JP6314762B2 - Image sensor signal processing apparatus and signal reading method - Google Patents
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Description
本発明は、イメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法に関する。 The present invention relates to a signal processing apparatus and a signal reading method for an image sensor.
イメージセンサは、1次元又は2次元状に配列した多数の受光素子が受光した光の量を電気量(電荷量)に変換して1次元又は2次元画像のデータを作成する素子である。受光素子には、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)や相補型MOS(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor)構造を有するトランジスタ、フォトダイオードなどの半導体素子が用いられる。これら受光素子を、1次元状に配置したものは、一般的にフォトダイオードアレイ(PDA:Photo Diode Array)と呼ばれる。 An image sensor is an element that creates one-dimensional or two-dimensional image data by converting the amount of light received by a large number of light receiving elements arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner into an electric quantity (charge amount). As the light receiving element, a semiconductor element such as a transistor or a photodiode having a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) structure is used. A structure in which these light receiving elements are arranged in a one-dimensional manner is generally called a photodiode array (PDA).
特許文献1には、1次元状のフォトダイオードアレイ(リニアイメージセンサ)を備える分光光度計が記載されている。図4は従来の分光光度計の構成の一例を示す図である。分光光度計400は、光源401、集光レンズ402、シャッター403、試料セル404、スリット405、凹面グレーティング406、フォトダイオードアレイ407、積分回路408、A/D変換器409、制御及び信号処理回路410を備える。フォトダイオードアレイ407は、N個(N:2以上の自然数)の受光素子Di(i=1〜N)を有し、積分回路408はオペアンプ、コンデンサ(電荷読み出しコンデンサ)Cr及びリセットスイッチSrを有する。また、積分回路408は、各々の受光素子Diに対応するスイッチSi(i=1〜N)を介してフォトダイオードアレイ407を構成する各々の受光素子Diと接続される。
分光光度計400は、光源401から射出される光を集光レンズ402により集光し、シャッター403を開いた明状態で、試料セル404内の試料に照射する。試料を透過した光は、スリット405を経て凹面グレーティング406により波長毎に異なる方向に進行するように分光され、フォトダイオードアレイ407の各々の受光素子Diで受光される。各々の受光素子Diで受光された光は、各フォトダイオードにより光電変換され、光量に対応する電荷量Qi(i=1〜N)に変換される。 The spectrophotometer 400 condenses the light emitted from the light source 401 by the condenser lens 402 and irradiates the sample in the sample cell 404 in a bright state with the shutter 403 opened. Light transmitted through the sample is spectrally to proceed in a different direction for each wavelength by the concave grating 406 via the slit 405, is received by each of the light receiving elements D i of the photodiode array 407. The light received by each light receiving element D i is photoelectrically converted by each photodiode and converted into a charge amount Q i (i = 1 to N) corresponding to the light amount.
積分回路408では、光電変換された電荷を、電荷量Qiに対応する電圧の値Vi(i=1〜N)に変換する。図5のタイムチャートを参照しつつ、その動作を説明する。積分回路408が制御及び信号処理回路410から電荷読出信号を受け取ると、受光素子Dn−1(2≦n≦N)で光電変換された電荷がスイッチSn−1を介してコンデンサCrに蓄積され、積分回路408の出力電圧は上昇し、やがてコンデンサCrの容量及び電荷量Qn−1に応じた電圧の値Vn−1に到達する。その後、電荷読出信号の入力から所定の時間Taが経過して制御及び信号処理回路410からリセット信号が入力されると、積分回路408のリセットスイッチSrがオンし、コンデンサCrに蓄積された電荷が放電される。これにより、積分回路408の出力電圧の値は低下する。スイッチSn−1をスイッチSnに切り替えて、この動作を受光素子Dnについても繰り返すと、積分回路408は電荷量Qnに応じた出力電圧の値Vnを出力する。なお、コンデンサC r に蓄積される電荷量は、フォトダイオードアレイからの信号の読み出し間隔に比例し、該蓄積に係る時間を電荷蓄積時間と呼ぶ。時間Taには、全受光素子Diの読み出し時間(電荷蓄積時間)を素子数Nで割った時間から、リセットに必要な時間を差し引いた時間以下の時間が設定される。
The integration circuit 408 converts the photoelectrically converted charge into a voltage value V i (i = 1 to N) corresponding to the charge amount Q i . The operation will be described with reference to the time chart of FIG. The integration circuit 408 receives a charge read signal from the control and signal processing circuit 410, the capacitor C r charges photoelectrically converted by the light receiving element D n-1 (2 ≦ n ≦ N) via the switches S n-1 As a result, the output voltage of the integration circuit 408 rises, and eventually reaches a voltage value V n−1 according to the capacitance of the capacitor Cr and the charge amount Q n−1 . Thereafter, when the reset signal from the control and signal processing circuit 410 has elapsed a predetermined time T a from the input of the charge readout signal is input, the reset switches S r of the integration circuit 408 is turned on, is stored in the capacitor C r The charge is discharged. As a result, the value of the output voltage of the integrating circuit 408 decreases. The switch S n-1 by switching the switch S n, when the operation repeated for light-receiving elements D n, the integrating circuit 408 outputs the value V n of the output voltage corresponding to the charge amount Q n. Incidentally, the amount of charge stored in the capacitor C r is proportional to the read interval of the signal from the photodiode array, called a charge accumulation time of the time according to the accumulated. The time T a, from all light-receiving elements D i read time (charge storage time) time divided by the number of elements N of, the time period of time following minus required reset is set.
このように、スイッチSiを切り替えつつ、上述の動作をN回繰り返すことで、積分回路408は、フォトダイオードアレイ407の各々の受光素子Diが検出した光量を電荷量Qiに応じた電圧の値Viとして、順次出力する。この電圧の値Viは、制御及び信号処理回路410の制御の下で、時間Ta内で1回サンプリングされてA/D変換器409によりデジタル信号に変換され、電気信号として制御及び信号処理回路410に取り込まれる。制御及び信号処理回路410は、該電気信号から、試料の吸収スペクトルを求める。 In this way, by repeating the above operation N times while switching the switch S i , the integration circuit 408 changes the light amount detected by each light receiving element D i of the photodiode array 407 to a voltage corresponding to the charge amount Q i. as the value V i, sequentially outputs. This voltage value V i is sampled once within a time Ta under the control of the control and signal processing circuit 410 and converted into a digital signal by the A / D converter 409, and is controlled and processed as an electric signal. Captured by circuit 410. The control and signal processing circuit 410 obtains the absorption spectrum of the sample from the electrical signal.
近年、分析の高速化に伴い、リニアイメージセンサにおける信号の読み出し間隔(電荷蓄積時間)を広範囲で可変にする需要が高まっている。例えば、信号の読み出し間隔が1sec、素子数が1000の場合、1素子あたりの読み出し時間(サンプリング間隔)は最長でも1msecであるが、信号の読み出し間隔が50msecとなると、1素子あたりの読み出し時間(サンプリング間隔)は最長でも50μsecにしなければならない。このように電荷蓄積時間を広範囲で可変にすると、読み出し電荷量もそれに比例して変化するため、コンデンサCrの静電容量は、信号の読み出し間隔(電荷蓄積時間)が最も大きい条件の場合でも積分回路以下の回路が飽和しないように定める必要がある。この状態で、信号の読み出し間隔を短くする(信号の読み出しを高速で行う)と、コンデンサCrに蓄積される電荷量が蓄積時間に比例して減少し、積分回路の出力電圧の値Viが大きく低下する。 In recent years, with an increase in analysis speed, there is an increasing demand for variable signal readout intervals (charge accumulation time) in a linear image sensor. For example, when the signal reading interval is 1 sec and the number of elements is 1000, the reading time (sampling interval) per element is 1 msec at the longest, but when the signal reading interval is 50 msec, the reading time per element ( The sampling interval must be at most 50 μsec. Thus the charge storage time to widely variable, since changes in proportion thereto also read the amount of charge, the capacitance of the capacitor C r, even if the signal read-out interval (charge storage time) is the largest conditions It is necessary to determine that the circuits below the integration circuit do not saturate. In this state, if the signal reading interval is shortened (signal reading is performed at a high speed), the amount of charge accumulated in the capacitor Cr decreases in proportion to the accumulation time, and the output voltage value V i of the integrating circuit. Is greatly reduced.
制御及び信号処理回路410が取り込む電気信号には、積分回路408のオペアンプのノイズが含まれている。上述のように、積分回路408の出力電圧の値Viが小さくなると、出力電圧の値Viに占めるノイズの割合が大きくなり(換言すると、信号対雑音比が小さくなり)、微量成分を測定する場合(すなわち、受光素子Diが受光する光量が小さい場合)、正確な測定を行うことができない。 The electric signal captured by the control and signal processing circuit 410 includes noise from the operational amplifier of the integration circuit 408. As described above, when the value V i of the output voltage of the integrator circuit 408 decreases, the ratio of noise to total value V i of the output voltage is increased (in other words, the signal-to-noise ratio decreases), the measurement of trace components If it (i.e., when the amount of the light-receiving element D i is received is small), it is impossible to make accurate measurements.
本発明は上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ノイズを低減することが可能なイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a signal processing apparatus and a signal reading method of an image sensor capable of reducing noise.
上記課題を解決するために成された本発明に係るイメージセンサの信号処理装置は、
複数の受光部と、該複数の受光部を順次選択して各受光部で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部と、を有するイメージセンサの出力信号を処理する信号処理装置であって、
a) 前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するサンプリング回数設定部と、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記サンプリング回数設定部により設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算する積算部と、
を備え、前記積算部により積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号を出力することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a signal processing apparatus for an image sensor according to the present invention includes:
A signal processing device for processing an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading out a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) an integrating circuit for integrating the charge signal input through the switch unit and converting it into a voltage signal;
b) a sampling number setting unit for setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion An accumulating unit that obtains and accumulates the voltage value held in the integrating circuit for the number of times set by the sampling number setting unit;
And outputting a signal corresponding to the one light receiving unit using the voltage value integrated by the integrating unit.
上記イメージセンサの信号処理装置が、さらに、前記積算部により積算された電圧値を前記回数で除して積算平均を計算する積算平均計算部を備える構成としてもよい。 The signal processing device of the image sensor may further include an integrated average calculating unit that calculates an integrated average by dividing the voltage value integrated by the integrating unit by the number of times.
また、上記課題を解決するために成された本発明に係るイメージセンサの信号読出方法は、
複数の受光部と、該複数の受光部を順次選択して各受光部で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部と、を有するイメージセンサの出力信号を読み出す信号読出方法であって、
a) 積分回路により、前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換するステップと、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するステップと、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算するステップと、
を有し、前記積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号が出力されることを特徴とする。
Further, a signal readout method for an image sensor according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
A signal reading method for reading an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) integrating an electric charge signal input through the switch unit by an integrating circuit and converting it into a voltage signal;
b) setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion During which the voltage value held in the integration circuit is acquired and integrated for the set number of times, and
And a signal corresponding to the one light receiving unit is output using the integrated voltage value.
上記構成から成る本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法によれば、積分回路が出力する電圧の値をサンプリングする回数を1回あるいは複数回に指定できる。積分回路を構成するオペアンプに起因するノイズは、積算平均すると平均回数の平方根に反比例するため、サンプリングする回数を多くするほど、ノイズを低減することができる。これにより、信号の読出を高速で行う必要がある場合であっても、信号対雑音比を大きくでき、測定精度を高めることができる。また、本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を用いた液体クロマトグラフでは、微量成分の測定精度を高めることができる。 According to the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor of the present invention having the above-described configuration, the number of times of sampling the voltage value output from the integrating circuit can be designated as one or more times. Since the noise caused by the operational amplifier constituting the integrating circuit is inversely proportional to the square root of the average number when integrated and averaged, the noise can be reduced as the number of times of sampling is increased. Thereby, even when it is necessary to read out the signal at high speed, the signal-to-noise ratio can be increased and the measurement accuracy can be improved. Further, in the liquid chromatograph using the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor according to the present invention, the measurement accuracy of the trace component can be increased.
以下、図1及び図3を用いて、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example using FIG.1 and FIG.3.
図1は本発明の一実施例に係るイメージセンサの信号処理装置10を説明する図である。本実施例の信号処理装置10が信号処理する対象であるイメージセンサ11は、複数の受光部111と、該複数の受光部111を順次選択して各受光部111で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部112で構成される。受光部111はフォトダイオードPDi(i=1〜N)とコンデンサCi(i=1〜N)で構成されており、各コンデンサCiは各フォトダイオードPDiと並列接続されている。本実施例では、スイッチ部112は、各受光部111と直列接続したスイッチSi(i=1〜N)で構成される例を説明するが、多端子(N+1個)のスイッチ1個で構成されていてもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating a signal processing apparatus 10 for an image sensor according to an embodiment of the present invention. The image sensor 11 that is the target of signal processing by the signal processing apparatus 10 according to the present embodiment sequentially selects a plurality of
信号処理装置10は、積分回路12、A/D変換器13、制御及び信号処理回路14で構成され、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)などの集積回路を有する再書き換え可能なプログラマブルロジックデバイスで具現化できる。制御及び信号処理回路14は、スイッチ制御部141、サンプリング回数設定部142及び積算部143を備える。積分回路12はオペアンプ、該オペアンプと並列接続されたコンデンサCr及びリセットスイッチSrを有する。コンデンサCrは容量の値を変えることが可能な可変コンデンサであってもよい。本実施例では、スイッチ部112を制御するスイッチ制御部141が制御及び信号処理回路14に含まれる例を説明するが、該スイッチ制御部141は信号処理装置10とは別体であってもよい。以下、本実施例の信号処理装置10の動作を説明する。
The signal processing apparatus 10 includes an integration circuit 12, an A / D converter 13, a control and signal processing circuit 14, and a rewritable programmable logic device having an integrated circuit such as a field programmable gate array (FPGA). Can be realized. The control and signal processing circuit 14 includes a switch control unit 141, a sampling number setting unit 142, and an integration unit 143. Integrator 12 includes an operational amplifier, a capacitor C r and the reset switch S r which is connected in parallel with said operational amplifier. Capacitor C r may be variable capacitor capable of changing the value of the capacitance. In this embodiment, an example in which the switch control unit 141 that controls the
複数の受光部111で受光された光は、各受光部111のフォトダイオードPDiにより光電変換され、受光された光の量に対応する電荷量Qi(i=1〜N)に変換される。この電荷はコンデンサCiに電荷信号として保持される。スイッチ制御部141は複数の受光部111を順次選択して、選択した一つの受光部111をスイッチSiを介して積分回路12と導通させる。これにより、該選択した一つの受光部111のコンデンサCiに保持された電荷信号をスイッチ部112を通して積分回路12に入力する。
The light received by the plurality of light receiving
積分回路12では、入力された電荷信号の積分が行われ、コンデンサCrに電荷が蓄積される。積分回路12は、入力された電荷量Qiが少なければ小さい電圧の値に、電荷量Qiが多ければ大きい電圧の値に変換し、電荷信号を電圧信号として出力する。図3は、本実施例の信号読み出し波形の一例を示すタイムチャートである。積分回路12が制御及び信号処理回路14から電荷読出信号を受け取ると、フォトダイオードPDn−1(2≦n≦N)で光電変換された電荷がスイッチSn−1を介してコンデンサCrに蓄積され、積分回路12の出力電圧は上昇し、やがてコンデンサCrの容量及び電荷量Qn−1に応じた電圧の値Vn−1に到達する。その後、電荷読出信号の入力から時間Taが経過して制御及び信号処理回路14からリセット信号が入力されると、積分回路12のリセットスイッチSrがオンし、コンデンサCrに蓄積された電荷が放電される。これにより、積分回路12の出力電圧の値は低下する。この時間Taにおいて積分回路12の出力電圧の値が電荷量に応じた電圧の値に到達している期間は、一つの受光部111による電荷信号を積分して得られた電圧信号が積分回路に保持されている期間に相当し、数μsecである。スイッチSn−1をスイッチSnに切り替えて、この動作をフォトダイオードPDnについても繰り返すと、積分回路12は電荷量Qnに応じた出力電圧の値Vnを出力する。このように、スイッチSiを切り替えつつ、上述の動作をN回繰り返すことで、積分回路12は、イメージセンサ11の各々のフォトダイオードPDiが検出した光量を電荷量Qiに応じた電圧の値Viとして、順次出力する。
In the integrating circuit 12, the input charge signal is integrated, and charge is accumulated in the capacitor Cr . The integration circuit 12 converts the input charge amount Q i to a small voltage value when the charge amount Q i is small, and converts it to a large voltage value when the charge amount Q i is large, and outputs the charge signal as a voltage signal. FIG. 3 is a time chart showing an example of the signal readout waveform of this embodiment. When integrating circuit 12 receives the charge read signal from the control and signal processing circuit 14, via the photodiode PD n-1 (2 ≦ n ≦ N) charges photoelectrically converted by the switch S n-1 to the capacitor C r As a result, the output voltage of the integration circuit 12 rises, and eventually reaches a voltage value V n−1 according to the capacitance of the capacitor Cr and the charge amount Q n−1 . Thereafter, when the reset signal from the control and signal processing circuit 14 and the elapsed time T a from the input of the charge readout signal is input, the reset switches S r of the integrating circuit 12 is turned on, stored in the capacitor C r charge Is discharged. As a result, the value of the output voltage of the integrating circuit 12 decreases. The period in which the value of the output voltage of the integrating circuit 12 at time T a has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount, a voltage signal obtained by integrating the charge signal by the
サンプリング回数設定部142は、上述のように積分回路12が順次出力する電圧の値を一つの受光部111につきサンプリングする回数を設定する。この回数は、制御及び信号処理回路14と機能的に繋がった、図示しないユーザインタフェースを用いて、ユーザが設定することができる。制御及び信号処理回路14がフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)により構成されている場合には、プログラミングにより設定することができる。図3の例では、1つの受光部111につき、積分回路が出力する電圧の値をサンプリングする回数を5回に設定する。
The sampling number setting unit 142 sets the number of times that the voltage values sequentially output by the integration circuit 12 are sampled for one
積算部143は、一つの受光部111による電荷信号を積分して得られた電圧信号が積分回路12に保持されている期間中に、サンプリング回数設定部142により設定された回数だけ、積分回路12に保持されている電圧値を取得して積算する。電圧値の取得は、A/D変換器13を通してデジタル信号に変換してから取得する。近年の技術開発の進歩に伴い、変換速度が速いA/D変換器が開発されてきており、A/D変換器13には、数μsecの間で複数回の変換が可能なものを用いる。図3の例では、積分回路12の出力電圧が電荷量に応じた電圧の値に到達している期間(数μsec)の間に、5回サンプリングして、その電圧値を取得して積算する。サンプリングする時間の間隔は一定であってもランダムであっても構わないが、図3の例では1μsecずつ等間隔でサンプリングする。
The integration unit 143 integrates the integration circuit 12 by the number of times set by the sampling number setting unit 142 during the period in which the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one
信号処理装置10は、このようにして積算部143により積算された電圧値を用いて一つの受光部111に対応する信号を出力する。信号処理装置10は、スイッチSiを切り替えつつ、イメージセンサ11の各受光部111のフォトダイオードPDiの全てについて対応する信号を出力することで、イメージセンサ11の信号を読み出すことができる。
The signal processing apparatus 10 outputs a signal corresponding to one
積分回路12が出力する電圧の値には、積分回路12を構成するオペアンプに起因するノイズが含まれる。そのため、サンプリングする電圧値は、電荷量に応じた電圧の値に到達しているとはいえ、図3のように、わずかに変動している。また、制御及び信号処理回路14が取り込む電気信号には、A/D変換器13の量子化ノイズが含まれている。本実施例の信号処理装置10及び信号読出方法によれば、積分回路12が出力する電圧の値をサンプリングする回数をユーザが設定し、設定した回数だけ積分回路12に保持されている電圧値を取得して積算する。サンプリングする回数を複数回に設定すれば、積分回路12を構成するオペアンプに起因するノイズやA/D変換器13の量子化ノイズを平均化できるため、これらノイズを低減することができる。これにより、信号の読出を高速で行う必要がある場合であっても、信号対雑音比を大きくでき、測定精度を高めることができる。また、本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を用いた液体クロマトグラフでは、微量成分の測定精度を高めることができる。 The value of the voltage output from the integration circuit 12 includes noise due to the operational amplifier that constitutes the integration circuit 12. Therefore, although the voltage value to be sampled reaches the value of the voltage corresponding to the amount of charge, it slightly varies as shown in FIG. Further, the electrical signal captured by the control and signal processing circuit 14 includes quantization noise of the A / D converter 13. According to the signal processing device 10 and the signal reading method of the present embodiment, the user sets the number of times of sampling the value of the voltage output from the integration circuit 12, and the voltage value held in the integration circuit 12 for the set number of times is set. Acquire and accumulate. If the number of times of sampling is set to a plurality of times, the noise caused by the operational amplifier constituting the integrating circuit 12 and the quantization noise of the A / D converter 13 can be averaged, so that these noises can be reduced. Thereby, even when it is necessary to read out the signal at high speed, the signal-to-noise ratio can be increased and the measurement accuracy can be improved. Further, in the liquid chromatograph using the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor according to the present invention, the measurement accuracy of the trace component can be increased.
本実施例の変形例に係るイメージセンサの信号処理装置が備える、制御及び信号処理回路140を図2に示す。制御及び信号処理回路140は、図1の制御及び信号処理回路14に置き換わって用いられる。制御及び信号処理回路140は、制御及び信号処理回路14と同様にスイッチ制御部141、サンプリング回数設定部142、及び積算部143を備え、さらに積算平均計算部144を備える。 FIG. 2 shows a control and signal processing circuit 140 included in the signal processing apparatus for an image sensor according to a modification of the present embodiment. The control and signal processing circuit 140 is used in place of the control and signal processing circuit 14 of FIG. Similar to the control and signal processing circuit 14, the control and signal processing circuit 140 includes a switch control unit 141, a sampling number setting unit 142, and an integration unit 143, and further includes an integration average calculation unit 144.
積算平均計算部144は、積算部143により積算された電圧値をサンプリング回数で除して積算平均を計算する。積算平均を求めることにより、積分回路12を構成するオペアンプに起因するノイズやA/D変換器13の量子化ノイズは、サンプリング回数の平方根に反比例するため、サンプリングする回数を多くするほど、ノイズを低減することができる。これにより、信号の読出を高速で行う必要がある場合であっても、信号対雑音比を大きくでき、測定精度を高めることができる。また、本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を用いた液体クロマトグラフでは、微量成分の測定精度を高めることができる。 The integration average calculation unit 144 calculates the integration average by dividing the voltage value integrated by the integration unit 143 by the number of samplings. By obtaining the integrated average, the noise caused by the operational amplifier constituting the integrating circuit 12 and the quantization noise of the A / D converter 13 are inversely proportional to the square root of the number of sampling times. Can be reduced. Thereby, even when it is necessary to read out the signal at high speed, the signal-to-noise ratio can be increased and the measurement accuracy can be improved. Further, in the liquid chromatograph using the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor according to the present invention, the measurement accuracy of the trace component can be increased.
10…信号処理装置
11…イメージセンサ
111…受光部
112…スイッチ部
12、408…積分回路
13、409…A/D変換器
14、140、410…制御及び信号処理回路
141…スイッチ制御部
142…サンプリング回数設定部
143…積算部
144…積算平均計算部
400…分光光度計
401…光源
402…集光レンズ
403…シャッター
404…試料セル
405…スリット
406…凹面グレーティング
407…フォトダイオードアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Signal processing apparatus 11 ...
Claims (4)
a) 前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するサンプリング回数設定部と、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記サンプリング回数設定部により設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算する積算部と、
を備え、前記積算部により積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号を出力することを特徴とする、イメージセンサの信号処理装置。 A signal processing device for processing an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading out a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) an integrating circuit for integrating the charge signal input through the switch unit and converting it into a voltage signal;
b) a sampling number setting unit for setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion An accumulating unit that obtains and accumulates the voltage value held in the integrating circuit for the number of times set by the sampling number setting unit;
And outputting a signal corresponding to the one light receiving unit using the voltage value integrated by the integrating unit.
d) 前記積算部により積算された電圧値を前記回数で除して積算平均を計算する積算平均計算部
を備えることを特徴とする、請求項1に記載のイメージセンサの信号処理装置。 further,
The signal processing apparatus for an image sensor according to claim 1, further comprising: an integrated average calculating unit that calculates an integrated average by dividing the voltage value integrated by the integrating unit by the number of times.
a) 積分回路により、前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換するステップと、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するステップと、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算するステップと、
を有し、前記積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号が出力されることを特徴とする、イメージセンサの信号読出方法。 A signal reading method for reading an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) integrating an electric charge signal input through the switch unit by an integrating circuit and converting it into a voltage signal;
b) setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion During which the voltage value held in the integration circuit is acquired and integrated for the set number of times, and
A signal reading method for an image sensor, wherein a signal corresponding to the one light receiving unit is output using the integrated voltage value.
d) 前記積算部により積算された電圧値を前記回数で除して積算平均を計算するステップ
を有することを特徴とする、請求項3に記載のイメージセンサの信号読出方法。 further,
The signal reading method for an image sensor according to claim 3, further comprising: d) calculating an integrated average by dividing the voltage value integrated by the integrating unit by the number of times.
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