KR101928581B1 - 광검출 장치 - Google Patents

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KR101928581B1
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도시유키 우치다
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에이블릭 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사된 경우에도, 보다 실광량에 가까운 측정값을 출력하는 것이 가능한 광검출 장치를 제공한다.
(해결 수단)
입사된 광에 의해 전하를 발생시키는 제 1 수광 소자와, 입사되는 광을 차광하는 차광 수단이 형성되고, 기준이 되는 전하를 발생시키는 제 2 수광 소자와, 그들 전하의 차분이 소정값이 된 것을 검출하는 차분 회로를 구비하고, 차분 회로의 검출 신호에 기초하여 광의 강도를 검출하는 광검출 장치에 있어서, 제 1 수광 소자 또는 상기 제 2 수광 소자의 출력 전압이 소정의 전위에 이른 것을 검출하는 축적 검출 회로를 형성하고, 충분한 입사광이 있음에도 불구하고 차분이 소정값에 이르지 않을 때에 검출 신호를 출력하는 구성으로 하였다.

Description

광검출 장치{PHOTO-DETECTION DEVICE}
본 발명은, 반도체 광검출 장치에 관한 것으로, 특히, 포토 다이오드를 사용하여 입사하는 광의 양을 측정하는 기술에 관한 것이다.
종래의 반도체 광검출 장치의 회로도를 도 3 에 나타낸다.
종래의 반도체 광검출 장치는, 광검출부와 카운터부로 구성되어 있다.
광검출부는, 수광 소자인 제 1 포토 다이오드 (1) 및 제 2 포토 다이오드 (2) 와, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 과, 스위치 (6 및 7) 와 기준 전압 회로 (8a) 와, 앰프 (3 및 4) 와, 차분 회로 (5) 와, 클램프 용량 (20) 과, 클램프 용량 (20) 의 전하를 초기화하는 스위치 (11) 와 기준 전압 회로 (8b) 와, 콤퍼레이터 (9) 와, 콤퍼레이터 (9) 의 출력 전압 (Vcomp) 을 받아 각 스위치를 제어하는 제어 회로 (10) 를 구비하고 있다.
카운터부는, 발진 회로 (14) 및 클록 성형 회로 (15) 와, 제 1 및 제 2 카운터 (16 및 17) 와, 카운터 리셋 회로 (18) 와, 레지스터 (19) 를 구비하고 있다.
제 1 포토 다이오드 (1) 는, 적외광을 차단하는 수단이 형성되어 있고, 입사된 가시광에 의해 전하를 발생시킨다. 제 2 포토 다이오드 (2) 는, 입사되는 광을 차단하는 차광 수단이 형성되어 있고, 기준이 되는 전하를 발생시킨다. 제 1 축적 수단 (12) 은, 제 1 포토 다이오드 (1) 에 발생한 전하를 축적한다. 제 2 축적 수단 (13) 은, 제 2 포토 다이오드 (2) 에 발생한 전하를 축적한다. 스위치 (6 및 7) 와 기준 전압 회로 (8a) 는, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 의 전하를 리셋한다. 차분 회로 (5) 는, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 에 축적된 전하의 차분 전압을 출력한다. 클램프 용량 (20) 은, 차분 회로 (5) 가 출력하는 차분의 전압을 비축한다. 스위치 (11) 와 기준 전압 회로 (8b) 는, 클램프 용량 (20) 의 전하를 초기화한다. 콤퍼레이터 (9) 는, 차분에 기초한 전압 (Vout) 과 기준 전압 회로 (8c) 의 기준 전압 (Vrefc) 을 비교하여 출력 전압 (Vcomp) 을 출력한다. 즉, 제 1 포토 다이오드 (1) 에 입사된 가시광에 의한 전하와, 제 2 포토 다이오드 (2) 의 기준이 되는 전하의 차분 전압이 기준 전압 (Vrefc) 을 초과하면, 출력 전압 (Vcomp) 은 Lo 로부터 Hi 로 반전된다. 제어 회로 (10) 는, 콤퍼레이터 (9) 가 출력하는 출력 전압 (Vcomp) 을 받아, 리셋 신호 (R) 및 클램프 신호 (CL) 를 생성하고, 그 신호에 따라 각 스위치를 제어한다.
발진 회로 (14) 및 클록 성형 회로 (15) 는, 제어 회로 (10) 로부터 클램프 신호 (CL) 를 입력하고, 신호 (TBCLK) 와 클램프 신호 (CL) 를 출력한다. 신호 (TBCLK) 는, 클램프 신호 (CL) 가 Lo 인 동안에만, 발진 회로 (14) 의 신호가 출력되는 신호이다. 제 1 카운터 (16) 는, 신호 (TBCLK) 를 카운트하여, 소정의 카운트값에 이르면 신호 (TBASE1) 를 출력한다. 즉, 포토 다이오드 (1 및 2) 가 전하를 축적하고 있는 기간을 발진 회로의 주파수로 계측하는 것이다. 제 2 카운터 (17) 는, 클램프 신호 (CL) 를 카운트하여, 카운트값을 출력한다. 즉, 포토 다이오드 (1 및 2) 가 실시하는 전하의 축적과 방전의 사이클수를 계측하는 것이다.
반도체 광검출 장치의 통상적인 동작을 나타내는 타이밍 차트를 도 4 에 나타낸다.
반도체 광검출 장치는, 기간 (TBASE) 를 개시하면, 제어 회로 (10) 가 리셋 신호 (R) 와 클램프 신호 (CL) 를 Hi 로 한다.
이로써, 스위치 (6 과 7) 가 온되어 포토 다이오드 (1 과 2) 의 전압이 기준 전압 (Vrefa) 으로 리셋된다. 또, 스위치 (11) 가 온되어 차분 회로 (5) 의 출력이 기준 전압 (Vrefb) 으로 리셋된다. 그리고, 제어 회로 (1O) 는, 소정의 지연 시간이 경과하면 리셋 신호 (R) 를 Lo 로 하여 스위치 (6 과 7) 를 오프하고, 포토 다이오드 (1 와 2) 에 축전을 개시시킨다. 축적 기간에는, 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 은, 입사된 가시광의 양에 비례하여 저하되어 간다. 또, 포토 다이오드 (2) 는 차광되어 있으므로, 포토 다이오드 (2) 의 출력 전압 (VDI2) 은 저하되지 않는다.
지연 시간 (α) 이 경과하면, 제어 회로 (10) 는 클램프 신호 (CL) 를 Lo 로 하여 스위치 (11) 를 오프시키고, 차분 회로 (5) 에 차분 (전압 (Vout)) 을 콤퍼레이터 (9) 로 출력시킨다.
차분 회로 (5) 가 출력하는 전압 (Vout) 은, 서서히 상승하여 차분 출력 기간 (Ts) 에 기준 전압 (Vrefc) 에 이른다. 차분 출력 기간 (Ts) 은, 가시광의 강도가 클수록 단시간이 된다.
콤퍼레이터 (9) 는, 전압 (Vout) 이 기준 전압 (Vrefc) 보다 작은 경우에는, 출력 전압 (Vcomp) 을 Lo 로 하는데, 차분 출력 기간 (Ts) 에 전압 (Vout) 이 기준 전압 (Vrefc) 에 이르면, 출력 전압 (Vcomp) 을 Hi 로 한다.
출력 전압 (Vcomp) 이 Hi 가 되면, 제어 회로 (10) 는 리셋 신호 (R) 와 클램프 신호 (CL) 를 Hi 로 하여, 출력 전압 (Vcomp) 을 지연시켜 소정 기간 Hi 상태를 유지한다.
리셋 신호 (R) 와 클램프 신호 (CL) 가 Hi 가 되면, 스위치 (6 및 7), 및 스위치 (11) 가 온되어, 포토 다이오드 (1 과 2) 가 리셋되고, 전압 (Vout) 이 저하되어, 기준 전압 (Vrefb) 이 된다.
이후, 리셋 신호 (R) 가 Lo 가 되고, 계속해서 클램프 신호 (CL) 가 Lo 가 되고, 동일한 동작을 반복한다.
이와 같이, 포토 다이오드 (1 및 2) 의 축전과 리셋을 반복하여, 그 차분 출력 기간 (Ts) 은, 가시광의 강도가 클수록 짧아진다.
국제 공개 제2009/081971호
그러나, 종래의 반도체 광검출 장치에 있어서는, 백열 전구 등의 적외광을 많이 포함하는 광이 입사된 경우, 또는 매우 강한 광이 입사된 경우, 이하와 같은 결점을 갖는다.
반도체 광검출 장치는, 패키지의 구조에 따라서는 광이 반도체 칩의 측면 등으로부터 들어가므로, 반도체의 기판 내에서 다수의 소수 캐리어가 발생한다. 이 때, 포토 다이오드 (1 및 2) 와 기판의 접합부에 도달한 소수 캐리어에 의해, 포토 다이오드 (1 및 2) 의 출력 전압 (VDI1 및 2) 이 저하된다.
적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사된 경우, 표면으로부터 입사되는 가시광에 의한 포토 다이오드의 출력 전압의 저하량에 대해, 반도체 칩의 측면 등으로부터 들어가는 적외광이나 가시광에 의해 발생하는 소수 캐리어에 의한 포토 다이오드의 출력 전압의 저하량의 비율이 커진다. 따라서, 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 과 포토 다이오드 (2) 의 출력 전압 (VDI2) 은, 차이가 작은 상태로 저하되어 간다. 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 은, 포토 다이오드의 접합이 순 (順) 바이어스가 될 때까지만 저하되고, 통상 -0.3 V 정도이다. 이 때문에, 포토 다이오드 (1 및 2) 의 기준 전압 (Vrefa) 이 낮으면 전압 (Vout) 이 기준 전압 (Vrefc) 에 이르기 전에, 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 은 -0.3 V 에 이르러 저하가 멈춘다. 포토 다이오드 (2) 의 출력 전압 (VDI2) 이 더욱 저하되면, 전압 (Vout) 은 기준 전압 (Vrefc) 에 이르지 않고, 낮아지기 시작한다. 따라서, 기간 (TBASE) 에 있어서 콤퍼레이터의 출력은 한번도 반전하지 않는다는 상태가 된다. 반도체 광검출 장치는 데이터 0 을 출력하고, 즉 검출 결과는 가시광이 입사되고 있음에도 불구하고 암 (暗) 상태가 된다.
그래서, 본 발명은, 적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사된 경우에도, 보다 실광량에 가까운 측정값을 출력하는 것이 가능한 광검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
종래 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 광검출 장치는 이하와 같은 구성으로 하였다.
적외광을 차광하는 적외 차광 수단이 형성된 제 1 수광 소자와, 입사되는 광을 차광하는 차광 수단이 형성된 제 2 수광 소자와, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자에 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과, 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하의 차분을 출력하는 차분 회로와, 차분에 기초한 전압이 소정의 전압에 이른 것을 검출하여 검출 신호를 출력하는 콤퍼레이터와, 검출 신호에 기초하여 제 1 수광 소자와 제 2 수광 소자에 축적된 전하와 차분 회로에 의한 차분을 초기값으로 리셋한 후, 축적 수단에 전하를 재차 축적시키는 제어 회로와, 제 1 수광 소자 또는 제 2 수광 소자의 출력 전압이 소정의 전위에 이르렀을 경우에 제어 회로에 검출 신호를 출력하는 축적 검출 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치로 하였다.
본 발명의 광검출 장치에 의하면, 제 1 수광 소자 또는 제 2 수광 소자의 출력 전압이 소정의 전위에 이른 것을 검출하는 축적 검출 회로를 형성하고, 적외광이 많이 포함되는 광이 입사된 경우에, 충분한 입사광이 있음에도 불구하고 차분이 소정의 값에 이르지 않을 때에 검출 신호를 출력하는 구성으로 했으므로, 보다 실광량에 가까운 측정값을 출력하는 것이 가능하게 된다.
도 1 은 본 실시형태의 반도체 광검출 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2 는 본 실시형태의 반도체 광검출 장치의 적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사되었을 때의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3 은 종래의 반도체 광검출 장치를 나타내는 회로도이다.
도 4 는 종래의 반도체 광검출 장치의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
이하에, 본 실시형태에 관련된 반도체 광검출 장치에 대해 설명한다.
도 1 은, 본 실시형태의 반도체 광검출 장치의 구성을 나타낸 회로도이다.
본 실시형태의 반도체 광검출 장치는, 광검출부와 카운터부로 구성되어 있다.
광검출부는, 수광 소자인 제 1 포토 다이오드 (1) 및 제 2 포토 다이오드 (2) 와, 입력이 제 1 포토 다이오드 (1) 의 캐소드와 접속된 인버터 (21) 와, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 과, 스위치 (6 및 7) 와 기준 전압 회로 (8a) 와, 앰프 (3 및 4) 와, 차분 회로 (5) 와, 클램프 용량 (20) 과, 클램프 용량 (20) 의 전하를 초기화하는 스위치 (11) 와 기준 전압 회로 (8b) 와, 콤퍼레이터 (9) 와, 콤퍼레이터 (9) 의 출력과 인버터 (21) 의 출력을 입력하는 OR 회로 (22) 와, OR 회로 (22) 가 출력하는 출력 전압 (Vcomp) 을 받아 각 스위치를 제어하는 제어 회로 (10) 를 구비하고 있다.
카운터부는, 발진 회로 (14) 및 클록 성형 회로 (15) 와, 제 1 카운터 (16) 와, 제 2 카운터 (17) 와, 카운터 리셋 회로 (18) 와, 레지스터 (19) 를 구비하고 있다.
제 1 포토 다이오드 (1) 는, 적외광을 차단하는 수단이 형성되어 있고, 입사된 가시광에 의해 전하를 발생시킨다. 제 2 포토 다이오드 (2) 는, 입사되는 광을 차단하는 차광 수단이 형성되어 있고, 기준이 되는 전하를 발생시킨다. 인버터 (21) 는, 제 1 포토 다이오드 (1) 의 캐소드의 전압이 저하되면, Lo 로부터 Hi 로 반전된다. 즉, 제 1 포토 다이오드 (1) 의 전하의 축적 검출 회로이다.
제 1 축적 수단 (12) 은, 제 1 포토 다이오드 (1) 에 발생한 전하를 축적한다. 제 2 축적 수단 (13) 은, 제 2 포토 다이오드 (2) 에 발생한 전하를 축적한다. 스위치 (6 및 7) 와 기준 전압 회로 (8a) 는, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 의 전하를 리셋한다.
차분 회로 (5) 는, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 에 축적된 전하의 차분 전압을 출력한다. 클램프 용량 (20) 은, 차분 회로 (5) 가 출력하는 차분의 전압을 비축한다. 스위치 (11) 와 기준 전압 회로 (8b) 는, 클램프 용량 (20) 의 전하를 초기화한다.
콤퍼레이터 (9) 는, 차분에 기초한 전압 (Vout) 과 기준 전압 회로 (8c) 의 기준 전압 (Vrefc) 을 비교한 결과를 출력한다. 즉, 제 1 포토 다이오드 (1) 에 입사된 가시광에 의한 전하와, 제 2 포토 다이오드 (2) 의 기준이 되는 전하의 차분 전압이 기준 전압 (Vrefc) 을 초과하면, 콤퍼레이터 (9) 의 출력은 Lo 로부터 Hi 로 반전된다.
제어 회로 (10) 는, 콤퍼레이터 (9) 의 출력이 OR 회로 (22) 를 통하여 출력된 출력 전압 (Vcomp) 을 받아, 리셋 신호 (R) 및 클램프 신호 (CL) 를 생성하고, 그 신호에 따라 각 스위치를 제어한다. 또한, OR 회로 (22) 는, 인버터 (21) 의 출력의 반전에 따라, 출력 전압 (Vcomp) 을 반전시켜 제어 회로 (1O) 에 출력한다.
발진 회로 (14) 및 클록 성형 회로 (15) 는, 제어 회로 (10) 로부터 클램프 신호 (CL) 를 입력하고, 신호 (TBCLK) 와 클램프 신호 (CL) 를 출력한다. 클램프 신호 (CL) 의 지연 시간 (α) 은, 리셋 신호 (R) 의 지연 시간보다 길게 설정되어 있다. 신호 (TBCLK) 는, 클램프 신호 (CL) 가 Lo 인 동안에만, 발진 회로 (14) 의 신호가 출력되는 신호이다.
제 1 카운터 (16) 는, 신호 (TBCLK) 를 카운트하여, 소정의 카운트값에 이르면 신호 (TBASE1) 를 출력한다. 즉, 포토 다이오드 (1 및 2) 가 전하를 축적하고 있는 기간을 발진 회로의 주파수로 계측하는 것이다. 제 2 카운터 (17) 는, 클램프 신호 (CL) 를 카운트하고, 카운트값을 출력한다. 즉, 포토 다이오드 (1 및 2) 가 실시하는 전하의 축적과 방전의 사이클수를 계측하는 것이다.
카운터 리셋 회로 (18) 는, 카운터부가 클램프 신호 (CL) 의 카운트를 개시한 경우에, 신호 (TBASE) 를 Hi 로 하고, 제 1 카운터 (16) 가 신호 (TBASE1) 를 출력하면, 신호 (TBASE) 를 Lo 로 한다. 또, 카운터 리셋 회로 (18) 는, 제 1 카운터 (16) 에 리셋 신호 (RESET1) 를 출력하여 제 1 카운터 (16) 의 카운트값을 리셋하고, 제 2 카운터 (17) 에 리셋 신호 (RESET2) 를 출력하여 제 2 카운터 (17) 의 카운트값도 리셋한다. 이와 같이, 카운터 리셋 회로 (18) 는, 차분 회로 (5) 가 차분을 출력하고 있는 기간의 합계가 소정 기간에 이를 때까지, 신호 (TBASE) 를 Hi 로 유지한다.
레지스터 (19) 는, 16 비트 레지스터이고, 신호 (TBASE) 가 Hi 인 동안, 제 2 카운터 (17) 가 출력한 카운트값을 기억한다. 그리고, 신호 (TBASE) 가 Lo 로 바뀌면 기억하고 있던 카운트값을 16 비트의 레지스터 출력으로 출력한다. 이 출력은, TBASE 기간에 포토 다이오드 (1 및 2) 가 축전과 방전을 반복한 횟수이고, 입사광의 강도에 비례한 값이 된다.
이렇게 하여, 반도체 광검출 장치는 입사광의 강도를 계측할 수 있다. 그리고, 가시광이 주체의 광이 입사되었을 때의 통상 동작시의 반도체 광검출 장치의 동작은, 도 4 에 나타낸 종래의 반도체 광검출 장치의 타이밍 차트도와 동일하다.
반도체 광검출 장치는, 기간 (TBASE) 을 개시하면, 제어 회로 (10) 가 리셋 신호 (R) 와 클램프 신호 (CL) 를 Hi 로 한다.
이로써, 스위치 (6 과 7) 가 온되어 포토 다이오드 (1 과 2) 의 전압이 기준 전압 (Vrefa) 으로 리셋된다. 또, 스위치 (11) 가 온되어 차분 회로 (5) 의 출력이 기준 전압 (Vrefb) 으로 리셋된다. 그리고, 제어 회로 (1O) 는, 소정의 지연 시간이 경과하면 리셋 신호 (R) 를 Lo 로 하여 스위치 (6 과 7) 를 오프시키고, 포토 다이오드 (1 과 2) 에 축전을 개시시킨다. 축적 기간에는, 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 은, 입사된 가시광의 양에 비례하여 저하되어 간다. 또, 포토 다이오드 (2) 는 차광되어 있으므로, 포토 다이오드 (2) 의 출력 전압 (VDI2) 은 저하되지 않는다.
지연 시간 (α) 이 경과하면, 제어 회로 (10) 는, 클램프 신호 (CL) 를 Lo 로 하여 스위치 (11) 를 오프하고, 차분 회로 (5) 에 차분 (전압 (Vout)) 을 콤퍼레이터 (9) 에 출력시킨다.
차분 회로 (5) 가 출력하는 전압 (Vout) 은, 서서히 상승하여 차분 출력 기간 (Ts) 에 기준 전압 (Vrefc) 에 이른다. 차분 출력 기간 (Ts) 은, 가시광의 강도가 클수록 단시간이 된다.
콤퍼레이터 (9) 는, 전압 (Vout) 이 기준 전압 (Vrefc) 보다 작은 경우에는, 출력 전압 (Vcomp) 을 Lo 로 하는데, 차분 출력 기간 (Ts) 에 전압 (Vout) 이 기준 전압 (Vrefc) 에 이르면, 출력 전압 (Vcomp) 을 Hi 로 한다.
출력 전압 (Vcomp) 이 Hi 가 되면, 제어 회로 (10) 는 리셋 신호 (R) 와 클램프 신호 (CL) 를 Hi 로 하고, 출력 전압 (Vcomp) 을 지연시켜 소정 기간 Hi 상태를 유지한다.
리셋 신호 (R) 와 클램프 신호 (CL) 가 Hi 가 되면, 스위치 (6 및 7), 및 스위치 (11) 가 온되어, 포토 다이오드 (1 과 2) 가 리셋되고, 전압 (Vout) 이 저하되어, 기준 전압 (Vrefb) 이 된다.
이후, 리셋 신호 (R) 가 Lo 가 되고, 계속해서 클램프 신호 (CL) 가 Lo 가 되고, 동일한 동작을 반복한다.
이와 같이, 포토 다이오드 (1 및 2) 의 축전과 리셋를 반복하고, 그 차분 출력 기간 (Ts) 은, 가시광의 강도가 클수록 짧아진다.
다음으로, 적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사되었을 때의 본 실시형태의 반도체 광검출 장치의 동작에 대해 설명한다.
도 2 는, 본 실시형태의 반도체 광검출 장치의 적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사되었을 때의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
축적 개시까지는, 통상시의 동작, 도 4 의 타이밍 차트와 동일하다.
리셋 신호 (R) 가 Hi 로부터 Lo 가 되어 축적이 개시되면, 적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사된 경우에는, 포토 다이오드 (2) 의 출력 전압 (VDI2) 의 저하가 빠르고, 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 과의 저하의 차이가 작다. 따라서, 전압 (Vout) 이 기준 전압 (Vrefc) 에 이르기 전에, 포토 다이오드 (1) 의 출력 전압 (VDI1) 은 -0.3 V 정도에 이른다.
여기서, 인버터 (21) 의 반전 전압 (Vth21) 을, 예를 들어 0.5 V 정도로 설정한다. 이와 같이 포토 다이오드 (1) 의 캐소드에 인버터 (21) 를 형성함으로써, 출력 전압 (VDI1) 이 완전히 낮아지기 전에, 인버터 (21) 가 Hi 를 출력한다. 따라서, OR 회로 (22) 가 출력하는 출력 전압 (Vcomp) 은, 콤퍼레이터 (9) 의 출력에 상관없이 Hi 가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 반도체 광검출 장치는, 간편한 회로를 추가하는 것만으로, 적외광을 많이 포함하는 광이나 매우 강한 광이 입사되었을 때에 있어서도, 검출 출력을 본래의 바람직한 값에 접근시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 반도체 광검출 장치에서는, 인버터 (21) 의 입력은, 포토 다이오드 (1) 의 캐소드에 접속하고 있다고 하여 설명했는데, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 인버터 (21) 의 반전 전압 (Vth21) 을 그다지 낮게 할 수 없는 경우에는, 인버터 (21) 의 입력에 포토 다이오드 (2) 의 캐소드를 접속해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 앰프 (3) 나 앰프 (4) 의 출력에 접속해도 된다.
또, 인버터 (21) 는, 포토 다이오드의 캐소드의 전압을 검출할 수 있는 회로이면 되고, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 은, 포토 다이오드 (1 과 2) 의 수광 감도를 조절하기 위한 것이고, 제 1 축적 수단 (12) 및 제 2 축적 수단 (13) 이 없어도, 본 실시형태의 반도체 광검출 장치는 광을 검지하는 것이 가능하다.
1, 2 : 포토 다이오드
3, 4 : 앰프
5 : 차분 회로
8a, 8b, 8c : 기준 전압 회로
9 : 콤퍼레이터
10 : 지연 회로
14 : 오실레이터
15 : 클록 성형 회로
16 : 제 1 카운터
17 : 제 2 카운터
18 : 카운터 리셋 회로
19 : 레지스터

Claims (2)

  1. 가시광의 조도를 측정하는 광검출 장치로서,
    적외광을 차광하는 적외 차광 수단이 형성된 제 1 수광 소자와,
    입사되는 광을 차광하는 차광 수단이 형성된 제 2 수광 소자와,
    상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 발생한 전하를 축적시키는 축적 수단과,
    상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적시킨 전하의 차분을 출력하는 차분 회로와,
    상기 차분에 기초한 전압이 소정 전압에 이른 것을 검출하여 검출 신호를 출력하는 콤퍼레이터와,
    상기 검출 신호에 기초하여, 상기 제 1 수광 소자와 상기 제 2 수광 소자에 축적된 전하와 상기 차분 회로에 의한 차분을 초기값으로 리셋한 후, 상기 축적 수단에 전하를 재차 축적시키는 제어 회로와,
    상기 제 1 수광 소자 또는 상기 제 2 수광 소자에 전기적으로 접속되어, 상기 제 1 수광 소자 또는 상기 제 2 수광 소자의 출력 전압이 소정의 전위에 이르렀을 경우에, 상기 제어 회로에 상기 검출 신호를 출력하는 축적 검출 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축적 검출 회로는, 제 1 수광 소자 또는 상기 제 2 수광 소자의 출력 전압을 입력하는 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105095800B (zh) * 2014-05-08 2018-07-20 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 光检测器
CN107340058A (zh) * 2016-04-28 2017-11-10 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 光检测电路及电子设备
FR3058263B1 (fr) * 2016-11-03 2019-08-23 Lynred Dispositif de detection multispectrale ameliore.
CN108120432A (zh) * 2017-12-20 2018-06-05 北京航空航天大学 一种磁场惯性测量装置微弱光信号的前置放大器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162664A (ja) 2000-11-29 2002-06-07 Seiko Precision Inc 測光装置及び測光方法
US20090127432A1 (en) 2007-11-19 2009-05-21 Lee Joo-Hyung Light sensor, display apparatus including the same, and control method thereof
JP2009177150A (ja) 2007-12-25 2009-08-06 Seiko Instruments Inc 光検出装置、及び画像表示装置
US7605358B2 (en) 2004-07-22 2009-10-20 Hamamatsu Photonics K.K. Photodetector having dual photodiode and gain adjusting amplifiers

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10115552A (ja) * 1996-08-19 1998-05-06 Hamamatsu Photonics Kk 光検出装置および固体撮像装置
JP4550957B2 (ja) * 1999-11-15 2010-09-22 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP3977735B2 (ja) * 2002-12-25 2007-09-19 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
JP2007214613A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Seiko Instruments Inc 増幅回路
JP4487944B2 (ja) * 2006-02-09 2010-06-23 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP2008219282A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Seiko Instruments Inc 光電変換装置
TWI453940B (zh) 2007-12-25 2014-09-21 Seiko Instr Inc A light detection device, and a video display device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002162664A (ja) 2000-11-29 2002-06-07 Seiko Precision Inc 測光装置及び測光方法
US7605358B2 (en) 2004-07-22 2009-10-20 Hamamatsu Photonics K.K. Photodetector having dual photodiode and gain adjusting amplifiers
US20090127432A1 (en) 2007-11-19 2009-05-21 Lee Joo-Hyung Light sensor, display apparatus including the same, and control method thereof
JP2009177150A (ja) 2007-12-25 2009-08-06 Seiko Instruments Inc 光検出装置、及び画像表示装置

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