JP6314762B2 - Image sensor signal processing apparatus and signal reading method - Google Patents

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Description

本発明は、イメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法に関する。   The present invention relates to a signal processing apparatus and a signal reading method for an image sensor.

イメージセンサは、1次元又は2次元状に配列した多数の受光素子が受光した光の量を電気量（電荷量）に変換して1次元又は2次元画像のデータを作成する素子である。受光素子には、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）や相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有するトランジスタ、フォトダイオードなどの半導体素子が用いられる。これら受光素子を、1次元状に配置したものは、一般的にフォトダイオードアレイ（ＰＤＡ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ Ａｒｒａｙ）と呼ばれる。   An image sensor is an element that creates one-dimensional or two-dimensional image data by converting the amount of light received by a large number of light receiving elements arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner into an electric quantity (charge amount). As the light receiving element, a semiconductor element such as a transistor or a photodiode having a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) structure is used. A structure in which these light receiving elements are arranged in a one-dimensional manner is generally called a photodiode array (PDA).

特許文献１には、1次元状のフォトダイオードアレイ（リニアイメージセンサ）を備える分光光度計が記載されている。図４は従来の分光光度計の構成の一例を示す図である。分光光度計４００は、光源４０１、集光レンズ４０２、シャッター４０３、試料セル４０４、スリット４０５、凹面グレーティング４０６、フォトダイオードアレイ４０７、積分回路４０８、Ａ／Ｄ変換器４０９、制御及び信号処理回路４１０を備える。フォトダイオードアレイ４０７は、Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の受光素子Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を有し、積分回路４０８はオペアンプ、コンデンサ（電荷読み出しコンデンサ）Ｃｒ及びリセットスイッチＳｒを有する。また、積分回路４０８は、各々の受光素子Ｄｉに対応するスイッチＳｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を介してフォトダイオードアレイ４０７を構成する各々の受光素子Ｄｉと接続される。 Patent Document 1 describes a spectrophotometer including a one-dimensional photodiode array (linear image sensor). FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional spectrophotometer. The spectrophotometer 400 includes a light source 401, a condenser lens 402, a shutter 403, a sample cell 404, a slit 405, a concave grating 406, a photodiode array 407, an integration circuit 408, an A / D converter 409, a control and signal processing circuit 410. Is provided. The photodiode array 407 includes N light receiving elements D i (i = 1 to N) (N is a natural number of 2 or more), and the integration circuit 408 includes an operational amplifier, a capacitor (charge reading capacitor) Cr, and a reset switch S. r . Further, the integrating circuit 408 is connected to each of the light receiving elements D i constituting the photodiode array 407 via the switch S i (i = 1~N) corresponding to each of the light receiving element D i.

分光光度計４００は、光源４０１から射出される光を集光レンズ４０２により集光し、シャッター４０３を開いた明状態で、試料セル４０４内の試料に照射する。試料を透過した光は、スリット４０５を経て凹面グレーティング４０６により波長毎に異なる方向に進行するように分光され、フォトダイオードアレイ４０７の各々の受光素子Ｄｉで受光される。各々の受光素子Ｄｉで受光された光は、各フォトダイオードにより光電変換され、光量に対応する電荷量Ｑｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に変換される。 The spectrophotometer 400 condenses the light emitted from the light source 401 by the condenser lens 402 and irradiates the sample in the sample cell 404 in a bright state with the shutter 403 opened. Light transmitted through the sample is spectrally to proceed in a different direction for each wavelength by the concave grating 406 via the slit 405, is received by each of the light receiving elements D i of the photodiode array 407. The light received by each light receiving element D i is photoelectrically converted by each photodiode and converted into a charge amount Q i (i = 1 to N) corresponding to the light amount.

積分回路４０８では、光電変換された電荷を、電荷量Ｑｉに対応する電圧の値Ｖｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に変換する。図５のタイムチャートを参照しつつ、その動作を説明する。積分回路４０８が制御及び信号処理回路４１０から電荷読出信号を受け取ると、受光素子Ｄｎ−１（２≦ｎ≦Ｎ）で光電変換された電荷がスイッチＳｎ−１を介してコンデンサＣｒに蓄積され、積分回路４０８の出力電圧は上昇し、やがてコンデンサＣｒの容量及び電荷量Ｑｎ−１に応じた電圧の値Ｖｎ−１に到達する。その後、電荷読出信号の入力から所定の時間Ｔａが経過して制御及び信号処理回路４１０からリセット信号が入力されると、積分回路４０８のリセットスイッチＳｒがオンし、コンデンサＣｒに蓄積された電荷が放電される。これにより、積分回路４０８の出力電圧の値は低下する。スイッチＳｎ−１をスイッチＳｎに切り替えて、この動作を受光素子Ｄｎについても繰り返すと、積分回路４０８は電荷量Ｑｎに応じた出力電圧の値Ｖｎを出力する。なお、コンデンサＣ ｒ に蓄積される電荷量は、フォトダイオードアレイからの信号の読み出し間隔に比例し、該蓄積に係る時間を電荷蓄積時間と呼ぶ。時間Ｔａには、全受光素子Ｄｉの読み出し時間（電荷蓄積時間）を素子数Ｎで割った時間から、リセットに必要な時間を差し引いた時間以下の時間が設定される。
The integration circuit 408 converts the photoelectrically converted charge into a voltage value V i (i = 1 to N) corresponding to the charge amount Q i . The operation will be described with reference to the time chart of FIG. The integration circuit 408 receives a charge read signal from the control and signal processing circuit 410, the capacitor C r charges photoelectrically converted by the light receiving element D n-1 (2 ≦ n ≦ N) via the switches S n-1 As a result, the output voltage of the integration circuit 408 rises, and eventually reaches a voltage value V n−1 according to the capacitance of the capacitor Cr and the charge amount Q n−1 . Thereafter, when the reset signal from the control and signal processing circuit 410 has elapsed a predetermined time T a from the input of the charge readout signal is input, the reset switches S r of the integration circuit 408 is turned on, is stored in the capacitor C r The charge is discharged. As a result, the value of the output voltage of the integrating circuit 408 decreases. The switch S n-1 by switching the switch S n, when the operation repeated for light-receiving elements D n, the integrating circuit 408 outputs the value V n of the output voltage corresponding to the charge amount Q n. Incidentally, the amount of charge stored in the capacitor C r is proportional to the read interval of the signal from the photodiode array, called a charge accumulation time of the time according to the accumulated. The time T a, from all light-receiving elements D i read time (charge storage time) time divided by the number of elements N of, the time period of time following minus required reset is set.

このように、スイッチＳｉを切り替えつつ、上述の動作をＮ回繰り返すことで、積分回路４０８は、フォトダイオードアレイ４０７の各々の受光素子Ｄｉが検出した光量を電荷量Ｑｉに応じた電圧の値Ｖｉとして、順次出力する。この電圧の値Ｖｉは、制御及び信号処理回路４１０の制御の下で、時間Ｔａ内で１回サンプリングされてＡ／Ｄ変換器４０９によりデジタル信号に変換され、電気信号として制御及び信号処理回路４１０に取り込まれる。制御及び信号処理回路４１０は、該電気信号から、試料の吸収スペクトルを求める。 In this way, by repeating the above operation N times while switching the switch S i , the integration circuit 408 changes the light amount detected by each light receiving element D i of the photodiode array 407 to a voltage corresponding to the charge amount Q i. as the value V i, sequentially outputs. This voltage value V i is sampled once within a time Ta under the control of the control and signal processing circuit 410 and converted into a digital signal by the A / D converter 409, and is controlled and processed as an electric signal. Captured by circuit 410. The control and signal processing circuit 410 obtains the absorption spectrum of the sample from the electrical signal.

特開平８-１５０１３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-15013

近年、分析の高速化に伴い、リニアイメージセンサにおける信号の読み出し間隔（電荷蓄積時間）を広範囲で可変にする需要が高まっている。例えば、信号の読み出し間隔が１ｓｅｃ、素子数が１０００の場合、１素子あたりの読み出し時間（サンプリング間隔）は最長でも１ｍｓｅｃであるが、信号の読み出し間隔が５０ｍｓｅｃとなると、１素子あたりの読み出し時間（サンプリング間隔）は最長でも５０μｓｅｃにしなければならない。このように電荷蓄積時間を広範囲で可変にすると、読み出し電荷量もそれに比例して変化するため、コンデンサＣｒの静電容量は、信号の読み出し間隔（電荷蓄積時間）が最も大きい条件の場合でも積分回路以下の回路が飽和しないように定める必要がある。この状態で、信号の読み出し間隔を短くする（信号の読み出しを高速で行う）と、コンデンサＣｒに蓄積される電荷量が蓄積時間に比例して減少し、積分回路の出力電圧の値Ｖｉが大きく低下する。 In recent years, with an increase in analysis speed, there is an increasing demand for variable signal readout intervals (charge accumulation time) in a linear image sensor. For example, when the signal reading interval is 1 sec and the number of elements is 1000, the reading time (sampling interval) per element is 1 msec at the longest, but when the signal reading interval is 50 msec, the reading time per element ( The sampling interval must be at most 50 μsec. Thus the charge storage time to widely variable, since changes in proportion thereto also read the amount of charge, the capacitance of the capacitor C r, even if the signal read-out interval (charge storage time) is the largest conditions It is necessary to determine that the circuits below the integration circuit do not saturate. In this state, if the signal reading interval is shortened (signal reading is performed at a high speed), the amount of charge accumulated in the capacitor Cr decreases in proportion to the accumulation time, and the output voltage value V i of the integrating circuit. Is greatly reduced.

制御及び信号処理回路４１０が取り込む電気信号には、積分回路４０８のオペアンプのノイズが含まれている。上述のように、積分回路４０８の出力電圧の値Ｖｉが小さくなると、出力電圧の値Ｖｉに占めるノイズの割合が大きくなり（換言すると、信号対雑音比が小さくなり）、微量成分を測定する場合（すなわち、受光素子Ｄｉが受光する光量が小さい場合）、正確な測定を行うことができない。 The electric signal captured by the control and signal processing circuit 410 includes noise from the operational amplifier of the integration circuit 408. As described above, when the value V i of the output voltage of the integrator circuit 408 decreases, the ratio of noise to total value V i of the output voltage is increased (in other words, the signal-to-noise ratio decreases), the measurement of trace components If it (i.e., when the amount of the light-receiving element D i is received is small), it is impossible to make accurate measurements.

本発明は上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ノイズを低減することが可能なイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a signal processing apparatus and a signal reading method of an image sensor capable of reducing noise.

上記課題を解決するために成された本発明に係るイメージセンサの信号処理装置は、
複数の受光部と、該複数の受光部を順次選択して各受光部で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部と、を有するイメージセンサの出力信号を処理する信号処理装置であって、
a) 前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するサンプリング回数設定部と、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記サンプリング回数設定部により設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算する積算部と、
を備え、前記積算部により積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号を出力することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a signal processing apparatus for an image sensor according to the present invention includes:
A signal processing device for processing an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading out a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) an integrating circuit for integrating the charge signal input through the switch unit and converting it into a voltage signal;
b) a sampling number setting unit for setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion An accumulating unit that obtains and accumulates the voltage value held in the integrating circuit for the number of times set by the sampling number setting unit;
And outputting a signal corresponding to the one light receiving unit using the voltage value integrated by the integrating unit.

上記イメージセンサの信号処理装置が、さらに、前記積算部により積算された電圧値を前記回数で除して積算平均を計算する積算平均計算部を備える構成としてもよい。   The signal processing device of the image sensor may further include an integrated average calculating unit that calculates an integrated average by dividing the voltage value integrated by the integrating unit by the number of times.

また、上記課題を解決するために成された本発明に係るイメージセンサの信号読出方法は、
複数の受光部と、該複数の受光部を順次選択して各受光部で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部と、を有するイメージセンサの出力信号を読み出す信号読出方法であって、
a) 積分回路により、前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換するステップと、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するステップと、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算するステップと、
を有し、前記積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号が出力されることを特徴とする。 Further, a signal readout method for an image sensor according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
A signal reading method for reading an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) integrating an electric charge signal input through the switch unit by an integrating circuit and converting it into a voltage signal;
b) setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion During which the voltage value held in the integration circuit is acquired and integrated for the set number of times, and
And a signal corresponding to the one light receiving unit is output using the integrated voltage value.

上記構成から成る本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法によれば、積分回路が出力する電圧の値をサンプリングする回数を１回あるいは複数回に指定できる。積分回路を構成するオペアンプに起因するノイズは、積算平均すると平均回数の平方根に反比例するため、サンプリングする回数を多くするほど、ノイズを低減することができる。これにより、信号の読出を高速で行う必要がある場合であっても、信号対雑音比を大きくでき、測定精度を高めることができる。また、本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を用いた液体クロマトグラフでは、微量成分の測定精度を高めることができる。   According to the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor of the present invention having the above-described configuration, the number of times of sampling the voltage value output from the integrating circuit can be designated as one or more times. Since the noise caused by the operational amplifier constituting the integrating circuit is inversely proportional to the square root of the average number when integrated and averaged, the noise can be reduced as the number of times of sampling is increased. Thereby, even when it is necessary to read out the signal at high speed, the signal-to-noise ratio can be increased and the measurement accuracy can be improved. Further, in the liquid chromatograph using the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor according to the present invention, the measurement accuracy of the trace component can be increased.

本発明の一実施例に係るイメージセンサの信号処理装置を説明する図。The figure explaining the signal processing apparatus of the image sensor which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例の変形例に係るイメージセンサの信号処理装置を説明する図。The figure explaining the signal processing apparatus of the image sensor which concerns on the modification of one Example of this invention. 本発明の一実施例の信号読み出し波形の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the signal read-out waveform of one Example of this invention. 従来の分光光度計の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the conventional spectrophotometer. 従来の信号読み出し波形の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the conventional signal read-out waveform.

以下、図１及び図３を用いて、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。   Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example using FIG.1 and FIG.3.

図１は本発明の一実施例に係るイメージセンサの信号処理装置１０を説明する図である。本実施例の信号処理装置１０が信号処理する対象であるイメージセンサ１１は、複数の受光部１１１と、該複数の受光部１１１を順次選択して各受光部１１１で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部１１２で構成される。受光部１１１はフォトダイオードＰＤｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とコンデンサＣi（ｉ＝１〜Ｎ）で構成されており、各コンデンサＣiは各フォトダイオードＰＤｉと並列接続されている。本実施例では、スイッチ部１１２は、各受光部１１１と直列接続したスイッチＳｉ（ｉ＝１〜Ｎ）で構成される例を説明するが、多端子（Ｎ＋１個）のスイッチ１個で構成されていてもよい。 FIG. 1 is a diagram illustrating a signal processing apparatus 10 for an image sensor according to an embodiment of the present invention. The image sensor 11 that is the target of signal processing by the signal processing apparatus 10 according to the present embodiment sequentially selects a plurality of light receiving units 111 and the plurality of light receiving units 111 and reads out charge signals obtained by the respective light receiving units 111. The switch part 112 for this is comprised. The light receiving unit 111 includes a photodiode PD i (i = 1 to N) and a capacitor C i (i = 1 to N), and each capacitor C i is connected in parallel to each photodiode PD i . In the present embodiment, an example in which the switch unit 112 is configured by switches S i (i = 1 to N) connected in series with the respective light receiving units 111 will be described. However, the switch unit 112 is configured by one multi-terminal (N + 1) switch. May be.

信号処理装置１０は、積分回路１２、Ａ／Ｄ変換器１３、制御及び信号処理回路１４で構成され、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などの集積回路を有する再書き換え可能なプログラマブルロジックデバイスで具現化できる。制御及び信号処理回路１４は、スイッチ制御部１４１、サンプリング回数設定部１４２及び積算部１４３を備える。積分回路１２はオペアンプ、該オペアンプと並列接続されたコンデンサＣｒ及びリセットスイッチＳｒを有する。コンデンサＣｒは容量の値を変えることが可能な可変コンデンサであってもよい。本実施例では、スイッチ部１１２を制御するスイッチ制御部１４１が制御及び信号処理回路１４に含まれる例を説明するが、該スイッチ制御部１４１は信号処理装置１０とは別体であってもよい。以下、本実施例の信号処理装置１０の動作を説明する。 The signal processing apparatus 10 includes an integration circuit 12, an A / D converter 13, a control and signal processing circuit 14, and a rewritable programmable logic device having an integrated circuit such as a field programmable gate array (FPGA). Can be realized. The control and signal processing circuit 14 includes a switch control unit 141, a sampling number setting unit 142, and an integration unit 143. Integrator 12 includes an operational amplifier, a capacitor C r and the reset switch S r which is connected in parallel with said operational amplifier. Capacitor C r may be variable capacitor capable of changing the value of the capacitance. In this embodiment, an example in which the switch control unit 141 that controls the switch unit 112 is included in the control and signal processing circuit 14 will be described. However, the switch control unit 141 may be separate from the signal processing device 10. . Hereinafter, the operation of the signal processing apparatus 10 of the present embodiment will be described.

複数の受光部１１１で受光された光は、各受光部１１１のフォトダイオードＰＤｉにより光電変換され、受光された光の量に対応する電荷量Ｑｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に変換される。この電荷はコンデンサＣiに電荷信号として保持される。スイッチ制御部１４１は複数の受光部１１１を順次選択して、選択した一つの受光部１１１をスイッチＳｉを介して積分回路１２と導通させる。これにより、該選択した一つの受光部１１１のコンデンサＣiに保持された電荷信号をスイッチ部１１２を通して積分回路１２に入力する。 The light received by the plurality of light receiving units 111 is photoelectrically converted by the photodiode PD i of each light receiving unit 111 and converted into a charge amount Q i (i = 1 to N) corresponding to the amount of received light. . This charge is held in the capacitor C i as a charge signal. The switch control unit 141 sequentially selects a plurality of light receiving portions 111, is electrically connected to the integrating circuit 12 to one of the light receiving portion 111 selected via the switch S i. Thus, input to the integration circuit 12 to charge signals held in the capacitor C i of one of the light receiving unit 111 the selection through the switch unit 112.

積分回路１２では、入力された電荷信号の積分が行われ、コンデンサＣｒに電荷が蓄積される。積分回路１２は、入力された電荷量Ｑｉが少なければ小さい電圧の値に、電荷量Ｑｉが多ければ大きい電圧の値に変換し、電荷信号を電圧信号として出力する。図３は、本実施例の信号読み出し波形の一例を示すタイムチャートである。積分回路１２が制御及び信号処理回路１４から電荷読出信号を受け取ると、フォトダイオードＰＤｎ−１（２≦ｎ≦Ｎ）で光電変換された電荷がスイッチＳｎ−１を介してコンデンサＣｒに蓄積され、積分回路１２の出力電圧は上昇し、やがてコンデンサＣｒの容量及び電荷量Ｑｎ−１に応じた電圧の値Ｖｎ−１に到達する。その後、電荷読出信号の入力から時間Ｔａが経過して制御及び信号処理回路１４からリセット信号が入力されると、積分回路１２のリセットスイッチＳｒがオンし、コンデンサＣｒに蓄積された電荷が放電される。これにより、積分回路１２の出力電圧の値は低下する。この時間Ｔａにおいて積分回路１２の出力電圧の値が電荷量に応じた電圧の値に到達している期間は、一つの受光部１１１による電荷信号を積分して得られた電圧信号が積分回路に保持されている期間に相当し、数μｓｅｃである。スイッチＳｎ−１をスイッチＳｎに切り替えて、この動作をフォトダイオードＰＤｎについても繰り返すと、積分回路１２は電荷量Ｑｎに応じた出力電圧の値Ｖｎを出力する。このように、スイッチＳｉを切り替えつつ、上述の動作をＮ回繰り返すことで、積分回路１２は、イメージセンサ１１の各々のフォトダイオードＰＤｉが検出した光量を電荷量Ｑｉに応じた電圧の値Ｖｉとして、順次出力する。 In the integrating circuit 12, the input charge signal is integrated, and charge is accumulated in the capacitor Cr . The integration circuit 12 converts the input charge amount Q i to a small voltage value when the charge amount Q i is small, and converts it to a large voltage value when the charge amount Q i is large, and outputs the charge signal as a voltage signal. FIG. 3 is a time chart showing an example of the signal readout waveform of this embodiment. When integrating circuit 12 receives the charge read signal from the control and signal processing circuit 14, via the photodiode PD n-1 (2 ≦ n ≦ N) charges photoelectrically converted by the switch S n-1 to the capacitor C r As a result, the output voltage of the integration circuit 12 rises, and eventually reaches a voltage value V n−1 according to the capacitance of the capacitor Cr and the charge amount Q n−1 . Thereafter, when the reset signal from the control and signal processing circuit 14 and the elapsed time T a from the input of the charge readout signal is input, the reset switches S r of the integrating circuit 12 is turned on, stored in the capacitor C r charge Is discharged. As a result, the value of the output voltage of the integrating circuit 12 decreases. The period in which the value of the output voltage of the integrating circuit 12 at time T a has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount, a voltage signal obtained by integrating the charge signal by the light receiving unit 111 is an integration circuit Corresponds to a period held in the period of several μsec. The switch S n-1 by switching the switch S n, when repeated for the photodiode PD n to this operation, the integrating circuit 12 outputs the value V n of the output voltage corresponding to the charge amount Q n. In this way, by repeating the above operation N times while switching the switch S i , the integration circuit 12 changes the light amount detected by each photodiode PD i of the image sensor 11 to a voltage corresponding to the charge amount Q i. Output sequentially as value V i .

サンプリング回数設定部１４２は、上述のように積分回路１２が順次出力する電圧の値を一つの受光部１１１につきサンプリングする回数を設定する。この回数は、制御及び信号処理回路１４と機能的に繋がった、図示しないユーザインタフェースを用いて、ユーザが設定することができる。制御及び信号処理回路１４がフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）により構成されている場合には、プログラミングにより設定することができる。図３の例では、１つの受光部１１１につき、積分回路が出力する電圧の値をサンプリングする回数を５回に設定する。   The sampling number setting unit 142 sets the number of times that the voltage values sequentially output by the integration circuit 12 are sampled for one light receiving unit 111 as described above. This number can be set by the user using a user interface (not shown) functionally connected to the control and signal processing circuit 14. When the control and signal processing circuit 14 is constituted by a field programmable gate array (FPGA), it can be set by programming. In the example of FIG. 3, the number of times of sampling the value of the voltage output from the integration circuit is set to 5 times for each light receiving unit 111.

積算部１４３は、一つの受光部１１１による電荷信号を積分して得られた電圧信号が積分回路１２に保持されている期間中に、サンプリング回数設定部１４２により設定された回数だけ、積分回路１２に保持されている電圧値を取得して積算する。電圧値の取得は、Ａ／Ｄ変換器１３を通してデジタル信号に変換してから取得する。近年の技術開発の進歩に伴い、変換速度が速いＡ／Ｄ変換器が開発されてきており、Ａ／Ｄ変換器１３には、数μｓｅｃの間で複数回の変換が可能なものを用いる。図３の例では、積分回路１２の出力電圧が電荷量に応じた電圧の値に到達している期間（数μｓｅｃ）の間に、５回サンプリングして、その電圧値を取得して積算する。サンプリングする時間の間隔は一定であってもランダムであっても構わないが、図３の例では１μｓｅｃずつ等間隔でサンプリングする。   The integration unit 143 integrates the integration circuit 12 by the number of times set by the sampling number setting unit 142 during the period in which the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit 111 is held in the integration circuit 12. The voltage value held in is acquired and integrated. The voltage value is acquired after being converted into a digital signal through the A / D converter 13. Along with the advancement of technology development in recent years, A / D converters having a high conversion speed have been developed. As the A / D converter 13, an A / D converter 13 that can be converted a plurality of times in several μsec is used. In the example of FIG. 3, sampling is performed five times during a period (several μsec) in which the output voltage of the integration circuit 12 reaches the voltage value corresponding to the charge amount, and the voltage value is acquired and integrated. . Although the sampling time interval may be constant or random, in the example of FIG. 3, sampling is performed at equal intervals of 1 μsec.

信号処理装置１０は、このようにして積算部１４３により積算された電圧値を用いて一つの受光部１１１に対応する信号を出力する。信号処理装置１０は、スイッチＳｉを切り替えつつ、イメージセンサ１１の各受光部１１１のフォトダイオードＰＤｉの全てについて対応する信号を出力することで、イメージセンサ１１の信号を読み出すことができる。 The signal processing apparatus 10 outputs a signal corresponding to one light receiving unit 111 using the voltage value accumulated by the accumulation unit 143 in this way. Signal processor 10, while switches the switch S i, by outputting a corresponding signal for all the photodiodes PD i of the light receiving portions 111 of the image sensor 11, it is possible to read a signal of the image sensor 11.

積分回路１２が出力する電圧の値には、積分回路１２を構成するオペアンプに起因するノイズが含まれる。そのため、サンプリングする電圧値は、電荷量に応じた電圧の値に到達しているとはいえ、図３のように、わずかに変動している。また、制御及び信号処理回路１４が取り込む電気信号には、Ａ／Ｄ変換器１３の量子化ノイズが含まれている。本実施例の信号処理装置１０及び信号読出方法によれば、積分回路１２が出力する電圧の値をサンプリングする回数をユーザが設定し、設定した回数だけ積分回路１２に保持されている電圧値を取得して積算する。サンプリングする回数を複数回に設定すれば、積分回路１２を構成するオペアンプに起因するノイズやＡ／Ｄ変換器１３の量子化ノイズを平均化できるため、これらノイズを低減することができる。これにより、信号の読出を高速で行う必要がある場合であっても、信号対雑音比を大きくでき、測定精度を高めることができる。また、本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を用いた液体クロマトグラフでは、微量成分の測定精度を高めることができる。   The value of the voltage output from the integration circuit 12 includes noise due to the operational amplifier that constitutes the integration circuit 12. Therefore, although the voltage value to be sampled reaches the value of the voltage corresponding to the amount of charge, it slightly varies as shown in FIG. Further, the electrical signal captured by the control and signal processing circuit 14 includes quantization noise of the A / D converter 13. According to the signal processing device 10 and the signal reading method of the present embodiment, the user sets the number of times of sampling the value of the voltage output from the integration circuit 12, and the voltage value held in the integration circuit 12 for the set number of times is set. Acquire and accumulate. If the number of times of sampling is set to a plurality of times, the noise caused by the operational amplifier constituting the integrating circuit 12 and the quantization noise of the A / D converter 13 can be averaged, so that these noises can be reduced. Thereby, even when it is necessary to read out the signal at high speed, the signal-to-noise ratio can be increased and the measurement accuracy can be improved. Further, in the liquid chromatograph using the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor according to the present invention, the measurement accuracy of the trace component can be increased.

本実施例の変形例に係るイメージセンサの信号処理装置が備える、制御及び信号処理回路１４０を図２に示す。制御及び信号処理回路１４０は、図１の制御及び信号処理回路１４に置き換わって用いられる。制御及び信号処理回路１４０は、制御及び信号処理回路１４と同様にスイッチ制御部１４１、サンプリング回数設定部１４２、及び積算部１４３を備え、さらに積算平均計算部１４４を備える。   FIG. 2 shows a control and signal processing circuit 140 included in the signal processing apparatus for an image sensor according to a modification of the present embodiment. The control and signal processing circuit 140 is used in place of the control and signal processing circuit 14 of FIG. Similar to the control and signal processing circuit 14, the control and signal processing circuit 140 includes a switch control unit 141, a sampling number setting unit 142, and an integration unit 143, and further includes an integration average calculation unit 144.

積算平均計算部１４４は、積算部１４３により積算された電圧値をサンプリング回数で除して積算平均を計算する。積算平均を求めることにより、積分回路１２を構成するオペアンプに起因するノイズやＡ／Ｄ変換器１３の量子化ノイズは、サンプリング回数の平方根に反比例するため、サンプリングする回数を多くするほど、ノイズを低減することができる。これにより、信号の読出を高速で行う必要がある場合であっても、信号対雑音比を大きくでき、測定精度を高めることができる。また、本発明に係るイメージセンサの信号処理装置及び信号読出方法を用いた液体クロマトグラフでは、微量成分の測定精度を高めることができる。   The integration average calculation unit 144 calculates the integration average by dividing the voltage value integrated by the integration unit 143 by the number of samplings. By obtaining the integrated average, the noise caused by the operational amplifier constituting the integrating circuit 12 and the quantization noise of the A / D converter 13 are inversely proportional to the square root of the number of sampling times. Can be reduced. Thereby, even when it is necessary to read out the signal at high speed, the signal-to-noise ratio can be increased and the measurement accuracy can be improved. Further, in the liquid chromatograph using the signal processing apparatus and signal reading method of the image sensor according to the present invention, the measurement accuracy of the trace component can be increased.

１０…信号処理装置
１１…イメージセンサ
１１１…受光部
１１２…スイッチ部
１２、４０８…積分回路
１３、４０９…Ａ／Ｄ変換器
１４、１４０、４１０…制御及び信号処理回路
１４１…スイッチ制御部
１４２…サンプリング回数設定部
１４３…積算部
１４４…積算平均計算部
４００…分光光度計
４０１…光源
４０２…集光レンズ
４０３…シャッター
４０４…試料セル
４０５…スリット
４０６…凹面グレーティング
４０７…フォトダイオードアレイ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Signal processing apparatus 11 ... Image sensor 111 ... Light-receiving part 112 ... Switch part 12,408 ... Integration circuit 13,409 ... A / D converter 14,140,410 ... Control and signal processing circuit 141 ... Switch control part 142 ... Sampling frequency setting unit 143 ... integrating unit 144 ... integrating average calculating unit 400 ... spectrophotometer 401 ... light source 402 ... condensing lens 403 ... shutter 404 ... sample cell 405 ... slit 406 ... concave grating 407 ... photodiode array

Claims (4)

複数の受光部と、該複数の受光部を順次選択して各受光部で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部と、を有するイメージセンサの出力信号を処理する信号処理装置であって、
a) 前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するサンプリング回数設定部と、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記サンプリング回数設定部により設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算する積算部と、
を備え、前記積算部により積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号を出力することを特徴とする、イメージセンサの信号処理装置。 A signal processing device for processing an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading out a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) an integrating circuit for integrating the charge signal input through the switch unit and converting it into a voltage signal;
b) a sampling number setting unit for setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion An accumulating unit that obtains and accumulates the voltage value held in the integrating circuit for the number of times set by the sampling number setting unit;
And outputting a signal corresponding to the one light receiving unit using the voltage value integrated by the integrating unit. さらに、
d) 前記積算部により積算された電圧値を前記回数で除して積算平均を計算する積算平均計算部
を備えることを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサの信号処理装置。 further,
The signal processing apparatus for an image sensor according to claim 1, further comprising: an integrated average calculating unit that calculates an integrated average by dividing the voltage value integrated by the integrating unit by the number of times. 複数の受光部と、該複数の受光部を順次選択して各受光部で得られた電荷信号を読み出すためのスイッチ部と、を有するイメージセンサの出力信号を読み出す信号読出方法であって、
a) 積分回路により、前記スイッチ部を通して入力された電荷信号を積分して電圧信号に変換するステップと、
b) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号をサンプリングする回数を設定するステップと、
c) 一つの受光部による電荷信号を積分して得られた電圧信号の値が該一つの受光部で受光された光の量に対応する電荷量に応じた電圧の値に到達している期間中に、前記設定されている回数だけ該積分回路に保持されている電圧値を取得して積算するステップと、
を有し、前記積算された電圧値を用いて前記一つの受光部に対応する信号が出力されることを特徴とする、イメージセンサの信号読出方法。 A signal reading method for reading an output signal of an image sensor, comprising: a plurality of light receiving units; and a switch unit for sequentially selecting the plurality of light receiving units and reading a charge signal obtained by each light receiving unit,
a) integrating an electric charge signal input through the switch unit by an integrating circuit and converting it into a voltage signal;
b) setting the number of times to sample the voltage signal obtained by integrating the charge signal from one light receiving unit;
period the value of the obtained voltage signal by integrating the charge signal by c) a light receiving unit has reached the value of the voltage corresponding to the charge amount corresponding to the amount of light received by said single light receiving portion During which the voltage value held in the integration circuit is acquired and integrated for the set number of times, and
A signal reading method for an image sensor, wherein a signal corresponding to the one light receiving unit is output using the integrated voltage value. さらに、
d) 前記積算部により積算された電圧値を前記回数で除して積算平均を計算するステップ
を有することを特徴とする、請求項３に記載のイメージセンサの信号読出方法。 further,
The signal reading method for an image sensor according to claim 3, further comprising: d) calculating an integrated average by dividing the voltage value integrated by the integrating unit by the number of times.
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