KR20060095552A

KR20060095552A - 광검출 장치

Info

Publication number: KR20060095552A
Application number: KR1020067006154A
Authority: KR
Inventors: 세이이치로 미즈노; 유키노부 스기야마
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-08-31
Also published as: KR101074551B1; EP1677522A1; EP1677522A4; JP4268492B2; US7800667B2; JP2005117101A; CN1864403A; WO2005034511A1; CN100401751C; EP1677522B1; US20080036887A1

Abstract

본 발명은 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지에서의 광검출을 가능하게 하기 위한 구조를 구비한 광검출 장치에 관한 것이다. 광검출부내의 액티브 픽셀형의 화소부에 광이 입사하면, 그 화소부에 포함되는 포토 다이오드에서 발생한 전하량에 따른 전압치가 선택용 트랜지스터를 거쳐서 화소부로부터 출력된다. 제1 화소 데이터 독출부는 화소부로부터의 출력을 제1 전압치로서 출력한다. 한편, 화소부에 포함되는 포토 다이오드에서 발생한 전하는 방전용 트랜지스터를 거쳐서 화소부로부터 출력된다. 스위치를 거쳐서 제2 화소 데이터 독출부에 유입한 전하는 용량 소자에 축적되고, 상기 축적 전하량에 따른 전압치가 제2 화소 데이터 독출부로부터 제2 전압치로서 출력된다. 제2 화소 데이터 독출부내의 용량 소자의 용량치는 화소부에 포함되는 기생 용량부의 용량치보다 크다.

Description

광검출 장치{PHOTO DETECTING APPARATUS}

본 발명은 포토 다이오드를 포함하는 액티브 픽셀(active pixel)형의 화소부를 갖는 광검출 장치에 관한 것이다.

광검출 장치로서 CMOS 기술을 이용한 것이 알려져 있으며, 그 중에서도 액티브 픽셀 방식의 것이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1을 참조). 액티브 픽셀 방식의 광검출 장치는 입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토 다이오드를 포함하는 액티브 픽셀형의 화소부를 갖고 있고, 화소부에 있어서 광입사에 따라 포토 다이오드에서 발생한 전하를, 트랜지스터로 이루어지는 소스 팔로워 회로를 거쳐서 전하-전압 변환함으로써, 고감도이면서 저노이즈로 광검출을 행할 수 있다.

화소부내에 있어서 포토 다이오드에서 발생한 전하를 축적하는 기생 용량부의 용량치를 C_f로 하고, 그 전하의 양을 Q로 하면, 전하-전압 변환에 의해 얻어지는 출력 전압치 V는 「V=Q/C_f」로 이루어지는 식으로 나타난다. 이 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 기생 용량부의 용량치 C_f를 작게 함으로써, 광검출의 감도를 높게 할 수 있다.

한편, 출력 전압치 V는 사용 가능한 전원 전압 범위 및 회로계의 제약으로 인해, 수 V 정도가 상한이다. 이것으로부터, 기생 용량부에 축적될 수 있는 전하의 양 Q에도 상한이 있다.

만일, 이 기생 용량부에 축적될 수 있는 전하의 양 Q의 상한치(포화 전하량)를 크게 하면, 기생 용량부의 용량치 C_f를 크게 하거나, 또는 전원 전압치를 크게 하는 것이 고려된다. 그러나, 기생 용량부의 용량치 C_f를 크게 하면, 미세 CMOS 프로세스에 의해 제조하지 않을 수 없기 때문에, 전원 전압치를 작게 해야 하고, 결국 포화 전하량을 크게 할 수 없다. 또, 기생 용량부의 용량치 C_f를 크게 하면, 모처럼의 고감도라고 하는 이점이 없어지게 된다.

[특허 문헌 1] 일본 특개평 11-274454호 공보

발명자 등은 종래의 광검출 장치에 대해 상세하게 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견하였다. 즉, 종래의 광검출 장치는 고감도로 광검출을 할 수 있으나, 포화 전하량의 제약에 기인하여 광검출의 다이나믹 레인지(dynamic range)가 좁다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은 상술과 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지에서의 광검출을 가능하게 하기 위한 구조를 구비한 광검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 광검출 장치는 (1) 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토 다이오드와, 게이트 단자에 형성된 기생 용량부에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압치를 출력하는 증폭용 트랜지스터와, 포토 다이오드에서 발생한 전하를 증폭용 트랜지스터의 게이트 단자에 전송하는 전송용 트랜지스터와, 기생 용량부의 전하를 초기화하는 방전용 트랜지스터와, 증폭용 트랜지스터로부터 출력되는 전압치를 선택적으로 출력하는 선택용 트랜지스터를 포함하는 화소부와,

(2) 화소부의 선택용 트랜지스터로부터 출력되는 전압치를 독출하고, 이 전압치에 따른 제1 전압치를 출력하는 제1 화소 데이터 독출부와,

(3) 화소부의 방전용 트랜지스터에 접속된 제1 단자와, 화소부의 증폭용 트랜지스터의 게이트 단자의 전하를 초기화하기 위한 바이어스 전위를 입력하는 제2 단자와, 제3 단자를 갖고, 제1 단자와 제2 단자와의 사이 또는 제1 단자와 제3 단자와의 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전환부와,

(4) 접속 전환부의 제3 단자에 입력 단자가 접속되고, 기생 용량부의 용량치보다 큰 용량치를 갖는 용량 소자를 포함하고, 접속 전환부의 제3 단자로부터 입력 단자에 유입한 전하를 용량 소자에 축적하고, 그 축적한 전하의 양에 따른 제2 전압치를 출력하는 제2 화소 데이터 독출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 광검출 장치에서는 화소부에 광이 입사하면, 그 화소부에 포함되는 포토 다이오드에서 입사광 강도에 따른 양의 전하가 발생하고, 그 전하는 전송용 트랜지스터를 거쳐서 기생 용량부에 축적된다. 기생 용량부에 축적된 전하의 양에 따른 전압치가 증폭용 트랜지스터 및 선택용 트랜지스터를 거쳐서 화소부로부터 출력되고, 제1 화소 데이터 독출부에 의해 독출된다. 그리고, 이 독출된 전압치에 따른 제1 전압치가 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력된다. 이 제1 전압치는 화소부의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에, 그 입사광 강도를 고감도로 검출한 결과를 고정밀도로 나타낸다.

또, 화소부에 포함되는 포토 다이오드에서 발생한 전하는 방전용 트랜지스터를 거쳐서 화소부로부터 출력되고, 접속 전환 수단을 거쳐서 제2 화소 데이터 독출부에 입력한다. 제2 화소 데이터 독출부에서는 유입한 전하가 용량 소자에 축적되고, 그 축적된 전하의 양에 따른 제2 전압치가 출력된다. 여기서, 제2 화소 데이터 독출부에 포함되는 용량 소자의 용량치는 화소부에 포함되는 기생 용량부의 용량치보다 크다. 이것으로 인해, 이 제2 전압치는 화소부의 기생 용량부가 포화하고 있을 때, 즉 화소부에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에도, 그 입사광 강도를 검출한 결과를 고정밀도로 나타낸다.

따라서, 이 광검출 장치에 의하면, 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력된 제1 전압치와 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력된 제2 전압치에 근거하여, 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지로 광검출을 행할 수 있다.

여기서, 제2 화소 데이터 독출부에 포함되는 용량 소자의 용량치가 기생 용량부의 용량치의 2^K배(단, K는 1 이상의 정수)인 것이 바람직하다. 이 경우에는 화소부의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력된 제2 전압치는 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력된 제1 전압치의 2^K배로 될 수 있다. 그리고, 예를 들면, 화소부의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부의 판정, 제1 전압치 및 제2 전압치 중에서 어느 하나의 선택, 제1 전압치 및 제2 전압치의 쌍방 또는 어느 한 쪽의 A/D 변환 등의 후처리가 용이하게 된다.

본 발명에 관한 광검출 장치는 화소부에 포함되는 포토 다이오드가 제1 도전형의 제1 반도체 영역의 위에 제2 도전형의 제2 반도체 영역을 갖고, 이 제2 반도체 영역의 위에 제1 도전형의 제3 반도체 영역을 갖고, 제1 반도체 영역과 제2 반도체 영역이 pn 접합을 형성하고 있고, 제2 반도체 영역과 제3 반도체 영역이 pn 접합을 형성하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 포토 다이오드가 매입형의 것인 경우에는 더욱 고감도인 광검출을 행할 수 있다. 또, 제1 도전형 및 제2 도전형 중 한 쪽은 n 형을 의미하고, 다른 쪽은 p 형을 의미한다.

본 발명에 관한 광검출 장치는 화소부가 포토 다이오드와 전송용 트랜지스터 사이에 설치되어서 포화 영역에서 이용되는 차단용 트랜지스터를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에도, 더욱 고감도인 광검출을 행할 수 있다.

본 발명에 관한 광검출 장치는 복수개의 화소부가 2 차원 배열되어 있는 것이 적합하고, 이 경우에는 2 차원 화상을 촬상할 수 있다.

또, 제2 화소 데이터 독출부는 2 차원 배열된 화소부의 전체에 대해서 하나의 용량 소자를 갖고 있어도 되지만, 열마다 하나의 용량 소자를 갖는 것이 바람직하다. 후자의 경우에는 하나의 행에 있는 각 화소부에 포함되는 포토 다이오드에서 발생한 전하는 동시에 이 화소부의 방전용 트랜지스터를 거쳐서 출력되고, 접속 전환 수단을 거쳐서 제2 화소 데이터 독출부에 입력하고, 열마다 설치된 대응하는 용량 소자에 축적될 수 있다. 따라서, 고속으로 촬상을 행할 수 있다.

또, 제1 화소 데이터 독출부가 어떤 행의 화소부로부터의 출력 전압치를 처리하는 기간에, 제2 화소 데이터 독출부가 상기 행의 화소부로부터의 출력 전하를 처리하는 것이 바람직하다. 또는 제1 화소 데이터 독출부가 어떤 행의 화소부로부터의 출력 전압치를 처리하는 기간에, 제2 화소 데이터 독출부가 다른 행의 화소부로부터의 출력 전하를 처리하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1 화소 데이터 독출부 및 제2 화소 데이터 독출부가 병렬적으로 동작하는 경우에는 프레임 레이트(frame rate)를 저하시키는 일 없이 촬상을 행할 수 있다.

본 발명에 관한 광검출 장치는 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 제1 전압치에 따른 제1 디지털치를 출력하는 동시에, 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 제2 전압치에 따른 제2 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또, 이 A/D 변환부로부터 출력되는 제1 디지털치 및 제2 디지털치를 입력하고, 제1 전압치, 제2 전압치, 제1 디지털치 및 제2 디지털치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 디지털치 및 제2 디지털치 중 하나를 선택하여 출력하는 선택 출력부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

이 경우에는 A/D 변환부에 의해, 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치가 A/D 변환되고, 이 제1 전압치에 따른 제1 디지털치가 출력되고, 또 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치가 A/D 변환되고, 이 제2 전압치에 따른 제2 디지털치가 출력된다. 그리고, 선택 출력부에 의해, 제1 전압치, 제2 전압치, 제1 디지털치 및 제2 디지털치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 디지털치 및 제2 디지털치 중 하나가 선택되어서 출력된다.

또는, 본 발명에 관한 광검출 장치는 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치와 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치를 입력하고, 제1 전압치 및 제2 전압치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 전압치 및 제2 전압치 중 하나를 선택하여 출력하는 선택 출력부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또, 이 선택 출력부로부터 출력되는 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 전압치에 따른 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

이 경우에는 선택 출력부에 의해, 제1 전압치 및 제2 전압치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 전압치 및 제2 전압치 중 하나가 선택되어서 출력된다. 그리고, A/D 변환부에 의해, 이 선택 출력부로부터 출력되는 전압치가 A/D 변환되고, 이 전압치에 따른 디지털치가 출력된다.

본 발명에 관한 광검출 장치는 제2 화소 데이터 독출부가 용량 소자에 대해서 병렬적으로 설치된 대수(對數) 압축 회로를 추가로 포함하고, 접속 전환부의 제3 단자로부터 입력 단자에 유입한 전하를 대수 압축 회로에 입력하고, 그 입력한 전하의 유입량의 대수치에 따른 제3 전압치를 출력하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 제2 화소 데이터 독출부에서는 화소부에 포함되는 포토 다이오드에서 발생한 전하의 양에 따른 제2 전압치가 출력될 뿐만 아니라, 그 전하의 유입량의 대수치에 따른 제3 전압치가 대수 압축 회로로부터 출력된다. 따라서, 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력된 제1 전압치와 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력된 제2 전압치 및 제3 전압치에 근거하여, 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지로 광검출을 행할 수 있다.

이와 같이 제2 화소 데이터 독출부가 대수 압축 회로도 포함하는 경우에는 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 제1 전압치에 따른 제1 디지털치를 출력하는 동시에, 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치 및 제3 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 제2 전압치에 따른 제2 디지털치 및 제3 전압치에 따른 제3 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또, A/D 변환부로부터 출력되는 제1 디지털치, 제2 디지털치 및 제3 디지털치를 입력하고, 제1 전압치, 제2 전압치, 제3 전압치, 제1 디지털치, 제2 디지털치 및 제3 디지털치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 디지털치, 제2 디지털치 및 제3 디지털치 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택 출력부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

또는, 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치와 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치 및 제3 전압치를 입력하고, 제1 전압치, 제2 전압치 및 제3 전압치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 전압치, 제2 전압치 및 제3 전압치 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 선택 출력부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 또, 선택 출력부로부터 출력되는 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 전압치에 따른 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 관한 광검출 장치의 제1 실시예의 개략적인 구성을 나타내 는 도면.

도 2는 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 광검출부의 구성을 나타내는 도면.

도 3은 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 제1 화소 데이터 독출부의 구성을 나타내는 도면.

도 4는 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 화소부 P_m _,n, 전압 유지부 H_n 및 스위치 SW_n 각각의 회로 도면.

도 5는 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 제2 화소 데이터 독출부의 구성을 나타내는 도면.

도 6은 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 화소부 P_m _,n, 적분 회로 31_n 및 스위치 SW_n 각각의 회로 도면이다.

도 7은 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 데이터 출력부의 한 구성예를 나타내는 도면.

도 8은 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 데이터 출력부의 다른 구성예를 나타내는 도면.

도 9는 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 화소부 P_m _,n의 단면 구조를 나타내는 도면.

도 10은 제1 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 화소부 P_m _,n의 다른 구성을 나타내는 회로 도면.

도 11은 제1 실시예에 관한 광검출 장치의 동작예를 설명하기 위한 타이밍 차트.

도 12는 본 발명에 관한 광검출 장치의 제2 실시예의 개략 구성을 나타내는 도면.

도 13은 제2 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 제2 화소 데이터 독출부의 구성을 나타내는 도면.

도 14는 제2 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 화소부 P_m _,n, 적분 회로 31_n, 대수 압축 회로 32_n 및 스위치 SW_n 각각의 회로도.

도 15는 제2 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 데이터 출력부의 한 구성예를 나타내는 도면.

도 16은 제2 실시예에 관한 광검출 장치에 있어서 데이터 출력부의 다른 구성예를 나타내는 도면.

도 17은 제2 실시예에 관한 광검출 장치의 동작예를 설명하기 위한 타이밍 차트.

[부호의 설명]

1, 2ㆍㆍㆍㆍㆍ광검출 장치,

10ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ광검출부,

20ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ제1 화소 데이터 독출부,

30, 30Aㆍㆍㆍ제2 화소 데이터 독출부,

40, 40Aㆍㆍㆍ데이터 출력부,

50, 50Aㆍㆍㆍ타이밍 제어부.

이하, 본 발명에 관한 광검출 장치의 각 실시예를, 도 1 내지 도 17을 이용하여 상세하게 설명한다. 또, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여 중복하는 설명을 생략한다. 또, M 및 N 각각은 2 이상의 정수이며, 특히 명시하지 않는 한은 m은 1 이상 M 이하의 임의의 정수이며, n은 1 이상 N 이하의 임의의 정수이다.

(제1 실시예)

먼저, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 전체 구성의 개요에 대해 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

도 1은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 개략 구성도이다. 도 2는 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 광검출부(10)의 구성도이다. 이러한 도면에 나타나는 광검출 장치(1)는 광검출부(10), 제1 화소 데이터 독출부(20), 제2 화소 데이터 독출부(30), 데이터 출력부(40), 타이밍 제어부(50) 및 스위치 SW₁~SW_N을 갖는다. 이것들은 공통의 반도체 기판상에 형성되어 있는 것이 적합하고, 이 경우의 기판상의 배치가 도시한 바와 같은 것이 바람직하다. 또, 타이밍 제어부(50)는 이 광검출 장치(1)의 전체의 동작을 제어하는 것이지만, 복수의 부분에 분할되어 서로 떨어져서 기판상에 배치되어 있어도 된다.

광검출부(10)는 M행 N열에 2 차원 배열된 M×N개의 화소부 P_m _,n을 갖는다. 각 화소부 P_m _,n은 제m행 제n열에 위치한다. 각 화소부 P_m _,n은 공통의 구성을 갖고 있고, 포토 다이오드를 포함하는 액티브 픽셀형의 것이며, 이 포토 다이오드에 입사한 광의 강도에 따른 전압치를 배선 L₁ _,n에 출력한다. 각 배선 L₁ _,n은 제n열에 있는 M개의 화소부 P₁ _,n~P_M,n 각각의 출력단에 공통으로 접속되어 있다. 또, 각 배선 L₂ _,n은 제n열에 있는 M개의 화소부 P₁ _,n~P_M,n 각각의 다른 단자에 공통으로 접속되어 있다.

제1 화소 데이터 독출부(20)는 N개의 배선 L₁ _,1~L₁ _,N과 접속되어 있고, 각 화소부 P_m _,n으로부터 배선 L₁ _,n에 출력되는 전압치를 입력하고, 소정의 처리를 행한 후에 화소 데이터를 나타내는 제1 전압치 V₁ _,m,n을 차례로 출력한다. 각 전압치 V₁ _,m,n은 화소부 P_m _,n에 입사하는 광의 강도에 따른 값이다. 특히, 이 제1 전압치 V₁ _,m,n은 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에, 그 입사광 강도를 고감도로 검출한 결과를 고정밀도로 나타낸다.

제2 화소 데이터 독출부(30)는 스위치 SW₁~SW_N을 통하여 N개의 배선 L_2,1~L_2,N과 접속되어 있고, 각 화소부 P_m _,n으로부터 배선 L₂ _,n에 출력되고, 스위치 SW_n을 거쳐 서 유입하는 전하를 입력하고, 그 전하를 용량 소자에 축적하고, 그 용량 소자에 축적한 전하의 양에 따른 제2 전압치 V₂ _,m,n을 차례로 출력한다. 이 제2 화소 데이터 독출부(30)에 포함되는 용량 소자의 용량치는 화소부 P_m _,n에 포함되는 기생 용량부의 용량치보다 크다. 각 전압치 V₂ _,m,n은 화소부 P_m _,n에 입사하는 광의 강도에 따른 값이다. 또, 이 제2 전압치 V₂ _,m,n은 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때, 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에도, 그 입사광 강도를 검출한 결과를 고정밀도로 나타낸다.

데이터 출력부(40)는 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치 V₁ _,m,n과, 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n을 입력하고, 소정의 처리를 행하여 디지털치 D_m,n을 출력한다. 각 디지털치 D_m,n은 제1 전압치 V_1,m,n 및 제2 전압치 V₂ _,m,n의 어느 하나가 A/D 변환된 결과의 값이며, 화소부 P_m _,n에 입사하는 광의 강도를 나타낸다.

타이밍 제어부(50)는 광검출부(10), 제1 화소 데이터 독출부(20), 제2 화소 데이터 독출부(30), 데이터 출력부(40) 및 스위치 SW₁~SW_N 각각의 동작을 제어한다. 타이밍 제어부(50)는 예를 들면 시프트 레지스터 회로에 의해 소정의 타이밍에 각종의 제어 신호를 발생시키고, 이러한 제어 신호를 광검출부(10), 제1 화소 데이터 독출부(20), 제2 화소 데이터 독출부(30), 데이터 출력부(40) 및 스위치 SW₁~SW_N 각 각에 송출한다. 또, 도 1 및 도 2에서는 제어 신호를 보내기 위한 배선의 도시가 일부 생략되어 있다.

다음에, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 광검출부(10) 및 제1 화소 데이터 독출부(20)의 구성에 대해 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.

도 3은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 제1 화소 데이터 독출부(20)의 구성도이다. 제1 화소 데이터 독출부(20)는 N개의 전압 유지부 H₁~H_N, 2개의 전압 팔로워 회로 F₁, F₂, 및 감산 회로 S를 갖는다. 각 전압 유지부 H_n은 공통의 구성을 갖고 있고, 배선 L₁ _,n과 접속되어 있고, 제n열에 있는 M개의 화소부 P₁ _,n~P_M,n 각각으로부터 배선 L₁ _,n에 출력되는 전압치를 입력하여 유지할 수 있고, 또 그 유지하고 있는 전압치를 출력할 수 있다. N개의 전압 유지부 H₁~H_N 각각은 차례로 전압치를 출력한다. 각 전압 유지부 H_n이 유지하여 출력하는 전압치는 화소부 P_m _,n으로부터 서로 다른 시각에 출력되는 2개의 전압치 V_n _,1, V_n _, ₂ 이다.

2개의 전압 팔로워 회로 F₁, F₂ 각각은 공통의 구성을 갖고 있고, 증폭기의 반전 입력 단자와 출력 단자가 서로 직접 접속되어 있고, 고입력 임피던스 및 저출력 임피던스를 갖고, 이상적으로는 증폭율이 1인 증폭 회로이다. 일방(一方)의 전압 팔로워 회로 F₁은 N개의 전압 유지부 H₁~H_N 각각으로부터 차례로 출력되는 일방의 전압치 V_n _,1을 비반전 입력 단자에 입력한다. 타방(他方)의 전압 팔로워 회로 F₂ 는 N개의 전압 유지부 H₁~H_N 각각으로부터 차례로 출력되는 타방의 전압치 V_n _,2를 비반전 입력 단자에 입력한다.

감산 회로 S는 증폭기 및 4개의 저항기 R₁~R₄를 갖고 있다. 증폭기의 반전 입력 단자는 저항기 R₁을 통하여 전압 팔로워 회로 F₁의 출력 단자와 접속되고, 저항기 R₃을 통하여 자기의 출력 단자와 접속되어 있다. 증폭기의 비반전 입력 단자는 저항기 R₂를 통하여 전압 팔로워 회로 F₂의 출력 단자와 접속되고, 저항기 R₄를 통하여 접지 전위와 접속되어 있다. 전압 팔로워 회로 F₁, F₂ 각각의 증폭율을 1로 하여 4개의 저항기 R₁~R₄ 각각의 저항값이 서로 동일하다고 하면, 감산 회로 S의 출력 단자로부터 출력되는 제1 전압치 V₁ _,m,n은 「V₁ _,m,n=V_n _,2-V_n _,1」으로 이루어지는 식으로 나타난다.

도 4는 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 화소부 P_m _,n, 전압 유지부 H_n 및 스위치 SW_n 각각의 회로 도면이다. 이 도면에서는 간편화를 위하여 하나의 화소부 P_m _,n, 하나의 전압 유지부 H_n 및 1개의 스위치 SW_n이 대표해서 나타나 있다.

각 화소부 P_m _,n은 입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토 다이오드 PD, 게이트 단자에 형성된 기생 용량부에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압치를 출력하는 증폭용 트랜지스터 T₁, 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하를 증폭용 트 랜지스터 T₁의 게이트 단자에 전송하기 위한 전송용 트랜지스터 T₂, 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자에 형성된 기생 용량부의 전하를 초기화하기 위한 방전용 트랜지스터 T_{3, 및} 증폭용 트랜지스터 T₁로부터 출력되는 전압치를 외부의 배선 L₁ _,n에 출력하기 위한 선택용 트랜지스터 T₄를 포함한다.

포토 다이오드 PD는 그 애노드 단자가 접지 전위로 되어 있다. 증폭용 트랜지스터 T₁은 그 게이트 단자에 기생 용량부가 형성되어 있고, 그 드레인 단자가 바이어스 전위로 되어 있다. 전송용 트랜지스터 T₂는 그 드레인 단자가 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자에 접속되고, 상기 소스 단자가 포토 다이오드 PD의 캐소드 단자에 접속되어 있다. 방전용 트랜지스터 T₃은 그 소스 단자가 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자에 접속되고, 상기 드레인 단자가 스위치 SW_n과 접속되어 있다. 선택용 트랜지스터 T₄는 그 소스 단자가 증폭용 트랜지스터 T₁의 소스 단자와 접속되고, 상기 드레인 단자가 배선 L₁ _,n과 접속되어 있다. 또, 이 배선 L₁ _,n에는 정전류원이 접속되어 있다. 증폭용 트랜지스터 T₁ 및 선택용 트랜지스터 T₄는 소스 팔로워 회로를 구성하고 있다.

또, 정전류원은 열마다 배선 L₁ _,n에 접속되어서 설치되어 있어도 된다. 또, 예를 들면 각 배선 L₁ _,n과 제1 화소 데이터 독출부(20)와의 사이에 스위치를 설치하 고, 이러한 스위치를 차례로 닫는 것으로, 제m행의 N개의 화소부 P_m _,1~P_m _,N 각각으로부터 출력되는 전압치를 제1 화소 데이터 독출부(20)가 차례로 독출하는 경우에는 이러한 스위치와 제1 화소 데이터 독출부(20)와의 사이의 배선에 정전류원이 하나만 설치되어 있어도 된다.

전송용 트랜지스터 T₂는 그 게이트 단자에 전송 제어 신호 S_trans를 입력하고, 그 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨일 때, 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하를 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자에 형성되어 있는 기생 용량부에 전송한다. 방전용 트랜지스터 T₃은 그 게이트 단자에 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m을 입력하고, 그 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m이 하이 레벨일 때, 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자와 스위치 SW_n과의 사이를 저저항으로 한다. 선택용 트랜지스터 T₄는 그 게이트 단자에 제m행 선택 제어 신호 S_select _,m을 입력하고, 그 제m행 선택 제어 신호 S_select,m이 하이 레벨일 때, 증폭용 트랜지스터 T₁로부터 출력되는 전압치를 외부의 배선 L_1,n에 출력한다.

이와 같이 구성되는 각 화소부 P_m _,n은 전송 제어 신호 S_trans가 로 레벨이며 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m이 하이 레벨로 되고, 바이어스 전위 V_bias가 스위치 SW_n을 거쳐서 방전용 트랜지스터 T₃에 입력하면, 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자의 기생 용량부의 전하가 초기화되고, 제m행 선택 제어 신호 S_select _,m이 하이 레벨이면, 그 초기화 상태에 있는 증폭용 트랜지스터 T₁로부터 출력되는 전압치(암(暗)신호 성분)가 선택용 트랜지스터 T₄를 거쳐서 배선 L₁ _,n에 출력된다. 한편, 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m이 로 레벨이며, 전송 제어 신호 S_trans 및 제m행 선택 제어 신호 S_select _,m 각각이 하이 레벨이면, 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하는 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자에 입력하고, 그 전하의 양에 따라 증폭용 트랜지스터 T₁로부터 출력되는 전압치(명(明)신호 성분)가 선택용 트랜지스터 T₄를 거쳐서 배선 L₁ _,n에 출력된다.

전압 유지부 H_n은 제1 유지부 H_n _,1 및 제2 유지부 H_n _,2를 포함한다. 제1 유지부 H_n,1 및 제2 유지부 H_n _,2 각각은 서로 동일한 구성이고, 제n열에 있는 M개의 화소부 P_1,n~P_M,n 각각의 선택용 트랜지스터 T₄로부터 차례로 출력되는 전압치를 입력하여 유지할 수 있고, 또 그 유지하고 있는 전압치를 출력할 수 있다.

제1 유지부 H_n _,1은 트랜지스터 T₁₁, 트랜지스터 T₁₂ 및 용량 소자 C₁을 포함한다. 용량 소자 C₁의 일단(一端)은 접지 전위로 되고, 용량 소자 C₁의 타단(他端)은 트랜지스터 T₁₁의 드레인 단자 및 트랜지스터 T₁₂의 소스 단자 각각과 접속되어 있다. 트랜지스터 T₁₁의 소스 단자는 배선 L₁ _,n을 통하여 화소부 P_m _,n의 선택용 트랜지 스터 T₄와 접속되어 있다. 트랜지스터 T₁₂의 드레인 단자는 전압 팔로워 회로 F₁과 접속되어 있다. 이와 같이 구성되는 제1 유지부 H_n _,1은 트랜지스터 T₁₁의 게이트 단자에 입력하는 제1 입력 제어 신호 S_input _,1이 하이 레벨일 때, 배선 L₁ _,n을 통하여 접속되어 있는 화소부 P_m _,n으로부터 출력되는 전압치를 용량 소자 C₁에 유지시키고, 트랜지스터 T₁₂의 게이트 단자에 입력하는 출력 제어 신호 S_output _,n이 하이 레벨일 때, 용량 소자 C₁에 유지되어 있는 전압치 V_n _,1을 전압 팔로워 회로 F₁에 출력한다.

제2 유지부 H_n _,2는 트랜지스터 T₂₁, 트랜지스터 T₂₂ 및 용량 소자 C₂를 포함한다. 용량 소자 C₂의 일단은 접지 전위로 되고, 용량 소자 C₂의 타단은 트랜지스터 T₂₁의 드레인 단자 및 트랜지스터 T₂₂의 소스 단자 각각과 접속되어 있다. 트랜지스터 T₂₁의 소스 단자는 배선 L₁ _,n을 통하여 화소부 P_m _,n의 선택용 트랜지스터 T₄와 접속되어 있다. 트랜지스터 T₂₂의 드레인 단자는 전압 팔로워 회로 F₂와 접속되어 있다. 이와 같이 구성되는 제2 유지부 H_n _,2는 트랜지스터 T₂₁의 게이트 단자에 입력하는 제2 입력 제어 신호 S_input _,2가 하이 레벨일 때, 배선 L₁ _,n을 통하여 접속되어 있는 화소부 P_m _,n으로부터 출력되는 전압치를 용량 소자 C₂에 유지시키고, 트랜지스터 T₂₂의 게이트 단자에 입력하는 출력 제어 신호 S_output _,n이 하이 레벨일 때, 용량 소자 C₂에 유 지되어 있는 전압치 V_n _,2를 전압 팔로워 회로 F₂에 출력한다.

제1 유지부 H_n _,1 및 제2 유지부 H_n _,2 각각은 서로 다른 타이밍에 동작한다. 예를 들면, 제1 유지부 H_n _,1은 배선 L₁ _,n을 통하여 접속되어 있는 화소부 P_m _,n에 있어서 전송 제어 신호 S_trans가 로 레벨이며 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m 및 제m행 선택 제어 신호 S_select _,m 각각이 하이 레벨일 때 증폭용 트랜지스터 T₁로부터 출력되는 전압치(암신호 성분) V_n _,1을 입력하여 유지한다. 한편, 제2 유지부 H_n _,2는 배선 L₁ _,n을 통하여 접속되어 있는 화소부 P_m _,n에 있어서 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m이 로 레벨이며 전송 제어 신호 S_trans 및 제m행 선택 제어 신호 S_select _,m 각각이 하이 레벨일 때 증폭용 트랜지스터 T₁로부터 출력되는 전압치(명신호 성분) V_n _,2를 입력하여 유지한다.

또, 전송 제어 신호 S_trans, 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m, 제m행 선택 제어 신호 S_select _,m, 제1 입력 제어 신호 S_input _,1, 제2 입력 제어 신호 S_input _,2 및 제n열 출력 제어 신호 S_output _,n 각각은 타이밍 제어부(50)로부터 출력된다.

다음에, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 제2 화소 데이터 독출부(30)의 구성에 대해 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.

도 5는 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 제2 화소 데이터 독출부(30)의 구성도이다. 제2 화소 데이터 독출부(30)는 N개의 적분 회로 31₁~31_N 및 N개의 스위치 SW₁ _,1~SW₁ _,N을 갖는다. 각 적분 회로 31_n은 공통의 구성을 갖고 있고, 스위치 SW_n으로부터 입력단에 유입한 전하를 축적하는 용량 소자를 갖고, 이 용량 소자에 축적한 전하의 양에 따른 전압치를 스위치 SW₁ _,n에 출력한다. 제2 화소 데이터 독출부(30)는 N개의 스위치 SW₁ _,1~SW₁ _,N이 차례로 닫힘으로써, N개의 적분 회로 31₁~31_N 각각으로부터 출력되는 전압치를 제2 전압치 V₂ _,m,n으로서 출력한다.

도 6은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 화소부 P_m _,n, 적분 회로 31_n 및 스위치 SW_n 각각의 회로 도면이다. 이 도면에서는 간편화를 위하여 하나의 화소부 P_m _,n, 하나의 적분 회로 31_n 및 1개의 스위치 SW_n이 대표해서 나타나 있다.

각 적분 회로 31_n은 증폭기 A, 용량 소자 C 및 스위치 SW를 갖는다. 용량 소자 C 및 스위치 SW 각각은 증폭기 A의 입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬적으로 설치되어 있다. 이 용량 소자 C의 용량치는 화소부 P_m _,n의 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자에 형성된 기생 용량부의 용량치보다 크다. 또, 용량 소자 C의 용량치는 기생 용량부의 용량치의 2^K배(K는 1 이상의 정수)인 것이 바람직하다. 이 적분 회로 31_n은 스위치 SW가 닫혀 있을 때는 용량 소자 C를 초기화한다. 또, 적분 회로 31_n은 스위치 SW가 열려 있을 때는 배선 L₂ _,n으로부터 스위치 SW_n을 거쳐서 입력 단 자에 유입한 전하를 용량 소자 C에 축적하고, 그 용량 소자 C에 축적한 전하의 양에 따른 전압치를 스위치 SW₁ _,n에 출력한다.

각 스위치 SW_n은 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃의 드레인 단자에 접속된 제1 단자와, 화소부 P_m _,n의 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자의 전하를 초기화하기 위한 바이어스 전위 V_bias와 접속되는 제2 단자와, 적분 회로 31_n의 입력 단자와 접속된 제3 단자를 갖는다. 그리고, 스위치 SW_n은 제1 단자와 제2 단자와의 사이 또는 제1 단자와 제3 단자와의 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전환부로서 작용한다. 스위치 SW_n의 제1 단자와 제2 단자와의 사이가 전기적으로 접속되어 있을 때는 바이어스 전위 V_bias는 스위치 SW_n을 거쳐서 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃에 공급된다. 한편, 스위치 SW_n의 제1단과 제3단과의 사이가 전기적으로 접속되어 있을 때는 화소부 P_m _,n의 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하는 방전용 트랜지스터 T₃ 및 스위치 SW_n을 거쳐서 적분 회로 31_n의 입력 단자에 이동한다.

또, 스위치 SW, SW_n, SW₁ _,n 각각의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어 신호는 타이밍 제어부(50)로부터 출력된다. 또, 스위치 SW_n은 제1 단자와 제2 단자와의 사이 및 제1 단자와 제3 단자와의 사이의 어느 쪽도 전기적으로 접속되지 않는 상태도 있다.

다음에, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 데이터 출력부(40)의 구성에 대해 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다.

도 7은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 데이터 출력부(40)의 한 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타나는 데이터 출력부(40)는 A/D 변환 회로 41₁, 41₂ 및 선택 출력부(42)를 갖는다. A/D 변환 회로 41₁은 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치 V₁ _,m,n을 입력하여 A/D 변환하고, 이 제1 전압치 V₁ _,m,n에 따른 제1 디지털치 D₁ _,m,n을 출력한다. A/D 변환 회로 41₂는 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n을 입력하여 A/D 변환하고, 이 제2 전압치 V₂ _,m,n에 따른 제2 디지털치 D₂ _,m,n을 출력한다.

또, 각 적분 회로 31_n의 용량 소자 C의 용량치가 화소부 P_m _,n의 기생 용량부의 용량치의 2^K배인 것에 대응하고, A/D 변환 회로 41₁에의 입력 전압치가 어떤 값 V일 때의 제1 디지털치와, A/D 변환 회로 41₂에의 입력 전압치가 V/2^K 일 때의 제2 디지털치는 서로 동일하다.

선택 출력부(42)는 이들 제1 디지털치 D₁ _,m,n 및 제2 디지털치 D₂ _,m,n을 입력하고, 제1 디지털치 D₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 디지털치 D_1,m,n 및 제2 디지털치 D₂ _,m,n 중 하나를 선택하고, 그 선택한 값을 디지털치 D_m,n으로 서 출력한다.

구체적으로, 기준치는 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치의 포화(飽和)치에 대응하는 디지털치, 또는 이것보다 다소 작은 디지털치로 설정된다. 즉, 제1 디지털치 D₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교하는 것으로, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부가 판정될 수 있다. 그리고, 선택 출력부(42)는 제1 디지털치 D₁ _,m,n이 기준치보다 작을 때에는 제1 디지털치 D₁ _,m,n을 디지털치 D_m,n으로서 출력하고, 한편 제1 디지털치 D₁ _,m,n이 기준치 이상일 때는 제2 디지털치 D_2,m,n을 디지털치 D_m,n으로서 출력한다.

또, 제1 디지털치 D₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교하는 일 없이, 제2 디지털치 D_2,m,n과 기준치를 대소 비교해도 되고, 또, 제1 전압치 V₁ _,m,n 또는 제2 전압치 V₂ _,m,n과 기준치를 대소 비교해도 된다. 이들 모든 경우에도, 기준치는 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부를 판정할 수 있는 값으로 설정된다.

이와 같이 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에는 제1 디지털치 D₁ _,m,n(즉, 화소부 P_m _,n의 선택용 트랜지스터 T₄로부터 출력되고, 제1 화소 데이터(20)에 의해 독출된 제1 전압치 V₁ _,m,n의 A/D 변환 결과)가 데이터 출력부(40)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력 되므로, 고감도로 광검출이 가능하다. 한편, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때(또는 포화 직전의 상태일 때), 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에는 제2 디지털치 D₂ _,m,n(즉, 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃로부터 출력되고, 제2 화소 데이터(30)에 의해 독출된 제2 전압치 V₂ _,m,n의 A/D 변환 결과)가 데이터 출력부(40)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 넓은 다이나믹 레인지로 광검출이 가능하다. 따라서, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)는 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지로 촬상을 행할 수 있다.

도 8은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 데이터 출력부(40)의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타나는 데이터 출력부(40)는 선택 출력부(43) 및 A/D 변환 회로(44)를 갖는다. 선택 출력부(43)는 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치 V₁ _,m,n과 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n을 입력하고, 제1 전압치 V₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 전압치 V₁ _,m,n 및 제2 전압치 V₂ _,m,n 중 하나를 선택하여 출력한다.

구체적으로, 기준치는 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치의 포화치, 또는 이것보다 다소 작은 값으로 설정된다. 즉, 제1 전압치 V₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교하는 것으로, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부가 판정될 수 있다. 그리고, 선택 출력부(43)는 제1 전압치 V₁ _,m,n이 기준치보다 작을 때에는 제1 전압치 V₁ _,m,n을 출력하고, 또한 제1 전압치 V₁ _,m,n이 기준치 이상일 때는 제2 전압치 V₂ _,m,n을 출력한다.

또, 제1 전압치 V₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교하는 일 없이, 제2 전압치 V₂ _,m,n과 기준치를 대소 비교해도 된다. 이 경우에도, 기준치는 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부를 판정할 수 있는 값으로 설정된다.

A/D 변환 회로(44)는 선택 출력부(43)로부터 출력되는 전압치를 입력하여 A/D 변환하고, 이 전압치에 따른 디지털치 D_m,n을 출력한다. 또, 각 적분 회로 31_n의 용량 소자 C의 용량치가 화소부 P_m _,n의 기생 용량부의 용량치의 2^K배인 것에 대응하고, A/D 변환 회로(44)는 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치 V_1,m,n을 A/D 변환하는 경우에는 그 A/D 변환에 의해 얻어진 디지털치를 디지털치 D_m,n으로서 출력하고, 또한 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력되는 제2 전압치 V_2,m,n을 A/D 변환하는 경우에는 그 A/D 변환에 의해 얻어진 디지털치를 K 비트만큼 상위로 시프트한 것을 디지털치 D_m,n으로서 출력한다.

이와 같이 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에는 화소부 P_m _,n의 선택용 트랜지스터 T₄로부터 출력되고, 제1 화소 데이터(20)에 의해 독출된 제1 전압치 V₁ _,m,n의 A/D 변환 결과가 데이터 출력부(40)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 고감도로 광검출이 가능하다. 한편, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때(또는 포화 직전의 상태일 때), 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에는 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃로부터 출력되고, 제2 화소 데이터(30)에 의해 독출된 제2 전압치 V_2,m,n의 A/D 변환 결과가 데이터 출력부(40)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 넓은 다이나믹 레인지로 광검출이 가능하다. 따라서, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)는 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지로 촬상을 행할 수 있다.

다음에, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 화소부 P_m _,n의 구성에 대해 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한다.

도 9는 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 화소부 P_m _,n의 구성도이다. 이 도면에 있어서, 포토 다이오드 PD 및 전송용 트랜지스터 T₂에 대해서는 반도체의 단면도로서 나타나고, 잔부는 회로도로서 나타나 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 포토 다이오드 PD는 매입형의 것이며, p 영역(101)과, 이 p 영역(101) 위의 n^- 영역(102)과, 이 n- 영역(102) 위의 p+ 영역(103)을 포함하여 구성된다. p 영역(101)과 n- 영역(102)과는 pn 접합을 형성하고 있고, n- 영역(102)과 p+ 영역(103)도 pn 접합을 형성하고 있다. 또, n- 영역(102)의 일부는 반도체 표면에 이르고 있다.

전송용 트랜지스터 T₂는 p 영역(101) 위의 n 영역(104)과, n- 영역(102) 중 반도체 표면에 이르고 있는 부분과, 이러한 사이의 영역에 있어서 절연층(105)상에 형성된 게이트 전극(106)을 포함하여 구성된다. n 영역(104)은 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자와 전기적으로 접속되고, 방전용 트랜지스터 T₃의 소스 단자와 전기적으로 접속되어 있다. p 영역(101)과 n 영역(104)은 pn 접합을 형성하고 있고, 화소부 P_m _,n내에 있어서 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하를 축적하는 기생 용량부를 구성하고 있다.

이와 같이 포토 다이오드 PD가 매입형의 것인 경우에는 리크 전류의 발생이 억제된다. 또, 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하를 기생 용량부에 전송하는 기간에, 포토 다이오드 PD의 역바이어스 전압을 크게 하는 것으로, 포토 다이오드 PD의 pn 접합부에 있어서 n- 영역(102)를 완전하게 공핍화 하고, 포토 다이오드 PD의 접합 용량치를 대부분 영으로 할 수 있으므로, 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하를 대부분 완전하게 기생 용량부에 전송할 수 있다. 따라서, 포토 다이오드 PD가 매입형의 것인 경우에는 광검출의 S/N비 향상 및 고감도화에 유효하다.

도 10은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 화소부 P_m _,n의 다른 구성을 나타내는 회로 도면이다. 이 도면에 나타나는 화소부 P_m _,n은 도 4 및 도 6으로 나타낸 구성에 더하여 차단용 트랜지스터 T₅를 추가로 구비하고 있다. 차단용 트랜지스터 T₅는 포토 다이오드 PD와 전송용 트랜지스터 T₂ 와의 사이에 설치되어 있고, 포화 영역에서 동작 할 수 있는 전압치가 게이트 단자에 인가된다. 이로 인해, 이 화소 부 P_m,n에서는 포토 다이오드 PD의 접합 용량이 증폭용 트랜지스터 T₁의 게이트 단자의 전위에 미치는 영향이 억제된다. 따라서, 이 경우에도, 광검출의 S/N비 향상 및 고감도화에 유효하다.

다음에, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 동작예에 대해 설명한다. 도 11은 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다. 이 도은 제1행의 각 화소부 P₁ _,n 및 제2행의 각 화소부 P₂ _,n 각각의 데이터를 독출하는 시간 범위를 나타내고 있다.

이 도면에는 위로부터 차례로 각 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃의 게이트 단자에 입력하는 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m, 각 화소부 P_m _,n의 전송용 트랜지스터 T₂의 게이트 단자에 입력하는 전송 제어 신호 S_trans, 제1행의 화소부 P_1,n의 선택용 트랜지스터 T₄의 게이트 단자에 입력하는 제1행 선택 제어 신호 S_select _,1, 및 제2행의 화소부 P₂ _,n의 선택용 트랜지스터 T₄의 게이트 단자에 입력하는 제2행 선택 제어 신호 S_select _,2 각각이 나타나 있다.

계속하여, 각 전압 유지부 H_n의 제1 유지부 H_n _,1의 트랜지스터 T₁₁의 게이트 단자에 입력하는 제1 입력 제어 신호 S_input _,1, 각 전압 유지부 H_n의 제2 유지부 H_n,2의 트랜지스터 T₂₁의 게이트 단자에 입력하는 제2 입력 제어 신호 S_input _,2, 제1열의 전압 유지부 H₁의 트랜지스터 T₁₂ 및 T₂₂ 각각의 게이트 단자에 입력하는 제1열 출력 제어 신호 S_output _,1, 제N열의 전압 유지부 H_N의 트랜지스터 T₁₂ 및 T₂₂ 각각의 게이트 단자에 입력하는 제N열 출력 제어 신호 S_output _,N, 및 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치 V₁ _,m,n 각각이 나타나 있다.

또한, 계속하여, 각 스위치 SW_n의 바이어스 전위 V_bias 공급 동작, 각 스위치 SW_n의 전하 전송 동작, 각 적분 회로 31_n의 스위치 SW의 개폐, 제1열의 스위치 SW₁ _,1의 개폐, 제N열의 스위치 SW₁ _,N의 개폐, 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n, 및 데이터 출력부(40)로부터 출력되는 디지털치 D_m,n 각각이 나타나 있다.

시각 t₁₀ 이전에 있어서, 각 화소부 P_m _,n에 입력하고 있는 방전 제어 신호 S_reset,m, 전송 제어 신호 S_trans 및 제n행 선택 제어 신호 S_select _,n 각각은 로 레벨이다. 또, 제1 화소 데이터 독출부(20)의 각 전압 유지부 H_n에 입력하고 있는 제1 입력 제어 신호 S_input _,1, 제2 입력 제어 신호 S_input _,2 및 제n열 출력 제어 신호 S_output _,n 각각도 로 레벨이다.

시각 t₁₀ 에서부터 시각 t₂₀ 까지의 사이에 제1행의 각 화소부 P₁ _,n의 데이터의 독출이 행해진다. 화소부 P₁ _,n에 있어서, 방전 제어 신호 S_reset _,m은 시각 t₁₀ 에 하 이 레벨로 변하고, 시각 t₁₀ 보다 이후의 시각 t₁₁ 에 로 레벨로 변한다. 전송 제어 신호 S_trans는 시각 t₁₁ 보다 이후의 시각 t₁₂ 에 하이 레벨로 변하고, 시각 t₁₂ 보다 이후의 시각 t₁₃ 에 로 레벨로 변한다. 제1행 선택 제어 신호 S_select _,1은 시각 t₁₀ 에 하이 레벨로 변한다. 스위치 SW_n은 시각 t₁₀ 에서부터 시각 t₁₁ 까지의 사이에 바이어스 전위 V_bias를 각 화소부 P_m _,n에 공급한다.

제1 화소 데이터 독출부(20)의 각 전압 유지부 H_n에 있어서, 제1 입력 제어 신호 S_input _,1은 방전 제어 신호 S_reset _,m이 로 레벨로 변하는 시각 t₁₁ 에서부터, 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨로 변하는 시각 t₁₂ 까지의 사이에 있는 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 이전에 화소부 P₁ _,n으로부터 배선 L₁ _,n에 출력되는 전압치(암신호 성분)는 전압 유지부 H_n의 제1 유지부 H_n _,1에 의해 유지된다.

또, 제1 화소 데이터 독출부(20)의 각 전압 유지부 H_n에 있어서, 제2 입력 제어 신호 S_input _,2는 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨인 시각 t₁₂ 에서부터 시각 t₁₃까지의 사이의 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 이전에 화소부 P_1,n으로부터 배선 L₁ _,n에 출력되는 전압치(명신호 성분)는 전압 유지부 H_n의 제2 유지부 H_n _,2에 의해 유지된다.

그리고, 시각 t₁₃ 보다 이후의 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 사이에, 출 력 제어 신호 S_output _,1~S_output _,N 각각은 차례로 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 제n열 출력 제어 신호 S_output _,n이 하이 레벨인 기간에는 전압 유지부 H_n에 유지되어 있던 제1행 제n열의 화소부 P₁ _,n의 암신호 성분 및 명신호 성분이 전압 유지부 H_n으로부터 출력되고, 이들 암신호 성분과 명신호 성분과의 차가 감산 회로 S에 의해 구해지고, 화소부 P₁ _,n에 입사한 광의 강도에 따른 제1 전압치 V₁ _,1,n이 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력된다. 이와 같이 하여, 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 사이에, 제1행의 N개의 화소부 P₁ _,1~P₁ _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 제1 전압치 V_1,1,1~V_1,1,N이 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 차례로 출력된다. 또, 이 기간에 출력되는 각 전압치 V₁ _,1,n의 레벨은 화소부 P₁ _,n에 입사한 광의 강도에 따른 레벨이며, 일반적으로는 n 값에 의해 달라진다. 그 후, 시각 t₁₅ 에 제1행 선택 제어 신호 S_select, ₁은 로 레벨로 변한다. 이상에 의해, 제1행의 각 화소부 P₁ _,n의 데이터의 독출이 종료된다.

계속하여, 시각 t₂₀ 에서부터 시각 t₃₀ 까지의 사이에 제2행의 각 화소부 P_2,n의 데이터의 독출이 행해진다. 화소부 P₂ _,n에 있어서, 방전 제어 신호 S_reset _,m은 시각 t₂₀ 에 하이 레벨로 변하고, 시각 t₂₀ 보다 이후의 시각 t₂₁ 에 로 레벨로 변한다. 전송 제어 신호 S_trans는 시각 t₂₁ 보다 이후의 시각 t₂₂ 에 하이 레벨로 변하고, 시각 t₂₂ 보다 이후의 시각 t₂₃ 에 로 레벨로 변한다. 제2행 선택 제어 신호 S_select _,2는 시각 t₂₀ 에 하이 레벨로 변한다. 스위치 SW_n은 시각 t₂₀ 에서부터 시각 t₂₁ 까지의 사이에 바이어스 전위 V_bias를 각 화소부 P_m _,n에 공급한다.

제1 화소 데이터 독출부(20)의 각 전압 유지부 H_n에 있어서, 제1 입력 제어 신호 S_input _,1은 방전 제어 신호 S_reset _,m이 로 레벨로 변하는 시각 t₂₁ 에서부터, 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨로 변하는 시각 t₂₂ 까지의 사이에 있는 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 이전에 화소부 P₂ _,n으로부터 배선 L₁ _,n에 출력되는 전압치(암신호 성분)는 전압 유지부 H_n의 제1 유지부 H_n _,1에 의해 유지된다.

또, 제1 화소 데이터 독출부(20)의 각 전압 유지부 H_n에 있어서, 제2 입력 제어 신호 S_input _,2는 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨인 시각 t₂₂ 에서부터 시각 t₂₃까지의 사이의 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 이로 인해, 이전에 화소부 P₂ _,n으로부터 배선 L₁ _,n에 출력되는 전압치(명신호 성분)는 전압 유지부 H_n의 제2 유지부 H_n _,2에 의해 유지된다.

그리고, 시각 t₂₃ 보다 이후의 시각 t₂₄ 에서부터 시각 t₂₅ 까지의 사이에, 출력 제어 신호 S_output _,1~S_output _,N 각각은 차례로 일정 기간만 하이 레벨로 된다. 제n열 출력 제어 신호 S_output _,n이 하이 레벨인 기간에는 전압 유지부 H_n에 유지되어 있던 제 2행 제n열의 화소부 P₂ _,n의 암신호 성분 및 명신호 성분이 전압 유지부 H_n으로부터 출력되고, 이들 암신호 성분과 명신호 성분과의 차가 감산 회로 S에 의해 구해지고, 화소부 P₂ _,n에 입사한 광의 강도에 따른 제1 전압치 V₁ _,2,n이 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력된다. 이와 같이 하여, 시각 t₂₄ 에서부터 시각 t₂₅ 까지의 사이에, 제2행의 N개의 화소부 P₂ _,1~P₂ _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 제1 전압치 V_1,2,1~V_1,2,N이 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 차례로 출력된다. 또, 이 기간에 출력되는 각 전압치 V₁ _,2,n의 레벨은 화소부 P₂ _,n에 입사한 광의 강도에 따른 레벨이며, 일반적으로는 n값에 의해 달라진다. 그 후, 시각 t₂₅ 에 제2행 선택 제어 신호 S_select,2는 로 레벨로 변한다. 이상에 의해, 제2행의 각 화소부 P₂ _,n의 데이터의 독출이 종료된다.

이후도 이와 같이 하여, 제1 화소 데이터 독출부(20)에 의해 차례로 각 행의 화소부 P_m _,n의 데이터가 독출되고 있다. 이와 같이 하여, 제1 화소 데이터 독출부(20)에 의해, 제1행 ~ 제M행 각각에 대하여 차례로, 각 행의 N개의 화소부 P_m _,1~P_m _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 제1 전압치 V₁ _,m,1~V₁ _,m,N이 차례로 출력된다. 또, 이 제1 화소 데이터 독출부(20)에 의한 제1 전압치 V₁ _,m,n의 독출과 병렬적으로, 제2 화소 데이터 독출부(30)에 의한 제2 전압치 V₂ _,m,n의 독출이 이하와 같이 행해진다.

제2 화소 데이터 독출부(30)는 이하와 같이 동작한다. 시각 t₁₀ 에서부터 시각 t₁₁ 까지의 기간에, 각 적분 회로 31_n의 스위치 SW는 닫히고, 각 적분 회로 31_n의 용량 소자 C는 방전된다. 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨인 시각 t₁₂ 에서부터 시각 t₁₃ 까지의 기간 중에서, 제2 입력 제어 신호 S_input _,2가 일단 하이 레벨로 되어서 로 레벨로 변한 후의 기간에, 방전 제어 신호 S_reset _,m이 일단 하이 레벨로 되어서 로 레벨로 되고, 동시에 각 스위치 SW_n이 닫히고, 제1행의 화소부 P₁ _,n의 용량부에 축적되어 있던 전하를, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C에 이동시킨다. 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 사이에, 각 스위치 SW₁ _,n 각각은 차례로 일정 기간만 닫힌다. 스위치 SW₁ _,n이 닫혀 있는 기간에, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C에 축적되어 있던 전하의 양에 따른 제2 전압치 V₂ _,1,n이 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력된다. 이와 같이 하여, 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 사이에, 제1행의 N개의 화소부 P_1,1~P_1,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 제2 전압치 V₂ _,1,1~V₂ _,1,N이 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 차례로 출력된다. 이상에 의해, 제1행의 각 화소부 P₁ _,n의 데이터의 독출이 종료된다.

계속하여, 시각 t₂₀ 에서부터 시각 t₂₁ 까지의 기간에, 각 적분 회로 31_n의 스 위치 SW는 닫히고, 각 적분 회로 31_n의 용량 소자 C는 방전된다. 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨인 시각 t₂₂ 에서부터 시각 t₂₃ 까지의 기간 중에서, 제2 입력 제어 신호 S_input _,2가 일단 하이 레벨로 되어서 로 레벨로 변한 후의 기간에, 방전 제어 신호 S_reset _,m이 일단 하이 레벨로 되어서 로 레벨로 되고, 동시에 각 스위치 SW_n이 닫히고, 제2행의 화소부 P₂ _,n의 용량부에 축적되어 있던 전하를, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C에 이동시킨다. 시각 t₂₄ 에서부터 시각 t₂₅ 까지의 사이에, 각 스위치 SW₁ _,n 각각은 차례로 일정 기간만 닫힌다. 스위치 SW₁ _,n이 닫혀 있는 기간에, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C에 축적되어 있던 전하의 양에 따른 제2 전압치 V₂ _,2,n이 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력된다. 이와 같이 하여, 시각 t₂₄ 에서부터 시각 t₂₅ 까지의 사이에, 제2행의 N개의 화소부 P₂ _,1~P₂ _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 제2 전압치 V₂ _,2,1~V₂ _,2,N이 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 차례로 출력된다. 이상에 의해, 제2행의 각 화소부 P₂ _,n의 데이터의 독출이 종료된다.

이후도 이와 같이 하여 제2 화소 데이터 독출부(30)에 의해 차례로 각 행의 화소부 P_m _,n의 데이터가 독출되고 있다. 이와 같이 하여, 제2 화소 데이터 독출부(30)에 의해, 제1행 ~ 제M행 각각에 대하여 차례로, 각 행의 N개의 화소부 P_m _,1~P_m _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 제2 전압치 V₂ _,m,1~V₂ _,m,N이 차례로 출력된 다.

그리고, 데이터 출력부(40)는 이하와 같이 동작한다. 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 기간에, 제1 화소 데이터 독출부(20)에 의해 독출된 제1행의 화소부 P_1,n에 대한 제1 전압치 V₁ _,1,n이 데이터 출력부(40)에 차례로 입력하는 동시에, 제2 화소 데이터 독출부(30)에 의해 독출된 제1행의 화소부 P₁ _,n에 대한 제2 전압치 V_2,1,n이 데이터 출력부(40)에 차례로 입력하고, 제1 전압치 V₁ _,1,n 또는 제2 전압치 V₂ _,1,n이 A/D 변환된 결과인 디지털치 D₁ _,n이 데이터 출력부(40)로부터 차례로 출력된다.

계속하여, 시각 t₂₄ 에서부터 시각 t₂₅까지의 기간에, 제1 화소 데이터 독출부(20)에 의해 독출된 제2행의 화소부 P₂ _,n에 대한 제1 전압치 V₁ _,2,n이 데이터 출력부(40)에 차례로 입력하는 동시에, 제2 화소 데이터 독출부(30)에 의해 독출된 제2행의 화소부 P₂ _,n에 대한 제2 전압치 V₂ _,2,n이 데이터 출력부(40)에 차례로 입력하고, 제1 전압치 V₁ _,2,n 또는 제2 전압치 V₂ _,2,n이 A/D 변환된 결과인 디지털치 D₂ _,n이 데이터 출력부(40)로부터 차례로 출력된다.

이후도 이와 같이 하여, 제1행 ~ 제M행 각각에 대하여 차례로, 각 행의 N개의 화소부 P_m _,1~P_m _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 디지털치 D_m,1~D_m,N이 데이터 출 력부(40)로부터 차례로 출력된다. 여기서, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에는 제1 전압치 V₁ _,m,n이 A/D 변환된 결과가 디지털치 D_m,n으로서 출력된다. 한편, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때, 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에는 제2 전압치 V₂ _,m,n이 A/D 변환된 결과가 디지털치 D_m,n으로서 출력된다. 따라서, 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)는 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지로 입사광 강도를 검출할 수 있다.

또, 상기의 동작예에서는 제1 화소 데이터 독출부(20)가 제m행의 화소부 P_m,n으로부터의 출력 전압치를 처리하는 기간에, 제2 화소 데이터 독출부(30)가 제m행의 화소부 P_m _,n으로부터의 출력 전하를 처리하는 것이었다. 그러나, 제1 화소 데이터 독출부(20)이 어떤 행의 화소부 P_m _,n으로부터의 출력 전압치를 처리하는 기간에, 제2 화소 데이터 독출부(30)가 다른 행의 화소부 P_m _,n으로부터의 출력 전하를 처리하도록 해도 된다. 예를 들면, 제1 화소 데이터 독출부(20)가 제(m＋1) 행의 화소부 P_m,n으로부터의 출력 전압치를 처리하는 기간에, 제2 화소 데이터 독출부(30)가 제m행의 화소부 P_m _,n으로부터의 출력 전하를 처리하도록 해도 된다. 어떤 경우에도, 제1 화소 데이터 독출부 및 제2 화소 데이터 독출부가 병렬적으로 동작하는 경우에는 프레임 레이트를 저하시키는 일 없이 촬상을 행할 수 있다. 단, 후자의 경우에 는 제m행의 화소부 P_m _,n에 입력되는 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m은 개개로 설정되고, 또 먼저 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력된 제m행의 화소부 P_m _,n에 대한 제1 전압치 V_1,m,n은 제m행의 화소부 P_m _,n에 대한 제2 전압치 V₂ _,m,n이 제2 화소 데이터 독출부(30)로부터 출력될 때까지 기억된다.

(제2 실시예)

다음에, 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)에 대해 설명한다. 도 12는 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 개략 구성도이다. 기술한 제1 실시예에 관한 광검출 장치(1)와 비교하면, 이 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)는 제2 화소 데이터 독출부(30)로 바꾸어서 제2 화소 데이터 독출부(30A)를 구비하는 점, 데이터 출력부(40)로 바꾸어서 데이터 출력부(40A)를 구비하는 점, 및 타이밍 제어부(50)로 바꾸어서 타이밍 제어부(50A)를 구비하는 점에서 상위하다.

제2 실시예에서는 제2 화소 데이터 독출부(30A)는 데이터 출력부(40A)에 대하여 제2 전압치 V₂ _,m,n을 출력할 뿐만 아니라, 제3 전압치 V₃ _,m,n도 출력한다. 제2 전압치 V₂ _,m,n은 기술한 바와 같이, 화소부 P_m _,n내의 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하의 양에 대하여 선형 관계에 있는 값이다. 한편, 제3 전압치 V₃ _,m,n은 후술하는 바와 같이, 화소부 P_m _,n내의 포토 다이오드 PD에서 발생하여 제2 화소 데이터 독출부(30A)에 유입한 전하의 유입량의 대수치에 따른 값이다. 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n 및 제3 전압치 V₃ _,m,n은 서로 다른 타이밍 으로 출력되고, 공통의 배선을 거쳐서 데이터 출력부(40A)에 입력해도 된다. 또, 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n 및 제3 전압치 V₃ _,m,n은 서로 다른 배선을 거쳐서 데이터 출력부(40A)에 입력해도 된다.

도 13은 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 제2 화소 데이터 독출부(30A)의 구성도이다. 도 5에 나타난 제1 실시예에 있어서의 제2 화소 데이터 독출부(30)의 구성과 비교하면, 이 도 13에 나타나는 제2 실시예에 있어서의 제2 화소 데이터 독출부(30A)는 적분 회로 31_n에 대하여 병렬적으로 설치된 대수 압축 회로 32_n을 추가로 포함하는 점에서 상위하다.

도 14는 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 화소부 P_m _,n, 적분 회로 31_n, 대수 압축 회로 32_n 및 스위치 SW_n 각각의 회로 도면이다. 대수 압축 회로 32_n은 적분 회로 31_n의 용량 소자 C에 대하여 병렬적으로 설치되어 있다. 대수 압축 회로 32_n은 트랜지스터 T₃₂ 및 스위치 SW₃₂를 갖고 있다. 트랜지스터 T₃₂의 소스 단자는 스위치 SW₃₂를 통하여 증폭기 A의 입력 단자와 접속되어 있다. 트랜지스터 T₃₂의 드레인 단자는 트랜지스터 T₃₂의 게이트 단자와 직접 접속되고, 또 증폭기 A의 출력 단자와도 접속되어 있다. 이 대수 압축 회로 32_n은 스위치 SW_n으로부터 유입한 전하를 입력하고, 그 입력한 전하의 유입량의 대수치에 따른 제3 전압치 V₃ _,m,n을 출력할 수 있다.

여기서, 화소부 P_m _,n내의 전송용 트랜지스터 T₂의 게이트 단자에 인가되는 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨이고, 방전용 트랜지스터 T₃의 게이트 단자에 인가되는 제m행 방전 제어 신호 S_reset _,m도 하이 레벨이다. 또, 스위치 SW_n이 배선 L₂ _,n과 증폭기 A의 입력 단자를 접속하고 있고, 적분 회로 31_n내의 스위치 SW가 열려 있고, 대수 압축 회로 32_n내의 스위치 SW₃₂가 닫혀 있다. 이 때, 화소부 P_m _,n내의 포토 다이오드 PD에의 광의 입사에 수반하여 대수 압축 회로 32_n에 유입하는 전하의 유입량(즉 전류)을 Ish로 하면, 대수 압축 회로 32_n으로부터 출력되는 제3 전압치 V₃ _,m,n은 아래와 같이 (1) 식에서 나타내는 k는 볼츠만 정수이고, T는 절대 온도이고, q는 전자의 전하이고, I는 정수이다.

V₃ _,m,n=(kT/q)ln(Ish/I) ㆍㆍㆍ(1)

이와 같이 본 실시예에서는 제2 화소 데이터 독출부(30A)는 화소부 P_m _,n내의 포토 다이오드 PD에서 발생한 적분 회로 31_n내의 용량 소자 C에 축적된 전하의 양에 따른 제2 전압치 V₂ _,m,n을 적분 회로 31_n으로부터 출력할 뿐만 아니라, 그 전하의 양의 대수치에 따른 제3 전압치 V₃ _,m,n을 대수 압축 회로 32_n으로부터 출력한다. 또, 제2 화소 데이터 독출부(30A)는 제2 전압치 V₂ _,m,n 및 제3 전압치 V₃ _,m,n을, 데이터 출력부(40A)에 도달하는 공통의 배선에 서로 다른 타이밍으로 출력한다.

다음에, 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 데이터 출력부(40A)의 구성에 대해 도 15 및 도 16을 이용하여 설명한다.

도 15는 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 데이터 출력부(40A)의 한 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타나는 데이터 출력부(40A)는 도 7에 나타난 것과 대략 동일한 구성이고, A/D 변환 회로 41₁, 41₂ 및 선택 출력부(42)를 갖는다. 단, 제2 실시예에서는 A/D 변환 회로 41₂는 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n을 입력하여 A/D 변환하고, 이 제2 전압치 V₂ _,m,n에 따른 제2 디지털치 D₂ _,m,n을 출력하는 동시에, 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제3 전압치 V₃ _,m,n을 입력하여 A/D 변환하고, 이 제3 전압치 V₃ _,m,n에 따른 제3 디지털치 D₃ _,m,n을 출력한다.

선택 출력부(42)는 이것들 제 1 디지털치 D₁ _,m,n, 제2 디지털치 D₂ _,m,n 및 제3 디지털치 D₃ _,m,n을 입력하고, 제1 디지털치 D₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 디지털치 D₁ _,m,n, 제2 디지털치 D₂ _,m,n 및 제3 디지털치 D₃ _,m,n 중 어느 하나를 선택하고, 그 선택한 값을 디지털치 D_m,n으로서 출력한다. 또, 제1 디지털치 D₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교하는 일 없이, 제2 디지털치 D₂ _,m,n 또는 제3 디지털치 D₃ _,m,n과 기준치를 대소 비교해도 되고, 또 제1 전압치 V₁ _,m,n, 제2 전압치 V₂ _,m,n 및 제 3 전압치 V_3,m,n의 어느 하나와 기준치를 대소 비교해도 된다. 기준치로서는 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부를 판정할 수 있는 제1 기준치, 및 적분 회로 31_n의 용량 소자 C가 포화하고 있는지의 여부를 판정할 수 있는 제2기준치인 두 값이 이용된다.

그리고, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에는 제1 디지털치 D₁ _,m,n(즉, 화소부 P_m _,n의 선택용 트랜지스터 T₄로부터 출력되고, 제1 화소 데이터(20)에 의해 독출된 제1 전압치 V₁ _,m,n의 A/D 변환 결과)가 데이터 출력부(40A)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 고감도로 광검출이 가능하다.

또, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때(또는 포화 직전의 상태일 때)에 있어서, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C가 포화하고 있지 않을 때에는 제2 디지털치 D₂ _,m,n(즉, 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃로부터 출력되고, 제2 화소 데이터(30A)의 적분 회로 31_n에 의해 독출된 제2 전압치 V₂ _,m,n의 A/D 변환 결과)가 데이터 출력부(40A)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 넓은 다이나믹 레인지로 광검출이 가능하다.

또한, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C도 포화하고 있을 때(또는 포화 직전의 상태일 때), 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에는 제3 디지털치 D_3,m,n(즉, 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃로부터 출력되고, 제2 화소 데이터(30A)의 대수 압축 회로 32_n에 의해 독출된 제3 전압치 V₃ _,m,n의 A/D 변환 결과)가 데이터 출력부(40A)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 더욱 넓은 다이나믹 레인지로 광검출이 가능하다. 따라서, 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)는 고감도이면서 더욱 넓은 다이나믹 레인지로 촬상을 행할 수 있다.

도 16은 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 데이터 출력부(40A)의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타나는 데이터 출력부(40A)는 도 8에 나타낸 바와 동일한 구성이고, 선택 출력부(43) 및 A/D 변환 회로(44)를 갖는다. 단, 제2 실시예에서 선택 출력부(43)는 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력되는 제1 전압치 V₁ _,m,n을 입력하는 동시에, 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n 및 제3 전압치 V₃ _,m,n을 입력하고, 제1 전압치 V₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 제1 전압치 V₁ _,m,n, 제2 전압치 V₂ _,m,n 및 제3 전압치 V₃ _,m,n 중 어느 하나를 선택하여 출력한다. 또, 제1 전압치 V₁ _,m,n과 기준치를 대소 비교하는 일 없이, 제2 전압치 V₂ _,m,n 또는 제3 전압치 V₃ _,m,n과 기준치를 대소 비교해도 된다. 기준치로서는 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있는지의 여부를 판정할 수 있는 제1기준치, 및 적분 회로 31_n의 용량 소자 C가 포화하고 있는지의 여부를 판정할 수 있는 제2기준치인 두 값이 이용된다.

그리고, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에는 화소부 P_m _,n의 선택용 트랜지스터 T₄로부터 출력되고, 제1 화소 데이터(20)에 의해 독출된 제1 전압치 V₁ _,m,n의 A/D 변환 결과가 데이터 출력부(40A)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 고감도로 광검출이 가능하다.

또, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때(또는 포화 직전의 상태일 때)에 있어서, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C가 포화하고 있지 않을 때에는 화소부 P_m,n의 방전용 트랜지스터 T₃로부터 출력되고, 제2 화소 데이터(30A)의 적분 회로 31_n에 의해 독출된 제2 전압치 V₂ _,m,n의 A/D 변환 결과가 데이터 출력부(40A)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 넓은 다이나믹 레인지로 광검출이 가능하다.

또, 적분 회로 31_n의 용량 소자 C도 포화하고 있을 때(또는 포화 직전의 상태일 때), 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에는 화소부 P_m _,n의 방전용 트랜지스터 T₃로부터 출력되고, 제2 화소 데이터(30A)의 대수 압축 회로 32_n에 의해 독출된 제3 전압치 V₃ _,m,n의 A/D 변환 결과가 데이터 출력부(40A)로부터 디지털치 D_m,n으로서 출력되므로, 더욱 넓은 다이나믹 레인지로 광검출이 가능하다. 따라 서, 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)는 고감도이면서 더욱 넓은 다이나믹 레인지로 촬상을 행할 수 있다.

다음에, 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 동작예에 대해 설명한다. 도 17은 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다. 이 도면은 제1행의 각 화소부 P₁ _,n의 데이터를 독출하는 시간 범위를 나타내고 있다. 도 11에 나타난 제1 실시예의 경우의 타이밍 차트와 비교하면, 이 도 17에 나타나는 제2 실시예의 경우의 타이밍 차트에서는 각 적분 회로 31_n의 스위치 SW의 개폐에 이어서, 각 대수 압축 회로 32_n의 스위치 SW₃₂의 개폐, 제1열의 스위치 SW₁ _,1의 개폐, 제N열의 스위치 SW₁ _,N의 개폐, 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제2 전압치 V₂ _,m,n, 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력되는 제3 전압치 V₃ _,m,n,및 데이터 출력부(40A)로부터 출력되는 디지털치 D_m,n 각각이 차례로 나타나 있다. 또, 제2 전압치 V₂ _,m,n과 제3 전압치 V₃ _,m,n은 이 타이밍 차트에서 서로 별개로 나타나 있으나, 스위치 W₁ _,n에 접속되는 공통의 배선에 서로 다른 타이밍으로 출력된다.

시각 t₁₀ 이전부터 시각 t₁₅ 까지의 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)의 동작은 제1 실시예의 경우와 동일하다. 또, 이 기간에는 각 대수 압축 회로 32_n의 스위치 SW₃₂는 열려 있다.

시각 t₁₅ 보다 이후의 시각 t₁₆ 에서부터, 그 후의 시각 t₁₇ 까지의 사이에, 각 적분 회로 31_n의 스위치 SW는 일정 기간만 닫히고, 각 적분 회로 31_n의 용량 소자 C는 방전된다. 시각 t₁₆ 에서부터, 시각 t₁₇ 보다 이후의 시각 t₁₈ 까지의 사이에, 각 대수 압축 회로 32_n의 스위치 SW₃₂는 닫히고, 방전 제어 신호 S_reset _,m 및 전송 제어 신호 S_trans가 하이 레벨로 되고, 동시에 각 스위치 SW_n이 닫히고, 제1행의 화소부 P₁ _,n의 포토 다이오드 PD에서 발생한 전하를 각 대수 압축 회로 32_n에 유입시킨다. 또, 시각 t₁₇ 에서부터 시각 t₁₈ 까지의 사이에, 각 스위치 SW₁ _,n 각각은 차례로 일정 기간만 닫힌다. 스위치 SW₁ _,n이 닫혀 있는 기간에, 대수 압축 회로 32_n에 유입한 전하의 양의 대수치에 따른 제3 전압치 V₃ _,1,n이 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력된다. 이와 같이 하여, 시각 t₁₇ 에서부터 시각 t₁₈ 까지의 사이에, 제1행의 N개의 화소부 P₁ _,1~P₁ _,N 각각에 입사한 광의 강도의 대수치에 따른 제3 전압치 V_3,1,1~V_3,1,N이 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 차례로 출력된다.

그리고, 데이터 출력부(40A)에서는 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 사이에 제1 화소 데이터 독출부(20)로부터 출력된 제1 전압치 V₁ _,1,1~V₁ _,1,N, 시각 t₁₄ 에서부터 시각 t₁₅ 까지의 사이에 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력된 제2 전압 치 V₂ _,1,1~V₂ _,1,N,및 시각 t₁₇ 에서부터 시각 t₁₈ 까지의 사이에 제2 화소 데이터 독출부(30A)로부터 출력된 제3 전압치 V₃ _,1,1~V₃ _,1,N에 근거하여, 제1 전압치 V₁ _,1,n, 제2 전압치 V₂ _,1,n 및 제3 전압치 V₃ _,1,n 중 어느 하나가 A/D 변환된 결과인 디지털치 D₁ _,n이 데이터 출력부(40A)로부터 차례로 출력된다. 또, 제3 전압치 V₃ _,1,n이 출력되는 타이밍은 제1 전압치 V₁ _,1,n 및 제2 전압치 V₂ _,1,n이 출력되는 타이밍보다 늦으므로, 먼저 출력된 제1 전압치 V₁ _,1,n 및 제2 전압치 V₂ _,1,n(또는, 이러한 A/D 변환 결과)을 유지하는 데이터 유지부가 설치된다.

이후도 이와 같이 하여, 제1행 ~ 제M행 각각에 대하여 차례로, 각 행의 N개의 화소부 P_m _,1~P_m _,N 각각에 입사한 광의 강도에 따른 디지털치 D_m,1~D_m,N이 데이터 출력부(40A)로부터 차례로 출력된다. 여기서, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있지 않을 때, 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 작을 때에는 제1 전압치 V_1,m,n이 A/D 변환된 결과가 디지털치 D_m,n으로서 출력된다. 또, 화소부 P_m _,n의 기생 용량부가 포화하고 있을 때에 있어서, 적분 회로 31_n의 용량 소자가 포화하고 있지 않을 때에는 제2 전압치 V₂ _,m,n이 A/D 변환된 결과가 디지털치 D_m,n으로서 출력된다. 또, 적분 회로 31_n의 용량 소자가 포화하고 있을 때, 즉 화소부 P_m _,n에의 입사광의 강도가 비교적 클 때에는 제3 전압치 V₃ _,m,n이 A/D 변환된 결과가 디지털치 D_m,n으로 서 출력된다. 따라서, 제2 실시예에 관한 광검출 장치(2)는 고감도이면서 더욱 넓은 다이나믹 레인지로 입사광 강도를 검출할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고감도이면서 넓은 다이나믹 레인지로의 광검출이 가능하게 된다.

Claims

입사광 강도에 따른 양(量)의 전하를 발생하는 포토 다이오드와, 게이트 단자에 형성된 기생 용량부에 축적되어 있는 전하의 양에 따른 전압치를 출력하는 증폭용 트랜지스터와, 상기 포토 다이오드에서 발생한 전하를 상기 증폭용 트랜지스터의 게이트 단자에 전송하는 전송용 트랜지스터와, 상기 기생 용량부의 전하를 초기화하는 방전용 트랜지스터와, 상기 증폭용 트랜지스터로부터 출력되는 전압치를 선택적으로 출력하는 선택용 트랜지스터를 포함하는 화소부와,

상기 화소부의 상기 선택용 트랜지스터로부터 출력되는 전압치를 독출하고, 상기 전압치에 따른 제1 전압치를 출력하는 제1 화소 데이터 독출부와,

상기 화소부의 상기 방전용 트랜지스터에 접속된 제1 단자와, 상기 화소부의 상기 증폭용 트랜지스터의 게이트 단자의 전하를 초기화하기 위한 바이어스 전위를 입력하는 제2 단자와, 제3 단자를 갖고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자와의 사이 또는 상기 제1 단자와 상기 제3 단자와의 사이를 전기적으로 접속하는 접속 전환부와,

상기 접속 전환부의 상기 제3 단자에 입력 단자가 접속되고, 상기 기생 용량부의 용량치보다 큰 용량치를 갖는 용량 소자를 포함하고, 상기 접속 전환부의 상기 제3 단자로부터 상기 입력 단자에 유입한 전하를 상기 용량 소자에 축적하고, 상기 축적한 전하의 양에 따른 제2 전압치를 출력하는 제2 화소 데이터 독출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
입사광 강도에 따른 양의 전하를 발생하는 포토 다이오드, 전송 제어 신호를 입력하기 위한 게이트 단자와, 상기 포토 다이오드에 접속된 제1 단자와, 제2 단자를 갖는 전송용 트랜지스터, 방전 제어 신호를 입력하기 위한 게이트 단자와, 상기 전송용 트랜지스터의 제2 단자에 접속된 제1 단자와, 제2 단자를 갖는 방전용 트랜지스터, 상기 전송용 트랜지스터의 제2 단자 및 상기 방전용 트랜지스터의 제1 단자에 각각 접속된 게이트 단자와, 소정 전위로 설정된 제1 단자와, 제2 단자를 갖는 증폭용 트랜지스터, 및 선택 제어 신호를 입력하기 위한 게이트 단자와, 상기 증폭용 트랜지스터의 제2 단자에 접속된 제1 단자와, 제2 단자를 갖는 선택용 트랜지스터를 포함하는 화소부와,

상기 화소부에 있어서의 상기 선택용 트랜지스터의 제2 단자에 접속된 입력 단자를 갖는 제1 화소 데이터 독출부와,

상기 화소부에 있어서의 상기 방전용 트랜지스터의 제2 단자에 접속된 제1 단자와, 소정의 바이어스 전위로 설정된 제2단과, 제3단을 갖고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자와의 사이 및 상기 제1 단자와 상기 제3 단자와의 사이 중 어느 하나를 전기적으로 접속하기 위한 접속 전환부와,

상기 접속 전환부에 있어서의 제3 단자에 접속된 입력 단자와, 상기 입력 단자를 통하여 유입한 전하가 축적되는 용량 소자를 포함하는 제2 화소 데이터 독출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 화소 데이터 독출부에 포함되는 상기 용량 소자의 용량치는 상기 기생 용량부의 용량치의 2^K배(단, K는 1 이상의 정수)인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 화소부에 포함되는 상기 포토 다이오드는

제1 도전형의 제1 반도체 영역과,

상기 제1 반도체 영역의 위에 설치되고, 상기 제1 반도체 영역과의 사이에 pn 접합을 형성하는 제2 도전형의 제2 반도체 영역과,

상기 제2 반도체 영역의 위에 설치되고, 상기 제2 반도체 영역과의 사이에 pn 접합이 형성되는 제1 도전형의 제3 반도체 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 화소부는

상기 포토 다이오드와 상기 전송용 트랜지스터와의 사이에 배치되고, 소정 전위로 설정된 게이트 단자와,

상기 포토 다이오드에 접속된 제1 단자와,

상기 전송용 트랜지스터의 제1 단자에 접속된 제2 단자를 갖는 차단용 트랜지스터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

각각이 상기 화소부와 동일한 구조를 갖는 동시에, 상기 화소부와 함께 2 차원 배열을 구성하는 복수의 화소부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제6항에 있어서,

상기 제2 화소 데이터 독출부는 상기 용량 소자로서 상기 2 차원 배열된 화소부의 각 열에 대응하여 설치된 복수의 용량 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제6항에 있어서,

상기 2 차원 배열된 화소부 중 어떤 행에 속하는 화소부 그룹으로부터의 출력 전압치를 상기 제1 화소 데이터 독출부가 처리하는 기간에, 상기 제2 화소 데이터 독출부는 상기 행에 속하는 화소부 그룹으로부터의 출력 전하를 처리하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제6항에 있어서,

상기 2 차원 배열된 화소부 중 어떤 행에 속하는 화소부 그룹으로부터의 출력 전압치를 상기 제1 화소 데이터 독출부가 처리하는 기간에, 상기 제2 화소 데이터 독출부가 다른 행에 속하는 화소부 그룹으로부터의 출력 전하를 처리하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치를 A/D 변환함으로써, 상기 제1 전압치에 따른 제1 디지털치를 출력하는 동시에,

상기 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치를 A/D 변환함으로써, 상기 제2 전압치에 따른 제2 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제10항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 A/D 변환부로부터 출력되는 제1 디지털치 및 제2 디지털치를 입력하고, 상기 제1 전압치, 상기 제2 전압치, 상기 제1 디지털치 및 상기 제2 디지털치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 상기 제1 디지털치 및 상기 제2 디지털치 중 하나를 출력하는 선택 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치와 상기 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치를 입력하고, 상기 제1 전압치 및 상기 제2 전압치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 상기 제1 전압치 및 상기 제2 전압치 중 하나를 출력하는 선택 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제12항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 선택 출력부로부터 출력되는 전압치를 A/D 변환함으로써 상기 전압치에 따른 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 화소 데이터 독출부는 상기 용량 소자에 대하여 병렬적으로 설치되고, 상기 접속 전환부의 상기 제3단으로부터의 유입 전하량의 대수(對數)치에 따른 제3 전압치를 출력하는 대수 압축 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제14항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치를 A/D 변환함으로써, 상기 제1 전압치에 따른 제1 디지털치를 출력하는 동시에,

상기 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치 및 제3 전압치를 A/D 변환함으로써, 상기 제2 전압치에 따른 제2 디지털치 및 제3 전압치에 따른 제3 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제15항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 A/D 변환부로부터 출력되는 제1 디지털치, 제2 디지털치 및 제3 디지털치를 입력하고, 상기 제1 전압치, 상기 제2 전압치, 상기 제3 전압치, 상기 제1 디지털치, 상기 제2 디지털치 및 상기 제3 디지털치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 상기 제1 디지털치, 상기 제2 디지털치 및 상기 제3 디지털치 중 어느 하나를 출력하는 선택 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제14항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 제1 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제1 전압치와 상기 제2 화소 데이터 독출부로부터 출력되는 제2 전압치 및 제3 전압치를 입력하고, 상기 제1 전압치, 상기 제2 전압치 및 상기 제3 전압치 중 어느 하나와 기준치를 대소 비교한 결과에 근거하여, 상기 제1 전압치, 상기 제2 전압치 및 상기 제3 전압치 중 어느 하나를 출력하는 선택 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.
제17항에 있어서,

상기 광검출 장치는 추가로,

상기 선택 출력부로부터 출력되는 전압치를 A/D 변환함으로써, 상기 전압치에 따른 디지털치를 출력하는 A/D 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.