(57)【要約】【課題】  入射光強度分布が時間的に変化する場合であっても同一タイミングで入射光強度分布を得ることができる光検出装置を提供する。【解決手段】  光検出装置の第１信号処理部２１は、読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ、保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１、保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２および減算回路ＳＡを含む。読出回路ＲＡ,ｍは、配線ＬＡ,ｍと接続されていて、配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、その保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する。配線ＬＡ,ｍは、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されたフォトダイオードのうち第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードを電気的に接続する。保持回路ＨＡ,ｍ,１は、入力端がスイッチＳＷ１１を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１１が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。【選択図】  図４
2005218052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列され、第ｍ行第ｎ列の画素の位置にフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎを有し、第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎが配線ＬＡ,ｍにより電気的に接続され、第ｎ列にあるＭ個のフォトダイオードＰＤＢ,１,ｎ〜ＰＤＢ,Ｍ,ｎが配線ＬＢ,ｎにより電気的に接続されている光検出部と、
Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,ＭおよびＮ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎを含み、各配線ＬＡ,ｍに接続されるフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎで発生した電荷を読出回路ＲＡ,ｍ内に転送して保持し、各読出回路ＲＡ,ｍに保持した電荷の量に応じた電圧値を出力し、各配線ＬＢ,ｎに接続されるフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎで発生した電荷を読出回路ＲＢ,ｎ内に転送して保持し、各読出回路ＲＢ,ｎに保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する信号処理部と、
を備えることを特徴とする光検出装置（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数、ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数）。
【請求項２】
各読出回路ＲＡ,ｍおよび各読出回路ＲＢ,ｎそれぞれは、電荷を保持する容量部と、前記容量部に保持されている電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅手段と、フォトダイオードで発生した電荷を前記容量部へ転送する転送手段と、前記容量部の電荷を放電する放電手段と、を有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３】
フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎそれぞれは、第１導電型の第１半導体領域上に第２導電型の第２半導体領域を有し、この第２半導体領域上に第１導電型の第３半導体領域を有し、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とがｐｎ接合を形成しており、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域とがｐｎ接合を形成している、ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、
Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，第１減算回路および第２減算回路を更に含み、
各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持し、
各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持し、
保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とを前記第１減算回路に入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値を前記第１減算回路から出力し、
保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とを前記第２減算回路に入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値を前記第２減算回路から出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、
Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２および減算回路を更に含み、
各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持し、
各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持し、
保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とを前記減算回路に入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値を前記減算回路から出力するとともに、
保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とを前記減算回路に入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値を前記減算回路から出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、
Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４，第１加減算回路および第２加減算回路を更に含み、
各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１，保持回路ＨＡ,ｍ,２，保持回路ＨＡ,ｍ,３および保持回路ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持し、
各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１，保持回路ＨＢ,ｎ,２，保持回路ＨＢ,ｎ,３および保持回路ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持し、
保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とを前記第１加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値を前記第１加減算回路から出力し、
保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とを前記第２加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値を前記第２加減算回路から出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、
Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４および加減算回路を更に含み、
各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１，保持回路ＨＡ,ｍ,２，保持回路ＨＡ,ｍ,３および保持回路ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持し、
各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１，保持回路ＨＢ,ｎ,２，保持回路ＨＢ,ｎ,３および保持回路ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持し、
保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とを前記加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値を前記加減算回路から出力するとともに、
保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とを前記加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値を前記加減算回路から出力する、
ことを特徴とする請求項１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、光検出部の面上の２方向それぞれの入射光強度分布を検出することができる光検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光検出面上の２方向それぞれの入射光強度分布を検出することができる光検出装置として、特許文献１に開示されたものが知られている。この光検出装置は、基板上の光検出面上に複数の画素が２次元配列されており、各々入射光強度に応じた電流値を出力する第１光感応部分および第２光感応部分を隣接して配設することで各画素が構成されている。２次元配列における各行において、その行にある複数の画素それぞれに含まれる第１光感応部分が共通の配線により電気的に接続されており、この配線を経て出力される電流値により、光検出面上の入射光強度の二次元分布が行方向に積算されたもの（すなわち、列方向の入射光強度分布）が得られる。また、２次元配列における各列において、その列にある複数の画素それぞれに含まれる第２光感応部分が共通の配線により電気的に接続されており、この配線を経て出力される電流値により、光検出面上の入射光強度の二次元分布が列方向に積算されたもの（すなわち、行方向の入射光強度分布）が得られる。このようにして、光検出面上の行方向および列方向それぞれの入射光強度分布が得られる。
【特許文献１】国際公開０３／０４９１９０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示された光検出装置は、光検出面上の行方向および列方向それぞれの入射光強度分布を得ることができるものの、以下のような問題点を有している。すなわち、この光検出装置は、光検出面上の行方向の入射光強度分布を得るに際して、各列にある複数の画素それぞれに含まれる第２光感応部分を接続する配線から出力される電流値を時系列に読み出していることから、入射光強度分布（ピーク強度やピーク位置など）が時間的に変化する場合には、同一タイミングで行方向の入射光強度分布を得ることができない。光検出面上の列方向の入射光強度分布を得るに際しても同様である。
【０００４】
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、入射光強度分布が時間的に変化する場合であっても同一タイミングで入射光強度分布を得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】
【０００５】
本発明に係る光検出装置は、(1) 複数の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列され、第ｍ行第ｎ列の画素の位置にフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎを有し、第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎが配線ＬＡ,ｍにより電気的に接続され、第ｎ列にあるＭ個のフォトダイオードＰＤＢ,１,ｎ〜ＰＤＢ,Ｍ,ｎが配線ＬＢ,ｎにより電気的に接続されている光検出部と、(2) Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,ＭおよびＮ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎを含み、各配線ＬＡ,ｍに接続されるフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎで発生した電荷を読出回路ＲＡ,ｍ内に転送して保持し、各読出回路ＲＡ,ｍに保持した電荷の量に応じた電圧値を出力し、各配線ＬＢ,ｎに接続されるフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎで発生した電荷を読出回路ＲＢ,ｎ内に転送して保持し、各読出回路ＲＢ,ｎに保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する信号処理部と、を備えることを特徴とする。ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数であり、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。
【０００６】
この光検出装置の光検出部では、複数の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列され、第ｍ行第ｎ列の画素の位置にフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎを有している。この光検出部に光が入射すると、その光入射位置にある画素にあるフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎ，ＰＤＢ,ｍ,ｎで電荷が発生する。フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎで発生した電荷は、配線ＬＡ,ｍを経て、読出回路ＲＡ,ｍに転送されて保持され、この読出回路ＲＡ,ｍに保持された電荷の量に応じた電圧値ＶＡ,ｍが出力される。また、フォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎで発生した電荷は、配線ＬＢ,ｎを経て、読出回路ＲＢ,ｎに転送されて保持され、この読出回路ＲＢ,ｎに保持された電荷の量に応じた電圧値ＶＢ,ｎが出力される。この光検出装置の信号処理部では、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された複数の画素のうち第ｍ行に対応して読出回路ＲＡ,ｍが設けられていて、これらＭ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍは同一タイミングで動作し得る。また、第ｎ列に対応して読出回路ＲＢ,ｎが設けられていて、これらＮ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎは同一タイミングで動作し得る。したがって、この光検出装置は、入射光強度分布が時間的に変化する場合であっても同一タイミングで入射光強度分布を得ることができる。
【０００７】
各読出回路ＲＡ,ｍおよび各読出回路ＲＢ,ｎそれぞれは、電荷を保持する容量部と、容量部に保持されている電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅手段と、フォトダイオードで発生した電荷を容量部へ転送する転送手段と、容量部の電荷を放電する放電手段と、を有するのが好適である。この場合には、各読出回路ＲＡ,ｍおよび各読出回路ＲＢ,ｎそれぞれにおいて、フォトダイオードで発生した電荷は、配線を経て、転送手段により容量部に転送され、この容量部に保持される。そして、この容量部に保持されている電荷の量に応じた電圧値が増幅手段により出力される。また、この容量部の電荷は放電手段により放電される。なお、容量部は、意図的に容量素子として作られたものであってもよいし、増幅手段、転送手段および放電手段それぞれがトランジスタで構成される場合には、該トランジスタのゲート容量、ドレイン容量またはソース容量であってもよいし、配線容量であってもよく、さらに、これらを組み合わせたものであってもよい。
【０００８】
フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎそれぞれは、第１導電型の第１半導体領域上に第２導電型の第２半導体領域を有し、この第２半導体領域上に第１導電型の第３半導体領域を有し、第１半導体領域と第２半導体領域とがｐｎ接合を形成しており、第２半導体領域と第３半導体領域とがｐｎ接合を形成しているのが好適である。このようにフォトダイオードが埋込型のものである場合には、リーク電流の発生が抑制され、光検出のＳ／Ｎ比が優れる。
【０００９】
信号処理部は、(1) Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，第１減算回路および第２減算回路を更に含み、(2) 各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持し、(3) 各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持し、(4) 保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とを第１減算回路に入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値を第１減算回路から出力し、(5) 保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とを第２減算回路に入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値を第２減算回路から出力するのが好適である。
【００１０】
この場合には、信号処理部は第１信号処理部と第２信号処理部とに区分される。すなわち、一方の第１信号処理部は、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２および第１減算回路を含む。他方の第２信号処理部は、Ｎ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎ，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２および第２減算回路を含む。そして、第１信号処理部では、各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値が保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持されて、保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とが第１減算回路に入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値が第１減算回路から出力される。第２信号処理部では、各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値が保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持されて、保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とが第２減算回路に入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値が第２減算回路から出力される。このように構成されることで、第１信号処理部と第２信号処理部とは並列的に動作することができる。
【００１１】
信号処理部は、(1) Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２および減算回路を更に含み、(2) 各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持し、(3) 各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持し、(4) 保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とを減算回路に入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値を減算回路から出力するとともに、(5) 保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とを減算回路に入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値を減算回路から出力するのが好適である。
【００１２】
この場合には、各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値は保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持され、各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値は保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持される。保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とが減算回路に入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値が減算回路から出力されるとともに、保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とが減算回路に入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値が減算回路から出力される。
【００１３】
信号処理部は、(1) Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４，第１加減算回路および第２加減算回路を更に含み、(2) 各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１，保持回路ＨＡ,ｍ,２，保持回路ＨＡ,ｍ,３および保持回路ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持し、(3) 各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１，保持回路ＨＢ,ｎ,２，保持回路ＨＢ,ｎ,３および保持回路ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持し、(4) 保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とを第１加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値を第１加減算回路から出力し、(5) 保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とを第２加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値を第２加減算回路から出力するのが好適である。
【００１４】
この場合には、信号処理部は第１信号処理部と第２信号処理部とに区分される。すなわち、一方の第１信号処理部は、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４および第１加減算回路を含む。他方の第２信号処理部は、Ｎ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎ，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４および第２加減算回路を含む。そして、第１信号処理部では、各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値が保持回路ＨＡ,ｍ,１〜ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持されて、保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とが第１加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値が第１加減算回路から出力される。第２信号処理部では、各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値が保持回路ＨＢ,ｎ,１〜ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持されて、保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とが第２加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値が第２加減算回路から出力される。このように構成されることで、第１信号処理部と第２信号処理部とは並列的に動作することができる。
【００１５】
信号処理部は、(1) Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３，Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３，Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４および加減算回路を更に含み、(2) 各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１，保持回路ＨＡ,ｍ,２，保持回路ＨＡ,ｍ,３および保持回路ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持し、(3) 各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１，保持回路ＨＢ,ｎ,２，保持回路ＨＢ,ｎ,３および保持回路ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持し、(4) 保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とを加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値を加減算回路から出力するとともに、(5) 保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とを加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値を加減算回路から出力するのが好適である。
【００１６】
この場合には、各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値は保持回路ＨＡ,ｍ,１〜ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持され、各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値は保持回路ＨＢ,ｎ,１〜ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持される。保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とが加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値が加減算回路から出力される。また、保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とが加減算回路に入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値が加減算回路から出力される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、入射光強度分布が時間的に変化する場合であっても、同一タイミングで入射光強度分布を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光検出装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光検出装置１の概略構成図である。この図に示されるように、光検出装置１は、光検出部１０、第１信号処理部２１、第２信号処理部３１および制御部４１を備える。光検出部１０は、複数の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されている。第１信号処理部２１は、Ｍ本の配線ＬＡ,１〜ＬＡ,Ｍにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＡ,ｍを出力する。第２信号処理部３１は、Ｎ本の配線ＬＢ,１〜ＬＢ,Ｎにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＢ,ｎを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＢ,ｎを出力する。制御部４１は、第１信号処理部２１および第２信号処理部３１それぞれの動作を制御する。なお、Ｍ，Ｎは２以上の整数であり、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。
【００２０】
図２は、光検出部１０の構成図である。この図に示されるように、光検出部１０は、Ｍ×Ｎ個の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されていて、第ｍ行第ｎ列の画素の位置にフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎを有している。フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎは、同一面内にて隣接して配設されており、各々のアノード端子が接地電位とされている。第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎは、各々のカソード端子が配線ＬＡ,ｍにより電気的に接続されている。また、第ｎ列にあるＭ個のフォトダイオードＰＤＢ,１,ｎ〜ＰＤＢ,Ｍ,ｎは、各々のカソード端子が配線ＬＢ,ｎにより電気的に接続されている。
【００２１】
図３は、フォトダイオードの断面図である。フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎおよびフォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎそれぞれは、この図に示されるような埋込型のものであるのが好適である。すなわち、これらのフォトダイオードは、ｐ型の第１半導体領域１０１上にｎ−型の第２半導体領域１０２を有し、この第２半導体領域１０２上にｐ＋型の第３半導体領域１０３を有し、第１半導体領域１０１と第２半導体領域１０２とがｐｎ接合を形成しており、第２半導体領域１０２と第３半導体領域１０３とがｐｎ接合を形成している。また、これらの半導体領域の上に絶縁層１０４が設けられ、第２半導体領域１０２が金属層１０５と電気的に接続されている。なお、金属層１０５は配線ＬＡ,ｍまたは配線ＬＢ,ｎに相当する。このようにフォトダイオードが埋込型のものである場合には、リーク電流の発生が抑制され、光検出のＳ／Ｎ比が優れる。
【００２２】
図４は、第１実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２１の構成図である。第１信号処理部２１は、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２および減算回路ＳＡを含む。各読出回路ＲＡ,ｍは、配線ＬＡ,ｍと接続されていて、フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,ｎから配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、その保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する。
【００２３】
各保持回路ＨＡ,ｍ,１は、入力端がスイッチＳＷ１１を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１１が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＡ,ｍ,１は、出力端がスイッチＳＷ２１を介して減算回路ＳＡの第１入力端と接続されている。
【００２４】
各保持回路ＨＡ,ｍ,２は、入力端がスイッチＳＷ１２を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１２が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＡ,ｍ,２は、出力端がスイッチＳＷ２２を介して減算回路ＳＡの第２入力端と接続されている。
【００２５】
スイッチＳＷ１１は、ＨｏｌｄＡ,１信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１２は、ＨｏｌｄＡ,２信号により開閉が制御される。また、スイッチＳＷ２１およびスイッチＳＷ２２それぞれは、ＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号により開閉が制御される。これらの信号は制御部４１から出力される。
【００２６】
減算回路ＳＡは、第１入力端および第２入力端を有する。減算回路ＳＡは、第１入力端に入力した電圧値ＶＡ,ｍ,１と、第２入力端に入力した電圧値ＶＡ,ｍ,２とに基づいて、これらの電圧値の差に応じた電圧値ＶＡ,ｍ（＝ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を出力する。第１入力端および第２入力端それぞれは、制御部４１から出力されるＲｅｓｅｔＡ信号により開閉が制御されるスイッチにより接地電位とも接続され得る。
【００２７】
図５は、第１実施形態に係る光検出装置１の第２信号処理部３１の構成図である。第２信号処理部３１は、Ｎ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎ、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２および減算回路ＳＢを含む。各読出回路ＲＢ,ｎは、配線ＬＢ,ｎと接続されていて、フォトダイオードＰＤＢ,ｍ,ｎから配線ＬＢ,ｎを経て転送される電荷を保持し、その保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する。
【００２８】
各保持回路ＨＢ,ｎ,１は、入力端がスイッチＳＷ１１を介して読出回路ＲＢ,ｎの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１１が閉じているときに読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＢ,ｎ,１は、出力端がスイッチＳＷ２１を介して減算回路ＳＢの第１入力端と接続されている。
【００２９】
各保持回路ＨＢ,ｎ,２は、入力端がスイッチＳＷ１２を介して読出回路ＲＢ,ｎの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１２が閉じているときに読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＢ,ｎ,２は、出力端がスイッチＳＷ２２を介して減算回路ＳＢの第２入力端と接続されている。
【００３０】
スイッチＳＷ１１は、ＨｏｌｄＢ,１信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１２は、ＨｏｌｄＢ,２信号により開閉が制御される。また、スイッチＳＷ２１およびスイッチＳＷ２２それぞれは、ＳｈｉｆｔＢ,ｎ信号により開閉が制御される。これらの信号は制御部４１から出力される。
【００３１】
減算回路ＳＢは、第１入力端および第２入力端を有する。減算回路ＳＢは、第１入力端に入力した電圧値ＶＢ,ｎ,１と、第２入力端に入力した電圧値ＶＢ,ｎ,２とに基づいて、これらの電圧値の差に応じた電圧値ＶＢ,ｎ（＝ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を出力する。第１入力端および第２入力端それぞれは、制御部４１から出力されるＲｅｓｅｔＢ信号により開閉が制御されるスイッチにより接地電位とも接続され得る。
【００３２】
図６は、読出回路ＲＡ,ｍの回路図である。読出回路ＲＡ,ｍおよび読出回路ＲＢ,ｎは同様の回路構成を有している。各読出回路ＲＡ,ｍは、電荷を保持する容量部Ｃと、容量部Ｃに保持されている電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅手段としてのトランジスタＴ１および定電流源と、フォトダイオードＰＤＡ,ｎ,ｎから配線ＬＡ,ｍを経て電荷を容量部Ｃへ転送する転送手段としてのトランジスタＴ２と、容量部Ｃの電荷を放電する放電手段としてのトランジスタＴ３と、を有している。
【００３３】
トランジスタＴ１のドレイン端子はバイアス電位とされ、トランジスタＴ１のソース端子は定電流源が接続され、また、このソース端子はスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２を介して保持回路ＨＡ,ｍ,１，保持回路ＨＡ,ｍ,２と接続されている。容量部は、トランジスタＴ１のゲート端子と接地電位との間に設けられている。トランジスタＴ２のソース端子は配線ＬＡ,ｍと接続され、トランジスタＴ２のドレイン端子はトランジスタＴ１のゲート端子と接続され、トランジスタＴ２のゲート端子にはＴｒａｎｓ信号が入力する。トランジスタＴ３のソース端子はトランジスタＴ１のゲート端子と接続され、トランジスタＴ３のドレイン端子はリセット電位とされ、トランジスタＴ３のゲート端子にはＲｅｓｅｔ信号が入力する。Ｒｅｓｅｔ信号およびＴｒａｎｓ信号それぞれは、制御部４１から出力される。
【００３４】
トランジスタＴ２は、そのゲート端子に入力するＴｒａｎｓ信号がハイレベルであるときに、フォトダイオードＰＤＡ,ｎ,ｎから配線ＬＡ,ｍを経て電荷を容量部Ｃへ転送する。トランジスタＴ３は、その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、容量部Ｃの電荷を放電する。なお、容量部Ｃは、意図的に容量素子として作られたものであってもよいし、トランジスタＴ１のゲート容量、トランジスタＴ２のドレイン容量、トランジスタＴ３のソース容量、または、配線容量であってもよく、さらに、これらを組み合わせたものであってもよい。
【００３５】
図７は、保持回路ＨＡ,ｍ,１の回路図である。保持回路ＨＡ,ｍ,１，保持回路ＨＡ,ｍ,２，保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２は、同様の回路構成を有している。各保持回路ＨＡ,ｍ,１は、入力端および出力と接地電位との間に設けられた容量素子Ｃを有している。各保持回路ＨＡ,ｍ,１は、読出回路ＲＡ,ｍから入力した電圧値に応じた量の電荷を容量素子Ｃに保持して保持し、その電荷量に応じた電圧値を減算回路ＳＡへ出力する。
【００３６】
図８は、減算回路ＳＡの回路図である。減算回路ＳＡおよび減算回路ＳＢは同様の回路構成を有している。減算回路ＳＡは、２個の電圧フォロワ回路Ｆ１およびＦ２，４個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ４、ならびに、増幅器を有している。
【００３７】
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、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２それぞれから順次に出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２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、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１それぞれから順次に出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１を非反転入力端子に入力する。
【００３８】
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ＳＡの出力端子から出力される電圧値ＶＡ,ｍは、「ＶＡ,ｍ＝ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,１」なる式で表される。
【００３９】
次に、第１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。ここでは第１信号処理部２１の動作について説明するが、第２信号処理部３１の動作も同様である。図９は、第１実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２１の動作を説明するタイミングチャートである。
【００４０】
この図には、上から順に、各読出回路ＲＡ,ｍのトランジスタＴ３のゲート端子に入力するＲｅｓｅｔ信号、各読出回路ＲＡ,ｍのトランジスタＴ２のゲート端子に入力するＴｒａｎｓ信号、各読出回路ＲＡ,ｍと保持回路ＨＡ,ｍ,１との間に設けられたスイッチＳＷ１１の開閉を制御するＨｏｌｄＡ,１信号、各読出回路ＲＡ,ｍと保持回路ＨＡ,ｍ,２との間に設けられたスイッチＳＷ１２の開閉を制御するＨｏｌｄＡ,２信号、減算回路ＳＡの第１入力端および第２入力端と接地電位との間に設けられたスイッチの開閉を制御するＲｅｓｅｔＡ信号、保持回路ＨＡ,１,１および保持回路ＨＡ,１,２と減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の開閉を制御するＳｈｉｆｔＡ,１信号、保持回路ＨＡ,２,１および保持回路ＨＡ,２,２と減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の開閉を制御するＳｈｉｆｔＡ,２信号、保持回路ＨＡ,Ｍ,１および保持回路ＨＡ,Ｍ,２と減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２の開閉を制御するＳｈｉｆｔＡ,Ｍ信号、ならびに、減算回路ＳＡから出力される電圧値ＶＡ,ｍ、それぞれの波形が示されている。
【００４１】
時刻ｔ０前には、Ｒｅｓｅｔ信号はハイレベルであり、Ｔｒａｎｓ信号はローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,１信号はローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,２信号はローレベルであり、ＲｅｓｅｔＡ信号はローレベルであり、各ＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号はローレベルである。Ｒｅｓｅｔ信号は、時刻ｔ０にローレベルに転じ、時刻ｔ０より後の時刻ｔ２にハイレベルに戻る。Ｔｒａｎｓ信号は、時刻ｔ０より後であって時刻ｔ２より前の時刻ｔ１にハイレベルに転じ、時刻ｔ２より後の時刻ｔ３にローレベルに戻る。
【００４２】
時刻ｔ０前にＲｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、時刻ｔ０前から時刻ｔ１までの期間はＴｒａｎｓ信号がローレベルであるので、この期間では、各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃの電荷が放電されて初期状態とされており、その初期状態にある電圧値（暗信号成分）が各読出回路ＲＡ,ｍから出力される。時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の或る一定期間に、ＨｏｌｄＡ,１信号がハイレベルとなって、スイッチＳＷ１１が閉じ、そのときの各読出回路ＲＡ,ｍの出力電圧値（暗信号成分）ＶＡ,ｍ,１が保持回路ＨＡ,ｍ,１に保持される。
【００４３】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がローレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がハイレベルであるので、フォトダイオードで発生した電荷が配線ＬＡ,ｍを経て読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃに転送されて保持され、その電荷量に応じた電圧値（明信号成分）が各読出回路ＲＡ,ｍから出力される。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の或る一定期間に、ＨｏｌｄＡ,２信号がハイレベルとなって、スイッチＳＷ１２が閉じ、そのときの各読出回路ＲＡ,ｍの出力電圧値（明信号成分）ＶＡ,ｍ,２が保持回路ＨＡ,ｍ,２に保持される。
【００４４】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がハイレベルであるので、この期間では、各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃの電荷が放電されて初期状態とされる。また、Ｔｒａｎｓ信号もハイレベルであるので、フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎに転送残りの電荷がある場合、その電荷も放電されて初期状態とされる。時刻ｔ３からフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎに電荷蓄積が開始される。
【００４５】
時刻ｔ３から時刻ｔ１０までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,１信号およびＨｏｌｄＡ,２信号の双方がローレベルのままであるので、保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２それぞれに保持される電圧値は、そのまま保持され続ける。この期間において、ＲｅｓｅｔＡ信号は、一定期間だけハイレベルになることをＭ回繰り返す。そして、ＲｅｓｅｔＡ信号が第ｍ回のハイレベルの後のローレベルとなっている期間に、ＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号が一定期間だけハイレベルとなる。
【００４６】
このＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号が一定期間だけハイレベルとなることにより、保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２と減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２が閉じて、保持回路ＨＡ,ｍ,１により保持されていた電圧値ＶＡ,ｍ,１が減算回路ＳＡに入力するとともに、保持回路ＨＡ,ｍ,２により保持されていた電圧値ＶＡ,ｍ,２が減算回路ＳＡに入力して、減算回路ＳＡの出力端子から電圧値ＶＡ,ｍ（＝ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）が出力される。このようにして、第１信号処理部２１から電圧値ＶＡ,１〜ＶＡ,Ｍが順次に出力されて、列方向の入射光強度分布が得られる。
【００４７】
なお、第２信号処理部３１は、第１信号処理部２１の上記動作期間と同じ期間に動作してもよいし、第１信号処理部２１の上記動作期間と異なる期間に動作してもよい。ただし、第１信号処理部２１および第２信号処理部３１それぞれで、Ｒｅｓｅｔ信号が共通であり、Ｔｒａｎｓ信号も共通であり、ＨｏｌｄＡ,１信号とＨｏｌｄＢ,１信号とが互いに共通であり、ＨｏｌｄＡ,２信号とＨｏｌｄＢ,２信号とが互いに共通であるのが好適である。このようにすることにより、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,ＭおよびＮ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎは同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１およびＮ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１は同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２およびＮ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２は同一タイミングで動作する。したがって、行方向および列方向それぞれの入射光強度分布として同一タイミングのものを測定することができる。
【００４８】
以上のように、第１実施形態に係る光検出装置１では、第１信号処理部２１に含まれるＭ個の読出回路ＲＡ,ｍが同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,ｍ,１が同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,ｍ,２が同一タイミングで動作することができる。すなわち、第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎを接続する配線ＬＡ,ｍから出力される電荷を同一タイミングで読み出すことができる。第２信号処理部３１でも同様である。したがって、第１実施形態に係る光検出装置１は、入射光強度分布が時間的に変化する場合であっても同一タイミングで入射光強度分布を得ることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光検出装置の第２実施形態について説明する。図１０は、第２実施形態に係る光検出装置２の概略構成図である。この図に示されるように、光検出装置２は、光検出部１０、信号処理部２２および制御部４２を備える。光検出部１０は、第１実施形態におけるものと同様のものである。信号処理部２２は、Ｍ本の配線ＬＡ,１〜ＬＡ,Ｍにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＡ,ｍを出力するとともに、Ｎ本の配線ＬＢ,１〜ＬＢ,Ｎにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＢ,ｎを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＢ,ｎを出力する。制御部４２は、信号処理部２２の動作を制御する。
【００５０】
図１１は、第２実施形態に係る光検出装置２の信号処理部２２の構成図である。この光検出装置２の信号処理部２２は、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２、Ｎ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎ、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２および減算回路Ｓを含む。この光検出装置２の信号処理部２２は、第１実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２１および第２信号処理部３１の双方を含む構成と略同様のものであるが、減算回路ＳＡおよびＳＢに替えて１個の減算回路Ｓを有している点で相違する。なお、この図では、各スイッチの開閉を制御する信号線の表記を省略している。
【００５１】
この信号処理部２２は、各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１および保持回路ＨＡ,ｍ,２の何れかに保持し、各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１および保持回路ＨＢ,ｎ,２の何れかに保持する。そして、信号処理部２２は、保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２とを減算回路Ｓに入力して、これらの差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）を表す電圧値ＶＡ,ｍを減算回路Ｓから出力するとともに、保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２とを減算回路Ｓに入力して、これらの差（ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２）を表す電圧値ＶＢ,ｎを減算回路Ｓから出力する。
【００５２】
この第２実施形態に係る光検出装置２の動作は、第１実施形態に係る光検出装置１の動作と略同様であり、行方向および列方向それぞれの入射光強度分布として同一タイミングのものを測定することができる。ただし、光検出装置２では、１個の減算回路Ｓから電圧値ＶＡ,１〜ＶＡ,Ｍおよび電圧値ＶＢ,１〜ＶＢ,Ｎが順次に出力される。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る光検出装置の第３実施形態について説明する。図１２は、第３実施形態に係る光検出装置３の概略構成図である。この図に示されるように、光検出装置３は、光検出部１０、第１信号処理部２３、第２信号処理部３３および制御部４３を備える。光検出部１０は、第１実施形態におけるものと同様のものである。第１信号処理部２３は、Ｍ本の配線ＬＡ,１〜ＬＡ,Ｍにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＡ,ｍを出力する。第２信号処理部３３は、Ｎ本の配線ＬＢ,１〜ＬＢ,Ｎにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＢ,ｎを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＢ,ｎを出力する。制御部４３は、第１信号処理部２３および第２信号処理部３３それぞれの動作を制御する。
【００５４】
図１３は、第３実施形態に係る光検出装置３の第１信号処理部２３の構成図である。第１信号処理部２３は、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４および加減算回路ＳＡを含む。各読出回路ＲＡ,ｍは、配線ＬＡ,ｍと接続されていて、光検出部１０内のフォトダイオードから配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、その保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する。
【００５５】
各保持回路ＨＡ,ｍ,１は、入力端がスイッチＳＷ１１を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１１が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＡ,ｍ,１は、出力端がスイッチＳＷ２１を介して加減算回路ＳＡの第１入力端と接続されている。
【００５６】
各保持回路ＨＡ,ｍ,２は、入力端がスイッチＳＷ１２を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１２が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＡ,ｍ,２は、出力端がスイッチＳＷ２２を介して加減算回路ＳＡの第２入力端と接続されている。
【００５７】
各保持回路ＨＡ,ｍ,３は、入力端がスイッチＳＷ１３を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１３が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＡ,ｍ,３は、出力端がスイッチＳＷ２３を介して加減算回路ＳＡの第３入力端と接続されている。
【００５８】
各保持回路ＨＡ,ｍ,４は、入力端がスイッチＳＷ１４を介して読出回路ＲＡ,ｍの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１４が閉じているときに読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＡ,ｍ,４は、出力端がスイッチＳＷ２４を介して加減算回路ＳＡの第４入力端と接続されている。
【００５９】
スイッチＳＷ１１は、ＨｏｌｄＡ,１信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１２は、ＨｏｌｄＡ,２信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１３は、ＨｏｌｄＡ,３信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１４は、ＨｏｌｄＡ,４信号により開閉が制御される。また、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４それぞれは、ＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号により開閉が制御される。これらの信号は制御部４３から出力される。
【００６０】
加減算回路ＳＡは、第１入力端，第２入力端，第３入力端および第４入力端を有する。加減算回路ＳＡは、第１入力端に入力した電圧値ＶＡ,ｍ,１と、第２入力端に入力した電圧値ＶＡ,ｍ,２と、第３入力端に入力した電圧値ＶＡ,ｍ,３と、第４入力端に入力した電圧値ＶＡ,ｍ,４とに基づいて、これらの電圧値を加減算した結果を表す電圧値ＶＡ,ｍ（＝（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を出力する。第１入力端，第２入力端，第３入力端および第４入力端それぞれは、制御部４３から出力されるＲｅｓｅｔＡ信号により開閉が制御されるスイッチにより接地電位とも接続され得る。
【００６１】
図１４は、第３実施形態に係る光検出装置３の第２信号処理部３３の構成図である。第２信号処理部３３は、Ｎ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎ、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４および加減算回路ＳＢを含む。各読出回路ＲＢ,ｎは、配線ＬＢ,ｎと接続されていて、光検出部１０内のフォトダイオードから配線ＬＢ,ｎを経て転送される電荷を保持し、その保持した電荷の量に応じた電圧値を出力する。
【００６２】
各保持回路ＨＢ,ｎ,１は、入力端がスイッチＳＷ１１を介して読出回路ＲＢ,ｎの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１１が閉じているときに読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＢ,ｎ,１は、出力端がスイッチＳＷ２１を介して加減算回路ＳＢの第１入力端と接続されている。
【００６３】
各保持回路ＨＢ,ｎ,２は、入力端がスイッチＳＷ１２を介して読出回路ＲＢ,ｎの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１２が閉じているときに読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＢ,ｎ,２は、出力端がスイッチＳＷ２２を介して加減算回路ＳＢの第２入力端と接続されている。
【００６４】
各保持回路ＨＢ,ｎ,３は、入力端がスイッチＳＷ１３を介して読出回路ＲＢ,ｎの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１３が閉じているときに読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＢ,ｎ,３は、出力端がスイッチＳＷ２３を介して加減算回路ＳＢの第３入力端と接続されている。
【００６５】
各保持回路ＨＢ,ｎ,４は、入力端がスイッチＳＷ１４を介して読出回路ＲＢ,ｎの出力端と接続されており、スイッチＳＷ１４が閉じているときに読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力する。また、各保持回路ＨＢ,ｎ,４は、出力端がスイッチＳＷ２４を介して加減算回路ＳＢの第４入力端と接続されている。
【００６６】
スイッチＳＷ１１は、ＨｏｌｄＢ,１信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１２は、ＨｏｌｄＢ,２信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１３は、ＨｏｌｄＢ,３信号により開閉が制御される。スイッチＳＷ１４は、ＨｏｌｄＢ,４信号により開閉が制御される。また、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４それぞれは、ＳｈｉｆｔＢ,ｎ信号により開閉が制御される。これらの信号は制御部４３から出力される。
【００６７】
加減算回路ＳＢは、第１入力端，第２入力端，第３入力端および第４入力端を有する。加減算回路ＳＢは、第１入力端に入力した電圧値ＶＢ,ｎ,１と、第２入力端に入力した電圧値ＶＢ,ｎ,２と、第３入力端に入力した電圧値ＶＢ,ｎ,３と、第４入力端に入力した電圧値ＶＢ,ｎ,４とに基づいて、これらの電圧値を加減算した結果を表す電圧値ＶＢ,ｎ（＝（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を出力する。第１入力端，第２入力端，第３入力端および第４入力端それぞれは、制御部４３から出力されるＲｅｓｅｔＢ信号により開閉が制御されるスイッチにより接地電位とも接続され得る。
【００６８】
図１５は、加減算回路ＳＡの回路図である。加減算回路ＳＡおよび加減算回路ＳＢは同様の回路構成を有している。加減算回路ＳＡは、４個の電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４，６個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ６、および、増幅器を有している。
【００６９】
４つの電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４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。電圧フォロワ回路Ｆ１は、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２それぞれから順次に出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２を非反転入力端子に入力する。電圧フォロワ回路Ｆ２は、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３それぞれから順次に出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３を非反転入力端子に入力する。電圧フォロワ回路Ｆ３は、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１それぞれから順次に出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１を非反転入力端子に入力する。電圧フォロワ回路Ｆ４は、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４それぞれから順次に出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４を非反転入力端子に入力する。
【００７０】
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Ｒ５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Ｒ３を介して電圧フォロワ回路Ｆ３の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ４を介して電圧フォロワ回路Ｆ４の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ６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〜Ｆ４それぞれの増幅率を１として、６個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ６それぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、加減算回路ＳＡの出力端子から出力される電圧値ＶＡ,ｍは、「ＶＡ,ｍ＝（(ＶＡ,ｍ,４−ＶＡ,ｍ,３)−(ＶＡ,ｍ,２−ＶＡ,ｍ,１)）」なる式で表される。
【００７１】
次に、第３実施形態に係る光検出装置３の動作例について説明する。ここでは第１信号処理部２３の動作について説明するが、第２信号処理部３３の動作も同様である。図１６は、第３実施形態に係る光検出装置３の第１信号処理部２３の動作を説明するタイミングチャートである。なお、ここでは、光検出装置３が発光ダイオード（ＬＥＤ）とともに用いられる場合、例えば、ＬＥＤから出力された光が直接に光検出装置３の光検出部１０に入射する場合や、ＬＥＤから出力されて対象物に照射された光の像がレンズ系を介して光検出装置３の光検出部１０に結像される場合について説明する。
【００７２】
この図には、最上段にＬＥＤの発光タイミングが示されており、続いて上から順に、各読出回路ＲＡ,ｍのトランジスタＴ３のゲート端子に入力するＲｅｓｅｔ信号、各読出回路ＲＡ,ｍのトランジスタＴ２のゲート端子に入力するＴｒａｎｓ信号、各読出回路ＲＡ,ｍと保持回路ＨＡ,ｍ,１との間に設けられたスイッチＳＷ１１の開閉を制御するＨｏｌｄＡ,１信号、各読出回路ＲＡ,ｍと保持回路ＨＡ,ｍ,２との間に設けられたスイッチＳＷ１２の開閉を制御するＨｏｌｄＡ,２信号、各読出回路ＲＡ,ｍと保持回路ＨＡ,ｍ,３との間に設けられたスイッチＳＷ１３の開閉を制御するＨｏｌｄＡ,３信号、各読出回路ＲＡ,ｍと保持回路ＨＡ,ｍ,４との間に設けられたスイッチＳＷ１４の開閉を制御するＨｏｌｄＡ,４信号、加減算回路ＳＡの各入力端と接地電位との間に設けられたスイッチの開閉を制御するＲｅｓｅｔＡ信号、保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,１,４と加減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の開閉を制御するＳｈｉｆｔＡ,１信号、保持回路ＨＡ,２,１〜ＨＡ,２,４と加減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の開閉を制御するＳｈｉｆｔＡ,２信号、保持回路ＨＡ,Ｍ,１〜ＨＡ,Ｍ,４と加減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４の開閉を制御するＳｈｉｆｔＡ,Ｍ信号、ならびに、加減算回路ＳＡから出力される電圧値ＶＡ,ｍ、それぞれの波形が示されている。
【００７３】
時刻ｔ０前には、ＬＥＤはＯＦＦ（消灯）状態であり、Ｒｅｓｅｔ信号はハイレベルであり、Ｔｒａｎｓ信号はローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,１信号はローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,２信号はローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,３信号はローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,４信号はローレベルであり、ＲｅｓｅｔＡ信号はローレベルであり、各ＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号はローレベルである。Ｒｅｓｅｔ信号は、時刻ｔ０にローレベルに転じ、時刻ｔ０より後の時刻ｔ２にハイレベルに戻る。Ｔｒａｎｓ信号は、時刻ｔ０より後であって時刻ｔ２より前の時刻ｔ１にハイレベルに転じ、時刻ｔ２より後の時刻ｔ３にローレベルに戻る。ＬＥＤは、時刻ｔ３にＯＮ（点灯）状態となる。
【００７４】
時刻ｔ０前にＲｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、時刻ｔ０前から時刻ｔ１までの期間はＴｒａｎｓ信号がローレベルであるので、この期間では、各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃの電荷が放電されて初期状態とされており、その初期状態にある電圧値が各読出回路ＲＡ,ｍから出力される。時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の或る一定期間に、ＨｏｌｄＡ,１信号がハイレベルとなって、スイッチＳＷ１１が閉じ、そのときの各読出回路ＲＡ,ｍの出力電圧値ＶＡ,ｍ,１が保持回路ＨＡ,ｍ,１に保持される。各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃが初期状態であることから、この電圧値ＶＡ,ｍ,１は暗信号成分を含む。
【００７５】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がローレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がハイレベルであるので、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷が読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃに保持されて、その電荷量に応じた電圧値が各読出回路ＲＡ,ｍから出力される。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の或る一定期間に、ＨｏｌｄＡ,２信号がハイレベルとなって、スイッチＳＷ１２が閉じ、そのときの各読出回路ＲＡ,ｍの出力電圧値ＶＡ,ｍ,２が保持回路ＨＡ,ｍ,２に保持される。ＬＥＤがＯＦＦ状態であって、背景光が光検出部１０に入射したことに伴ってフォトダイオードで発生した電荷が読出回路ＲＡ,ｍにより読み出されるので、この電圧値ＶＡ,ｍ,２は背景光成分および暗信号成分を含む。
【００７６】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がハイレベルであるので、この期間では、各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃの電荷が放電されて初期状態とされる。また、Ｔｒａｎｓ信号もハイレベルであるので、フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎに転送残りの電荷がある場合、その電荷も放電されて初期状態とされる。時刻ｔ３からフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎに電荷蓄積が開始される。
【００７７】
時刻ｔ３から時刻ｔ１０までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号はハイレベルであり、Ｔｒａｎｓ信号はローレベルである。Ｒｅｓｅｔ信号は、時刻ｔ１０にローレベルに転じ、時刻ｔ１０より後の時刻ｔ１２にハイレベルに戻る。Ｔｒａｎｓ信号は、時刻ｔ１０より後であって時刻ｔ１２より前の時刻ｔ１１にハイレベルに転じ、時刻ｔ１２より後の時刻ｔ１３にローレベルに戻る。ＬＥＤは、時刻ｔ３から時刻ｔ１２前までＯＮ状態である。
【００７８】
時刻ｔ１０前にＲｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、時刻ｔ１０前から時刻ｔ１１までの期間はＴｒａｎｓ信号がローレベルであるので、この期間では、各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃの電荷が放電されて初期状態とされており、その初期状態にある電圧値が各読出回路ＲＡ,ｍから出力される。時刻ｔ１０と時刻ｔ１１との間の或る一定期間に、ＨｏｌｄＡ,３信号がハイレベルとなって、スイッチＳＷ１３が閉じ、そのときの各読出回路ＲＡ,ｍの出力電圧値ＶＡ,ｍ,３が保持回路ＨＡ,ｍ,３に保持される。各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃが初期状態であることから、この電圧値ＶＡ,ｍ,３は暗信号成分を含む。
【００７９】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がローレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がハイレベルであるので、フォトダイオードから各配線ＬＡ,ｍを経て流入する電荷が読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃに保持されて、その電荷量に応じた電圧値が各読出回路ＲＡ,ｍから出力される。時刻ｔ１１と時刻ｔ１２との間の或る一定期間に、ＨｏｌｄＡ,４信号がハイレベルとなって、スイッチＳＷ１４が閉じ、そのときの各読出回路ＲＡ,ｍの出力電圧値ＶＡ,ｍ,４が保持回路ＨＡ,ｍ,４に保持される。ＬＥＤがＯＮ状態であって、ＬＥＤ光および背景光が光検出部１０に入射したことに伴ってフォトダイオードで発生した電荷が読出回路ＲＡ,ｍにより読み出されるので、この電圧値ＶＡ,ｍ,４はＬＥＤ光成分、背景光成分および暗信号成分を含む。
【００８０】
時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がハイレベルであるので、この期間では、各読出回路ＲＡ,ｍの容量部Ｃの電荷が放電されて初期状態とされる。また、Ｔｒａｎｓ信号もハイレベルであるので、フォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎに転送残りの電荷がある場合、その電荷も放電されて初期状態とされる。時刻ｔ１３からフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎに電荷蓄積が開始される。
【００８１】
時刻ｔ１３から時刻ｔ２０までの期間は、Ｒｅｓｅｔ信号がハイレベルであって、Ｔｒａｎｓ信号がローレベルであり、ＨｏｌｄＡ,１信号、ＨｏｌｄＡ,２信号、ＨｏｌｄＡ,３信号およびＨｏｌｄＡ,４信号それぞれがローレベルのままであるので、保持回路ＨＡ,ｍ,１〜ＨＡ,ｍ,４それぞれに保持される電圧値は、そのまま保持され続ける。この期間において、ＲｅｓｅｔＡ信号は、一定期間だけハイレベルなることをＭ回繰り返す。そして、ＲｅｓｅｔＡ信号が第ｍ回のハイレベルの後のローレベルとなっている期間に、ＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号が一定期間だけハイレベルとなる。
【００８２】
このＳｈｉｆｔＡ,ｍ信号が一定期間だけハイレベルとなることにより、保持回路ＨＡ,ｍ,１〜ＨＡ,ｍ,４と加減算回路ＳＡとの間に設けられたスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４それぞれが閉じて、保持回路ＨＡ,ｍ,１により保持されていた電圧値ＶＡ,ｍ,１が加減算回路ＳＡに入力し、保持回路ＨＡ,ｍ,２により保持されていた電圧値ＶＡ,ｍ,２が加減算回路ＳＡに入力し、保持回路ＨＡ,ｍ,３により保持されていた電圧値ＶＡ,ｍ,３が加減算回路ＳＡに入力し、保持回路ＨＡ,ｍ,４により保持されていた電圧値ＶＡ,ｍ,４が加減算回路ＳＡに入力する。そして、加減算回路ＳＡの出力端子から電圧値ＶＡ,ｍ（＝（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)））が出力される。
【００８３】
このようにして、第１信号処理部２３から電圧値ＶＡ,１〜ＶＡ,Ｍが順次に出力されて、列方向の入射光強度分布が得られる。ここで得られる電圧値ＶＡ,ｍは、背景光成分および暗信号成分の双方が除去されて、ＬＥＤ光成分を高精度に表すものである。また、差（ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４）および差（ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２）それぞれを演算することにより、ＣＭＯＳ回路に特有の熱雑音（ＫＴＣノイズ）を抑制することができる。
【００８４】
なお、第２信号処理部３３は、第１信号処理部２３の上記動作期間と同じ期間に動作してもよいし、第１信号処理部２３の上記動作期間と異なる期間に動作してもよい。ただし、第１信号処理部２３および第２信号処理部３３それぞれで、Ｒｅｓｅｔ信号が共通であり、Ｔｒａｎｓ信号も共通であり、ＨｏｌｄＡ,１信号とＨｏｌｄＢ,１信号とが互いに共通であり、ＨｏｌｄＡ,２信号とＨｏｌｄＢ,２信号とが互いに共通であり、ＨｏｌｄＡ,３信号とＨｏｌｄＢ,３信号とが互いに共通であり、ＨｏｌｄＡ,４信号とＨｏｌｄＢ,４信号とが互いに共通であるのが好適である。このようにすることにより、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,ＭおよびＮ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎは同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１およびＮ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１は同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２およびＮ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２は同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３およびＮ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３は同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４およびＮ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４は同一タイミングで動作する。したがって、行方向および列方向それぞれの入射光強度分布として同一タイミングのものを測定することができる。
【００８５】
以上のように、第３実施形態に係る光検出装置３では、第１信号処理部２３に含まれるＭ個の読出回路ＲＡ,ｍが同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,ｍ,１が同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,ｍ,２が同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,ｍ,３が同一タイミングで動作し、Ｍ個の保持回路ＨＡ,ｍ,４が同一タイミングで動作することができる。すなわち、第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤＡ,ｍ,１〜ＰＤＡ,ｍ,Ｎを接続する配線ＬＡ,ｍから出力される電荷を同一タイミングで読み出すことができる。第２信号処理部３３でも同様である。したがって、第３実施形態に係る光検出装置３は、入射光強度分布が時間的に変化する場合であっても同一タイミングで入射光強度分布を得ることができる。
【００８６】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る光検出装置の第４実施形態について説明する。図１７は、第４実施形態に係る光検出装置４の概略構成図である。この図に示されるように、光検出装置４は、光検出部１０、信号処理部２４および制御部４４を備える。光検出部１０は、第１実施形態におけるものと同様のものである。信号処理部２４は、Ｍ本の配線ＬＡ,１〜ＬＡ,Ｍにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＡ,ｍを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＡ,ｍを出力するとともに、Ｎ本の配線ＬＢ,１〜ＬＢ,Ｎにより光検出部１０と電気的に接続されており、光検出部１０内のフォトダイオードから各配線ＬＢ,ｎを経て転送される電荷を保持し、この保持した電荷の量に応じた電圧値ＶＢ,ｎを出力する。制御部４４は、信号処理部２４の動作を制御する。
【００８７】
図１８は、第４実施形態に係る光検出装置４の信号処理部２４の構成図である。この光検出装置４の信号処理部２４は、Ｍ個の読出回路ＲＡ,１〜ＲＡ,Ｍ、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,１〜ＨＡ,Ｍ,１、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,２〜ＨＡ,Ｍ,２、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,３〜ＨＡ,Ｍ,３、Ｍ個の保持回路ＨＡ,１,４〜ＨＡ,Ｍ,４、Ｎ個の読出回路ＲＢ,１〜ＲＢ,Ｎ、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,１〜ＨＢ,Ｎ,１、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,２〜ＨＢ,Ｎ,２、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,３〜ＨＢ,Ｎ,３、Ｎ個の保持回路ＨＢ,１,４〜ＨＢ,Ｎ,４および加減算回路Ｓを含む。この光検出装置４の信号処理部２４は、第３実施形態に係る光検出装置３の第１信号処理部２３および第２信号処理部３３の双方を含む構成と略同様のものであるが、加減算回路ＳＡおよびＳＢに替えて１個の加減算回路Ｓを有している点で相違する。なお、この図では、各スイッチの開閉を制御する信号線の表記を省略している。
【００８８】
この信号処理部２４は、各読出回路ＲＡ,ｍから出力される電圧値を保持回路ＨＡ,ｍ,１〜ＨＡ,ｍ,４の何れかに保持し、各読出回路ＲＢ,ｎから出力される電圧値を保持回路ＨＢ,ｎ,１〜ＨＢ,ｎ,４の何れかに保持する。そして、信号処理部２４は、保持回路ＨＡ,ｍ,１から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,１と、保持回路ＨＡ,ｍ,２から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,２と、保持回路ＨＡ,ｍ,３から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,３と、保持回路ＨＡ,ｍ,４から出力される電圧値ＶＡ,ｍ,４とを加減算回路Ｓに入力して、これらの加減算値（(ＶＡ,ｍ,３−ＶＡ,ｍ,４)−(ＶＡ,ｍ,１−ＶＡ,ｍ,２)）を表す電圧値ＶＡ,ｍを加減算回路Ｓから出力する。また、信号処理部２４は、保持回路ＨＢ,ｎ,１から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,１と、保持回路ＨＢ,ｎ,２から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,２と、保持回路ＨＢ,ｎ,３から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,３と、保持回路ＨＢ,ｎ,４から出力される電圧値ＶＢ,ｎ,４とを加減算回路Ｓに入力して、これらの加減算値（(ＶＢ,ｎ,３−ＶＢ,ｎ,４)−(ＶＢ,ｎ,１−ＶＢ,ｎ,２)）を表す電圧値ＶＢ,ｎを加減算回路Ｓから出力する。
【００８９】
この第４実施形態に係る光検出装置４の動作は、第３実施形態に係る光検出装置３の動作と略同様であり、行方向および列方向それぞれの入射光強度分布として同一タイミングのものを測定することができる。ただし、光検出装置４では、１個の加減算回路Ｓから電圧値ＶＡ,１〜ＶＡ,Ｍおよび電圧値ＶＢ,１〜ＶＢ,Ｎが順次に出力される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１実施形態に係る光検出装置１の概略構成図である。
【図２】光検出部１０の構成図である。
【図３】フォトダイオードの断面図である。
【図４】第１実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２１の構成図である。
【図５】第１実施形態に係る光検出装置１の第２信号処理部３１の構成図である。
【図６】読出回路ＲＡ,ｍの回路図である。
【図７】保持回路ＨＡ,ｍ,１の回路図である。
【図８】減算回路ＳＡの回路図である。
【図９】第１実施形態に係る光検出装置１の第１信号処理部２１の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る光検出装置２の概略構成図である。
【図１１】第２実施形態に係る光検出装置２の信号処理部２２の構成図である。
【図１２】第３実施形態に係る光検出装置３の概略構成図である。
【図１３】第３実施形態に係る光検出装置３の第１信号処理部２３の構成図である。
【図１４】第３実施形態に係る光検出装置３の第２信号処理部３３の構成図である。
【図１５】加減算回路ＳＡの回路図である。
【図１６】第３実施形態に係る光検出装置３の第１信号処理部２３の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１７】第４実施形態に係る光検出装置４の概略構成図である。
【図１８】第４実施形態に係る光検出装置４の信号処理部２２の構成図である。
【符号の説明】
【００９１】
１〜４…光検出装置、１０…光検出部、２１，２３…第１信号処理部、２２，２４…信号処理部、３１，３３…第２信号処理部、４１〜４４…制御部。
【図１】
2005218052.tif 000003
【図２】
2005218052.tif 000004
【図３】
2005218052.tif 000005
【図４】
2005218052.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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