光檢測裝置的制作方法

專利名稱：光檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及具備多個光檢測元件以及I/F轉換裝置的光檢測裝置。
背景技術：
光檢測元件(例如光電二極管或光電倍增管等)可輸出相應于入射光強度的大小的電流，并可由該電流值檢測出光強度。此種光檢測元件，在關于入射光強度的寬動態范圍(dynamic range)內，入射光強度與輸出電流值之間的直線性(linearity)良好。另一方面，已知關于光強度的人類肉眼的靈敏度的動態范圍為6位(digit)左右。
因此，在輸入由光檢測元件輸出的電流值而進行A/D轉換的A/D轉換裝置中，要求對應此種光強度的寬動態范圍而輸出多位數(bit)的數字值。例如，對應于光強度的動態范圍為6位(digit)的情形，要求從A/D轉換裝置輸出的數字值為20位(bit)。然而，實現輸出這種多達20位(bit)的數字值的A/D轉換裝置是困難的。
為解決這種問題，有人提出輸出對應于輸入的電流的大小的頻率的信號的I/F轉換裝置(例如參照專利文獻1)。該I/F轉換裝置，輸入從光檢測元件輸出的電流值，并輸出對應于該電流值(即向光檢測元件的入射光強度)大小的頻率的脈沖信號。從而，計算從該I/F轉換裝置輸出的信號中的每單位時間的脈沖數，由此可以在寬動態范圍內得到作為數字值的光強度。
此外，具備多個光檢測元件以及I/F轉換裝置的光檢測裝置，例如，通過在多個地方分別配置光檢測元件，可以在寬的動態范圍內作為數字值而得到由配置在各地方的光檢測元件檢測的光的強度。此外，例如，通過在各光檢測元件的前面配置具有互相不同的透過特性的波長選擇濾波器，可以在寬的動態范圍內作為數字值而得到互相不同的波長的光的強度。
圖14是在專利文獻1中公開的現有技術的I/F轉換裝置的構成圖。此圖所示的I/F轉換裝置40具備電流一電壓轉換電路41、晶體管Tr1、電流鏡電路(current mirror circuit)42、43、密勒積分電路(Millerintegrator)44、比較電路45以及基準電壓源46。
電流一電壓轉換電路41具有運算放大器41a以及反饋電阻元件Rf，輸入從電流值檢測電路4輸出的電流值，轉換為對應于該電流值的電壓，并輸出該電壓。晶體管Tr1將從電流一電壓轉換電路41輸出的電壓輸入門極端子(gate terminal)，并使將該電壓對數放大后的值的電流在源極端子(source terminal)與漏極端子(drain terminal)之間流動。電流鏡電路42具有晶體管Tr2和Tr3，將從晶體管Tr1輸出的電流倍增后輸出。電流鏡電路43具有晶體管Tr4和Tr5，將從電流鏡電路42輸出的電流倍增后輸出。
密勒積分電路44具有運算放大器44a以及反饋電容器C，輸入從電流鏡電路43輸出的電流，并根據該輸入電流而將電荷蓄積于電容器C中，輸出對應于該蓄積的電荷的量的電壓。比較電路45，將從密勒積分電路44輸出的電壓與從基準電壓源46輸出的基準電壓Vref進行大小比較，輸出表示該比較結果的比較信號。設置在密勒積分電路44的運算放大器44a的輸入輸出端子間的開關34，輸入從比較電路45輸出且經過緩沖放大器33的比較信號，并基于該比較信號進行開閉。
在該I/F轉換裝置40中，電流輸入密勒積分電路44后，電容器C中的電荷的蓄積量逐漸增多，從密勒積分電路44輸出的電壓變大。不久，從密勒積分電路44輸出的電壓超過基準電壓Vref時，從比較電路45輸出的比較信號反轉，由此，開關34關閉，電容器C放電。電容器C放電后，比較信號再度反轉，開關34打開，再開始電容器C中的電荷的蓄積。如此，電容器C重復充放電，從比較電路45輸出的比較信號是表示該充放電的重復的信號，成為對應于輸入的電流值大小的頻率的信號。
此外，此I/F轉換裝置40，通過具備具有對數放大特性的晶體管Tr1，試圖在使用不具有對數放大特性的晶體管時不能充分確保電容器C的放電期間這樣的高輸出頻率(大輸入電流值)的情況下，改善輸入電流值與輸出頻率之間的輸入輸出關系的直線性。即，此I/F轉換裝置40，試圖在寬動態范圍內改善關于輸入電流值的輸入輸出關系的直線性。
專利文獻1日本特開2002-107428號公報。

發明內容
然而，使用圖4如后進行了敘述，上述現有技術的具備I/F轉換裝置的光檢測裝置，難以將入射光強度與輸出頻率之間的輸入輸出關系的高直線性在寬動態范圍內實現高精度的轉換。特別是，光檢測裝置具備多個光檢測元件時，在向各光檢測元件的入射光強度與從I/F轉換裝置的輸出頻率之間高精度地實現更高的直線性很重要。
本發明是為了解決上述問題而做出的，目的在于提供可在寬動態范圍內就輸入輸出關系高精度地實現高直線性的光檢測裝置。
本發明的光檢測裝置，其特征在于，具備(a)多個光檢測元件，該多個光檢測元件輸出對應于各入射的光的強度的大小的電流；和(b)I/F轉換裝置，該I/F轉換裝置輸入由多個光檢測元件分別輸出的電流，并產生對應于該電流大小的頻率的信號。并且，I/F轉換裝置，其特征在于，包括(1)切換機構，該切換機構將所輸入的電流選擇性地切換并輸出至第1輸出端和第2輸出端中的任一方；(2)第1電容器(capacitor)，該第1電容器與切換機構的第1輸出端連接，根據電流的輸入而蓄積電荷；(3)第1放電機構，該第1放電機構使蓄積于第1電容器中的電荷放電；(4)第1比較部，該第1比較部輸入端子與第1電容器的一端連接，比較第1電容器的一端的電壓與基準電壓的大小，并將表示該比較結果的第1比較信號從輸出端子輸出；(5)第2電容器，該第2電容器與切換機構的第2輸出端連接，根據電流的輸入而蓄積電荷；(6)第2放電機構，該第2放電機構使蓄積于第2電容器中的電荷放電；和(7)第2比較部，該第2比較部輸入端子與第2電容器連接，比較第2電容器的一端的電壓與基準電壓的大小，并將表示該比較結果的第2比較信號從輸出端子輸出。
在該光檢測裝置中，從多個光檢測元件分別根據入射光強度輸出的電流輸入至I/F轉換裝置，并從I/F轉換裝置輸出對應于該電流大小的頻率的信號。
在I/F轉換裝置中，在切換機構中，電流被設定為向第1輸出端輸出時，輸入的電流經過切換機構流入第1電容器，電荷在該第1電容器中蓄積起來。隨著第1電容器中蓄積的電荷的量變多，輸入第1比較部的輸入端子的電壓逐漸變大，很快地就大于基準電壓，從第1比較部的輸出端子輸出的第1比較信號就進行電平反轉。然后，伴隨著第1比較信號的電平反轉，在第1電容器中蓄積的電荷通過第1放電機構放電，從第1比較部的輸出端子輸出的第1比較信號進行電平反轉。
其后，在切換機構中電流被變更設定為向第2輸出端輸出，輸入的電流經過切換機構而流入第2電容器，電荷在該第2電容器中蓄積起來。隨著第2電容器中蓄積的電荷量變多，輸入第2比較部的輸入端子的電壓逐漸變大，很快地就大于基準電壓，從第2比較部的輸出端子輸出的第2比較信號就進行電平反轉。然后，伴隨著第2比較信號的電平反轉，第2電容器中蓄積的電荷通過第2放電機構放電，從第2比較部的輸出端子輸出的第2比較信號進行電平反轉。
重復以上動作，從I/F轉換裝置的第1比較部或第2 比較部輸出的信號變成脈沖信號，該脈沖信號的頻率對應于輸入的電流的大小(即入射至各光檢測元件的光的強度)。
此外，優選，為進行以上動作，進一步具備定時(timing)控制機構，由該定時控制機構，基于第1比較信號及第2比較信號，控制切換機構、第1放電機構及第2放電機構各個的動作。
本發明的光檢測裝置中，優選，對于多個光檢測元件設置1個I/F轉換裝置，I/F轉換裝置，依次在規定期間內輸入從多個光檢測元件分別輸出的電流，并依次產生對應于該電流大小的頻率的信號。此外，優選，進一步具備計數部，該計數部將在I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數進行計數。此外，優選，進一步具備P/S轉換部，該P/S轉換部在計數部將計數結果作為并行信號(parallel signal)輸出的同時，將從計數部輸出的并行信號轉換為串行信號(serial signal)，并將該串行信號輸出。
此時，從多個光檢測元件分別輸出的電流依次在一定期間內輸入I/F轉換裝置，從I/F轉換裝置輸出對應于各電流大小的頻率的信號。此外，設置有計數部時，在I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數由計數部計數。并且，還進一步設置有P/S轉換部時，從計數部輸出的并行信號由P/S轉換部轉換為串行信號。
本發明的光檢測裝置中，優選，1對1地分別對應于多個光檢測元件而設置有多個I/F轉換裝置，且多個I/F轉換裝置分別輸入從對應的光檢測元件輸出的電流，并產生對應于該電流大小的頻率的信號。此外，優選進一步具備多個計數部，該多個計數部分別與多個I/F轉換裝置1對1地對應而設置，并將在對應的I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數進行計數。此外，優選，進一步具備P/S轉換部，該P/S轉換部，在多個計數部分別將計數結果作為并行信號輸出的同時，對于多個計數部僅設置1個，將從多個計數部分別輸出的并行信號依次輸入，并將該并行信號轉換為串行信號，并將該串行信號輸出。此外，優選，多個計數部分別將在對應的I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數在同一期間內進行計數。
此時，將光檢測元件、I/F轉換裝置以及計數部作為1組，光檢測裝置具備多組。從各光檢測元件輸出的電流被輸入至對應于該光檢測元件的I/F轉換裝置，從I/F轉換裝置輸出對應于該電流大小的頻率的信號。此外，設置有計數部時，在各I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數，由對應于該I/F轉換裝置的計數部進行計數。并且，進一步設置有P/S轉換部時，從各計數部輸出的并行信號，由對應于該計數部的P/S轉換部轉換為串行信號。此外，多個計數部分別將脈沖數在同一期間內進行計數時，分別入射至多個光檢測元件的光的強度在相同時間被檢測出來。
優選，本發明的光檢測裝置中所包括的I/F轉換裝置進一步包括(1)第3電容器，該第3電容器與切換機構的第1輸出端連接，同時一端與第1比較部的輸入端子連接，根據電流的輸入蓄積電荷；(2)第3放電機構，該第3放電機構使蓄積于第3電容器中的電荷放電；(3)第4電容器，該第4電容器與切換機構的第2輸出端連接，同時一端與第2比較部的輸入端子連接，根據電流的輸入蓄積電荷；(4)第4放電機構，該第4放電機構使蓄積于第4電容器中的電荷放電；(5)第1連接機構，該第1連接機構選擇性地設定為以下狀態中的任一種將第1電容器的另一端連接于接地電位的狀態，將第1電容器的另一端連接于第1比較部的輸出端子的狀態，以及，將第1電容器的另一端開放的狀態；(6)第2連接機構，該第2連接機構選擇性地設定為以下狀態中的任一種將第2電容器的另一端連接于接地電位的狀態，將第2電容器的另一端連接于第2比較部的輸出端子的狀態，以及，將第2電容器的另一端開放的狀態；(7)第3連接機構，該第3連接機構選擇性地設定為以下狀態中的任一種將第3電容器的另一端連接于接地電位的狀態，將第3電容器的另一端連接于第1比較部的輸出端子的狀態，以及，將第3電容器的另一端開放的狀態；以及(8)第4連接機構，該第4連接機構選擇性地設定為以下狀態中的任一種將第4電容器的另一端連接于接地電位的狀態，將第4電容器的另一端連接于第2比較部的輸出端子的狀態，以及，將第4電容器的另一端開放的狀態。并且，優選，第1比較部和第2比較部，分別可選擇性地設定為比較器模式(comparator mode)與放大器模式(amp mode)的任一種。
此外，比較器模式是指，比較輸入至輸入端子的電壓與基準電壓的大小，并將表示該比較結果的比較信號從輸出端子輸出的動作模式。此外，放大器模式是指，在輸入端子與輸出端子之間連接了反饋電容器時，將對應于聚積在該反饋電容器內的電荷的量的電壓從輸出端子輸出的動作模式。
此時，除了第1電容器和第2電容器以外，還具備第3電容器和第4電容器、將各電容器的電荷放電的放電機構以及設定各電容器的連接狀態的連接機構，由此，電荷按照第1電容器、第2電容器、第3電容器和第4電容器的順序重復地蓄積起來，從第1比較部或第2比較部輸出的信號為脈沖信號，而該脈沖信號的頻率對應于輸入至輸入端的電流的大小。
另外，優選，為了進行以上動作，進一步具備定時控制機構，由該定時控制機構，基于第1比較信號和第2比較信號，控制切換機構、第1放電機構、第2放電機構、第3放電機構、第4放電機構、第1連接機構、第2連接機構、第3連接機構、第4連接機構、第1比較部和第2比較部各自的動作。
根據本發明，可在寬動態范圍內關于輸入輸出關系高精度地實現高直線性。


圖1是第1實施方式的光檢測裝置1的構成圖。
圖2是第1實施例的I/F轉換裝置10的構成圖。
圖3是說明第1實施例的I/F轉換裝置10的動作的時間圖。
圖4是表示包括第1實施例的I/F轉換裝置10的光檢測裝置1的動作特性的曲線圖。
圖5是第2實施例的I/F轉換裝置20的構成圖。
圖6是表示第1比較部211和第2比較部212各自的電路的一例的圖。
圖7是表示第1過電壓防止電路221以及第2過電壓防止電路222各自的電路的一例的圖。
圖8是說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作的時間圖。
圖9是說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作中在各時刻上的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態的圖。
圖10是說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作中在各時刻上的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態的圖。
圖11是說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作中在各時刻上的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態的圖。
圖12是將第1實施例的I/F轉換裝置10的動作特性與第2實施例的I/F轉換裝置20的動作特性進行對比表示的圖。
圖13是第2實施方式的光檢測裝置2的構成圖。
圖14是現有的I/F轉換裝置的構成圖。
符號的說明1，2光檢測裝置10I/F轉換裝置111第1比較部112第2比較部14電流鏡電路16SR型觸發器電路17定時控制部
18 緩沖放大器20 I/F轉換裝置211第1比較部212第2比較部221第1過電壓防止電路222第2過電壓防止電路231第1單觸發電路232第2單觸發電路24 電流鏡電路26 SR型觸發器電路27 定時控制部28 緩沖放大器111～113光濾波器121～123光電二極管131～133閘門部140～143I/F轉換裝置150～153閘門部160～163計數部171～173閘門部180P/S轉換部190選擇部具體實施方式
以下參照附圖，詳細說明用于實施本發明的最佳方式。另外，在附圖的說明中，對相同的要素賦予相同的符號，省略重復的說明。此外，以下的說明中，按照作為光檢測元件的光電二極管的個數為3個進行說明，但光電二極管的個數可以為2個，也可以為4個以上。
首先說明本發明的光檢測裝置的第1實施方式。圖1是表示本發明的第1實施方式的光檢測裝置1的構成圖。此圖所示的光檢測裝置1具備光濾波器111、112、113、光電二極管121、121、123、閘門部131、132、133、I/F轉換裝置140、閘門部150、計數部160、P/S轉換部180以及選擇部190。
光濾波器111～113分別是具有互相不同的透過特性的波長選擇濾波器。例如，光濾波器111選擇性地透過紅色的波段λRED的光；光濾波器112選擇性地透過綠色的波段λGREEN的光；光濾波器113選擇性地透過藍色的波段λBLUE的光。光電二極管121接受透過光濾波器111的光，并輸出對應于該接受的光的強度的電流。光電二極管122接受透過光濾波器112的光，并輸出對應于該接受的光的強度的電流。此外，光電二極管123接受透過光濾波器113的光，并輸出對應于該接受的光的強度的電流。
閘門部131～133分別基于從選擇部190輸出的控制信號而動作。門131選擇從光電二極管121輸出的電流向I/F轉換裝置140的輸入/切斷。而門132選擇從光電二極管122輸出的電流向I/F轉換裝置140的輸入/切斷。此外，門133選擇從光電二極管123輸出的電流向I/F轉換裝置140的輸入/切斷。
I/F轉換裝置140的輸入端經由閘門部131～133而與光電二極管121～123連接，并由閘門部131～133的動作，依次輸入分別從光電二極管121～123輸出的電流。然后，I/F轉換裝置140產生對應于所輸入的電流大小的頻率的脈沖信號并輸出。相對于I/F轉換裝置140中的輸入電流值的輸出頻率的比由基準電壓Vref調整。
閘門部(AND電路)150輸入由I/F轉換裝置140輸出的脈沖信號，同時也輸入門信號Gate。然后，閘門部150，在門信號Gate為低電平(low-level)時，輸出低電平的邏輯信號；在門信號Gate為高電平(high-level)時，將所輸入的脈沖信號向計數部160輸出。
計數部160將從I/F轉換裝置140輸出并經由閘門部150而輸入的脈沖信號中的脈沖數進行計數，并將其計數值作為并行信號輸出。P/S轉換部180輸入從計數部160輸出的并行信號，并將此并行信號轉換為串行信號，與時鐘信號(clock signal)Clk同步后，輸出該串行信號Dout。
選擇部190，輸入邏輯信號Sa、Sb，并基于這些信號，產生用于控制閘門部131～133各自的動作的控制信號并輸出。例如，邏輯信號Sa、Sb二者均為低電平時，選擇部190使從光電二極管121輸出的電流經由閘門部131向I/F轉換裝置140輸入。當邏輯信號Sa為高電平、邏輯信號Sb為低電平時，選擇部190使從光電二極管122輸出的電流經由閘門部132向I/F轉換裝置140輸入。此外，當邏輯信號Sa、Sb二者均為高電平時，選擇部190使從光電二極管123輸出的電流經由閘門部133向I/F轉換裝置140輸入。
在第1實施方式的光檢測裝置1中，所輸入的光中，紅色光透過光濾波器111而被光電二極管121接受，并由光電二極管121輸出對應于該紅色光的強度的電流。綠色光透過光濾波器112而被光電二極管122接受，并由光電二極管122輸出對應于該綠色光的強度的電流。此外，藍色光透過光濾波器113而被光電二極管123接受，并由光電二極管123輸出對應于該藍色光的強度的電流。
分別從光電二極管121～123輸出的電流，通過由選擇部190所控制的閘門部131～133的動作，依次輸入I/F轉換裝置140的輸入端。在I/F轉換裝置140中，產生對應于輸入至輸入端的電流大小的頻率的脈沖信號，并輸出該脈沖信號。
從I/F轉換裝置140輸出的脈沖信號，根據閘門部150的動作，在門信號Gate為高電平的期間內，輸入計數部160，由該計數部160進行脈沖計數。該脈沖的計數值被作為并行信號從計數部160輸出。然后，從計數部160輸出的并行信號由P/S轉換部180轉換為串行信號，此串行信號Dout從P/S轉換部180輸出。因而，從P/S轉換部180作為串行信號依次輸出對應于光電二極管121所接受的紅色光的強度的數字值、對應于光電二極管122所接受的綠色光的強度的數字值、以及對應于光電二極管123所接受的藍色光的強度的數字值。
接著說明本實施方式的光檢測裝置1中包括的I/F轉換裝置140的具體的構成。圖2是第1實施例的I/F轉換裝置10的構成圖。此圖所示的I/F轉換裝置10適合用作圖1中的I/F轉換裝置140；其具備第1比較部111、第2比較部112、SR型觸發器電路16、定時控制器17、緩沖放大器18、第1電容器C1、第2電容器C2、開關SW1、開關SW2、開關SW11以及開關SW21。
第1比較部111與第2比較部112各自的動作特性相同。兩個電容器C1和C2各自的容量值相等。該I/F轉換裝置10為，輸入端10a經由閘門部131～133而與光電二極管121～123連接，將由光電二極管121～123分別產生的電流依次輸入至輸入端10a，從輸出端10b輸出對應于該輸入的電流的大小的頻率的信號。
開關SW1設置于輸入端10a與第1比較部111的倒相輸入端子之間。此外，開關SW2設置于輸入端10a與第2比較部112的倒相輸入端子之間。開關SW1和開關SW2的作用是作為切換機構，將輸入至輸入端10a的電流選擇性地切換并輸出至第1輸出端(與第1比較部111的倒相輸入端子的連接點)和第2輸出端(與第2比較部112的倒相輸入端子的連接點)的任一方。另外，優選緊接著輸入端10a之后設置電流鏡電路14；此時，電流鏡電路14將輸入至輸入端10a的電流倍增后，輸出至開關SW1和開關SW2。
第1電容器C1的一端經由電流鏡電路14以及開關SW1而與輸入端10a連接，且也與第1比較部111的倒相輸入端子連接。第1電容器C1的另一端接地。第1電容器C1可根據電流的輸入而蓄積電荷。開關SW11設置于第1電容器C1的一端與接地電位之間，其作用為，作為使第1電容器C1中蓄積的電荷放電的第1放電機構。
第1比較部111，將第1電容器C1的一端的電壓V1輸入倒相輸入端子，同時將由外部輸入的基準電壓Vref輸入正相輸入端子，并比較電壓V1與基準電壓Vref的大小，將表示該比較結果的第1比較信號S1從輸出端子輸出。該第1比較信號S1，在電壓V1小于基準電壓Vref時為高電平，在電壓V1大于基準電壓Vref時為低電平。
第2電容器C2的一端經由電流鏡電路14以及開關SW2而與輸入端10a連接，也與第2比較部112的倒相輸入端子連接。第2電容器C2的另一端接地。第2電容器C2可根據電流的輸入而蓄積電荷。開關SW21設置于第2電容器C2的一端與接地電位之間，其作用為，作為使第2電容器C2中蓄積的電荷放電的第2放電機構。
第2比較部112，將第2電容器C2的一端的電壓V2輸入倒相輸入端子，同時將由外部輸入的基準電壓Vref輸入正相輸入端子，并比較電壓V2與基準電壓Vref的大小，將表示該比較結果的第2比較信號S2從輸出端子輸出。該第2比較信號S2，在電壓V2小于基準電壓Vref時為高電平，在電壓V2大于基準電壓Vref時為低電平。
SR型觸發器電路16，將從第1比較部111輸出的第1比較信號S1輸入S輸入端子，將從第2比較部112輸出的第2比較信號S2輸入R輸入端子，并將根據第1比較信號S1以及第2比較信號S2各自的電平變化而變化的輸出信號分別由Q輸出端子以及QB輸出端子輸出。緩沖放大器18將從SR型觸發器電路16的Q輸出端子輸出的信號放大后，由輸出端10b向外部輸出。該輸出端10b與閘門部150連接。
SR型觸發器電路16以及定時控制部17也有以下作用作為基于第1比較信號S1以及第2比較信號S2而控制各開關的動作的定時控制機構。即，開關SW1以及開關SW21分別在從SR型觸發器電路16的QB輸出端子輸出的信號的值為高電平時關閉，為低電平時開啟。而，開關SW2以及開關SW11分別在從SR型觸發器電路16的Q輸出端子輸出的信號的值為高電平時關閉，為低電平時開啟。
接著說明第1實施例的I/F轉換裝置10的動作。圖3是說明第1實施例的I/F轉換裝置10的動作的時間圖。從光已入射的光電二極管121～123中的任一個輸出的電流輸入至I/F轉換裝置10的輸入端10a，經由電流鏡電路14而輸入開關SW1、SW2。
在時刻t1之前，SR型觸發器電路16的Q輸出為低電平，QB輸出為高電平，因此，開關SW1以及開關SW21分別關閉，開關SW2以及開關SW11分別開啟。輸入至輸入端10a的電流經由電流鏡電路14以及開關SW1，流入第1電容器C1，電荷在第1電容器C1中蓄積起來。隨著在第1電容器C1中蓄積的電荷的量變多，輸入至第1比較部111的倒相輸入端子的電壓V1逐漸變大，并很快地在時刻t1變得大于輸入至正相輸入端子的基準電壓Vref。從第1比較部111的輸出端子輸出的第1比較信號S1在時刻t1由高電平轉為低電平。
于是，在時刻t1，由于第1比較信號S1轉為低電平，SR型觸發器電路16的Q輸出轉為高電平，同時，QB輸出轉為低電平，開關SW1以及開關SW21分別開啟，開關SW2以及開關SW11分別關閉。根據各開關的開閉動作，蓄積于第1電容器C1的電荷被放電，從第1比較部111的輸出端子輸出的第1比較信號S1回復為高電平。
時刻t1以后，輸入至輸入端10a的電流經由電流鏡電路14以及開關SW2，流入第2電容器C2，電荷在第2電容器C2中蓄積起來。隨著第2電容器C2中蓄積的電荷的量變多，輸入至第2比較部112的倒相輸入端子的電壓V2逐漸變大，并很快地在時刻t2變得大于輸入至正相輸入端子的基準電壓Vref。從第2比較部112的輸出端子輸出的第2比較信號S2在時刻t2由高電平轉為低電平。
于是，在時刻t2，由于第2比較信號S2轉為低電平，SR型觸發器電路16的Q輸出轉為低電平，同時，QB輸出轉為高電平，開關SW1以及開關SW21分別關閉，開關SW2以及開關SW11分別開啟。根據各開關的開閉動作，蓄積于第2電容器C2的電荷被放電，從第2比較部112的輸出端子輸出的第2比較信號S2則回復為高電平。
重復以上這樣的動作，SR型觸發器電路16的Q輸出信號變成脈沖信號，并經由緩沖放大器18而由輸出端10b輸出。然后，由計數部160將由輸出端10b輸出的信號中的脈沖數進行計數，并將該計數值(即頻率)作為數字值輸出。第1電容器C1和第2電容器C2中分別蓄積的電荷的量的增加速度越快，即輸入至輸入端10a的電流越大，這樣得到的頻率就越高。
圖4是表示包括第1實施例的I/F轉換裝置10的光檢測裝置1的動作特性的曲線圖。在該曲線圖中，橫軸表示向光檢測裝置1的各光電二極管入射的光的強度或者輸入至I/F轉換裝置10的輸入端10a的電流值。縱軸表示由計數部160所測定的頻率。此外，此圖中，為了與第1實施例的情況作對比，作為比較例表示了圖14所示的構成的I/F轉換裝置的動作特性。如此圖所示，在比較例中，在向光電二極管的入射光量較大的區域(電流值較大的區域)中，輸入輸出關系的直線性變差。相對于此，本實施方式中，即使在向光電二極管的入射光量較大的區域(電流值較大的區域)中，輸入輸出關系的直線性也良好。這樣，本實施方式的I/F轉換裝置10以及光檢測裝置1，即使在一個電容器C1放電時，由于對另一個電容器C2進行充電，故可在寬動態范圍內關于輸入輸出關系高精度地實現高直線性。
接著說明本實施方式的光檢測裝置1中包括的I/F轉換裝置140的其它的具體的構成。圖5是第2實施例的I/F轉換裝置20的構成圖。此圖所示的I/F轉換裝置20適合用作圖1中的I/F轉換裝置140；其具備第1比較部211、第2比較部212、第1過電壓防止電路221、第2過電壓防止電路222、第1單觸發電路231、第2單觸發電路232、SR型觸發器電路26、定時控制部27、緩沖放大器28、第1電容器C1、第2電容器C2、第3電容器C3、第4電容器C4、開關SW1、開關SW2、開關SW11～SW13、開關SW21～SW23、開關SW31～SW33、以及開關SW41～SW43。
第1比較部211和第2比較部212各自的動作特性相同。四個電容器C1～C4各自的容量值相等。該I/F轉換裝置20，輸入端20a經由閘門部131～133而與光電二極管121～123連接，將由光電二極管121～123分別產生的電流輸入至輸入端20a，由輸出端20b輸出對應于該輸入的電流的大小的頻率的信號。
開關SW1設置于輸入端20a與第1比較部211的倒相輸入端子之間。此外，開關SW2設置于輸入端20a與第2比較部212的倒相輸入端子之間。開關SW1和開關SW2的作用是作為切換機構，將輸入至輸入端20a的電流選擇性地切換并輸出至第1輸出端(與第1比較部211的倒相輸入端子的連接點)和第2輸出端(與第2比較部212的倒相輸入端子的連接點)的任一方。另外，優選緊接著輸入端20a之后設置電流鏡電路24；此時，電流鏡電路24將輸入至輸入端20a的電流倍增后向開關SW1和開關SW2輸出。
第1電容器C1和第3電容器C3各自的一端經由電流鏡電路24以及開關SW1而與輸入端20a連接，且也與第1比較部211的倒相輸入端子連接。第1電容器C1和第3電容器C3可分別根據電流的輸入蓄積電荷。
開關SW11設置于第1電容器C1的一端與另一端之間，其作用為，作為使在第1電容器C1中蓄積的電荷放電的第1放電機構。開關SW12設置于第1電容器C1的另一端與接地電位之間。開關SW13設置于第1電容器C1的另一端與第1比較部211的輸出端子之間。開關SW12和SW13的作用為，作為第1連接機構，選擇性地設定以下的任一種狀態將第1電容器C1的另一端連接于接地電位的狀態，將第1電容器C1的另一端連接于第1比較部211的輸出端子的狀態，以及將第1電容器C1的另一端開放的狀態。
開關SW31設置于第3電容器C3的一端與另一端之間，其作用為，作為使在第3電容器C3中蓄積的電荷放電的第3放電機構。開關SW32設置于第3電容器C3的另一端與接地電位之間。開關SW33設置于第3電容器C3的另一端與第1比較部211的輸出端子之間。開關SW32和SW33的作用為，作為第3連接機構，選擇性地設定以下的任一狀態將第3電容器C3的另一端連接于接地電位的狀態，將第3電容器C3的另一端連接于第1比較部211的輸出端子的狀態，以及將第3電容器C3的另一端開放的狀態。
第1比較部211將第1電容器C1和第3電容器C3各自的一端的電壓V1輸入到倒相輸入端子，同時將由外部輸入的基準電壓Vref輸入到正相輸入端子，并比較電壓V1與基準電壓Vref的大小，將表示該比較的結果的第1比較信號S1由輸出端子輸出。該第1比較信號S1，在電壓V1小于基準電壓Vref時為高電平，在電壓V1大于基準電壓Vref時為低電平。
第2電容器C2和第4電容器C4各自的一端經由電流鏡電路24以及開關SW2而與輸入端20a連接，也與第2比較部212的倒相輸入端子連接。第2電容器C2和第4電容器C4可分別根據電流的輸入蓄積電荷。
開關SW21設置于第2電容器C2的一端與另一端之間，其作用為，作為使在第2電容器C2中蓄積的電荷放電的第2放電機構。開關SW22設置于第2電容器C2的另一端與接地電位之間。開關SW23設置于第2電容器C2的另一端與第2比較部212的輸出端子之間。開關SW22和SW23的作用為，作為第2連接機構，選擇性地設定以下狀態中的任一種將第2電容器C2的另一端連接于接地電位的狀態，將第2電容器C2的另一端連接于第2比較部212的輸出端子的狀態，以及將第2電容器C2的另一端開放的狀態。
開關SW41設置于第4電容器C4的一端與另一端之間，其作用為，作為使在第4電容器C4中蓄積的電荷放電的第4放電機構。開關SW42設置于第4電容器C4的另一端與接地電位之間。開關SW43設置于第4電容器C4的另一端與第2比較部212的輸出端子之間。開關SW42和SW43的作用為，作為第4連接機構，選擇性地設定以下狀態中的任種將第4電容器C4的另一端連接于接地電位的狀態，將第4電容器C4的另一端連接于第2比較部212的輸出端子的狀態，以及將第4電容器C4的另一端開放的狀態。
第2比較部212將第2電容器C2和第4電容器C4各自的一端的電壓V2輸入至倒相輸入端子，同時將由外部輸入的基準電壓Vref輸入至正相輸入端子，并比較電壓V2與基準電壓Vref的大小，將表示該比較的結果的第2比較信號S2從輸出端子輸出。該第2比較信號S2，在電壓V2小于基準電壓Vref時為高電平，在電壓V2大于基準電壓Vref時為低電平。
第1過電壓防止電路221與第1比較部211的倒相輸入端子連接，是重設該倒相輸入端子的電位的電路。同樣地，第2過電壓防止電路222與第2比較部212的倒相輸入端子連接，是重設該倒相輸入端子的電位的電路。第1比較部211和第2比較部212分別在倒相輸入端子的電壓變為高于正相輸入端子的電壓后穩定下來時，變得不正常動作。這樣的情況在投入電源時可能發生。于是，第1過電壓防止電路221和第2過電壓防止電路222，分別重設第1比較部211和第2比較部212各自的倒相輸入端子的電位，由此可以進行正常動作。
第1單觸發電路231設置于第1比較部211的輸出端子與SR型觸發器電路26的S輸入端子之間，使由第1比較部211輸出的第1比較信號S1的電平變化穩定化。第2單觸發電路232設置于第2比較部212的輸出端子與SR型觸發器電路26的R輸入端子之間，使由第2比較部212輸出的第2比較信號S2的電平變化穩定化。于是，第1單觸發電路231和第2單觸發電路232分別使SR型觸發器電路26的動作穩定化。
SR型觸發器電路26將從第1比較部211輸出而經過第1單觸發電路231的第1比較信號S1輸入S輸入端子，將從第2比較部212輸出而經過第2單觸發電路232的第2比較信號S2輸入R輸入端子，并將根據第1比較信號S1和第2比較信號S2各自的電平變化而變化的輸出信號分別由Q輸出端子和QB輸出端子輸出。緩沖放大器28將從SR型觸發器電路26的Q輸出端子輸出的信號放大后從輸出端20b向外部輸出。該輸出端20b與閘門部150連接。
SR型觸發器電路26以及定時控制部27的作用為，作為基于第1比較信號S1以及第2比較信號S2而控制各開關的動作的定時控制機構。即，定時控制部27基于分別來自SR型觸發器電路26的Q輸出端子以及QB輸出端子的輸出信號，而生成并輸出控制各開關的動作的控制信號。并且，各開關，在從定時控制部27輸出而供給的控制信號的值為高電平時關閉，在低電平時打開。
圖6是表示第1比較部211以及第2比較部212各自的電路的一例的圖。此圖所示的比較部21代表第1比較部211以及第2比較部212。比較部21具備p通道(channel)CMOS晶體管T11～T15、n通道CMOS晶體管T21～T25、相位補償電容器C以及電阻元件R，它們如圖所示地連接。倒相輸入端子PM與晶體管T14的門端子連接，輸入電壓V1或V2。正相輸入端子PP與晶體管T15的門端子連接，輸入基準電壓Vref。輸出端子PO與晶體管T13、T21以及T24各自的漏極端子連接，輸出第1比較信號S1或第2比較信號S2。偏壓(bias)輸入端子PB與晶體管T11～T13各自的門端子連接，并且是用于設定使比較部21動作所需的偏壓的端子。控制端子Pc與晶體管T21和T25各自的門端子連接，并且是用于通過斷開或連接相位補償電容器C來切換比較部21的動作模式(比較器模式/放大器模式)的端子。電源端子Vdd是用于輸入電源電壓的端子。
圖7是表示第1過電壓防止電路221以及第2過電壓防止電路222各自的電路的一例的圖。此圖所示的過電壓防止電路22代表第1過電壓防止電路221以及第2過電壓防止電路222。過電壓防止電路22具備p通道CMOS晶體管T31～T36、n通道CMOS晶體管T41～T50以及施密特觸發器(Schmitt Trigger)U1、U2，它們如圖所示地連接。偏壓輸入端子PB與晶體管T31～T33各自的門端子以及晶體管T31的漏極端子連接，并且是用于設定使過電壓防止電路22動作所需的偏壓的端子。端子PO與晶體管T43的門端子以及晶體管T50的漏極端子分別連接，并連接于第1比較部211或第2比較部212的輸出端子。
偏壓輸入端子PB是賦予電路的偏壓的端子。端子PO則是輸入兼輸出端子。端子PO于達到設定電壓或變為設定電壓以上時，晶體管T50強制地使端子PO瞬間成為接地電位。端子PO成為接地電位(或接地電壓以下)時，圖6的電路穩定。穩定時的端子PO處于高阻抗狀態，不給連接有端子PO的電路帶來影響。電源端子Vdd是用于輸入電源電壓的端子。
接著說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作。圖8是說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作的時間圖。此圖中，φ1是控制開關SW1的開閉動作的控制信號；φij是控制開關SWij的開閉動作的控制信號(i＝1～4，j＝1～3)；φC1是輸入到第1比較部211的控制端子PC并切換第1比較部211的動作模式的控制信號；此外，φC2是輸入到第2比較部212的控制端子PC并切換第2比較部212的動作模式的控制信號。另外，控制開關SW2的開閉動作的控制信號φ2未圖示，其是控制信號φ1的電平反轉信號。這些控制信號φ1、φ2、φij、φC1、φC2由定時控制部27輸出。圖9～圖11是說明第2實施例的I/F轉換裝置20的動作中在各時刻上的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態的圖。
從光已入射的光電二極管121～123的任一個輸出的電流輸入至I/F轉換裝置20的輸入端20a，經過電流鏡電路24而輸入開關SW1、SW2。
時刻t0時的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖9(a)所示。在時刻t0，SR型觸發器電路26的Q輸出為低電平，QB輸出為高電平。此外，控制信號φ1為低電平，開關SW1打開，控制信號φ2為高電平，開關SW2關閉；其結果為，輸入至輸入端20a的電流不流入第1比較部211側，而流入第2比較部212側。
在時刻t0，控制信號φ11為低電平，開關SW11打開，控制信號φ12為低電平，開關SW12打開，控制信號φ13為高電平，開關SW13關閉；其結果為，第1電容器C1作為反饋電容器而被連接于第1比較部211的倒相輸入端子與輸出端子之間。控制信號φ31為低電平，開關SW31打開，控制信號φ32為高電平，開關SW32關閉，控制信號φ33為低電平，開關SW33打開；其結果為，第3電容器C3連接在第1比較部211的倒相輸入端子與接地電位之間，以基準電壓Vref充電。控制信號φC1是高電平，第1比較部211為放大器模式。從第1比較部211的輸出端子輸出的第1比較信號S1為低電平。
在時刻t0，控制信號φ21為高電平，開關SW21關閉，控制信號φ22為低電平，開關SW22打開，控制信號φ23為低電平，開關SW23打開；其結果為，第2電容器C2處于兩端短路的狀態，而與第2比較部212的輸出端子斷開。控制信號φ41為低電平，開關SW41打開，控制信號φ42為高電平，開關SW42關閉，控制信號φ43為低電平，開關SW43打開；其結果為，第4電容器C4被連接在第2比較部212的倒相輸入端子與接地電位之間，并根據流入的電流而蓄積電荷。但是，第2比較部212的倒相輸入端子的電壓不到基準電壓Vref。控制信號φC2是低電平，第2比較部212為比較器模式。從第2比較部212的輸出端子輸出的第2比較信號S2為高電平。
該時刻t0以后，輸入至輸入端20a的電流經過電流鏡電路24流入第2比較部212側時，第4電容器C4中的電荷蓄積量逐漸增加起來，第2比較部212的倒相輸入端子的電壓也逐漸變大起來。很快地在時刻t1，第2比較部212的倒相輸入端子的電壓達到基準電壓Vref后，從第2比較部212的輸出端子輸出的第2比較信號S2轉為低電平，SR型觸發器電路26的Q輸出轉為高電壓，QB輸出轉為低壓電。
時刻t1之后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖9(b)所示。在時刻t1，控制信號φ13轉為低電平，開關SW13打開，其后，第1電容器C1保持至此所蓄積的電荷。控制信號φ21轉為低電平，開關SW21打開，其后，第2電容器C2由兩端短路的狀態變為開放。控制信號φC2轉為高電平，第2比較部212轉為放大器模式。
從時刻t1起經過一定時間后的時刻t2后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖9(c)所示。在時刻t2，控制信號φ31轉為高電平，開關SW31關閉，其后，第3電容器C3成為兩端短路的狀態并放電。控制信號φC1轉為低電平，第1比較部211轉為比較器模式。從第1比較部211的輸出端子輸出的第1比較信號S1轉為高電平。
從時刻t2起經過一定時間后的時刻t3后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖10(a)所示。在時刻t3，控制信號φ32轉為低電平，開關SW32打開，其后，第3電容器C3，維持兩端短路的狀態，與第1比較部211的輸出端子斷開。
從時刻t3起經過一定時間后的時刻t4后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖10(b)所示。在時刻t4，控制信號φ12轉為高電平，開關SW12關閉，其后，第1電容器C1被連接在第1比較部211的倒相輸入端子與接地電位之間，此外，第1比較部211的倒相輸入端子的電壓變成對應于在時刻t1上由第1電容器C1所保持的電荷的量。
從時刻t4起經過一定時間后的時刻t5后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖10(c)所示。在時刻t5，控制信號φ1轉為高電平，開關SW1關閉，控制信號φ2轉為低電平，開關SW2打開，持續至此的往第4電容器C4的電荷蓄積結束。時刻t5以后，第2比較部212的倒相輸入端子的電壓超過基準電壓Vref。此外，時刻t5以后，輸入至輸入端20a的電流經過電流鏡電路24流入第1比較部211側，第1電容器C1根據流入的電流蓄積起電荷。
從時刻t5起經過一定時間后的時刻t6后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖11(a)所示。在時刻t6，控制信號φ23轉為高電平，開關SW23關閉，其后，第2電容器C2被連接在第2比較部212的倒相輸入端子與輸出端子之間。此外，時刻t6以后，第2比較部212的倒相輸入端子的電壓變為基準電壓Vref，在時刻t6以前在第4電容器C4中所蓄積的電荷中超過基準電壓Vref部分的電荷(以下稱「剩余電荷」)移動至作為反饋電容器的第2電容器C2。該電荷移動需要對應于第2比較部212的響應速度的時間。
該時刻t6以后，輸入至輸入端20a的電流經過電流鏡電路24而流入第1比較部211側后，第1電容器C1中的電荷蓄積量逐漸增加起來，第1比較部211的倒相輸入端子的電壓也逐漸變大起來。很快地在時刻t7，第1比較信號S1的倒相輸入端子的電壓達到基準電壓Vref后，從第1比較部211的輸出端子輸出的第1比較信號S1轉為低電平，SR型觸發器電路26的Q輸出轉為低電平，QB輸出轉為高電平。
時刻t7后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖11(b)所示。在時刻t7，控制信號φ31轉為低電平，開關SW31打開，其后，第3電容器C3由兩端短路的狀態變為開放。控制信號φ23轉為低電平，開關SW23打開，其后，第2電容器C2保持至此所蓄積的電荷。控制信號φC1轉為高電平，第1比較部211轉為放大器模式。
從時刻t7起經過一定時間后的時刻t8后的各開關的開閉狀態以及各電容器的連接狀態如圖11(c)所示。在時刻t8，控制信號φ41轉為高電平，開關SW41關閉，其后，第4電容器C4變為兩端短路的狀態，并放電。控制信號φC2轉為低電平，第2比較部212轉為比較器模式。從第2比較部212的輸出端子輸出的第2比較信號S2轉為高電平。
其后也同樣地進行動作。不過，自時刻t0至時刻t5，在第4電容器C4中蓄積電荷；其后，依第1電容器C1、第2電容器C2、第3電容器C3以及第4電容器C4的順序重復蓄積電荷。重復以上動作，則SR型觸發器電路26的Q輸出信號成為脈沖信號，并經過緩沖放大器28而由輸出端20b輸出。然后，由計數部160對由輸出端20b輸出的信號中的脈沖數進行計數，并將該計數值(即頻率)作為數字值輸出。在各電容器中蓄積的電荷的量的增加速度越快，即輸入至輸入端20a的電流越大，這樣所得的頻率就越高。
此外，例如，當電荷蓄積由第4電容器C4切換至第1電容器C1時，在第4電容器C4中蓄積起來的電荷中的剩余電荷移動至第2電容器C2，電荷蓄積由第1電容器C1切換至第2電容器C2之后，在第2電容器C2中除了已經蓄積的剩余電荷以外還蓄積起新的電荷。如此，在蓄積電荷的電容器被切換時，剩余電荷不被舍棄，而往其它電容器移動并被蓄積。因而，含行本實施例的I/F轉換裝置20的光撿出裝置1可在寬動態范圍內關于輸入輸出關系高精度地實現高直線性。
圖12是將第1實施例的I/F轉換裝置10的動作特性與第2實施例的I/F轉換裝置20的動作特性對比表示的圖。圖12(a)是表示輸入電流值與輸出頻率的關系的曲線圖；圖12(b)是表示輸入電流值與直線性的關系的曲線圖。關于直線性，以輸入電流值在1nA至10nA的范圍內的輸出頻率的變化量為1來表示。如此圖所示，在第1實施例以及第2實施例的任何情形下，均可高精度地在寬動態范圍內實現輸入輸出關系的高直線性。此外，相較于第1實施例，第2實施例可高精度地在更寬的動態范圍內實現高直線性。
接著說明本發明的光檢測裝置的第2實施方式。圖13是第2實施方式的光檢測裝置2的構成圖。此圖所示的光檢測裝置2具備光濾波器111、112、113，光電二極管121、122、123，I/F轉換裝置141、142、143，閘門部151、152、153，計數部161、161、163，閘門部171、172、173，P/S轉換部180以及選擇部190。
與圖1所示的第1實施方式的光檢測裝置1的構成相比較，圖13所示的第2實施方式的光檢測裝置2的不同點為不具備閘門部131～133；具備三個I/F轉換裝置141～143；具備三個閘門部151～153；具備三個計數部161～163；具備三個閘門部171～173；以及選擇部190控制閘門部171～173。
I/F轉換裝置141的輸入端不經由閘門部而直接與光電二極管121連接，輸入由光電二極管121輸出的電流，產生并輸出對應于該輸入的電流的大小的頻率的脈沖信號。I/F轉換裝置142的輸入端不經由閘門部而直接與光電二極管122連接，輸入由光電二極管122輸出的電流，產生并輸出對應于該輸入的電流的大小的頻率的脈沖信號。此外，I/F轉換裝置143的輸入端不經由閘門部而直接與光電二極管123連接，輸入由光電二極管123輸出的電流，產生并輸出對應于該輸入的電流的大小的頻率的脈沖信號。相對于各個I/F轉換裝置141～143的輸入電流值的輸出頻率比根據基準電壓Vref調整。圖2～圖4所示的第1實施例的I/F轉換裝置10，以及圖5～圖12所示的第2實施例的I/F轉換裝置20，均適于用作這些各個的I/F轉換裝置141～143。
閘門部151輸入從I/F轉換裝置141輸出的脈沖信號，在門信號Gate為低電平時，輸出低電平的邏輯信號，在門信號Gate為高電平時，將所輸入的脈沖信號向計數部161輸出。閘門部152輸入從I/F轉換裝置142輸出的脈沖信號，當門信號Gate為低電平時，輸出低電平的邏輯信號，當門信號Gate為高電平時，將所輸入的脈沖信號向計數部162輸出。此外，閘門部153輸入從I/F轉換裝置143輸出的脈沖信號，當門信號Gate為低電平時，輸出低電平的邏輯信號，當門信號Gate為高電平時，將所輸入的脈沖信號向計數部163輸出。
計數部161對由I/F轉換裝置141輸出并經由閘門部151輸入的脈沖信號中的脈沖數進行計數，并將該計數值作為并行信號輸出。計數部162對由I/F轉換裝置142輸出并經由閘門部152輸入的脈沖信號中的脈沖數進行計數，并將該計數值作為并行信號輸出。此外，計數部163對由I/F轉換裝置143輸出并經由閘門部153輸入的脈沖信號中的脈沖數進行計數，并將該計數值作為并行信號輸出。
閘門部171～173分別基于從選擇部190輸出的控制信號而動作。門171對從計數部161輸出的并行信號向P/S轉換部180的輸入/切斷進行選擇。門172對從計數部162輸出的并行信號向P/S轉換部180的輸入/切斷進行選擇。此外，門173對從計數部163輸出的并行信號向P/S轉換部180的輸入/切斷進行選擇。
P/S轉換部180經由閘門部171～173而與計數部161～163連接，并由閘門部171～173的動作依次輸入從計數部161～163分別輸出的并行信號。然后，P/S轉換部180將所輸入的并行信號轉換為串行信號，與時鐘信號Clk同步后輸出該串行信號Dout。
選擇部190輸入邏輯信號Sa、Sb，并基于這些信號，生成并輸出用于控制閘門部171～173各自的動作的控制信號。例如，當邏輯信號Sa、Sb雙方均為低電平時，選擇部190將從計數部161輸出的并行信號經由閘門部171向P/S轉換部180輸入。當邏輯信號Sa為高電平、邏輯信號Sb為低電平時，選擇部190將從計數部162輸出的并行信號經由閘門部172向P/S轉換部180輸入。此外，當邏輯信號Sa、Sb雙方均為高電平時，選擇部190將從計數部163輸出的并行信號經由閘門部173向P/S轉換部180輸入。
在第2實施方式的光檢測裝置2中，所輸入的光中，紅色光透過光濾波器111而被光電二極管121接受，并從光電二極管121輸出對應于該紅色光的強度的電流。綠色光透過光濾波器112而被光電二極管122接受，并從光電二極管122輸出對應于該綠色光的強度的電流。此外，藍色光透過光濾波器113而被光電二極管123接受，并從光電二極管123輸出對應于該藍色光的強度的電流。
從光電二極管121輸出的電流輸入I/F轉換裝置141的輸入端。在I/F轉換裝置141中，產生對應于輸入至輸入端的電流的大小的頻率的脈沖信號，并將此脈沖信號輸出。從I/F轉換裝置141輸出的脈沖信號，根據閘門部151的動作，在門信號Gate為高電平的期間內，輸入計數部161，由此計數部161進行脈沖計數。該脈沖的計數值被作為并行信號而從計數部161輸出。
從光電二極管122輸出的電流輸入I/F轉換裝置142的輸入端。在I/F轉換裝置142中，產生對應于輸入至輸入端的電流大小的頻率的脈沖信號，并輸出此脈沖信號。從I/F轉換裝置142輸出的脈沖信號根據閘門部152的動作，在門信號Gate為高電平的期間內輸入計數部162，由此計數部162進行脈沖計數。該脈沖的計數值被作為并行信號從計數部162輸出。
從光電二極管123輸出的電流輸入I/F轉換裝置143的輸入端。在I/F轉換裝置143中產生對應于輸入至輸入端的電流大小的頻率的脈沖信號，并將此脈沖信號輸出。從I/F轉換裝置143輸出的脈沖信號根據閘門部153的動作，在門信號Gate為高電平的期間內輸入計數部163；由此計數部163進行脈沖計數。該脈沖的計數值被作為并行信號從計數部163輸出。
從光電二極管121到計數部161的部分的動作、從光電二極管122到計數部162的部分的動作、以及從光電二極管123到計數部163的部分的動作，同時進行。
分別從計數部161～163輸出的并行信號，根據由選擇部190控制的閘門部171～173的動作，依次輸入P/S轉換部180并被轉換為串行信號，此串行信號Dout從P/S轉換部180輸出。從而，從P/S轉換部180依次輸出以下數字值作為串行信號對應于光電二極管121所接受的紅色光的強度的數字值、對應于光電二極管122所接受的綠色光的強度的數字值、以及對應于光電二極管123所接受的藍色光的強度的數字值。
第2實施方式的光檢測裝置2與第1實施方式的光檢測裝置1同樣，可在寬動態范圍內高精度地實現輸入輸出關系的高直線性。除此以外，第2實施方式的光檢測裝置2具備三組從光電二極管到計數部的部分，可使它們同時動作，因此，可在同一時間檢測出輸入的光中相異的三個波段的強度。即，計數部160～163可在同一期間內將在I/F轉換裝置141～143中產生的信號中的脈沖數進行計數。因而，該光檢測裝置2適用于例如液晶背光的RGB三色的調光監視器上。
本發明可用于具備多個光檢測元件和I/F轉換裝置的光檢測裝置。
權利要求
1.一種光檢測裝置，其特征在于，具備多個光檢測元件，該多個光檢測元件輸出對應于各入射的光的強度大小的電流，和I/F轉換裝置，該I/F轉換裝置輸入分別從所述多個光檢測元件輸出的電流，并產生對應于該電流大小的頻率的信號；所述I/F轉換裝置包括切換機構，該切換機構將輸入的電流選擇性地切換并輸出至第1輸出端和第2輸出端中的任一方，第1電容器，該第1電容器與所述切換機構的所述第1輸出端連接，根據電流的輸入蓄積電荷，第1放電機構，該第1放電機構使蓄積在所述第1電容器中的電荷放電，第1比較部，該第1比較部的輸入端子與所述第1電容器的一端連接，比較所述第1電容器的所述一端的電壓與基準電壓的大小，并將表示該比較結果的第1比較信號從輸出端子輸出，第2電容器，該第2電容器與所述切換機構的所述第2輸出端連接，根據電流的輸入蓄積電荷，第2放電機構，該第2放電機構使蓄積在所述第2電容器中的電荷放電，和第2比較部，該第2比較部的輸入端子與所述第2電容器的一端連接，比較所述第2電容器的所述一端的電壓與基準電壓的大小，并將表示該比較結果的第2比較信號從輸出端子輸出。
2.如權利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，所述I/F轉換裝置還包括定時控制機構，該定時控制機構基于所述第1比較信號和所述第2比較信號控制所述切換機構、所述第1放電機構和所述第2放電機構各自的動作。
3.如權利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，對所述多個光檢測元件設置1個所述I/F轉換裝置，所述I/F轉換裝置，依次在規定期間內輸入分別從所述多個光檢測元件輸出的電流，并依次產生對應于該電流大小的頻率的信號。
4.如權利要求3所述的光檢測裝置，其特征在于，進一步具備計數部，該計數部將在所述I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數進行計數。
5.如權利要求4所述的光檢測裝置，其特征在于，所述計數部將計數結果作為并行信號輸出，同時還具備P/S轉換部，將從所述計數部輸出的并行信號轉換為串行信號，并將該串行信號輸出。
6.如權利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，1對1地分別對應于所述多個光檢測元件而設置有多個所述I/F轉換裝置，所述多個I/F轉換裝置分別輸入從對應的光檢測元件輸出的電流，并產生對應于該電流大小的頻率的信號。
7.如權利要求6所述的光檢測裝置，其特征在于，進一步具備多個計數部，該多個計數部設置為分別與所述多個I/F轉換裝置1對1地對應，并將在對應的I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數進行計數。
8.如權利要求7所述的光檢測裝置，其特征在于，所述多個計數部分別將計數結果作為并行信號輸出，同時還具備P/S轉換部，該P/S轉換部對于所述多個計數部僅設置1個，將分別從所述多個計數部輸出的并行信號依次輸入，并將該并行信號轉換為串行信號，并將該串行信號輸出。
9.如權利要求7所述的光檢測裝置，其特征在于，所述多個計數部分別將在對應的I/F轉換裝置中產生的信號中的脈沖數在同一期間內進行計數。
10.如權利要求1所述的光檢測裝置，其特征在于，所述I/F轉換裝置進一步包括第3電容器，該第3電容器與所述切換機構的所述第1輸出端連接，同時一端與所述第1比較部的所述輸入端子連接，根據電流的輸入蓄積電荷，第3放電機構，該第3放電機構使蓄積于所述第3電容器中的電荷放電，第4電容器，該第4電容器與所述切換機構的所述第2輸出端連接，同時一端與所述第2比較部的所述輸入端子連接，根據電流的輸入蓄積電荷，第4放電機構，該第4放電機構使蓄積于所述第4電容器中的電荷放電，第1連接機構，該第1連接機構選擇性地設定以下狀態中的任一種將所述第1電容器的另一端連接至接地電位的狀態，將所述第1電容器的另一端連接至所述第1比較部的所述輸出端子的狀態，以及，將所述第1電容器的另一端開放的狀態，第2連接機構，該第2連接機構選擇性地設定以下狀態中的任一種將所述第2電容器的另一端連接至接地電位的狀態，將所述第2電容器的另一端連接至所述第2比較部的所述輸出端子的狀態，以及，將所述第2電容器的另一端開放的狀態，第3連接機構，該第3連接機構選擇性地設定以下狀態中的任一種將所述第3電容器的另一端連接至接地電位的狀態，將所述第3電容器的另一端連接至所述第1比較部的所述輸出端子的狀態，以及，將所述第3電容器的另一端開放的狀態，和第4連接機構，該第4連接機構選擇性地設定以下狀態中的任一種將所述第4電容器的另一端連接至接地電位的狀態，將所述第4電容器的另一端連接至所述第2比較部的所述輸出端子的狀態，以及，將所述第4電容器的另一端開放的狀態；所述第1比較部及所述第2比較部分別能夠選擇性地設定為比較器模式和放大器模式中的任一種。
11.如權利要求10所述的光檢測裝置，其特征在于，所述I/F轉換裝置進一步包括定時控制機構，該定時控制機構基于所述第1比較信號及所述第2比較信號，控制所述切換機構、所述第1放電機構、所述第2放電機構、所述第3放電機構、所述第4放電機構、所述第1連接機構、所述第2連接機構、所述第3連接機構、所述第4連接機構、所述第1比較部以及所述第2比較部各自的動作。
全文摘要
光檢測裝置中包括的I/F轉換裝置(10)具備第1比較部(1文檔編號H01L31/10GK1985157SQ200580023668
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月11日 優先權日2004年7月12日
發明者鈴木高志, 只政逸志 申請人:浜松光子學株式會社