專(zhuān)利名稱(chēng)：光電二極管陣列及其信號(hào)讀取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)布置多個(gè)光電二極管而創(chuàng)建的光電二極管陣 列。本發(fā)明還涉及一種光電二極管陣列的信號(hào)讀取方法。
背景技術(shù)：
由于光電二極管陣列能夠總地接收由衍射光柵或類(lèi)似器件色散 的光譜，從而幾乎同時(shí)檢測(cè)到較寬范圍波長(zhǎng)上的光強(qiáng)，因此，光電二 極管陣列通常用作分光光度計(jì)或其他裝置中的光檢測(cè)器。
在光電二極管陣列中，每一個(gè)光電二極管產(chǎn)生與落入其上的光強(qiáng) 相對(duì)應(yīng)的電流、電壓或其他形式的信號(hào)。然后，由信號(hào)處理電路順序 地讀取光電二極管的信號(hào)，并逐一對(duì)其進(jìn)行處理。存在兩種用于從光 電二極管中分別讀取信號(hào)的主要方法實(shí)時(shí)讀取法和存儲(chǔ)讀取法。
在實(shí)時(shí)讀取方法中，為每一個(gè)光電二極管提供一個(gè)放大器，并且 光電二極管經(jīng)由復(fù)用器連接至信號(hào)處理電路。該系統(tǒng)可以有選擇地讀 取由于光照在每一光電二極管中產(chǎn)生的光電流。然而，該系統(tǒng)的缺陷 在于由于信號(hào)強(qiáng)度僅取決于入射光的強(qiáng)度，因此很難提高信噪比 (S/N)。因此，如果光強(qiáng)較低，則需要通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放 大。
在存儲(chǔ)讀取法中，讀取信號(hào)的值與光電二極管光強(qiáng)和照射時(shí)間的 乘積成正比。圖l (a)是存儲(chǔ)讀取系統(tǒng)的電路圖，示出了從光電二極
管11到信號(hào)處理電路15的部分。在光照之前，如圖l (b)中點(diǎn)劃線(xiàn)所 示，特定數(shù)量的電荷存儲(chǔ)在光電二極管(PD)結(jié)電容器12中。當(dāng)光照 時(shí)，光電二極管ll產(chǎn)生光電流，光電流使電荷從PD結(jié)電容器12中釋放 出來(lái)，從而減少了所存儲(chǔ)的電荷量。接著，PD結(jié)型電容器12經(jīng)由復(fù)用 器14連接至信號(hào)處理電路15，從而同一電路可以讀取剩余在PD結(jié)電容 器12中的減少的電荷量。同時(shí)，PD結(jié)電容器12被充電到結(jié)電容電平，即，到達(dá)圖l (b)中點(diǎn)劃線(xiàn)所示的電平。在由復(fù)用器14終止與信號(hào)處 理電路15的連接之后，由于光電流，再次從PD結(jié)電容器12釋放所存儲(chǔ)
的電荷，直到下一讀取操作周期為止(即，在讀取周期期間)。換言之， 讀取周期與PD結(jié)電容器12的放電時(shí)段相對(duì)應(yīng)，并且讀取信號(hào)與光強(qiáng)和 讀取周期的乘積成正比。這意味著，在存儲(chǔ)讀取系統(tǒng)中，如果光強(qiáng)較 低，則可以通過(guò)增加讀取時(shí)間來(lái)產(chǎn)生足夠強(qiáng)的信號(hào)。
本發(fā)明特別涉及一種通過(guò)存儲(chǔ)讀取法來(lái)讀取信號(hào)的光電二極管 陣列。因此，以下描述假設(shè)使用存儲(chǔ)讀取法。
在實(shí)際情況下，通過(guò)順序訪(fǎng)問(wèn)法來(lái)執(zhí)行從光電二極管陣列讀取信 號(hào)的操作，其中，以預(yù)定順序(例如，從較短波長(zhǎng)到較長(zhǎng)波長(zhǎng))從每 一光電二極管讀取信號(hào)。該方法通常使用移位寄存器。
光電二極管具有有限的結(jié)電容。因此，如圖l (c)所示，當(dāng)長(zhǎng)時(shí) 間地被光照射時(shí)，PD結(jié)電容將飽和。在順序訪(fǎng)問(wèn)法中，必須考慮該問(wèn) 題。例如，當(dāng)光強(qiáng)在一波長(zhǎng)處較高而在另一波長(zhǎng)處較低時(shí)，如果將讀 取周期設(shè)置得較長(zhǎng)以確保檢測(cè)低強(qiáng)度光的時(shí)間足夠長(zhǎng)，那么超過(guò)結(jié)電 容的光電流將流入在光強(qiáng)較高的波長(zhǎng)位置接收光的光電二極管中，并 最終使電容飽和。由于飽和檢測(cè)器的信號(hào)不再能夠顯示出任何可讀變 化，因此飽和的器件不能用作檢測(cè)器。
相反，如果為了防止飽和選擇了較短的讀取周期，則會(huì)減少與光 強(qiáng)較低的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的光電二極管所釋放出來(lái)的電荷量，而僅僅產(chǎn)生 微弱的輸出信號(hào)，因而減小了測(cè)量的S/N比。因此，應(yīng)當(dāng)避免不必要 的讀取周期縮短，以確保高等級(jí)的測(cè)量精度。
因此，在順序訪(fǎng)問(wèn)法中，關(guān)鍵的是適當(dāng)?shù)刂付恳还怆姸O管 的讀取周期。然而，還沒(méi)有找到令人滿(mǎn)意的解決方案，來(lái)折衷防止光 電二極管飽和與提高S/N比之間的關(guān)系。
一種用于解決上述問(wèn)題的可以想到的方法是控制信號(hào)的讀取操
作，從而在每一個(gè)光電二極管飽和之前，以落在其上的光強(qiáng)的強(qiáng)度遞 減順序來(lái)訪(fǎng)問(wèn)光電二極管。例如，日本未審專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)
No.H08-015013公開(kāi)了一種具有用于獨(dú)立控制單獨(dú)光電二極管的控制 電路的設(shè)備，從而允許基于本底譜線(xiàn)圖(background spectrum)的測(cè)
5量值，獨(dú)立地為每一光電二極管指定讀取周期。然而，該方法還存在 若干問(wèn)題例如，增加光電二極管的數(shù)目需要，在不改變每一光電二 極管讀取周期的前提下，更加復(fù)雜地調(diào)度從所有光電二極管讀取信號(hào) 的時(shí)機(jī)。另一問(wèn)題在于，該方法需要可隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)的光電二極管陣列， 當(dāng)考慮降低成本的問(wèn)題時(shí)，可隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)的光電二極管陣列昂貴因而不 宜采用。在日本實(shí)用新型注冊(cè)公報(bào)No.2564792中公開(kāi)了一種針對(duì)于解決 順序訪(fǎng)問(wèn)法框架內(nèi)的上述問(wèn)題的技術(shù)，在所述技術(shù)中，僅為覆蓋光強(qiáng) 較高的波長(zhǎng)范圍的光電二極管提供衰減過(guò)濾器。在日本未審專(zhuān)利申請(qǐng) 公開(kāi)No.H08-122150中示出了另一方法，該方法包括為測(cè)量指定有 限的波長(zhǎng)范圍，并自動(dòng)為所指定的波長(zhǎng)范圍選擇適當(dāng)?shù)某潆姇r(shí)間。這些技術(shù)還存在其他需要解決的問(wèn)題，例如，落在位于衰減過(guò)濾 器的邊界處的光電二極管上的入射光不穩(wěn)定，或不能夠在較寬的波長(zhǎng) 范圍上進(jìn)行測(cè)量?？赡艿淖疃套x取周期是由分析裝置從單個(gè)光電二極管讀取信號(hào) 所需的時(shí)段以及組成光電二極管陣列的光電二極管的數(shù)目確定的。因 此，在使用處理能力較低的處理器(例如，單個(gè)處理電路)和面積較 大的光電二極管陣列的情況下，即使將最短讀取周期設(shè)置為最小值， 一些光電二極管也可能飽和。至此所述的關(guān)于問(wèn)題和方法的討論還可以適用于當(dāng)光電流流動(dòng) 時(shí)將對(duì)其進(jìn)行充電的相反類(lèi)型的光電二極管。本發(fā)明旨在提供一種采用存儲(chǔ)讀取法的光電二極管陣列，所述存 儲(chǔ)讀取法能夠?yàn)槊恳粋€(gè)光電二極管設(shè)置容易地設(shè)置適當(dāng)?shù)某潆姇r(shí)間， 而防止光電二極管飽和。本發(fā)明還旨在提供光電二極管陣列的信號(hào)讀 取方法。發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有n個(gè)光電二極管的光 電二極管陣列，所述n個(gè)光電二極管的信號(hào)可以被順序地從第一至第n 光電二極管讀取。該光電二極管陣列包括讀取控制器，用于在執(zhí)行順序地從所有光電二極管讀取信號(hào)的完整讀取操作之前執(zhí)行一次或多 次取消過(guò)程，并且所述取消過(guò)程包括以下步驟從第一光電二極管開(kāi) 始順序讀取預(yù)定數(shù)目的光電二極管的信號(hào)，以取消這些光電二極管的 信號(hào)；以及然后返回讀取第一光電二極管的信號(hào)。本發(fā)明還提供了一種用于從具有n個(gè)光電二極管的光電二極管陣 列中讀取信號(hào)的方法，所述n個(gè)光電二極管的信號(hào)能夠從第一至第n光 電二極管被順序讀取。所述方法的特征在于在執(zhí)行順序地從所有光電二極管讀取信號(hào)的完整讀取操作之前，一次或多次地執(zhí)行取消過(guò)程，所述取消過(guò)程包括以下步驟從第一光電二極管開(kāi)始順序讀取預(yù)定數(shù) 目的光電二極管的信號(hào)，以取消這些光電二極管的信息；以及然后返回讀取第一光電二極管的信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列和光電二極管陣列的信號(hào)讀取 方法中，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的配置來(lái)為光電二極管陣列的每一光電二極管 設(shè)置適當(dāng)周期，使輸出信號(hào)可以保持在光電二極管均未飽和的范圍內(nèi)的高電平處。這可以導(dǎo)致較好的S/N比和較高的測(cè)量精確度。此外，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列和光電二極管陣列的信號(hào)讀取方法，對(duì)于降低成本而言極為有利，這是由于它們基本允許使用傳統(tǒng)類(lèi)型的光電二極管陣列。例如，如果裝置的性能太低以致于不能縮短讀取周期，則可以使用根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列或光電二極管陣列的信號(hào)讀取方法，來(lái)防止光電二極管飽和，而無(wú)需改進(jìn)分析裝置的能力。


圖l (a)是存儲(chǔ)讀取系統(tǒng)的電路圖，示出了從光電二極管到信號(hào) 處理電路的部分。圖l (b)是粗略示出光線(xiàn)照射的PD結(jié)電容器中電荷 量的變化的曲線(xiàn)圖。圖l (c)是粗略示出光線(xiàn)照射的PD結(jié)電容器的飽 和狀態(tài)的曲線(xiàn)圖。圖2 (a)是示出理想情況下傳統(tǒng)光電二極管陣列的測(cè)量結(jié)果的曲 線(xiàn)圖。圖2 (b)是示出了輸出在短波長(zhǎng)范圍內(nèi)飽和的情況下傳統(tǒng)光電 二極管陣列的測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖2 (c)是示出了在整個(gè)波長(zhǎng)范圍上輸出電平較低的情況下傳統(tǒng)光電二極管陣列的測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖3 (a)是示出了執(zhí)行一次取消過(guò)程的讀取方法的原理圖。圖3 (b)是示出了由圖3 (a)的方法執(zhí)行的測(cè)量的結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖4是示出了執(zhí)行一次取消過(guò)程的讀取方法的原理圖，以及示出 了由相同方法執(zhí)行的測(cè)量的結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖5示出了傳統(tǒng)測(cè)量過(guò)程(a)，和與之比較的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 的測(cè)量過(guò)程(b)。圖6 (a)是示出了在光強(qiáng)從較短波長(zhǎng)增至較長(zhǎng)波長(zhǎng)的情況下光強(qiáng) 與光電二極管編號(hào)(或波長(zhǎng))之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖6 (b)是示出了 光強(qiáng)在短和長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)較高而在中間波長(zhǎng)范圍內(nèi)較低的情況下光強(qiáng) 與光電二極管編號(hào)(或波長(zhǎng))之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖6 (c)是示出了 向其應(yīng)用過(guò)濾器的圖6 (b)的測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖6 (d)是示出了 向其應(yīng)用本發(fā)明的圖6 (c)的測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖6 (e)是示出了 光強(qiáng)在短和長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)較低而在中間波長(zhǎng)范圍內(nèi)較高的情況下光強(qiáng) 與光電二極管編號(hào)(或波長(zhǎng))之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖6 (f)是示出了 向其應(yīng)用本發(fā)明圖6 (e)的測(cè)量結(jié)果的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
下文通過(guò)具體示例，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列的信 號(hào)讀取方法。根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列的讀取控制器可以通過(guò)使 用特別設(shè)計(jì)的電路和其他組件來(lái)實(shí)現(xiàn);對(duì)其實(shí)際配置沒(méi)有限制。根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列包括總共n個(gè)光電二極管，所述n 個(gè)光電二極管從第一至第n光電二極管按一維方式布置。所述光電二極 管陣列的基本配置與傳統(tǒng)光電二極管陣列的配置相同。在本實(shí)施例中， 通過(guò)順序訪(fǎng)問(wèn)法來(lái)執(zhí)行讀取光電二極管信號(hào)的操作從第一至第n光電二極管順序地讀取所述信號(hào)。"光電二極管的信號(hào)"可以是電荷、電壓 或任何其他類(lèi)型的信號(hào)。以下描述假設(shè)這些信號(hào)是電荷。在根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列中，基本上優(yōu)選地，使光電二極 管陣列朝向輸入光，從而使光強(qiáng)沿著從第n光電二極管至第一光電二極 管的方向增加。然而，本發(fā)明沒(méi)有具體限制光電二極管陣列的取向。下面，假設(shè)由衍射光柵(未示出)色散的光束落在光電二極管陣 列上，并且光強(qiáng)從較短波長(zhǎng)至較長(zhǎng)波長(zhǎng)線(xiàn)性減小。以下示例假設(shè)，第一光電二極管接收最短波長(zhǎng)的光，第n光電二極管接收最長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。 圖2 (a)是粗略示出了在理想條件(即，對(duì)光電二極管的電容不存在限制)下執(zhí)行的測(cè)量的結(jié)果的曲線(xiàn)圖，其中讀出周期被設(shè)置為t。圖2 (b)示出了由傳統(tǒng)方法執(zhí)行的測(cè)量的結(jié)果。點(diǎn)劃線(xiàn)指示，在已釋放的電荷量等于光電二極管的結(jié)電容(下文中該量被稱(chēng)作"充電飽和量")的情況下得到的輸出電平。如圖2 (b)所示，傳統(tǒng)方法允許 電荷的釋放量超過(guò)短波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電荷飽和量，并導(dǎo)致光強(qiáng)的輸出值 小于實(shí)際值的飽和狀態(tài)。圖2 (c)示出了另一測(cè)量結(jié)果，在該測(cè)量中， 縮短讀取周期，或特別地減至(1/2) t以防止飽和。因此，在整個(gè)波 長(zhǎng)范圍內(nèi)電荷的放電量減小到電荷飽和量以下，從而可以防止短波長(zhǎng) 范圍內(nèi)的上述飽和。然而，縮短的讀取周期還抑制了整個(gè)輸出電平， 并因此惡化了S/N比。圖3 (a)示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)讀取方法。該方法特別 包含以下步驟-(51) 讀取從第一至第i光電二極管的信號(hào)。該操作取消第一至第 i光電二極管的信號(hào)。(52) 擦除或存儲(chǔ)所獲得的每一光電二極管的信號(hào)。(53) 等待(1/2) t。(54) 讀取第一至第n光電二極管的信號(hào)。這意味著，執(zhí)行完整 的讀取操作。(55) 采用由S4中完整讀取操作獲得的信號(hào)作為光強(qiáng)。(56) 等待(1/2) t。(57) 返回S1?？偠灾?，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列和光電二極管陣列的信 號(hào)讀取方法在執(zhí)行順序地從所有光電二極管讀取信號(hào)的完整讀取操作 之前，執(zhí)行取消過(guò)程，所述取消過(guò)程包括以下步驟從第一光電二極 管開(kāi)始順序讀取預(yù)定數(shù)目的光電二極管的信號(hào)，以取消這些光電二極 管的信號(hào)；以及然后返回讀取第一光電二極管的信號(hào)。應(yīng)當(dāng)考慮入射光的特性，預(yù)先確定在取消過(guò)程中需要由讀取操作 覆蓋的光電二極管的編號(hào)i。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在本示例中SI和S2與取 消過(guò)程相對(duì)應(yīng)。由前述步驟執(zhí)行的測(cè)量產(chǎn)生的結(jié)果類(lèi)似于通過(guò)執(zhí)行將第一至第i 光電二極管的讀取周期設(shè)置為(1/2)t而將第i+l至第n光電二極管的讀 取周期設(shè)置為t的測(cè)量所獲得的結(jié)果。特別地，結(jié)果將如圖3 (b)所示， 該結(jié)果顯示可以防止光電二極管變?yōu)轱柡?，并且高波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輸出 信號(hào)保持在高電平。因此，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了S/N比的保持和防止光電二極 管飽和。在S2中獲得的第一至第i光電二極管的信號(hào)可以被立即擦除， 或臨時(shí)保持以供稍后使用。例如，可以將所保持的信號(hào)添加至在S4中 采集的第一至第i光電二極管的信號(hào)，以獲得圖3中長(zhǎng)虛線(xiàn)所示的結(jié)果。 該長(zhǎng)虛線(xiàn)與示出了 "理想、無(wú)飽和光電二極管陣列的輸出"的圖2 (a) 相同，并且其S/N比等于理想電平。考慮入射光的特性，可以在完整讀取操作之前，多次執(zhí)行取消過(guò) 程。通常應(yīng)當(dāng)執(zhí)行取消過(guò)程的多次循環(huán)，使得當(dāng)所述處理從一循環(huán)前 進(jìn)至下一循環(huán)時(shí)，進(jìn)行取消過(guò)程的光電二極管的數(shù)目減少。在前述示例中，如果需要放大長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輸出信號(hào)，信號(hào)讀 取過(guò)程可以包括以下步驟(a) 讀取第一至第j光電二極管的信號(hào)。(第一取消過(guò)程)(b) 讀取第一至第i光電二極管的信號(hào)，其中i〈j。(第二取消過(guò) 程)(c) 讀取第一至第n光電二極管的信號(hào)。(完整的讀取操作)(d) 返回步驟(a)。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，在讀取處理之間插入等待周期(1/2) t。 采用在步驟(c)中獲得的信號(hào)作為輸出信號(hào)；在步驟(a)和(b)中獲得的信號(hào)可以被立即擦除或臨時(shí)保持以供以后使用。作為兩次取消過(guò)程的結(jié)果，由完整讀取操作所獲得的信號(hào)將包括以讀取周期(1/2) t測(cè)量的第一至第i光電二極管的信號(hào)、以讀取周期t測(cè)量的第i +1至第〗光電二極管的信號(hào)、以讀取周期(3/2) t測(cè)量的第j+l至第n光電二極管的信號(hào)。在圖4的上部中還示出了由前述步驟執(zhí)行的測(cè)量的結(jié)果。與僅執(zhí) 行一次取消過(guò)程的情況相比，由于長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)增加的輸出電平，進(jìn)一步提高了S/N比。如果保持在步驟(a)中獲得的第一至第j信號(hào)以及在步驟(b)中獲得的第一至第i信號(hào)，則可以將這兩組信號(hào)分別添加至在步驟(c)中獲得的第一至第j信號(hào)和第一至第i信號(hào)，以獲得圖4中長(zhǎng)虛線(xiàn)所示的結(jié)果。該結(jié)果與使用理想的、無(wú)飽和光電二極管陣列獲得的結(jié)果相同，并且其S/N比等于理想電平。在根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列和光電二極管陣列的信號(hào)讀取 方法中，每一取消過(guò)程的完成與取消過(guò)程的下一循環(huán)或完整讀取操作 之間的等待時(shí)間可以任意設(shè)置，而不局限于特定值。在實(shí)際從光電二極管讀取信號(hào)的情況下，存在可用的可能的最短 讀取周期。最短讀取周期的使用不能始終防止光電二極管變?yōu)轱柡汀?該問(wèn)題的一個(gè)解決方案是，提高處理器(例如，信號(hào)處理電路)的處 理能力。然而，該解決方案需要大量的時(shí)間和勞力。在這樣的情況下， 根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列和光電二極管陣列的信號(hào)讀取方法在一 些情況下，可以提供不依賴(lài)于裝置處理能力的解決方案。下文描述一個(gè)示例。例如，考慮使用由200個(gè)光電二極管組成的光電二極管陣列、并需要l毫秒來(lái)從每一個(gè)光電二極管讀取信號(hào)的情況。在這種情況下，可 能的最短讀取周期是200毫秒。下面，假設(shè)以可能的最短讀取周期200毫秒驅(qū)動(dòng)該設(shè)備，并且已經(jīng)產(chǎn)生圖5 (a)的上半部分所示的輸出信號(hào)。 根據(jù)該圖，第一至第i光電二極管的信號(hào)超過(guò)100 (即，飽和電平)，然 而，第i+l至第200光電二極管的信號(hào)在飽和電平以下。接著，考慮通過(guò)以下步驟驅(qū)動(dòng)同一器件的情況。在圖5 (b)中也 示出了這些步驟。(Sa)讀取第一至第i光電二極管的信號(hào)(i毫秒)。(Sb)擦除或存儲(chǔ)所獲得的信號(hào)。(Sc)等待100-i毫秒。(Sd)讀取第一至第200光電二極管的信號(hào)(200毫秒)。 (Se)采用所獲得的信號(hào)作為光強(qiáng)。ii(Sf)返回Sa。在步驟Se中，第一至第i光電二極管的信號(hào)與在100毫秒期間從這 些光電二極管釋放的電荷相對(duì)應(yīng)，然而，對(duì)于第i+l至第200光電二極 管，采集在300毫秒期間釋放的電荷作為輸出信號(hào)。即使光電二極管包 括在持續(xù)放電200毫秒的情況下將會(huì)飽和的光電二極管，如上述圖5(b) 所示，也可以通過(guò)選擇100毫秒的更短的周期來(lái)防止飽和。同時(shí)，由于 第i+l至第200光電二極管的位置范圍內(nèi)讀取周期增加，因此該范圍內(nèi) 的輸出電平增加。根據(jù)本發(fā)明的光電二極管陣列和光電二極管陣列的信號(hào)讀取方 法不僅可以應(yīng)用于具有前述形式的光譜，還可應(yīng)用于各種形式的光譜。 圖6示出了將本發(fā)明應(yīng)用于不同形式光譜的幾個(gè)示例。圖6 (a)是光強(qiáng)沿從較短波長(zhǎng)到較長(zhǎng)波長(zhǎng)方向增加的情況。在這 種情況下，可以在物理上顛倒光電二極管陣列，使第n光電二極管接收 短波長(zhǎng)側(cè)的光，第一光電二極管接收長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光。該布置可以創(chuàng)建 基本上與圖2所示情況的相同的情況，因此允許采用類(lèi)似方式的多種充 電時(shí)間的設(shè)置。圖6 (b)是光強(qiáng)在短和長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)較高而在中間波長(zhǎng)范圍內(nèi)較 低的情況。在這樣的情況下，如上述日本實(shí)用新型注冊(cè)公報(bào)No.2564792中所述，可以通過(guò)使用過(guò)濾器來(lái)覆蓋接收長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的光電二 極管，如圖6 (c)所示修改長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輸出信號(hào)。圖6 (c)中的 黑條指示過(guò)濾器覆蓋的范圍。過(guò)濾器的使用創(chuàng)建基本上與圖2所示情況相同的情況，因此允許采用類(lèi)似方式的多個(gè)充電時(shí)間的設(shè)置。產(chǎn)生的 輸出信號(hào)將如圖6 (d)中實(shí)線(xiàn)所示。圖6 (e)所示的示例是光強(qiáng)在短和長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)較低而在中間波 長(zhǎng)范圍內(nèi)較高的情況。在這種情況下，盡管不能通過(guò)該方法增加短波 長(zhǎng)范圍內(nèi)的輸出的電平，但是如圖6 (f)所示，可以通過(guò)對(duì)第一至第i 光電二極管執(zhí)行取消過(guò)程來(lái)修改長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)輸出電平。前述實(shí)施例僅作為示例，并不限制本發(fā)明的范圍。例如，在吸收 計(jì)具有光譜強(qiáng)度隨波長(zhǎng)范圍顯著改變的光源的情況下，可以參考光源 的本底譜線(xiàn)圖或原始光譜來(lái)控制讀取周期，從而還可以在光強(qiáng)較低的波長(zhǎng)范圍內(nèi)以高S/N比執(zhí)行測(cè)量。本發(fā)明可應(yīng)用于廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，而不限于特定應(yīng)用，還特別適 用于分光光度計(jì)。本發(fā)明還可應(yīng)用于各種成像技術(shù)中。 一個(gè)應(yīng)用示例 是使用光電二極管陣列作為圖像傳感器的圖像掃描儀。例如，當(dāng)所要 獲取的圖像具有沿特定方向的灰度或類(lèi)似的深淺圖案時(shí)，根據(jù)本發(fā)明 的光電二極管陣列或光電二極管陣列的信號(hào)讀取方法的使用將使掃描 儀能夠以較高的S/N比完成任務(wù)。
權(quán)利要求
1、一種光電二極管陣列，所述光電二極管陣列具有n個(gè)光電二極管，所述n個(gè)光電二極管的信號(hào)被順序地從第一至第n光電二極管讀取，所述光電二極管陣列包括讀取控制器，用于在執(zhí)行順序地從所有光電二極管讀取信號(hào)的完整的讀取操作之前，執(zhí)行一次或多次取消過(guò)程，所述取消過(guò)程包括以下步驟從所述第一光電二極管開(kāi)始順序讀取預(yù)定數(shù)目的光電二極管的信號(hào)，以取消這些光電二極管的信號(hào)；以及然后返回讀取所述第一光電二極管的信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電二極管陣列，其中，在執(zhí)行多于一 次循環(huán)的所述取消過(guò)程的情況下，當(dāng)所述過(guò)程從一循環(huán)前進(jìn)至下一循 環(huán)時(shí)，所述讀取控制器減少要進(jìn)行所述取消過(guò)程的光電二極管的數(shù)目。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光電二極管陣列，其中，所述讀取控制 器在每一取消過(guò)程的完成和取消過(guò)程的下一循環(huán)或所述完整讀取操作 之間設(shè)置預(yù)定等待時(shí)間。
4、 一種分光光度計(jì)，包括權(quán)利要求l所述的光電二極管陣列。
5、 一種分光光度計(jì)，包括權(quán)利要求2所述的光電二極管陣列。
6、 一種分光光度計(jì)，包括權(quán)利要求3所述的光電二極管陣列。
7、 一種用于從光電二極管陣列讀取信號(hào)的方法，所述光電二極 管陣列具有n個(gè)光電二極管，所述n個(gè)光電二極管的信號(hào)被順序地從第 一至第n光電二極管讀取，其中，在執(zhí)行順序地從所有光電二極管讀取 信號(hào)的完整讀取操作之前，執(zhí)行一次或多次取消過(guò)程，所述取消過(guò)程 包括以下步驟從所述第一光電二極管開(kāi)始順序讀取預(yù)定數(shù)目的光電 二極管的信號(hào)，以取消這些光電二極管的信號(hào)；以及然后返回讀取所 述第一光電二極管的信號(hào)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于從光電二極管陣列讀取信號(hào)的方法，其中，在執(zhí)行多于一次循環(huán)的所述取消過(guò)程情況下，當(dāng)所述過(guò)程 從一循環(huán)前進(jìn)至下一循環(huán)時(shí)，減少要進(jìn)行所述取消過(guò)程的光電二極管 的數(shù)目。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于從光電二極管陣列讀取信號(hào)的方法，其中，在每一取消過(guò)程的完成與取消過(guò)程的下一循環(huán)或所述完 整讀取操作之間設(shè)置預(yù)定等待時(shí)間。
10、根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于從光電二極管陣列讀取信號(hào)的 方法，其中，保留在每一取消過(guò)程中獲得的所述預(yù)定數(shù)目的光電二極 管的信號(hào)，以供隨后使用。
全文摘要
為光電二極管陣列提供了一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的信號(hào)讀取方法，所述光電二極管陣列包括n個(gè)光電二極管，所述n個(gè)光電二極管的信號(hào)可以被順序地從第一至第n光電二極管讀取。所述方法包括在執(zhí)行順序地從所有光電二極管讀取信號(hào)的完整讀取操作之前，執(zhí)行一次或多次的取消處理，并且所述取消處理包括以下步驟從第一光電二極管開(kāi)始順序讀取預(yù)定數(shù)目的光電二極管的信號(hào)，以取消這些光電二極管的信號(hào)；以及然后返回讀取第一光電二極管的信號(hào)。根據(jù)所述方法，可以容易地為每一光電二極管設(shè)置適當(dāng)?shù)某潆姇r(shí)間，并還防止光電二極管變?yōu)轱柡汀?br> 文檔編號(hào)H04N5/335GK101567375SQ20091013474
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者中村恭章 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所