JPH10115550A - 光検出装置および固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光素子の出力電流の大部分を暗電流成分が
占める場合であっても、良好なＳＮ比を確保して光検出
を行う。 【解決手段】 光チョッパ２１０などを備える光遮断制
御部２００で、光電変換素子１００への測定対象光の入
射／非入射状態を周期的に発生させ、まず、非入射状態
での光電変換素子が発生する暗電流の平均値を暗電流除
去回路４００で除去して、暗電流成分と信号電流成分と
の割合を改善した後、更に、残った暗電流成分を更に時
間的に近接した時点で求めた推定残留暗電流成分を差分
演算回路５００で差し引くことにより、信号成分を抽出
するので、良好なＳ／Ｎ比を確保して信号成分を抽出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象光の強度
を測定する光検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】測定対象光の強度測定には、測定対象光
の受光量に応じた電荷が生じ、電流信号として出力する
フォトダイオードなどの半導体受光素子が多用されてい
る。こうした受光素子を使用して、精度良く受光量を測
定するにあたって、受光素子の暗電流が常に問題とな
り、受光素子の種類に応じた暗電流の低減あるいは除去
の方式が提案されている。

【０００３】提案されている方式としては、暗電流は、
受光素子の動作温度を低くすると低減されることに着目
して、受光素子の冷却を図る方式がある（以後、従来法
１と呼ぶ）。また、光チョッパを使用し、測定対象光が
遮断された状態での受光素子から出力電流を暗電流とし
て評価し、測定対象光の透過状態での受光素子の出力電
流から評価暗電流を差し引き、測定対象光の強度に応じ
た電流信号を得る方式がある（以後、従来法２と呼
ぶ）。

【０００４】そして、従来法１と従来法２とを組合せた
装置（以下、従来例と呼ぶ）が、特開昭６１−２５５０
６０号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光検出装置で
は、以上のような方式で暗電流成分の低減を図っている
ので、以下のような問題点があった。

【０００６】従来法１では、受光素子の冷却を行うため
に冷却部を備える必要があるので、光検出装置が大規模
なものとなってしまう。更に、冷却によっての暗電流の
低減では、測定対象光が微弱な場合には、充分なＳＮ比
を確保できないことが多くの場合で発生する。

【０００７】従来法２では、測定対象光の受光によって
発生する電流量（以後、信号電流量とも呼ぶ）と暗電流
量とが同程度の場合にはある程度のＳＮ比を確保可能で
あるが、信号電流量が暗電流量よりも圧倒的に少ない、
例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオードの場合には、良好
なＳＮ比の確保が不可能である。

【０００８】したがって、従来法１と従来法２との双方
を採用した従来例の装置であっても、冷却後の受光素子
からの電流信号の大部分を暗電流成分が占める場合に
は、精度の良い測定は困難であった。

【０００９】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、受光素子の出力電流の大部分を暗電流成分が占める
場合であっても、良好なＳＮ比を確保可能な光検出装置
を提供することを目的とする。

【００１０】また、本発明は、画素に相当する受光素子
の出力電流の大部分を暗電流成分が占める場合であって
も、良好なＳＮ比を確保して入射光像を撮像可能な固体
撮像装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の光検出装置
は、（ａ）周期的に測定対象光の透過と遮断とを制御す
る光遮断制御部と、（ｂ）測定対象光の強度に応じた電
荷を発生し、電流信号として出力する光電変換素子と、
（ｃ）光電変換素子から出力された電流信号を入力し、
積分指示信号に応じて、入出力端子間に接続された第１
の容量素子に積分する積分回路と、（ｄ）測定対象光の
遮断時に光電変換素子から出力された暗電流信号を入力
し、暗電流の略平均値を求めるとともに、暗電流除去指
示信号に応じて、積分回路に入力する電流信号から暗電
流の略平均値を除去する暗電流除去回路と、（ｅ）積分
回路からの出力信号を入力し、減算指示信号に応じて、
測定対象光の遮断時の所定時間にわたって暗電流の略平
均値が除去された暗電流信号を積分回路で積分した後の
前記積分回路の出力信号の第１の値を保持するととも
に、測定対象光の透過時の所定時間にわたって暗電流の
略平均値が除去された光電変換素子からの電流信号を前
記積分回路で積分した後の前記積分回路の出力信号の第
２の値と前記第１の値との差に応じた信号を出力する差
分演算回路と、（ｆ）光遮断制御部から出力された光透
過状態表示信号を入力し、光透過状態表示信号の変化に
同期して、積分指示信号、暗電流除去指示信号、およ
び、減算指示信号を出力するタイミング発生回路とを備
えることを特徴とする。

【００１２】請求項１の光検出装置では、光チョッパな
どの光遮断制御部が動作して、光遮断状態と光透過状態
とを交互かつ周期的に発生させる。そして、光遮断制御
部は、光遮断状態で非有意となり、光透過状態で有意と
なる光透過状態表示信号をタイミング発生回路へ向けて
出力する。

【００１３】光透過状態表示信号が有意から非有意へ変
化すると、タイミング発生回路は、積分指示信号を非有
意として、積分回路を非積分モードで動作させ、かつ、
暗電流除去指示信号を非有意として、光電変換素子から
出力された暗電流信号を暗電流除去回路に入力する。暗
電流除去回路は、入力した暗電流信号と非積分動作時の
積分回路からの出力信号とに基づいて、暗電流除去指示
信号が有意となるまでの暗電流信号の略平均値を求め
る。

【００１４】次に、暗電流除去指示信号を有意として、
積分回路の電流信号入力端子に流入してくる電流信号か
ら、暗電流除去回路が、求めた暗電流の略平均値を継続
的に除去する。

【００１５】この状態で、積分指示信号を有意として、
光電変換素子から出力された電流信号から暗電流の略平
均値が除去された電流信号を、所定時間にわたって積分
回路に入力して積分し、電荷を第１の容量素子に蓄積す
る。所定時間経過後、減算指示信号を一時的に有意と
し、その時点における積分回路の積分結果を、差分演算
回路に保持する。

【００１６】この後、光透過状態表示信号が非有意から
有意へ変化すると、第１の容量素子に蓄積された電荷を
リセットするとともに、光検出指示信号を有意として、
光電変換素子の電流信号出力端子を積分回路の電流入力
端子に接続する。そして、光電変換素子から出力された
電流信号から暗電流の略平均値が除去された電流信号
を、所定時間にわたって積分回路に入力して積分し、電
荷を第１の容量素子に蓄積する。所定時間経過後、減算
指示信号を一時的に有意とし、その時点における積分回
路の積分結果を、差分演算回路に通知する。

【００１７】この通知を受けた差分演算回路は、以前に
保持していた暗電流成分のみに応じた積分結果と、今回
通知された、信号成分と暗電流成分との和に応じた積分
結果との差分を演算して出力する。

【００１８】こうして、請求項１の光検出装置では、光
電変換素子からの出力電流信号の大部分が暗電流成分で
あっても、まず、暗電流成分の大半を、時間的に近接し
た時点で求めた、暗電流の略平均値を除去することによ
って、暗電流成分と信号電流成分との割合を改善した
後、更に、残った暗電流成分を更に時間的に近接した時
点で求めた推定残留暗電流成分を差し引くことにより、
信号成分を抽出するので、良好なＳＮ比を確保して信号
成分を抽出する。こうして抽出された信号成分を計測す
ることにより、精度良く測定対象光の受光強度を測定す
る。

【００１９】請求項２の光検出装置は、請求項１の光検
出装置において、（i）光電変換素子は、カソード端子
が基準電位に設定されたフォトダイオードであり、（i
i）積分回路は、光電変換素子から出力された電流信号
を入力する負入力端子と、基準電位に設定された正入力
端子とを有する演算増幅器を備えることを特徴とする。

【００２０】光電変換素子であるフォトダイオードで発
生する暗電流は、カソード端子とアノード端子との間に
印加されるバイアス電圧が大きい程、大きなものとな
る。

【００２１】請求項２の光検出装置では、光電変換素子
であるフォトダイオードのカソード端子が基準電位に設
定されるとともに、電流信号出力端子であるアノード端
子は、基準電位とイマジナリショート状態にある積分回
路の演算増幅器の負入力端子に接続されるので、カソー
ド端子とアノード端子との間に印加されるバイアス電圧
をほぼ極限まで低減できる。したがって、発生する暗電
流の絶対量が低減される。この結果、抽出される信号成
分のＳＮ比が向上する。

【００２２】請求項３の光検出装置は、請求項１の光検
出装置において、暗電流除去回路が、（i）積分回路の
電流信号の入力端子にソース端子が接続されるととも
に、ドレイ ン端子が基準電位に設定された電界効果ト
ランジスタと、（ii）電界効果トランジスタのゲート端
子が第１の端子に接続されるとともに、第２の端子が基
準電位に設定された第２の容量素子と、（iii）電界効
果トランジスタのゲート端子が 第１の端子に接続され
るとともに、第２の端子が積分回路の出力端子に接続さ
れ、暗電流除去指示信号に応じて開閉するスイッチ素子
とを備えることを特徴とする。

【００２３】請求項３の光検出装置では、暗電流の略平
均値にあたって、光遮断状態での光電変換素子からの暗
電流信号を電界効果トランジスタのソース端子に入力す
るとともに、暗電流除去指示信号が非有意とした場合に
閉じるスイッチ素子を介して、非積分動作時の積分回路
の出力信号を電界効果トランジスタのゲート端子と第２
の容量素子の第１の端子に入力する。この結果、暗電流
除去指示信号が非有意とした期間での光電変換素子から
の暗電流信号の略平均値に応じた量の電位が第２の容量
素子の第１の端子、すなわち、電界効果トランジスタの
ゲート端子に発生し、この電位に応じた電流が電界効果
トランジスタを介して、積分回路の電流信号入力端子に
流入する電流信号から除去される。

【００２４】また、暗電流除去指示信号を有意とする
と、それ以前の光電変換素子からの暗電流信号の略平均
値に応じた電位値が第２の容量素子の第１の端子に保持
される。したがって、暗電流除去指示信号が有意の状態
では、以前の暗電流除去指示信号が非有意の状態での暗
電流の略平均値が、継続して積分回路の電流信号入力端
子に流入する電流信号から除去される。

【００２５】請求項４の光検出装置は、測定対象光が赤
外線であり、光電変換素子がＩｎＧａＡｓからなるフォ
トダイオードであることを特徴とする。

【００２６】光電変換素子が赤外線に感度を有するＩｎ
ＧａＡｓからなるフォトダイオードでは、出力電流信号
の大部分が暗電流成分である。したがって、請求項１の
光検出装置の構成とすることが特に好適である。

【００２７】請求項５の固体撮像装置は、請求項１の光
検出装置を１次元状または２次元状に配列したことを特
徴とする。

【００２８】請求項５の固体撮像装置では、１次元また
は２次元に配列する画素に応じた光検出装置を請求項１
の光検出装置で構成するので、各画素について良好なＳ
Ｎ比を確保して、好適な入力像の撮像を実行する。

【００２９】

【実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発明の光
検出装置および固体撮像装置の実施形態を説明する。な
お、図面の説明にあたっては、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。

【００３０】図１は、本発明の光検出装置の一実施形態
の構成図である。図１に示すように、この光検出装置
は、（ａ）周期的に測定対象光の透過と遮断とを制御す
る光遮断制御部２００と、（ｂ）光遮断制御部２００を
介して入射した測定対象光の強度に応じた電荷を発生
し、電流信号として出力するフォトダイオードである光
電変換素子１００と、（ｃ）光電変換素子１００から出
力された信号を入力し、積分指示信号ＳＭに応じて、入
出力端子間に接続された容量素子３１０に積分するとと
もに、リセット指示信号Ｒ１に応じて容量素子３１０に
蓄積された電荷を放出する積分回路３００と、（ｄ）測
定対象光の遮断時に光電変換素子１００から出力された
暗電流信号を入力し、暗電流の略平均値を求めるととも
に、暗電流除去指示信号ＲＭに応じて、積分回路３００
に入力する電流信号から暗電流の略平均値を除去する暗
電流除去回路４００と、（ｅ）積分回路３００からの出
力信号を入力し、減算指示信号ＳＢに応じて、測定対象
光の遮断状態における所定時間Ｔにわたって暗電流の略
平均値が除去された暗電流信号を積分回路３００で積分
した後の積分回路３００の出力信号の値Ｖ１を保持し、
測定対象光の透過状態における所定時間Ｔにわたって暗
電流の略平均値が除去された光電変換素子１００からの
電流信号を積分回路３００で積分した後の前記積分回路
３００の出力信号の値Ｖ２と値Ｖ１との差に応じた信号
を出力するとともに、リセット指示信号Ｒ２に応じて保
持値をリセットする差分演算回路５００と、（ｆ）光遮
断制御部２００から出力された光透過状態表示信号ＴＲ
を入力し、光透過状態表示信号ＴＲに同期して、積分指
示信号ＳＭ、リセット指示信号Ｒ１、暗電流除去指示信
号ＲＭ、減算指示信号ＳＢ、および、リセット指示信号
Ｒ２を出力するタイミング発生回路６００とを備える。

【００３１】光電変換素子１００として、赤外線測定の
場合には、ＩｎＧａＡｓからなるフォトダイオードを好
適に採用できる。なお、以下の説明では、暗電流成分が
光電変換素子１００が出力する電流信号の大部分を占め
る場合を想定する。

【００３２】図１に示すように、光電変換素子１００の
カソード端子は接地され、光電変換素子１００はアノー
ド端子から電流信号を出力する。

【００３３】光電変換素子１００のカソード端子が接地
されるとともに、電流信号出力端子であるアノード端子
は、接地レベルとイマジナリショート状態にある積分回
路３００の演算増幅器３２０の負入力端子３２１に接続
されるので、カソード端子とアノード端子との間に印加
されるバイアス電圧をほぼ極限まで低減される。したが
って、発生する暗電流の絶対量が低減される。

【００３４】光遮断制御部２００は、（i）測定対象光
の光電変換素子１００への光路中に配設された光チョッ
パ２１０と、（ii）光チョッパ２１０によって、測定対
象光が遮断状態および透過状態のいずれの状態にあるの
かを検出し、透過状態の場合に有意となる光透過状態表
示信号ＴＲを出力するフォトインタラプタ２２０とを備
える。

【００３５】積分回路３００は、（i）光電変換素子１
００から出力された電流信号を負入力端子３２１から入
力するとともに、正入力端子３２２が接地された演算増
幅器３２０と、（ii）演算増幅器３２０の負入力端子３
２１と第１の端子が接続された容量素子３１０と、（ii
i）容量素子３１０の第２の端子と第１の端子が接続さ
れるとともに、第２の端子が演算増幅器３２０の出力端
子３２３に接続され、積分指示信号ＳＭに応じて開閉す
るスイッチ素子３３０と、（iv）演算増幅器３２０の負
入力端子３２１と第１の端子が接続されるとともに、第
２の端子が演算増幅器３２０の出力端子３２３に接続さ
れ、リセット指示信号Ｒ１に応じて開閉するスイッチ素
子３４０とを備える。

【００３６】暗電流除去回路４００は、（i）積分回路
３００の電流信号の入力端子にソース端子が接続される
とともに、ドレイン端子が接地された電界効果トランジ
スタ４１０と、（ii）電界効果トランジスタ４１０のゲ
ート端子が第１の端子に接続されるとともに、第２の端
子が接地された容量素子４２０と、（iii）電界効果ト
ランジスタ４１０のゲート端子が第１の端子に接続され
るとともに、第２の端子が積分回路３００の出力端子に
接続され、暗電流除去指示信号ＲＭに応じて開閉するス
イッチ素子４３０とを備える。

【００３７】差分演算回路５００は、（i）積分回路３
００から出力された信号を第１の端子に入力し、減算指
示信号ＳＢに応じて開閉するスイッチ素子５１０と、
（ii）スイッチ素子５１０の第２の端子から出力された
信号を第１の端子に入力する容量素子５２０と、（ii
i）容量素子５２０の第２の端子から出力された電流信
号を負入力端子５３１から入力するとともに、正入力端
子５３２が接地された演算増幅器５３０と、（iv）演算
増幅器５３０の負入力端子５３１と第１の端子が接続さ
れるとともに、第２の端子が演算増幅器５３０の出力端
子５３３に接続された容量素子５４０と、（v）演算増
幅器５３０の負入力端子５３１と第１の端子が接続され
るとともに、第２の端子が演算増幅器５３０の出力端子
５３３に接続され、リセット指示信号Ｒ２に応じて開閉
するスイッチ素子５５０とを備える。

【００３８】本実施形態の光検出装置は、以下のように
して、測定対象光の受光量を測定する。図２は、本実施
形態の光検出装置の動作を示すタイミングチャートであ
る。なお、図２において、光透過状態表示信号ＴＲ、積
分指示信号ＳＭ、リセット指示信号Ｒ１、減算指示信号
ＳＢ、および、リセット指示信号Ｒ２は、高レベルでは
有意であり、光透過状態表示信号ＴＲを除く各信号が開
閉を制御するスイッチ素子を閉じるとともに、低レベル
では非有意であり、光透過状態表示信号ＴＲを除く各信
号が開閉を制御するスイッチ素子を開放する。一方、暗
電流除去信号ＲＭは、高レベルでは非有意であり、スイ
ッチ素子４３０が閉じるとともに、低レベルでは有意で
あり、スイッチ素子４３０が開放する。

【００３９】本実施形態の光検出装置では、光遮断制御
部２００の光チョッパ２１０の動作により、光電変換素
子１００にとって、測定対象光が光遮断状態および光透
過状態が周期的に発生する。そして、この光遮断状態お
よび光透過状態の交互かつ周期的な変化がフォトインタ
ラプタ２２０で検出され、タイミング発生回路６００へ
光透過状態表示信号ＴＲとして通知される。

【００４０】光透過状態表示信号ＴＲが有意から非有意
へと変化する、すなわち、光電変換素子１００にとって
の測定対象光の非入射状態が開始すると、タイミング発
生回路６００が暗電流除去指示信号ＲＭを非有意とし
て、スイッチ素子４３０を開放する。

【００４１】この状態で、光電変換素子１００で暗電流
が発生すると、電界効果トランジスタ４１０を介して暗
電流が流れる。そして、暗電流量の略平均値が電界効果
トランジスタ４１０を介して流すゲート電位が容量素子
４２０の第１の端子に発生する。

【００４２】次に、タイミング発生回路６００が暗電流
除去指示信号ＲＭを有意とする。この結果、暗電流除去
指示信号ＲＭを有意とした直前における暗電流量の略平
均値に応じたゲート電位が容量素子４２０の第１の端子
に保持され、以後、暗電流除去回路４００が、積分回路
３００の電流信号入力端子に流入する電流から暗電流量
の略平均値を、引き抜き続ける。

【００４３】引き続き、タイミング発生回路６００が積
分指示信号を有意とした後、リセット指示信号Ｒ１を一
時的に有意とする。

【００４４】以後、時間Ｔにわたって、光電変換素子１
００から出力された暗電流信号から暗電流の略平均値が
除去された電流信号を、積分回路に入力し、流入した電
荷を容量素子３１０に蓄積する。容量素子３１０に蓄積
された電荷は、暗電流除去回路４００で引き抜ききれな
かった暗電流の時間Ｔの積分値である。

【００４５】次いで、タイミング発生回路６００が、減
算指示信号ＳＢを一時的に有意として、差分演算回路５
００のスイッチ素子５１０を一時的に閉じることによ
り、その時点での積分回路３００の出力値Ｖ１を差分演
算回路５００の容量素子５２０に保持する。

【００４６】この後、光透過状態表示信号ＴＲが非有意
から有意へと変化する、すなわち、光電変換素子１００
にとっての測定対象光の入射状態が開始する。この結
果、光電変換素子１００からは、信号電流成分と暗電流
成分とを含む電流信号が出力される。

【００４７】光透過状態表示信号ＴＲの非有意から有意
への変化から、適当な時間Ｔ１経過後、リセット指示信
号Ｒ１を一時的に有意とされ、容量素子３１０に蓄積さ
れた電荷を放出する。そして、この後、時間Ｔに渡っ
て、光電変換素子１００から出力された電流信号から暗
電流の略平均値が除去された電流信号を、積分回路３０
０に入力し、流入した電荷を容量素子３１０に蓄積す
る。容量素子３１０に蓄積された電荷は、暗電流除去回
路４００で引き抜ききれなかった暗電流の時間Ｔにわた
る積分値と光電変換素子１００が受光した測定対象光の
受光に応じた信号電流の時間Ｔにわたる積分値との和の
値である。

【００４８】光電変換素子１００から出力された電流信
号から暗電流の略平均値が除去された電流信号は、暗電
流成分と信号電流成分との和であるが、暗電流成分が電
流全体に占める割合は、光電変換素子１００から出力さ
れた電流信号における暗電流成分の占める割合に比べて
格段に低減されている。

【００４９】光電変換素子１００から出力された電流信
号から暗電流の略平均値が除去された電流信号の時間Ｔ
にわたる積分の結果、積分回路３００の出力信号の値Ｖ
２は、 Ｖ２＝Ｖ１’＋Ｖ３ …（１） ここで、Ｖ１’：暗電流成分の寄与値 Ｖ３：信号電流成分の寄与値 である。上述のように、積分対象の電流信号からは、光
電変換素子１００からの出力時の電流信号における暗電
流の殆どは除去されているので、もはや、Ｖ１’＞＞Ｖ
３という関係は成立しない。

【００５０】ところで、上記のように、同一の光電変換
素子１００から出力される暗電流から暗電流量の略平均
値を除去した電流の時間Ｔにわたる積分に応じた積分回
路３００の出力値がＶ１であるから、Ｖ１’≒Ｖ１であ
る。したがって、 Ｖ２＝Ｖ１＋Ｖ３ …（２） が非常に良い近似となる。以後、この近似を採用する。

【００５１】光電変換素子１００から出力された電流信
号から暗電流の略平均値が除去された電流信号の積分回
路３００による積分動作と並行して、リセット指示信号
Ｒ２を非有意として、スイッチ素子５５０を開放する。

【００５２】時間Ｔにわたる、光電変換素子１００から
出力された電流信号から暗電流の略平均値が除去された
電流信号の積分の後、減算指示信号ＳＢを一時的に有意
として、差分演算回路５００のスイッチ素子５１０を一
時的に閉じ、積分回路３００の出力値Ｖ２が容量素子５
１０に伝達される。この結果、値Ｖ３（＝Ｖ２−Ｖ１）
に応じた電荷が容量素子５４０に蓄積され、差分演算回
路の出力として出力値Ｖ３が出力される。（２）式よ
り、出力値Ｖ３は、測定対象光の受光量を反映してい
る。

【００５３】ところで、上述のように、Ｖ１＞＞Ｖ３で
はないので、値Ｖ２と値Ｖ１との差分を演算して求めら
れた値Ｖ３は、良好なＳＮ比を確保して測定対象光の受
光量を反映している。したがって、値Ｖ３をサンプルす
ることにより、測定対象光の受光量を高ＳＮ比で測定す
ることができる。

【００５４】そして、値Ｖ３のサンプル後、タイミング
発生回路６００が各信号を初期状態に戻し、次の測定の
準備をする。

【００５５】すなわち、本実施形態の光検出装置では、
光電変換素子からの出力電流信号の大部分が暗電流成分
であっても、まず、時間的に近接した時点で求めた、暗
電流の略平均値を除去することによって、暗電流成分と
信号電流成分との割合を改善した後、更に、残った暗電
流成分を更に時間的に近接した時点で求めた推定残留暗
電流成分を差し引くことにより、良好なＳＮ比を確保し
て信号成分を抽出する。こうして抽出された信号成分を
計測することにより、精度良く測定対象光の受光強度を
測定できる。

【００５６】なお、本実施形態の光検出装置を１次元状
または２次元状に配列し、各検出器を画素に対応させる
ことにより、光電変換素子からの出力電流信号の大部分
が暗電流成分であるような光電変換素子を使用した場合
でも、良好なＳＮ比を確保して、好適な入力像の撮像を
実行する１次元または２次元の固体撮像素子を実現する
ことができる。

【００５７】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、変形が可能である。例えば、暗電流成分が光
電変換素子の出力電流における大部分を占める場合では
なくとも、本発明の光検出装置を使用可能であり、非常
に高精度で測定対象光の受光量を測定することができ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
検出装置によれば、光チョッパなどを備える光遮断制御
部で、光電変換素子への測定対象光の入射／非入射状態
を周期的に発生させ、まず、非入射状態での光電変換素
子が発生する暗電流の平均値を除去して、暗電流成分と
信号電流成分との割合を改善した後、更に、残った暗電
流成分を更に時間的に近接した時点で求めた推定残留暗
電流成分を差し引くことにより、信号成分を抽出するの
で、良好なＳＮ比を確保して信号成分を抽出する。この
結果、冷却を必要とすることなく、光電変換素子からの
出力電流信号の大部分が暗電流成分であるような光電変
換素子を使用した場合でも、ＳＮ比を確保して、測定対
象光の受光量を測定することができる。

【００５９】また、本発明の固体撮像素子は、各画素に
応じて本発明の光検出装置を採用するので、光電変換素
子からの出力電流信号の大部分が暗電流成分であるよう
な光電変換素子を使用した場合でも、ＳＮ比を確保し
て、好適な入力像の１次元または２次元の撮像が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の光検出装置の構成図であ
る。

【図２】本発明の実施形態の光検出装置の動作を説明す
るタイミングチャートである。

【符号の説明】

１００…光電変換素子、２００…光遮断制御部、２１０
…光チョッパ、２２０…フォトインタラプタ、３００…
積分回路、３１０…容量素子、３２０…演算増幅器、３
３０，３４０…スイッチ素子、４００…暗電流除去回
路、４１０…電界効果トランジスタ、４２０…容量素
子、４３０…スイッチ素子、５００…差分演算回路、５
１０，５５０…スイッチ素子、５３０…差動増幅器、５
２０，５４０…容量素子、６００…タイミング発生回
路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的に測定対象光の透過と遮断とを制
   御する光遮断制御部と、 測定対象光の強度に応じた電荷を発生し、電流信号とし
   て出力する光電変換素子と、 前記光電変換素子から出力された電流信号を入力し、積
   分指示信号に応じて、入出力端子間に接続された第１の
   容量素子に積分する積分回路と、 測定対象光の遮断時に前記光電変換素子から出力された
   暗電流信号を入力し、前記暗電流の略平均値を求めると
   ともに、暗電流除去指示信号に応じて、前記積分回路に
   入力する電流信号から前記暗電流の略平均値を除去する
   暗電流除去回路と、 前記積分回路からの出力信号を入力し、減算指示信号に
   応じて、測定対象光の遮断時の所定時間にわたって前記
   略平均値が除去された前記暗電流信号を前記積分回路で
   積分した後の前記積分回路の出力信号の第１の値を保持
   するとともに、測定対象光の透過時の前記所定時間にわ
   たって前記略平均値が除去された前記光電変換素子から
   の電流信号を前記積分回路で積分した後の前記積分回路
   の出力信号の第２の値と前記第１の値との差に応じた信
   号を出力する差分演算回路と、 前記光遮断制御部から出力された光透過状態表示信号を
   入力し、前記光透過状態表示信号の変化に同期して、前
   記積分指示信号、前記暗電流除去指示信号、および、前
   記減算指示信号を出力するタイミング発生回路と、 を備えることを特徴とする光検出装置。
2. 【請求項２】 前記光電変換素子は、カソード端子が基
   準電位に設定されたフォトダイオードであり、 前記積分回路は、前記光電変換素子から出力された電流
   信号から出力された暗電流信号を入力する負入力端子
   と、前記基準電位に設定された正入力端子とを有する演
   算増幅器を備える、 ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
3. 【請求項３】 前記暗電流除去回路は、 前記積分回路の電流信号の入力端子にソース端子が接続
   されるとともに、ドレイン端子が基準電位に設定された
   電界効果トランジスタと、 前記電界効果トランジスタのゲート端子が第１の端子に
   接続されるとともに、第２の端子が基準電位に設定され
   た第２の容量素子と、 前記電界効果トランジスタのゲート端子が第１の端子に
   接続されるとともに、第２の端子が前記積分回路の出力
   端子に接続され、暗電流除去指示信号に応じて開閉する
   第１のスイッチ素子と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
4. 【請求項４】 測定対象光は赤外線であり、前記光電変
   換素子はＩｎＧａＡｓからなるフォトダイオードであ
   る、ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１の光検出装置を１次元状または
   ２次元状に配列したことを特徴とする固体撮像装置。