes.
例えば、M×N個のフォトダイオードがM行N列に2次元配列されている場合、各行のN個のフォトダイオードに対して1組の積分回路およびCDS回路が設けられる。すなわち、全体でM組の積分回路およびCDS回路が設けられる。そして、各行について、N個のフォトダイオードそれぞれが順次に積分回路に接続されて、N個のフォトダイオードそれぞれへの入射光の強度に応じた電圧値が順次にCDS回路から出力される。
ところが、上記のような光検出装置において、積分回路の出力電圧値に含まれるオフセット誤差等を除去するCDS回路を備えているにも拘らず、そのオフセット誤差等の除去が不充分である場合があった。 However, although the above-described photodetection device includes a CDS circuit that removes an offset error or the like included in the output voltage value of the integration circuit, the removal of the offset error or the like may be insufficient. there were.
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、オフセット誤差等を充分に除去することができる光検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a photodetector that can sufficiently eliminate an offset error or the like.
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発生するフォトダイオードと、(2) フォトダイオードと配線との間に設けられ、閉じているときに、フォトダイオードで発生した電荷を配線へ出力するスイッチと、(3)配線に入力端が接続されたアンプと、このアンプの入力端と出力端との間に並列的に設けられた容量素子およびリセット用スイッチとを含み、リセット用スイッチが開いているときに、フォトダイオードで発生しスイッチおよび配線を経て入力した電荷を容量素子に蓄積し、容量素子に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、(4)基準時刻に積分回路から出力される電圧値を基準電圧値とし、基準時刻以降、積分回路から出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた信号値を出力するCDS回路と、(5) スイッチ,積分回路およびCDS回路それぞれの動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。更に、本発明に係る光検出装置に含まれる制御部は、配線の容量値をCwとし、容量素子の容量値をCfとし、アンプのゲインバンド積をGBWとし、リセット用スイッチが開いて積分回路が電荷蓄積可能状態となる時刻から基準時刻までの時間をTとしたときに、これらのパラメータの間に下記(1)式の関係式が成り立つように制御を行うことを特徴とする。 The photodetecting device according to the present invention includes (1) a photodiode that generates an amount of electric charge according to incident light intensity, and (2) a photodiode that is provided between the photodiode and the wiring and is closed. A switch that outputs the charge generated in the wiring to the wiring, (3) an amplifier whose input terminal is connected to the wiring, and a capacitive element and a reset switch provided in parallel between the input terminal and the output terminal of the amplifier When the reset switch is open, the charge generated by the photodiode and input through the switch and the wiring is accumulated in the capacitor element, and the voltage value corresponding to the amount of the charge accumulated in the capacitor element is (4) The voltage value output from the integration circuit at the reference time is set as the reference voltage value, and the signal value corresponding to the difference between the voltage value output from the integration circuit and the reference voltage value after the reference time CD that outputs A circuit, characterized in that it comprises, and (5) the switch, the control unit for controlling an integrating circuit and CDS circuit each operation. Furthermore, the control unit included in the optical detection apparatus according to the present invention, the capacitance value of the wiring and C w, the capacitance of the capacitor and C f, the gain band product of the amplifier and GBW, reset switch is opened Control is performed so that the relational expression of the following equation (1) is established between these parameters, where T is the time from the time when the integration circuit becomes charge accumulable to the reference time.
この光検出装置では、積分回路は、リセット用スイッチが閉じることにより、容量素子が放電されて出力電圧値が初期化され、その後にリセット用スイッチが開くことにより、入力する電荷を容量素子に蓄積することができる電荷蓄積可能状態となる。リセット用スイッチが開いているときに、フォトダイオードとともに設けられているスイッチが閉じると、該フォトダイオードで発生して当該接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチおよび配線を経て積分回路に入力して積分回路の容量素子に蓄積され、この容量素子に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が積分回路からCDS回路へ出力される。そして、CDS回路では、基準時刻に積分回路から出力される電圧値が基準電圧値とされて、この基準時刻以降、積分回路から出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた信号値がCDS回路から出力される。このとき、上記(1)式の関係式が満たされるような制御が制御部により行われることにより、積分回路の出力電圧値に含まれるオフセット誤差等がCDS回路により充分に除去されて、そのオフセット誤差等が除去された信号値がCDS回路から出力され得る。 In this photodetection device, the integrating circuit is configured such that when the reset switch is closed, the capacitive element is discharged and the output voltage value is initialized, and then the reset switch is opened to store the input charge in the capacitive element. The charge can be accumulated. If the switch provided with the photodiode is closed while the reset switch is open, the charge generated in the photodiode and accumulated in the junction capacitor is input to the integration circuit via the switch and wiring. Then, the voltage is stored in the capacitive element of the integrating circuit, and a voltage value corresponding to the amount of charge stored in the capacitive element is output from the integrating circuit to the CDS circuit. In the CDS circuit, the voltage value output from the integration circuit at the reference time is set as the reference voltage value, and after this reference time, the signal value corresponding to the difference between the voltage value output from the integration circuit and the reference voltage value. Is output from the CDS circuit. At this time, the control unit performs control so that the relational expression (1) is satisfied, whereby the offset error included in the output voltage value of the integration circuit is sufficiently removed by the CDS circuit, and the offset is obtained. A signal value from which an error or the like has been removed can be output from the CDS circuit.
また、本発明に係る光検出装置は、複数組のフォトダイオードおよびスイッチに対して1組の積分回路およびCDS回路が設けられているのが好適である。この場合、複数のスイッチが順次に閉じることで、複数のフォトダイオードが順次に積分回路に接続される。各フォトダイオードは一定周期で積分回路に接続される期間を有し、前回の接続期間から今回の接続期間までの間に発生し該フォトダイオードの接合容量部に蓄積されていた電荷はスイッチおよび配線を経て積分回路へ入力される。この光検出装置は、上記(1)式の関係式が満たされるような制御が制御部により行われることにより、オフセット誤差等が除去されてS/N比が優れた1次元画像または2次元画像を撮像することができ、また、全体の回路規模を小さくすることができる。 In the photodetector according to the present invention, it is preferable that one set of integration circuits and CDS circuits are provided for a plurality of sets of photodiodes and switches. In this case, the plurality of photodiodes are sequentially connected to the integration circuit by sequentially closing the plurality of switches. Each photodiode has a period to be connected to the integration circuit at a constant cycle, and the charges generated between the previous connection period and the current connection period and accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode are switches and wirings. Is input to the integration circuit. This photodetection device is a one-dimensional image or two-dimensional image in which an offset error is removed and an S / N ratio is excellent by performing control such that the relational expression (1) is satisfied by the control unit. And the entire circuit scale can be reduced.
本発明に係る光検出方法は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、(2) フォトダイオードと配線との間に設けられ、閉じているときに、フォトダイオードで発生した電荷を配線へ出力するスイッチと、(3)配線に入力端が接続されたアンプと、このアンプの入力端と出力端との間に並列的に設けられた容量素子およびリセット用スイッチとを含み、リセット用スイッチが開いているときに、フォトダイオードで発生しスイッチおよび配線を経て入力した電荷を容量素子に蓄積し、容量素子に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、(4)基準時刻に積分回路から出力される電圧値を基準電圧値とし、基準時刻以降、積分回路から出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた信号値を出力するCDS回路と、を備える光検出装置を用いて光検出をする方法である。そして、本発明に係る光検出方法は、配線の容量値をCwとし、容量素子の容量値をCfとし、アンプのゲインバンド積をGBWとし、リセット用スイッチが開いて積分回路が電荷蓄積可能状態となる時刻から基準時刻までの時間をTとしたときに、これらのパラメータの間に上記(1)式の関係式が成り立つように制御を行って光検出をすることを特徴とする。 The light detection method according to the present invention includes (1) a photodiode that generates an amount of electric charge according to incident light intensity, and (2) a photodiode that is provided between the photodiode and a wiring and is closed. A switch that outputs the charge generated in the wiring to the wiring, (3) an amplifier whose input terminal is connected to the wiring, and a capacitive element and a reset switch provided in parallel between the input terminal and the output terminal of the amplifier When the reset switch is open, the charge generated by the photodiode and input through the switch and the wiring is accumulated in the capacitor element, and the voltage value corresponding to the amount of the charge accumulated in the capacitor element is (4) The voltage value output from the integration circuit at the reference time is set as the reference voltage value, and the signal value corresponding to the difference between the voltage value output from the integration circuit and the reference voltage value after the reference time CD that outputs A method for the light detected by the light detecting device comprising: a circuit. Then, the light detection method according to the present invention, the capacitance value of the wiring and C w, the capacitance of the capacitor and C f, the gain band product of the amplifier and GBW, integrating circuit charge storage reset switch is opened It is characterized in that light detection is performed by performing control so that the relational expression (1) is established between these parameters, where T is the time from the time when it becomes possible to the reference time.
本発明によれば、オフセット誤差等を充分に除去することができる。 According to the present invention, offset errors and the like can be sufficiently removed.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
先ず、本発明に係る光検出装置および光検出方法の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る光検出装置1の構成図である。この図に示される光検出装置1は、2次元画像を撮像することができるものであって、光検出部11、M個の積分回路121〜12M、M個のCDS回路131〜13M、M個の保持回路141〜14M、AD変換回路15および制御部19を備える。ここで、M,Nそれぞれは2以上の整数である。また、以下に現れるmは1以上M以下の任意の整数であり、nは1以上N以下の任意の整数である。M個の積分回路121〜12Mは共通の構成を有している。M個のCDS回路131〜13Mは共通の構成を有している。また、M個の保持回路141〜14Mは共通の構成を有している。
(First embodiment)
First, a first embodiment of a light detection apparatus and a light detection method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a photodetecting
光検出部11は、M×N個のフォトダイオードPD1,1〜PDM,NおよびM×N個のスイッチSW1,1〜SWM,Nを含み、フォトダイオードPDm,nおよびスイッチSWm,nを組として、これらがM行N列に2次元配列されている。各フォトダイオードPDm,nは第m行第n列に位置している。また、各フォトダイオードPDm,nは、入射光強度に応じた量の電荷を発生するものであって、スイッチSWm,nを介して配線Lmに接続されている。
The
各積分回路12mは、配線Lmに入力端が接続されており、この配線Lmを経て入力した電荷を蓄積して、当該蓄積電荷量に応じた電圧値をCDS回路13mへ出力する。各CDS回路13mは、基準時刻に積分回路12mから出力される電圧値を基準電圧値とし、この基準時刻以降、積分回路12mから出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた電圧値を保持回路14mへ出力する。各保持回路14mは、所定時刻にCDS回路13mから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値をAD変換回路15へ出力する。
Each integrating circuit 12 m is connected to the input terminal to the wiring L m, and accumulates charges input through the wiring L m, and outputs a voltage value corresponding to the accumulated charge amount to the CDS circuit 13 m . Each CDS circuit 13 m uses the voltage value output from the integration circuit 12 m at the reference time as a reference voltage value, and after this reference time, it corresponds to the difference between the voltage value output from the integration circuit 12 m and the reference voltage value. The obtained voltage value is output to the holding circuit 14 m . Each holding circuit 14 m holds the voltage value output from the CDS circuit 13 m at a predetermined time, and outputs the held voltage value to the
AD変換回路15は、M個の保持回路141〜14Mそれぞれから順次に出力される電圧値を入力し、その電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、そのデジタル値を出力する。制御部19は、光検出部11に含まれるM×N個のスイッチSW1,1〜SWM,N,M個の積分回路121〜12M,M個のCDS回路131〜13M,M個の保持回路141〜14MおよびAD変換回路15それぞれの動作を制御する。
The
図2は、第1実施形態に係る光検出装置1に含まれるフォトダイオードPDm,n,スイッチSWm,n,積分回路12mおよびCDS回路13mの回路図である。なお、この図には、光検出部11に含まれるM×N個のフォトダイオードPD1,1〜PDM,NおよびM×N個のスイッチSW1,1〜SWM,Nのうち、第m行第n列に位置するフォトダイオードPDm,nおよびスイッチSWm,nが代表して示されている。
FIG. 2 is a circuit diagram of the photodiode PD m, n , the switch SW m, n , the integrating circuit 12 m, and the CDS circuit 13 m included in the
各積分回路12mは、アンプA2,容量素子Cfおよびリセット用スイッチSW2を備える。アンプA2の非反転入力端子は所定電圧値が入力され、アンプA2の反転入力端子は配線Lmと接続されている。また、容量素子Cfおよびリセット用スイッチSW2は、互いに並列的に接続されて、アンプA2の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。積分回路12mは、リセット用スイッチSW2が開いているときには、フォトダイオードPDm,nで発生しスイッチSWm,nおよび配線Lmを経て入力した電荷を容量素子Cfに蓄積し、容量素子Cfに蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する。一方、積分回路12mは、リセット用スイッチSW2が閉じることにより、容量素子Cfが放電されて、出力電圧値が初期化される。 Each integrating circuit 12 m includes an amplifier A 2 , a capacitive element C f and a reset switch SW 2 . The non-inverting input terminal of the amplifier A 2 is the predetermined voltage value is input, an inverting input terminal of the amplifier A 2 is connected to the wiring L m. The capacitor C f and the reset switch SW 2 are connected in parallel to each other, it is provided between the inverting input terminal of the amplifier A 2 and the output terminal. When the reset switch SW 2 is open, the integrating circuit 12 m accumulates the electric charge generated by the photodiode PD m, n and input through the switch SW m, n and the wiring L m in the capacitive element C f , A voltage value corresponding to the amount of charge accumulated in the element Cf is output. On the other hand, in the integrating circuit 12 m , when the reset switch SW 2 is closed, the capacitive element C f is discharged, and the output voltage value is initialized.
各CDS回路13mは、アンプA3,帰還容量素子C31,結合容量素子C32およびクランプ用スイッチSW3を備える。アンプA3の非反転入力端子は所定電圧値が入力され、アンプA3の反転入力端子は結合容量素子C32を介して積分回路12mの出力端に接続されている。また、帰還容量素子C31およびクランプ用スイッチSW3は、互いに並列的に接続されて、アンプA3の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。CDS回路13mは、クランプ用スイッチSW3が開く時刻(基準時刻)に積分回路12mから出力される電圧値を基準電圧値とし、この基準時刻以降、積分回路12mから出力される電圧値の変動分に応じた量の電荷を帰還容量素子C31に蓄積することで、積分回路12mから出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた電圧値を保持回路14mへ出力する。 Each CDS circuit 13 m includes an amplifier A 3 , a feedback capacitive element C 31 , a coupling capacitive element C 32, and a clamp switch SW 3 . The non-inverting input terminal of the amplifier A 3 is the predetermined voltage value is input, an inverting input terminal of the amplifier A 3 is connected to an output terminal of the integrating circuit 12 m via a coupling capacitive element C 32. Further, the feedback capacitor C 31 and the clamp switch SW 3 is connected in parallel to each other, it is provided between the inverting input terminal of the amplifier A 3 and the output terminal. The CDS circuit 13 m uses the voltage value output from the integration circuit 12 m at the time (reference time) when the clamp switch SW 3 is opened as the reference voltage value, and the voltage value output from the integration circuit 12 m after this reference time. Is stored in the feedback capacitive element C 31 , so that a voltage value corresponding to the difference between the voltage value output from the integrating circuit 12 m and the reference voltage value is output to the holding circuit 14 m . To do.
ここで、スイッチSWm,nと積分回路12mとの間の配線Lmの容量値をCwとし、積分回路12mに含まれる容量素子Cfの容量値をCfと表し、積分回路12mに含まれるアンプA2のゲインバンド積をGBWとする。積分回路12mに含まれるアンプA2の入力トランジスタのトランスコンダクタンスをgmとし、このアンプA2の内部位相補償容量値をCcとする。また、積分回路12mに含まれるリセット用スイッチSW2が開いて積分回路12mが電荷蓄積可能状態となる時刻から、CDS回路13mに含まれるクランプ用スイッチSW3が開く基準時刻までの時間をTとする。このとき、第1実施形態では、制御部19は、これらのパラメータの間に下記(2)式の関係式が成り立つように制御を行う。
Here, the capacitance value of the wiring L m between the switch SW m, n and the integration circuit 12 m is represented as C w , the capacitance value of the capacitive element C f included in the integration circuit 12 m is represented as C f, and the integration circuit The gain band product of the amplifier A 2 included in 12 m is GBW. The transconductance of the input transistors of the amplifier A 2 included in the integrating circuit 12 m and g m, the internal phase compensation capacitance value of the amplifier A 2 and C c. Also, the time from the time when the reset switch SW 2 included in the integrating circuit 12 m is opened and the integrating circuit 12 m is in a charge accumulating state to the reference time when the clamping switch SW 3 included in the CDS circuit 13 m is opened. Let T be T. At this time, in the first embodiment, the
次に、第1実施形態に係る光検出装置1の動作について説明する。以下に説明する動作は、制御部19による制御の下に行われる。図3は、第1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。この図には、第1実施形態の動作として、(a) 積分回路12mに含まれるリセット用スイッチSW2の開閉、(b) CDS回路13mに含まれるクランプ用スイッチSW3の開閉、(c) フォトダイオードPDm,nに対応して設けられているスイッチSWm,nの開閉、(d) 積分回路12mからの出力電圧値、および、(e) CDS回路13mからの出力電圧値、が示されている。また、比較例(上記(2)式の関係式が満たされない場合)の動作として、(f) CDS回路13mに含まれるクランプ用スイッチSW3の開閉、(g) 積分回路12mからの出力電圧値、および、(h) CDS回路13mからの出力電圧値、が示されている。
Next, the operation of the
第1実施形態では、図3(a)〜(e)に示されるように動作する。すなわち、時刻t11から時刻t12までの期間、積分回路12mに含まれるリセット用スイッチSW2が閉じていて、容量素子Cfが放電され、積分回路12mからの出力電圧値が初期化される。時刻t11から時刻t14までの期間、CDS回路13mに含まれるクランプ用スイッチSW3が閉じていて、帰還容量素子C31が放電され、CDS回路13mからの出力電圧値が初期化される。また、時刻t15から一定期間、スイッチSWm,nが閉じて、フォトダイオードPDm,nで発生し該フォトダイオードPDm,nの接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチSWm,nおよび配線Lmを経て積分回路12mへ入力される。 In the first embodiment, the operation is performed as shown in FIGS. That is, the period from time t 11 to time t 12, and the reset switch SW 2 included in the integrating circuit 12 m is closed, the capacitor C f is discharged, initializing the output voltage value from the integrating circuit 12 m Is done. Period from time t 11 to time t 14, are closed clamp switch SW 3 included in the CDS circuit 13 m, the feedback capacitor C 31 is discharged, the output voltage value from the CDS circuit 13 m is initialized The Further, the switch SW m, n is closed for a certain period from the time t 15 , and the charge generated in the photodiode PD m, n and accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode PD m, n is changed to the switch SW m, n. The signal is input to the integrating circuit 12 m via n and the wiring L m .
ここで、各時刻の前後関係については「t11<t12<t14<t15」である。積分回路12mが電荷蓄積可能状態となる時刻は、リセット用スイッチSW2が開く時刻t12である。CDS回路13mが基準電圧値を取り込む基準時刻は、クランプ用スイッチSW3が開く時刻t14である。そして、第1実施形態では、時刻t12から時刻t14までの時間T(=t14−t12)は、上記(2)式の関係式を満たす。 Here, the context of each time is “t 11 <t 12 <t 14 <t 15 ”. Time integrating circuit 12 m becomes a charge accumulable state is time t 12 to open the reset switch SW 2. The reference time for the CDS circuit 13 m to take in the reference voltage value is the time t 14 when the clamp switch SW 3 is opened. In the first embodiment, a time T (= t 14 −t 12 ) from time t 12 to time t 14 satisfies the relational expression (2).
時刻t12から時刻t15までの期間、積分回路12mは、リセット用スイッチSW2が開いているので電荷蓄積可能状態となっているものの、スイッチSWm,nが開いているのでフォトダイオードPDm,nから電荷が入力することはなく、容量素子Cfには電荷が蓄積されていない。しかし、積分回路12mからの出力電圧値は、時刻t12後に単調に変化していき、やがて時刻t14前の或る時刻に略一定電圧値(すなわち、オフセット電圧値)に達する。積分回路12mからの出力電圧値がオフセット電圧値に達する時間は、上記(2a)式の右辺で表される。 During the period from time t 12 to time t 15 , the integration circuit 12 m is in a charge accumulating state because the reset switch SW 2 is open, but the switch SW m, n is open, so that the photodiode PD No charge is input from m and n, and no charge is accumulated in the capacitive element Cf. However, the output voltage value from the integrating circuit 12 m, after the time t 12 will change monotonically, eventually the time t 14 substantially constant voltage value before a certain time (i.e., an offset voltage value) reached. The time for the output voltage value from the integrating circuit 12m to reach the offset voltage value is represented by the right side of the above equation (2a).
時刻t14にクランプ用スイッチSW3が開くと、その時刻t14(基準時刻)に積分回路12mから出力されているオフセット電圧値が基準電圧値としてCDS回路13mにより取り込まれる。そして、この基準時刻t14以降、積分回路12mから出力される電圧値の変動分に応じた量の電荷がCDS回路13mの帰還容量素子C31に蓄積され、積分回路12mから出力される電圧値と基準電圧値との差に応じた電圧値がCDS回路13mから出力される。 When the time t 14 to open the clamp switch SW 3, the offset voltage value that is output from the integrating circuit 12 m at that time t 14 (the reference time) is taken up by the CDS circuit 13 m as a reference voltage value. Then, the reference time t 14 after the charge in an amount corresponding to the variation of the voltage value output from the integrating circuit 12 m is accumulated in the feedback capacitor C 31 of the CDS circuit 13 m, is output from the integrating circuit 12 m that a voltage value corresponding to the difference between the voltage value and the reference voltage value is output from the CDS circuit 13 m.
時刻t15にスイッチSWm,nが閉じると、フォトダイオードPDm,nで発生し該フォトダイオードPDm,nの接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチSWm,nおよび配線Lmを経て積分回路12mへ入力して、積分回路12mの容量素子Cfに蓄積される。そして、積分回路12mから出力される電圧値は、容量素子Cfに蓄積された電荷の量に応じた信号電圧値とオフセット電圧値とが重畳されたものとなる。また、CDS回路13mから出力される電圧値は、積分回路12mから出力される信号電圧値とオフセット電圧値とが重畳されたものと、基準時刻t14に積分回路12mから出力されてCDS回路13mに取り込まれたオフセット電圧値(基準電圧値)と、の差に応じたものとなる。したがって、CDS回路13mから出力される電圧値は、オフセット誤差等が除去されたものとなる。 Time t 15 to the switch SW m, when n is closed, the photodiode PD m, generated the photodiode PD m by n, charges accumulated in the junction capacitance portion of the n, the switch SW m, n and the wiring L m enter to the integrating circuit 12 m via is accumulated in the capacitor C f of the integrating circuit 12 m. Then, the voltage value output from the integrating circuit 12 m becomes one in which the signal voltage value and the offset voltage value corresponding to the amount of charge stored in the capacitor C f is superimposed. Further, the voltage value outputted from the CDS circuit 13 m includes as the signal voltage output from the integrating circuit 12 m and the offset voltage value is superimposed, is output to the reference time t 14 from the integrating circuit 12 m captured offset voltage value to the CDS circuit 13 m (reference voltage value), and those corresponding to the difference between the. Therefore, the voltage value output from the CDS circuit 13 m is obtained by removing the offset error and the like.
時刻t15より後の或る時刻にCDS回路13mから出力される電圧値は保持回路14mにより保持される。M個の保持回路141〜14Mそれぞれに保持された電圧値は、順次にAD変換回路15へ出力されて、AD変換回路15によりAD変換される。
The voltage value output from the CDS circuit 13 m at a certain time after the time t 15 is held by the holding circuit 14 m . The voltage values held in each of the M holding circuits 14 1 to 14 M are sequentially output to the
以上のようにして第n列のM個のフォトダイオードPD1,n〜PDM,nについての並列的な処理が終わると、次の列のM個のフォトダイオードPD1,n+1〜PDM,n+1についての並列的な処理が同様に行われる。このようにして、各列のM個のフォトダイオードPD1,n〜PDM,nについての処理が繰り返し行われる。 When the parallel processing for the M photodiodes PD 1, n to PDM , n in the n-th column is completed as described above, the M photodiodes PD 1, n + 1 to PDM , n in the next column are completed . The parallel processing for n + 1 is similarly performed. In this way, the processing for the M photodiodes PD 1, n to PD M, n in each column is repeatedly performed.
第m行についてみると、N個のスイッチSWm,1〜SWm,Nが順次に閉じることで、N個のフォトダイオードPDm,1〜PDm,Nが順次に積分回路12mに接続される。各フォトダイオードPDm,nは一定周期で積分回路12mに接続される期間を有し、前回の接続期間から今回の接続期間までの間に発生し該フォトダイオードPDm,nの接合容量部に蓄積されていた電荷はスイッチSWm,nおよび配線Lmを経て積分回路12mへ入力される。 As for the m-th row, N photodiodes PD m, 1 to PD m, N are sequentially connected to the integrating circuit 12 m by sequentially closing N switches SW m, 1 to SW m, N. Is done. Each photodiode PD m, n has a period in which it is connected to the integrating circuit 12 m at a constant cycle, and is generated between the previous connection period and the current connection period , and the junction capacitance part of the photodiode PD m, n The charge stored in is input to the integrating circuit 12 m via the switch SW m, n and the wiring L m .
したがって、この光検出装置1は、上記(2)式の関係式が満たされるような制御が制御部19により行われることにより、オフセット誤差等が除去されてS/N比が優れた1次元画像または2次元画像を撮像することができ、また、全体の回路規模を小さくすることができる。
Therefore, this
一方、比較例(上記(2)式の関係式が満たされない場合)では、図3(f)〜(h)に示されるように動作する。すなわち、第1実施形態の場合と異なり、この比較例の場合の動作では、時刻t12より後であって時刻t14より前の時刻t13に、CDS回路13mに含まれるクランプ用スイッチSW3が開く。リセット用スイッチSW2が開いて積分回路12mが電荷蓄積可能状態となる時刻t12から、クランプ用スイッチSW3が開いてCDS回路13mが基準電圧値を取り込む基準時刻t13まで、その間の時間T1(=t13−t12)は、上記(2)式の関係式を満たさない。 On the other hand, in the comparative example (when the relational expression (2) is not satisfied), the operation is performed as shown in FIGS. That is, unlike the first embodiment, the operation in the case of the comparative example, the time t 13 before time t 14 and a later than time t 12, the switch SW clamp included in the CDS circuit 13 m 3 opens. From the time t 12 to the integrating circuit 12 m reset switch SW 2 is opened is a charge accumulable state, to the reference time t 13 to the CDS circuit 13 m is opened clamp switch SW 3 captures a reference voltage value, in between The time T 1 (= t 13 −t 12 ) does not satisfy the relational expression (2).
比較例では、積分回路12mから出力される電圧値は、クランプ用スイッチSW3が開いてCDS回路13mが基準電圧値を取り込んだ基準時刻t13以降も、暫くの間は単調に変化していき、やがて或る時刻に略一定電圧値(すなわち、オフセット電圧値)に達する。すなわち、基準時刻t13にCDS回路13mに取り込まれた基準電圧値は、オフセット電圧値ではなく、オフセット電圧値から残存オフセット電圧値が差し引かれたものとなる。また、この基準時刻t13以降の積分回路12mからの出力電圧値の変動分は、容量素子Cfに蓄積された電荷の量に応じた信号電圧値と残存オフセット電圧値とが重畳されたものとなる。したがって、スイッチSWm,nが閉じる時刻t15以降にCDS回路13mから出力される電圧値は、信号電圧値と残存オフセット電圧値とが重畳されたものに応じたものであって、オフセット除去等が不完全なものとなる。 In the comparative example, the voltage value output from the integrating circuit 12 m changes monotonously for a while after the reference time t 13 when the clamp switch SW 3 is opened and the CDS circuit 13 m takes in the reference voltage value. Eventually, a certain voltage value (that is, an offset voltage value) is reached at a certain time. That is, the reference voltage value taken into the CDS circuit 13 m on the reference time t 13, rather than the offset voltage value, and that the remaining offset voltage value from the offset voltage value is subtracted. Further, variation in the output voltage value from the integrating circuit 12 m of the reference time t 13 later, and a signal voltage value and the residual offset voltage value corresponding to the amount of charge stored in the capacitor C f is superimposed It will be a thing. Therefore, the voltage value outputted from the CDS circuit 13 m to the switch SW m, n are closed time t 15 later, be one that is a signal voltage value remaining offset voltage value corresponding to those superposed, offset removal Etc. are incomplete.
比較例と対比することで判るように、第1実施形態では、積分回路12mに含まれるリセット用スイッチSW2が開いて積分回路12mが電荷蓄積可能状態となる時刻t12から、CDS回路13mに含まれるクランプ用スイッチSW3が開く基準時刻t14までの時間Tが、上記(2)式の関係式を満たすことにより、CDS回路13mから出力される電圧値は、オフセット誤差等が充分に除去されたものとなる。 As can be seen by comparison with comparative examples, in the first embodiment, from the time t 12 to the reset switch SW 2 is open the integrating circuit 12 m becomes a charge accumulable state included in the integrating circuit 12 m, CDS circuit 13 the time T to the reference time t 14 to open the clamp switch SW 3 included in the m is, by satisfying the above expression (2) equation, the voltage output from the CDS circuit 13 m, the offset error or the like Is sufficiently removed.
(第2実施形態)
次に、本発明に係る光検出装置および光検出方法の第2実施形態について説明する。図4は、第2実施形態に係る光検出装置2の回路図である。この図に示される光検出装置2は、フォトダイオードPD,スイッチSW,積分回路22,CDS回路23、AD変換回路27および制御部29を備えており、スイッチSWと積分回路22の入力端とは配線Lにより接続されている。フォトダイオードPD,スイッチSWおよび積分回路22それぞれの構成は、第1実施形態の場合と同様である。CDS回路23は、第1保持回路241、第2保持回路242、第1電圧フォロワ回路251、第2電圧フォロワ回路252、差動変換回路26、スイッチSW81およびスイッチSW82を含む。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the light detection device and the light detection method according to the present invention will be described. FIG. 4 is a circuit diagram of the
第1保持回路241と第2保持回路242とは共通の構成を有している。第1保持回路241および第2保持回路242それぞれの入力端は積分回路22の出力端に接続されている。第1保持回路241は、アンプA4,容量素子C4およびスイッチSW40〜SW42を含む。アンプA4の非反転入力端子は所定電圧値が入力されている。アンプA4の反転入力端子は、容量素子C4と接続され、また、この容量素子C4およびスイッチSW40を介して積分回路22の出力端と接続されている。スイッチSW41は、アンプA4の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。また、スイッチSW42は、容量素子C4とスイッチSW40との接続点と、アンプA4の出力端子との間に、設けられている。第2保持回路242の構成についても同様である。
The first holding circuit 24 1 and the second holding circuit 24 2 have a common configuration. The first holding circuit 24 1 and the second holding circuit 24 2 each input terminal is connected to the output terminal of the integrating
第1保持回路241は、スイッチSW40が閉状態から開状態に転じることで、そのときに積分回路22から出力されている電圧値を保持し、その後、スイッチSW41が閉状態から開状態に転じ、また、スイッチSW42が開状態から閉状態に転じることで、これ以降、その保持している電圧値を出力する。第2保持回路242の動作についても同様である。ただし、第1保持回路241と第2保持回路242とは互いに異なるタイミングで動作する。すなわち、第1保持回路241は、積分回路22から出力されるオフセット電圧値を保持するよう、スイッチSW40〜SW42が開閉動作する。また、第2保持回路242は、積分回路22から出力されるオフセット電圧値が重畳された信号電圧値を保持するよう、スイッチSW40〜SW42が開閉動作する。
The first holding circuit 24 1, when the switch SW 40 turns from the closed state to the open state, holds the voltage value output from the integrating
第1電圧フォロワ回路251と第2電圧フォロワ回路252とは共通の構成を有している。第1電圧フォロワ回路251の入力端はスイッチSW81を介して第1保持回路241の出力端に接続され、第2電圧フォロワ回路252の入力端はスイッチSW82を介して第2保持回路242の出力端に接続されている。第1電圧フォロワ回路251は、アンプの非反転入力端子がスイッチSW81と接続され、該アンプの反転入力端子と出力端子とが互いに直接に接続されており、高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを有し、理想的には増幅率1の増幅回路である。第2電圧フォロワ回路252についても同様である。 The first voltage follower circuit 25 1 and the second voltage follower circuit 25 2 have a common configuration. The first voltage follower circuit 25 of the input terminal is connected to the first holding circuit 24 1 of the output terminal via a switch SW 81, the second voltage follower circuit 25 and second input terminals and the second held via the switch SW 82 It is connected to an output terminal of the circuit 24 2. The first voltage follower circuit 25 1 has a non-inverting input terminal of the amplifier is connected to the switch SW 81, an inverting input terminal and the output terminal of the amplifier being connected directly to one another, a high input impedance and low output impedance Ideally, the amplifier circuit has an amplification factor of 1. The same applies to the second voltage follower circuit 25 2.
差動変換回路26は、アンプおよび4個の抵抗器R1〜R4を含む。該アンプは、非反転入力端子、反転入力端子、非反転出力端子および反転出力端子を有する。アンプの非反転入力端子は、抵抗器R1を介して第1電圧フォロワ回路251の出力端に接続され、抵抗器R2を介してアンプの反転出力端子に接続されている。また、アンプの反転入力端子は、抵抗器R3を介して第2電圧フォロワ回路252の出力端に接続され、抵抗器R4を介してアンプの非反転出力端子と接続されている。この差動変換回路26は、第1電圧フォロワ回路251および第2電圧フォロワ回路252それぞれから出力される電圧値を入力し、これら2つの入力電圧値の差に応じた電圧値を差動信号として出力する。AD変換回路27は、差動変換回路26から出力された電圧値を入力し、その電圧値(アナログ値)をデジタル値に変換して、そのデジタル値を出力する。
The
制御部29は、フォトダイオードPDとともに設けられるスイッチSW、積分回路22に含まれるリセット用スイッチSW2、保持回路241,242それぞれに含まれるスイッチSW40〜SW42、AD変換回路27およびスイッチSW81,SW82それぞれの動作を制御する。この第2実施形態においても、配線Lの容量値をCwとし、積分回路22に含まれる容量素子Cfの容量値をCfと表し、積分回路22に含まれるアンプA2のゲインバンド積をGBWとし、このアンプA2の入力トランジスタのトランスコンダクタンスをgmとし、このアンプA2の内部位相補償容量値をCcとし、リセット用スイッチSW2が開いて積分回路22が電荷蓄積可能状態となる時刻から基準時刻までの時間をTとしたときに、制御部29は、上記(2)式の関係式が成り立つように制御を行う。ただし、この第2実施形態では、CDS回路23が基準電圧値を取り込む基準時刻は、第1保持回路241においてスイッチSW40が閉状態から開状態に転じる時刻となる。
The
この第2実施形態においては、CDS回路23は、積分回路22から出力されるオフセット電圧値を第1保持回路241により保持するとともに、積分回路22から出力されるオフセット電圧値が重畳された信号電圧値を第2保持回路242により保持することにより、第1保持回路241および第2保持回路242それぞれにより保持された電圧値の差(すなわち、オフセット誤差が除去された信号電圧値)を差動信号として差動変換回路26から出力することができる。また、AD変換回路27は、この差動変換回路26から出力される差動信号としての信号電圧値をデジタル値に変換して、そのデジタル値を出力することができる。
In the second embodiment,
なお、1組のフォトダイオードPDおよびスイッチSWに対して1組の積分回路22およびCDS回路23が設けられていてもよいし、第1実施形態の場合と同様に複数組のフォトダイオードPDおよびスイッチSWに対して1組の積分回路22およびCDS回路23が設けられていてもよい。また、1つの積分回路22に対して1つのCDS回路23が設けられてもよいし、複数の積分回路22に対して1つのCDS回路23が設けられてもよい。後者の場合には、各積分回路22の後段にスイッチが設けられて、このスイッチにより、各積分回路22から出力される電圧値が順次にCDS回路23に入力される。
One set of
また、CDS回路23内においても、1組の保持回路241,242に対して1組の電圧フォロワ回路251,252、差動変換回路26およびAD変換回路27が設けられてもよいし、複数組の保持回路241,242に対して1組の電圧フォロワ回路251,252、差動変換回路26およびAD変換回路27が設けられてもよい。前者の場合には、スイッチSW81,SW82は不要である(または、常に閉じている)。後者の場合には、各組の保持回路241,242の後段に設けられたスイッチSW81,SW82により、各組の保持回路241,242から出力される電圧値が順次に電圧フォロワ回路251,252に入力される。
Also in the
次に、第2実施形態に係る光検出装置2の動作について説明する。以下に説明する動作は、制御部29による制御の下に行われる。図5は、第2実施形態に係る光検出装置2の動作を説明するタイミングチャートである。なお、フォトダイオードPD,スイッチSW,積分回路22,保持回路241,242、電圧フォロワ回路251,252、差動変換回路26およびAD変換回路27それぞれが1つずつ設けられているものとし、スイッチSW81,SW82は常に閉じているものとして、光検出装置2の動作について説明する。
Next, the operation of the
この図には、(a) 積分回路22に含まれるリセット用スイッチSW2の開閉、(b1)〜(b3) 第1保持回路241に含まれるスイッチSW40〜SW42それぞれの開閉、(c1)〜(c3) 第2保持回路242に含まれるスイッチSW40〜SW42それぞれの開閉、(d) フォトダイオードPDとともに設けられているスイッチSWの開閉、および、(e)積分回路22からの出力電圧値、が示されている。
The FIG, (a) opening and closing of the reset switch SW 2 included in the integrating
時刻t21から時刻t22までの期間、積分回路22に含まれるリセット用スイッチSW2が閉じていて、容量素子Cfが放電され、積分回路22からの出力電圧値が初期化される。第1保持回路241において、時刻t21にスイッチSW40が閉じ、時刻t21後にスイッチSW41が閉じ、時刻t23にスイッチSW40が開き、時刻t23後にスイッチSW41が開き、時刻t24にスイッチSW42が閉じ、時刻t27にスイッチSW42が開く。第2保持回路242において、時刻t21にスイッチSW40が閉じ、時刻t21後にスイッチSW41が閉じ、時刻t25にスイッチSW40が開き、時刻t25後にスイッチSW41が開き、時刻t26にスイッチSW42が閉じ、時刻t27にスイッチSW42が開く。また、時刻t24から一定期間、スイッチSWが閉じて、フォトダイオードPDで発生し該フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチSWおよび配線Lを経て積分回路22へ入力される。
Period from time t 21 to time t 22, though the reset switch SW 2 is closed to be included in the integrating
ここで、各時刻の前後関係については「t21<t22<t23<t24<t25<t26<t27」である。積分回路22が電荷蓄積可能状態となる時刻は、リセット用スイッチSW2が開く時刻t22である。CDS回路23が基準電圧値を取り込む基準時刻は、第1保持回路241に含まれるスイッチSW40が開く時刻t23である。そして、第2実施形態では、時刻t22から時刻t23までの時間T(=t23−t22)は、上記(2)式の関係式を満たす。
Here, the context of each time is “t 21 <t 22 <t 23 <t 24 <t 25 <t 26 <t 27 ”.
時刻t22から時刻t24までの期間、積分回路22は、リセット用スイッチSW2が開いているので電荷蓄積可能状態となっているものの、スイッチSWが開いているのでフォトダイオードPDから電荷が入力することはなく、容量素子Cfには電荷が蓄積されていない。しかし、積分回路22からの出力電圧値は、時刻t22後に単調に変化していき、やがて時刻t23前の或る時刻に略一定電圧値(すなわち、オフセット電圧値)に達する。積分回路22からの出力電圧値がオフセット電圧値に達する時間は、上記(2a)式の右辺で表される。
Period from time t 22 to time t 24, the integrating
第1保持回路241において、時刻t23にスイッチSW40が開き、時刻t23後にスイッチSW41が開き、時刻t24にスイッチSW42が閉じると、時刻t23における積分回路22の出力電圧値に応じた電圧値(基準電圧値)が第1保持回路241により保持され、時刻t24以降、その保持された電圧値が第1保持回路241から出力される。この出力される電圧値は、積分回路22から出力されるオフセット電圧値を表す。
In the first holding circuit 24 1, the switch SW 40 is opened at time t 23, the switch SW 41 is opened after the time t 23, the switch SW 42 is closed at time t 24, the output voltage value of the integrating
時刻t24から一定期間、スイッチSWが閉じて、フォトダイオードPDで発生し該フォトダイオードPDの接合容量部に蓄積されていた電荷は、スイッチSWおよび配線Lを経て積分回路22へ入力して、積分回路22の容量素子Cfに蓄積される。そして、積分回路22から出力される電圧値は、容量素子Cfに蓄積された電荷の量に応じた信号電圧値とオフセット電圧値とが重畳されたものとなる。
The switch SW is closed for a certain period from time t 24 , and the charge generated in the photodiode PD and accumulated in the junction capacitance portion of the photodiode PD is input to the
第2保持回路242において、時刻t25にスイッチSW40が開き、時刻t25後にスイッチSW41が開き、時刻t26にスイッチSW42が閉じると、時刻t25における積分回路22の出力電圧値に応じた電圧値が第2保持回路242により保持され、時刻t26以降、その保持された電圧値が第2保持回路242から出力される。この出力される電圧値は、積分回路22から出力されるオフセット電圧値が重畳された信号電圧値を表す。
In the second holding circuit 24 2, at time t 25 to open the switch SW 40 is open switch SW 41 after time t 25, when the time t 26 the switch SW 42 is closed, the output voltage value of the integrating
そして、第1保持回路241および第2保持回路242それぞれのスイッチSW42が共に閉じている時刻t26から時刻t27までの期間、第1保持回路241から出力された電圧値は、第1電圧フォロワ回路251を経て差動変換回路26に入力され、また、第2保持回路242から出力された電圧値は、第2電圧フォロワ回路252を経て差動変換回路26に入力される。差動変換回路26では、これら2つの入力電圧値の差に応じた電圧値が差動信号として出力される。この出力される電圧値は、オフセット誤差等が除去された信号電圧値を表す。さらに、この差動変換回路26から出力された電圧値は、AD変換回路27によりデジタル値に変換されて、そのデジタル値が出力される。
The voltage value output from the first holding circuit 24 1 during the period from the time t 26 to the time t 27 when both the switches SW 42 of the first holding circuit 24 1 and the second holding circuit 24 2 are both closed is: the first through the voltage follower circuit 25 1 is input to the
第2実施形態では、積分回路22に含まれるリセット用スイッチSW2が開いて積分回路22が電荷蓄積可能状態となる時刻t22から、CDS回路23に含まれる第1保持回路241のスイッチSW40が開く基準時刻t23までの時間Tが、上記(2)式の関係式を満たすことにより、CDS回路23から出力される電圧値は、オフセット誤差が充分に除去されたものとなる。
In the second embodiment, from the time t 22 the reset switch SW 2 is the integrating
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、各実施形態における積分回路は、容量値が固定である容量素子に替えて、容量値が可変である容量部を有していてもよく、このようにすることにより、光検出のダイナミックレンジを大きくすることができる。この場合には、可変容量部の最小容量値Cfに対して上記(2)式が成り立つように時間Tを設定してもよいし、また、可変容量部の各容量値Cfに対して上記(2)式が成り立つように時間Tを調整してもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the integrating circuit in each embodiment may have a capacitance portion with a variable capacitance value instead of a capacitance element with a fixed capacitance value. By doing so, the dynamic range of light detection can be obtained. Can be increased. In this case, the time T may be set so that the above equation (2) is established with respect to the minimum capacitance value C f of the variable capacitance section, and for each capacitance value C f of the variable capacitance section. The time T may be adjusted so that the above equation (2) holds.
また、CDS回路の具体的な構成は、上記実施形態で説明したものに限られず、様々なものが可能である。CDS回路が何れの構成を有する場合であっても、積分回路が電荷蓄積可能状態となる時刻から、CDS回路が基準電圧値を取り込む基準時刻までの時間Tが、上記(2)式を満たすようにすればよい。 In addition, the specific configuration of the CDS circuit is not limited to that described in the above embodiment, and various configurations are possible. Regardless of the configuration of the CDS circuit, the time T from the time when the integration circuit is in a charge accumulation state to the reference time at which the CDS circuit takes in the reference voltage value satisfies the above equation (2). You can do it.
1,2…光検出装置、11…光検出部、12…積分回路、13…CDS回路、14…保持回路、15…AD変換回路、19…制御部、22…積分回路、23…CDS回路、24…保持回路、25…電圧フォロワ回路、26…差動変換回路、27…AD変換回路、29…制御部、A…アンプ、C…容量素子、L…配線、PD…フォトダイオード、R…抵抗器、SW…スイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記フォトダイオードと配線との間に設けられ、閉じているときに、前記フォトダイオードで発生した電荷を配線へ出力するスイッチと、
前記配線に入力端が接続されたアンプと、このアンプの入力端と出力端との間に並列的に設けられた容量素子およびリセット用スイッチとを含み、前記リセット用スイッチが開いているときに、前記フォトダイオードで発生し前記スイッチおよび前記配線を経て入力した電荷を前記容量素子に蓄積し、前記容量素子に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、
基準時刻に前記積分回路から出力される電圧値を基準電圧値とし、前記基準時刻以降、前記積分回路から出力される電圧値と前記基準電圧値との差に応じた信号値を出力するCDS回路と、
前記スイッチ,前記積分回路および前記CDS回路それぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記配線の容量値をCwとし、前記容量素子の容量値をCfとし、前記アンプのゲインバンド積をGBWとし、前記リセット用スイッチが開いて前記積分回路が電荷蓄積可能状態となる時刻から前記基準時刻までの時間をTとしたときに、これらのパラメータの間に
なる関係式が成り立つように制御を行う、
ことを特徴とする光検出装置。 A photodiode that generates an amount of charge according to the incident light intensity;
A switch that is provided between the photodiode and the wiring and outputs a charge generated in the photodiode to the wiring when the photodiode is closed;
An amplifier having an input terminal connected to the wiring, and a capacitor and a reset switch provided in parallel between the input terminal and the output terminal of the amplifier, and the reset switch is open An integration circuit that accumulates charges generated in the photodiode and input through the switch and the wiring in the capacitive element, and outputs a voltage value corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitive element;
A CDS circuit that uses a voltage value output from the integration circuit at a reference time as a reference voltage value, and outputs a signal value corresponding to a difference between the voltage value output from the integration circuit and the reference voltage value after the reference time When,
A control unit that controls operations of the switch, the integrating circuit, and the CDS circuit;
With
Wherein the control unit, the capacitance value of the wiring and C w, the capacitance value of the capacitor and C f, the gain band product of the amplifier and GBW, the integrating circuit can charge accumulating the reset switch is opened When the time from the time when the state is reached to the reference time is T,
Control so that the following relational expression holds:
An optical detection device characterized by that.
前記フォトダイオードと配線との間に設けられ、閉じているときに、前記フォトダイオードで発生した電荷を配線へ出力するスイッチと、
前記配線に入力端が接続されたアンプと、このアンプの入力端と出力端との間に並列的に設けられた容量素子およびリセット用スイッチとを含み、前記リセット用スイッチが開いているときに、前記フォトダイオードで発生し前記スイッチおよび前記配線を経て入力した電荷を前記容量素子に蓄積し、前記容量素子に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、
基準時刻に前記積分回路から出力される電圧値を基準電圧値とし、前記基準時刻以降、前記積分回路から出力される電圧値と前記基準電圧値との差に応じた信号値を出力するCDS回路と、
を備える光検出装置を用いて光検出をする方法であって、
前記配線の容量値をCwとし、前記容量素子の容量値をCfとし、前記アンプのゲインバンド積をGBWとし、前記リセット用スイッチが開いて前記積分回路が電荷蓄積可能状態となる時刻から前記基準時刻までの時間をTとしたときに、これらのパラメータの間に
なる関係式が成り立つように制御を行って光検出をする、
ことを特徴とする光検出方法。
A photodiode that generates an amount of charge according to the incident light intensity;
A switch that is provided between the photodiode and the wiring and outputs a charge generated in the photodiode to the wiring when the photodiode is closed;
An amplifier having an input terminal connected to the wiring, and a capacitor and a reset switch provided in parallel between the input terminal and the output terminal of the amplifier, and the reset switch is open An integration circuit that accumulates charges generated in the photodiode and input through the switch and the wiring in the capacitive element, and outputs a voltage value corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitive element;
A CDS circuit that uses a voltage value output from the integration circuit at a reference time as a reference voltage value, and outputs a signal value corresponding to a difference between the voltage value output from the integration circuit and the reference voltage value after the reference time When,
A method of performing photodetection using a photodetection device comprising:
The capacitance value of the wiring and C w, from the capacitance value of the capacitor and C f, the gain band product of the amplifier and GBW, time the integrating circuit the reset switch is opened is a charge accumulable state When the time until the reference time is T, between these parameters
The light is detected by performing control so that the following relational expression holds:
An optical detection method characterized by the above.
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