TWI490458B - Integral circuit and light detection device - Google Patents

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TWI490458B
TWI490458B TW099119748A TW99119748A TWI490458B TW I490458 B TWI490458 B TW I490458B TW 099119748 A TW099119748 A TW 099119748A TW 99119748 A TW99119748 A TW 99119748A TW I490458 B TWI490458 B TW I490458B
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Haruhiro Funakoshi
Shinya Ito
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Hamamatsu Photonics Kk
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
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    • H03F3/45—Differential amplifiers

Description

積分電路及光檢測裝置
本發明係關於蓄積輸入之電荷而輸出對應於蓄積電荷量之電壓值的積分電路、及包含該積分電路與光電二極體之光檢測裝置。
作為光檢測裝置，已知有包含光電二極體與積分電路者(例如參照專利文獻1)。該積分電路包含具有第1輸入端子、第2輸入端子及輸出端子之放大電路，與設置於該放大電路之第1輸入端子與輸出端子之間且相互並聯連接之電容元件及開關。該光檢測裝置係藉由關閉積分電路之開關來使積分電路之電容元件放電，使從積分電路輸出之電壓值初始化。當積分電路之開關開啟時，有光電二極體所產生之電荷蓄積於積分電路之電容元件，而從積分電路輸出對應於該蓄積電荷量之電壓值。又，光檢測裝置之構成為將複數個光電二極體排列成1維狀或2維狀，藉此可獲取1維狀或2維狀之光像。
先前技術文獻 專利文獻
[專利文獻1]日本特開平06-105067號公報
光檢測裝置被要求增多所排列之光電二極體之個數，且，伴隨其亦被要求高速化及低耗電量化。但，當欲減少光檢測裝置所含有之積分電路之耗電量時，由於放大電路之驅動能力降低，故關閉積分電路之開關，會導致將積分電路之輸出電壓值初始化所需之時間變長。即，先前難以同時實現低耗電量化與高速化。
本發明係為解決上述問題點而完成者，其目的在於提供一種可實現低耗電量化及高速化兩者之積分電路及光檢測裝置。
本發明之積分電路之特徵為包含：(1)具有第1輸入端子、第2輸入端子及輸出端子之放大電路；(2)設置於放大電路之第1輸入端子與輸出端子之間之電容元件；(3)相對於電容元件，並聯設置於放大電路之第1輸入端子與輸出端子之間之第1開關；及(4)設置於被輸入基準電位之基準電位輸入端子與放大電路之第1輸入端子側之電容元件之端子之間，且對電容元件之端子施加基準電位之第2開關。另，在放大電路之第1輸入端子及第2輸入端子中，一者為反相輸入端子，另一者為非反相輸入端子。
本發明之光檢測裝置之特徵為包含：(1)上述之本發明之積分電路；及(2)產生對應於入射光量之量的電荷，並使該產生之電荷輸入至積分電路之放大電路的第1輸入端子之光電二極體。
在本發明中，當在積分電路中第1開關關閉使電容元件放電而將積分電路之輸出電壓值初始化時，第2開關亦關閉，而對電容元件之端子施加基準電位。藉此，使積分電路之電容元件快速放電。
根據本發明，可實現低耗電量化及高速化兩者。
以下，茲參照附圖詳細說明用於實施本發明之形態。另，在圖式之說明中，對相同之要素附註以相同之符號，且省略重複之說明。
圖1係顯示本實施形態之光檢測裝置1之構成。該圖所示之光檢測裝置1具備光電二極體PD及積分電路10。積分電路10包含放大電路20、電容元件C、第1開關SW1 及第2開關SW2 。
放大電路20包含反相輸入端子、非反相輸入端子及輸出端子。電容元件C係設置於放大電路20之反相輸入端子與輸出端子之間。第1開關SW1 係相對於電容元件C並聯設置於放大電路20之反相輸入端子與輸出端子之間，並根據第1重置信號Reset1之位準進行開閉動作。放大電路20之非反相輸入端子係連接於接地電位。放大電路20之非反相輸入端子若為經固定之電位，則不限於接地電位，例如亦可為0.1 V等。
第2開關SW2 係設置於被輸入基準電位Vref之基準電位輸入端子與放大電路20之反相輸入端子側的電容元件C之端子之間，且可根據第2重置信號Reset2之位準進行開閉動作，並對電容元件C之端子施加基準電位Vref。該基準電位Vref亦可為接地電位。
光電二極體PD包含陰極端子及陽極端子，並產生對應於入射光量之量之電荷。光電二極體PD之陰極端子係連接於放大電路20之反相輸入端子。光電二極體PD之陽極端子係連接於接地電位。
本實施形態之光檢測裝置1具備控制第1開關SW1 及第2開關SW2 各者之開閉動作之控制部50，藉由該控制部之控制進行如下之動作。圖2係說明本實施形態之光檢測裝置1之動作之圖。該圖從上依序顯示有第1開關SW1 之開閉狀態、第2開關SW2 之開閉狀態及光檢測裝置1之輸出電壓值Vout。
於時刻t1 前，關閉第1開關SW1 ，使電容元件C放電，將光檢測裝置1之輸出電壓值Vout設為初始值。又，於時刻t1 前，第2開關SW2 係成開啟。於時刻t1 ，將第1開關SW1 從關閉狀態轉換成開啟狀態。
在時刻t1 至時刻t2 期間，分別開啟第1開關SW1 及第2開關SW2 。此期間，積分電路10將在光電二極體PD中產生之電荷輸入至反相輸入端子，並將該輸入之電荷蓄積於電容元件C，並輸出對應於該蓄積電荷量之電壓值Vout。因此，隨著時間之經過，光檢測裝置1之輸出電壓值Vout漸增。
於時刻t2 ，第1開關SW1 及第2開關SW2 分別從開啟狀態轉換成關閉狀態。在時刻t2 以後，電容元件C不斷放電，光檢測裝置1之輸出電壓值Vout成為初始值。於其後之時刻t3 ，第2開關SW2 轉換成開啟狀態。
在圖2中，時刻t2 以後之光檢測裝置1之輸出電壓值Vout在本實施形態中係以實線表示，而在比較例中係以虛線表示。在比較例中，未設置第2開關SW2 。
根據模擬，在未設置第2開關SW2 之比較例中，時刻t2 以後之光檢測裝置之輸出電壓值Vout達到初始值為止所需之時間為大約3.8 μs。相對於此，在設置有第2開關SW2 之本實施形態中，時刻t2 以後之光檢測裝置1之輸出電壓值Vout達到初始值為止所需之時間係短於比較例之情形。
如此，在本實施形態中，於時刻t2 第1開關SW1轉換成關閉狀態，且第2開關SW2 亦轉換成關閉狀態，藉此可縮短輸出電壓值Vout達到初始值為止所需之時間，從而實現高速化。
在本實施形態中，使初始化成為高速之理由如下。即，若於時刻t2 第1開關SW1 轉換成關閉狀態，且第2開關SW2 亦轉換成關閉狀態時，則在時刻t2 之前，蓄積於電容元件C之電荷亦會經由第2開關SW2 流動，故會使電容元件C快速放電。一般而言，若欲謀求低耗電量化，則難以實現高速化，但在本實施形態中，藉由設置第2開關SW2 ，可同時實現低耗電量化及高速化二者。
圖3係說明本實施形態之光檢測裝置1之動作之圖。此處，顯示將第2開關SW2 為關閉狀態的期間(從圖2中之時刻t2 至時刻t3 為止之期間)之長度τ作為各值而進行的模擬結果。在本實施形態中，可知藉由以使輸出電壓值Vout於時間τ期間達到接近初始值之值的方式設定時間τ，可將初始化所需之時間較比較例之情況縮短大約2.5 μs。
產業上之可利用性
本發明可作為能夠實現低耗電量化及高速化兩者之積分電路及光檢測裝置進行利用。
1．．．光檢測裝置
10．．．積分電路
20．．．放大電路
50．．．控制部
C．．．電容元件
PD．．．光電二極體
SW1 ．．．第1開關
SW2 ．．．第2開關
圖1係顯示本實施形態之光檢測裝置1之構成之圖。
圖2係說明本實施形態之光檢測裝置1之動作之圖。
圖3係說明本實施形態之光檢測裝置1之動作之圖。
1．．．光檢測裝置
10．．．積分電路
20．．．放大電路
50．．．控制部
C．．．電容元件
PD．．．光電二極體
Reset1．．．重置信號1
Reset2．．．重置信號2
SW1．．．第1開關
SW2．．．第2開關
Vout．．．輸出電壓值
Vref．．．基準電位

Claims (2)

  1. 一種積分電路，其特徵為包含：具有第1輸入端子、第2輸入端子及輸出端子之放大電路；設置於上述放大電路之上述第1輸入端子與上述輸出端子之間之電容元件；相對於上述電容元件，並聯設置於上述放大電路之上述第1輸入端子與上述輸出端子之間之第1開關；及設置於被輸入基準電位之基準電位輸入端子與上述放大電路之上述第1輸入端子側的上述電容元件之端子之間，且對上述電容元件之端子施加上述基準電位之第2開關；其中於上述第1開關關閉而上述電容元件被放電時，上述第2開關也關閉。
  2. 一種光檢測裝置，其特徵為包含：請求項1之積分電路；及產生對應於入射光量之量的電荷，並使該產生之電荷輸入至上述積分電路之上述放大電路的上述第1輸入端子之光電二極體。
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