JP5654778B2 - Image sensor, spectroscopic device, and method of operating image sensor - Google Patents

Image sensor, spectroscopic device, and method of operating image sensor Download PDF

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Description

本発明は、複数の受光素子を備えるイメージセンサ、イメージセンサと分光器とを備える分光装置、及びイメージセンサの作動方法に関するものである。   The present invention relates to an image sensor including a plurality of light receiving elements, a spectroscopic device including an image sensor and a spectroscope, and an operation method of the image sensor.

イメージセンサは、複数の受光素子が配列され、各受光素子に入射される光の強度を電気信号に変換して出力するものであり、例えば分光装置に組み込まれて用いられている。このようなイメージセンサが、例えば、特許文献１に開示されている。   An image sensor has a plurality of light receiving elements arranged, converts the intensity of light incident on each light receiving element into an electrical signal, and outputs the electrical signal. For example, the image sensor is incorporated in a spectroscopic device. Such an image sensor is disclosed in Patent Document 1, for example.

特許文献１に開示されたイメージセンサは、複数の受光素子（フォトダイオード）が各々スイッチを介して１つの積分回路（信号処理部）に接続されているものである。この各スイッチは、互いに異なる期間に閉状態に制御されると共に、各スイッチを閉状態にする間隔が基準時間の整数倍となるように制御される。このため、受光素子が電荷を蓄積する電荷蓄積時間が基準時間の整数倍となる。この整数倍の倍数値を受光素子ごとに予め設定することで、受光素子が飽和しない電荷蓄積時間になる。また、このイメージセンサは、積分回路が電荷を蓄積する可変容量部を有していて、各受光素子から出力される電荷を蓄積する際に、その受光素子の電荷蓄積時間に比例させて可変容量部の容量値を設定変更している。このため、受光素子ごとに積分回路から出力される電圧は、電荷積分時間や容量値の相違の影響が除かれた電圧値となる。   In the image sensor disclosed in Patent Document 1, a plurality of light receiving elements (photodiodes) are each connected to one integrating circuit (signal processing unit) via a switch. The switches are controlled to be closed during different periods, and are controlled so that the interval at which the switches are closed is an integral multiple of the reference time. For this reason, the charge accumulation time in which the light receiving element accumulates charges is an integral multiple of the reference time. By setting a multiple of this integer multiple for each light receiving element in advance, a charge accumulation time during which the light receiving element is not saturated is obtained. In addition, this image sensor has a variable capacitance unit in which the integration circuit accumulates charges. When accumulating charges output from each light receiving element, the variable capacitance is proportional to the charge accumulation time of the light receiving element. The capacity value of the part is changed. For this reason, the voltage output from the integration circuit for each light receiving element is a voltage value from which the influence of the difference in charge integration time and capacitance value is removed.

この特許文献１のイメージセンサは、測定対象光の強度に合わせて、各受光素子の電荷蓄積時間を予め設定しておく必要がある。例えば、このイメージセンサを用いた分光装置で、同種の多数の発光体（例えば発光ダイオードや蛍光灯）を順次取り換えつつ、繰り返し発光体の発光波長を検査する場合、発光体ごとの発光強度やピーク波長のばらつき、分光装置と発光体との距離のばらつきにより、各受光素子に入射する光の強度に想定以上の大きなばらつきが生じてしまうことがある。イメージセンサの電荷蓄積時間が予め決められていると、このようなばらつきが生じたときに、光の強度が強すぎて受光素子や積分回路が飽和したり、光の強度が弱すぎて信号がノイズに埋もれたりするため、測定の精度が悪くなるという問題がある。   In the image sensor of Patent Document 1, it is necessary to set the charge accumulation time of each light receiving element in advance in accordance with the intensity of light to be measured. For example, in a spectroscopic apparatus using this image sensor, when the emission wavelength of the illuminant is repeatedly inspected while sequentially replacing many illuminants of the same type (for example, light emitting diodes and fluorescent lamps), the emission intensity and peak for each illuminant. Due to variations in wavelength and variations in the distance between the spectroscopic device and the light emitter, the intensity of light incident on each light receiving element may vary more than expected. If the charge accumulation time of the image sensor is determined in advance, when such a variation occurs, the light intensity is too strong and the light receiving element and the integration circuit are saturated, or the light intensity is too low and the signal is Since it is buried in noise, there is a problem that the measurement accuracy is deteriorated.

また、このイメージセンサでは、電荷蓄積時間を長く設定すると可変容量部の容量も大きく設定されるが、積分回路から出力される電圧は可変容量部の容量に反比例するので、蓄積された電荷量によっては積分回路の出力電圧が小さくなってしまう範囲がある。小さな出力電圧を精度よく測定することは難しいため、測定の精度が悪くなるという問題がある。   In this image sensor, when the charge accumulation time is set longer, the capacity of the variable capacitor is also set larger. However, since the voltage output from the integrating circuit is inversely proportional to the capacity of the variable capacitor, the amount of accumulated charge There is a range where the output voltage of the integrating circuit becomes small. Since it is difficult to measure a small output voltage with high accuracy, there is a problem that measurement accuracy is deteriorated.

さらに、複数の受光素子からの電荷を１つの積分回路で電圧変換しているため、全ての受光素子の出力を電圧変換するのに時間が掛かるという問題もある。   Furthermore, since charges from a plurality of light receiving elements are voltage-converted by one integrating circuit, there is also a problem that it takes time to convert the outputs of all the light receiving elements.

特開２００６−３４９６２３号公報JP 2006-349623 A

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、受光する光の強度にばらつきが生じたとしても、高精度に測定することができるイメージセンサ、分光装置、及びイメージセンサの作動方法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. An image sensor, a spectroscopic device, and an operation method of an image sensor that can measure with high accuracy even if the intensity of received light varies. The purpose is to provide.

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載されたイメージセンサは、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積してその電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値が検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器と、各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御手段と、該入力制御手段が各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定手段と、該入力制御手段が閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定手段と、各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該光電変換部に対応する該電荷蓄積時間及び該測定電圧値に基づいて演算する演算手段と、該電圧検出回路ごとに予め設定されている該検出閾値が可変設定可能であって、測定対象光の基準となる基準光を該入射光として入射した該複数の光電変換部の各入力用スイッチの閉状態を予め設定した最大電荷蓄積時間が経過した時に開状態とし、該光電変換部ごとの出力電圧値を閾値設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込み、各々の該検出閾値を、各々の該閾値設定用電圧値よりも小さな値に設定変更する閾値設定手段とを備えることを特徴とする。 The image sensor according to claim 1, which has been made to achieve the above object, includes a light receiving element that generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, and one end of the light receiving element. An input circuit connected to the input switch; an integration circuit connected to the other end of the input switch; storing the charge input via the input switch; and outputting a voltage value corresponding to the amount of the charge; A plurality of photoelectric conversion units each having a voltage detection circuit that outputs a detection signal when a voltage value output from the integration circuit exceeds a detection threshold; and an output switch having one end connected to the output of the integration circuit; An analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring for connecting the other ends of the output switches of each of the plurality of photoelectric conversion units, and each of the input switches from an open state to a closed state To maintain the closed state. Input control means for controlling the input switch of the photoelectric conversion unit that outputs the detection signal when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, from the closed state to the open state, and the input control A time measuring means for measuring, for each input switch, an elapsed time during which each of the input switches is maintained in the closed state, and the input controlled by the input control means from the closed state to the open state. Voltage measurement for controlling the output switch of the photoelectric conversion unit having a switch for switching from the open state to the closed state, and reading the output voltage value for each photoelectric conversion unit from the analog / digital converter as the respective measurement voltage values It means the intensity of incident light to each of the photoelectric conversion unit, and a calculating means for calculating, based on the charge accumulation time and the measured voltage value corresponding to the photoelectric conversion unit, for each said voltage detecting circuit The detection threshold value set in advance can be variably set, and the closed state of each input switch of the plurality of photoelectric conversion units that has entered the reference light as the reference of the measurement target light as the incident light is preset. When the maximum charge accumulation time elapses, the open state is set, the output voltage value for each photoelectric conversion unit is read from the analog / digital converter as a threshold setting voltage value, and each detection threshold is set for each threshold setting. Threshold setting means for changing the setting to a value smaller than the voltage value is provided.

請求項２に記載されたイメージセンサは、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積する可変容量部を有し、該可変容量部に蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値が検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器と、各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御手段と、該入力制御手段が各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定手段と、該入力制御手段が閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定手段と、各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該可変容量部の容量値、該電荷蓄積時間、及び該測定電圧値に基づいて該入射光の強度を演算する演算手段と、測定対象光の基準となる基準光を該入射光として入射した該複数の光電変換部の各入力用スイッチの閉状態を、予め設定した該可変容量部の最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間が経過した時に開状態とし、該光電変換部ごとの出力電圧値を容量設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込み、この容量設定用電圧値が、該検出閾値を越えていないとき、該可変容量部の容量値を、該容量設定用電圧値が該検出閾値を越えるようにさらに小さな容量値に設定変更する容量設定手段とを備えることを特徴とする。 An image sensor according to claim 2 includes a light receiving element that generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, an input switch having one end connected to the light receiving element, and the other end of the input switch. An integrating circuit that is connected and has a variable capacitance unit that accumulates the electric charge input via the input switch, and that outputs a voltage value corresponding to the amount of electric charge accumulated in the variable capacitance unit; A plurality of photoelectric conversion units each having a voltage detection circuit that outputs a detection signal when a voltage value to be output exceeds a detection threshold; an output switch having one end connected to the output of the integration circuit; An analog / digital converter in which an input terminal is connected to a common wiring that connects the other ends of the output switches of each photoelectric conversion unit, and each of the input switches is controlled from an open state to a closed state. Each closed An input control means for controlling the input switch of the photoelectric conversion unit that has output the detection signal when the detection signal is output from the pressure detection circuit from a closed state to an open state; A time measuring unit that measures, for each input switch, an elapsed time that the input switch is maintained in the closed state; and the input switch that the input control unit controls from the closed state to the open state. Voltage measuring means for controlling the output switch of the photoelectric conversion unit from the open state to the closed state, and reading the output voltage value for each photoelectric conversion unit from the analog / digital converter as the respective measurement voltage values; the intensity of the incident light to the photoelectric conversion unit, the capacitance value of the variable capacitance unit, the charge accumulation time, and calculating means for calculating the intensity of incident light based on the measured voltage value, measurement subject light And standards That the closed state of the input switches of the photoelectric conversion unit of the number of said plurality incident as incident light to the reference light, when the maximum charge accumulation time has elapsed, the largest of the charge accumulation time of the variable capacitance unit set in advance In the open state, the output voltage value for each photoelectric conversion unit is read from the analog / digital converter as a capacitance setting voltage value, and when the capacitance setting voltage value does not exceed the detection threshold, the variable capacitance unit the capacitance value, the capacitive setting voltage value, characterized in that it comprises a capacity setting means for setting change into smaller capacitance value to exceed the detection threshold.

請求項３に記載されたイメージセンサは、請求項１又は２に記載されたイメージセンサであって、該検出閾値は、該アナログ／デジタル変換器が変換可能な最大の入力電圧値の１０〜９０％の値であることを特徴とする。 The image sensor according to claim 3 is the image sensor according to claim 1 or 2, wherein the detection threshold value is 10 to 90 of a maximum input voltage value that can be converted by the analog / digital converter. % Value.

請求項４に記載された分光装置は、分光器と、該分光器により分光された各波長の光を該入射光として受光する請求項１〜３のいずれかに記載のイメージセンサとを備えていることを特徴とする。 Spectroscopic apparatus according to claim 4, provided with a spectroscope, and an image sensor according to any one of claims 1 to 3, the light of each wavelength dispersed by the spectroscope to receive as the incident light It is characterized by being.

請求項５に記載されたイメージセンサの作動方法は、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積してその電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値の検出閾値が可変設定可能であって、該検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器とを備えるイメージセンサの作動方法であって、各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御ステップと、該入力制御ステップで各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定ステップと、該入力制御ステップで閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定ステップと、各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該光電変換部に対応する該電荷蓄積時間及び該測定電圧値に基づいて演算する演算ステップとを備え、かつ該検出閾値を、測定対象光に最適化するために、所望する最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間を入力設定する蓄積時間入力ステップと、該測定対象光の基準となる基準光を該入射光として該複数の光電変換部に入射させる基準光入射ステップと、該各々の入力用スイッチを開状態から閉状態に制御してこの閉状態を該最大電荷蓄積時間だけ維持させ、該最大電荷蓄積時間が経過した時に該各々の入力用スイッチを開状態に制御する基準電荷蓄積ステップと、該各々の出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値を閾値設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む閾値設定用電圧測定ステップと、各々の該検出閾値を、各々の該閾値設定用電圧値よりも小さな値に設定変更する閾値変更ステップとを備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an image sensor operating method comprising: a light receiving element that generates an amount of charge corresponding to the intensity of incident light; an input switch having one end connected to the light receiving element; An integration circuit connected to the other end for accumulating the electric charge input via the input switch and outputting a voltage value corresponding to the amount of the electric charge, and a detection threshold for the voltage value output by the integration circuit is variable A plurality of photoelectric conversion units each having a voltage detection circuit that is settable and outputs a detection signal when the detection threshold is exceeded, and an output switch having one end connected to the output of the integration circuit; An operation method of an image sensor comprising: an analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring connecting the other ends of the output switches of each of a plurality of photoelectric conversion units, each of the inputs Switch open The closed state is controlled from the closed state to maintain the closed state, and when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, the input switch of the photoelectric conversion unit that has output the detection signal is switched from the closed state to the open state. An input control step for controlling the input switches, a time measurement step for measuring each of the input switches as a charge accumulation time, which is an elapsed time during which each of the input switches is kept closed in the input control step, and the input control step The output switch of the photoelectric conversion unit having the input switch controlled from the closed state to the open state is controlled from the open state to the closed state, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is set to each measured voltage value. A voltage measurement step to read from the analog / digital converter, and the intensity of the incident light to each photoelectric conversion unit, the charge accumulation time corresponding to the photoelectric conversion unit and the measurement voltage And calculating a step, and a detection threshold value, in order to optimize the measurement object radiation, the accumulation time input step of inputting setting the maximum charge accumulation time is the maximum charge accumulation time desired for operation based on, A reference light incident step for making the reference light as a reference of the measurement target light incident on the plurality of photoelectric conversion units as the incident light, and controlling each of the input switches from the open state to the closed state, A reference charge accumulation step for maintaining the maximum charge accumulation time and controlling each input switch to open when the maximum charge accumulation time has elapsed, and controlling each output switch from open to closed Then, a threshold setting voltage measurement step of reading the output voltage value for each photoelectric conversion unit from the analog / digital converter as a threshold setting voltage value, and each of the detection threshold values is set to each of the threshold values. And a threshold value changing step for changing the setting to a value smaller than the setting voltage value .

請求項６に記載されたイメージセンサの作動方法は、入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積する可変容量部を有し、該可変容量部に蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値が検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器とを備えるイメージセンサの作動方法であって、各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御ステップと、該入力制御ステップで各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定ステップと、該入力制御ステップで閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定ステップと、各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該光電変換部に対応する該電荷蓄積時間及び該測定電圧値に基づいて演算する演算ステップとを備え、かつ該可変容量部の容量値を、測定対象光に最適化するために、所望する最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間を入力設定する蓄積時間入力ステップと、該可変容量部の容量値を最大容量値に制御する最大容量設定ステップと、該測定対象光の基準となる基準光を該入射光として該複数の光電変換部に入射させる基準光入射ステップと、該各々の入力用スイッチを開状態から閉状態に制御してこの閉状態を該最大電荷蓄積時間だけ維持させ、該最大電荷蓄積時間が経過した時に該各々の入力用スイッチを開状態に制御する基準電荷蓄積ステップと、該各々の出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値を容量設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む容量設定用電圧測定ステップと、この容量設定用電圧値が、該検出閾値を越えているか否かを判別し、該容量設定用電圧値が該検出閾値を越えていないと判別された該光電変換部の該可変容量部の容量値を、さらに小さな容量値に設定変更する容量変更ステップと備え、全ての該容量設定用電圧値が該検出閾値を越えるまで、該基準光入射ステップと、該基準電荷蓄積ステップと、該容量設定用電圧測定ステップと、該容量変更ステップとを繰り返して行うことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image sensor operating method comprising: a light receiving element that generates an amount of charge corresponding to the intensity of incident light; an input switch having one end connected to the light receiving element; An integration circuit connected to the other end and having a variable capacitance part for accumulating the electric charge inputted through the input switch, and outputting a voltage value corresponding to the amount of electric charge accumulated in the variable capacitance part; A plurality of photoelectric conversion units each including a voltage detection circuit that outputs a detection signal when the voltage value output by the integration circuit exceeds a detection threshold; and an output switch having one end connected to the output of the integration circuit; An operation method of an image sensor, comprising: an analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring connecting the other ends of the output switches of each of the plurality of photoelectric conversion units, Open the input switch The closed state is controlled from the closed state to the closed state, and when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, the input switch of the photoelectric conversion unit that outputs the detection signal is opened from the closed state. An input control step for controlling the input state, a time measuring step for measuring, for each input switch, an elapsed time during which each of the input switches is maintained in the closed state in the input control step, and the input control The output switch of the photoelectric conversion unit having the input switch controlled from the closed state to the open state in the step is controlled from the open state to the closed state, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is set to each measured voltage. A voltage measurement step to read from the analog / digital converter as a value, and the intensity of the incident light to each of the photoelectric conversion units, the charge accumulation time corresponding to the photoelectric conversion unit and the measurement voltage A storage step for inputting and setting a maximum charge storage time, which is a desired maximum charge storage time, in order to optimize the capacitance value of the variable capacitor unit to the light to be measured. A time input step, a maximum capacity setting step for controlling the capacitance value of the variable capacitance section to a maximum capacitance value, and a reference for making the reference light serving as a reference of the light to be measured enter the plurality of photoelectric conversion sections as the incident light Controlling the light input step and the respective input switches from the open state to the closed state to maintain the closed state for the maximum charge accumulation time, and when the maximum charge accumulation time has elapsed, The reference charge accumulation step for controlling the open state, and the respective output switches are controlled from the open state to the closed state, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is used as the capacitance setting voltage value for the analog / digital conversion. The capacity setting voltage measurement step read from the converter and whether or not the capacity setting voltage value exceeds the detection threshold value are determined, and it is determined that the capacity setting voltage value does not exceed the detection threshold value. A capacitance change step for changing the capacitance value of the variable capacitance portion of the photoelectric conversion portion to a smaller capacitance value, and the reference light incidence step until all the capacitance setting voltage values exceed the detection threshold value. And the reference charge accumulation step, the capacitance setting voltage measurement step, and the capacitance change step are repeated .

本発明のイメージセンサ及びイメージセンサの作動方法によれば、閉状態の入力スイッチを介して受光素子の電荷が直ちに積分回路に蓄積されることで、受光素子の飽和を防止でき、高精度な測定を行うことができる。また、受光素子に入力用スイッチを介して積分回路が接続されており、積分回路の出力電圧が検出閾値を越えたときに、入力用スイッチが開状態に制御されて受光素子から切り離されるため、どのような強度の光を受光したとしても、積分回路の飽和を防止することができると共に積分回路後段のアナログ／デジタル変換器のオーバーフローを防止することができ、高精度な測定を行うことができる。また、受光する光の強弱によらず、積分回路の出力電圧は検出閾値を越えるので、出力電圧が小さくなりすぎず、高精度な測定を行うことができる。さらに、受光素子と同数の積分回路を有しているので、特許文献１のイメージセンサのように１つの積分回路を切り換えて用いるよりも、遥かに短時間で測定を行うことができる。   According to the image sensor and the operation method of the image sensor of the present invention, the charge of the light receiving element is immediately accumulated in the integrating circuit via the input switch in the closed state, so that the saturation of the light receiving element can be prevented and highly accurate measurement can be performed. It can be performed. In addition, an integrating circuit is connected to the light receiving element via an input switch, and when the output voltage of the integrating circuit exceeds the detection threshold, the input switch is controlled to be opened and disconnected from the light receiving element. Regardless of the intensity of light received, saturation of the integration circuit can be prevented, and overflow of the analog / digital converter in the subsequent stage of the integration circuit can be prevented, so that highly accurate measurement can be performed. . In addition, the output voltage of the integration circuit exceeds the detection threshold regardless of the intensity of received light, so that the output voltage does not become too small and high-precision measurement can be performed. Furthermore, since the number of integrating circuits is the same as that of the light receiving elements, measurement can be performed in a much shorter time than when one integrating circuit is switched and used as in the image sensor of Patent Document 1.

本発明のイメージセンサによれば、検出閾値を、アナログ／デジタル変換器が変換可能な最大の入力電圧値の１０〜９０％の値とすることで、アナログ／デジタル変換器の測定可能範囲を確実に使用して測定することができるので、高精度な測定を確実に行うことができる。   According to the image sensor of the present invention, the measurable range of the analog / digital converter is ensured by setting the detection threshold to a value of 10 to 90% of the maximum input voltage value that can be converted by the analog / digital converter. Therefore, it is possible to reliably perform highly accurate measurement.

本発明のイメージセンサによれば、各々の電圧検出回路ごとに検出閾値を可変設定可能な閾値設定手段をさらに備えていることにより、各受光素子が受光する測定対象光の強度に応じて検出閾値を最適化することができる。また、本発明のイメージセンサの作動方法によれば、所望の最大電荷蓄積時間の経過時に出力される積分回路の出力電圧よりも小さな値に検出閾値を設定することで、最適な検出閾値に自動的に設定することができる。例えば、測定対象光の強度が弱いことにより、所望する最大電荷蓄積時間内に積分回路の出力電圧が検出閾値に達しない場合、検出閾値を予め小さく設定変更して所望する最大電荷蓄積時間内に電荷の蓄積が完了するようにできる。また、測定対象光の強度が強い場合、積分回路から出力される大きな電圧に対応させて検出閾値を予め大きく設定変更することで、積分回路やアナログ／デジタル変換器の測定可能レンジを十分に使用できるようになる。   According to the image sensor of the present invention, by further including threshold setting means capable of variably setting the detection threshold for each voltage detection circuit, the detection threshold according to the intensity of the measurement target light received by each light receiving element. Can be optimized. Further, according to the operation method of the image sensor of the present invention, the optimum detection threshold value is automatically set by setting the detection threshold value to a value smaller than the output voltage of the integration circuit output when the desired maximum charge accumulation time has elapsed. Can be set automatically. For example, if the output voltage of the integration circuit does not reach the detection threshold within the desired maximum charge accumulation time due to the weakness of the light to be measured, the detection threshold is set to a small value in advance and within the desired maximum charge accumulation time. Charge accumulation can be completed. In addition, when the intensity of the light to be measured is strong, the measurable range of the integration circuit and analog / digital converter can be used sufficiently by setting the detection threshold to a large value in advance in response to the large voltage output from the integration circuit. become able to.

本発明のイメージセンサによれば、積分回路は、可変容量部を有し、可変容量部の容量値を可変設定可能な容量設定手段をさらに備えることで、各受光素子が受光する測定対象光の強度に応じて電荷を蓄積する容量値を最適化することができる。また、本発明のイメージセンサの作動方法によれば、積分回路の出力電圧が所望の最大電荷蓄積時間内に所定の電圧を越えるように、可変容量部の容量値を最大値から小さくしていくことで、最適な容量値に自動的に設定することができる。積分回路の出力電圧は容量値に反比例するため、光の強弱に応じて容量値を予め最適化することで積分回路の出力電圧が最適化されて、一層高精度な測定を行うことができる。   According to the image sensor of the present invention, the integration circuit includes a variable capacitance unit, and further includes capacitance setting means that can variably set the capacitance value of the variable capacitance unit, so that the measurement target light received by each light receiving element is received. The capacitance value for accumulating charges can be optimized according to the intensity. Further, according to the operation method of the image sensor of the present invention, the capacitance value of the variable capacitance section is decreased from the maximum value so that the output voltage of the integration circuit exceeds a predetermined voltage within a desired maximum charge accumulation time. Thus, the optimum capacity value can be automatically set. Since the output voltage of the integration circuit is inversely proportional to the capacitance value, the output voltage of the integration circuit is optimized by optimizing the capacitance value in advance according to the intensity of light, and more accurate measurement can be performed.

本発明の分光装置によれば、どのような強度の測定対象光についても、波長の測定を高精度に行うことができる。   According to the spectroscopic device of the present invention, it is possible to measure the wavelength with high accuracy for any intensity of measurement target light.

本発明を適用するイメージセンサを示す構成図である。It is a block diagram which shows the image sensor to which this invention is applied. 本発明を適用するイメージセンサに用いる積分回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the integration circuit used for the image sensor to which this invention is applied. 本発明を適用するイメージセンサに用いる電圧比較回路の回路図である。It is a circuit diagram of the voltage comparison circuit used for the image sensor to which this invention is applied. 本発明を適用するイメージセンサの作動方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation method of an image sensor to which the present invention is applied. 本発明を適用する別のイメージセンサの作動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operating method of another image sensor to which this invention is applied. 本発明を適用するさらに別のイメージセンサの作動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation method of another image sensor to which this invention is applied. 本発明を適用する分光装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the spectrometer which applies this invention.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although embodiment of this invention is described in detail, the scope of the present invention is not limited to these embodiment.

本発明の実施形態の一例であるイメージセンサを図１に示す。このイメージセンサ１は、複数の光電変換部１０、アナログ／デジタル変換器１１（以下、ＡＤＣ１１ともいう）、及び制御部１２を有し、各光電変換部１０に入射される光の強度を測定可能に構成されている。なお、各光電変換部１０を区別するときは、同図に示すように各符号「１０」の末尾に１〜ｎ（ｎは整数）の添え字を付して区別するものとする。   An image sensor which is an example of an embodiment of the present invention is shown in FIG. The image sensor 1 includes a plurality of photoelectric conversion units 10, an analog / digital converter 11 (hereinafter also referred to as ADC 11), and a control unit 12, and can measure the intensity of light incident on each photoelectric conversion unit 10. It is configured. In addition, when distinguishing each photoelectric conversion part 10, the subscript of 1-n (n is an integer) shall be attached | subjected to the end of each code | symbol "10" as shown in the figure, and it will distinguish.

複数の光電変換部１０は、フォトダイオード２１、入力用スイッチ２２、積分回路２３、電圧検出回路２４、及び出力用スイッチ２５を各々有している。なお、これらを光電変換回路１０ごとに区別するときは、同図に示すように、各符号の末尾に光電変換回路１０の添え字と同様の添え字を付して区別するものとする。   The plurality of photoelectric conversion units 10 each include a photodiode 21, an input switch 22, an integration circuit 23, a voltage detection circuit 24, and an output switch 25. In addition, when distinguishing these for every photoelectric conversion circuit 10, as shown in the figure, the suffix similar to the suffix of the photoelectric conversion circuit 10 is attached | subjected to the end of each code | symbol, and it shall distinguish.

フォトダイオード２１は、本発明における受光素子の一例であって、入射光の強度に応じた量の電荷を発生するものである。フォトダイオード２１１〜２１ｎとして、全て同種のものを用いてもよいし、例えば、広い波長域の光を測定対象とする分光装置にイメージセンサ１を用いる場合には、測定対象光の波長に対応させて各々の検出波長域が異なっているものを用いてもよい。フォトダイオード２１は、カソードが基準電位となるグランド電位に接続され、アノードが入力用スイッチ２２の一端に接続されている。 The photodiode 21 is an example of a light receiving element in the present invention, and generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light. The photodiodes 21 1 to 21 n may all be of the same type. For example, when the image sensor 1 is used in a spectroscopic device that measures light in a wide wavelength range, the wavelength of the measurement target light is set. Correspondingly, those having different detection wavelength ranges may be used. The photodiode 21 has a cathode connected to a ground potential serving as a reference potential, and an anode connected to one end of the input switch 22.

入力用スイッチ２２は、制御部１２の開閉制御により開閉動作するものである。入力用スイッチ２２は、所望する応答速度で開閉動作し、漏れ電流の少ないものであることが好ましい。入力用スイッチ２２の他端は、積分回路２３の入力端子に接続されている。   The input switch 22 is opened and closed by opening and closing control of the control unit 12. The input switch 22 preferably opens and closes at a desired response speed and has a small leakage current. The other end of the input switch 22 is connected to the input terminal of the integrating circuit 23.

積分回路２３は、入力用スイッチ２２を介してフォトダイオード２１から入力する電荷を蓄積してその電荷の量に応じた電圧値を出力するものである。図２に、積分回路２３の一例を示す。   The integrating circuit 23 accumulates charges input from the photodiode 21 via the input switch 22 and outputs a voltage value corresponding to the amount of the charges. FIG. 2 shows an example of the integration circuit 23.

同図に示す積分回路２３は、増幅器３１及び可変容量部３２を有し、増幅器３１の入出力間に可変容量部３２が接続されている。増幅器３１は、一例として演算増幅器であり、この演算増幅器の反転入力端子を同図に示す入力端子とし、非図示の非反転入力端子を基準電位となるグランド電位に接続したものである。可変容量部３２は、コンデンサ３３１〜３３３、及び容量用スイッチ３４０〜３４３を有している。この可変容量部３２は、容量用スイッチ３４０、直列接続されたコンデンサ３３１及び容量用スイッチ３４１、直列接続されたコンデンサ３３２及び容量用スイッチ３４２、並びに直列接続されたコンデンサ３３３及び容量用スイッチ３４３同士が並列接続されて構成されている。容量用スイッチ３４０〜３４３は、制御部１２による開閉制御により開閉動作するものである。容量用スイッチ３４０〜３４３は、所望する応答速度で開閉動作し、漏れ電流の少ないものであることが好ましい。 The integrating circuit 23 shown in the figure has an amplifier 31 and a variable capacitance section 32, and the variable capacitance section 32 is connected between the input and output of the amplifier 31. The amplifier 31 is an operational amplifier as an example. The operational amplifier has an inverting input terminal as an input terminal shown in the figure, and a non-inverting input terminal (not shown) is connected to a ground potential serving as a reference potential. The variable capacitance unit 32 includes capacitors 33 1 to 33 3 and capacitance switches 34 0 to 34 3 . The variable capacitance unit 32 includes a capacitance switch 34 0 , a capacitor 33 1 and a capacitor switch 34 1 connected in series, a capacitor 33 2 and a capacitor switch 34 2 connected in series, and a capacitor 33 3 and a capacitor connected in series. switch 34 3 between capacitance is configured by parallel connection. Capacitance switches 34 0 to 34 3 are opened and closed by opening and closing control by control unit 12. Capacitance switches 34 0 to 34 3 preferably open and close at a desired response speed and have a small leakage current.

可変容量部３２は、容量用スイッチ３４１〜３４３の各々の開閉状態により容量値が可変設定される。また、可変容量部３２は、容量用スイッチ３４０を閉状態にすると、それまで可変容量部３２に蓄積されていた電荷が放電される。積分回路２３は、可変容量部３２で可変設定された容量値をＣＴとして、そこに蓄積された電荷の量をＱＴとすると、ＱＴ／ＣＴに応じた電圧を出力する。 The capacitance value of the variable capacitance unit 32 is variably set according to the open / closed state of the capacitance switches 34 1 to 34 3 . The variable capacitance section 32 when the capacitor switches 34 0 to the closed state, the previous charge accumulated in the variable capacitance section 32 are discharged. The integration circuit 23 outputs a voltage corresponding to Q T / C T , where C T is the capacitance value variably set by the variable capacitance unit 32 and Q T is the amount of charge accumulated therein.

コンデンサ３３１〜３３３の容量値は、フォトダイオード２１の検出感度や受光する光の強度、所望する測定時間等に基づいて適宜定める。一例としてコンデンサ３３１の容量値をＣとしたときにコンデンサ３３１〜３３３の各容量比を、コンデンサ３３１：コンデンサ３３２：コンデンサ３３３がＣ：２Ｃ：４Ｃのように倍数的な関係になるように定めたり、Ｃ：１０Ｃ：１００Ｃのように指数関数的な関係になるように定めたりすると、可変容量部３２の容量可変幅を大きくできるので好ましい。コンデンサ３３１〜３３３の容量比をＣ：２Ｃ：４Ｃに定めたときには、可変設定可能な容量値ＣＴは、Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、６Ｃ、及び７Ｃとなる。また、コンデンサ３３１〜３３３の容量比をＣ：１０Ｃ：１００Ｃに定めたときには、可変設定可能な容量値ＣＴは、Ｃ、１０Ｃ、１１Ｃ、１００Ｃ、１０１Ｃ、１１０Ｃ、及び１１１Ｃとなる。 The capacitance values of the capacitors 33 1 to 33 3 are appropriately determined based on the detection sensitivity of the photodiode 21, the intensity of received light, a desired measurement time, and the like. Each capacitance ratio of the capacitors 33 to 333 when the capacitance value of the capacitor 33 1 is C as an example, the capacitor 33 1: capacitor 33 2: capacitor 33 3 C: 2C: multiple relationship as 4C It is preferable to set the variable capacity portion 32 to have an exponential relationship such as C: 10C: 100C because the variable capacity width of the variable capacity section 32 can be increased. The capacitance ratio of the capacitor 33 1 ~33 3 C: 2C: when set to 4C, the variable settable capacitance C T becomes C, 2C, 3C, 4C, 5C, 6C, and the 7C. Further, the capacitance ratio of the capacitor 33 1 ~33 3 C: 10C: when set to 100C, the variable settable capacitance C T becomes C, 10C, 11C, 100C, 101C, 110C, and a 111C.

なお、同図では、３つのコンデンサで容量値を可変する構成を例示したが、容量可変幅をさらに大きくしたり、設定の変化幅をより細かく可変したりするために、並列接続するコンデンサ及びスイッチの数を３つよりもさらに多く設けてもよい。また、容量を可変する必要がなければ、可変容量部３２に換えて、１つのコンデンサ及び放電用の容量用スイッチ３４０を並列接続したものを備えて、容量値を固定してもよい。 In the figure, the configuration in which the capacitance value is varied with three capacitors is illustrated. However, in order to further increase the capacitance variable width or to finely vary the setting change width, capacitors and switches connected in parallel are illustrated. More than three may be provided. Further, if it is not necessary to vary the capacity, instead of the variable capacitance section 32, provided with a capacitive switch 34 0 for one capacitor and discharge those connected in parallel, it may be fixed capacitance value.

図１に示すように、積分回路２３の出力端子には、電圧検出回路２４及び出力用スイッチ２５の一端が接続されている。   As shown in FIG. 1, one end of a voltage detection circuit 24 and an output switch 25 is connected to the output terminal of the integration circuit 23.

電圧検出回路２４は、積分回路２３の出力する電圧が検出閾値を越えたときに検出信号Ｓを出力するものである。なお、検出信号Ｓを光電変換回路１０ごとに区別するときは、同図に示すように、各符号の末尾に光電変換回路１０の添え字と同様の添え字を付して区別するものとする。   The voltage detection circuit 24 outputs a detection signal S when the voltage output from the integration circuit 23 exceeds the detection threshold. In addition, when distinguishing the detection signal S for each photoelectric conversion circuit 10, as shown in the figure, a suffix similar to the suffix of the photoelectric conversion circuit 10 is added to the end of each code to distinguish. .

図３（ａ）に、電圧検出回路２４の一例を示す。同図に示すように、電圧検出回路２４は、コンパレータ２６で構成されている。コンパレータ２６は、一例として、同図に「＋」で表した非反転入力端子が、積分回路２３の出力端子に接続されている。また、コンパレータ２６は、同図に「−」で表した反転入力端子が、本発明における閾値設定手段に相当する制御部１２に接続されている。この反転入力端子には、制御部１２から検出閾値の電圧値が入力される。コンパレータ２６の出力端子は、入力制御手段である制御部１２に接続されている。このコンパレータ２６は、積分回路２３から出力される電圧が、検出閾値以下の場合、ロウレベルの信号を出力し、検出閾値を超える場合、検出信号Ｓとして、ハイレベルの信号を出力する。   FIG. 3A shows an example of the voltage detection circuit 24. As shown in the figure, the voltage detection circuit 24 includes a comparator 26. As an example, the comparator 26 has a non-inverting input terminal represented by “+” in the figure connected to the output terminal of the integrating circuit 23. Further, the comparator 26 has an inverting input terminal represented by “−” in the figure connected to the control unit 12 corresponding to the threshold setting means in the present invention. The voltage value of the detection threshold is input from the control unit 12 to the inverting input terminal. The output terminal of the comparator 26 is connected to the control unit 12 serving as input control means. The comparator 26 outputs a low level signal when the voltage output from the integrating circuit 23 is equal to or lower than the detection threshold value, and outputs a high level signal as the detection signal S when the voltage exceeds the detection threshold value.

なお、電圧検出回路２４に入力する検出閾値を可変設定する必要の無い場合には、一例として、図３（ｂ）に示す電圧検出回路２４´のように、電源電圧Ｖｃｃとグランド電位との間に直列接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で電圧Ｖｃｃを分圧し、その分圧電圧を、検出閾値としてコンパレータ２６の反転入力端子に入力する構成としてもよい。この場合には、制御部１２は、検出閾値の電圧値を出力する必要がない。また、図３（ａ）（ｂ）に示したコンパレータ２６に、ヒステリシス回路を付加してもよい。   When it is not necessary to variably set the detection threshold value input to the voltage detection circuit 24, as an example, the voltage detection circuit 24 'shown in FIG. Alternatively, the voltage Vcc may be divided by the resistor R1 and the resistor R2 connected in series, and the divided voltage may be input to the inverting input terminal of the comparator 26 as a detection threshold. In this case, the controller 12 does not need to output the detection threshold voltage value. Further, a hysteresis circuit may be added to the comparator 26 shown in FIGS.

出力用スイッチ２５は、制御部１２の開閉制御により開閉動作するものである。出力用スイッチ２５は、所望する応答速度で開閉動作し、漏れ電流の少ないものであることが好ましい。   The output switch 25 is opened and closed by opening and closing control of the control unit 12. The output switch 25 preferably opens and closes at a desired response speed and has little leakage current.

図１に示すように、光電変換部１０１〜１０ｎの出力用スイッチ２５１〜２５ｎの他端同士は全て共通配線に接続されている。この共通配線に、ＡＤＣ１１の入力端子が接続されている。 As shown in FIG. 1, the other ends of the output switches 25 1 to 25 n of the photoelectric conversion units 10 1 to 10 n are all connected to a common wiring. The input terminal of the ADC 11 is connected to this common wiring.

ＡＤＣ１１は、入力されるアナログ信号の電圧値を、例えば２４ビットの分解能で量子化して、その値をデジタル信号で出力するものである。このＡＤＣ１１には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。この基準電圧Ｖｒｅｆは、ＡＤＣ１１がアナログ／デジタル変換可能な最大の入力電圧値を定めるものであり、ＡＤＣ１１は、グランド電位から基準電圧Ｖｒｅｆまでの電圧値のアナログ信号をデジタル信号に変換可能になっている。ＡＤＣ１１の出力端子は、電圧測定手段である制御部１２に接続されている。   The ADC 11 quantizes the voltage value of the input analog signal, for example, with a resolution of 24 bits, and outputs the value as a digital signal. A reference voltage Vref is input to the ADC 11. The reference voltage Vref determines the maximum input voltage value that the ADC 11 can perform analog / digital conversion. The ADC 11 can convert an analog signal having a voltage value from the ground potential to the reference voltage Vref into a digital signal. Yes. The output terminal of the ADC 11 is connected to the control unit 12 which is a voltage measuring unit.

ＡＤＣ１１は、電圧検出回路２４の電圧の検出精度よりも高い精度で電圧値をデジタル変換可能なものであることが好ましい。また、ＡＤＣ１１は、短時間で変換を行うことができるものであることが好ましい。   The ADC 11 is preferably capable of digitally converting a voltage value with higher accuracy than the voltage detection accuracy of the voltage detection circuit 24. Moreover, it is preferable that ADC11 is what can convert in a short time.

制御部１２は、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵ動作用のプログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、各可変容量部３２を設定するための容量値及び各検出閾値を記憶するフラッシュＲＯＭ、測定値や演算値などを記録するＲＡＭ（Random Access Memory）、動作用クロックの基準信号を発振する発振器、時間測定可能なタイマ、入出力インタフェース、及びデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）などを備えている。この制御部１２は、入力用スイッチ２２１〜２２ｎ、出力用スイッチ２５１〜２５ｎ、各容量用スイッチ３４０〜３４３、を別個に開閉制御可能に構成されている。また、制御部１２は、電圧検出回路２４１〜２４ｎと同数のＤＡＣを有していて、これらＤＡＣから電圧検出回路２４１〜２４ｎに別個に設定した検出閾値の電圧値を出力可能に構成されている。さらに、制御部１２は、ＡＤＣ１１から出力される電圧値を読み込み可能に構成されている。また、制御部１２は、電圧検出回路２４１〜２４ｎから検出信号Ｓ１〜Ｓｎが出力されたことを判別可能に構成されている。さらに、制御部１２は、タイマによって経過時間を測定可能に構成されている。このような構成の制御部１２及びその動作用のプログラムによって、本発明における入力制御手段、時間測定手段、電圧測定手段、演算手段、閾値設定手段、及び容量設定手段が実現されている。 For example, the control unit 12 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) that stores a program for operating the CPU, a capacity value for setting each variable capacity unit 32, and a flash that stores each detection threshold value. ROM, RAM (Random Access Memory) that records measurement values and calculation values, oscillator that oscillates the reference signal for the operation clock, timer that can measure time, input / output interface, digital / analog converter (DAC), etc. I have. The control unit 12 is configured to be able to open and close the input switches 22 1 to 22 n , the output switches 25 1 to 25 n , and the capacitance switches 34 0 to 34 3 separately. The control unit 12, have the same number of DAC and a voltage detecting circuit 24 1 to 24 n, capable of outputting a voltage value of the detection threshold separately set to the voltage detection circuit 24 1 to 24 n from these DAC It is configured. Further, the control unit 12 is configured to be able to read a voltage value output from the ADC 11. The control unit 12 is distinguishably configuration that the detection signal S 1 to S n from the voltage detecting circuit 24 1 to 24 n is output. Furthermore, the control unit 12 is configured to be able to measure the elapsed time using a timer. The control unit 12 having such a configuration and its operation program realize the input control means, time measurement means, voltage measurement means, calculation means, threshold setting means, and capacity setting means in the present invention.

入力制御手段は、各々の入力用スイッチ２２を開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の電圧検出回路２４から検出信号Ｓが出力されたときにその検出信号Ｓを出力した光電変換部１０の入力用スイッチ２２を閉状態から開状態に制御する。時間測定手段は、入力制御手段が各入力用スイッチ２２を閉状態にしてから開状態にするまでの閉状態を維持させた時間を測定して、入力用スイッチ２２に対応させて電荷蓄積時間としてＲＡＭに記憶する。電圧測定手段は、入力制御手段によって閉状態に維持された後に開状態に制御された入力用スイッチ２２を有する光電変換部１０の出力用スイッチ２５を開状態から閉状態に制御して、光電変換部１０ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値としてＡＤＣ１１から読み込んでＲＡＭに記憶する。演算手段は、各々の光電変換部１０への入射光の強度を、光電変換部１０に対応する可変容量部３２の容量、電荷蓄積時間、及び測定電圧値に基づいて演算する。   The input control means controls each input switch 22 from the open state to the closed state to maintain the closed state, and outputs the detection signal S when the detection signal S is output from each voltage detection circuit 24. The input switch 22 of the photoelectric conversion unit 10 is controlled from the closed state to the open state. The time measuring means measures the time during which the input control means maintains the closed state from when each input switch 22 is closed to when the input switch 22 is open, and corresponds to the input switch 22 as the charge accumulation time. Store in RAM. The voltage measuring means controls the output switch 25 of the photoelectric conversion unit 10 having the input switch 22 controlled to be in the open state after being maintained in the closed state by the input control means, from the open state to the closed state, thereby performing photoelectric conversion. The output voltage value for each unit 10 is read from the ADC 11 as each measured voltage value and stored in the RAM. The calculation means calculates the intensity of the incident light to each photoelectric conversion unit 10 based on the capacitance of the variable capacitance unit 32 corresponding to the photoelectric conversion unit 10, the charge accumulation time, and the measured voltage value.

なお、演算手段は、各可変容量部３２の容量が全て同じ容量、又は可変容量部３２に換えて各々全て同じ容量のコンデンサにした場合には、各々の光電変換部１０への入射光の強度を、各光電変換部１０に対応する電荷蓄積時間及び測定電圧値に基づいて演算してもよい。   In addition, when the capacity of each variable capacitance part 32 is the same capacity, or when the variable capacity part 32 is replaced with a capacitor having the same capacity, the calculation means calculates the intensity of incident light to each photoelectric conversion part 10. May be calculated based on the charge accumulation time and the measured voltage value corresponding to each photoelectric conversion unit 10.

閾値設定手段は、前記の検出閾値を、各々の電圧検出回路２４ごとに設定して出力する。各検出閾値は、積分回路の出力が飽和する出力電圧値よりも小さな値であり、かつＡＤＣ１１の基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さな値である。さらに、検出閾値は、ＡＤＣ１１の測定可能範囲を有効に使用するために、基準電圧Ｖｒｅｆの１０〜９０％であることが好ましく、基準電圧Ｖｒｅｆの２０〜８０％であることがより好ましい。各電圧検出回路２４の検出閾値は、全て同じ電圧値に設定してもよく、測定対象光の強弱に対応させて、異なる電圧に設定してもよい。   The threshold setting means sets and outputs the detection threshold for each voltage detection circuit 24. Each detection threshold value is smaller than the output voltage value at which the output of the integrating circuit is saturated, and is smaller than the reference voltage Vref of the ADC 11. Further, the detection threshold is preferably 10 to 90% of the reference voltage Vref, and more preferably 20 to 80% of the reference voltage Vref in order to effectively use the measurable range of the ADC 11. The detection threshold values of the voltage detection circuits 24 may all be set to the same voltage value, or may be set to different voltages according to the intensity of the measurement target light.

容量設定手段は、各々の可変容量部３２の容量用スイッチ３４０〜３４３を開閉制御することで、可変容量部３２の容量値の設定を行う。また、容量設定手段は、容量用スイッチ３４０を開閉制御することで、可変容量部３２に蓄積された電荷の放電を行う。 The capacity setting means sets the capacity value of the variable capacity section 32 by controlling opening and closing the capacity switches 34 0 to 34 3 of each variable capacity section 32. Furthermore, capacity setting means, by controlling opening and closing of the capacitor switch 34 0, to discharge the charge accumulated in the variable capacitance section 32.

次に、本発明のイメージセンサの作動方法の一例について図４のフローチャート、並びにすでに説明した図１及び図２を参照して詳細に説明する。   Next, an example of the operation method of the image sensor of the present invention will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 4 and FIGS. 1 and 2 already described.

イメージセンサ１の制御部１２は、光の測定の前に初期設定を行う（ステップ１０１〜１０３）。なお、図４〜図６では「ステップ」を「Ｓ」と省略して示す。   The control unit 12 of the image sensor 1 performs initial setting before measuring light (steps 101 to 103). In FIGS. 4 to 6, “step” is abbreviated as “S”.

初期設定として制御部１２は、全ての入力用スイッチ２２及び全ての出力用スイッチ２５を開状態に制御する（ステップ１０１）。次に、制御部１２は、閾値設定手段により、フラッシュＲＯＭに予め記憶された各検出閾値の電圧値を電圧検出回路２４に出力する（ステップ１０２）。また、制御部１２は、容量設定手段により、容量用スイッチ３４０〜３４３を全て閉状態に制御してコンデンサ３３１〜３３３の電荷を放電させてから、容量用スイッチ３４０〜３４３を開閉制御して各可変容量部３２の容量値をフラッシュＲＯＭに予め記憶された容量値に設定する（ステップ１０３）。以上で初期設定が終了する。 As an initial setting, the control unit 12 controls all the input switches 22 and all the output switches 25 to be open (step 101). Next, the control unit 12 outputs the voltage value of each detection threshold stored in advance in the flash ROM to the voltage detection circuit 24 by the threshold setting means (step 102). Further, the control unit 12 controls all the capacitance switches 34 0 to 34 3 to be closed by the capacitance setting means to discharge the charges of the capacitors 33 1 to 33 3 , and then the capacitance switches 34 0 to 34 3. Is opened and closed to set the capacity value of each variable capacity section 32 to the capacity value stored in advance in the flash ROM (step 103). This completes the initial setting.

なお、閾値設定手段や容量設定手段を有しないイメージセンサ１では、閾値や容量値の設定を省略する。   In the image sensor 1 having no threshold setting unit or capacity setting unit, the setting of the threshold value and the capacitance value is omitted.

続いて、測定対象光を各フォトダイオード２１に入射させる（ステップ１０４）。これとほぼ同時に制御部１２は、入力制御手段により、全ての入力用スイッチ２２を閉状態に制御して閉状態を維持させる（ステップ１０５）。入力制御手段は、入力用スイッチ２２を閉状態に制御した時から検出信号Ｓの出力が有るか否かの監視を開始して（ステップ１０７）、検出信号Ｓを検出したときに、直ちに、その検出信号Ｓを出力した光電変換部１０の入力用スイッチ２２を開状態に制御する（ステップ１０８）。これらステップ１０５、１０７、１０８が本発明における入力制御ステップに相当する。   Subsequently, the measurement target light is made incident on each photodiode 21 (step 104). At substantially the same time, the control unit 12 controls all the input switches 22 to be closed by the input control means so as to maintain the closed state (step 105). The input control means starts monitoring whether or not the detection signal S is output from the time when the input switch 22 is controlled to be closed (step 107), and immediately when the detection signal S is detected, the input control means The input switch 22 of the photoelectric conversion unit 10 that has output the detection signal S is controlled to be in an open state (step 108). These steps 105, 107, and 108 correspond to the input control step in the present invention.

ステップ１０５で入力用スイッチ２２が閉状態になることで、測定対象光によってフォトダイオード２１に発生する電荷は、積分回路２３の可変容量部３２に直ちに蓄積されていく。このため、フォトダイオード２１は飽和しない。積分回路２３の出力電圧は、蓄積される電荷の量に応じて上昇し、電圧検出回路２４の検出閾値を越えたときに、電圧検出回路２４から制御部１２に直ちに検出信号Ｓが出力される。ステップ１０７で検出信号Ｓが検出されたときに、ステップ１０８でフォトダイオード２１と積分回路２３とが切り離され、積分回路２３の出力電圧は保持される。保持された積分回路２３の出力電圧は、検出閾値とほぼ同じ電圧値であり、検出閾値は積分回路２３の飽和出力電圧値よりも小さい電圧値に設定されていることから、積分回路２３は飽和しない。   When the input switch 22 is closed in step 105, the charge generated in the photodiode 21 by the measurement target light is immediately accumulated in the variable capacitor 32 of the integration circuit 23. For this reason, the photodiode 21 is not saturated. The output voltage of the integration circuit 23 increases in accordance with the amount of accumulated charge, and when the detection threshold value of the voltage detection circuit 24 is exceeded, the detection signal S is immediately output from the voltage detection circuit 24 to the control unit 12. . When the detection signal S is detected in step 107, the photodiode 21 and the integration circuit 23 are disconnected in step 108, and the output voltage of the integration circuit 23 is held. Since the held output voltage of the integration circuit 23 is substantially the same voltage value as the detection threshold value, and the detection threshold value is set to a voltage value smaller than the saturation output voltage value of the integration circuit 23, the integration circuit 23 is saturated. do not do.

一方、制御部１２は、時間測定手段により、各々の入力用スイッチ２２が閉状態に維持された時間を電荷蓄積時間として入力用スイッチ２２ごとに測定する（時間測定ステップ）。具体的には、時間測定手段は、ステップ１０５で入力用スイッチ２２を閉状態に制御した時から経過時間の測定を開始し（ステップ１０６）、ステップ１０８で入力用スイッチを開状態に制御した時に、その開状態にした入力用スイッチについての経過時間の測定を終了して、測定された経過時間を電荷蓄積時間として記憶する（ステップ１０９）。   On the other hand, the control unit 12 measures, for each input switch 22, the time during which each input switch 22 is maintained in the closed state by the time measurement unit as a charge accumulation time (time measurement step). Specifically, the time measuring means starts measuring the elapsed time from when the input switch 22 is controlled to be closed in step 105 (step 106), and when the input switch is controlled to be opened in step 108. Then, the measurement of the elapsed time for the input switch in the open state is terminated, and the measured elapsed time is stored as the charge accumulation time (step 109).

続いて、制御部１２は、電圧測定手段により、ステップ１０８で閉状態から開状態に制御した入力用スイッチ２２を有する光電変換部１０の出力用スイッチ２５を閉状態に制御して（ステップ１１０）、その光電変換部１０の積分回路２３からの出力電圧をＡＤＣ１１から読み込んで測定電圧値として記憶する（ステップ１１１）。このステップ１１０及び１１１が本発明における電圧測定ステップに相当する。電圧測定手段は、電圧値の読み込み終了後、その光電変換部１０の出力用スイッチ２５を、直ちに開状態に戻す（ステップ１１２）。   Subsequently, the control unit 12 controls the output switch 25 of the photoelectric conversion unit 10 having the input switch 22 that is controlled from the closed state to the open state in Step 108 by the voltage measuring unit to be closed (Step 110). The output voltage from the integration circuit 23 of the photoelectric conversion unit 10 is read from the ADC 11 and stored as a measured voltage value (step 111). Steps 110 and 111 correspond to a voltage measurement step in the present invention. The voltage measuring means immediately returns the output switch 25 of the photoelectric conversion unit 10 to the open state after reading the voltage value (step 112).

積分回路２３から出力される電圧は検出閾値とほぼ同程度の電圧値であり、検出閾値はＡＤＣ１１の基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さい電圧値に設定されていることから、ＡＤＣ１１はオーバーフローしない。また、ＡＤＣ１１が積分回路２３から出力される電圧値を高精度に測定するので、各電圧検出回路２４の電圧値の検出精度は高くなくてもよい。このため、各電圧検出回路２４として、コンパレータ２６のように簡便で安価な回路を用いることができる。さらに、各電圧検出回路２４が基準とする検出閾値の可変可能な値は、高い分解能で設定する必要がなく、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆの１０％、３０％、５０％、７０％のように４段階（２ビット分解能）、又は８段階（３ビット分解能）のように、ＡＤＣ１１よりも低い分解能で設定が行えればよい。このため、制御部１２の閾値設定手段を簡便で安価な回路とすることができる。   The voltage output from the integration circuit 23 has a voltage value substantially equal to the detection threshold value, and the detection threshold value is set to a voltage value smaller than the reference voltage Vref of the ADC 11, so that the ADC 11 does not overflow. Further, since the ADC 11 measures the voltage value output from the integration circuit 23 with high accuracy, the voltage value detection accuracy of each voltage detection circuit 24 may not be high. Therefore, a simple and inexpensive circuit such as the comparator 26 can be used as each voltage detection circuit 24. Furthermore, it is not necessary to set a variable value of the detection threshold value that each voltage detection circuit 24 uses as a reference, for example, 4% such as 10%, 30%, 50%, and 70% of the reference voltage Vref. It suffices if the setting can be performed with a resolution lower than that of the ADC 11, such as in steps (2-bit resolution) or 8-steps (3-bit resolution). For this reason, the threshold setting means of the control unit 12 can be a simple and inexpensive circuit.

続いて、制御部１２は、演算手段により、その光電変換部１０に設定した可変容量部３２の容量値、並びに、その光電変換部１０について記憶した電荷蓄積時間及び測定電圧値に基づいて、その光電変換部１０のフォトダイオード２１への入射光の強度を演算する（ステップ１１３）。具体的には、電荷蓄積時間Ｔ、測定電圧値Ｖ、可変容量部３２の容量ＣＴ、蓄積された電荷ＱＴとしたときに、
光の強度Ｉ＝ＱＴ／Ｔ＝（Ｖ×ＣＴ）／Ｔ
の関係が成り立つ。ＣＴは制御部１２（容量設定手段）にとって既知の値であるので演算手段は、光の強度を演算することができる。演算手段は、演算した光の強度を、その光電変換部１０に対応させて記憶する。 Subsequently, based on the capacitance value of the variable capacitance unit 32 set in the photoelectric conversion unit 10 and the charge accumulation time and measured voltage value stored for the photoelectric conversion unit 10, the control unit 12 calculates The intensity of incident light on the photodiode 21 of the photoelectric conversion unit 10 is calculated (step 113). Specifically, when the charge accumulation time T, the measurement voltage value V, the capacitance C T of the variable capacitance unit 32, and the accumulated charge Q T are given,
Light intensity I = Q T / T = (V × C T ) / T
The relationship holds. Since CT is a known value for the control unit 12 (capacity setting means), the calculating means can calculate the light intensity. The calculation means stores the calculated light intensity in association with the photoelectric conversion unit 10.

なお、演算手段は、各可変容量部３２の容量が全て同じ容量に設定されている場合、又は可変容量部３２に換えて全て同じ容量のコンデンサにした場合には、各光電変換部１０の入射光の相対的な強度は容量に依拠しなくなるので、光の強度を電荷蓄積時間及び測定電圧値に基づいて演算してもよい。   In addition, when all the capacity | capacitances of each variable capacity | capacitance part 32 are set to the same capacity | capacitance, or when it replaces with the variable capacity | capacitance part 32 and is made into the capacitor | condenser of all the same capacity | capacitance means, the calculating means is incident on each photoelectric conversion part 10. Since the relative light intensity does not depend on the capacitance, the light intensity may be calculated based on the charge accumulation time and the measured voltage value.

制御部１２は、全ての光電変換部１０について光の強度の演算が終了していないときにはステップ１０７に戻り、全ての光電変換部１０について光の強度の演算が終了したときには、測定を終了する（ステップ１１４）。   The control unit 12 returns to Step 107 when the calculation of the light intensity has not been completed for all the photoelectric conversion units 10, and ends the measurement when the calculation of the light intensity has been completed for all the photoelectric conversion units 10 ( Step 114).

以上で、イメージセンサ１への入射光の強度測定が終了する。   Thus, the measurement of the intensity of incident light on the image sensor 1 is completed.

同種の測定対象光についての測定を繰り返し行う場合には、ステップ１０３に戻って同様に測定を行えばよい。   When the measurement of the same kind of measurement target light is repeatedly performed, the measurement may be performed in the same manner by returning to step 103.

次に、本発明のイメージセンサの作動方法の別の一例について図５を参照して説明する。   Next, another example of the operation method of the image sensor of the present invention will be described with reference to FIG.

同図に示すイメージセンサの作動方法は、図４を用いて説明したイメージセンサの作動方法よりも前に予め実行して、各可変容量部３２の容量値を測定対象光に最適化するために行うものである。例えば、同種の多数の発光体を順次取り換えつつ、繰り返し発光体の光を測定対象光として測定する場合、その発光体の光に各可変容量部３２の容量値を最適化しておくことで、所望の電荷蓄積時間内に高精度の測定を行えるようになる。 The operation method of the image sensor shown in the figure is executed in advance before the operation method of the image sensor described with reference to FIG. 4 so as to optimize the capacitance value of each variable capacitance unit 32 to the measurement target light. Is what you do. For example, when repeatedly measuring light of a light emitter as measurement target light while sequentially replacing a large number of light emitters of the same type, by optimizing the capacitance value of each variable capacitor 32 to the light of the light emitter, a desired value can be obtained. It becomes possible to perform highly accurate measurement within the charge accumulation time.

最初に、各検出閾値を入力設定する（検出閾値入力ステップ２０１）。この設定は、一例として測定者が、非図示のキーボードから制御部１２に数値入力して設定する。例えば、全ての検出閾値を基準電圧Ｖｒｅｆの１０％の値、又は５０％の値に設定したり、測定対象光に対応させて光電変換部１０ごとに異なる値を設定したりする。制御部１２は、入力された検出閾値を記憶する。この入力設定が終了すると、制御部１２は、検出閾値の電圧値を電圧検出回路２４に出力する。なお、検出閾値がすでに設定されている場合にはこの入力設定を省略してもよい。また、検出閾値が可変設定可能でなく固定値である場合、この入力設定は行わない。   First, each detection threshold value is input and set (detection threshold value input step 201). As an example, this measure is set by the measurer by inputting numerical values to the control unit 12 from a keyboard (not shown). For example, all the detection threshold values are set to a value of 10% or 50% of the reference voltage Vref, or different values are set for each photoelectric conversion unit 10 corresponding to the measurement target light. The control unit 12 stores the input detection threshold value. When the input setting is completed, the control unit 12 outputs the detection threshold voltage value to the voltage detection circuit 24. If the detection threshold is already set, this input setting may be omitted. Further, when the detection threshold value is not variably settable and is a fixed value, this input setting is not performed.

次に、所望する最大電荷蓄積時間を入力設定する（蓄積時間入力ステップ２０２）。この最大電荷蓄積時間とは、積分回路２３に電荷を蓄積するのに許容される最大の時間である。つまり、積分回路２３に電荷が蓄積されて積分回路２３の出力電圧が検出閾値を越えるまでに許容される最大の時間である。この入力設定は、例えば、制御部１２に接続された非図示のキーボードなどを測定者が操作して、所望する最大電荷蓄積時間を数値入力して設定を行う。制御部１２は、入力された最大電荷蓄積時間を記憶する。   Next, a desired maximum charge accumulation time is input and set (accumulation time input step 202). The maximum charge accumulation time is the maximum time allowed for accumulating charges in the integration circuit 23. That is, it is the maximum time allowed for the charge to be accumulated in the integration circuit 23 and the output voltage of the integration circuit 23 to exceed the detection threshold. For this input setting, for example, a measurer operates a keyboard (not shown) connected to the control unit 12 and sets the desired maximum charge accumulation time by numerical input. The controller 12 stores the input maximum charge accumulation time.

次に、制御部１２は、可変容量部３４の電荷を放電させてから、容量値を設定可能な最大容量値に制御する（最大容量設定ステップ２０３）。   Next, the control unit 12 discharges the electric charge of the variable capacitance unit 34, and then controls the capacitance value to a settable maximum capacitance value (maximum capacitance setting step 203).

続いて、測定対象光の基準となる基準光を入射させる（基準光入射ステップ２０４）。この基準光の入射とほぼ同時に、制御部１２は、基準電荷蓄積ステップとして、全ての入力用スイッチ２２を開状態から閉状態に制御し（ステップ２０５）、この閉状態を最大電荷蓄積時間だけ維持させ、最大電荷蓄積時間が経過した時（ステップ２０６）に、直ちに全ての入力用スイッチ２２を開状態に制御する（ステップ２０７）。   Subsequently, the reference light that becomes the reference of the measurement target light is incident (reference light incident step 204). Almost simultaneously with the incidence of the reference light, the control unit 12 controls all the input switches 22 from the open state to the closed state as a reference charge accumulation step (step 205), and maintains this closed state for the maximum charge accumulation time. When the maximum charge accumulation time has elapsed (step 206), all the input switches 22 are immediately controlled to be opened (step 207).

続いて、制御部１２は、出力用スイッチ２５を１つずつ順次閉状態に制御して、各光電変換部１０の出力電圧をＡＤＣ１１から読み込んで容量設定用電圧値としてＲＡＭに記憶する（容量設定用電圧測定ステップ２０８）。なお、制御部１２は、容量設定用電圧値の測定が終了した光電変換部１０の出力スイッチ２５を直ちに開状態に戻す。   Subsequently, the control unit 12 sequentially controls the output switches 25 one by one so that the output voltage of each photoelectric conversion unit 10 is read from the ADC 11 and stored in the RAM as a capacitance setting voltage value (capacity setting). Voltage measurement step 208). The control unit 12 immediately returns the output switch 25 of the photoelectric conversion unit 10 whose measurement of the capacitance setting voltage value has been completed to the open state.

次に、制御部１２は、全ての容量設定用電圧値が、各々の検出閾値を越えているか否かを判別し（ステップ２０９）、容量設定用電圧値が検出閾値を越えていないと判別された光電変換部１０の可変容量部３２の容量値を、さらに小さな容量値に設定変更する（容量変更ステップ２１０）。この場合、制御部１２は、さらに小さな容量として、例えば、それまで設定されていた容量値よりも一段小さい容量値や、それまで設定されていた容量値の１／２以下になるような容量値に設定変更する。   Next, the control unit 12 determines whether or not all the capacitance setting voltage values exceed the respective detection threshold values (step 209), and determines that the capacitance setting voltage value does not exceed the detection threshold value. The capacitance value of the variable capacitance unit 32 of the photoelectric conversion unit 10 is changed to a smaller capacitance value (capacity changing step 210). In this case, the control unit 12 sets the capacity value as a smaller capacity, for example, a capacity value that is one step smaller than the capacity value that has been set so far, or a capacity value that is ½ or less of the capacity value that has been set so far. Change the setting to.

制御部１２は、全ての容量設定用電圧値が検出閾値を越えるまで、基準光入力ステップ２０４〜容量変更ステップ２１０を繰り返し行う。   The control unit 12 repeatedly performs the reference light input step 204 to the capacitance change step 210 until all the capacitance setting voltage values exceed the detection threshold.

制御部１２は、ステップ２０９で全ての容量設定用電圧値が各々の検出閾値を越えていると判別したときには、処理を終了する。以上で、各々の可変容量部３２の容量値を最適化するための処理が終了して、各可変容量部３２の容量値が自動的に設定される。   When the control unit 12 determines in step 209 that all the capacitance setting voltage values exceed the respective detection threshold values, the control unit 12 ends the processing. Thus, the process for optimizing the capacity value of each variable capacity section 32 is completed, and the capacity value of each variable capacity section 32 is automatically set.

次に、本発明のイメージセンサの作動方法の別の一例について図６を参照して説明する。     Next, another example of the operation method of the image sensor of the present invention will be described with reference to FIG.

同図に示すイメージセンサの作動方法は、図４を用いて説明したイメージセンサの作動方法よりも前に予め実行して、各検出閾値を測定対象光に最適化するために行うものである。また、図５を用いて説明した可変容量部３２の容量値を最適化するためのイメージセンサの作動方法の後に実行することが好ましい。 The operation method of the image sensor shown in the figure is executed in advance before the operation method of the image sensor described with reference to FIG. 4 and is performed in order to optimize each detection threshold value to the measurement target light. Further, it is preferable to perform after the operating method of the image sensor to optimize the capacitance of the variable capacitance section 32 described with reference to FIG.

最初に、各々の可変容量部３２で設定する容量値を入力設定する（容量入力ステップ３０１）。この設定は、一例として測定者が、非図示のキーボードから制御部１２に数値入力して設定する。制御部１２は、入力された容量値を記憶する。この入力設定が終了すると、制御部１２は、可変容量部３２の電荷を放電した後に、入力設定された容量値に設定する。なお、可変容量部３２の容量値がすでに設定されている場合にはこの入力設定を省略してもよい。また、容量値が可変設定可能でなく固定値である場合、この入力設定は行わない。   First, the capacitance value set in each variable capacitance section 32 is input and set (capacity input step 301). As an example, this measure is set by the measurer by inputting numerical values to the control unit 12 from a keyboard (not shown). The control unit 12 stores the input capacitance value. When the input setting is completed, the control unit 12 discharges the electric charge of the variable capacitance unit 32, and then sets the input capacitance value. Note that this input setting may be omitted if the capacitance value of the variable capacitance unit 32 has already been set. Further, when the capacitance value is not variably settable and is a fixed value, this input setting is not performed.

次に、所望する最大電荷蓄積時間を、先に説明した蓄積時間入力ステップ２０２と同様に入力設定する（蓄積時間入力ステップ３０２）。   Next, the desired maximum charge accumulation time is input and set in the same manner as the accumulation time input step 202 described above (accumulation time input step 302).

続いて、測定対象光の基準となる基準光を入射させる（基準光入射ステップ３０３）。この基準光の入射とほぼ同時に、制御部１２は、基準電荷蓄積ステップとして、全ての入力用スイッチ２２を開状態から閉状態に制御し（ステップ３０４）、この閉状態を最大電荷蓄積時間だけ維持させ、最大電荷蓄積時間が経過した時（ステップ３０５）に、直ちに全ての入力用スイッチ２２を開状態に制御する（ステップ３０６）。   Subsequently, reference light serving as a reference of measurement target light is incident (reference light incident step 303). Almost simultaneously with the incidence of the reference light, the control unit 12 controls all the input switches 22 from the open state to the closed state as a reference charge accumulation step (step 304), and maintains this closed state for the maximum charge accumulation time. When the maximum charge accumulation time has elapsed (step 305), all the input switches 22 are immediately controlled to be opened (step 306).

続いて、制御部１２は、出力用スイッチ２５を１つずつ順次閉状態に制御して、各光電変換部１０の出力電圧をＡＤＣ１１から読み込んで閾値設定用電圧値としてＲＡＭに記憶する（閾値設定用電圧測定ステップ３０７）。なお、制御部１２は、閾値設定用電圧値の測定が終了した光電変換部１０の出力用スイッチ２５を直ちに開状態に戻す。   Subsequently, the control unit 12 sequentially controls the output switches 25 one by one so that the output voltage of each photoelectric conversion unit 10 is read from the ADC 11 and stored in the RAM as a threshold setting voltage value (threshold setting). Voltage measurement step 307). The control unit 12 immediately returns the output switch 25 of the photoelectric conversion unit 10 whose measurement of the threshold setting voltage value has been completed to the open state.

次に、制御部１２は、各々の検出閾値を、各々の閾値設定用電圧値よりも小さな値に設定変更する（閾値変更ステップ３０８）。この場合、制御部１２は、閾値用電圧値よりも小さな値として、例えば、閾値設定用電圧値の５０％の値に検出閾値を設定する。以上で、各々の検出閾値の最適化のための処理が終了して、各検出閾値が自動設定される。   Next, the control unit 12 changes the setting of each detection threshold to a value smaller than each threshold setting voltage value (threshold changing step 308). In this case, the control unit 12 sets the detection threshold as a value smaller than the threshold voltage value, for example, 50% of the threshold setting voltage value. Thus, the process for optimizing each detection threshold is completed, and each detection threshold is automatically set.

次に、本発明の実施形態の一例である分光装置について説明する。図７に示す分光装置４０は、本発明の実施形態の一例であるイメージセンサ１を組み込んだものである。   Next, a spectroscopic device that is an example of an embodiment of the present invention will be described. A spectroscopic device 40 shown in FIG. 7 incorporates an image sensor 1 which is an example of an embodiment of the present invention.

分光装置４０は、一例として、発光ダイオード５０（以下、ＬＥＤ５０ともいう）の製造後の検査工程において、ＬＥＤ５０の発光波長が所期の帯域となるように製造されているか否かを検査する検査装置である。この分光装置４０は、同種の多数のＬＥＤ５０が１つずつセットされて、ＬＥＤ５０の光を測定対象光として、その発光波長の検査を行うものである。   As an example, the spectroscopic device 40 is an inspection device that inspects whether or not the emission wavelength of the LED 50 is in a desired band in an inspection process after the manufacture of the light emitting diode 50 (hereinafter also referred to as the LED 50). It is. In the spectroscopic device 40, a large number of LEDs 50 of the same type are set one by one, and the light emitted from the LEDs 50 is used as measurement target light to inspect the emission wavelength.

この分光装置４０は、同図に示すように、レンズ４１、シャッタ４２、分光器４３、及びイメージセンサ１を備えている。レンズ４１は、セットされたＬＥＤ５０が発光する光を集光する。シャッタ４２は、イメージセンサ１の制御部１２によって開閉制御され、測定時に開状態に制御されて光を後段の分光器４３へ入射させる。分光器４３は、光の波長成分を分光して光をスペクトルにする。分光器４３として、例えばプリズムや回折格子など公知のものを用いることができる。イメージセンサ１は、分光器４３で分光された光のスペクトルを、フォトダイオード２１１〜２１ｎに入射光として受光して、各波長の光の強度を測定する。 As shown in the figure, the spectroscopic device 40 includes a lens 41, a shutter 42, a spectroscope 43, and the image sensor 1. The lens 41 collects the light emitted from the set LED 50. The shutter 42 is controlled to be opened and closed by the control unit 12 of the image sensor 1, and is controlled to be in an open state at the time of measurement so that light enters the spectroscope 43 at the subsequent stage. The spectroscope 43 splits the wavelength component of the light to make the light a spectrum. As the spectroscope 43, for example, a known one such as a prism or a diffraction grating can be used. The image sensor 1 receives the spectrum of the light split by the spectroscope 43 as incident light to the photodiodes 21 1 to 21 n , and measures the intensity of light of each wavelength.

イメージセンサ１は、フォトダイオード２１１〜２１ｎに入射される光の強度にばらつきがあってもフォトダイオード２１１〜２１ｎ、積分回路３２１〜３２ｎ（図１参照）が飽和したり、ＡＤＣ１１（図１参照）が飽和したりしない。したがって、この分光装置４０によれば、検査を行うＬＥＤ５０の発光強度や発光帯域にばらつきがあったり、ＬＥＤ５０をセットする位置にばらつきが生じてイメージセンサ１との距離がばらついたりしても、分光装置４０は、ＬＥＤ５０の波長を高い精度で測定することができる。 In the image sensor 1, the photodiodes 21 1 to 21 n and the integrating circuits 32 1 to 32 n (see FIG. 1) are saturated even if the intensity of light incident on the photodiodes 21 1 to 21 n varies. The ADC 11 (see FIG. 1) does not saturate. Therefore, according to the spectroscopic device 40, even if the light emission intensity and the light emission band of the LED 50 to be inspected vary, or the position where the LED 50 is set varies, the distance from the image sensor 1 varies. The device 40 can measure the wavelength of the LED 50 with high accuracy.

なお、この分光装置４０は、ＬＥＤの波長の測定だけでなく、蛍光灯、白熱電球、又はネオン管などの発光体の波長や、ＬＥＤディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又はＣＲＴディスプレイなどのディスプレイの波長、プロジェクタによって投射されてスクリーンで反射された光の波長、元素の輝線スペクトルの測定など、様々な光の分光測定に用いることができる。また、分光装置４０に光源及び試料台をさらに備えて、試料台にセットした試料に光源からの光を照射して、試料を透過した光のスペクトルをイメージセンサ１で測定する構成としてもよい。   The spectroscopic device 40 not only measures the wavelength of an LED, but also the wavelength of a light emitter such as a fluorescent lamp, an incandescent bulb, or a neon tube, an LED display, a liquid crystal display, a plasma display, an organic EL display, or a CRT display. It can be used for spectroscopic measurement of various lights such as the wavelength of light such as the wavelength of light projected by a projector and reflected by a screen, and the emission line spectrum of an element. Further, the spectroscopic device 40 may further include a light source and a sample stage, and the sample set on the sample stage may be irradiated with light from the light source, and the spectrum of the light transmitted through the sample may be measured by the image sensor 1.

１はイメージセンサ、１０（１０１〜１０ｎ）は光電変換部、１１はアナログ／デジタル変換器、１２は制御部、２１（２１１〜２１ｎ）はフォトダイオード、２２（２２１〜２２ｎ）は入力用スイッチ、２３（２３１〜２３ｎ）は積分回路、２４（２４１〜２４ｎ）・２４´は電圧検出回路、２５（２５１〜２５ｎ）は出力用スイッチ、２６はコンパレータ、３１は増幅器、３２は可変容量部、３３１〜３３３はコンデンサ、３４０〜３４３は容量用スイッチ、４０は分光装置、４１はレンズ、４２はシャッタ、４３は分光器、５０は発光ダイオード、Ｒ１・Ｒ２は抵抗、Ｓ１０１〜Ｓ１１４・Ｓ２０１〜Ｓ２１０・Ｓ３０１〜Ｓ３０８はフローチャートにおける各ステップ、Ｖｃｃは電源電圧、Ｖｒｅｆは基準電圧である。 1 is an image sensor, 10 (10 1 to 10 n ) is a photoelectric conversion unit, 11 is an analog / digital converter, 12 is a control unit, 21 (21 1 to 21 n ) is a photodiode, and 22 (22 1 to 22 n ) Is an input switch, 23 (23 1 to 23 n ) is an integrating circuit, 24 (24 1 to 24 n ) and 24 ′ are voltage detection circuits, 25 (25 1 to 25 n ) are output switches, and 26 is a comparator. , 31 is an amplifier, 32 is a variable capacitance unit, 33 1 to 33 3 are capacitors, 34 0 to 34 3 are capacitance switches, 40 is a spectroscopic device, 41 is a lens, 42 is a shutter, 43 is a spectroscope, and 50 is light emission. Diodes, R1 and R2 are resistors, S101 to S114, S201 to S210, S301 to S308 are each step in the flowchart, Vcc is a power supply voltage, and Vref is a reference voltage A.

Claims (6)

入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積してその電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値が検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、
該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器と、
各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御手段と、
該入力制御手段が各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定手段と、
該入力制御手段が閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定手段と、
各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該光電変換部に対応する該電荷蓄積時間及び該測定電圧値に基づいて演算する演算手段と、
該電圧検出回路ごとに予め設定されている該検出閾値が可変設定可能であって、測定対象光の基準となる基準光を該入射光として入射した該複数の光電変換部の各入力用スイッチの閉状態を予め設定した最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間が経過した時に開状態とし、該光電変換部ごとの出力電圧値を閾値設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込み、各々の該検出閾値を各々の該閾値設定用電圧値よりも小さな値に設定変更する閾値設定手段とを備えることを特徴とするイメージセンサ。 A light receiving element that generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, an input switch having one end connected to the light receiving element, and an input switch connected to the other end of the input switch. An integration circuit that accumulates the electric charge and outputs a voltage value corresponding to the amount of the electric charge; a voltage detection circuit that outputs a detection signal when the voltage value output from the integration circuit exceeds a detection threshold; and A plurality of photoelectric conversion units each having an output switch having one end connected to the output of the integrating circuit;
An analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring connecting the other ends of the output switches of the plurality of photoelectric conversion units;
Each of the input switches is controlled from an open state to a closed state to maintain the closed state, and when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, the photoelectric conversion unit that outputs the detection signal Input control means for controlling the input switch from a closed state to an open state;
A time measuring means for measuring, for each input switch, an elapsed time that the input control means maintains each of the input switches in a closed state as a charge accumulation time;
The input control means controls the output switch of the photoelectric conversion unit having the input switch controlled from the closed state to the open state, and sets the output voltage value for each photoelectric conversion unit. Voltage measuring means for reading from the analog / digital converter as a measured voltage value of
A calculation means for calculating the intensity of the incident light to each photoelectric conversion unit based on the charge accumulation time corresponding to the photoelectric conversion unit and the measured voltage value;
The detection threshold value preset for each voltage detection circuit can be variably set, and each input switch of the plurality of photoelectric conversion units that has entered the reference light serving as a reference of the measurement target light as the incident light. When the maximum charge accumulation time, which is the preset maximum charge accumulation time, has passed, the closed state is opened, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is read from the analog / digital converter as a threshold setting voltage value, An image sensor comprising: threshold setting means for changing each detection threshold to a value smaller than each threshold setting voltage value . 入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積する可変容量部を有し、該可変容量部に蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値が検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、
該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器と、
各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御手段と、
該入力制御手段が各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定手段と、
該入力制御手段が閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定手段と、
各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該可変容量部の容量値、該電荷蓄積時間、及び該測定電圧値に基づいて該入射光の強度を演算する演算手段と、
測定対象光の基準となる基準光を該入射光として入射した該複数の光電変換部の各入力用スイッチの閉状態を、予め設定した該可変容量部の最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間が経過した時に開状態とし、該光電変換部ごとの出力電圧値を容量設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込み、この容量設定用電圧値が、該検出閾値を越えていないとき、該可変容量部の容量値を、該容量設定用電圧値が該検出閾値を越えるようにさらに小さな容量値に設定変更する容量設定手段とを備えることを特徴とするイメージセンサ。 A light receiving element that generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, an input switch having one end connected to the light receiving element, and an input switch connected to the other end of the input switch. An integration circuit that outputs a voltage value corresponding to the amount of charge accumulated in the variable capacitance unit, and a voltage value output from the integration circuit exceeds a detection threshold value. A plurality of photoelectric conversion units each having a voltage detection circuit that outputs a detection signal to the output circuit, and an output switch having one end connected to the output of the integration circuit;
An analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring connecting the other ends of the output switches of the plurality of photoelectric conversion units;
Each of the input switches is controlled from an open state to a closed state to maintain the closed state, and when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, the photoelectric conversion unit that outputs the detection signal Input control means for controlling the input switch from a closed state to an open state;
A time measuring means for measuring, for each input switch, an elapsed time that the input control means maintains each of the input switches in a closed state as a charge accumulation time;
The input control means controls the output switch of the photoelectric conversion unit having the input switch controlled from the closed state to the open state, and sets the output voltage value for each photoelectric conversion unit. Voltage measuring means for reading from the analog / digital converter as a measured voltage value of
A calculating means for calculating the intensity of the incident light to each photoelectric conversion unit based on the capacitance value of the variable capacitance unit, the charge storage time, and the measured voltage value;
Measuring the maximum charge closing states of the respective input switches of the photoelectric conversion unit of the plurality of incident as incident light to the reference light as a reference of the constant target light, the maximum charge accumulation time of the variable capacitance unit set in advance When the accumulation time has elapsed, the output state is opened, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is read from the analog / digital converter as a capacitance setting voltage value, and the capacitance setting voltage value exceeds the detection threshold value. no time, the image sensor characterized by comprising a capacitor setting means the capacitance value of variable capacitance unit, changes the setting into smaller capacitance value such that the voltage value for said capacity setting exceeds the detection threshold. 該検出閾値は、該アナログ／デジタル変換器が変換可能な最大の入力電圧値の１０〜９０％の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージセンサ。 The detection threshold, the image sensor according to claim 1 or 2 wherein the analog / digital converter, characterized in that 10 to 90% of the value of the maximum input voltage value can be converted. 分光器と、該分光器により分光された各波長の光を該入射光として受光する請求項１〜３いずれかに記載のイメージセンサとを備えていることを特徴とする分光装置。 And spectrometer, spectroscope, characterized in that the light of each wavelength spectral and a image sensor according to any one of claims 1 to 3 that receives as the incident light by the spectroscope. 入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積してその電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値の検出閾値が可変設定可能であって、該検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、
該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器とを備えるイメージセンサの作動方法であって、
各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御ステップと、
該入力制御ステップで各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定ステップと、
該入力制御ステップで閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定ステップと、
各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該光電変換部に対応する該電荷蓄積時間及び該測定電圧値に基づいて演算する演算ステップとを備え、
かつ該検出閾値を、測定対象光に最適化するために、
所望する最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間を入力設定する蓄積時間入力ステップと、
該測定対象光の基準となる基準光を該入射光として該複数の光電変換部に入射させる基準光入射ステップと、
該各々の入力用スイッチを開状態から閉状態に制御してこの閉状態を該最大電荷蓄積時間だけ維持させ、該最大電荷蓄積時間が経過した時に該各々の入力用スイッチを開状態に制御する基準電荷蓄積ステップと、
該各々の出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値を閾値設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む閾値設定用電圧測定ステップと、
各々の該検出閾値を、各々の該閾値設定用電圧値よりも小さな値に設定変更する閾値変更ステップとを備えることを特徴とするイメージセンサの作動方法。 A light receiving element that generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, an input switch having one end connected to the light receiving element, and an input switch connected to the other end of the input switch. An integration circuit that accumulates the electric charge and outputs a voltage value corresponding to the amount of the electric charge, and a detection threshold value of the voltage value output from the integration circuit can be variably set, and when the detection threshold value is exceeded A plurality of photoelectric conversion units each having a voltage detection circuit that outputs a detection signal and an output switch having one end connected to the output of the integration circuit;
An operation method of an image sensor comprising: an analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring connecting the other ends of the output switches of each of the plurality of photoelectric conversion units,
Each of the input switches is controlled from an open state to a closed state to maintain the closed state, and when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, the photoelectric conversion unit that outputs the detection signal An input control step for controlling the input switch from a closed state to an open state;
A time measuring step of measuring, for each input switch, an elapsed time during which each of the input switches is maintained in the closed state in the input control step;
The output switch of the photoelectric conversion unit having the input switch controlled from the closed state to the open state in the input control step is controlled from the open state to the closed state, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is A voltage measurement step of reading from the analog / digital converter as a measurement voltage value of
A calculation step of calculating the intensity of the incident light to each photoelectric conversion unit based on the charge accumulation time corresponding to the photoelectric conversion unit and the measured voltage value;
And in order to optimize this detection threshold value to measurement object light,
An accumulation time input step for inputting and setting a maximum charge accumulation time which is a desired maximum charge accumulation time;
A reference light incident step for causing the reference light as a reference of the measurement target light to enter the plurality of photoelectric conversion units as the incident light; and
The respective input switches are controlled from the open state to the closed state, the closed state is maintained for the maximum charge accumulation time, and the input switches are controlled to be open when the maximum charge accumulation time has elapsed. A reference charge accumulation step;
Controlling each of the output switches from the open state to the closed state, and reading the output voltage value for each photoelectric conversion unit from the analog / digital converter as a threshold setting voltage value; and
Each of the detection threshold, the method of operating an image sensor, characterized in that it comprises a threshold value changing step than each of the threshold setting voltage value setting change to a small value. 入射光の強度に応じた量の電荷を発生する受光素子と、該受光素子に一端が接続された入力用スイッチと、該入力用スイッチの他端に接続され、該入力用スイッチを介して入力する該電荷を蓄積する可変容量部を有し、該可変容量部に蓄積した電荷の量に応じた電圧値を出力する積分回路と、該積分回路の出力する電圧値が検出閾値を越えたときに検出信号を出力する電圧検出回路と、該積分回路の出力に一端が接続された出力用スイッチとを各々有する複数の光電変換部と、
該複数の光電変換部の各々の該出力用スイッチの他端同士を接続する共通配線に入力端子が接続されているアナログ／デジタル変換器とを備えるイメージセンサの作動方法であって、
各々の該入力用スイッチを開状態から閉状態に制御して閉状態を維持させ、各々の該電圧検出回路から該検出信号が出力されたときにその検出信号を出力した該光電変換部の該入力用スイッチを閉状態から開状態に制御する入力制御ステップと、
該入力制御ステップで各々の該入力用スイッチを閉状態に維持させた経過時間を電荷蓄積時間として該入力用スイッチごとに測定する時間測定ステップと、
該入力制御ステップで閉状態から開状態に制御した該入力用スイッチを有する該光電変換部の該出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値をそれぞれの測定電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む電圧測定ステップと、
各々の該光電変換部への該入射光の強度を、該光電変換部に対応する該電荷蓄積時間及び該測定電圧値に基づいて演算する演算ステップとを備え、
かつ該可変容量部の容量値を、測定対象光に最適化するために、所望する最大の電荷蓄積時間である最大電荷蓄積時間を入力設定する蓄積時間入力ステップと、
該可変容量部の容量値を最大容量値に制御する最大容量設定ステップと、
該測定対象光の基準となる基準光を該入射光として該複数の光電変換部に入射させる基準光入射ステップと、
該各々の入力用スイッチを開状態から閉状態に制御してこの閉状態を該最大電荷蓄積時間だけ維持させ、該最大電荷蓄積時間が経過した時に該各々の入力用スイッチを開状態に制御する基準電荷蓄積ステップと、
該各々の出力用スイッチを開状態から閉状態に制御して、該光電変換部ごとの出力電圧値を容量設定用電圧値として該アナログ／デジタル変換器から読み込む容量設定用電圧測定ステップと、
この容量設定用電圧値が、該検出閾値を越えているか否かを判別し、該容量設定用電圧値が該検出閾値を越えていないと判別された該光電変換部の該可変容量部の容量値を、さらに小さな容量値に設定変更する容量変更ステップと備え、
全ての該容量設定用電圧値が該検出閾値を越えるまで、該基準光入射ステップと、該基準電荷蓄積ステップと、該容量設定用電圧測定ステップと、該容量変更ステップとを繰り返して行うことを特徴とするイメージセンサの作動方法。 A light receiving element that generates an amount of electric charge according to the intensity of incident light, an input switch having one end connected to the light receiving element, and an input switch connected to the other end of the input switch. An integration circuit that outputs a voltage value corresponding to the amount of charge accumulated in the variable capacitance unit, and a voltage value output from the integration circuit exceeds a detection threshold value. A plurality of photoelectric conversion units each having a voltage detection circuit that outputs a detection signal to the output circuit, and an output switch having one end connected to the output of the integration circuit;
An operation method of an image sensor comprising: an analog / digital converter having an input terminal connected to a common wiring connecting the other ends of the output switches of each of the plurality of photoelectric conversion units,
Each of the input switches is controlled from an open state to a closed state to maintain the closed state, and when the detection signal is output from each of the voltage detection circuits, the photoelectric conversion unit that outputs the detection signal An input control step for controlling the input switch from a closed state to an open state;
A time measuring step of measuring, for each input switch, an elapsed time during which each of the input switches is maintained in the closed state in the input control step;
The output switch of the photoelectric conversion unit having the input switch controlled from the closed state to the open state in the input control step is controlled from the open state to the closed state, and the output voltage value for each photoelectric conversion unit is A voltage measurement step of reading from the analog / digital converter as a measurement voltage value of
A calculation step of calculating the intensity of the incident light to each photoelectric conversion unit based on the charge accumulation time corresponding to the photoelectric conversion unit and the measured voltage value;
And in order to optimize the capacitance value of the variable capacitance unit for the measurement target light, an accumulation time input step for inputting and setting a maximum charge accumulation time which is a desired maximum charge accumulation time;
A maximum capacity setting step for controlling the capacity value of the variable capacity section to a maximum capacity value;
A reference light incident step for causing the reference light as a reference of the measurement target light to enter the plurality of photoelectric conversion units as the incident light; and
The respective input switches are controlled from the open state to the closed state, the closed state is maintained for the maximum charge accumulation time, and the input switches are controlled to be open when the maximum charge accumulation time has elapsed. A reference charge accumulation step;
Capacitance setting voltage measurement step for controlling each output switch from an open state to a closed state and reading an output voltage value for each photoelectric conversion unit from the analog / digital converter as a capacitance setting voltage value;
It is determined whether or not the capacitance setting voltage value exceeds the detection threshold value, and it is determined that the capacitance setting voltage value does not exceed the detection threshold value. A capacity changing step for changing the value to a smaller capacity value,
The reference light incident step, the reference charge accumulation step, the capacitance setting voltage measurement step, and the capacitance changing step are repeated until all the capacitance setting voltage values exceed the detection threshold. A method for operating an image sensor.
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