CN102325240A - 光电转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电转换装置。该光电转换装置包括：第一电流放大器，用于放大通过第一电流输入端子输入的电流；第一初始化单元，用于初始化第一电流输入端子的电压；第一检测器，用于检测第一电流输入端子的电压；第一反馈单元，用于将该电压反馈到第一电流放大器；以及校正单元，该校正单元包括：第二电流放大器，用于放大通过第二电流输入端子输入的电流；第二初始化单元，用于初始化通过第二电流输入端子输入的电压；第二检测器，用于检测第二电流输入端子的电压；第二反馈单元，用于将由第二检测器检测的电压反馈到第二电流放大器；以及算术运算单元，用于校正由第一电流放大器放大的电流。

Description

光电转换装置

技术领域

本发明涉及光电转换装置。

背景技术

日本专利申请公开No.2000-77644中的图1示出了使用光电晶体管的光电转换装置。在该图中，恒流源以及由该恒流源驱动的MOSFET提供共源极电路，并且MOSFET的栅极-源极电压确定光电晶体管的基极电位。在该图中，在光量改变时，光电晶体管的发射极电流改变，并且因此，基极-发射极电压改变。在这种情况下，主要改变光电晶体管的发射极电位而不是基极电位。因此，只要基极电位被设定为固定的电压，在操作期间基极电位就基本上保持恒定。

然而，在该图中，在施加电力时，也就是说，在电源端子电压从0V被设定为电源电压时，基极电位从0V到达固定的电压需要长的时间。这是因为利用光电晶体管的光电流对基极中寄生的寄生电容充电消耗时间：随着亮度变低，因为光电流更小而要求更多时间。因此，光电晶体管的发射极电流(像素的输出电流)收敛(converge)需要非常长的时间。因此，通常，如在图中那样地设置使基极电位复位的单元(例如，源极-漏极端子与基极连接且另一端子与复位电位连接的MOSFET)，并且通过在施加电力时使MOSFET导通，基极电位被复位以具有比固定的电压稍高的值。在这种情况下，由于共源极电路的特性，因此MOSFET的栅极电位降低，由此光电晶体管的发射极电位降低。因此，从光电晶体管的发射极输出大的电流。在解除复位之后，也就是说，在使MOSFET截止之后，由于大的发射极电流因而基极电流大于光电流，并且因此，从基极抽出(draw out)过量的电荷，并且基极电位逐渐地稳定到固定的电压。此外，与此同时，发射极电流Ie也收敛(降低)，并且最终收敛到由下面表达式(1)获得的值。

[表达式1]

I_e≈hFE×(I_p+I_d)            …(1)

这里，hFE是光电晶体管的电流放大系数，Ip是光电流，并且Id是暗电流。发射极电流Ie的时间波形示出了其中在复位时期中产生过量的电流并且过量的电流逐渐地降低且最终收敛到由表达式(1)确定的值的波形。根据表达式(1)，发射极电流Ie的收敛值依赖于光电流Ip，并且随着光电流Ip降低，收敛需要更多时间。即使在执行这种复位操作时，发射极电流Ie的收敛仍然需要长时间。

发明内容

本发明的一个目的是，提供包括光电转换元件的光电转换装置，在该光电转换装置中在光电转换元件被初始化(复位)时输出电流表现出有利的收敛特性。

根据本发明的一种光电转换装置包括：第一光电转换元件，用于通过光电转换来产生电流；第一电流放大器，用于放大通过第一电流输入端子从第一光电转换元件输入的电流；第一初始化单元，用于初始化第一电流输入端子的电压；第一检测器，用于检测第一电流输入端子的电压；第一反馈单元，用于将由第一检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第一电流放大器；以及校正单元，用于校正由第一电流放大器放大的电流，其中所述校正单元包括：第二电流放大器，用于放大通过第二电流输入端子输入的电流；第二初始化单元，用于初始化第二电流输入端子的电压；第二检测器，用于检测第二电流输入端子的电压；第二反馈单元，用于将由第二检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第二电流放大器；以及算术运算单元，用于基于由第一电流放大器放大的电流和由第二电流放大器放大的电流来执行算术运算，以便校正由第一电流放大器放大的电流。

本发明使得能够提供包括光电转换元件的光电转换装置，在该光电转换装置中在光电转换元件被初始化时输出电流表现出有利的收敛特性。

从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的光电转换装置的示例性配置的图。

图2是示出根据本发明第一实施例的光电转换装置的示例性配置的图。

图3是示出根据本发明第一实施例的光电转换装置的操作的图。

图4是表示根据本发明第二实施例的模拟结果的图。

图5是表示根据本发明第二实施例的模拟结果的图。

图6是表示根据本发明第二实施例的模拟结果的图。

图7是表示根据本发明第二实施例的模拟结果的图。

图8是表示根据本发明第二实施例的模拟结果的图。

图9是示出根据本发明第三实施例的光电转换装置的示例性配置的图。

图10是示出根据本发明第四实施例的光电转换装置的示例性配置的图。

图11是示出根据本发明第五实施例的光电转换装置的示例性配置的图。

图12是示出根据本发明第六实施例的光电转换装置的示例性配置的图。

图13是示出对于光电转换装置的光谱特性的模拟结果的图。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

(第一实施例)

图1是示出根据本发明第一实施例的光电转换装置的示例性配置的示意图。图1中的光电转换装置包括第一光电转换元件10、第一电流放大器20、第一电流输入端子25、第一初始化单元30、第一检测器40、第一反馈单元50、校正单元70和电流输出端子60。第一光电转换元件10利用光电转换来产生电流。光电转换将光转换成电信号。第一电流放大器20放大通过第一电流输入端子25从第一光电转换元件10输入的电流。第一初始化单元30初始化第一电流输入端子25的电压。第一检测器40检测第一电流输入端子25的电压。第一反馈单元50将由第一检测器40检测的电压作为反馈信号反馈到第一电流放大器20。校正单元70包括第二电流放大器80、第二电流输入端子85、第二初始化单元90、第二检测器100、第二反馈单元110和算术运算单元115。校正单元70校正由第一电流放大器20放大的电流。第二电流放大器80放大通过第二电流输入端子85输入的电流。第二初始化单元90初始化第二电流输入端子85的电压。第二检测器100检测第二电流输入端子85的电压。第二反馈单元110将由第二检测器100检测的电压作为反馈信号反馈到第二电流放大器80。算术运算单元115使用由第一电流放大器20放大的电流和由第二电流放大器80放大的电流来执行算术运算，以便校正由第一电流放大器20放大的电流。

在图1中，在第一初始化单元30初始化第一电流输入端子25的端子电压以使其具有比固定值高的值时，第一检测器40检测初始化的端子电压，并且第一反馈单元50将初始化的端子电压反馈到第一电流放大器20。因此，在第一电流放大器20的输出电流中产生过量电流成分。此时，在校正单元70中，同样，第二初始化单元90初始化第二电流放大器80的第二电流输入端子85的端子电压以使其具有比固定值高的值。然后，由第二检测器100检测电压，并且第二反馈单元110将电压反馈到第二电流放大器80，由此在第二电流放大器80的输出电流中产生过量电流成分。使用第二电流放大器80的输出电流，算术运算单元115校正第一电流放大器20的输出电流，由此减小过量电流成分，使得能够提高从电流输出端子60输出的电流的收敛特性。因此，该配置使得能够提供其中在执行使第一光电转换元件10复位的操作时来自像素的输出电流表现出有利的收敛特性的光电转换装置。

图2是示出图1中的光电转换装置的示例性电路配置的图。首先，将描述图1和图2之间的对应。在图2中，双极晶体管120被用作电流放大器20，并且MOS场效应晶体管(FET)130被用作初始化单元30。检测器40由恒流源140和MOSFET150提供。MOSFET160被用作反馈单元50。此外，双极晶体管180被用作电流放大器80，并且MOSFET190被用作初始化单元90。检测器100由恒流源200和MOSFET210提供。此外，MOSFET220被用作反馈单元110，并且包括MOSFET230和240的电流镜电路被用作算术运算单元115。在图2中，在校正像素250中包括双极晶体管180、MOSFET190、恒流源200、MOSFET210和MOSFET220。还设置了电流输出端子60和电源电压端子170。第一光电转换元件10包括例如执行光电转换的第一光电二极管。

第一电流放大器20包括具有与第一光电二极管10的阳极连接的基极和与电源电压节点170连接的集电极的第一双极晶体管120，第一双极晶体管120从其发射极输出放大的电流。第一初始化单元30包括具有与复位信号输入端子连接的栅极、与第一双极晶体管120的基极连接的漏极和与复位电压节点连接的源极的第一场效应晶体管(MOSFET)130。第一检测器40包括具有与第一双极晶体管120的基极连接的栅极和与电源电压节点170连接的源极的第二场效应晶体管(MOSFET)150、以及第一恒流源140。第一电流源140被连接在第二MOSFET150的漏极和参考电压(地电位)节点之间。第一反馈单元50包括具有与第一双极晶体管120的发射极连接的源极、与第二MOSFET150的漏极连接的栅极和与校正单元70连接的漏极的第三场效应晶体管(MOSFET)160。

第二电流放大器80包括具有与电源电压节点170连接的集电极的第二双极晶体管180，该第二双极晶体管180从其发射极输出放大的电流。第二初始化单元90包括具有与复位信号输入端子连接的栅极、与第二双极晶体管180的基极连接的漏极和与复位电压节点连接的源极的第四场效应晶体管(MOSFET)190。第二检测器100包括具有与第二双极晶体管180的基极连接的栅极和与电源电压节点170连接的源极的第五场效应晶体管(MOSFET)210、以及第二恒流源200。第二恒流源200被连接在第五MOSFET 210的漏极和参考电压节点之间。第二反馈单元110包括具有与第二双极晶体管180的发射极连接的源极、与第五MOSFET210的漏极连接的栅极和与校正单元70连接的漏极的第六场效应晶体管(MOSFET)220。

算术运算单元115包括第七场效应晶体管(MOSFET)230和第八场效应晶体管(MOSFET)240。第七MOSFET230的漏极与第三MOSFET160的漏极连接，而第七MOSFET230的源极与参考电压节点连接。第八MOSFET240的栅极与它自己的漏极和第七MOSFET230的栅极连接，第八MOSFET240的漏极与第六MOSFET220的漏极连接，而第八MOSFET240的源极与参考电压节点连接。电流输出端子60与第七MOSFET 230的漏极连接。

接下来，将描述图2中的光电转换装置的操作。在图2中，能够由下面的表达式(2)来计算在流过MOSFET150和210中的每一个的电流Ipix与MOSFET150和210中的每一个的栅极和源极之间的电压Vgs之间的关系。

[表达式2]

$I_{\mathrm{pix}}=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2(1+{\mathrm{\λV}}_{\mathrm{ds}})\·\·\·\left(2\right)$

这里，Vth是阈值，Vds是MOSFET150和210中的每一个的漏极和源极之间的电压，而λ是沟道长度调制系数。此外，能够由下面的表达式(3)来计算β。

[表达式3]

$\mathrm{\β}={\mathrm{\μ}}_0{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}\·\·\·\left(3\right)$

这里，μ₀是载流子迁移率，Cox是MOSFET的每单位面积的栅极电容，W是MOSFET的栅极宽度，而L是MOSFET的栅极长度。根据表达式(2)，能够由下面的表达式(4)来计算Vgs。

[表达式4]

$V_{\mathrm{gs}}=V_{\mathrm{th}}+\sqrt{\frac{{2I}_{\mathrm{pix}}}{\mathrm{\β}(1+{\mathrm{\λV}}_{\mathrm{ds}})}}\≈V_{\mathrm{th}}+\sqrt{\frac{{2I}_{\mathrm{pix}}}{\mathrm{\β}}}\·\·\·\left(4\right)$

通过从电源电压Vcc中减去这种值而获得的值(即，表达式(5))是双极晶体管120和180中的每一个的基极电位Vb的固定值。

[表达式5]

$V_b\≈V_{\mathrm{cc}}-V_{\mathrm{th}}-\sqrt{\frac{{2I}_{\mathrm{pix}}}{\mathrm{\β}}}\·\·\·\left(5\right)$

在图2中，在施加电力时，MOSFET130和190中的每一个导通，由此双极晶体管120和180中的每一个的基极电位被复位为具有比由表达式(5)获得的值稍高的值(例如，大约100mV)。在这种情况下，MOSFET150和210中的每一个的栅极-源极电压Vgs具有比由表达式(4)获得的值小的值。因此，在表达式(2)中，Vds增大了Vgs减少的量，由此降低MOSFET160和220中的每一个的栅极电位。因此，双极晶体管120和180中的每一个的发射极电位降低，并且从发射极中的每一个输出大的电流。因此，紧接着在解除复位、即MOSFET130和190中的每一个截止之后，比输入到双极晶体管120和180中的每一个的基极的光电流(在光电转换元件10中产生的)或暗电流大的电流从基极流出。这里提到的暗电流包括例如来自双极晶体管120和180中的每一个的基极集电极结的耗尽层的产生的电流。因此，从双极晶体管120和180中的每一个的基极抽出过量的电荷，并且各个基极电位逐渐地稳定到固定的电压。与此同时，各个发射极电流收敛(减少)。最终，双极晶体管120的发射极电流Ie1收敛到由下面的表达式(6)获得的值。

[表达式6]

I_e1≈hFE×(I_p+I_d1+I_d2)        …(6)

这里，hFE是对于双极晶体管120的电流放大系数，Ip是光电转换元件10的光电流，而Id1是光电转换元件10的暗电流。此外，Id2是由除光电转换元件10以外的组件引起的暗电流成分，例如，如MOSFET130的截止电流和来自双极晶体管120的基极集电极结的耗尽层的产生的电流的和。由于光电转换元件10不与双极晶体管180的基极连接，因此双极晶体管180的发射极电流Ie2收敛到由与施加的光的量无关的表达式(7)获得的值。

[表达式7]

I_e2≈hFE×(I_d2)                …(7)

这里，图3示出了发射极电流Ie1和Ie2中的每一个的时间依赖波形的示意图。从该图中能够看出，在发射极电流Ie1和Ie2中产生类似的过量电流成分。这是因为向双极晶体管120和180提供了发射极的从基极反馈的相同机制。换句话说，在双极晶体管120中，经由MOSFET150和160执行反馈，并且在双极晶体管180中，经由MOSFET210和220执行反馈。使用已经如上所述产生的、表现出与Ie1基本上类似的形状的Ie2的过量电流成分，在算术运算单元115中执行Ie1的校正。现在，假设在算术运算单元115中的MOSFET230和240之间的元件尺寸(W/L)比例是由下面的表达式(8)计算的比例。

[表达式8]

(W/L)₂₃₀∶(W/L)₂₄₀＝1∶a       …(8)

这里，W是每个MOSFET的栅极宽度，而L是每个MOSFET的栅极长度。这里，MOSFET 230的漏极电流是MOSFET 240的漏极电流的1/a，即，双极晶体管180的发射极电流Ie2的1/a。因此，从电流输出端子60输出的电流Iout由下面的表达式(9)来计算。

[表达式9]

$I_{\mathrm{out}}=I_{e1}-\frac{I_{e2}}{a}\·\·\·\left(9\right)$

算术运算单元115输出通过从由第一电流放大器20放大的电流Ie1中减去由第二电流放大器80放大的电流Ie2乘以系数(1/a)得到的电流而获得的电流Iout。作为发射极电流Ie1和Ie2之间相减的结果，能够如图3中所示出地减少Ie1中的过量电流成分，使得能够提高输出电流Iout的收敛特性。此外，基于表达式(6)、(7)和(9)，从电流输出端子60输出的电流Iout收敛到由表达式(10)获得的值。

[表达式10]

$I_{\mathrm{out}}\≈\mathrm{hFE}\×\{I_p+I_{d1}+(1-\frac{1}{a})I_{d2}\}\·\·\·\left(10\right)$

因此，与表达式(6)相比，可以理解，还可以减少收敛的输出电流Iout中包含的暗电流成分。如上所述，图2中的实施例使得能够提供其中在执行使光电转换元件10复位的操作时来自像素的输出电流Iout表现出有利的收敛特性的光电转换装置。另外，本实施例使得能够通过减少输出电流Iout中的暗电流成分而提供具有有利的SN比特性的光电转换装置。

(第二实施例)

接下来，将描述根据本发明第二实施例的光电转换装置。然而，这里，将仅仅描述与上述第一实施例的差别。第二实施例与第一实施例的不同之处在于，使MOSFET230的元件尺寸(W/L)比图2中的算术运算单元115中的MOSFET240的元件尺寸(W/L)小，作为在算术运算单元115中执行有利的算术运算的结果，使得能够提供具有有利的配置的光电转换装置，在该光电转换装置中在执行使光电转换元件10复位的操作时，来自像素的输出电流Iout表现出有利的收敛特性。

图4示出了针对光电流Ip的三个值(特定电流值、该电流值/4和该电流值/16)的双极晶体管120的发射极电流Ie1的时间依赖波形(I1、I2和I3)的模拟结果。在图中，在0.0004秒的时间点处，解除双极晶体管120的基极电位的复位。换句话说，MOSFET130截止。在解除复位之后，利用上述操作，双极晶体管120的发射极电流Ie1收敛到由表达式(6)获得的电流值，其与相应的光电流Ip对应。这里，可以理解，随着光电流Ip的值变小，收敛需要更多时间。

接下来，图5示出了双极晶体管180的发射极电流Ie2的时间依赖模拟结果。在图中，在0.0004秒的时间点处，双极晶体管180的基极电位的复位被解除，并且最终收敛到由表达式(7)获得的电流值。

图6、7和8表示在由表达式(8)限定的MOSFET230和240之间的元件尺寸比a分别为2、4和1时从电流输出端子60输出的电流。此外，为了进行比较，与图4中相同的电流Ie1的值也被绘制在图中。在图中，符号◆表示从电流输出端子60输出的电流，而符号□表示Ie1。在图6中，由于a＝2，基于表达式(9)，从图4中的电流Ie1中的每一个中减去与图5中的Ie2的1/2对应的电流，并且结果得到的电流被从电流输出端子60输出。可以看出，与Ie1(□)相比，从电流输出端子60输出的电流(◆)的收敛特性已经提高。在图7中，由于a＝4，基于表达式(9)，从图4中的电流Ie1中减去与图5中的Ie2的1/4对应的电流，并且结果得到的电流被从电流输出端子60输出。可以看出，与图6相比，收敛特性的提高的效果小。在图8中，由于a＝1，基于表达式(9)，从图4中的电流Ie1中减去与图5中的Ie2乘以1对应的电流，并且结果得到的电流被从电流输出端子60输出。在该情况下，可以看出，仅仅能够提供小的提高效果。因此，期望的是，图2中的算术运算单元115中的算术运算减少校正像素250的输出电流到1/4～1倍，并且从双极晶体管120的发射极电流Ie1中减去该输出电流。

如上所述，第二实施例使得能够提供具有有利的配置的光电转换装置，在该光电转换装置中在执行使光电转换元件10复位的操作时，来自像素的输出电流Iout表现出有利的收敛特性。

(第三实施例)

图9是示出根据本发明第三实施例的光电转换装置的示例性配置的图。然而，这里，将仅仅描述与上述第一实施例的差别。在图9中，第三实施例与图2中的实施例的不同之处在于，在校正像素250中设置被遮光的第二光电转换元件(光电二极管)260并且其阳极与双极晶体管180的基极连接。换句话说，第二光电转换元件260与第二电流输入端子85(图1)连接。因此，能够减少从电流输出端子60输出的电流中的暗电流成分。在图9中，双极晶体管180的发射极电流Ie2收敛到由下面的表达式(11)获得的值。

[表达式11]

I_e2≈hFE×(I_d1+I_d2)            …(11)

因此，基于表达式(6)、(9)和(11)，能够由下面的表达式(12)来计算从电流输出端子60输出的电流Iout，并且与表达式(10)的情况相比，能够在收敛的电流Iout中减少更多的暗电流成分。

[表达式12]

$I_{\mathrm{out}}\≈\mathrm{hFE}\×\{I_p+(1-\frac{1}{a})I_{d1}+(1-\frac{1}{a})I_{d2}\}\·\·\·\left(12\right)$

如上所述，图9中的实施例使得能够提供光电转换装置，在该光电转换装置中在执行使光电转换元件10复位的操作时，来自像素的输出电流Iout表现出有利的收敛特性，并且减少输出电流Iout中的暗电流成分，提供良好的S/N比特性。

(第四实施例)

图10是示出根据本发明第四实施例的光电转换装置的示例性配置的图。然而，这里，将仅仅描述与上述第一实施例的差别。在图10中，第四实施例与图2中的实施例的不同之处在于，在校正单元70中设置两个校正像素250和251，并且校正像素的输出电流相加并且输入到算术运算单元115。校正像素251包括第三电流放大器81、第三初始化单元91、第三检测器101和第三反馈单元111。校正像素251包括与校正像素250类似的配置。第三电流放大器81包括双极晶体管181。放大器81放大从第三电流输入端子输入的电流。第三初始化单元91包括MOSFET191。第三初始化单元91初始化第三电流输入端子的电压。第三检测器101包括MOSFET211和恒流源201。第三检测器101检测第三电流输入端子的电压。第三反馈单元111包括MOSFET221。第三反馈单元111将由第三检测器101检测的电压作为反馈信号反馈到第三电流放大器81。算术运算单元115使用由第一电流放大器20放大的电流以及通过将由第二电流放大器80放大的电流和由第三电流放大器81放大的电流相加而获得的电流来执行算术运算。

因此，能够减少制造工艺的变化对从电流输出端子60输出的电流Iout施加的影响。在图10中，两个校正像素250和251的输出电流的和I收敛到由下面的表达式(13)获得的值。

[表达式13]

I≈(hFE×I_d2)₂₅₀+(hFE×I_d2)₂₅₁        …(13)

例如，在比较通过使表达式(13)除以2而获得的表达式与表达式(7)的情况下，前者更少经受hFE和/或Id2的制造工艺的变化的影响。因此，使用前者来校正双极晶体管120的发射极电流Ie1，使得能够减少制造工艺的变化对从电流输出端子60输出的电流Iout的影响。如上所述，图10中的实施例使得能够提供光电转换装置，在该光电转换装置中在执行使光电转换元件10复位的操作时，来自像素的输出电流Iout表现出有利的收敛特性，并且减少制造工艺的变化的影响。

(第五实施例)

图11是示出根据本发明第五实施例的光电转换装置的示例性配置的图。然而，这里，将仅仅描述与上述第一实施例的差别。图11中的实施例与图2中的实施例的不同之处在于，算术运算单元115包括MOSFET230、240和270、以及恒流源280。第九场效应晶体管(MOSFET)270的栅极与第八MOSFET240的漏极连接，第九场效应晶体管270的漏极与电源电压节点170连接，而第九场效应晶体管270的源极与第八MOSFET的栅极连接。第三恒流源280被连接在第九MOSFET270的源极与参考电压节点之间。

因此，能够提高MOSFET230的漏极电流对MOSFET240的漏极电流的变化的响应性。因此，能够提供具有较高精度的电流校正。在图2中，从MOSFET240的漏极和栅极看到的总电容C主要由MOSFET230和240中的每一个的栅极-源极电容确定，并且因此，能够由下面的表达式(14)获得。

[表达式14]

$C\≈{\left(\frac{2}{3}{\mathrm{LWC}}_{\mathrm{ox}}\right)}_{230}+{\left(\frac{2}{3}{\mathrm{LWC}}_{\mathrm{ox}}\right)}_{240}\·\·\·\left(14\right)$

这里，Cox是MOSFET的每单位面积的栅极电容，W是MOSFET的栅极宽度，而L是MOSFET的栅极长度。同时，从图11中的MOSFET240的漏极看到的总电容C主要由MOSFET270的漏极-源极电容确定，并且因此，能够由下面的表达式(15)获得。

[表达式15]

$C\≈{\left(\frac{2}{3}{\mathrm{LWC}}_{\mathrm{ox}}\right)}_{270}\·\·\·\left(15\right)$

如能够从表达式(14)和(15)之间的比较看出的，图11中的实施例使得能够减少从MOSFET240的漏极看到的总电容C。因此，能够提高MOSFET230的漏极电流对校正像素250的输出电流的变化的响应性。因此，能够使MOSFET230的漏极电流的收敛特性接近于双极晶体管180和120的发射极电流的收敛特性。因此，能够提供具有较高精度的校正。如上所述，图11中的实施例使得能够提供光电转换装置，在该光电转换装置中在执行使光电转换元件10复位的操作时，来自像素的输出电流Iout表现出有利的收敛特性。

(第六实施例)

图12是示出根据本发明第六实施例的光电转换装置的示例性配置的图。然而，这里，将仅仅描述与上述第一实施例的差别。光电转换单元290包括交替地堆叠在硅P型衬底300上的N型区和P型区，其包括N型区310、P型区320、N型区311、P型区321和表面N⁺区312。P型区320和321被形成为具有不同的深度。由于入射在硅上的光随着光的波长更长而在硅中进入得更深，因此能够从P型区320和321获得对于不同波长带中的光的光电转换的信号。在图12中，光电转换元件10包括N型区310、P型区320和N型区311，并且第四光电转换元件11包括N型区311、P型区321和表面N⁺区312，并且光电转换元件10和11在深度方向上被堆叠。如同第一光电转换元件10一样，第四光电转换元件11利用光电转换来产生电流。本实施例被配置为使得分别为P型区320和321设置接触部分330和331，以便读取来自相应的光电转换元件10和11的光电流，并且分别为光电转换元件10和11设置读出电路340和341。读出电路340和341包括分别作为电流放大器20和21的双极晶体管120和121。此外，读出电路340和341包括分别作为初始化单元30和31的MOSFET130和131、分别作为检测器40和41的恒流源140和141以及MOSFET150和151、以及各自的电流输出端子60和61。此外，在图12中，N型接触部分332被设置在N型区311和表面N⁺型区312中，以用于与电源端子170连接。如上所述，在图12中，分别在光电转换元件10和11中设置读出电路340和341。响应于上述为校正单元70提供有利的配置使得能够提高在执行使相应的光电转换元件10和11复位的操作时相应的输出电流Iout的收敛特性，并且节省空间和减少暗电流。

包括第四电流放大器21、第四初始化单元31、第四检测器41和第四反馈单元51的读出电路341包括与读出电路340类似的配置。第四电流放大器21包括双极晶体管121，并且放大通过第四电流输入端子从第四光电转换元件11输入的电流。第四初始化单元31包括MOSFET131并且初始化第四电流输入端子的电压。第四检测器41包括MOSFET151和恒流源141，并且检测第四电流输入端子的电压。第四反馈单元51包括MOSFET161，将由第四检测器41检测的电压作为反馈信号反馈到第四电流放大器21。通过交替地堆叠多个第一导电类型的光电转换区和与第一导电类型相反的第二导电类型的光电转换区来堆叠光电转换元件10和11。校正单元70校正由第一电流放大器20和第四电流放大器21放大的电流。更具体地说，校正单元70基于由第二电流放大器80放大的电流来校正由第一电流放大器20和第四电流放大器21放大的电流。

图12示出了N型区311的杂质分布中的峰值位置H以及在P型衬底300上形成的半导体层的总厚度I。在图12中，光电转换元件10和11的光谱特性主要由这两个因素确定。图13示出了在H和I具有特定值时光谱特性的模拟结果。在图13中，横轴表示施加的光的波长，而纵轴表示从相应的光电转换元件10和11获得的光电流，在比1大一点的波长处具有峰值的光谱特性是光电转换元件11的特性，而在比3大一点的波长处具有峰值的光谱特性是光电转换元件10的特性。在图13中的光谱特性的情况下，对于具有大部分光谱特性的光源，光电转换元件10能够提供比光电转换元件11的光电流大的光电流。因此，与读出电路341相比，在基极电位复位之后读出电路340的输出电流表现出更有利的收敛特性。因此，在图12中，可以设置MOSFET 230而除去MOSFET 350，以便按照原样输出读出电路340的输出电流而没有对输出电流进行校正。此外，虽然在图12中对于读出电路340和341使用相同的校正像素250来进行校正，但是光电转换元件10和11产生不同的暗电流。因此，对于各个读出电路340和341使用不同的校正像素250来进行校正，使得能够有利的减少暗电流。

换句话说，另一校正像素250包括放大从第五电流输入端子输入的电流的第五电流放大器、初始化第五电流输入端子的电压的第五初始化单元、检测第五电流输入端子的电压的第五检测器和第五反馈单元。第五反馈单元将由第五检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第五电流放大器。校正单元70基于由第二电流放大器80放大的电流来校正由第一电流放大器20放大的电流，并且基于由第五电流放大器放大的电流来校正由第四电流放大器21放大的电流。

如上所述，图12中的实施例使得能够提高在执行使光电转换元件10和11复位的操作时光电转换元件10和11的相应的输出电流Iout的收敛特性，并且节省空间和减少暗电流。

虽然已经依据其中收集空穴的类型的光电转换元件被用作光电转换元件而NPN双极晶体管被用作电流放大器的示例来描述了第一到第六实施例，但是本发明不限于这种示例。在收集电子的类型的光电转换元件被用作光电转换元件并且PNP双极晶体管被用作电流放大器的情况下，通过提供与上述配置类似的配置能够提供与上述效果类似的效果。

此外，已经依据其中对于来自一个或两个光电转换元件和电流放大器组合的输出电流使用校正单元的示例来描述了第一到第六实施例，本发明不限于这种示例。例如，能够针对例如光电转换元件和电流放大器被一维或二维布置的情况来使用校正单元。

此外，虽然已经依据其中在校正单元中设置一个或两个校正像素的示例来描述了第一到第六实施例，但是本发明不限于这种示例。

此外，虽然已经依据其中在深度方向上堆叠两个光电转换元件的示例来描述了第六实施例，但是本发明不限于这种示例。此外，已经依据其中在距离表面更深的位置处形成的光电转换元件提供更大的光电流的示例来描述了第六实施例，本发明不限于这种示例。此外，已经依据其中相同的校正像素被用于各个读出电路的示例来描述了第六实施例，本发明不限于这种示例。可以各种各样地结合第一到第六实施例。

上述实施例全部仅仅是用于实现本发明的示例性实施例，并且本发明的技术范围不应该由这些实施例来限制性地解释。换句话说，在不脱离其主要特征或技术思想的情况下能够以各种方式实现本发明。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (11)

1.一种光电转换装置，包括：

第一光电转换元件，用于通过光电转换来产生电流；

第一电流放大器，用于放大通过第一电流输入端子从第一光电转换元件输入的电流；

第一初始化单元，用于初始化第一电流输入端子的电压；

第一检测器，用于检测第一电流输入端子的电压；

第一反馈单元，用于将由第一检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第一电流放大器；以及

校正单元，用于校正由第一电流放大器放大的电流，其中

所述校正单元包括

第二电流放大器，用于放大通过第二电流输入端子输入的电流；

第二初始化单元，用于初始化第二电流输入端子的电压；

第二检测器，用于检测第二电流输入端子的电压；

第二反馈单元，用于将由第二检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第二电流放大器；以及

算术运算单元，用于基于由第一电流放大器放大的电流和由第二电流放大器放大的电流来执行算术运算，以便校正由第一电流放大器放大的电流。

2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中

所述算术运算单元输出如下的电流，所述电流通过从由第一电流放大器放大的电流中减去通过由第二电流放大器放大的电流乘以系数而导出的电流来导出。

3.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中

第一光电转换元件包括第一光电二极管，

第一电流放大器包括具有与第一光电二极管的阳极连接的基极、与电源电压节点连接的集电极以及用于输出放大的电流的发射极的第一双极晶体管，

第一初始化单元包括具有与复位信号输入端子连接的栅极、与第一双极晶体管的基极连接的漏极和与复位电压节点连接的源极的第一场效应晶体管，

第一检测器包括具有与第一双极晶体管的基极连接的栅极以及与电源电压节点连接的源极的第二场效应晶体管，并且具有与第二场效应晶体管的漏极连接的第一恒流源，以及

第一反馈单元包括具有与第一双极晶体管的发射极连接的源极、与第二场效应晶体管的漏极连接的栅极以及与校正单元连接的漏极的第三场效应晶体管。

4.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中

第二电流放大器包括具有与电源电压节点连接的集电极以及用于输出放大的电流的发射极的第二双极晶体管，

第二初始化单元包括具有与复位信号输入端子连接的栅极、与第二双极晶体管的基极连接的漏极和与复位电压节点连接的源极的第四场效应晶体管，

第二检测器包括具有与第二双极晶体管的基极连接的栅极以及与电源电压节点连接的源极的第五场效应晶体管，并且具有与第五场效应晶体管的漏极连接的第二恒流源，以及

第二反馈单元包括具有与第二双极晶体管的发射极连接的源极、与第五场效应晶体管的漏极连接的栅极以及与算术运算单元连接的漏极的第六场效应晶体管。

5.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中

所述算术运算单元包括

第七场效应晶体管，所述第七场效应晶体管具有与第三场效应晶体管的漏极连接的漏极和与参考电压节点连接的源极，以及

第八场效应晶体管，所述第八场效应晶体管具有与第七场效应晶体管的栅极连接的栅极、与第六场效应晶体管的漏极连接的漏极以及与参考电压节点连接的源极。

6.根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括

第二光电转换元件，所述第二光电转换元件与第二电流输入端子连接，并且被遮光。

7.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中

所述校正单元包括

第三电流放大器，用于放大通过第三电流输入端子输入的电流；

第三初始化单元，用于初始化第三电流输入端子的电压；

第三检测器，用于检测第三电流输入端子的电压；以及

第三反馈单元，用于将由第三检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第三电流放大器，其中

所述算术运算单元基于由第一电流放大器放大的电流以及由第二电流放大器和第三电流放大器放大的电流来执行算术运算。

8.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中

所述算术运算单元包括

第九场效应晶体管，所述第九场效应晶体管具有与第八场效应晶体管的漏极连接的栅极、与电源电压节点连接的漏极以及与第八场效应晶体管的栅极连接的源极，以及

与第九场效应晶体管的源极连接的第三恒流源。

9.根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括

第四光电转换元件，用于通过光电转换来产生电流；

第四电流放大器，用于放大通过第四电流输入端子从第四光电转换元件输入的电流；

第四初始化单元，用于初始化第四电流输入端子的电压；

第四检测器，用于检测第四电流输入端子的电压；

第四反馈单元，用于将由第四检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第四电流放大器，其中

第一光电转换元件和第四光电转换元件被一个在另一个上地堆叠，使得交替地堆叠第一导电类型的光电转换区和与第一导电类型相反的第二导电类型的光电转换区，以及

所述校正单元校正由第一电流放大器和第四电流放大器放大的电流。

10.根据权利要求9所述的光电转换装置，其中

所述校正单元基于由第二电流放大器放大的电流来校正由第一电流放大器和第四电流放大器放大的电流。

11.根据权利要求9所述的光电转换装置，其中

所述校正单元还包括

第五电流放大器，用于放大通过第五电流输入端子输入的电流；

第五初始化单元，用于初始化第五电流输入端子的电压；

第五检测器，用于检测第五电流输入端子的电压；以及

第五反馈单元，用于将由第五检测器检测的电压作为反馈信号反馈到第五电流放大器，其中

所述校正单元基于由第二电流放大器放大的电流来校正由第一电流放大器放大的电流，并且基于由第五电流放大器放大的电流来校正由第四电流放大器放大的电流。

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