CN105828002A - 光电转换装置及其校正输出方法和图像生成装置 - Google Patents

光电转换装置及其校正输出方法和图像生成装置 Download PDF

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Abstract

一种光电转换装置，包含：包含光电晶体管的像素单元、包含参考晶体管的参考单元、模拟数字转换器、校正量计算单元和校正单元，参考晶体管具有与光电晶体管的温度特性相同的温度特性并具有固定电气状态，模拟数字转换器将像素单元的模拟输出转换为数字输出，校正量计算单元基于参考单元的输出和参考值来计算模拟数字转换器的数字输出的校正量，校正单元基于校正量校正模拟数字转换器的数字输出。

Description

光电转换装置及其校正输出方法和图像生成装置
相关申请的交叉引用
本申请是基于并要求于2015年1月5日提交的、日本专利申请No.2015-000516的优先权权益，在此通过整体引用并入其内容。
技术领域
本发明涉及光电转换装置、图像生成装置以及光电转换装置的校正输出方法。
背景技术
已知采用光电二极管的图像传感器(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)作为光电转换装置。
为了改善采用光电二极管的图像传感器，提出了采用光电晶体管作为光电转换元件并适于提供灵敏度增加的图像传感器。例如，参见日本在审公开专利公开号No.2012-028975。
然而，在使用光电晶体管作为光电转换元件的图像传感器的情况下，光电晶体管的电流增益(hFE)可能各芯片之间不同，并且即使给出了具有同样强度的光输入，图像传感器的输出值仍可能各芯片之间不同。下面，光电晶体管的电流增益(hFE)也称为电流放大因子。
另外，光电晶体管的电流增益hFE具有温度依赖性，并且当环境温度变化时，即使给出了具有同样强度的光输入，图像传感器的输出值也可能改变。因此，存在光电晶体管具有由于温度依赖性的输出错误的问题。
发明内容
在一个方面，本发明提供了使用光电晶体管作为光电转换元件的光电转换装置，其能够校正光电晶体管的芯片到芯片的电流增益hFE变化以及由于温度依赖性而生成的输出错误。
在一个实施例中，本发明提供了一种光电转换装置，包含：含有光电晶体管的像素单元；含有参考晶体管的参考单元，参考晶体管具有与光电晶体管的温度特性相同的温度特性并具有固定电气状态；模拟数字转换器，其配置成将像素单元的模拟输出转换为数字输出；校正量计算单元，其配置成基于参考单元的输出和参考值来计算模拟数字转换器的数字输出的校正量；以及校正单元，其配置成基于校正量来校正模拟数字转换器的数字输出。
本发明的目的和优点将通过在权利要求中具体指出的元件及其组合来实现和获得。应当理解的是，前面一般性的说明和后面详细的说明这两者都是示范性的和解释性的，且不是对本发明的限制，如要求的那样。
附图说明
图1是根据实施例的光电转换装置的框图。
图2是像素单元的示例的电路图。
图3是像素单元的另一个示例的电路图。
图4是参考单元的示例的电路图。
图5是参考单元的另一个示例的电路图。
图6是校正量计算单元的示例的框图。
图7是根据另一个实施例的光电转换装置的框图。
图8是根据另一个实施例的光电转换装置的框图。
图9是根据另一个实施例的光电转换装置的框图。
图10是光电转换装置中光电转换阵列的示例的框图。
图11是用于解释通常所知的使用光电晶体管来校正图像传感器输出的方法的框图。
具体实施方式
在一个实施例中，光电转换装置可包含模拟数字转转器和校正量计算单元，模拟数字转转器配置成将参考单元的模拟输出信号转换成数字信号，校正量计算单元配置成基于从参考单元的模拟输出信号转换来的数字信号和参考值来计算校正量。校正量计算单元还可配置成基于参考单元的模拟输出信号来计算校正量。
另外，光电转换装置可包含每个与像素单元相同的多个像素单元和每个与参考单元相同的多个参考单元，并且校正量计算单元可配置成基于多个参考单元中的一个参考单元的输出和参考值来计算多个像素单元中的一个像素单元的校正量，多个参考单元中的一个参考单元根据多个像素单元中的一个像素单元的放置位置来选择。可替代地，光电转换装置可只包含一个参考单元。
另外，光电转换装置可包含多个参考单元和参考单元选择器，参考单元包含参考晶体管，参考晶体管内互相不同的基极电势被供应给参考晶体管的基极区域，并且参考晶体管具有不同的输出特性，参考单元选择器配置成响应于像素单元的发射极输出电流量来选择多个参考单元中的一个参考单元，以及校正量计算单元可配置成基于参考单元选择器选择的多个参考单元中的一个参考单元的输出来计算校正量。
在另一个实施例中，光电转换装置可包含像素单元、参考单元、模拟数字转换器和参考模拟量计算单元，像素单元包含光电晶体管，参考单元包含具有与光电晶体管的温度特性相同的温度特性的参考晶体管并具有固定电气状态，模拟数字转换器配置成将像素单元的模拟输出转换成数字输出，参考模拟量计算单元配置成基于参考单元的输出和参考值来计算参考模拟量，将参考模拟量提供给模拟数字转换器。
另外，光电转换装置可包含每个与像素单元相同的多个像素单元和每个与参考单元相同的多个参考单元，以及参考模拟量计算单元可配置成基于多个参考单元中的一个参考单元的输出来计算多个像素单元中的一个像素单元的参考模拟量，多个参考单元中的一个参考单元根据多个像素单元中的一个像素单元的放置位置来选择。可替代地，光电转换装置可只包含一个参考单元。
另外，光电转换装置可包含多个参考单元和参考单元选择器，参考单元包含参考晶体管，参考晶体管内互相不同的基极电势被供应给参考晶体管的基极区域并且参考晶体管具有不同的输出特性，参考单元选择器配置成响应于像素单元的发射极输出电流量来选择多个参考单元中的一个参考单元，以及参考模拟量计算单元可配置成基于由参考单元选择器选择的多个参考单元中的一个参考单元的输出来计算参考模拟量。
另外，在光电转换装置中，包含在参考单元内的参考晶体管的基极区域可连接到端子，参考晶体管基极区域的预定基极电势从外部装置供应给端子。在光电转换装置中，供应给参考晶体管基极区域的基极电势可是电源线提供的电源电压或转换成预定电压值的电源电压。
在一个实施例中，图像生成装置可包含根据前面描述的实施例的光电转换装置。图像生成装置的示例可包含数字相机、车载相机、医用相机以及静脉认证相机。
在一个实施例中，校正光电转换装置的输出的方法可包含在光电转换装置中设置包含光电晶体管的像素单元以及包含参考晶体管的参考单元，参考晶体管具有与光电晶体管的温度特性相同的温度特定并具有固定电气状态，以及基于参考晶体管的输出和参考值校正像素单元的输出。
根据一个实施例的光电转换装置是配置成校正光电晶体管的电流增益hFE的芯片到芯片变化以及由于温度依赖性的输出错误。
为校正准备包含具有与像素单元的光电晶体管相同的温度特性的参考晶体管的参考单元。光电晶体管的温度特性是光电晶体管相对于温度变化的电流输出特性。
通过使用电路来执行A/D转换(模拟数字转换)和与像素单元获得光信号强度相同的那些方法从参考单元获得数据条目。参考单元的输出是预先知道的，并且其可能决定像素单元的输出由于电流增益hFE的制备变化和温度特性而带来有多大变化。通过使用数字倍增器来校正像素单元的输出变化，校正光电晶体管的电流增益hFE的芯片到芯片的变化和由于温度依赖性的输出错误。
在上面的实施例中，基于模拟数字转换获得的信息直接校正数据条目。可替代地，在另一个实施例中，到A/D转换器的参考输入信号可是用来自参考单元的模拟数据条目来生成，以及来自像素单元的模拟数据条目可使用参考输入信号通过模拟数据转换来转换。
在根据本发明的光电转换装置中，涉及使用光电晶体管作为光电转换元件的图像传感器，通过使用来自参考单元的数据条目实时校正电流增益的变化，而不使用反馈控制。
在CMOS图像传感器中，通常，电荷响应于光而在光电二极管中累积并且像素单元通过MOS晶体管形成的源极跟随器而输出对应的电压。在电荷耦合装置(CCD)图像传感器中，响应于光而在光电二极管内累积的电荷被转移并获得输出电压。
在CMOS图像传感器和CCD图像传感器这两者中，电荷在光电二极管内累积并且对应的信号从光电二极管输出。获得通过根据光电二极管的容量来分割光电转换的电荷而产生的电压值作为信号量。另外，在某个情况下，光电二极管的电荷被转移到像素单元内的其他电容元件，并且电压放大与电容元件的电容值与光电二极管的电容值的比例对应的值以增加灵敏度。已知的是，以这种方式获得的增益通常在几倍到10倍的范围内。
另一方面，当光电晶体管用作光电转换元件时，由光电转换获得的电荷被光电晶体管的电流放大功能放大并通常期望信号放大是在50倍到500倍的范围中增大。通过使用光电晶体管作为光电转换元件，可以提供灵敏度高于CMOS图像传感器和CCD图像传感器的灵敏度的图像传感器。
然而，在使用光电晶体管的光电转换装置的情况下，难以为每个芯片提供需要的光电晶体管电流增益，并且存在光电晶体管的芯片到芯片的电流增益变化。这种电流增益的变化是明显的并且不能被忽略。优选是提供能够校正光电晶体管电流增益变化的光电转换装置。另外，光电晶体管的电流增益根据环境温度而变化，并优选是提供能够校正光电晶体管电流增益变化和校正由于温度依赖性的输出错误的光电转换装置。
接下来，结合图11说明通常已知的用光电晶体管校正图像传感器输出的方法。
在产品测试期间，逐个芯片测量设置在像素单元阵列101内的光电晶体管的电流增益hFE的数据条目。另外，在产品测试期间，还逐个芯片测量电流增益温度系数，电流增益温度系数表示光电晶体管的电流增益随温度变化的变化。
这些测试数据条目存储在存储单元103内，以及例如存储单元103由非易失性存储器形成。其中存储有测试数据条目的存储单元103与像素单元阵列101的芯片组合使用，从像素单元阵列101的芯片获取测试数据条目。
设置在像素单元阵列101内的光电晶体管的模拟信号由A/D转换器105转换为数字信号，并且来自A/D转换器105的数字信号由放大器107进行放大。温度检测器111配置成检测像素单元阵列101的芯片温度。增益量计算单元109配置成基于存储在存储单元103内的数据条目和由温度检测器111检测的温度来计算放大器107的电流增益的校正量。放大器107的电流增益基于来自增益量计算单元109的校正量进行校正。
通过使用上述过程，能够校正图像传感器的输出。然而，出现了几个问题。例如，必须为图像传感器准备存储单元103和温度检测器111。在产品测试时必须预先获取测试数据条目。另外，需要结合管理像素单元阵列101的芯片和测试数据条目。
接下来，将参照附图给出实施例的说明。
图1是根据实施例的光电转换装置的框图。
如在图1中示出的，光电转换装置包含像素单元阵列1并且包含与像素单元分离的一个或多个参考单元3，像素单元阵列1内按照行和列设置有包含光电晶体管的像素单元。每个参考单元3包含参考晶体管。参考晶体管配置成具有与包含在像素单元阵列1内的光电晶体管的温度特性相同的温度特性。
A/D转换器5配置成将像素单元阵列1的模拟输出转换成数字输出。在A/D转换器5内，与依序从像素单元阵列1内的像素单元获得数字数据条目类似，从参考单元3获得数字数据条目。例如，当如果像素单元阵列1的数量随着参考单元3增加时，进行这个过程。
从参考单元3获得的数据条目反应了当前包含在参考单元3内的参考晶体管的温度特性。如果给定参考温度下从参考芯片获得的数据条目是预先知道的，那么就能够容易地计算校正A/D转换器5的数字输出的校正量(增益)。
在图1中示出的光电转换装置中，校正量计算单元7配置成计算校正A/D转换器5的数字输出的增益(校正量)。具体来说，校正量计算单元7配置成基于参考单元3的输出和参考值来计算校正A/D转换器5的数字输出的校正量。在图1中示出的光电转换装置中，校正单元9(其包含放大器)配置成基于校正量计算单元7计算的增益(校正量)来校正A/D转换器5的数字输出。
从参考单元3获得数据条目可与从包含在像素单元阵列1内的像素单元获得数据条目的数据获得时间同时执行。可替代地，从参考单元3获得数据条目可适当跳跃。当光电转换装置内包含一个参考单元3时，使用从参考单元3获得数据条目。当光电转换装置内包含多个参考单元3时，可以使用从多个参考单元3中的一些参考单元获得的数据条目的平均值。可替代地，当包含多个参考单元3时，根据设置在像素单元阵列1内的对应像素单元的放置位置来选择和使用从多个参考单元3获得的各个数据条目中的一个。
图2是像素单元11的示例的电路图。如在图2中示出的，像素单元11包含用作光电转换单元的光电晶体管13(其由双极晶体管形成)。在像素单元11内，包含单元选择开关元件15，并且在单元选择开关元件15处接收光电晶体管13的输出作为像素单元11的电流。光电晶体管13的集电极连接电源线17。光电晶体管13的发射极连接单元选择开关元件15。
由控制线19控制接通/断开单元选择开关元件15。当单元选择开关元件15处于接通状态时，选择像素单元11并且来自像素单元11的电流输出到输出线21。
当单元选择开关元件15处于断开状态时，来自像素单元11的电流不输出到输出线21。由光生成的电荷累积作为光电晶体管13的基极电势。在这种状态下，光电晶体管13的基极电势不同于光电晶体管13的发射极电势，这与当单元选择开关元件15处于接通状态时的光电晶体管13的状态形成对照。一旦单元选择开关元件15是接通的，像素单元11的输出电流就会缓慢增加，并且光电晶体管13的状态会逐渐变得稳定。
图3是像素单元11a的示例的电路图。如在图3中示出的，除了图2中示出的像素单元11的元件外，像素单元11a还包含第二单元选择开关元件23。
在图3中示出的像素单元11a中，第二控制线25控制第二单元选择开关元件23的接通/断开。第二单元选择开关元件23的一端与光电晶体管13和单元选择开关元件15件间的连接点连接，并且另一个端点连接到偏压线27。
在像素单元11a中，由控制线19控制单元选择开关元件15(其连接到输出线21)的接通/断开，并且，当单元选择开关元件15接通时，光电晶体管13的电流通过单元选择开关元件15输出到输出线21，这与图2中示出的像素单元11的操作类似。
当单元选择开关元件15处于断开状态并且没有选择像素单元11a时，在单元选择开关元件15断开状态开始起间隔预定时间终止后通过激活第二控制线25来接通第二单元选择开关元件23。这样第二单元选择开关元件23处于接通状态，并且光电晶体管13的电流输出到偏压线27。
预定时间间隔是非零时间。例如，可在单元选择开关元件15断开状态开始后立即接通第二单元选择开关元件23。可替代地，可在单元选择开关元件15断开状态开始后的接下来的时间接通第二单元选择开关元件23。第二单元选择开关元件23仅在第二单元选择开关元件23接通状态开始与像素单元11a的选择开始之间的任意时间间隔内是电传导的。因此，可比图2中示出的像素单元11的情况更灵活地来控制没有被选择的像素单元11a的光电晶体管13的状态。例如，像素单元11a能够控制光电晶体管13的曝光时间、重设时间以及重设电势。
注意，在根据本发明的光电转换装置中使用的像素单元不限于上面描述的实施例，并且可对使用光电晶体管作为光电转换元件的光电转换装置进行修改。
图4是参考单元31的示例的电路图。如在图4中示出的，参考单元31包含参考晶体管33，参考晶体管33代替光电晶体管13，其不同于图2中示出的像素单元11。图4中示出的参考单元31的其他元件实质上与图2中示出的像素单元11的对应元件相同。
在图4中示出的参考单元31中，参考晶体管33具有与图2的像素单元11内的光电晶体管13的形状和温度特性实质相同的形状和温度特性。例如，参考晶体管33的发射极区域、集电极区域和基极区域的结构实质上与光电晶体管13的对应结构相同。然而，参考晶体管33与光电晶体管13的不同之处在于，参考晶体管33的基极区域电连接电源线17。因此，参考晶体管33的基极电势固定为电源线17的电势。
准备参考单元31，其中参考晶体管33的操作状态如在图4中示出的是电气固定的。通过测量这个参考单元31的参考晶体管33的输出，可以以包括参考单元31的一致性和温度特性的集成方式获得预定条件下的参考晶体管33的输出变化。
图5是参考单元31a另一个的示例的电路图。图5中示出的参考单元31a与图4中示出的参考单元31的不同之处在于，参考单元31a包含具有连接到偏压线35的基极区域的参考晶体管33。
偏压线35连接到端子，从外部装置将参考晶体管33的基极区域的预定基极电势供应给了这个端子。结果，参考晶体管33的基极电势就可从外面设置为合适电势以容许参考单元31a操作以具有像素单元11的特性。
当双极晶体管发射极的输出电流变化时，双极晶体管的电流增益hFE不必定维持在同样的值。在特定类型的双极晶体管情况下，取决于发射极输出电流的变化，电流增益可以变化很大。
例如，假设设置了两个或更多个参考单元31a并且不同的基极电势供应给了参考晶体管33的基极区域。通过根据像素单元11的光电晶体管13的发射极输出电流值来选择参考单元31a中的一个参考单元，可以校正由于根据发射极输出电流变化的电流增益变化导致的错误。
根据本发明的光电转换装置内的参考单元不限于前面的实施例并且如果参考单元操作具有光电晶体管的特性就可以做出改变。
图6是校正量计算单元7的示例的框图。如在图6中示出的，校正量计算单元7包含计算单元7a和参考值存储单元7b。
参考值存储单元7b配置成存储理想数字值(REFideal)作为参考值，其从参考单元3获得。这个理想数字值是在设计阶段期间预定义的。
计算单元7a配置成基于数字信号(REF)和来自参考值存储单元7b的理想数字值(REFideal)来计算增益(校正量)，增益供应给校正单元9，数字信号(REF)通过A/D转换器5由参考单元3的模拟输出信号的转换而生成。例如，计算单元7a通过理想数字值(REFideal)除以来自参考单元3的数字值(REF)来计算(其供应给校正单元9)增益(增益＝REFideal/REF)。
校正单元9(其包含放大器)配置成基于校正量计算单元7计算的增益来校正A/D转换器5的数字输出。
存储在参考值存储单元7b内的理想数字值可在多个芯片中设置为相同值。这个理想数字值是固定的并且不会随着温度变化而改变。结果，根据图1中示出的实施例的光电转换装置能够校正设置在像素单元阵列1内的光电晶体管的芯片到芯片的电流增益hFE变化以及由于温度依赖性的输出错误。
图7是根据另一个实施例的光电转换装置的框图。在图7中，与图1中示出的光电转换装置的对应元件实质相同的元件由相同的附图标记表示，并省略了对其的描述。
如在图7中示出的，光电转换装置包含像素单元阵列1、参考单元3、A/D转换器41以及参考模拟量计算单元43。
参考模拟量计算单元43配置成基于参考单元3的输出和参考值来计算参考模拟量(其供应给A/D转换器41)。A/D转换器41配置成基于参考模拟量计算单元43的参考模拟量将像素单元阵列1内的像素单元的模拟输出转换为数字输出。
参考单元3的输出由电流表示。参考模拟量计算单元43由电流电压转换器来实现。由参考模拟量计算单元43提供的参考模拟量由电压表示。
在参考模拟量计算单元43内，将来自参考单元3并在设计阶段预定义的电流值(I)与在设计阶段预定义的A/D转换器41的参考模拟量(V)的比率(I/V)设置为参考值。参考单元3的模拟信号通过参考模拟量计算单元43调整为合适的量，并且将调整后的量提供给A/D转换器41作为参考模拟量。
参考模拟量计算单元43使用的用于计算参考模拟量的参考值在多个芯片中设置为相同的值。这个参考值是固定的并且不会随着温度变化而改变。结果，根据图7中示出的实施例的光电转换装置能够校正设置在像素单元阵列1内的光电晶体管的芯片到芯片的电流增益hFE变化以及由于温度依赖性的输出错误。
当包含多个参考单元3时，可使用从多个参考单元3中的一些参考单元获得的平均数据条目。可替代地，在这种情况下，可根据设置在像素单元阵列1内的对应像素单元的放置位置选择和使用从多个参考单元3获得的各个数据条目中的一个。例如，可包含多个A/D转换器41并为各个A/D转换器41设置相应数目的参考单元3。
从参考单元3获得的数据条目反应了当前包含在参考单元3内的参考晶体管的温度特性。适当设置参考模拟量计算单元43的参考值使得A/D转换器41的参考模拟量在参考温度下的参考芯片温度特性内处于适当值。
当根据这个实施例的光电转换装置的温度变化时或当像素单元的特性变化时，来自参考单元3的输出根据这个变化而变化。根据来自参考单元3的输出变化，由参考模拟量计算单元43计算的并提供给A/D转换器41的参考模拟量也变化。结果，将基于设置在像素单元阵列1内的像素单元输出的A/D转换器41的数字输出校正到合适值。
在根据图2示出的实施例的光电转换装置和图5中示出的实施例的光电转换装置中，在不形成反馈环的情况下，使用来自参考单元3的校正数据条目，并且可能不发生反馈环的稳定性问题和时间延迟问题。另外，根据这些实施例的光电转换装置，实时获得了校正数据条目并且利用校正数据条目，并可能对于环境变化迅速地采取校正措施，与图11中示出的通常所知的光电转换装置的情况形成对照。
图8是根据另一个实施例的光电转换装置的框图。在图8中，与图1中示出的光电转换装置内的对应元件实质相同的元件由相同的附图标记表示，并省略了对其的描述。
如在图8中示出的，这个实施例的光电转换装置包含像素单元阵列1、多个参考单元3-1、3-2、...、3-n、A/D转换器5、校正量计算单元7、校正单元9和参考单元选择器45。“n”表示大于2的正整数。
例如，每个参考单元3-1、3-2、...、3-n由图5中示出的参考单元31a来实现，并且互相不同的基极电势提供给各个参考单元的参考晶体管33的基极区域。由于互相不同的基极电势提供给了参考单元3-1、3-2、...，3-n，因此发射极输出电流量彼此不同。
参考单元3-1、3-2、...、3-n的模拟输出通过A/D转换器5转换为数字输出，并且这些数字输出提供给参考单元选择器45。提供给参考单元选择器45的参考单元3-1、3-2、...、3-n的数字输出量彼此不同。通过A/D转换器5将由设置在像素单元阵列1内的像素单元的模拟输出生成的数字输出也提供给参考单元选择器45。注意，A/D转换器5对设置在像素单元阵列1内的像素单元的模拟输出和参考单元3-1、3-2、...、3-n的模拟输出执行相同的A/D转换。
参考单元选择器45配置成根据来自对应像素单元的光电晶体管的电流的A/D转换获得的数字信号值，选择参考单元3-1、3-2、...、3-n中的一个。例如，参考单元选择器45选择参考单元3-1、3-2、...、3-n中的一个参考单元，这个参考单元具有通过参考单元的模拟输出A/D转换获得的数字信号值，这个数字信号值最接近由对应像素单元的模拟输出的A/D转换获得的数字信号值。
校正量计算单元7配置成通过使用参考单元选择器45选择的参考单元的输出，计算提供给校正单元9的增益。校正单元9配置成基于由校正量计算单元7计算的增益(校正量)来校正数字输出值(其通过A/D转换器5从设置在像素单元阵列1内的像素单元的模拟输出生成)。
图9是根据另一个实施例的光电转换装置的框图。在图9中，与图7或图8中示出的光电转换装置内的对应元件实质相同的元件由相同的附图标记表示，并省略了对其的描述。
如在图9中示出的，这个实施例的光电转换装置包含像素单元阵列1、多个参考单元3-1、3-2、...、3-n、A/D转换器41、参考模拟量计算单元43和参考单元选择器47。多个参考单元3-1、3-2、...、3-n与在图8中示出的电子转换装置的那些相同。
设置在像素单元阵列1内的像素单元的模拟输出(电流)和参考单元3-1、3-2、...、3-n的模拟输出(电流)提供给参考单元选择器47。提供给参考单元选择器47的参考单元3-1、3-2、...、3-n的模拟输出量是彼此不同的。
参考单元选择器47配置成根据来自对应像素单元的光电晶体管的电流量来选择参考单元3-1、3-2、...、3-n中的一个。例如，参考单元选择器47选择参考单元3-1、3-2、...、3-n中的一个参考单元，其具有参考单元的电流值，该参考单元的电流值最接近来自对应像素单元的光电晶体管的电流值。
参考模拟量计算单元43配置成通过用参考单元选择器47选择的参考单元的输出来计算A/D转换器41的参考模拟量。A/D转换器41配置成基于由参考模拟量计算单元43计算的参考模拟量来将设置在像素单元阵列1内的像素单元的模拟输出转换成数字输出。
在根据图8示出的实施例的光电转换装置和图9示出的实施例的光电转换装置中，也能够根据光电晶体管的发射极输出电流变化来校正由于电流增益变化的错误。
光电转换阵列可由在二维方向按照行和列设置的多个像素单元来形成，每个像素单元具有如在图2或图3中示出的光电转换功能，使得可形成包含光电转换阵列的图像传感器。图10是根据一个实施例的光电转换装置中的光电转换阵列的示例的框图。
图10中示出的光电转换阵列中，多个像素单元11-11、11-12、...11-mn(“m”和“n”表示正整数)在二维方向按照行和列排列。例如，多个像素单元11-11、11-12、...11-mn中的每个形成为具有与图2中示出的像素单元11的配置相同的配置。
图10中示出的光电转换阵列中，多个参考单元31-1、31-2、...31-m沿着像素单元的列设置为一列。例如，多个参考单元31-1、31-2、...31-m中的每个形成为具有与图4中示出的参考单元31的配置相同的配置。例如，参考单元31-1、31-2、...31-m的列位于像素单元11-11、11-12、...11-mn的列的左端。
图10中示出的光电转换阵列中，行选择线19-1、19-2、...19-m和列电流输出线21-0、21-1、...21-n是根据像素单元11-11、11-12、...11-mn和参考单元31-1、31-2、...31-m的配置而提供。
来自每个像素单元和参考单元的输出电流均通过电流电压转换器阵列5a被转换为电压，并且电压输入A/D转换器阵列5b。输入电压通过A/D转换器阵列5b被转换成数字数据条目，并且A/D转换器阵列5b输出数字数据条目作为图像信号数据条目。与输出光强度的像素单元类似，参考单元输出数据条目并且数据条目通过A/D转换器阵列5b转换成数字信号REF。
图10中示出的光电转换阵列中，基于从A/D转换器阵列5b输出的图像信号数据条目中的参考单元输出的数据条目来计算校正值，并且基于校正值来校正像素单元(其输出光强)的图像信号数据条目。
在根据这个实施例的光电转换阵列中，假定A/D转换器阵列5b的功率损耗是大的并且仅在A/D转换器阵列5b部分内的芯片温度是高的。在这种情况下，在芯片中形成从A/D转换器阵列5b离开的方向上温度降低的温度梯度。
根据这个实施例，当参考单元像光电转换阵列一样设置在一列时，在阵列行的一行的像素单元的温度与相同行的参考单元的温度间存在强的对应。结果，可通过基于相同行的参考单元的数据条目校正阵列行的一行的像素单元的输出，有效地降低由于芯片内温度梯度的像素单元的输出错误。
图10中示出的参考单元的配置是示范性和解释性的。参考单元如何设置，像素单元的哪些数据条目将被校正，以及参考单元的哪些数据条目将被使用用来校正，这些都不限于上面描述的实施例。
如在前面描述的，根据本发明使用光电晶体管作为光电转换元件的光电转换装置内，能够校正光电晶体管的芯片到芯片的电流增益hFE变化以及由于温度依赖性的输出错误。
根据本发明的光电转换装置不限于上面描述的实施例，并且在不脱离本发明范围的情况可获得变形和修改。

Claims (10)

1.一种光电转换装置，包含：
像素单元，包含光电晶体管；
参考单元，包含参考晶体管，其具有与光电晶体管的温度特性相同的温度特性并具有固定电气状态；
模拟数字转换器，配置成将所述像素单元的模拟输出转换为数字输出；
校正量计算单元，配置成基于参考单元的输出和参考值，计算所述模拟数字转换器的数字输出的校正量；以及
校正单元，配置成基于所述校正量，校正所述模拟数字转换器的数字输出。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中
所述模拟数字转换器配置成将所述参考单元的模拟输出信号转换为数字信号，以及
所述校正量计算单元配置成基于通过所述参考单元的模拟输出信号的转换生成的数字信号和所述参考值，计算所述校正量。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中所述光电转换装置包含
多个像素单元，每个与所述像素单元相同，以及
多个参考单元，每个与所述参考单元相同，以及
所述校正量计算单元配置成基于根据所述多个像素单元中的一个像素单元的放置位置而选择的所述多个参考单元中的一个参考单元的输出和所述参考值，计算所述多个像素单元中的一个像素单元的校正量。
4.根据权利要求1到3的任一项所述的光电转换装置，其中所述光电转换装置包含：
多个参考单元，其包含参考晶体管，其中将互相不同的基极电势提供给所述参考晶体管的基极区域，并且所述参考晶体管具有不同的输出特性；以及
参考单元选择器，配置成响应于所述像素单元的发射极输出电流量，选择所述多个参考晶体管中的一个参考晶体管，以及
所述校正量计算单元配置成基于由所述参考单元选择器选择的所述多个参考晶体管中的一个参考晶体管的输出，计算所述校正量。
5.一种光电转换装置，包含：
像素单元，包含光电晶体管；
参考单元，包含参考晶体管，其具有与所述光电晶体管的温度特性相同的温度特性并具有固定电气状态；
模拟数字转换器，配置成将所述像素单元的模拟输出转换为数字输出；以及
参考模拟量计算单元，配置成基于所述参考单元的输出和参考值，计算提供给所述模拟数字转换器的参考模拟量。
6.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中所述光电转换装置包含：
多个像素单元，每个与所述像素单元相同，以及
多个参考单元，每个与所述参考单元相同，以及
所述参考模拟量计算单元配置成基于根据所述多个像素单元中的一个像素单元的放置位置而选择的所述多个参考单元中的一个参考单元的输出，计算所述多个像素单元中的一个像素单元的所述参考模拟量。
7.根据权利要求5或6所述的光电转换装置，其中所述光电转换装置包含：
多个参考单元，其包含参考晶体管，其中将互相不同的基极电势提供给所述参考晶体管的基极区域，并且所述参考晶体管具有不同的输出特性；以及
参考单元选择器，配置成响应于所述像素单元的发射极输出电流量，选择所述多个参考单元中的一个参考单元，以及
所述参考模拟量计算单元配置成基于由所述参考单元选择器选择的所述多个参考单元中的一个参考单元的输出，计算所述参考模拟量。
8.根据权利要求1至7的任一项所述的光电转换装置，其中所述参考单元内包含的所述参考晶体管的基极区域连接到端子，所述端子从外部装置供应有所述参考晶体管的所述基极区域的预定基极电势。
9.一种包含根据权利要求1至8任一项所述的光电转换装置的图像生成装置。
10.一种校正光电转换装置的输出的方法，包含：
在所述光电转换装置内设置包含光电晶体管的像素单元和包含参考晶体管的参考单元，所述参考晶体管具有与所述光电晶体管的温度特性相同的温度特性并具有固定电气状态；以及
基于所述参考单元的输出和参考值，校正所述像素单元的输出。
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