(57)【要約】【課題】  高感度かつ高ダイナミックレンジで光検出をすることができる光検出装置を提供する。【解決手段】  画素部Ｐｍ,ｎは、フォトダイオードＰＤ、第１容量部Ｃ１、第２容量部Ｃ２およびトランジスタＴ１〜Ｔ６を含む。トランジスタＴ１は、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を第１容量部Ｃ１へ転送する。トランジスタＴ２は、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を第２容量部Ｃ２へ転送する。増幅用トランジスタＴ３は、第１容量部Ｃ１に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する。トランジスタＴ４は、増幅用トランジスタＴ３から出力される電圧値を配線Ｌ１,ｎへ選択的に出力する。トランジスタＴ３およびトランジスタＴ４は、ソースフォロワ回路を構成している。トランジスタＴ５およびトランジスタＴ６は、第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２それぞれに蓄積されている電荷を配線Ｌ２,ｎへ選択的に出力する。【選択図】  図３
2006064525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで発生した電荷を蓄積する第１容量部および第２容量部と、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記第１容量部へ転送する第１転送手段と、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記第２容量部へ転送する第２転送手段と、ゲート端子が前記第１容量部に接続されていて前記第１容量部に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅用トランジスタと、前記増幅用トランジスタから出力される電圧値を選択的に出力する第１出力手段と、前記第１容量部および前記第２容量部それぞれに蓄積されている電荷を選択的に出力する第２出力手段と、前記第１容量部および前記第２容量部それぞれの電荷を初期化する初期化手段と、を含む画素部と、
前記画素部の前記第１出力手段により出力される電圧値を読み出して、この電圧値に応じた第１電圧値を出力する第１信号処理部と、
前記画素部の前記第２出力手段により出力される電荷量を読み出して、この電荷量に応じた第２電圧値を出力する第２信号処理部と、
を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記画素部が、前記第１容量部および前記第２容量部を経ること無く前記フォトダイオードで発生した電荷を選択的に出力する第３出力手段を更に含み、
前記画素部の前記第３出力手段により出力される電荷量を読み出して、この電荷量に応じた第３電圧値を出力する第３信号処理部を更に備える、
ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項３】
前記第２信号処理部と前記第３信号処理部とが共通であることを特徴とする請求項２記載の光検出装置。
【請求項４】
前記第２信号処理部が、
第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有し、前記画素部の前記第２出力手段により出力される電荷量を前記第１入力端子に入力し、基準電圧を前記第２入力端子に入力する増幅器と、
前記増幅器の前記第１入力端子と前記出力端子との間に接続された帰還容量部と、
を含み、
前記画素部の前記第２出力手段により出力される電荷量を前記帰還容量部に蓄積して、その蓄積電荷量に応じた第２電圧値を出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第２信号処理部の前記増幅器の前記第１入力端子が、前記画素部の前記第２出力手段および前記初期化手段と共通端子を介して接続され、
前記第２信号処理部の前記増幅器の前記第２入力端子に入力する基準電圧の値が可変である、
ことを特徴とする請求項４記載の光検出装置。
【請求項６】
前記帰還容量部の容量値が可変であることを特徴とする請求項４記載の光検出装置。
【請求項７】
前記第１信号処理部から出力される第１電圧値、および、前記第２信号処理部から出力される第２電圧値を入力して、これら第１電圧値および第２電圧値のうちの何れか一つの電圧値を選択して出力する選択部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項８】
前記第１信号処理部から出力される第１電圧値、前記第２信号処理部から出力される第２電圧値、および、前記第３信号処理部から出力される第３電圧値を入力して、これら第１電圧値，第２電圧値および第３電圧値のうちの何れか一つの電圧値を選択して出力する選択部を更に備えることを特徴とする請求項２記載の光検出装置。
【請求項９】
前記選択部から出力される電圧値を入力してＡ／Ｄ変換し、この電圧値に応じたデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部を更に備えることを特徴とする請求項７または８記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタル値を入力し、前記選択部において何れが選択されたかに応じて前記デジタル値のビットをシフトして出力するビットシフト部を更に備えることを特徴とする請求項９記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光検出装置として、ＣＭＯＳ技術を用いたものが知られており、また、その中でもアクティブピクセル方式のものが知られている（例えば特許文献１を参照）。アクティブピクセル方式の光検出装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むアクティブピクセル型の画素部を有していて、画素部において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷を、トランジスタからなるソースフォロワ回路を経て電荷-電圧変換するものであり、高感度かつ低ノイズで光検出を行なうことができる。
【０００３】
画素部内においてフォトダイオードで発生した電荷を蓄積する寄生容量部の容量値をＣｆとし、その電荷の量をＱとすると、電荷-電圧変換により得られる出力電圧値Ｖは「Ｖ＝Ｑ／Ｃｆ」なる式で表される。この式から判るように、寄生容量部の容量値Ｃｆを小さくすることで、光検出の感度を高くすることができる。
【０００４】
一方、出力電圧値Ｖは、使用可能な電源電圧範囲および回路系の制約により、数Ｖ程度が上限である。このことから、寄生容量部に蓄積され得る電荷の量Ｑにも上限がある。
【０００５】
仮に、この寄生容量部に蓄積され得る電荷の量Ｑの上限値（飽和電荷量）を大きくするには、寄生容量部の容量値Ｃｆを大きくするか、または、電源電圧値を大きくすることが考えられる。しかし、寄生容量部の容量値Ｃｆを大きくするには、微細ＣＭＯＳプロセスにより製造せざるを得ないことから、電源電圧値を小さくせざるを得ないこととなり、結局、飽和電荷量を大きくすることはできない。また、寄生容量部の容量値Ｃｆを大きくすると、せっかくの高感度という利点が失われてしまう。
【特許文献１】特開平１１−２７４４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、従来の光検出装置は、高感度で光検出をすることができるものの、飽和電荷量の制約に因り、光検出のダイナミックレンジが低いという欠点を有している。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高感度かつ高ダイナミックレンジで光検出をすることができる光検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光検出装置は、(1) 入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、フォトダイオードで発生した電荷を蓄積する第１容量部および第２容量部と、フォトダイオードで発生した電荷を第１容量部へ転送する第１転送手段と、フォトダイオードで発生した電荷を第２容量部へ転送する第２転送手段と、ゲート端子が第１容量部に接続されていて第１容量部に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅用トランジスタと、増幅用トランジスタから出力される電圧値を選択的に出力する第１出力手段と、第１容量部および第２容量部それぞれに蓄積されている電荷を選択的に出力する第２出力手段と、第１容量部および第２容量部それぞれの電荷を初期化する初期化手段と、を含む画素部と、(2) 画素部の第１出力手段により出力される電圧値を読み出して、この電圧値に応じた第１電圧値を出力する第１信号処理部と、(3) 画素部の第２出力手段により出力される電荷量を読み出して、この電荷量に応じた第２電圧値を出力する第２信号処理部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この光検出装置では、画素部において、入射光強度に応じた量の電荷がフォトダイオードで発生すると、その電荷は、第１転送手段により転送されて第１容量部により蓄積され、或いは、第２転送手段により転送されて第２容量部により蓄積される。第１容量部に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が増幅用トランジスタから出力され、その電圧値は第１出力手段により画素部から選択的に出力される。第１容量部および第２容量部それぞれに蓄積されている電荷は第２出力手段により画素部から選択的に出力される。画素部の第１出力手段により出力される電圧値は、第１信号処理部により読み出されて、この電圧値に応じた第１電圧値が出力される。また、画素部の第２出力手段により出力される電荷量は、第２信号処理部により読み出されて、この電荷量に応じた第２電圧値が出力される。第１電圧値は、画素部への入射光強度を高感度で表すものである。一方、第２電圧値は、画素部への入射光強度を高ダイナミックレンジで表すものである。
【００１０】
本発明に係る光検出装置は、(1) 画素部が、第１容量部および第２容量部を経ること無くフォトダイオードで発生した電荷を選択的に出力する第３出力手段を更に含み、(2) 画素部の第３出力手段により出力される電荷量を読み出して、この電荷量に応じた第３電圧値を出力する第３信号処理部を更に備えるのが好適である。第２信号処理部と第３信号処理部とは共通であってもよい。この場合には、画素部のフォトダイオードで発生した電荷は、第１容量部および第２容量部を経ること無く、第３出力手段により選択的に出力される。その電荷量は第３信号処理部により読み出されて、この電荷量に応じた第３電圧値が出力される。この第２電圧値は、画素部への入射光強度を更に高ダイナミックレンジで表すものである。
【００１１】
第２信号処理部は、(1) 第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有し、画素部の第２出力手段により出力される電荷量を第１入力端子に入力し、基準電圧を第２入力端子に入力する増幅器と、(2) 増幅器の第１入力端子と出力端子との間に接続された帰還容量部とを含み、画素部の第２出力手段により出力される電荷量を帰還容量部に蓄積して、その蓄積電荷量に応じた第２電圧値を出力するのが好適である。また、第２信号処理部の増幅器の第１入力端子は、画素部の第２出力手段および初期化手段と共通端子を介して接続され、第２信号処理部の増幅器の第２入力端子に入力する基準電圧の値が可変であるのが好適である。この場合、帰還容量部の容量値が可変であるのが好適である。
【００１２】
本発明に係る光検出装置は、第１信号処理部から出力される第１電圧値、および、第２信号処理部から出力される第２電圧値を入力して、これら第１電圧値および第２電圧値のうちの何れか一つの電圧値を選択して出力する選択部を更に備えるのが好適である。或いは、本発明に係る光検出装置は、第３信号処理部を備える場合には、第１信号処理部から出力される第１電圧値、第２信号処理部から出力される第２電圧値、および、第３信号処理部から出力される第３電圧値を入力して、これら第１電圧値，第２電圧値および第３電圧値のうちの何れか一つの電圧値を選択して出力する選択部を更に備えるのが好適である。選択部から出力される電圧値を入力してＡ／Ｄ変換し、この電圧値に応じたデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換部を更に備えるのが好適である。また、Ａ／Ｄ変換部から出力されるデジタル値を入力し、選択部において何れが選択されたかに応じてデジタル値のビットをシフトして出力するビットシフト部を更に備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高感度かつ高ダイナミックレンジで光検出をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、ＭおよびＮそれぞれは２以上の整数であり、特に明示しない限りは、ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数である。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る光検出装置１の概略構成図である。図２は、本実施形態に係る光検出装置１の光検出部１０の構成図である。これらの図に示される光検出装置１は、光検出部１０、第１信号処理部２０、第２信号処理部３０、データ出力部４０およびタイミング制御部５０を有する。これらは、共通の半導体基板上に形成されているのが好適であり、その場合の基板上の配置が図示のとおりであるのが好適である。なお、タイミング制御部５０は、この光検出装置１の全体の動作を制御するものであるが、複数の部分に分割されて互いに離れて基板上に配置されていてもよい。
【００１６】
光検出部１０は、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐｍ,ｎを有する。各画素部Ｐｍ,ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。各画素部Ｐｍ,ｎは、フォトダイオード等を含み共通の構成を有しており、該フォトダイオードに入射した光の強度に応じた電圧値を配線Ｌ１,ｎへ出力するとともに、当該光強度に応じた量の電荷を配線Ｌ２,ｎへ出力する。各配線Ｌ１,ｎは、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれの出力端に共通に接続されている。また、各配線Ｌ２,ｎは、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれの他の端子に共通に接続されている。
【００１７】
第１信号処理部２０は、Ｎ本の配線Ｌ１,１〜Ｌ１,Ｎと接続されており、各画素部Ｐｍ,ｎから配線Ｌ１,ｎへ出力される電圧値を入力して、所定の処理を行なった後に、画素データを表す第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎを順次に出力する。各電圧値Ｖ１,ｍ,ｎは、画素部Ｐｍ,ｎへ入射する光の強度に応じた値である。特に、この第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎは、画素部Ｐｍ,ｎの容量部が飽和していないとき、すなわち、画素部Ｐｍ,ｎへの入射光の強度が比較的小さいときに、その入射光強度を高感度で検出した結果を高精度に表す。
【００１８】
第２信号処理部３０は、Ｎ本の配線Ｌ２,１〜Ｌ２,Ｎと接続されており、各画素部Ｐｍ,ｎから配線Ｌ２,ｎへ出力される電荷を入力し、その電荷を容量部に蓄積して、その容量部に蓄積した電荷の量に応じた第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎを順次に出力する。この第２信号処理部３０に含まれる容量部の容量値は、画素部Ｐｍ,ｎに含まれる容量部の容量値より大きい。各電圧値Ｖ２,ｍ,ｎは、画素部Ｐｍ,ｎへ入射する光の強度に応じた値である。また、この第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎは、画素部Ｐｍ,ｎの容量部が飽和しているとき、すなわち、画素部Ｐｍ,ｎへの入射光の強度が比較的大きいときにも、その入射光強度を検出した結果を高精度に表す。
【００１９】
データ出力部４０は、第１信号処理部２０から出力される第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎと、第２信号処理部３０から出力される第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎとを入力し、所定の処理を行なってデジタル値Ｄｍ,ｎを出力する。各デジタル値Ｄｍ,ｎは、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎおよび第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎの何れか一方がＡ／Ｄ変換された結果の値であり、画素部Ｐｍ,ｎへ入射する光の強度を表す。
【００２０】
タイミング制御部５０は、光検出部１０、第１信号処理部２０、第２信号処理部３０およびデータ出力部４０それぞれの動作を制御する。タイミング制御部５０は、例えばシフトレジスタ回路により所定のタイミングで各種の制御信号を発生させて、これらの制御信号を光検出部１０、第１信号処理部２０、第２信号処理部３０およびデータ出力部４０それぞれへ送出する。なお、図１および図２では、制御信号を送る為の配線の図示が一部省略されている。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る光検出装置１の光検出部１０に含まれる画素部Ｐｍ,ｎの回路図である。各画素部Ｐｍ,ｎは、フォトダイオードＰＤ、第１容量部Ｃ１、第２容量部Ｃ２およびトランジスタＴ１〜Ｔ６を含む。フォトダイオードＰＤは、入射光強度に応じた量の電荷を発生するものであり、そのアノード端子が接地電位とされている。第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２は、各々の第１端が接地されていて、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を蓄積するものである。第２容量部Ｃ２の容量値は、第１容量部Ｃ１の容量値より大きく、第１容量部Ｃ１の容量値の１０倍以上であるのが好適である。
【００２２】
トランジスタＴ１は、フォトダイオードＰＤのカソード端子と第１容量部Ｃ１の第２端との間に設けられ、ゲート端子に入力するTrans1信号がハイレベルであるときにソース端子とドレイン端子との間が低抵抗となって、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を第１容量部Ｃ１へ転送する第１転送手段として作用する。また、トランジスタＴ２は、フォトダイオードＰＤのカソード端子と第２容量部Ｃ２の第２端との間に設けられ、ゲート端子に入力するTrans2信号がハイレベルであるときにソース端子とドレイン端子との間が低抵抗となって、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を第２容量部Ｃ２へ転送する第２転送手段として作用する。
【００２３】
増幅用トランジスタＴ３は、ゲート端子が第１容量部Ｃ１に接続されていて、第１容量部Ｃ１に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値を出力する。なお、第１容量部Ｃ１は、増幅用トランジスタＴ３のゲート端子に形成された寄生容量部であってもよいし、意図的に作り込まれた容量部であってもよい。トランジスタＴ４は、増幅用トランジスタＴ３と配線Ｌ１,ｎとの間に設けられ、ゲート端子に入力するSelect信号がハイレベルであるときにソース端子とドレイン端子との間が低抵抗となって、増幅用トランジスタＴ３から出力される電圧値を配線Ｌ１,ｎへ選択的に出力する第１出力手段として作用する。配線Ｌ１,ｎには定電流源が接続されている。トランジスタＴ３およびトランジスタＴ４は、ソースフォロワ回路を構成している。
【００２４】
トランジスタＴ５は、第１容量部Ｃ１と配線Ｌ２,ｎとの間に設けられ、ゲート端子に入力するReset信号がハイレベルであるときにソース端子とドレイン端子との間が低抵抗となる。また、トランジスタＴ６は、第１容量部Ｃ１と第２容量部Ｃ２との間に設けられ、ゲート端子に入力するCom信号がハイレベルであるときにソース端子とドレイン端子との間が低抵抗となる。これらトランジスタＴ５およびトランジスタＴ６は、第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２それぞれに蓄積されている電荷を配線Ｌ２,ｎへ選択的に出力する第２出力手段として作用するとともに、第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２それぞれの電荷を初期化する初期化手段としても作用する。これら第２出力手段および初期化手段は、共通端子を介して、第２信号処理部３０と接続されている。
【００２５】
このように構成される各画素部Ｐｍ,ｎは、Trans1信号がローレベルであってReset信号およびCom信号がハイレベルであるときに、配線Ｌ２,ｎからバイアス電位がトランジスタＴ５に入力すると、第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２それぞれの電荷が初期化される。Select信号がハイレベルであれば、その初期化状態に応じた電圧値（暗信号成分）が増幅用トランジスタＴ３からトランジスタＴ４を経て配線Ｌ１,ｎに出力される。
【００２６】
一方、Reset信号がローレベルであってTrans1信号がハイレベルであるときに、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は第１容量部Ｃ１に蓄積される。また、Reset信号がローレベルであってTrans2信号がハイレベルであるときに、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は第２容量部Ｃ２に蓄積される。そして、Select信号がハイレベルであれば、第１容量部Ｃ１における蓄積電荷量に応じた電圧値（明信号成分）が、増幅用トランジスタＴ３からトランジスタＴ４を経て配線Ｌ１,ｎに出力される。また、Reset信号およびCom信号がハイレベルになると、第１容量部Ｃ１に蓄積されていた電荷はトランジスタＴ５を経て配線Ｌ２,ｎに出力され、第２容量部Ｃ２に蓄積されていた電荷はトランジスタＴ６およびトランジスタＴ５を経て配線Ｌ２,ｎに出力される。
【００２７】
なお、Trans1信号、Trans2信号、Select信号、Reset信号およびCom信号それぞれは、タイミング制御部５０から出力される。
【００２８】
図４は、画素部Ｐｍ,ｎに含まれるフォトダイオードＰＤの断面図である。この図に示されるように、フォトダイオードＰＤは、埋込型のものであるのが好適である。フォトダイオードＰＤは、ｐ領域１０１と、このｐ領域１０１の上のｎ−領域１０２と、このｎ−領域１０２の上のｐ＋領域１０３と、を含んで構成される。ｐ領域１０１とｎ−領域１０２とはｐｎ接合を形成しており、ｎ−領域１０２とｐ＋領域１０３との間でもｐｎ接合を形成している。また、ｎ−領域１０２の一部は半導体層表面に達している。
【００２９】
トランジスタＴ１は、ｐ領域１０１の上のｎ領域１０４と、ｎ−領域１０２のうち半導体層表面に達している部分と、これらの間の領域であって絶縁層１０５上に形成されたゲート電極１０６と、を含んで構成される。ｎ領域１０４は、増幅用トランジスタＴ３のゲート端子と電気的に接続され、トランジスタＴ５のソース端子と電気的に接続されている。ｐ領域１０１とｎ領域１０４とは、ｐｎ接合を形成しており、画素部Ｐｍ,ｎ内においてフォトダイオードＰＤで発生した電荷を蓄積する寄生容量部（第１容量部Ｃ１）を構成している。
【００３０】
このようにフォトダイオードＰＤが埋込型のものである場合には、表面によるリーク電流の発生が抑制される。また、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を寄生容量部へ転送する期間に、フォトダイオードＰＤの逆バイアス電圧を大きくすることで、フォトダイオードＰＤのｐｎ接合部における空乏層を完全なものとして、フォトダイオードＰＤの接合容量値を殆ど零にすることができるので、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を殆ど完全に寄生容量部へ転送することができる。したがって、フォトダイオードＰＤが埋込型のものである場合には、光検出のＳ／Ｎ比向上および高感度化に有効である。
【００３１】
図５は、本実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２０の構成図である。第１信号処理部２０は、Ｎ個の電圧保持部Ｈ１〜ＨＮ、２つの電圧フォロワ回路Ｆ１，Ｆ２、および、減算回路Ｓを含む。各電圧保持部Ｈｎは、共通の構成を有していて、配線Ｌ１,ｎと接続されており、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれから配線Ｌ１,ｎへ出力される電圧値を入力して保持することができ、また、その保持している電圧値を出力することができる。Ｎ個の電圧保持部Ｈ１〜ＨＮそれぞれは順次に電圧値を出力する。各電圧保持部Ｈｎが保持し出力する電圧値は、画素部Ｐｍ,ｎから互いに異なる時刻に出力される２つの電圧値Ｖｎ,１，Ｖｎ,２である。
【００３２】
２つの電圧フォロワ回路Ｆ１，Ｆ２それぞれは、共通の構成を有しており、増幅器の反転入力端子と出力端子とが互いに直接に接続されており、高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを有し、理想的には増幅率１の増幅回路である。一方の電圧フォロワ回路Ｆ１は、Ｎ個の電圧保持部Ｈ１〜ＨＮそれぞれから順次に出力される一方の電圧値Ｖｎ,１を非反転入力端子に入力する。他方の電圧フォロワ回路Ｆ２は、Ｎ個の電圧保持部Ｈ１〜ＨＮそれぞれから順次に出力される他方の電圧値Ｖｎ,２を非反転入力端子に入力する。
【００３３】
減算回路Ｓは、増幅器および４個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４を有している。増幅器の反転入力端子は、抵抗器Ｒ１を介して電圧フォロワ回路Ｆ１の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ３を介して自己の出力端子と接続されている。増幅器の非反転入力端子は、抵抗器Ｒ２を介して電圧フォロワ回路Ｆ２の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ４を介して接地電位と接続されている。電圧フォロワ回路Ｆ１，Ｆ２それぞれの増幅率を１として、４個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４それぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、減算回路Ｓの出力端子から出力される第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎは「Ｖ１,ｍ,ｎ＝Ｖｎ,２−Ｖｎ,１」なる式で表される。
【００３４】
図６は、本実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２０に含まれる電圧保持部Ｈｎの回路図である。各電圧保持部Ｈｎは、第１保持部Ｈｎ,１および第２保持部Ｈｎ,２を含む。第１保持部Ｈｎ,１および第２保持部Ｈｎ,２それぞれは、互いに同様の構成であり、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれのトランジスタＴ４から順次に出力される電圧値を入力して保持することができ、また、その保持している電圧値を出力することができる。
【００３５】
第１保持部Ｈｎ,１は、トランジスタＴ１１、トランジスタＴ１２および容量素子Ｃ１０を含む。容量素子Ｃ１０の一端は接地電位とされ、容量素子Ｃ１０の他端は、トランジスタＴ１１のドレイン端子およびトランジスタＴ１２のソース端子それぞれと接続されている。トランジスタＴ１１のソース端子は、配線Ｌ１,ｎを介して画素部Ｐｍ,ｎのトランジスタＴ４と接続されている。トランジスタＴ１２のドレイン端子は、電圧フォロワ回路Ｆ１と接続されている。このように構成される第１保持部Ｈｎ,１は、トランジスタＴ１１のゲート端子に入力するHold1信号がハイレベルであるときに、配線Ｌ１,ｎを介して接続されている画素部Ｐｍ,ｎから出力される電圧値を容量素子Ｃ１０に保持させ、トランジスタＴ１２のゲート端子に入力するOutput信号がハイレベルであるときに、容量素子Ｃ１０に保持されている電圧値Ｖｎ,１を電圧フォロワ回路Ｆ１へ出力する。
【００３６】
第２保持部Ｈｎ,２は、トランジスタＴ２１、トランジスタＴ２２および容量素子Ｃ２０を含む。容量素子Ｃ２０の一端は接地電位とされ、容量素子Ｃ２０の他端は、トランジスタＴ２１のドレイン端子およびトランジスタＴ２２のソース端子それぞれと接続されている。トランジスタＴ２１のソース端子は、配線Ｌ１,ｎを介して画素部Ｐｍ,ｎのトランジスタＴ４と接続されている。トランジスタＴ２２のドレイン端子は、電圧フォロワ回路Ｆ２と接続されている。このように構成される第２保持部Ｈｎ,２は、トランジスタＴ２１のゲート端子に入力するHold2信号がハイレベルであるときに、配線Ｌ１,ｎを介して接続されている画素部Ｐｍ,ｎから出力される電圧値を容量素子Ｃ２０に保持させ、トランジスタＴ２２のゲート端子に入力するOutput信号がハイレベルであるときに、容量素子Ｃ２０に保持されている電圧値Ｖｎ,２を電圧フォロワ回路Ｆ２へ出力する。
【００３７】
第１保持部Ｈｎ,１および第２保持部Ｈｎ,２それぞれは、互いに異なるタイミングで動作する。例えば、第１保持部Ｈｎ,１は、配線Ｌ１,ｎを介して接続されている画素部Ｐｍ,ｎにおいてTrans1信号がローレベルであってReset信号およびSelect信号それぞれがハイレベルであるときに増幅用トランジスタＴ３から出力される電圧値（暗信号成分）Ｖｎ,１を入力して保持する。一方、第２保持部Ｈｎ,２は、配線Ｌ１,ｎを介して接続されている画素部Ｐｍ,ｎにおいてReset信号がローレベルであってTrans1信号およびSelect信号それぞれがハイレベルであるときに増幅用トランジスタＴ３から出力される電圧値（明信号成分）Ｖｎ,２を入力して保持する。なお、Hold1信号、Hold2信号およびOutput信号それぞれは、タイミング制御部５０から出力される。
【００３８】
図７は、本実施形態に係る光検出装置１の第２信号処理部３０の構成図である。第２信号処理部３０は、Ｎ個の積分回路３１１〜３１Ｎ、Ｎ個のＣＤＳ回路３２１〜３２Ｎ、および、Ｎ個の保持回路３３１〜３３Ｎを含む。各積分回路３１ｎは、共通の構成を有していて、配線Ｌ２,ｎと接続されており、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれから配線Ｌ２,ｎへ出力される電荷を入力して蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力する。各ＣＤＳ回路３２ｎは、共通の構成を有していて、積分回路３１ｎから出力される電圧値を入力して、或る時刻と他の時刻それぞれにおける入力電圧値の差に応じた電圧値を出力する。各保持回路３３ｎは、共通の構成を有していて、ＣＤＳ回路３２ｎから出力される電圧値を入力して保持し、その保持した電圧値Ｖ２,ｍ,ｎを出力する。
【００３９】
図８は、本実施形態に係る光検出装置１の第２信号処理部３０に含まれる積分回路３１ｎ、ＣＤＳ回路３２ｎおよび保持回路３３ｎそれぞれの回路図である。
【００４０】
各積分回路３１ｎは、アンプＡ３１、容量素子Ｃ３１１〜Ｃ３１３およびスイッチＳＷ３１０〜ＳＷ３１４を含む。アンプＡ３１の非反転入力端子は、スイッチＳＷ３１４を介して、基準電圧Ｖｒｅｆ１および基準電圧Ｖｒｅｆ２の何れかが印加される。基準電圧Ｖｒｅｆ１より基準電圧Ｖｒｅｆ２が大きく、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ１は１.５Ｖ程度であり、基準電圧Ｖｒｅｆ２は３Ｖ程度である。アンプＡ３１の反転入力端子は、配線Ｌ２,ｎと接続されていて、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎそれぞれから配線Ｌ２,ｎへ出力される電荷を入力する。
【００４１】
アンプＡ３１の反転入力端子と出力端子との間には、スイッチＳＷ３１０、直列接続された容量素子Ｃ３１１およびスイッチＳＷ３１１、直列接続された容量素子Ｃ３１２およびスイッチＳＷ３１２、ならびに、直列接続された容量素子Ｃ３１３およびスイッチＳＷ３１３が、互いに並列的に設けられている。容量素子Ｃ３１１〜Ｃ３１３およびスイッチＳＷ３１１〜ＳＷ３１３は、容量値が可変である帰還容量部を構成している。すなわち、これらからなる帰還容量部は、アンプＡ３１の反転入力端子と出力端子との間に接続されていて、スイッチＳＷ３１１〜ＳＷ３１３それぞれの開閉状態に応じて異なる容量値を有する。
【００４２】
容量素子Ｃ３１１〜Ｃ３１３それぞれの容量値は、画素部Ｐｍ,ｎに含まれる第１容量部Ｃ１の容量値より大きい。帰還容量部の容量値の最大値は、画素部Ｐｍ,ｎに含まれる第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２それぞれの容量値の和の程度、または、それ以上である。帰還容量部の容量値の最大値は、スイッチＳＷ３１１〜ＳＷ３１３それぞれの開閉動作の態様にも依るが、スイッチＳＷ３１１〜ＳＷ３１３が同時に閉じる場合があれば、帰還容量部の容量値の最大値は、容量素子Ｃ３１１〜Ｃ３１３それぞれの容量値の総和であり、スイッチＳＷ３１１〜ＳＷ３１３のうちの何れか１つのみが閉じるのであれば、帰還容量部の容量値の最大値は、容量素子Ｃ３１１〜Ｃ３１３それぞれの容量値のうちの最大値である。
【００４３】
この積分回路３１ｎでは、スイッチＳＷ３１１〜ＳＷ３１３が閉じているときに、スイッチＳＷ３１０も閉じると、容量素子Ｃ３１１〜Ｃ３１３が放電されて、アンプＡ３１の出力端子から出力される電圧値が初期化される。スイッチＳＷ３１０が開いていると、配線Ｌ２,ｎを経て入力した電荷が帰還容量部に蓄積されて、その蓄積電荷量および帰還容量部の容量値に応じた電圧値がアンプＡ３１の出力端子から出力される。
【００４４】
各ＣＤＳ回路３２ｎは、アンプＡ３２、容量素子Ｃ３２およびスイッチＳＷ３２１，ＳＷ３２２を含む。容量素子Ｃ３２の一端は、スイッチＳＷ３２１を介して、積分回路３１ｎのアンプＡ３１の出力端子と接続されている。容量素子Ｃ３２の他端は、アンプＡ３２の入力端子と接続されるとともに、スイッチＳＷ３２２を介して接地電位と接続されている。このＣＤＳ回路３２ｎでは、第１時刻にスイッチＳＷ３２２が閉状態から開状態に転じ、その後の第２時刻にスイッチＳＷ３２１が閉状態から開状態に転じることで、第１時刻および第２時刻それぞれにおいて積分回路３１ｎから出力された電圧値の差に応じた電圧値がアンプＡ３２の出力端子から出力される。
【００４５】
各保持回路３３ｎは、容量素子Ｃ３３およびスイッチＳＷ３３１，ＳＷ３３２を含む。スイッチＳＷ３３１の一端は、ＣＤＳ回路３２ｎのアンプＡ３２の出力端子に接続されている。スイッチＳＷ３３２の一端は、保持回路３３ｎの出力端に接続されている。スイッチＳＷ３３１の他端とスイッチＳＷ３３２の他端とは互いに接続されていて、その接続点は容量素子Ｃ３３を介して接地電位と接続されている。この保持回路３３ｎでは、スイッチＳＷ３３１が閉じているときに、ＣＤＳ回路３２ｎから出力される電圧値が容量素子Ｃ３３に保持され、スイッチＳＷ３３２が閉じているときに、容量素子Ｃ３３に保持されている電圧値が第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎとして出力される。
【００４６】
各積分回路３１ｎのスイッチＳＷ３１０〜ＳＷ３１４、各ＣＤＳ回路３２ｎのスイッチＳＷ３２１，ＳＷ３２２、および、各保持回路３３ｎのスイッチＳＷ３３１，ＳＷ３３２それぞれは、タイミング制御部５０から出力される制御信号に基づいて開閉動作する。
【００４７】
図９は、本実施形態に係る光検出装置１のデータ出力部４０の構成図である。データ出力部４０は、選択部４１、Ａ／Ｄ変換部４２およびビットシフト部４３を含む。
【００４８】
選択部４１は、第１信号処理部２０から出力される第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎ、および、第２信号処理部３０から出力される第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎを入力し、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎと基準値とを大小比較した結果に基づいて、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎおよび第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎのうちの何れか一つの電圧値を選択して出力する。
【００４９】
具体的には、基準値は、第１信号処理部２０から出力される第１電圧値の飽和値、または、これより幾らか小さい値、に設定される。つまり、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎと基準値とを大小比較することで、画素部Ｐｍ,ｎの第１容量部Ｃ１が飽和しているか否かが判定され得る。そして、選択部４１は、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎが基準値より小さいときには第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎを出力し、一方、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎが基準値以上であるときには第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎを出力する。
【００５０】
なお、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎと基準値とを大小比較するのでは無く、第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎと基準値とを大小比較してもよい。この場合にも、基準値は、画素部Ｐｍ,ｎの第１容量部Ｃ１が飽和しているか否かを判定し得る値に設定される。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換部４２は、選択部４１から出力される電圧値を入力してＡ／Ｄ変換し、この電圧値に応じたデジタル値を出力する。
【００５２】
ビットシフト部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２から出力されるデジタル値を入力し、選択部４１において第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎおよび第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎのうちの何れが選択されたかに応じて、必要ビット数だけ入力デジタル値のビットをシフトして出力する。具体的には、画素部Ｐｍ,ｎに含まれる第１容量部Ｃ１の容量値に対して、各積分回路３１ｎの帰還容量部の容量値が２Ｋ倍（Ｋは１以上の整数）であるとすると、選択部４１において第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎが選択された場合には、ビットシフト部４３は入力デジタル値をそのまま出力デジタル値Ｄｍ,ｎとして出力し、一方、選択部４１において第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎが選択された場合には、ビットシフト部４３は入力デジタル値をＫビットだけ上位にシフトしたものを出力デジタル値Ｄｍ,ｎとして出力する。この出力デジタル値Ｄｍ,ｎは、パラレルデータであってもよいし、シリアルデータであってもよい。
【００５３】
このように、画素部Ｐｍ,ｎの第１容量部Ｃ１が飽和していないとき、すなわち、画素部Ｐｍ,ｎへの入射光の強度が比較的小さいときには、画素部Ｐｍ,ｎの第１容量部Ｃ１における蓄積電荷量に応じた電圧値が第１出力手段（トランジスタＴ４）により配線Ｌ１,ｎに出力され、この電圧値に応じた第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎが第１信号処理部２０から出力されて、この第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎのＡ／Ｄ変換結果がデータ出力部４０からデジタル値Ｄｍ,ｎとして出力されるので、高感度で光検出が可能である。
【００５４】
一方、画素部Ｐｍ,ｎの第１容量部Ｃ１が飽和しているとき（または、飽和寸前の状態であるとき）、すなわち、画素部Ｐｍ,ｎへの入射光の強度が比較的大きいときには、画素部Ｐｍ,ｎの第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２に一旦蓄積された電荷が第２出力手段（トランジスタＴ５，Ｔ６）により配線Ｌ２,ｎに出力され、この電荷量に応じた第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎが第２信号処理部３０から出力されて、この第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎのＡ／Ｄ変換結果がデータ出力部４０からデジタル値Ｄｍ,ｎとして出力されるので、高ダイナミックレンジで光検出が可能である。
【００５５】
したがって、本実施形態に係る光検出装置１は、高感度かつ高ダイナミックレンジで撮像をすることができる。
【００５６】
更に、この光検出装置１では、各画素部Ｐｍ,ｎは、第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２を経ること無くフォトダイオードＰＤで発生した電荷を選択的に出力する第３出力手段を更に含む。また、各画素部Ｐｍ,ｎの第３出力手段により出力される電荷量を読み出して該電荷量に応じた第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎを出力する第３信号処理部が更に設けられている。なお、第３信号処理部は第２信号処理部３０と別個に設けられていてもよいが、第３信号処理部は第２信号処理部３０と同様の構成であってもよいので、第２信号処理部３０が第３信号処理部を兼ねることができる。ただし、第２信号処理部３０が第３信号処理部を兼ねる場合には、第２信号処理部３０は、第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎを保持して出力する保持回路３３ｎとは別に、第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎを保持して出力する他の保持回路をも備える。
【００５７】
また、このように第３出力手段および第３信号処理部が設けられる場合、データ出力部４０の選択部４１は、第１信号処理部２０から出力される第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎ、第２信号処理部３０から出力される第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎ、および、第３信号処理部（兼用の場合には第２信号処理部３０）から出力される第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎを入力して、これら第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎ，第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎおよび第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎのうちの何れか一つの電圧値を選択して出力する。そして、ビットシフト部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２から出力されるデジタル値を入力し、選択部４１において第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎ，第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎおよび第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎのうちの何れが選択されたかに応じて、必要ビット数だけ入力デジタル値のビットをシフトして出力する。
【００５８】
選択部４１において第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎが選択される場合には、第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎが選択される場合と比較して、画素部Ｐｍ,ｎへの入射光の強度が更に大きいときにも、その入射光強度を表すデジタル値Ｄｍ,ｎがデータ出力部４０から出力されるので、更に高ダイナミックレンジで光検出が可能である。
【００５９】
次に、本実施形態に係る光検出装置１の動作例について説明する。図１０は、本実施形態に係る光検出装置１の動作例を説明するタイミングチャートである。以下に説明する光検出装置１の動作は、タイミング制御部５０から出力される各種の制御信号による制御の下に行われる。
【００６０】
この図には、上から順に、各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ５のゲート端子に入力するReset信号、各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ１のゲート端子に入力するTrans1信号、各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ２のゲート端子に入力するTrans2信号、各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ６のゲート端子に入力するCom信号、各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ４のゲート端子に入力するSelect信号、各電圧保持部ＨｎのトランジスタＴ１１のゲート端子に入力するHold1信号、および、各電圧保持部ＨｎのトランジスタＴ２１のゲート端子に入力するHold2信号、それぞれのレベルの時間変化が示されている。また、この図には、光検出部１０に含まれるＭ×Ｎ個の画素部Ｐｍ,ｎのうち或る第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれについて動作が示されている。
【００６１】
時刻ｔ１前には、Reset信号、Trans1信号、Trans2信号、Com信号、Select信号、Hold1信号およびHold2信号それぞれはローレベルである。時刻ｔ１に、Reset信号、Trans1信号、Trans2信号、Com信号およびSelect信号それぞれはハイレベルに転じる。また、各積分回路３１ｎにおいて、スイッチＳＷ３１４の動作により、アンプＡ３１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ２（例えば３Ｖ）が入力する。これにより、各画素部Ｐｍ.ｎの第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２それぞれが放電される。その後、時刻ｔ２にReset信号がローレベルに転じ、また、時刻ｔ２前にTrans2信号およびCom信号それぞれがローレベルに転じる。
【００６２】
時刻ｔ２の直後にHold1信号が一旦ハイレベルに転じ、時刻ｔ３にHold1信号がローレベルに転じる。時刻ｔ３より後にHold2信号が一旦ハイレベルに転じ、時刻ｔ２から一定期間経過した時刻ｔ４にHold2信号がローレベルに転じる。また、時刻ｔ４にSelect信号がローレベルに転じる。これにより、時刻ｔ３に各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ４から配線Ｌ１,ｎに出力された電圧値（暗信号成分）Ｖｎ,１が、その時刻ｔ３以降、電圧保持部Ｈｎの第１保持部Ｈｎ,１の容量素子Ｃ１０により保持される。また、各画素部Ｐｍ.ｎにおいて、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの一定期間にフォトダイオードＰＤで発生した電荷が第１容量部Ｃ１に蓄積され、時刻ｔ４に各画素部Ｐｍ.ｎのトランジスタＴ４から配線Ｌ１,ｎに出力された電圧値（明信号成分）Ｖｎ,２が、その時刻ｔ４以降、電圧保持部Ｈｎの第２保持部Ｈｎ,２の容量素子Ｃ２０により保持される。その後、Ｎ個の電圧保持部Ｈ１〜ＨＮそれぞれに入力するOutput信号が順次にハイレベルとなることで、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれについての第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎ（＝Ｖｎ,２−Ｖｎ,１）が第１信号処理部２０から順次に出力される。
【００６３】
時刻ｔ４より後の時刻ｔ５にTrans2信号がハイレベルに転じ、その後の時刻ｔ６にTrans2信号がローレベルに転じる。これにより、各画素部Ｐｍ.ｎにおいて、時刻ｔ２から時刻ｔ６までの期間にフォトダイオードＰＤで発生した電荷が第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２の双方に蓄積されることになる。
【００６４】
時刻ｔ６より後の時刻ｔ７に、Reset信号およびCom信号それぞれがハイレベルに転じる。その後の時刻ｔ８に、Com信号がローレベルに転じるとともに、Trans1信号がハイレベルに転じる。更に後の時刻ｔ９に、Reset信号およびTrans1信号それぞれがローレベルに転じる。
【００６５】
Reset信号およびCom信号がハイレベルである時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間に、各画素部Ｐｍ.ｎの第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２の双方に蓄積されていた電荷は、トランジスタＴ５から配線Ｌ２,ｎへ出力されて第２信号処理部３０に入力し、この第２信号処理部３０から、その電荷量に応じた第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎが出力される。
【００６６】
Reset信号およびTrans1信号がハイレベルである時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間に、各画素部Ｐｍ.ｎのフォトダイオードＰＤで発生した電荷は、第１容量部Ｃ１および第２容量部Ｃ２を経ること無くトランジスタＴ５から配線Ｌ２,ｎへ出力されて第２信号処理部３０に入力し、この第２信号処理部３０から、その電荷量に応じた第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎが出力される。このとき、第２信号処理部３０の各積分回路３１ｎの帰還容量部が各容量値に順次に設定されて、その各容量値について、第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎが出力されてもよい。
【００６７】
また、このとき、各積分回路３１ｎにおいて、スイッチＳＷ３１４の動作により、アンプＡ３１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ１（例えば１.５Ｖ）が入力する。このように、比較的低い基準電圧Ｖｒｅｆ２がアンプＡ３１の非反転入力端子に入力することにより、光検出のダイナミックレンジを高くすることができる。
【００６８】
そして、時刻ｔ９より後に、データ出力部４０において、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれについて、第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎ，第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎおよび第３電圧値Ｖ３,ｍ,ｎのうちの何れか一つの電圧値が選択部４１により選択され、その電圧値がＡ／Ｄ変換部４２によりデジタル値に変換され、さらに、３つの電圧値のうちの何れが選択されたかに応じてビットシフト部４３により必要ビット数だけデジタル値のビットがシフトされてデジタル値Ｄｍ,ｎが出力される。
【００６９】
以上のようにして第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれについて処理が終了すると、次の第(ｍ＋１)行のＮ個の画素部Ｐｍ＋１,１〜Ｐｍ＋１,Ｎそれぞれについて処理が行われる。なお、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐｍ,１〜Ｐｍ,Ｎそれぞれについて時刻ｔ９より後にデータ出力部４０において処理が行われている間に、次の第(ｍ＋１)行のＮ個の画素部Ｐｍ＋１,１〜Ｐｍ＋１,Ｎそれぞれについて、上記時刻ｔ１から時刻ｔ９までの処理に相当する処理が行われてもよい。
【００７０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態では、各列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎにつき１つの電圧保持部Ｈｎが第１信号処理部２０内に設けられたが、１つの画素部Ｐｍ,ｎにつき１つの電圧保持部が第１信号処理部２０内に設けられていてもよい。後者の場合には、同一期間における各画素部Ｐｍ,ｎへの入射光強度に応じた第１電圧値Ｖ１,ｍ,ｎが、該画素部Ｐｍ,ｎに対応する電圧保持部により保持され得る。
【００７１】
また、上記実施形態では、各列のＭ個の画素部Ｐ１,ｎ〜ＰＭ,ｎにつき１組の積分回路３１ｎ，ＣＤＳ回路３２ｎおよび保持回路３３ｎが第２信号処理部３０内に設けられたが、１つの画素部Ｐｍ,ｎにつき１組の積分回路，ＣＤＳ回路および保持回路が第２信号処理部３０内に設けられていてもよい。後者の場合には、同一期間における各画素部Ｐｍ,ｎへの入射光強度に応じた第２電圧値Ｖ２,ｍ,ｎが、該画素部Ｐｍ,ｎに対応する保持回路により保持され得る。第３信号処理部についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施形態に係る光検出装置１の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る光検出装置１の光検出部１０の構成図である。
【図３】本実施形態に係る光検出装置１の光検出部１０に含まれる画素部Ｐｍ,ｎの回路図である。
【図４】画素部Ｐｍ,ｎに含まれるフォトダイオードＰＤの断面図である。
【図５】本実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２０の構成図である。
【図６】本実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２０に含まれる電圧保持部Ｈｎの回路図である。
【図７】本実施形態に係る光検出装置１の第２信号処理部３０の構成図である。
【図８】本実施形態に係る光検出装置１の第２信号処理部３０に含まれる積分回路３１ｎ、ＣＤＳ回路３２ｎおよび保持回路３３ｎそれぞれの回路図である。
【図９】本実施形態に係る光検出装置１のデータ出力部４０の構成図である。
【図１０】本実施形態に係る光検出装置１の動作例を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１…光検出装置、１０…光検出部、２０…第１信号処理部、３０…第２信号処理部、４０…データ出力部、５０…タイミング制御部。
【図１】
2006064525.tif 000003
【図２】
2006064525.tif 000004
【図３】
2006064525.tif 000005
【図４】
2006064525.tif 000006
【図５】
2006064525.tif 000007
【図６】
2006064525.tif 000008
【図７】
2006064525.tif 000009
【図８】
2006064525.tif 000010
【図９】
2006064525.tif 000011
【図１０】
2006064525.tif 000012