DE3752224T2

DE3752224T2 - Photoelektrischer Wandler

Info

Publication number: DE3752224T2
Application number: DE3752224T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Atsugi-Shi Kanagawa-Ken Nakamura; Shigetoshi Atsugi-Shi Kanagawa-Ken Sugawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2007-12-10
Also published as: EP0667707B1; EP0274236A2; EP0667707A2; EP0274236B1; DE3752224D1; EP0274236A3; DE3752235T2; DE3752235D1; EP0667707A3; US4866293A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Wandlervorrichtung des Systems, in dem die in dem Steuerungselektrodenbereich eines Transistors durch Lichtanregung erzeugten Ladungsträger angesammelt werden, und insbesondere eine photoelektrische Wandlervorrichtung zur Verhinderung des Abflusses der Überschußladungsträger.

Verwandter Stand der Technik

Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittansicht einer photoelektrischen Wandlervorrichtung, und Fig. 1B zeigt eine Darstellung einer gleichwertigen Schaltung einer der photoelektrischen Wandlerzellen in dieser Vorrichtung.
In Fig. 1A ist eine n&supmin;-Epitaxialschicht 4 auf einem n- Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Photoelektrische Wandlerzellen, die durch einen Vorrichtungstrennbereich 6 voneinander elektrisch isoliert sind, sind in der Schicht 4 angeordnet.
Zuerst ist ein p-Basisbereich 9 eines bipolaren Transistors auf der n&supmin;-Epitaxialschicht 4 ausgebildet. Ein n&spplus;- Emitterbereich 15 ist in dem p-Basisbereich 9 ausgebildet. Weiterhin sind eine Kondensatorelektrode 14 zur Steuerung des Potentials des p-Basisbereichs 9 und eine an den n&spplus;- Emitterbereich 15 angeschlossene Emitterelektrode 19 jeweils durch eine Oxidschicht 12 ausgebildet.
Es ist eine an die Kondensatorelektrode 14 angeschlossene Elektrode 17 ausgebildet. Ein n&spplus;-Bereich 2 zur ohmschen Verbindung ist auf der Rückseite des Substrats 1 ausgebildet. Eine Kollektorelektrode 21 des bipolaren Transistors ist unter dem n&spplus;-Bereich 2 ausgebildet. Auf diese Weise ist eine photoelektrische Wandlerzelle aufgebaut.
Der grundsätzliche Betrieb der photoelektrischen Wandlerzelle wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird der auf das negative Potential vorgespannte p-Basisbereich 9 auf den auf nicht festgelegtem Potential befindlichen Zustand eingestellt. Die Löcher in den durch die Lichtanregung erzeugten Elektronen/Löcher-Paare werden in dem p-Basisbereich 9 angesammelt (Ansammlungsvorgang).
Nachfolgend wird die positive Spannung an die Kondensatorelektrode 14 angelegt, wodurch die Schaltung zwischen dem Emitter und der Basis mit Durchlaufspannung vorgespannt wird. Die durch die angesammelten Löcher erzeugten aufgebauten Spannungen werden zu der Emitterseite in dem nicht auf festgelegtem Potential befindlichen Zustand ausgelesen (Auslesevorgang).
Dann wird die Emitterseite an Masse gelegt und Impulse der positiven Spannung werden der Kondensatorelektrode 14 zugeführt, wodurch die in dem p-Basisbereich 9 angesammelten Löcher gelöscht werden. Auf diese Weise wird beim Absinken des positiven Spannungsimpulses zur Auffrischung der p- Basisbereich 9 auf den Anfangszustand zurückgesetzt (Auffrischvorgang).
In einer derartigen photoelektrischen Wandlervorrichtung werden, nachdem die angesammelten Ladungen durch die Verstärkungsfunktion jeder Zelle verstärkt wurden, diese ausgelesen, so daß das hohe Ausgangssignal, eine hohe Empfindlichkeit und niedriges Rauschen erreicht werden können. Demgegenüber ist, da die Anordnung einfach ist, diese Vor richtung ebenfalls zur Verwirklichung der hohen Auflösung für die Zukunft vorteilhaft.
Jedoch ergibt sich, wenn eine photoelektrische Wandlervorrichtung durch Anordnung einer Vielzahl von vorstehend beschriebenen photoelektrischen Wandlerzellen aufgebaut ist, ein derartiges Problem, daß in dem Fall, in dem ein gewisses Bildelement mit Licht der Sättigungslichtstärke oder mehr bestrahlt wurde, ein unklares Bild bzw. Schmieren auftritt. Das heißt, wenn starkes Licht eintritt, wird eine große Menge von Löchern in dem p-Basisbereich 9 angesammelt, so daß das Basispotential ansteigt. Steigt das Basispotential auf einen Wert an, der das Kollektorpotential übersteigt, wird eine Verarmungsschicht 22 zwischen der Basis und dem Kollektor gelöscht, wobei die angesammelten Ladungsträger in der Basis in die angrenzenden Zellen (wie es durch Pfeile 23 angezeigt ist) fließen. Auf diese Weise tritt der p-Basisbereich 9 der angrenzenden Zellen in den Ansammlungszustand ein, in dem die einfließenden Löcher addiert werden. Wenn ein Bild des ausgelesenen Signals wiedergegeben wird, tritt ein unklares Bild bzw. Schmieren auf.
Die EP-A-0 132 076 offenbart eine photoelektrische Wandlerzelle, wie sie im wesentlichen in Fig. 1A und 1B dieser Anwendung gezeigt ist. In der EP-A-0 132 076 wird mit Bezug auf deren Fig. 7 eine Anordnung zur Verhinderung des Überstrahlens entlang vertikaler Leitungen als Ergebnis von Löchern beschrieben, die von einer gesättigten Basis über den Emitter auf die vertikalen Leitungen fließen. Diese schlägt vor, daß während des Ansammlungsvorgangs die vertikalen Leitungen, an die die Emitter angeschlossen sind, über jeweilige für jede vertikale Leitung bereitgestellte MOS- Transistoren an Masse gelegt sein sollten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird eine photoelektrische Wandlervorrichtung bereitgestellt, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist. Die verbleibenden Patentansprüche geben weitere Merkmale an.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung von Patentanspruch 1 begrenzt die Begrenzungseinrichtung das in dem Steuerungsbereich erzeugte Potential, so daß der Abfluß von Überschußladungsträgern in die angrenzenden Zellen verhindert wird und das Auftreten des Schmierens des wiedergegebenen Bilds verhindert werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung begrenzt die Begrenzungseinrichtung das Potential des Steuerungsbereichs auf einen Wert eines konstanten Potentials, das niedriger als ein Sättigungspotential ist.
Die durch die Lichtanregung erzeugten Ladungsträger werden in dem Steuerungsbereich angesammelt. Jedoch werden, wenn das Potential des Steuerungsbereichs gerade das konstante Potential überschreitet, die Ladungsträger in dem Steuerungsbereich durch die Begrenzungseinrichtung beseitigt, so daß das Potential des Steuerungsbereichs stets auf einen Wert des konstanten Potentials begrenzt wird, bevor es das Sättigungspotential erreicht. Deshalb tritt der Abfluß der Ladungsträger, wenn das Potential des Steuerungsbereichs das Sättigungspotential erreicht, nicht auf und der Abgang der Ladungsträger zu den angrenzenden Vorrichtungen wird verhindert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung mittels nicht beschränkender Beispiele näher beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittansicht einer photoelektrischen Wandlerzelle, wie sie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 12759/1985-12765/1985 offenbart ist.
Fig. 1B zeigt ein gleichwertiges Schaltungsdiagramm dieser Zelle.
Fig. 2A wurde gestrichen.
Fig. 2B wurde gestrichen.
Fig. 3 wurde gestrichen.
Fig. 4A wurde gestrichen.
Fig. 4B wurde gestrichen.
Fig. 4C wurde gestrichen.
Fig. 5 wurde gestrichen.
Fig. 6 wurde gestrichen.
Fig. 7A wurde gestrichen.
Fig. 7B wurde gestrichen.
Fig. 7C wurde gestrichen.
Fig. 7D wurde gestrichen.
Fig. 8 wurde gestrichen.
Fig. 9A wurde gestrichen.
Fig. 9B wurde gestrichen.
Fig. 10 wurde gestrichen.
Fig. 11 ist eine Querschnittansicht einer Zelle gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Fig. 12A zeigt ein gleichwertiges Schaltungsdiagramm zur Beschreibung des grundlegenden Betriebs der in Fig. 11 gezeigten photoelektrischen Wandlerzelle.
Fig. 12B zeigt Spannungssignalverläufe des Betriebs der in Fig. 11 gezeigten Zelle.
Fig. 13 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm in einem Aufbau unter Verwendung der Zelle von Fig. 11.
Fig. 14 zeigt einen Funktionsverlauf der Beziehung zwischen den Spannungen V(A) und V(B) in dem Aufbau von Fig. 13.
Fig. 15 zeigt einen Funktionsverlauf, der schematisch die photoelektrische Umwandlungskennlinie in dem Aufbau von Fig. 13 zeigt.
Fig. 16 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Zelle gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 17 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Zeilensensors unter Verwendung des Aufbaus von Fig. 13, und
Fig. 18 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Beispiels der Zeitverläufe für jeweilige Impulse, die von einer in Fig. 17 gezeigten Ansteuereinrichtung 77 ausgegeben werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung wird nachstehend anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 11 zeigt eine Darstellung eines Aufbaus einer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten photoelektrischen Wandlerzelle. In der Darstellung ist eine n&supmin;- Schicht auf einem n-Substrat 501 durch ein Epitaxiewachstumsverfahren ausgebildet. Die voneinander durch einen Vorrichtungstrennungsbereich isolierte Zellen S&sub1;, S&sub2;, ..., Sn sind in Reihe auf der n&supmin;-Schicht ausgebildet. Die n&supmin;- Schicht dient als ein Kollektorbereich 502 in jeder Zelle.
Zudem ist ein p-Basisbereich 503 in jeder Zelle ausgebildet. Ein n&spplus;-Emitterbereich 504 ist in dem p-Basisbereich 503 ausgebildet. Auf diese Weise ist ein bipolarer npn- Transistor aufgebaut.
Ein p&spplus;-Bereich 505 ist in dem p-Basisbereich 503 ausgebildet. Ein p&spplus;-Bereich 506 ist mit einem konstanten Abstand weg von dem p&spplus;-Bereich 505 in der n&supmin;-Schicht 502 ausgebildet. Zudem ist eine Gateelektrode 508 über einer Oxidschicht 507 ausgebildet. Auf diese Weise ist ein (nachstehend mit "Rücksetz-Tr" abgekürzter) Rücksetz-p-Kanal-MOS- Transistor aufgebaut. Ein n-Kanal-MOS-Transistor kann ebenfalls als der Rücksetz-Tr verwendet werden.
Eine Isolationsschicht 509 ist auf dem bipolaren Transistor und Rücksetz-Tr ausgebildet. Es sind eine an den p&spplus;-Bereich 506 angeschlossene Elektrode 510 bzw. eine an den n&spplus;- Emitterbereich 504 angeschlossene Emitterelektrode 511 ausgebildet. Zudem ist eine Isolationsschicht 512 auf der Isolationsschicht 509 ausgebildet. Der Abschnitt der Isolati onsschicht 512 ausschließlich dem Öffnungsabschnitt ist durch eine Lichtabschirmungsschicht 513 bedeckt.
Zusätzlich ist eine Kollektorelektrode 514 auf der Rückseite des Substrats 501 ausgebildet.
In diesem Aufbau wurde der Fall der photoelektrischen Wandlerzelle unter Verwendung des bipolaren npn-Transistors beschriebe. Jedoch kann die Erfindung ebenfalls auf das System unter Verwendung eines Feldeffekttransistors, eines elektrostatischen Induktionstransistors oder dergleichen angewendet werden. Die Erfindung kann auf jedes System unter Verwendung einen Transistor mit einem Bereich angewendet werden, der zur Ansammlung der Ladungsträger angepaßt ist.
Der grundlegende Betrieb der photoelektrischen Wandlerzelle wird nachstehend beschrieben.
Fig. 12A zeigt ein gleichwertiges Schaltungsdiagramm zur Beschreibung des grundlegenden Betriebs der photoelektrischen Wandlerzelle. Fig. 12B zeigt eine Darstellung des Spannungssignalverlaufs des Betriebs dieser Zelle.
In Fig. 12A ist die vorstehend angeführte photoelektrische Wandlerzelle zu der Schaltung gleichwertig, in der der p- Basisbereich 503 des bipolaren npn-Transistors an ein Drain eines Rücksetztransistors 500 angeschlossen ist.
Ein Impuls φres wird zu der Gateelektrode 508 des Rücksetztransistors 500 eingegeben. Eine konstante Spannung Vbg (z. B. 2 V) wird passend an die Sourceelektrode 510 angelegt. Die Emitterelektrode 511 ist über einen n-Kanal-MOS- Transistor 500' an einen Anschluß 515 angeschlossen. Ein Impuls φvrs wird zu der Gateelektrode eingegeben. Eine Spannung, die ausreichend kleiner als die Spannung Vbg ist, oder eine auf Massepotential liegende Spannung wird passend an den Anschluß 515 angelegt.
Zuerst wird bei dem Ansammlungsvorgang das Potential Vb des p-Basis-Bereichs 503 auf den nicht auf festgelegtem Potential befindlichen Zustand bei dem positiven Anfangspotential eingestellt bzw. wird der Emitterbereich 504 auf den nicht auf festgelegtem Potential befindlichen Zustand des Nullpotentials eingestellt. Die positive Spannung Vcc wird an der Kollektorelektrode 514 angelegt. Die Gateelektrode 508 des Rücksetztransistors 500 wird auf das positive Potential gesetzt. Der Rücksetztransistor 500 befindet sich im ausgeschalteten Zustand.
In diesem Zustand tritt das Licht in den photoempfindlichen Abschnitt ein. Die Ladungsträger (in diesem Fall die Löcher) der der Lichtstärke entsprechenden Menge werden in dem p-Basisbereich 503 angesammelt. Dabei werden, da der p- Basisbereich 503 auf das positive Anfangspotential eingestellt ist, bei der Ansammlung der Ladungsträger durch die Lichtanregung die den angesammelten Ladungsträgern entsprechenden Signale gleichzeitig zu der Emitterseite in dem nicht auf festgelegtem Potential befindlichen Zustand ausgelesen, so daß das photoelektrisch umgewandelte Ausgangssignal hergeleitet wird. Das heißt, der Auslesevorgang wird in diesem Fall gleichzeitig mit dem Ansammlungsvorgang ausgeführt.
Nachstehend wird der Vorgang zur Löschung der in dem p- Basis-Bereich 503 angesammelten Ladungsträger beschrieben.
Wie es in Fig. 12B gezeigt ist, wird durch zuerst erfolgende Zufuhr des Impulses φres der negativen Spannung zu der Gateelektrode 508 des Rücksetztransistors 500 der Rücksetztransistor 500 (für die Zeitdauer T&sub1;) eingeschaltet. Auf diese Weise wird das Potential Vb des p-Basis-Bereichs 503 ungeachtet des aufgebauten Spannungspegels, das heißt ungeachtet der Beleuchtungsstärke des einfallenden Lichts, auf die konstante Spannung Vbg eingestellt.
Die konstante Spannung Vbg wird auf einen Wert eingestellt, der ausreichend größer als ein Restbasispotential Vk nach der Beendigung des Vorgangs der Ladungsträgerlöschung ist. Zum Beispiel ist Vbg = 2V.
Als nächstes wird der Transistor 500' durch den Impuls φvrs der positiven Spannung eingeschaltet. Die auf Massepotential liegende Spannung des Anschlusses 515 oder die Spannung, die ausreichend kleiner als die Spannung Vbg ist, wird über den Transistor 500' an die Emitterelektrode 511 (für die Zeitdauer T&sub2;) angelegt. Der Impuls φvrs der positiven Spannung kann ebenfalls (für die Zeitdauer T&sub2;') kontinuierlich nach dem Zeitpunkt zugeführt werden, wenn der Impuls φres anstieg.
Auf diese Weise werden die in dem p-Basisbereich 503 angesammelten Löcher mit den Elektronen rekombiniert, die von dem n&spplus;-Emitterbereich 504 in den p-Basisbereich 503 implantiert wurden, so daß die Löcher gelöscht werden. Wie es schon vorstehend beschrieben wurde, wird das Potential Vb des p-Basisbereichs 503 ungeachtet des aufgebauten Potentialpegels für die Zeitdauer T&sub1; auf das Potential Vbg eingestellt, das ausreichend höher als das Restpotential Vk ist. Deshalb wird nach dem Ablaufen der Zeitdauer T&sub2; oder T&sub2;' das Potential Vb des p-Basisbereichs 503 ungeachtet der Beleuchtungsstärke des einfallenden Lichts auf das konstante Potential Vk eingestellt.
Nach dem Ablaufen der Dauer T&sub2; oder T&sub2;' sinkt der Impuls φvrs ab und der Transistor 500' wird ausgeschaltet. Die Emitterelektrode 511 tritt in den nicht auf festgelegtem Potential befindlichen Zustand ein. Dann werden der vorstehend angeführte Ansammlungsvorgang und Auslesevorgang ausgeführt.
Auf diese Weise kann durch Bereitstellung der Zeitdauer T&sub1; zur Einstellung des Potentials des p-Basisbereichs 503 auf das konstante Potential am Ende des Löschungsvorgangs für die Zeitdauer T&sub2; oder T&sub2;' das Potential Vb des p- Basisbereichs 503 auf das konstante Potential eingestellt werden. Die Nichtlinearität der photoelektrischen Umwandlungskennlinie in dem Zustand niedriger Beleuchtungsstärke und das Phänomen des Nachbilds können vollständig verhindert werden. Demgegenüber tritt, da die Potentialsteuerung des p-Basis-Bereichs 503 nicht durch den Kondensator ausgeführt wird, die Verringerung und Veränderung im Ausgangssignal infolge des Kondensators nicht auf.
Nachstehend wird ein Aufbau unter Verwendung der vorstehend angeführten photoelektrischen Wandlerzelle ausführlich mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 13 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm des Aufbaus.
In dem Diagramm ist die konstante positive Spannung Vcc an die Kollektorelektrode 514 der photoelektrischen Wandlerzelle angelegt. Das vorstehend angeführte Ausgangssignal wird von der Emitterelektrode 511 hergeleitet.
Die konstante Spannung Vbg wird an die Sourceelektrode 510 des Rücksetztransistors 500 angelegt. Die Gatelektrode ist über einen Widerstand R&sub3; an Masse angelegt und ebenfalls an die Sourceelektrode eines n-Kanal-MOS-Transistors Q&sub1;&sub0;&sub0; angeschlossen. Der Impuls φres wird zu der Drainelektrode dieses Transistors eingegeben.
Die durch Aufteilung der Spannung Vcc durch Widerstände R&sub1; und R&sub2; erhaltene Spannung Vg wird an die Gateelektrode des Transistors Q&sub1;&sub0;&sub0; angelegt.
Der Wert der Gatespannung Vg wird durch die Beziehung zu der Drainspannung bestimmt. In diesem Fall ist die Gatespannung Vg auf eine derartige Weise eingestellt, daß der Transistor Q&sub1;&sub0;&sub0; in dem nicht gesättigten Bereich leitend gemacht wird, wenn der Impuls φres auf der niedrigen Spannung liegt, und daß der Transistor Q&sub1;&sub0;&sub0; in den Abschnürungszustand oder gesättigten Zustand in dem Drain eingestellt wird, wenn der Impuls φres auf der hohen Spannung liegt.
In der vorstehend beschriebenen Schaltung wird die Spannung an Punkt (A) als die Drainspannung des Transistors Q&sub1;&sub0;&sub0; auf V(A) eingestellt, und die Spannung an Punkt (B) als die Gatespannung des Rücksetztransistors 500 wird auf V(B) eingestellt.
Nachstehend wird der Betrieb dieses Aufbaus beschrieben.
Fig. 14 zeigt einen Funktionsverlauf der Beziehung zwischen den Spannungen V(A) und V(B) dieses Aufbaus. Fig. 15 stellt einen Funktionsverlauf dar, der schematisch die photoelektrische Umwandlungskennlinie in dem Aufbau zeigt.
Zuerst sinkt in Fig. 14 bei dem Auffrischvorgang der photoelektrischen Wandlerzelle die Spannung V(A) durch den Impuls φres und sie wird nur für die Zeitdauer T&sub1; auf das negative Potential eingestellt. Somit wird der Transistor Q&sub1;&sub0;&sub0; in dem nicht gesättigten Bereich eingeschaltet, wie es vorstehend angeführt wurde. Die Gatespannung V(B) des Rücksetztransistors 500 ist der Spannung V(A) beinahe gleich.
Deshalb wird der Rücksetztransistor 500 als der p-Kanal- MOS-Transistor eingeschaltet. Die Spannung Vb des p- Basisbereichs 503 wird ungeachtet der Lichtstärke des einfallenden Lichts, wie es vorstehend schon beschrieben wurde, auf die konstante Spannung Vbg eingestellt.
Nach dem Verstreichen der Zeitdauer T&sub1; steigt die Spannung V(A) auf ein vorbestimmtes positives Potential an, so daß der Transistor Q&sub1;&sub0;&sub0; in den gesättigten Zustand eintritt. Da die Gatespanung Vg so lang konstant ist, so lang die Spannung Vcc konstant ist, fließt ein beinahe konstanter Drain- Source-Strom über den Transistor Q&sub1;&sub0;&sub0;. Die Gatespannung V(B) des Rücksetztransistors 500 wird durch den Widerstand R&sub3; auf die konstante positive Spannung eingestellt, die kleiner als die Spannung V(A) ist. V(B) = Vg - Vt1 (wobei Vt1 eine Schwellenspannung des Transistors Q100 bezeichnet). In diesem Aufbau wird V(B) kleiner als Vcc abhängig von der Beziehung zu dem Rücksetztransistor 500 eingestellt, die nachstehend beschrieben wird.
Der Rücksetztransistor 500 wird durch die konstante Gatespannung V(B) ausgeschaltet, und der Auffrischvorgang wird ausgeführt bis die Zeitdauer T&sub2; verstrichen ist, wie es vorstehend schon beschrieben wurde. Nachfolgend werden der Ansammlungsvorgang und der Lesevorgang ausgeführt.
Unter der Annahme, daß die Schwellenspannung des Rücksetztransistors 500 gleich Vt5 ist, wird der Rücksetztransistor 500 leitend gemacht, wenn das Potential Vb des p- Basisbereichs 503 infolge der Ansammlung ein konstantes Potential Vbm erreicht, obwohl sich der Rücksetztransistor 500 in diesem Aufbau in dem ausgeschalteten Zustand befindet. Das Basispotential Vb ist stets auf einen Wert kleiner oder gleich dem konstanten Potential Vbm beschränkt. Andersherum gesagt, wird der Wert der Gatespannung V(B) des Rücksetztransistors 500 zur Begrenzung des Basispotentials auf Vbm eingestellt.
Das heißt, es sinkt die Drain-Gate-Spannung (V(B) - Vb) des Rücksetztransistors 500 mit einem Anstieg des Basispotentials Vb. Durch die Einstellung der Gatespannung V(B), so daß der Abschnürungszustand in dem Drain bei Vb = Vbm auftritt, wird der Rücksetztransistor 500 bei Vb = Vbm leitend gemacht. Das Basispotential steigt nicht auf einen Wert größer oder gleich Vbm an. Dabei ist Vbm = V(B) + Vt5.
Da das konstante Potential Vbm auf ein Potential kleiner als das Sättigungspotential eingestellt wird, bei dem die in dem p-Basisbereich 503 angesammelten Ladungsträger abfließen, kann der Abgang der Ladungsträger in angrenzende Zellen verhindert werden, selbst falls starkes Licht ein tritt. Zusätzlich kann der Abfluß der Ladungsträger zu der Emitterseite ebenfalls verhindert werden.
Durch die Einstellung der Obergrenze des Basispotentials, wie es vorstehend beschrieben wurde, hat die Ausgangskennlinie in diesem Aufbau die Obergrenze erreicht, bevor der Ausgangssignal den Sättigungspegel wie in Fig. 15 gezeigt erreicht. Jedoch treten durch passende Auswahl des oberen Grenzpegels keine praktischen Probleme auf.
In diesem Aufbau wird die Gatespannung Vg des Transistors Q&sub1;&sub0;&sub0; durch die Spannung Vcc erhalten, die nicht nur als Kollektorspannung des bipolaren Transistors, sondern ebenfalls als Substratspannung des Rücksetztransistors 500 dient. Deshalb besteht ein derartiger Vorteil, daß selbst bei Schwankungen der Spannung Vcc der Einfluß der photoelektrischen Wandlerzelle hervorgehoben wird.
Fig. 17 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Zeilensensors unter Verwendung der photoelektrischen Wandlerzellen dieses Aufbaus.
In diesem Diagramm sind die Gateelektroden 508 der Rücksetztransistoren 500 der Zellen gemeinsam an eine Leitung Lres angeschlossen. Die Leitung Lres ist über den Widerstand R&sub3; an Masse angelegt und ebenfalls über den Transistor Q&sub1;&sub0;&sub0; an einen Anschluß 70 angeschlossen. Der Impuls φres wird zu dem Anschluß 70 eingegeben. Die Spannung Vg ist an der Gateelektrode des Transistors Q&sub1;&sub0;&sub0; angelegt. Diese Gatespannung Vg wird durch Aufteilung der Spannung Vcc durch die Widerstände R&sub1; und R&sub2; erhalten.
Die Sourceelektroden 510 der Rücksetztransistoren 500 sind gemeinsam an einen Anschluß 72 angeschlossen. Die Spannung Vbg ist an dem Anschluß 72 angelegt.
Die Emitterelektrode 511 jeder Zelle wird über den Transistor 500' an Masse gelegt. Die Gateelektroden der Transi storen 500' sind gemeinsam an einen Anschluß 71 angeschlossen. Der Impuls φvrs wird zu dem Anschluß 71 eingegeben.
Zudem ist die Emitterelektrode 511 jeder Zelle über einen Transistor 521 an einen Ansammlungskondensator CT angeschlossen. Alle Kondensatoren CT sind jeweils über einen Transistor 522 gemeinsam an eine Ausgangsleitung 520 angeschlossen.
Die Gateelektroden der Transistoren 521 sind gemeinsam an einen Anschluß 73 angeschlossen. Ein Impuls φt wird dem Anschluß 73 zugeführt.
Die Gateelektrode des Transistors 522 ist an einen Ausgangsanschluß eines Schieberegisters 523 angeschlossen. Die Transistoren 522 werden durch das Schieberegister 523 aufeinanderfolgend eingeschaltet. Die Schieberegister 523 werden durch Schiebeimpulse φsh betriebsfähig gemacht, die von einem Anschluß 79 eingegeben wurden. Die Positionen des hohen Pegels werden aufeinanderfolgend verschoben.
Die Ausgangsleitung 520 ist über einen Ausgangsverstärker 525 an einen Ausgangsanschluß 76 angeschlossen. Der Eingangsanschluß des Ausgangsverstärkers 525 ist ebenfalls über einen Transistor 524 an einen Anschluß 74 angeschlossen. Eine konstante Spannung Vbh ist an dem Anschluß 74 angelegt. Demgegenüber wird der Impuls φhrs zu der Gateelektrode 75 des Transistors 524 eingegeben.
Die Impulse φ sowie konstante Spannungen Vbg und Vbh werden von einer Ansteuereinrichtung 77 zugeführt. Die Ansteuereinrichtung 77 gibt die Impulse zu den Zeitverläufen im Ansprechen auf ein Taktsignal von einem Oszillator 78 aus.
Der Betrieb des vorstehend angeführten Zeilensensors wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 18 beschrieben.
Fig. 18 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Beispiels der Zeitverläufe für die von der Ansteuereinrichtung 77 erzeugten Impulse. In dieser Darstellung zeigen φt(A) und φt(B) Zeitverläufe für die unterschiedlichen Leseverfahren an.
Zuerst wird der Fall des Impulses φt(A) beschrieben.
Durch Schalten des Impulses φres auf den niedrigen Pegel zu einem Zeitpunkt t&sub2;, nachdem die Impulse φt und φvrs zu einem Zeitpunkt t&sub1; auf den hohen Pegel geschaltet wurden, werden alle Rücksetztransistoren 500 eingeschaltet, wie es vorstehend beschrieben wurde. Das Potential des p-Basisbereichs 503 jeder Zelle wird auf das konstante Potential Vbg gesetzt.
Demgegenüber wird der Transistor 521 eingeschaltet, da der Impuls φt auf dem hohen Pegel liegt, wobei die Ladungen in dem Kondensator CT über die Transistoren 521 und 500' beseitigt werden.
Wird der Impuls φres zu einem Zeitpunkt t&sub3; auf den hohen Pegel geschaltet, wird der Rücksetztransistor 500 jeder Zelle ausgeschaltet. Da der Impuls φvrs sich noch auf dem hohen Pegel befindet, werden die in dem p-Basisbereich angesammelten Ladungsträger allmählich mit den Elektronen rekombiniert und gelöscht, wie es vorstehend schon beschrieben wurde. Die Restladungsträgermengen in den p-Basisbereichen aller Zellen zu einem Zeitpunkt t&sub4; sind ungeachtet der Restladungsträgermenge in den p-Basisbereichen vor dem Zeitpunkt t&sub2; stets gleich.
Sinkt der Impuls φvrs zu dem Zeitpunkt t&sub4; ab, wird die Emitterelektrode 511 jeder Zelle über den Transistor 521 an den Kondensator CT angeschlossen. Die Ansammlungs- und Auslesevorgänge werden ausgeführt, wie sie vorstehend beschrieben wurden, bis der Impuls φt zu einem Zeitpunkt t&sub6; absinkt. Das heißt, da die durch die Lichtanregung in den Zellen S&sub1; bis Sn erzeugten Ladungsträger in den p-Basisbereichen an gesammelt werden, werden so viele Ladungsträger, wie Ladungsträger angesammelt wurden, jeweils in den Kondensatoren CT angesammelt. Dabei ist, selbst falls starkes Licht eintritt, das Basispotential jeder Zelle auf einen konstanten Wert durch jeden Rücksetztransistor 500 begrenzt, so daß der Abfluß der Überschußladungsträger verhindert wird.
Sinkt der Impuls φt zu dem Zeitpunkt t&sub6; ab, werden die Transistoren 521 ausgeschaltet. Die photoelektrisch umgewandelten Signale in den Zellen S&sub1; bis Sn werden in den Kondensatoren CT angesammelt und gespeichert.
Nachfolgend werden die Vorgänge zur aufeinanderfolgenden Herausnahme der in den Kondensatoren CT gespeicherten Informationen und zu deren seriellen Ausgabe ausgeführt.
Zuerst wird durch Zufuhr eines Impulses φhrs zu einem Zeitpunkt t&sub7; der Transistor 524 eingeschaltet, wobei die Restladungen in dem Streukondensator der Ausgangsleitung 520 beseitigt werden.
Durch nachfolgende Zufuhr eines Impulses φsh zu einem Zeitpunkt t&sub8; wird die Abtastung jedes Transistors 522 durch das Schieberegister 523 begonnen.
Beim Einschalten eines der Transistoren 522 werden die in dem entsprechenden Kondensator CT angesammelten Ladungen zu der Ausgangsleitung 520 herausgenommen und über den Verstärker 525 von dem Ausgangsanschluß 76 nach außen ausgegeben. Danach wird der Transistor 524 durch den Impuls φhrs unmittelbar eingeschaltet, wobei die Ausgangsleitung 520 freigemacht wird.
Die vorstehend angeführten Signalabrufvorgänge werden zu den Zeitverläufen der Schiebeimpulse φsh mit Bezug auf die Zellen S&sub1; bis Sn aufeinanderfolgend ausgeführt. Die Signale, die für die Zeitdauer von Zeitpunkt t&sub4; zu Zeitpunkt t&sub6; photoelektrisch umgewandelt wurden, und das Dunkelbezugssignal können aufeinanderfolgend ausgegeben werden.
Nachdem alle der in den Kondensatoren CT angesammelten Signale herausgenommen wurden, werden der Ladungsträgerlöschungsvorgang für die Zeitdauer von t&sub1; bis t&sub4;, die Ansammlungs- und Auslesevorgänge für die Zeitdauer von t&sub4; bis t&sub6; und der Signalherausnahmevorgang nach dem Zeitpunkt t&sub7; entsprechend dieser Reihenfolge erneut wiederholt.
Der Auslesevorgang in dem Fall des Impulses φt(B) betrifft den weiter verbesserten Vorgang des Vorgangs in dem Fall von Impuls φt(A).
Das heißt, die Impulse φt werden auf den niedrigen Pegel für die Zeitdauer von t&sub4; bis t&sub5; geschaltet. Somit werden die in dem p-Basisbereich jeder Zelle durch Lichtanregung erzeugten Ladungsträger nicht in dem Kondensator CT sondern in jeder Zelle angesammelt. Die Signale, die in jeder Zelle durch die Impulse φt für die Zeitdauer von t&sub5; bis t&sub6; angesammelt wurden, werden jeweils zu dem Kondensator CT übertragen. Es wurde durch Versuche bestätigt, daß verglichen mit dem Fall φt(A) mit diesem Verfahren das Ausgangssignal um 20 bis 30% verbessert wurde und die Veränderung in der Empfindlichkeit merklich verringert wurde.
Obwohl der Impuls φvrs für die Zeitdauer von t&sub1; bis t&sub3; auf den hohen Pegel geschaltet ist, kann er auf den niedrigen Pegel geschaltet sein. In diesem Fall kann der Strom unterbrochen werden, der entlang der Basis und des Emitters der Zelle für die Zeitdauer von t&sub1; bis t&sub3; fließt. Der Verlust elektrischer Leistung kann wirksam verhindert werden.
Jedes Signal der Zellen S&sub1; bis Sn wird als das Ausgangssignal Vout von dem Anschluß 76 des Verstärkers 525 nach außen seriell ausgegeben.
Bei dem vorstehend beschriebenen Zeilensensor gehen die Ladungsträger nicht zu den angrenzenden Zellen ab, selbst falls starkes Licht eintritt, so daß das unklare Bild bzw. das Schmieren verhindert werden kann.
Fig. 16 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Schalter SW zur Umschaltung der Gatespannung Vg des Transistors Q&sub1;&sub0;&sub0; bereitgestellt.
Zum Beispiel werden in der photoelektrischen Wandlervorrichtung, in der die photoelektrischen Wandlerzellen flächenartig angeordnet sind, zwei Betriebsarten bereitgestellt: die Teilbildansammlungsbetriebsart zur Ausbildung eines Signals einer horizontalen Zeile durch gleichzeitiges Auslesen der Signale der Zellen zweier Zeilen und durch deren Addition, und die Vollbildansammlungsbetriebsart zur Ausbildung eines Signals einer horizontalen Zeile durch Auslesen der Signale der Zellen einer Zeile.
In der Teilbildansammlungsbetriebsart wird am Ende das horizontale Signal auf dem gleichen Pegel erhalten, selbst falls der Signalpegel pro Zelle halb so groß wie der in der Vollbildansammlungsbetriebsart ist. Deshalb ist in diesem Beispiel, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, die Gatespannung Vg in der Teilbildansammlungsbetriebsart auf einen kleineren Wert (auf etwa die Hälfte der in der Vollbildansammlungsbetriebsart) eingestellt. Somit wird die Gatespannung V(B) des Rücksetztransistors 500 ebenfalls auf den niedrigen Wert gelegt, so daß das Potential Vb des p- Basisbereichs 503 die Obergrenze bei einem niedrigen Pegel erreichen kann. Das Auftreten des unklaren Bilds bzw. des Schmierens kann wirksam verhindert werden.
Der Flächensensor kann in einer zu dem Zeilensensor von Fig. 17 analogen Weise ausgebildet sein.
Wie es vorstehend ausführlich beschrieben wurde, ist in der photoelektrischen Wandlervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung das Potential des Steuerungselektrodenbereichs des photoelektrischen Wandlertransistors stets auf einen Wert des konstanten Potentials begrenzt, bevor es das Sättigungspotential erreicht. Deshalb tritt der Abfluß der Ladungsträger nicht auf, der auftreten wird, wenn das Potential des Steuerungselektrodenbereichs das Sättigungspotential erreicht hat. Der Abgang der Ladungsträger zu den angrenzenden Vorrichtungen kann verhindert werden. Deshalb kann beim Bilden eines Flächensensors das Auftreten des unklaren Bilds bzw. des Schmierens durch alleinige Bereitstellung der Ladungsträgerbeseitigungseinrichtung mit einem einfachen Aufbau wirksam verhindert werden.

Claims

1. Photoelektrische Wandlervorrichtung mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Zellen, wobei jede Zelle einen Phototransistor mit einem ersten Hauptelektrodenbereich (504), einem zweiten Hauptelektrodenbereichbereich (501), einer an den ersten Hauptelektrodenbereich angeschlossenen ersten Hauptelektrode (511), einer an den zweiten Hauptelektrodenbereich angeschlossenen zweiten Hauptelektrode und einem Steuerungsbereich (503) aufweist und wobei in dem Phototransistor der Stromfluß zwischen den ersten und zweiten Hauptelektrodenbereichen (504, 501) durch das Potential des Steuerungsbereichs (503) gesteuert ist, wobei die Vorrichtung in Bezug zu jedem Phototransistor zur Ansammlung von Ladungsträgern in dem Steuerungsbereich im Ansprechen auf einfallende Strahlung und zur Bereitstellung eines Ausgangssignals an der ersten Hauptelektrode (511) über den ersten Hauptelektrodenbereich (504) entsprechend dem in dem Steuerungsbereich (503) durch die angesammelten Ladungsträger erzeugten Potential und zur nachfolgenden Auffrischung des Steuerungsbereichs durch Entfernung der angesammelten Ladungsträger aus diesem betreibbar ist, wobei

jede Zelle zudem eine an den Steuerungsbereich (503) und an ein Bezugspotential (VB) angeschlossene Ladungsträgerentfernungseinrichtung (500) aufweist, so daß Überschußladungsträger durch die Ladungsträgerentfernungseinrichtung (500) während der Ansammlung von Ladungsträgern in dem Steuerungsbereich aus dem Steuerungsbereich (503) entfernt werden, falls das Potential des Steuerungsbereichs (503) einen durch das Bezugspotential (VB) bestimmten Pegel übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Steuereinrichtung mit einer ersten Betriebsart, in der Signale von einer Vielzahl von Phototransistorzeilen gleichzeitig gelesen und zur Bereitstellung einer einzelnen Zeile von Ausgangssignalen addiert werden, und mit einer zweiten Betriebsart, in der Signale von einer einzelnen Phototransistorzeile zur Bereitstellung einer einzelnen Zeile von Ausgangssignalen gelesen werden, und eine Auswahleinrichtung (SW) zur Veränderung der Eigenschaften der Ladungsträgerentfernungseinrichtung (500) entsprechend der Auswahl der ersten oder zweiten Betriebsart der Steuereinrichtung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung (SW) den Pegel des Potentials des Steuerungsbereichs verändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung (SW) den Pegel des Bezugspotentials (VB) entsprechend der Betriebsart der Steuereinrichtung verändert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit einer Bezugspotentialerzeugungseinrichtung, die einen Transistor (Q100) mit einem an die Ladungsträgerentfernungseinrichtung (500) und an einen Anschluß eines Widerstands (R3) angeschlossenen ersten Hauptelektrodenbereich aufweist, wobei der andere Anschluß des Widerstands (R3) an einem vorbestimmten Potential angeschlossen ist, so daß der Strom durch den Transistor (Q100) und den Widerstand (R3) das Bezugspotential (VB) bestimmt, wobei der Transistor (Q100) ein Steuerungspotential (Vg) an seinem Steuerungsbereich zur Steuerung des durch diesen fließenden Stroms empfängt, und die Auswahleinrichtung (SW) das Steuerungspotential (Vg) auswählt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgerentfernungseinrichtung ein potentialbegrenzendes Halbleiterelement zum Transport von Überschußladungsträgern aus dem Steuerungsbereich (503) zu einer Ladungsträgerentfernungselektrode (510) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das potentialbegrenzende Halbleiterelement eine Schalteinrichtung (500) aufweist, die zum Transport von Überschußladungsträgern aus dem Steuerungsbereich angeschlossen ist, wenn die Schalteinrichtung leitend ist, wobei die das Bezugspotential empfangene Schalteinrichtung entsprechend der Differenz zwischen dem Bezugspotential und einem an diese von dem Steuerungsbereich angelegten Potential leitend oder nicht leitend ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen weiteren Transistor (500) aufweist und das Bezugspotential (VB) an dessen Steuerungsbereich angelegt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Transistor (500) ein FET ist und das Bezugspotential (VB) an dessen Gate angelegt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugpotential das Potential des Steuerungsbereichs während der Ladungsträgeransammlung auf einem Pegel hält, bei dem der Phototransistor nicht gesättigt ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phototransistor ein bipolarer Transistor ist.