JPH10115552A - 光検出装置および固体撮像装置 - Google Patents
光検出装置および固体撮像装置Info
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- JPH10115552A JPH10115552A JP9217556A JP21755697A JPH10115552A JP H10115552 A JPH10115552 A JP H10115552A JP 9217556 A JP9217556 A JP 9217556A JP 21755697 A JP21755697 A JP 21755697A JP H10115552 A JPH10115552 A JP H10115552A
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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】 測定対象光を受光する光電変換素子１１
０とこの光電変換素子と暗電流特性が略同一の遮光され
たダミー光電変換素子１２０を並置し、まず、測定時点
に近接した時点でのダミー光電変換素子１２０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。
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】 測定対象光を受光する光電変換素子１１
０とこの光電変換素子と暗電流特性が略同一の遮光され
たダミー光電変換素子１２０を並置し、まず、測定時点
に近接した時点でのダミー光電変換素子１２０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
【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。
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。
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、遮光が施されたダミーの受光素子を
設けて、測定対象光を受光する受光素子の暗電流を評価
し、測定対象光を受光する受光素子の出力電流からダミ
ーの受光素子の出力電流を差し引き、測定対象光の強度
に応じた電流信号を得る方式が提案されている（以後、
従来法２と呼ぶ）。
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、遮光が施されたダミーの受光素子を
設けて、測定対象光を受光する受光素子の暗電流を評価
し、測定対象光を受光する受光素子の出力電流からダミ
ーの受光素子の出力電流を差し引き、測定対象光の強度
に応じた電流信号を得る方式が提案されている（以後、
従来法２と呼ぶ）。
【０００４】
【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。
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。
【０００５】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。
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。
【０００６】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。
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。
【０００７】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。
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。
【０００８】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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の光検出装置
は、（ａ）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第１の光電変換素子と、
（ｂ）第１の光電変換素子と略同一の暗電流特性を有す
るとともに、遮光された第２の光電変換素子と、（ｃ）
光検出指示信号が有意な場合に、第１の光電変換素子か
ら出力された電流信号を入力するとともに、光検出指示
信号が非有意な場合に、第２の光電変換素子から出力さ
れた暗電流信号を入力し、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）第２の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、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、
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積分回路の出力信号の
第１の値を保持するとともに、所定時間にわたって暗電
流の略平均値が除去された第１の光電変換素子からの電
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２の値と第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）光検出指示信号、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。
は、（ａ）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第１の光電変換素子と、
（ｂ）第１の光電変換素子と略同一の暗電流特性を有す
るとともに、遮光された第２の光電変換素子と、（ｃ）
光検出指示信号が有意な場合に、第１の光電変換素子か
ら出力された電流信号を入力するとともに、光検出指示
信号が非有意な場合に、第２の光電変換素子から出力さ
れた暗電流信号を入力し、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）第２の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、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、
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積分回路の出力信号の
第１の値を保持するとともに、所定時間にわたって暗電
流の略平均値が除去された第１の光電変換素子からの電
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２の値と第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）光検出指示信号、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。
【００１０】請求項１の光検出装置では、まず、第２の
光電変換素子の電流信号出力端子と積分回路の電流信号
入力端子とを接続するとともに、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、第２の光電変換素子
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。
光電変換素子の電流信号出力端子と積分回路の電流信号
入力端子とを接続するとともに、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、第２の光電変換素子
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。
【００１１】次に、暗電流除去信号を有意として、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。
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。
【００１２】この状態で、積分指示信号を有意として、
第２の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。
第２の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。
【００１３】この後、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、第１の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、第１の光電変換素
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。
をリセットするとともに、光検出指示信号を有意とし
て、第１の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、第１の光電変換素
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。
【００１４】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。
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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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）第１の光電変換 素子および第２
の光電変換素子は、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、（ii）積分回路は、第１の
光電変換素子から出力された電流信号および第２の光電
変換素子から出力された暗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。
出装置において、（i）第１の光電変換 素子および第２
の光電変換素子は、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、（ii）積分回路は、第１の
光電変換素子から出力された電流信号および第２の光電
変換素子から出力された暗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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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第１のスイッ
チ素子とを備えることを特徴とする。
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第１のスイッ
チ素子とを備えることを特徴とする。
【００２０】請求項３の光検出装置では、暗電流の略平
均値を除去するにあたって、第２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
に閉じる第１の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第２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。
均値を除去するにあたって、第２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
に閉じる第１の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第２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。
【００２１】また、暗電流除去指示信号を有意とする
と、それ以前の第２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。
と、それ以前の第２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。
【００２２】請求項４の光検出装置は、請求項１の光検
出装置において、（i）第１の光電変換 素子の電流出力
端子に第１の端子が接続されるとともに、第２の端子が
積分回路の電流入力端子に接続され、光検出指示信号が
有意の場合に閉じる第２のスイッチ素子と、（ii）第１
の光電変換素子の電流出力端子に第１の端子が接続され
るとともに、第２の端子が基準電位に設定され、光検出
指示信号が非有意の場合に閉じる第３のスイッチ素子
と、（iii）第２の光電変換素子の電流出力端子に第 １
の端子が接続されるとともに、第２の端子が積分回路の
電流入力端子に接続され、光検出指示信号が非有意の場
合に閉じる第４のスイッチ素子と、（iv）第２の光電変
換素子の電流出力端子に第１の端子が接続されるととも
に、第２の端子が基準電位に設定され、光検出指示信号
が有意の場合に閉じる第５のスイッチ素子とを備える電
流信号経路設定部を更に備えることを特徴とする。
出装置において、（i）第１の光電変換 素子の電流出力
端子に第１の端子が接続されるとともに、第２の端子が
積分回路の電流入力端子に接続され、光検出指示信号が
有意の場合に閉じる第２のスイッチ素子と、（ii）第１
の光電変換素子の電流出力端子に第１の端子が接続され
るとともに、第２の端子が基準電位に設定され、光検出
指示信号が非有意の場合に閉じる第３のスイッチ素子
と、（iii）第２の光電変換素子の電流出力端子に第 １
の端子が接続されるとともに、第２の端子が積分回路の
電流入力端子に接続され、光検出指示信号が非有意の場
合に閉じる第４のスイッチ素子と、（iv）第２の光電変
換素子の電流出力端子に第１の端子が接続されるととも
に、第２の端子が基準電位に設定され、光検出指示信号
が有意の場合に閉じる第５のスイッチ素子とを備える電
流信号経路設定部を更に備えることを特徴とする。
【００２３】請求項４の光検出装置では、第２のスイッ
チ素子と第４のスイッチ素子とが排他的に閉じるので、
第１の光電変換素子の電流信号出力端子と第２の光電変
換素子の電流信号出力端子とが排他的に積分回路の電流
信号入力端子に接続される。また、第２のスイッチ素子
と第３のスイッチ素子が排他的に閉じるとともに、第４
のスイッチ素子と第５のスイッチ素子が排他的に閉じる
ので、電流信号出力端子が積分回路の電流信号入力端子
に接続されていない間にはカソード端子とアノード端子
との間に印加される電圧は零であり、また、発生した電
荷は全て基準電位に放出される。したがって、電流信号
出力端子が積分回路の電流信号入力端子に接続された状
態で発生した電荷のみが積分回路へ向けて出力される。
チ素子と第４のスイッチ素子とが排他的に閉じるので、
第１の光電変換素子の電流信号出力端子と第２の光電変
換素子の電流信号出力端子とが排他的に積分回路の電流
信号入力端子に接続される。また、第２のスイッチ素子
と第３のスイッチ素子が排他的に閉じるとともに、第４
のスイッチ素子と第５のスイッチ素子が排他的に閉じる
ので、電流信号出力端子が積分回路の電流信号入力端子
に接続されていない間にはカソード端子とアノード端子
との間に印加される電圧は零であり、また、発生した電
荷は全て基準電位に放出される。したがって、電流信号
出力端子が積分回路の電流信号入力端子に接続された状
態で発生した電荷のみが積分回路へ向けて出力される。
【００２４】請求項５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。
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。
【００２５】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。
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。
【００２６】請求項６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。
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。
【００２７】請求項６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。
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。
【００２８】
【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。
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。
【００２９】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）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１１０と、（ｂ）光電変換素子１１０と略
同一の暗電流特性を有するとともに、遮光されたフォト
ダイオードである光電変換素子１２０と、（ｃ）光電変
換素子１１０の出力電流信号および光電変換素子１２０
の出力電流信号と、光検出指示信号φ１および光非検出
指示信号φ２とを入力し、光検出指示信号φ１および光
非検出指示信号φ２に応じて、光検出指示信号φ１が有
意な場合には光電変換素子１１０の出力電流信号を出力
し、光検出指示信号φ２が有意な場合には光電変換素子
１２０の出力電流信号を出力する電流信号選択回路２０
０と、（ｄ）電流信号選択回路２００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、（ｅ）光電変換素子
１２０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、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、（ｆ）積分回路３０
０からの出力信号を入力し、減算指示信号ＳＢに応じ
て、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、光検出指
示信号φ１が有意となる直前の積分回路３００の出力信
号の値Ｖ１を保持し、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１１０からの電流信号
を積分回路３００で積分した後、光検出指示信号φ１が
非有意となった直後の前記積分回路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、（ｇ）光検出指示信号φ１、
光非検出指示信号φ２、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Ｓ
Ｂ、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。
の構成図である。図１に示すように、この光検出装置
は、（ａ）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１１０と、（ｂ）光電変換素子１１０と略
同一の暗電流特性を有するとともに、遮光されたフォト
ダイオードである光電変換素子１２０と、（ｃ）光電変
換素子１１０の出力電流信号および光電変換素子１２０
の出力電流信号と、光検出指示信号φ１および光非検出
指示信号φ２とを入力し、光検出指示信号φ１および光
非検出指示信号φ２に応じて、光検出指示信号φ１が有
意な場合には光電変換素子１１０の出力電流信号を出力
し、光検出指示信号φ２が有意な場合には光電変換素子
１２０の出力電流信号を出力する電流信号選択回路２０
０と、（ｄ）電流信号選択回路２００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、（ｅ）光電変換素子
１２０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、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、（ｆ）積分回路３０
０からの出力信号を入力し、減算指示信号ＳＢに応じ
て、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、光検出指
示信号φ１が有意となる直前の積分回路３００の出力信
号の値Ｖ１を保持し、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１１０からの電流信号
を積分回路３００で積分した後、光検出指示信号φ１が
非有意となった直後の前記積分回路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、（ｇ）光検出指示信号φ１、
光非検出指示信号φ２、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Ｓ
Ｂ、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。
【００３０】光電変換素子１１０と光電変換素子１２０
とは、光電変換素子１２０が遮光材１２１で遮光される
点が異なるが、略同一の暗電流特性を有する。こうした
暗電流特性の一致性は、同工程で同一基板の隣接領域に
光電変換素子１１０と光電変換素子１２０とを形成する
ことによって達成できる。なお、遮光材としては、Ａｕ
やＡｌが好適に採用できる。
とは、光電変換素子１２０が遮光材１２１で遮光される
点が異なるが、略同一の暗電流特性を有する。こうした
暗電流特性の一致性は、同工程で同一基板の隣接領域に
光電変換素子１１０と光電変換素子１２０とを形成する
ことによって達成できる。なお、遮光材としては、Ａｕ
やＡｌが好適に採用できる。
【００３１】光電変換素子１１０および光電変換素子１
２０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１１０が出力す
る電流信号の大部分を占める場合を想定する。
２０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１１０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１１０お
よび光電変換素子１２０のカソード端子は接地され、光
電変換素子１１０および光電変換素子１２０はアノード
端子から電流信号を出力する。
よび光電変換素子１２０のカソード端子は接地され、光
電変換素子１１０および光電変換素子１２０はアノード
端子から電流信号を出力する。
【００３３】電流信号選択回路２００は、（i）光電変
換素子１１０の電流出力端子に第１の端子が接続される
とともに、第２の端子が積分回路３００の電流入力端子
に接続され、光検出指示信号φ１が有意の場合に閉じる
２１０スイッチ素子と、（ii）光電変換素子１１０の電
流出力端子に第１の端子が接続されるとともに、第２の
端子が接地され、光非検出指示信号φ２が有意の場合に
閉じるスイッチ素子２２０と、（iii）光電変換素子１
２０の電流出力端子に第１の端子が接続されるととも
に、第２の端子が積分回路３００の電流入力端子に接続
され、光非検出指示信号φ２が有意の場合に閉じるスイ
ッチ素子２３０と、（iv）光電変換素子１２０の電流出
力端子に第１の端子が接続されるとともに、第２の端子
が接地され、光検出指示信号φ１が有意の場合に閉じる
スイッチ素子２４０とを備える。
換素子１１０の電流出力端子に第１の端子が接続される
とともに、第２の端子が積分回路３００の電流入力端子
に接続され、光検出指示信号φ１が有意の場合に閉じる
２１０スイッチ素子と、（ii）光電変換素子１１０の電
流出力端子に第１の端子が接続されるとともに、第２の
端子が接地され、光非検出指示信号φ２が有意の場合に
閉じるスイッチ素子２２０と、（iii）光電変換素子１
２０の電流出力端子に第１の端子が接続されるととも
に、第２の端子が積分回路３００の電流入力端子に接続
され、光非検出指示信号φ２が有意の場合に閉じるスイ
ッチ素子２３０と、（iv）光電変換素子１２０の電流出
力端子に第１の端子が接続されるとともに、第２の端子
が接地され、光検出指示信号φ１が有意の場合に閉じる
スイッチ素子２４０とを備える。
【００３４】積分回路３００は、（i）電流信号選択回
路２００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３２１と第１の端子が接続された容量素子３１０と、
（iii）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。
路２００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３２１と第１の端子が接続された容量素子３１０と、
（iii）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。
【００３５】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。
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。
【００３６】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。
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。
【００３７】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、光検出指示信号φ１、光非検
出指示信号φ２、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Ｒ
２は、高レベルでは有意であり、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、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。
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、光検出指示信号φ１、光非検
出指示信号φ２、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Ｒ
２は、高レベルでは有意であり、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、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。
【００３８】本実施形態の光検出装置では、まず、タイ
ミング発生回路６００が、光検出指示信号φ１、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、および、減算指示信号ＳＢを非有意とするとと
もに、光非検出指示信号φ２およびリセット指示信号Ｒ
２を有意として出力して、初期状態に設定する。この結
果、スイッチ素子２１０およびスイッチ素子２４０が開
放され、スイッチ素子２２０およびスイッチ素子２３０
が閉じ、光電変換素子１１０の電流信号出力端子が接地
されるとともに、光電変換素子１２０の電流信号出力端
子が、積分回路３００の電流信号入力端子および暗電流
除去回路４００の電界効果トランジスタ４１０のソース
端子に接続される。また、スイッチ素子４３０が閉じる
ので、積分回路３００の信号出力端子が、電界効果トラ
ンジスタ４１０のゲート端子および容量素子４２０の第
１の端子に接続する。また、スイッチ素子５５０が閉じ
る。
ミング発生回路６００が、光検出指示信号φ１、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、および、減算指示信号ＳＢを非有意とするとと
もに、光非検出指示信号φ２およびリセット指示信号Ｒ
２を有意として出力して、初期状態に設定する。この結
果、スイッチ素子２１０およびスイッチ素子２４０が開
放され、スイッチ素子２２０およびスイッチ素子２３０
が閉じ、光電変換素子１１０の電流信号出力端子が接地
されるとともに、光電変換素子１２０の電流信号出力端
子が、積分回路３００の電流信号入力端子および暗電流
除去回路４００の電界効果トランジスタ４１０のソース
端子に接続される。また、スイッチ素子４３０が閉じる
ので、積分回路３００の信号出力端子が、電界効果トラ
ンジスタ４１０のゲート端子および容量素子４２０の第
１の端子に接続する。また、スイッチ素子５５０が閉じ
る。
【００３９】この状態では、光電変換素子１２０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がほぼ極限まで低減
される。したがって、発生する暗電流の絶対量が低減さ
れている。
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がほぼ極限まで低減
される。したがって、発生する暗電流の絶対量が低減さ
れている。
【００４０】この状態で、光電変換素子１２０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。
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。
【００４１】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。
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。
【００４２】引き続き、タイミング発生回路６００が積
分指示信号ＳＭ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。
分指示信号ＳＭ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。
【００４３】以後、時間Ｔにわたって、光電変換素子１
２０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。
２０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。
【００４４】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。
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。
【００４５】引き続き、タイミング発生回路６００光非
検出指示信号φ２を非有意とするとともに、光検出指示
信号φ１を有意とする。この結果、スイッチ素子２１０
およびスイッチ素子２４０が閉じ、スイッチ素子２２０
およびスイッチ素子２３０が開放され、光電変換素子１
２０の電流信号出力端子が接地されるとともに、光電変
換素子１１０の電流信号出力端子が、積分回路３００の
電流信号入力端子および暗電流除去回路４００の電界効
果トランジスタ４１０のソース端子に接続される。
検出指示信号φ２を非有意とするとともに、光検出指示
信号φ１を有意とする。この結果、スイッチ素子２１０
およびスイッチ素子２４０が閉じ、スイッチ素子２２０
およびスイッチ素子２３０が開放され、光電変換素子１
２０の電流信号出力端子が接地されるとともに、光電変
換素子１１０の電流信号出力端子が、積分回路３００の
電流信号入力端子および暗電流除去回路４００の電界効
果トランジスタ４１０のソース端子に接続される。
【００４６】この状態では、光電変換素子１１０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、上記の光電変換素子１２０
の場合と同様に、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てい
る。したがって、上記の光電変換素子１２０と同様の暗
電流発生条件が実現されるとともに、発生する暗電流の
絶対量が低減されている。
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、上記の光電変換素子１２０
の場合と同様に、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てい
る。したがって、上記の光電変換素子１２０と同様の暗
電流発生条件が実現されるとともに、発生する暗電流の
絶対量が低減されている。
【００４７】次に、リセット指示信号Ｒ１を一時的に有
意とし、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１１０
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３００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１
１０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。
意とし、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１１０
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３００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１
１０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１１０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１１０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。
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１１０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１１０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１１０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。
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１１０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、略同一の暗電流
特性を有する光電変換素子１２０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。
特性を有する光電変換素子１２０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１１０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。
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】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５２０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。
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５２０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。
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。
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、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できる。
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、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。
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。
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、測定対象光を受光する光電変換素子
とこの光電変換器と暗電流特性が略同一の遮光されたダ
ミー光電変換素子を並置し、まず、測定時点に近接した
時点でのダミー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、
良好な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。
検出装置によれば、測定対象光を受光する光電変換素子
とこの光電変換器と暗電流特性が略同一の遮光されたダ
ミー光電変換素子を並置し、まず、測定時点に近接した
時点でのダミー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、
良好な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。
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１】本発明の実施形態の光検出装置の構成図であ
る。
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。
るタイミングチャートである。
１１０，１２０…光電変換素子、１２１…遮光材、２０
０…電流信号選択回路、２１０，２２０，２３０，２４
０…スイッチ素子、３００…積分回路、３１０…容量素
子、３２０…演算増幅器、３３０，３４０…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、５
００…差分演算回路、５１０，５５０…スイッチ素子、
５３０…差動増幅器、５２０，５４０…容量素子、６０
０…タイミング発生回路。
０…電流信号選択回路、２１０，２２０，２３０，２４
０…スイッチ素子、３００…積分回路、３１０…容量素
子、３２０…演算増幅器、３３０，３４０…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、５
００…差分演算回路、５１０，５５０…スイッチ素子、
５３０…差動増幅器、５２０，５４０…容量素子、６０
０…タイミング発生回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｇ
Claims (6)
- 【請求項１】 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第１の光電変換素子
と、 前記第１の光電変換素子と略同一の暗電流特性を有する
とともに、遮光された第２の光電変換素子と、 光検出指示信号が有意な場合に、前記第１の光電変換素
子から出力された電流信号を入力するとともに、光検出
指示信号が非有意な場合に、前記第２の光電変換素子か
ら出力された暗電流信号を入力し、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、 前記第２の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、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、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第１の
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、 前記光検出指示信号、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。 - 【請求項２】 前記第１の光電変換素子および前記第２
の光電変換素子は、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、前記第１の光電変換素子から出力され
た電流信号および前記第２の光電変換素子から出力され
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。 - 【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。 - 【請求項４】 前記第１の光電変換素子の電流出力端子
に第１の端子が接続されるとともに、第２の端子が前記
積分回路の電流入力端子に接続され、前記光検出指示信
号が有意の場合に閉じる第２のスイッチ素子と、 前記第１の光電変換素子の電流出力端子に第１の端子が
接続されるとともに、第２の端子が前記基準電位に設定
され、前記光検出指示信号が非有意の場合に閉じる第３
のスイッチ素子と、 前記第２の光電変換素子の電流出力端子に第１の端子が
接続されるとともに、第２の端子が前記積分回路の電流
入力端子に接続され、前記光検出指示信号が非有意の場
合に閉じる第４のスイッチ素子と、 前記第２の光電変換素子の電流出力端子に第１の端子が
接続されるとともに、第２の端子が前記基準電位に設定
され、前記光検出指示信号が有意の場合に閉じる第５の
スイッチ素子と、 を備える電流信号選択回路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５】 前記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。 - 【請求項６】 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9217556A JPH10115552A (ja) | 1996-08-19 | 1997-08-12 | 光検出装置および固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21760296 | 1996-08-19 | ||
| JP8-217602 | 1996-08-19 | ||
| JP9217556A JPH10115552A (ja) | 1996-08-19 | 1997-08-12 | 光検出装置および固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10115552A true JPH10115552A (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=26522089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9217556A Pending JPH10115552A (ja) | 1996-08-19 | 1997-08-12 | 光検出装置および固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10115552A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11312822A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Seiko Instruments Inc | イメージセンサー |
| JP2002033962A (ja) * | 2000-05-08 | 2002-01-31 | Sony Corp | 撮像装置及びその駆動制御方法 |
| JP2009194350A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Samsung Mobile Display Co Ltd | 光センサ及びそれを用いた平板表示装置 |
| JP2013024706A (ja) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Seiko Instruments Inc | 光検出装置 |
| CN103759824A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 西安电子科技大学 | 用于可见光传感器的光电转换电路 |
| WO2016072281A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 |
| CN106525233A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-03-22 | 天津大学 | 消除暗电流影响的光敏检测电路 |
-
1997
- 1997-08-12 JP JP9217556A patent/JPH10115552A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11312822A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Seiko Instruments Inc | イメージセンサー |
| JP2002033962A (ja) * | 2000-05-08 | 2002-01-31 | Sony Corp | 撮像装置及びその駆動制御方法 |
| US8749537B2 (en) | 2008-02-13 | 2014-06-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Photo sensor and flat panel display device using thereof |
| KR100958028B1 (ko) | 2008-02-13 | 2010-05-17 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 광센서 및 그를 이용한 평판표시장치 |
| JP2009194350A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Samsung Mobile Display Co Ltd | 光センサ及びそれを用いた平板表示装置 |
| JP2013024706A (ja) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Seiko Instruments Inc | 光検出装置 |
| CN103759824A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 西安电子科技大学 | 用于可见光传感器的光电转换电路 |
| WO2016072281A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 |
| JPWO2016072281A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2017-08-31 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 |
| US10453890B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-10-22 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state image sensor with separated electrode, method of manufacturing the same, and electronic device |
| TWI692090B (zh) * | 2014-11-05 | 2020-04-21 | 日商索尼半導體解決方案公司 | 固體攝像元件及其製造方法 |
| US11217620B2 (en) | 2014-11-05 | 2022-01-04 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state image sensor for phase difference detection, method of manufacturing the same, and electronic device |
| JP2022027813A (ja) * | 2014-11-05 | 2022-02-14 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器 |
| CN106525233A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-03-22 | 天津大学 | 消除暗电流影响的光敏检测电路 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040705 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041116 |