JP4683436B2 - 光検出装置 - Google Patents
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Description
CMOSイメージセンサを採用するメリットとしては、一般のチップと同じ製造ラインが使え、周辺機能と合わせたワンチップ化も可能である点、CCDよりも低電圧で駆動可能であって、消費電力がCCDに比べて低い点が挙げられる。
池辺他,「CMOSイメージセンサに適した機能的リセット方式の検討」,信学技報,社団法人電子情報通信学会,2003年9月,第103巻,第298号,p.19−24
第2検出回路をアクティブとすることにより、基準電圧が容量に印加され、容量を初期化することができる。この場合、リセット用の素子を別途設ける必要が無くなるため、回路を簡略化することができる。
この光検出装置において、各画素回路は、光検出素子と、光検出素子に流れる光電流によって容量を充放電し、得られた電圧をソースフォロアアンプによって増幅してデータ線に出力する第1検出回路と、光検出素子に流れる光電流によって容量を充放電し、容量に蓄えられた電荷をデータ線を介して出力する第2検出回路と、を含み、第1検出回路がアクティブとなる第1モードと、第2検出回路がアクティブとなる第2モードが切り替え可能に構成される。本装置はさらに、データ線ごとに設けられ、第1モードにおいて、第1検出回路から出力される電圧を増幅し、第2モードにおいて、第2検出回路から出力される電荷を、電圧に変換する出力アンプと、データ線ごとに設けられ、接続される画素回路に含まれる光検出素子の受光量に応じて、画素回路および出力アンプの動作モードを切り換えるモード制御回路と、を備える。
負荷回路を同一のデータ線上の画素回路で共有することにより、回路面積を削減することができる。
データ線の電位は、受光量に応じて変化するため、好適にモードを切り換えることができる。
同様に、「部材Aと部材Bの間に部材Cが設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
レベル判定期間φ1の後、電位検出期間φ2に移行する。電位検出期間φ2においては、まず、少なくとも第1スイッチトランジスタMsw1、第3スイッチトランジスタMsw3、第5スイッチトランジスタMsw5、第6スイッチトランジスタMsw6がオンする。図6(a)は、このときの状態を示している。第5スイッチトランジスタMsw5がオンすることにより、演算増幅器OP1は、ボルテージフォロアとして機能する。このとき、演算増幅器OP1の第1入力端子の電位は、第2入力端子に印加された基準電圧Vrefとなり、入力キャパシタCinの右側電極に印加される。
Claims (19)
- 複数のデータ線および走査線の交点にそれぞれ配置された画素回路を備える光検出装置であって、
第1モードにおいてアクティブとなり、各画素回路の光検出素子に流れる光電流によって容量を充放電し、得られた電圧をソースフォロアアンプによって増幅して出力する第1検出回路と、
第2モードにおいてアクティブとなり、前記光検出素子に流れる光電流によって所定の蓄積時間、容量を充放電し、前記容量に蓄えられた電荷を出力する第2検出回路と、
前記データ線ごとに設けられ、前記第1モードにおいて、前記第1検出回路から出力される電圧を所定の増幅率で増幅し、前記第2モードにおいて、前記第2検出回路から出力される電荷を、電圧に変換する出力アンプと、
を備え、
各画素回路に含まれる光検出素子の受光量に応じて、前記第1、第2モードを切り替え、前記第1モードにおいて、受光量に応じて前記増幅率を制御し、前記第2モードにおいて、蓄積時間を制御することを特徴とする光検出装置。 - 前記第1、第2モードの切り替えならびに、前記第1モードにおける前記増幅率および前記第2モードにおける前記蓄積時間の制御を、画素ごとの光検出に先立って実行することを特徴とする請求項1に記載の光検出装置。
- 前記受光量が、所定のしきい値より低いとき前記第1モードで、前記所定のしきい値より高いとき前記第2モードで動作することを特徴とする請求項1または2に記載の光検出装置。
- 前記第1モードにおいて、前記受光量が小さくなるに従い、前記増幅率を高く設定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光検出装置。
- 前記第2モードにおいて、前記受光量が大きくなるに従い、前記蓄積時間を短く設定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光検出装置。
- 前記第1、第2モードの切り替えならびに、前記第1モードにおける前記増幅率および前記第2モードにおける前記蓄積時間の制御を、各画素が接続されるデータ線の電位に応じて実行することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光検出装置。
- 前記第1、第2モードの切り替えならびに、前記増幅率および前記蓄積時間の制御を実行するモード制御回路を、前記データ線ごとに備え、当該モード制御回路は、前記データ線の電位に応じて、前記第1、第2モードの切り替えならびに前記増幅率および前記蓄積時間の制御を実行することを特徴とする請求項6に記載の光検出装置。
- 前記モード制御回路は、
前記データ線の電位を、所定の第1しきい値電圧と比較する第1コンパレータと、
前記データ線の電位を、所定の第2しきい値電圧と比較する第2コンパレータと、
を含み、
前記第1コンパレータの出力に応じて前記第1、第2モードを切り換えるとともに、前記第2コンパレータの出力に応じて、前記増幅率を切り換えることを特徴とする請求項7に記載の光検出装置。 - 前記出力アンプは、
一の入力端子に所定の基準電圧が入力され、他の入力端子に、前記第1検出回路または、前記第2検出回路の出力信号が入力された演算増幅器を含み、
画素ごとの光検出に先立って、前記所定の基準電圧を、前記第2検出回路を介して前記容量に印加することにより、前記容量を初期化することを特徴とする請求項1または2に記載の光検出装置。 - 前記第1モードと第2モードの切り替えに応じて、前記所定の基準電圧を切り換えることを特徴とする請求項9に記載の光検出装置。
- 複数のデータ線および走査線の交点にそれぞれ配置された画素回路を備える光検出装置であって、
各画素回路は、
光検出素子と、
前記光検出素子に流れる光電流によって容量を充放電し、得られた電圧をソースフォロアアンプによって増幅してデータ線に出力する第1検出回路と、
前記光検出素子に流れる光電流によって容量を充放電し、前記容量に蓄えられた電荷をデータ線を介して出力する第2検出回路と、
を含み、前記第1検出回路がアクティブとなる第1モードと、前記第2検出回路がアクティブとなる第2モードが切り替え可能に構成され、
本装置はさらに、
前記データ線ごとに設けられ、前記第1モードにおいて、前記第1検出回路から出力される電圧を増幅し、前記第2モードにおいて、前記第2検出回路から出力される電荷を、電圧に変換する出力アンプと、
前記データ線ごとに設けられ、接続される画素回路に含まれる光検出素子の受光量に応じて、前記画素回路および前記出力アンプの動作モードを切り換えるモード制御回路と、
を備えることを特徴とする光検出装置。 - 前記第1検出回路は、
前記光検出素子の一端がゲート端子に接続された増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタのソース端子と、画素回路が接続されるデータ線の間に設けられた第1スイッチトランジスタと、
を含み、
前記第2検出回路は、
前記光検出素子の一端から、画素回路が接続されるデータ線に至る経路上に設けられた第2スイッチトランジスタを含み、
前記第1スイッチトランジスタは、前記第1モードにおいてオンし、前記第2スイッチトランジスタは、前記第2モードにおいてオンすることを特徴とする請求項11に記載の光検出装置。 - 前記出力アンプは、
第1、第2入力端子を備え、前記第2入力端子に所定の基準電圧が印加された演算増幅器と、
前記演算増幅器の前記第1入力端子と、前記データ線との間に直列に設けられた入力キャパシタおよび第3スイッチトランジスタと、
オン状態において、前記入力キャパシタおよび前記第3スイッチトランジスタをバイパスする第4スイッチトランジスタと、
前記演算増幅器の出力端子と、前記第1入力端子との間に設けられた帰還キャパシタと、
前記帰還キャパシタと並列な帰還経路に設けられた第5スイッチトランジスタと、
を含み、
前記第1モードにおいて、前記第1検出回路から出力される電圧を、前記入力キャパシタと前記帰還キャパシタの容量の比で定まる増幅率にて増幅し、
前記第2モードにおいて、前記第2検出回路から出力される電荷を、前記帰還キャパシタに転送して電圧に変換することを特徴とする請求項11または12に記載の光検出装置。 - 前記帰還キャパシタは、可変容量であって、前記モード制御回路は、前記光検出素子の受光量に応じて、帰還キャパシタの容量値を切り換えることを特徴とする請求項13に記載の光検出装置。
- 前記モード制御回路は、前記第2モードにおいて、前記光電流によって前記容量を充放電する蓄積時間を、前記光検出素子の受光量に応じて変化させることを特徴とする請求項11または12に記載の光検出装置。
- 前記増幅トランジスタのソース端子に接続される負荷回路は、前記データ線ごとに前記画素回路の外部に設けられることを特徴とする請求項12に記載の光検出装置。
- 前記負荷回路は、
前記データ線と、電位の固定された端子間に設けられ、前記第1モードにおいてオン、前記第2モードにおいてオフとされるトランジスタを含むことを特徴とする請求項16に記載の光検出装置。 - 前記モード制御回路は、
接続されるデータ線の電位をモニタし、当該データ線の電位に応じて、前記第1、第2モードを切り換えることを特徴とする請求項11から17のいずれかに記載の光検出装置。 - 前記モード制御回路は、
前記データ線の電位を、所定のしきい値電圧と比較するコンパレータを含み、当該コンパレータの出力信号に応じて、前記第1、第2モードを切り換えることを特徴とする請求項18に記載の光検出装置。
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