專(zhuān)利名稱(chēng)：信號(hào)處理裝置以及光檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)處理裝置以及光檢測(cè)裝置，所述信號(hào)處理裝置輸出對(duì)應(yīng)于電荷的量的值的電信號(hào)，該電荷為對(duì)應(yīng)于向光電二極管的入射光量而在該光電二極管所產(chǎn)生的電荷，所述光檢測(cè)裝置包括這樣的信號(hào)處理裝置以及光電二極管。
背景技術(shù)：
檢測(cè)入射光量的光檢測(cè)裝置，具備光電二極管，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷；以及，信號(hào)處理裝置，輸出對(duì)應(yīng)于該光電二極管所產(chǎn)生的電荷的量的值的電信號(hào)。作為如此的光檢測(cè)裝置，例如已知有專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的裝置。該文獻(xiàn)中記載的光檢測(cè)裝置，具有AD 轉(zhuǎn)換功能，能夠輸出對(duì)應(yīng)于入射光量的數(shù)字值。光檢測(cè)裝置，例如，作為X射線CT裝置的檢測(cè)部被使用，存在多個(gè)光電二極管配置成陣列并被閃爍器覆蓋的情況。如果χ射線入射至閃爍器，則產(chǎn)生閃爍光，該閃爍光入射至任意的光電二極管時(shí)，則在該光電二極管產(chǎn)生電荷，該電荷通過(guò)信號(hào)處理裝置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平5-215607號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問(wèn)題這樣的光檢測(cè)裝置在要求多像素化、高速化以及低耗電化的同時(shí)，還要求高精度化。但是，包括專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的裝置的現(xiàn)有的光檢測(cè)裝置中使用的信號(hào)處理裝置，因噪聲的影響不能輸出高精度的數(shù)字值的情況存在。本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而完成，其目的在于提供一種能夠輸出對(duì)應(yīng)于入射光量的高精度的數(shù)字值的信號(hào)處理裝置以及包括這樣的信號(hào)處理裝置的光檢測(cè)裝置。解決問(wèn)題的技術(shù)手段一個(gè)實(shí)施方式所涉及的信號(hào)處理裝置，輸出對(duì)應(yīng)于電荷的量的值的電信號(hào)，該電荷為對(duì)應(yīng)于向光電二極管的入射光量而在該光電二極管所產(chǎn)生的電荷，具備(1)積分電路，具有存儲(chǔ)從光電二極管輸出的電荷的積分電容元件，并輸出對(duì)應(yīng)于該積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷的量的電壓值；(2)比較電路，輸入從積分電路輸出的電壓值，對(duì)該電壓值和規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行大小比較，當(dāng)電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)，輸出表示該信息的飽和信號(hào)；⑶電荷注入電路，基于從比較電路輸出的飽和信號(hào)，將與積分電路的積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷極性相反的一定量的電荷注入到積分電容元件中；(4)計(jì)數(shù)電路，基于從比較電路輸出的飽和信號(hào)，對(duì)從積分電路輸出的電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；(5)保持電路，將從積分電路輸出的電壓值保持并輸出；(6)放大電路，輸入由保持電路保持并輸出的電壓值，輸出將該輸入的電壓值變?yōu)镵倍(其中，K > 1)的電壓值；以及(7) AD轉(zhuǎn)換電路，將比較電路中的基準(zhǔn)值的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值，輸入從放大電路輸出的電壓值，輸出對(duì)應(yīng)于該電壓值的數(shù)字值。該信號(hào)處理裝置與光電二極管同時(shí)使用。該信號(hào)處理裝置中，對(duì)應(yīng)于向光電二極管的入射光量而產(chǎn)生的電荷，存儲(chǔ)于積分電路的積分電容元件中，對(duì)應(yīng)于該積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷的量的電壓值從該積分電路輸出。從該積分電路輸出的電壓值輸入至比較電路，將該輸入電壓值和規(guī)定的基準(zhǔn)值通過(guò)比較電路進(jìn)行大小比較，當(dāng)輸入電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)，從比較回路輸出表示該信息的飽和信號(hào)?；趶脑摫?較電路輸出的飽和信號(hào)，通過(guò)電荷注入電路，將與積分電路的積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷極性相反的一定量的電荷注入到積分電容元件中。另外，基于從該比較電路輸出的飽和信號(hào)，通過(guò)計(jì)數(shù)電路，在一定期間內(nèi)對(duì)從積分電路輸出的電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過(guò)這些積分電路、比較電路、電荷注入電路以及計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換功能。另外，上述一定期間終了時(shí)從積分電路輸出的電壓值，通過(guò)保持電路被保持并輸出。由保持電路保持并輸出的電壓值，由放大電路放大為K倍而輸出至AD轉(zhuǎn)換電路。AD轉(zhuǎn)換電路中，將比較電路中的基準(zhǔn)值的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值，輸入從放大電路輸出的電壓值，輸出對(duì)應(yīng)于該電壓值的數(shù)字值。于是，該信號(hào)處理裝置中，基于通過(guò)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)的次數(shù)的值以及從AD轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字值，檢測(cè)入射光量。一個(gè)實(shí)施方式所涉及的信號(hào)處理裝置，還具備基準(zhǔn)值生成電路，輸入用于設(shè)定AD 轉(zhuǎn)換電路中的最大輸入電壓值的基準(zhǔn)值，將該基準(zhǔn)值的K分之一的電壓值作為基準(zhǔn)值賦予比較電路。用于設(shè)定AD轉(zhuǎn)換電路中的最大輸入電壓值的基準(zhǔn)值與賦予比較電路的基準(zhǔn)值可相互另行生成，也可通過(guò)基準(zhǔn)值生成電路從前者生成后者。該基準(zhǔn)值生成電路例如可由電阻分壓電路構(gòu)成。一個(gè)實(shí)施方式所涉及的信號(hào)處理裝置，也可具備作為保持電路的第1保持電路和第2保持電路，放大電路可輸入分別從第1保持電路以及第2保持電路輸出的電壓值，并輸出將該輸入的2個(gè)電壓值的差變?yōu)镵倍的電壓值。該情況下，包含從積分電路輸出的信號(hào)成分以及噪聲成分的電壓值由第1保持電路保持，僅包含從積分電路輸出的噪聲成分的電壓值由第2保持電路保持。于是，通過(guò)放大電路，將分別從第1保持電路和第2保持電路輸出的電壓值的差變?yōu)镵倍的電壓值被輸出。一個(gè)實(shí)施方式所涉及的信號(hào)處理裝置，也可具備作為保持電路的第1保持電路和第2保持電路，將從積分電路輸出的電壓值交替地保持在第1保持電路和第2保持電路中， 也可并行地進(jìn)行由積分電路、比較電路、電荷注入電路以及計(jì)數(shù)電路進(jìn)行的處理和由放大電路以及AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行的處理。通過(guò)進(jìn)行這樣的并行的動(dòng)作，能夠高速地進(jìn)行光檢測(cè)。一個(gè)實(shí)施方式所涉及的信號(hào)處理裝置中，可針對(duì)多組積分電路、比較電路、電荷注入電路、計(jì)數(shù)電路以及保持電路，設(shè)置1組放大電路以及AD轉(zhuǎn)換電路，將由各組保持電路輸出的電壓值依次輸入至放大電路。該情況下，通過(guò)包含光電二極管以及信號(hào)處理裝置的光檢測(cè)裝置，可進(jìn)行攝像，另外，信號(hào)處理裝置的電路規(guī)?？梢詼p小。一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置，具備光電二極管，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷；以及上述實(shí)施方式所涉及的信號(hào)處理裝置，輸出對(duì)應(yīng)于光電二極管所產(chǎn)生的電荷的量的值的電信號(hào)。發(fā)明的效果本發(fā)明所涉及的信號(hào)處理裝置和光檢測(cè)裝置，能夠輸出對(duì)應(yīng)于入射光量的高精度的數(shù)字值。


圖1是表示一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是說(shuō)明一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的動(dòng)作的流程圖。圖4是表示另一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置IA的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，詳細(xì)地說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的方式。另外，在附圖的說(shuō)明中，對(duì)相同的要素標(biāo)以相同的符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。圖1是表示一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的概略結(jié)構(gòu)的圖。該圖中所示的光檢測(cè)裝置1，包括光電二極管陣列2和信號(hào)處理裝置3。光電二極管陣列2包含N個(gè)光電二極管PD1 PDn。N個(gè)光電二極管PD1 PDn具有共同的結(jié)構(gòu)。N個(gè)光電二極管PD1 PDn可形成于1個(gè)半導(dǎo)體基板上。另外，N個(gè)光電二極管PD1 PDn各自的受光區(qū)域可由閃爍器覆蓋，該閃爍器產(chǎn)生伴隨X射線等的能量線的入射的閃爍光。各光電二極管？0 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷。另外，N為1以上的整數(shù)，η 為1以上N以下的各整數(shù)。另外，N為2以上的整數(shù)，N個(gè)光電二極管PD1 PDn可排列成1 維狀或2維狀。信號(hào)處理裝置3，輸出對(duì)應(yīng)于各光電二極管PDn所產(chǎn)生的電荷的量的值的電信號(hào) (數(shù)字信號(hào))。信號(hào)處理裝置3包括N個(gè)讀出部I 4N、放大電路60、以及AD轉(zhuǎn)換電路70。 N個(gè)讀出部4i 4N具有共同的結(jié)構(gòu)。各讀出部4n對(duì)應(yīng)于光電二極管PDn而設(shè)置。信號(hào)處理裝置3也可形成在與形成有光電二極管陣列2的半導(dǎo)體基板不同的半導(dǎo)體基板上。另外， 也可在形成有光電二極管陣列2的半導(dǎo)體基板的背面設(shè)置閃爍器，形成有光電二極管陣列 2的半導(dǎo)體基板的表面和形成有信號(hào)處理裝置3的半導(dǎo)體基板的表面互相凸點(diǎn)(bump)連接。各讀出部4n包含積分電路10，比較電路20，電荷注入電路30，計(jì)數(shù)電路40，保持電路50以及開(kāi)關(guān)SW。各讀出部4n中所包含的積分電路10，將從對(duì)應(yīng)的光電二極管PD輸出的電荷存儲(chǔ)于積分電容元件中，將對(duì)應(yīng)于該存儲(chǔ)電荷量的電壓值輸出至比較電路20以及保持電路50。比較電路20輸入從積分電路10輸出的電壓值，對(duì)該輸入電壓值和規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行大小比較，當(dāng)輸入電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)，將表示該信息的飽和信號(hào)輸出至電荷注入電路30以及計(jì)數(shù)電路40。電荷注入電路30，基于從比較電路20輸出的飽和信號(hào)，將與積分電路10的積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷極性相反的一定量的電荷注入到積分電容元件中。計(jì)數(shù)電路40，基于從比較電路20輸出的飽和信號(hào)，對(duì)從積分電路10輸出的電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值的次數(shù)進(jìn)行在一定期間內(nèi)計(jì)數(shù)。各讀出部4n中所包含的計(jì)數(shù)電路40經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW連接于共同的配線。 保持電路50將從積分電路10輸出的電壓值采樣而保持，并將該保持的電壓值輸出至放大電路60。放大電路60的輸入端，與各讀出部4n中所包含的保持電路50的輸出端相連接。放大電路60，輸入由各讀出部4n中所包含 的保持電路50保持并依次輸出的電壓值，并向AD 轉(zhuǎn)換電路70輸出將該輸入的電壓值變?yōu)镵倍(其中，K > 1)的電壓值。AD轉(zhuǎn)換電路70， 將比較電路20中的基準(zhǔn)值的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值，即滿階(fullscale)值， 輸入從放大電路60輸出的電壓值，輸出對(duì)應(yīng)于該電壓值的數(shù)字值。圖2是表示一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。此處，表示有 1組光電二極管PD以及讀出部4，此外，除了放大電路60以及AD轉(zhuǎn)換電路70，還表示有基準(zhǔn)值生成電路80。此處，作為保持電路50設(shè)置有2個(gè)保持電路51，52。積分電路10具有放大器Altl、積分電容元件Cltl以及開(kāi)關(guān)SW1(1。放大器Altl的正向輸入端子接地。放大器Altl的反向輸入端子與光電二極管PD相連接。放大器Altl的反向輸入端子與輸出端子之間并聯(lián)設(shè)置有積分電容元件Cltl和開(kāi)關(guān)SW1(I。該積分電路10在開(kāi)關(guān)SWltl 閉合的時(shí)候，積分電容元件Cltl放電，輸出重置電平的電壓值。另一方面，該積分電路10在開(kāi)關(guān)SWltl斷開(kāi)的時(shí)候，將從光電二極管PD輸出的電荷存儲(chǔ)于積分電容元件Cltl，輸出對(duì)應(yīng)于該積分電容元件Cltl中存儲(chǔ)的電荷的量的電壓值V1(l。比較電路20輸入從積分電路10輸出的電壓值Vltl，并對(duì)該電壓值Vltl和規(guī)定的基準(zhǔn)值Vref2作大小比較。然后，比較電路20，在電壓值V達(dá)到基準(zhǔn)值Vref2時(shí)，輸出表示該信息的飽和信號(hào)Φρ電荷注入電路30具有開(kāi)關(guān)SW31 SW34以及電容元件C3tl。開(kāi)關(guān)SW31、電容元件C3(1、 以及開(kāi)關(guān)SW32依次連接，開(kāi)關(guān)SW31的另一端與積分電路10的放大器Altl的反向輸入端子相連接，開(kāi)關(guān)SW32的另一端與基準(zhǔn)電位Vinj相連接。開(kāi)關(guān)SW31和電容元件C3tl的接觸點(diǎn)經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW33接地。開(kāi)關(guān)SW32和電容元件C3tl的接觸點(diǎn)經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW34接地。開(kāi)關(guān)SW31及SW34分別基于從比較電路20輸出的飽和信號(hào)Ct1進(jìn)行開(kāi)閉。開(kāi)關(guān)SW32及SW33分別基于從比較電路 20輸出的飽和信號(hào)Ct1的理論反轉(zhuǎn)信號(hào)Φ2進(jìn)行開(kāi)閉。即，該電荷注入電路30，基于從比較電路20輸出的飽和信號(hào)Φ ”將與積分電路10的積分電容元件Cltl中存儲(chǔ)的電荷極性相反的一定量的電荷注入到積分電容元件C1(l。計(jì)數(shù)電路40，基于從比較電路20輸出的飽和信號(hào)Φ1;對(duì)從積分電路10輸出的電壓值V達(dá)到基準(zhǔn)值VMf2的次數(shù)進(jìn)行在一定期間內(nèi)的計(jì)數(shù)，并將該計(jì)數(shù)值作為數(shù)字值而輸出。這些積分電路10、比較電路20、電荷注入電路30、以及計(jì)數(shù)電路40具有AD轉(zhuǎn)換功能。即，將一定期間內(nèi)從光電二極管PD輸出并存儲(chǔ)至積分電路10的積分電容元件Cltl的電荷的量的絕對(duì)值作為Q。，將基于從比較電路20輸出的飽和信號(hào)Φ ！而由電荷注入電路30 注入至積分電路10的積分電容元件Cltl中的電荷的量的絕對(duì)值作為Qp此時(shí)，根據(jù)計(jì)數(shù)電路40的計(jì)數(shù)值(數(shù)字值)是，Qtl除以Q1所得的值去掉小數(shù)部分后所得的整數(shù)值。另外，上述一定期間終了時(shí)從積分電路10輸出的電壓值是，Q0除以Q1所得的值減去上述整數(shù)值后得到的剩余的值所對(duì)應(yīng)的電壓值。保持電路51以及保持電路52具有共同的結(jié)構(gòu)。保持電路51以及保持電路52分別具有開(kāi)關(guān)SW51 SW54以及電容元件C5(1。開(kāi)關(guān)SW51、電容元件C5(1、以及開(kāi)關(guān)SW52依次連接， 開(kāi)關(guān)SW51的另一端與積分電路10的放大器Altl的輸出端子相連接，開(kāi)關(guān)SW52的另一端與放大電路60的輸入端相連接。開(kāi)關(guān)SW51和電容元件C5tl的接觸點(diǎn)經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW53接地。開(kāi)關(guān) Sff52和電容元件C5tl的接觸點(diǎn)經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW54接地。保持電路51以及保持電路52的各個(gè)中，開(kāi)關(guān)SW51及SW54同時(shí)進(jìn)行開(kāi)閉。開(kāi)關(guān)SW52及SW53同時(shí)進(jìn)行開(kāi)閉。開(kāi)關(guān)sw51、sw54從閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換至斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，在即將轉(zhuǎn)換之前來(lái)自積分電路10的輸出電壓值被保持于電容元件C5tl中。開(kāi)關(guān)SW52、SW53斷開(kāi)時(shí)，在電容元件Cki 中保持的電壓值被輸出至放大電路60。保持電路51，在計(jì)數(shù)電路40進(jìn)行計(jì)數(shù)的一定期間的終了時(shí)，將從積分電路10輸出的電壓值采樣而保持，并將該保持的電壓值輸出至放大電路60。另一方面，保持電路52，在積分電路10的開(kāi)關(guān)SWltl閉合時(shí)，將從積分電路10輸出的重置電平的電壓值采樣而保持，并將該保持的電壓值輸出至放大電路60。放大電路60，輸入從保持電路51輸出的電壓值V51，并且輸入從保持電路52輸出的電壓值V52，將使這些輸入的2個(gè)電壓值的差變?yōu)镵倍的電壓值(K(V51-V52))輸出至AD轉(zhuǎn)換電路70。從保持電路51輸出的電壓值V51是，包含信號(hào)成分以及噪聲成分的電壓值中、 利用由積分電路10、比較電路20、電荷注入電路30以及計(jì)數(shù)電路40所構(gòu)成的AD轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)的剩余的電壓值。從保持電路52輸出的電壓值V52，不包含信號(hào)成分，僅包含噪聲成分。因此，從放大電路60輸出的電壓值，表示從上述的剩余的電壓值中除去噪聲成分之后的值。如上所述，放大電路60輸入由保持電路51，52保持并輸出的電壓值，將使這些輸入的2個(gè)電壓值的差變?yōu)镵倍的電壓值輸出至AD轉(zhuǎn)換電路70。另外，AD轉(zhuǎn)換電路70，將比較電路20中的基準(zhǔn)值的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值，輸入從放大電路60輸出的電壓值，并輸出對(duì)應(yīng)于該輸入電壓值的數(shù)字值。于是，基準(zhǔn)值生成電路70，輸入用于設(shè)定AD轉(zhuǎn)換電路70中的最大輸入電壓值的基準(zhǔn)值Vrefl，將該基準(zhǔn)值VMfl的K分之一的電壓值(VMfl/ K)作為基準(zhǔn)值Vref2賦予比較電路20。基準(zhǔn)值生成電路80可由電阻分壓電路構(gòu)成。此外，本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1還具備控制部90。該控制部90以規(guī)定的時(shí)序控制積分電路10中的開(kāi)關(guān)SWltl的開(kāi)閉動(dòng)作，計(jì)數(shù)電路40的計(jì)數(shù)動(dòng)作，保持電路51，52 中的SW51 SW54的開(kāi)閉動(dòng)作，開(kāi)關(guān)SW的開(kāi)閉動(dòng)作，以及AD轉(zhuǎn)換電路70中的AD轉(zhuǎn)換動(dòng)作。 艮口，如圖2所示，控制部90對(duì)于讀出部I 4n的各個(gè)開(kāi)關(guān)SWltl，計(jì)數(shù)電路40，保持電路51 的SW51 SW54,保持電路52的SW51 SW54,以及開(kāi)關(guān)SW和AD轉(zhuǎn)換電路40賦予控制信號(hào)， 以規(guī)定的時(shí)序控制這些要素的動(dòng)作。其次，說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的動(dòng)作。圖3是說(shuō)明一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1的動(dòng)作的流程圖。時(shí)刻、時(shí)，積分電路10的開(kāi)關(guān)SWltl閉合，積分電容元件Cltl放電，從積分電路10 輸出的電壓值Vltl變?yōu)橹刂秒娖?。此時(shí)，從比較電路20輸出的飽和信號(hào)Ct1為理論電平L， 電荷注入電路30的SW31及SW34分別斷開(kāi)，電荷注入電路30的SW32及SW33分別閉合，計(jì)數(shù)電路40的計(jì)數(shù)值被初始化為值0。時(shí)刻、時(shí)，積分電路10的開(kāi)關(guān)SWltl斷開(kāi)，光電二極管PD中產(chǎn)生的電荷開(kāi)始存儲(chǔ)至積分電容元件Cltl，對(duì)應(yīng)于該存儲(chǔ)的電荷的量的電壓值Vltl從積分電路10輸出。從積分電路10輸出的電壓值Vltl，通過(guò)比較電路20與基準(zhǔn)值Vref2比較。 時(shí)刻t2時(shí)，如果從積分電路10輸出的電壓值Vltl達(dá)到基準(zhǔn)值V,ef2，則從比較電路 20輸出的飽和信號(hào)Φ ！從理論電平L轉(zhuǎn)換至理論電平H，伴隨于此，電荷注入電路30的開(kāi)關(guān)SW31及SW34分別閉合，并且SW32及SW33分別斷開(kāi)。然后，如果從積分電路10輸出的電壓值Vltl達(dá)到基準(zhǔn)值VMf2時(shí)存儲(chǔ)于積分電容元件Cltl的電荷量Qltl ( = C10 · Vref2)，與至該時(shí)為止電荷注入電路30的電容元件C3tl中所存儲(chǔ)的電荷量Q3tl ( = C30-Vinj)彼此相等，則電荷注入電路30的電容元件C3tl中所存儲(chǔ)的電荷被注入至積分電路10的積分電容元件Cltl，積分電容元件Cltl中的電荷存儲(chǔ)量被重置。由此，從積分電路10輸出的電壓值Vltl暫時(shí)成為重置電平，對(duì)應(yīng)于之后所存儲(chǔ)的電荷的量的電壓值Vltl從積分電路10輸出。另外，立刻地，從比較電路20輸出的飽和信號(hào) Φ ！轉(zhuǎn)換為理論電平L，伴隨于此，電荷注入電路30的開(kāi)關(guān)SW31及SW34分別斷開(kāi)，并且SW32 及SW33分別閉合。時(shí)刻t3，時(shí)刻t4，時(shí)刻t5,以及時(shí)刻t6的各自時(shí)，進(jìn)行時(shí)刻t2時(shí)的上述的一連串動(dòng)作。此處，從時(shí)刻、至?xí)r刻t2為止的時(shí)間τ 12，從時(shí)刻t2至?xí)r刻t3為止的時(shí)間τ 23，從時(shí)刻 t3至?xí)r亥Ij t4為 止的時(shí)間τ 34,從時(shí)亥|J t4至?xí)r亥|J t5為止的時(shí)間τ 45，以及從時(shí)刻t5至?xí)r亥|J t6 為止的時(shí)間τ 56的各個(gè)，如果其間的向光電二極管PD的入射光量一定，則互相相等。這樣的重復(fù)動(dòng)作，從積分電路10中的積分動(dòng)作開(kāi)始的時(shí)刻、開(kāi)始，到經(jīng)過(guò)一定時(shí)間T的時(shí)刻t7( = ti+T)為止進(jìn)行。從時(shí)刻t6至?xí)r刻t7為止的時(shí)間比上述時(shí)間τ 12等短。 在該一定時(shí)間T的期間，從比較電路20輸出的飽和信號(hào)Ct1從理論電平L轉(zhuǎn)換為理論電平 H的次數(shù)，由計(jì)數(shù)電路40計(jì)數(shù)。S卩，計(jì)數(shù)電路40中的計(jì)數(shù)值，時(shí)刻t2時(shí)值為1，時(shí)刻t3時(shí)值為2，時(shí)刻t4時(shí)值為3，時(shí)刻t5時(shí)值為4，時(shí)刻t6時(shí)值為5。S卩，通過(guò)積分電路10、比較電路 20、電荷注入電路30、以及計(jì)數(shù)電路40，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換功能。時(shí)刻t7前，保持電路51的開(kāi)關(guān)SW51，SW54閉合，在時(shí)刻t7，保持電路51的開(kāi)關(guān)SW51, Sff54斷開(kāi)。其結(jié)果，時(shí)刻t7前從積分電路10輸出的電壓值Vltl的值V51通過(guò)保持電路51采樣并保持。另外，在時(shí)刻、，保持電路52的開(kāi)關(guān)SW51，SW54閉合，時(shí)刻、之后保持電路52的開(kāi)關(guān)SW51，Sff54斷開(kāi)，其結(jié)果，時(shí)刻、時(shí)，通過(guò)積分電路10的開(kāi)關(guān)SWltl斷開(kāi)而產(chǎn)生的從積分電路10輸出的噪聲(kTC噪聲)的值V52通過(guò)保持電路52采樣并保持。之后，時(shí)刻t7以后的時(shí)刻t8 t9期間，通過(guò)將保持電路51及保持電路52各自的開(kāi)關(guān)SW52，Sff53閉合，由保持電路51保持的電壓值V51，以及，由保持電路51保持的電壓值 V52，被輸入至放大電路60，該2個(gè)電壓值的差的K倍的電壓值(K(V51-V52))從放大電路60 輸出。從放大電路60輸出的電壓值被輸入至AD轉(zhuǎn)換電路70，對(duì)應(yīng)于該輸入電壓值的數(shù)字值從AD轉(zhuǎn)換電路70輸出。另外，時(shí)刻t7以后，計(jì)數(shù)電路40中的計(jì)數(shù)動(dòng)作停止，時(shí)刻t7時(shí)的計(jì)數(shù)值通過(guò)計(jì)數(shù)電路40保持。之后，在時(shí)刻t7 t9期間，讀出部4n的開(kāi)關(guān)SW閉合，由該讀出部4n的計(jì)數(shù)電路40保持的計(jì)數(shù)值，經(jīng)由開(kāi)關(guān)SW而輸出。以上的動(dòng)作中，在時(shí)刻、 t7期間的動(dòng)作，在N個(gè)讀出部I 4n中并列地同時(shí)進(jìn)行。另一方面，時(shí)刻、以后的動(dòng)作，對(duì)于N個(gè)讀出部4i 4N依次進(jìn)行。如上述的那樣，對(duì)于N個(gè)讀出部I 4n的各個(gè)依次地，作為相對(duì)于向光電二極管PD的入射光量的輸出值，可得到作為計(jì)數(shù)電路40的計(jì)數(shù)值的第1數(shù)字值，以及，作為AD轉(zhuǎn)換電路70的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的第2數(shù)字值。從上述動(dòng)作可以理解，第2數(shù)字值相對(duì)于第1數(shù)字值位于下位。如果第1數(shù)字值由 Ml比特表示，第2數(shù)字值由M2比特表示，則從該光檢測(cè)裝置1輸出的數(shù)字值作為(M1+M2) 比特的數(shù)據(jù)Dmpm^1 Dtl表示。其中，上位Ml比特的數(shù)據(jù)Dt^i1 Dm2與第1數(shù)字值相對(duì)應(yīng)， 下位M2比特的數(shù)據(jù)D^1 Dtl與第2數(shù)字值相對(duì)應(yīng)。
因此，本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1中，向光電二極管PD的入射光量值，通過(guò)由積分電路10、比較電路20、電荷注入電路30、以及計(jì)數(shù)電路40實(shí)現(xiàn)的AD轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換為第1數(shù)字值，并且，通過(guò)該AD轉(zhuǎn)換功 能未實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的剩余的值，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路70而轉(zhuǎn)換為第2數(shù)字值。因此，該光檢測(cè)裝置1中，可在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)在短時(shí)間檢測(cè)出入射光量。另外，該光檢測(cè)裝置1中，多個(gè)光電二極管PD排列成1維狀或2維狀的情況下，能夠在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)對(duì)入射光像進(jìn)行攝像。另外，本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1中，放大電路60輸入從保持電路51輸出的電壓值V51，并且輸入從保持電路52輸出的電壓值V52，將使這些輸入的2個(gè)電壓值的差變?yōu)镵倍(其中，Κ> 1)的電壓值(K(V51-V52))輸出至AD轉(zhuǎn)換電路70。之后，AD轉(zhuǎn)換電路 70，將比較電路20中的基準(zhǔn)值Vref2的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值，輸入從放大電路 60輸出的電壓值，并輸出對(duì)應(yīng)于該電壓值的第2數(shù)字值(下位Μ2比特的數(shù)據(jù)D^1 Dtl)。 由此，AD轉(zhuǎn)換電路70中的AD轉(zhuǎn)換動(dòng)作之時(shí)產(chǎn)生的噪聲被抑制為K分之一，所以從光檢測(cè)裝置1輸出的數(shù)字值(數(shù)據(jù)Dmt^1 Dtl)可成為高精度的數(shù)據(jù)。這樣，本實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置1能夠輸出對(duì)應(yīng)于入射光量的高精度的數(shù)字值。以上說(shuō)明的結(jié)構(gòu)中，2個(gè)保持電路51及保持電路52被設(shè)置，將分別從保持電路51 及保持電路52輸出的電壓值的差變?yōu)镵倍的電壓值從放大電路60輸出。由此，從放大電路60輸出的電壓值，表示積分電路20中產(chǎn)生的噪聲成分被除去之后的值。在沒(méi)有必要除去這樣的噪聲成分的情況下，也可不設(shè)置保持電路52。此外，如圖4所示，作為保持電路50也可設(shè)置4個(gè)保持電路511; 521; 512，522。圖4 是表示另一個(gè)實(shí)施方式所涉及的光檢測(cè)裝置IA的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖4中的4個(gè)保持電路 Sl1AZ1Al2A^的各個(gè)，與已經(jīng)說(shuō)明的圖2中的保持電路51，52的各結(jié)構(gòu)具有相同的結(jié)構(gòu)。保持電路511;512的各個(gè)，與圖2中的保持電路51相同地，將從積分電路20輸出的電壓值(包含信號(hào)成分以及噪聲成分)保持并輸出。保持電路521; 522的各個(gè)，與圖2中的保持電路52相同地，將從積分電路20輸出的電壓值(僅包含噪聲成分)保持并輸出。第 1組保持電路Sl1AZ1和第2組保持電路512，522雖然進(jìn)行同樣的動(dòng)作，但動(dòng)作時(shí)序不同。S卩，光檢測(cè)裝置IA中，連續(xù)的多個(gè)期間的各個(gè)內(nèi)，進(jìn)行由積分電路10、比較電路 20、電荷注入電路30、以及計(jì)數(shù)電路40進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換動(dòng)作，并從計(jì)數(shù)電路40輸出計(jì)數(shù)值 (第1數(shù)字值)。該連續(xù)的多個(gè)期間內(nèi)的某個(gè)第1期間中，由第1組保持電路Si1AZ1進(jìn)行電壓值的采樣動(dòng)作，另一方面，由第2組保持電路512，522進(jìn)行保持的電壓值通過(guò)放大電路 60放大、通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路70進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換而輸出第2數(shù)字值。與該第1期間連續(xù)的第2期間中，由第2組保持電路512，522進(jìn)行電壓值的采樣動(dòng)作，另一方面，由第1組保持電路51” 52i進(jìn)行保持的電壓值通過(guò)放大電路60放大、通過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路70進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換而輸出第2 數(shù)字值。該光檢測(cè)裝置IA由控制部90A控制。如圖4所示，控制部90A對(duì)于讀出部4工 4n的各個(gè)開(kāi)關(guān)SWltl，計(jì)數(shù)電路40，保持電路51!的Sff51 SW54，保持電路52!的Sff51 Sff54, 保持電路512的SW51 SW54,保持電路522的SW51 SW54,以及開(kāi)關(guān)SW和AD轉(zhuǎn)換電路賦予控制信號(hào)，以規(guī)定的時(shí)序控制這些動(dòng)作。這樣，光檢測(cè)裝置IA中，從積分電路10輸出的電壓值交替地采樣并保持于第1組保持電路Sl1AZ1和第2組保持電路512，522，并行地進(jìn)行由積分電路10、比較電路20、電荷注入電路30、以及計(jì)數(shù)電路40進(jìn)行的處理和由放大電路60以及AD轉(zhuǎn)換回路70進(jìn)行的處理。因此，該光檢測(cè)裝置1A，除了能夠?qū)崿F(xiàn)與上述的光檢測(cè)裝置1相同的效果，還能夠高速地進(jìn)行光檢測(cè)或攝像。此外，光檢測(cè)裝置IA中，在積分電路20中產(chǎn)生的噪聲成分沒(méi)有除去的必要的情況下，也可不設(shè)置保持電路512，522。符號(hào)的說(shuō)明L··· 光檢測(cè)裝置、2…光電二極管陣列、3…信號(hào)處理裝置、I 4N…讀出部、10···積分電路、20···比較電路、30···電荷注入電路、40···計(jì)數(shù)電路、50 52…保持電路、60···放大電路、70…AD轉(zhuǎn)換電路、80···基準(zhǔn)值生成電路。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)處理裝置，其特征在于，輸出對(duì)應(yīng)于電荷的量的值的電信號(hào)，該電荷為對(duì)應(yīng)于向光電二極管的入射光量而在該光電二極管所產(chǎn)生的電荷， 所述信號(hào)處理裝置具備積分電路，具有存儲(chǔ)從所述光電二極管輸出的電荷的積分電容元件，并輸出對(duì)應(yīng)于該積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷的量的電壓值；比較電路，輸入從所述積分電路輸出的電壓值，對(duì)該電壓值和規(guī)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行大小比較，當(dāng)所述電壓值達(dá)到所述基準(zhǔn)值時(shí)，輸出表示該信息的飽和信號(hào)；電荷注入電路，基于從所述比較電路輸出的飽和信號(hào)，將與所述積分電路的所述積分電容元件中存儲(chǔ)的電荷極性相反的一定量的電荷注入到所述積分電容元件中；計(jì)數(shù)電路，基于從所述比較電路輸出的飽和信號(hào)，對(duì)從所述積分電路輸出的電壓值達(dá)到所述基準(zhǔn)值的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；保持電路，將從所述積分電路輸出的電壓值保持并輸出；放大電路，輸入由所述保持電路保持并輸出的電壓值，輸出將該輸入的電壓值變?yōu)镵 倍的電壓值，其中，K > 1 ；以及AD轉(zhuǎn)換電路，將所述比較電路中的所述基準(zhǔn)值的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值， 輸入從所述放大電路輸出的電壓值，輸出對(duì)應(yīng)于該電壓值的數(shù)字值。
2.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，還具備基準(zhǔn)值生成電路，輸入用于設(shè)定所述AD轉(zhuǎn)換電路中的所述最大輸入電壓值的基準(zhǔn)值，將該基準(zhǔn)值的K分之一的電壓值作為所述基準(zhǔn)值賦予所述比較電路。
3.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于， 具備作為所述保持電路的第1保持電路和第2保持電路，所述放大電路輸入分別從所述第1保持電路以及所述第2保持電路輸出的電壓值，并輸出將該輸入的2個(gè)電壓值的差變?yōu)镵倍的電壓值。
4.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于， 具備作為所述保持電路的第1保持電路和第2保持電路，將從所述積分電路輸出的電壓值交替地保持在所述第1保持電路和所述第2保持電路中，并行地進(jìn)行由所述積分電路、所述比較電路、所述電荷注入電路以及所述計(jì)數(shù)電路進(jìn)行的處理、以及由所述放大電路以及所述AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行的處理。
5.如權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于，針對(duì)多組所述積分電路、所述比較電路、所述電荷注入電路、所述計(jì)數(shù)電路以及所述保持電路，設(shè)置1組所述放大電路以及所述AD轉(zhuǎn)換電路，將由各組所述保持電路輸出的電壓值依次輸入至所述放大電路。
6.一種光檢測(cè)裝置，其特征在于， 具備光電二極管，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷；以及如權(quán)利要求1 5中任意一項(xiàng)所述的信號(hào)處理裝置，輸出對(duì)應(yīng)于所述光電二極管所產(chǎn)生的電荷的量的值的電信號(hào)。
全文摘要
一個(gè)實(shí)施方式的信號(hào)處理裝置中，積分電路將來(lái)自光電二極管的電荷存儲(chǔ)于積分電容元件，并輸出對(duì)應(yīng)于電荷的量的電壓值。比較電路，當(dāng)從積分電路輸出的電壓值達(dá)到基準(zhǔn)值時(shí)，輸出飽和信號(hào)。電荷注入電路對(duì)應(yīng)于飽和信號(hào)，將極性相反的電荷注入到積分電容元件中。計(jì)數(shù)電路，基于飽和信號(hào)，進(jìn)行計(jì)數(shù)。保持電路，將來(lái)自積分電路的電壓值保持。放大電路輸出由保持電路保持的電壓值的K倍(其中，K＞1)的電壓值。AD轉(zhuǎn)換電路，將基準(zhǔn)值的K倍的電壓值作為最大輸入電壓值，即滿階值，輸出對(duì)應(yīng)于來(lái)自放大電路的電壓值的數(shù)字值。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102308573SQ20108000647
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者小林真, 山本洋夫, 水野誠(chéng)一郎 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社