JP2014096669A - 光電変換装置の駆動方法、光電変換装置、光電変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の光電変換装置では、信号保持部が光信号を保持する動作を終えてから、第１の信号出力部の入力ノードの電位のリセットを行っていた。これにより、第１の信号出力部が光信号を出力してから、第１の信号出力部の入力ノードの電位のリセットを行うまでの期間が長くなってしまっていた。
【解決手段】 第１の信号出力部と第２の信号出力部との電気的経路に設けられた第１のスイッチと、第２の信号出力部と信号保持部との電気的経路に設けられた第２のスイッチとを有し、第１のスイッチと第２のスイッチとをそれぞれ導通状態とした後、第２のスイッチが導通状態であり、第１のスイッチが非導通状態であって、第１の信号出力部の入力ノードの電位をリセットすることを特徴とする光電変換装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入射光を光電変換する光電変換装置の駆動方法および光電変換装置、光電変換システムに関する。

入射光を光電変換した信号を出力する光電変換装置が知られている。この光電変換装置の一例として、特許文献１の光電変換装置がある。特許文献１の光電変換装置は、入射光に基づいて電荷を蓄積する光電変換部と、光電変換部の蓄積した電荷が入力ノードに与えられ、入力ノードの電位に基づいて光信号を出力する信号出力部と、光信号を保持する信号保持部と、を有している。信号保持部が光信号を保持する動作を終えてから、信号出力部の入力ノードの電位がリセットされる。

特開２００６−１０９５３０号公報

従来の光電変換装置では、信号保持部に信号出力部が出力する、光信号に基づく信号を保持する動作を終えてから、信号出力部の入力ノードの電位のリセットを行っていた。これにより、信号出力部が信号保持部に光信号を出力してから、信号出力部の入力ノードの電位のリセットを行うまでの期間が長くなってしまっていた。

本発明は上記の課題を解決するために為されたものであり、一の態様は、光電変換部と、前記光電変換部から信号が与えられる入力ノードと、前記入力ノードの電位に基づく信号を出力する第１の信号出力部と、前記第１の信号出力部が出力する信号に基づく信号を出力する第２の信号出力部と、前記第２の信号出力部が出力する信号を保持する信号保持部と、前記第１の信号出力部と前記第２の信号出力部との間の電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第１のスイッチと、前記第２の信号出力部と前記信号保持部との間の電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第２のスイッチと、を有する光電変換装置の駆動方法であって、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとをそれぞれ導通状態とし、前記第２のスイッチの導通状態を維持し、前記第１のスイッチを非導通状態とせしめたまま、前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位をリセットすることを特徴とする光電変換装置の駆動方法である。

また、一の態様は、光電変換部と、前記光電変換部から信号が入力ノードと、前記入力ノードの電位に基づく信号を出力する第１の信号出力部と、前記第１の信号出力部が出力する信号に基づく信号を出力する第２の信号出力部と、前記第２の信号出力部が出力する信号を保持する信号保持部と、前記第１の信号出力部と前記第２の信号出力部との電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第１のスイッチと、前記第２の信号出力部と前記信号保持部との電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第２のスイッチと、を有する光電変換装置であって、前記光電変換装置はさらに制御部を有し、前記制御部は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとをそれぞれ導通状態とし、前記第２のスイッチの導通状態を維持し、前記第１のスイッチを非導通状態とせしめたまま、前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位をリセットすることを特徴とする光電変換装置である。

これにより、例えば、高速に駆動する光電変換装置を提供することができる。

光電変換装置の構成の一例と動作の一例を示した図。 光電変換装置のＭＯＳトランジスタの動作の説明と、ＶＲＥＳ生成回路の構成の一例を示した図。 光電変換装置の構成の他の一例と動作の他の一例を示した図。 光電変換装置の構成の他の一例を示した図。 光電変換装置の動作の他の一例を示した図。 光電変換システムの構成の一例を示した模式図。

［実施例１］
以下、図面を参照しながら本実施例に関わる光電変換装置について説明する。

図１（ａ）は本実施例の光電変換装置の構成の一例を示したものである。図１（ａ）の光電変換装置は、光電変換部１００、ＭＯＳトランジスタ１１０、第１の信号出力部１２０、ＭＯＳトランジスタ１３０、１５０、第２の信号出力部１４０、容量素子１６０を有している。ＭＯＳトランジスタ１３０は本実施例の第１のスイッチである。ＭＯＳトランジスタ１５０は本実施例の第２のスイッチである。容量素子１６０は本実施例の信号保持部である。ＭＯＳトランジスタ１１０の制御ノードには信号ＰＲＥＳが制御部１０から与えられる。ＭＯＳトランジスタ１３０の制御ノードには信号ＰＣＭが制御部１０から与えられる。また、ＭＯＳトランジスタ１５０の制御ノードには信号ＰＴＳが制御部１０から与えられる。光電変換部１００は入射光に基づいて電荷を蓄積する。光電変換部１００で蓄積された電荷は、第１の信号出力部１２０のノードＶ１に与えられる。ノードＶ１は第１の信号出力部１２０の入力ノードである。ＭＯＳトランジスタ１３０を導通状態とすると、ノードＶ１の電位に基づいて第１の信号出力部１２０が出力する信号が、第２の信号出力部１４０の入力ノードＶ２に与えられる。ＭＯＳトランジスタ１５０を導通状態とすると、入力ノードＶ２の電位に基づいて第２の信号出力部１４０が出力する信号がノードＶ３を介して容量素子１６０に与えられる。容量素子１６０の一方のノードはＭＯＳトランジスタ１５０に電気的に接続され、他方のノードはＧＮＤ線１５１に電気的に接続されている。ＭＯＳトランジスタ１１０を導通状態とすると、リセット電圧ＶＲＥＳに基づいてノードＶ１の電位がリセットされる。

次に、図１（ｂ）を参照しながら図１（ａ）に示した光電変換装置の動作について説明する。

図１（ｂ）は信号ＰＣＭ，ＰＴＳ，ＰＲＥＳと、ノードＶ１、Ｖ２、Ｖ３の電位を示したものである。また、図１（ｂ）は光電変換部１００の電荷に基づく信号が出力される動作を示したものである。また電荷はホールとし、各信号出力部は正転出力するものとする。

時刻ｔ０に、信号ＰＲＥＳはＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する）にある。これにより、ノードＶ１の電位がリセットされる。信号ＰＲＥＳをＬｏｗレベル（以下、Ｌレベルと表記する）とすると、光電変換部１００が蓄積した電荷により、ノードＶ１の電位が上昇していく。

時刻ｔ１に、信号ＰＣＭ、ＰＴＳをＨレベルとし、ＭＯＳトランジスタ１３０、１５０を導通状態とする。これにより、第１の信号出力部１２０が出力する光信号が第２の信号出力部１４０を介して容量素子１６０に与えられる。この動作により、ノードＶ２、Ｖ３の電位はともに上昇する。

時刻ｔ２に、信号ＰＣＭをＬレベルとし、ＭＯＳトランジスタ１３０を非導通状態とする。信号ＰＴＳは引き続きＨレベルとしている。つまり、信号ＰＴＳはＨレベルを維持している。これは、第２の信号出力部１４０の出力ノードに容量素子１６０の容量が付与される場合に、ノードＶ２よりもノードＶ３の方が電位の安定に長い時間を要しやすいためである。第２の信号出力部１４０の出力ノードに電気的に接続された容量（本実施例では寄生容量に加えて容量素子１６０の容量）はが第１の信号出力部１２０の出力ノードに電気的に接続された容量（本実施例では寄生容量）よりも大きい。よって、同等の電流で駆動する場合には、ノードＶ２の電位が安定するまでよりも、ノードＶ３の電位が安定するまでの方が時間を要する。ためである。第２の信号出力部１４０の出力ノードに容量素子１６０の容量が付与される場合に、ノードＶ２よりもノードＶ３の方が電位の安定に長い時間を要しやすい。またここで、第１の信号出力部１２０が第２の信号出力部１４０に出力する駆動電流をＩ２、第２の信号出力部１４０の入力容量の容量値をＣ２とする。第２の信号出力部１４０が容量素子１６０に出力する駆動電流をＩ３、容量素子１６０の容量値をＣ３とする。以下の条件が成り立つ時に、ノードＶ２の電位が安定するまでよりも、ノードＶ３の電位が安定するまでの方が時間を要する。Ｃ２／Ｉ２ ＜ Ｃ３／Ｉ３
時刻ｔ３に信号ＰＲＥＳをＨレベルとし、ノードＶ１の電位をリセットする。

時刻ｔ４に信号ＰＴＳをＬレベルとし、ＭＯＳトランジスタ１５０を非導通状態とする。

時刻ｔ５に信号ＰＲＥＳをＬレベルとし、ノードＶ１の電位のリセットを解除する。

本実施例の光電変換装置では、信号ＰＣＭがＬレベル、信号ＰＴＳがＨレベルの期間である時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間に、信号ＰＲＥＳをＨレベルとしてノードＶ１の電位のリセットを開始する。つまり、第１のスイッチと第２のスイッチとをそれぞれ導通状態とした後、第１のスイッチを非導通状態とし、第２のスイッチが導通状態である第１の期間に、第１の信号出力部の入力ノードの電位をリセットする。

従来の光電変換装置では、信号ＰＴＳをＨレベルからＬレベルにしてから、信号ＰＲＥＳをＨレベルとしていた。本実施例では、第１の期間に入力ノードの電位をリセットする。これにより、第１の信号出力部が光信号を出力してから、第１の信号出力部の電位のリセットを行うまでの期間を短縮し、従来の光電変換装置よりも高速に駆動する光電変換装置を実現できる。

さらに、本実施例では、第１のスイッチと第２のスイッチとを同時に導通状態としている第２の期間の時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間の後、第１の期間を設けている。これにより、信号ＰＣＭをＬレベルとしてから信号ＰＴＳをＨレベルとする場合に比して、信号ＰＣＭをＨレベルとしてから信号ＰＴＳをＬレベルとするまでの時間を短縮できる。

次に、信号ＰＴＳをＨレベルからＬレベルとする、時刻ｔ４のタイミングについて説明する。

時刻ｔ３に信号ＰＲＥＳをＨレベルとしている。これにより、ＭＯＳトランジスタ１１０のソース・ドレイン間の電圧は時間と共に低下していく。尚、ＭＯＳトランジスタ１１０のソースは、光電変換部１００に電気的に接続された主ノードである。また、ＭＯＳトランジスタ１１０のドレインは、リセット電圧ＶＲＥＳが与えられる主ノードである。信号ＰＲＥＳをＨレベルとした後、ＭＯＳトランジスタ１１０は飽和領域から線形領域の動作に移行する。このＭＯＳトランジスタ１１０が線形領域の動作に入ってから信号ＰＴＳをＬレベルとすることが好ましい。理由を以下に説明する。 ノードＶ１の時刻ｔ３付近の電位変化の一例を図２（ａ）に示す。図２（ａ）の横軸に示した時間では、１０のｎ乗を、Ｅ（ｎ）として表している。例えば、５．０Ｅ（−７）は、１０の−７乗に５．０を掛けた値を示している。時刻１．０Ｅ（−７）に信号ＰＲＥＳをＨレベルとしている。つまり、図１（ｂ）の時刻ｔ３に対応する。また、図２（ａ）ではリセット電圧ＶＲＥＳは１．５Ｖ、リセット直前のノードＶ１の電位を３．３Ｖとしている。

信号ＰＲＥＳをＨレベルとした直後、ノードＶ１の電位は急峻に下がるが、１．８Ｖを下回った付近から単位時間当たりの電位の下がり幅が減少している。これは、ＭＯＳトランジスタ１１０が飽和領域から線形領域の動作に移行した結果、ＭＯＳトランジスタ１１０を流れる電流値が低下するためである。

飽和領域における一般的なＭＯＳトランジスタのドレイン電流の式を（１）式に示す。

ここで、Ｖ_ｔｈはＭＯＳトランジスタの閾値電圧であり、また、βは次の（２）式の通りである。

ここで、μ_０はキャリアの移動度、Ｃ_ｏｘはＭＯＳＦＥＴの単位面積当たりのゲート容量、ＷはＭＯＳトランジスタのゲート幅、ＬはＭＯＳトランジスタのゲート長である。

次に、線形領域における近似的なＭＯＳトランジスタのドレイン電流の式を（３）式に示す。

また、一般的に以下の（４）式の条件を満たす場合が飽和領域、満たさない場合が線形領域となる。

図２（ａ）において、リセット開始直前のノードＶ１の電位は３．３Ｖであり、ＭＯＳトランジスタ１１０のＶｄｓが大きく（４）式を満たす。よって、ＭＯＳトランジスタ１１０を流れる電流は（１）式で決まりＭＯＳトランジスタ１１０のＶｄｓに依存しない。しかし、ノードＶ１の電位が低下し（４）式を満たさなくなるとＭＯＳトランジスタ１１０は線形領域に入り、その電流値は（３）式のようになる。その結果、ＭＯＳトランジスタ１１０のソース・ドレイン間の電圧Ｖｄｓが低下するほど、すなわちノードＶ１の電位がリセット電圧ＶＲＥＳ（１．５Ｖ）に近づくほどＭＯＳトランジスタ１１０の電流は低下する。よって、ノードＶ１の電位がリセット電圧ＶＲＥＳに近づくにつれて、ノードＶ１の単位時間当たりの電位の下がり幅は小さくなる。（４）式を満たさない場合とは、ＭＯＳトランジスタ１１０の一方の主ノードと他方の主ノード間の電圧の絶対値が、ＭＯＳトランジスタ１１０の制御ノードと一方の主ノード間の電圧とＭＯＳトランジスタ１１０の閾値電圧との差の絶対値未満となる場合である。

図２（ｂ）に、リセット電圧ＶＲＥＳを生成するＶＲＥＳ生成回路の一例を示す。図２（ｂ）のＶＲＥＳ生成回路１７２では、時刻ｔ３の信号ＰＲＥＳをＨレベルとし、ＭＯＳトランジスタ１１０が飽和領域で動作する期間は、ＭＯＳトランジスタ１６９を介してＧＮＤ線１５１に大きな電流が流れる。これによりＧＮＤ線１５１の電位が変動する。このＧＮＤ線１５１は、容量素子１６０に電気的に接続されているため、ＧＮＤ線１５１の電位変動により、容量素子１６０の保持する信号が変動する。従って、ＭＯＳトランジスタ１６９を介してＧＮＤ線１５１に流れる電流が減少してから、信号ＰＴＳをＬレベルとして容量素子１６０に光信号に基づく信号を保持させる動作を終了することが好ましい。ＭＯＳトランジスタ１１０が線形領域の動作となった後は、ＭＯＳトランジスタ１６９を介してＧＮＤ線１５１に流れる電流は減少する。よって、ＭＯＳトランジスタ１１０が飽和領域から線形領域の動作に移行してから、信号ＰＴＳをＬレベルとすることが好ましい。

ここで、ある一般的なケースについて、ＭＯＳトランジスタ１１０が線形領域に入るまでに要する時間の概算を行う。図２（ａ）においてＭＯＳトランジスタ１１０が線形領域に入るのに必要なノードＶ１の電位の低下量ΔＶはおよそ１．５Ｖである。ノードＶ１に付随する容量Ｃを７ｆＦとする。図２（ｂ）のＶＲＥＳ生成回路１７２のＭＯＳトランジスタ１６８とＭＯＳトランジスタ１６９の間の電気的経路に設けられたＶＲＥＳ出力端子からＭＯＳトランジスタ１６９に流れ込む電流Ｉを１００μＡとする。該ＶＲＥＳ生成回路１７２で駆動される光電変換装置の数Ｎを１０００とする。この場合、ＭＯＳトランジスタ１１０が線形領域に達するのに要する時間は、Ｃ×ΔＶ×Ｎ／Ｉで決まり、およそ０．１μＳｅｃとなる。

尚、ＭＯＳトランジスタ１１０が線形領域の動作となってから信号ＰＴＳをＨレベルからＬレベルとする動作については、ＭＯＳトランジスタ１６９と容量素子１６０が共通のＧＮＤ線１５１に電気的に接続されている場合に好適である。他の形態として、ＭＯＳトランジスタ１６９に電気的に接続されたＧＮＤ線と、容量素子１６０に電気的に接続されたＧＮＤ線とを独立のものとしても良い。この形態の場合には、信号ＰＴＳをＨレベルからＬレベルとするタイミングはＭＯＳトランジスタ１１０の動作状態に依らず設定しても良い。

一方、図１（ａ）において光電変換部が入射光に基づいてホールではなく電子を出力する場合を説明する。この場合、ＭＯＳトランジスタ１１０を導通状態としてノードＶ１の電位のリセットを行う際にＶＲＥＳ生成回路１７２ではＧＮＤ線からではなく、電源電圧からＭＯＳトランジスタ１６８を介してＭＯＳトランジスタ１１０に電流が流れる。よって、ＧＮＤ線１５１の電位の変動が生じにくいため、ＭＯＳトランジスタ１６９と容量素子１６０が共通のＧＮＤ線１５１に電気的に接続されていても、ＭＯＳトランジスタ１１０を導通状態とした際の容量素子１６０の保持する信号の変動が生じにくい。

尚、本実施例では、信号ＰＣＭと信号ＰＴＳとを共にＨレベルとする時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間を有していた。他の形態として、先に信号ＰＣＭをＨレベルとしてＬレベルとする。その後、信号ＰＴＳをＨレベルとする。この信号ＰＴＳをＨレベルとしている期間に、信号ＰＲＥＳをＨレベルとする形態であっても良い。

［実施例２］
本実施例に関わる光電変換装置を、図面を参照しながら実施例１とは異なる点を中心に説明する。

図３（ａ）は本実施例の光電変換装置の構成を示したものである。

第１の信号出力部１２０は、ＭＯＳトランジスタ１７０、電流源１８０を有している。第２の信号出力部１４０は、ＭＯＳトランジスタ２００、電流源２１０を有している。さらに、本実施例の光電変換装置は、第２の信号保持部である容量素子２３０を有している。容量素子２３０の一方のノードはノードＶ４を介してＭＯＳトランジスタ２２０に電気的に接続され、他方のノードはＧＮＤ線１５１に電気的に接続されている。ＭＯＳトランジスタ２２０の制御ノードには信号ＰＴＮが与えられる。また、本実施例の光電変換装置は、容量素子１９０がＭＯＳトランジスタ１３０とＭＯＳトランジスタ２００との間の電気的経路に設けられている。容量素子１９０は、第２の容量素子である。第２の容量素子は、第１のスイッチであるＭＯＳトランジスタ１３０と、第２の信号出力部１４０が有するＭＯＳトランジスタ２００との間の電気的経路に設けられている。容量素子１６０が保持した信号が信号Ｓｏｕｔとして光電変換装置から出力される。また、容量素子２３０が保持した信号が信号Ｎｏｕｔとして光電変換装置から出力される。信号ＰＳＲＥＳをＨレベルとすると、ＭＯＳトランジスタ２４０がノードＶ３の電位がリセットされる。また、信号ＰＮＲＥＳをＨレベルとすると、ＭＯＳトランジスタ２５０が導通状態とし、ノードＶ４の電位がリセットされる。

次に、図３（ｂ）を参照しながら本実施例の光電変換装置の動作について説明する。

時刻ｔ１０以前では、信号ＰＲＥＳ、ＰＣＭがＨレベルであり、ノードＶ１、Ｖ２の電位がリセットされている。つまり、光電変換部１００の電荷と、容量素子１９０の信号がリセットされている。時刻ｔ１０に、信号ＰＲＥＳをＬレベルとする。

時刻ｔ１１に、信号ＰＣＭをＬレベルとする。容量素子１９０はこの時刻ｔ１１における第１の信号出力部１２０が出力する信号を保持する。この信号は、第１の信号出力部が出力するノイズ信号である。

時刻ｔ１２に、信号ＰＮＲＥＳをＨレベルとする。これにより、ノードＶ４の電位がリセットされる。

時刻ｔ１３に、信号ＰＮＲＥＳをＬレベルとし、信号ＰＴＮをＨレベルとする。これにより、ＭＯＳトランジスタ２２０が導通状態となる。よって、時刻ｔ１１に容量素子１９０が保持したノイズ信号が第２の信号出力部１４０を介して容量素子２３０に与えられる。信号ＰＴＮをＬレベルとする時刻ｔ１５に容量素子１９０が保持した信号は、ノイズ信号に基づく信号である。

時刻ｔ１４に、信号ＰＳＲＥＳをＨレベルとする。これにより、ノードＶ３の電位がリセットされる。

時刻ｔ１６に信号ＰＣＭ、ＰＴＳをＨレベルとする。これにより、光電変換部１００が蓄積した電荷に基づいて第１の信号出力部１２０が出力する光信号が、ＭＯＳトランジスタ１３０、第２の信号出力部１４０、ＭＯＳトランジスタ１５０を介して容量素子１６０に与えられる。

時刻ｔ１７に信号ＰＣＭをＬレベルとしてから、時刻ｔ１８に信号ＰＲＥＳをＨレベルとする。これにより、ノードＶ１の電位がリセットされる。

時刻ｔ１９に信号ＰＴＳをＬレベルとし、光信号の容量素子１６０への出力を終了する。

時刻ｔ２０に信号ＰＣＭをＨレベルとする。信号ＰＲＥＳはＨレベルであるため、時刻ｔ１０と同様に、ノードＶ１、Ｖ２の電位がリセットされる。

時刻ｔ２１に信号ＰＲＥＳをＬレベルとしてから、時刻ｔ２２に信号ＰＣＭをＬレベルとする。

本実施例の光電変換装置においても、第１の期間である時刻ｔ１７から時刻ｔ１９までの期間に入力ノードの電位のリセットを開始する。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

さらに本実施例の光電変換装置では、容量素子１６０が光信号に基づく信号を保持し、容量素子２３０がノイズ信号に基づく信号を保持している。よって、容量素子１６０が保持した信号から容量素子２３０が保持した信号を差し引くことにより、ノイズ成分を差し引いた信号を得ることができる。よって、光電変換装置が出力する信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。

［実施例３］
本実施例に関わる光電変換装置を、図面を参照しながら説明する。

図４に本実施例の光電変換装置の構成の一例を示す。

本実施例の光電変換装置は、光電変換部１０１、転送ＭＯＳトランジスタ２５１、リセットＭＯＳトランジスタ１１１、増幅ＭＯＳトランジスタ１７１を有する画素２４５が２次元状に複数設けられている。転送ＭＯＳトランジスタ２５１、リセットＭＯＳトランジスタ１１１のそれぞれの制御ノードは垂直シフトレジスタ２５５に電気的に接続されている。転送ＭＯＳトランジスタ２５１の制御ノードには信号ＲＥＡＤが垂直シフトレジスタ２５５から与えられる。リセットＭＯＳトランジスタ１１１の制御ノードには信号ＰＲＥＳが垂直シフトレジスタ２５５から与えられる。尚、本実施例では、ｎ行目の画素２４５に与えられる信号を、信号の末尾に（ｎ）として表す。例えば、１行目の画素２４５に与えられる信号ＰＲＥＳを表す場合には、ＰＲＥＳ（１）として表す。垂直シフトレジスタ２５５は、制御部１０から与えられる制御信号に基づいて、画素２４５を行ごとに順次走査する。

本実施例の増幅ＭＯＳトランジスタ１７１の制御ノードはノードＦＤに電気的に接続されている。リセットＭＯＳトランジスタ１１１を導通状態として、リセット電圧ＶＲＥＳに基づいてノードＦＤの電位をリセットする。

本実施例の第１のスイッチはＭＯＳトランジスタ３９０である。また、本実施例の第２のスイッチはＭＯＳトランジスタ３２０である。本実施例の信号保持部は容量素子３６０である。本実施例の第２の容量素子は、容量素子４２０である。本実施例の第１の信号出力部１２０は差動アンプ３８０である。本実施例の第２の信号出力部１４０は、容量素子４１０である。本実施例の信号保持部は容量素子３６０である。

次に、図５を参照しながら図４に示した光電変換装置の動作について説明する。図５では各信号のレベルと、リセット電圧ＶＲＥＳ、ノードＦＤの電位を示している。

時刻ｔ０では、リセット電圧ＶＲＥＳ（１）はＨレベルとしている。このＨレベルのリセット電圧ＶＲＥＳを第１のリセット電圧と表記する。Ｌレベルのリセット電圧ＶＲＥＳを第２のリセット電圧と表記する。１行目の画素２４５以外の、２行目の画素２４５、３行目の画素２４５のノードＦＤ（２）、ＦＤ（３）は第２のリセット電圧に基づく電位にリセットされている。これにより、垂直信号線１７３に１行目の画素２４５の信号が現れるようにしている。

本実施例の光電変換装置では、時刻ｔ６に信号ＰＴＳ１をＨレベルとし、時刻ｔ７に信号ＰＴＳ１をＬレベルとする。そして、時刻ｔ１０に信号ＰＴＳ２をＨレベルとし、信号ＰＴＳ２をＬレベルとする前の時刻ｔ１１に信号ＰＲＥＳ（２）をＨレベルとする。これにより、２行目の画素２４５の入力ノードの電位が第１のリセット電圧に基づく電位にリセットされる。その後、時刻ｔ１２に信号ＰＴＳ２をＬレベルとする。

つまり、第１のスイッチと第２のスイッチとをそれぞれ時刻ｔ１０までに導通状態とした後、第１のスイッチを非導通状態とし、第２のスイッチを導通状態としている第１の期間の時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの期間に、第１の信号出力部の入力ノードの電位をリセットする。これにより、時刻ｔ１２の後に第２の画素の入力ノードの電位をリセットする場合に比して、信号ＰＴＳ２をＨレベルとしてから、信号ＰＲＥＳ（２）をＨレベルとするまでの期間を短縮することができる。よって、複数行の画素２４５の垂直走査に要する期間を短縮することができる。これにより、高速に動作する光電変換装置を提供することができる。

また、本実施例では、信号ＰＴＳ１をＨレベルからＬレベルにした後、信号ＰＴＳ２をＬレベルからＨレベルにしていた。他の形態として、信号ＰＴＳ１と信号ＰＴＳ２を共に時刻ｔ６でＨレベルとした後、信号ＰＴＳ１をＬレベルとする。信号ＰＴＳ２を引き続きＨレベルとしている期間に、２行目の画素２４５の入力ノードの電位を第１のリセット電圧に基づく電位にリセットする形態であっても良い。この形態であっても、複数行の画素２４５の垂直走査期間を短縮できる。また、１行目の画素２４５の入力ノードの電位を第２のリセット電圧に基づく電位にリセットする形態であっても良い。これにより、信号ＰＴＳ２をＬレベルとした後に、１行目の画素２４５の入力ノードを第２のリセット電圧に基づく電位にリセットする形態がある。この形態よりも早く垂直信号線１７３の電位を、全画素の入力ノードが第２のリセット電圧に基づく電位にリセットされている状態での電位とすることができる。また、第１の期間に、１行目の画素２４５の入力ノードを第２のリセット電圧に基づく電位にリセットし、２行目の画素２４５の入力ノードを第１のリセット電圧に基づく電位にリセットする形態であっても良い。つまり、第１のスイッチと第２のスイッチとを共に導通状態とする第２の期間の後、第１の期間に、第１の画素と第２の画素の少なくとも一方の入力ノードの電位をリセットする形態であっても良い。

実施例３、４の光電変換装置では、画素２４５にソースフォロワ回路を設けて光信号を出力する形態とした。ソースフォロワ回路の代わりに、ソース接地回路やオペアンプを用いても良い。

また、本実施例の光電変換装置では、画素２４５が複数行、複数列配された構成としていたが、この構成に限られるものではない。例えば、１つの信号処理回路に対し、複数の画素２４５が信号を出力する形態であっても良い。

また、本明細書では、第１のスイッチ、第２のスイッチとしてＭＯＳトランジスタを用いる形態を説明したが、電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替えられる回路であればよい。

［実施例４］
本実施例では、実施例１〜３の光電変換装置を用いた光電変換システムについて説明する。

図６（ａ）は、実施例１、実施例２の光電変換装置を測光装置１５１１として用いた光電変換システムである。

図６（ａ）において、光電変換システムはレンズの保護のためのバリア１５１２、被写体の光学像を撮像装置１５４に結像させるレンズ１５２、レンズ１５２を通った光量を可変にするための絞り１５３を有する。さらに光電変換システムは、撮像装置１５４より出力される信号の処理を行う出力信号処理部１５５を有する。撮像装置１５４から出力される信号は、被写体を撮影した画像を生成するための撮像信号である。出力信号処理部１５５は撮像装置１５４から出力される撮像信号を必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像を生成する。レンズ１５２、絞り１５３は撮像装置１５４に光を集光する光学系である。また、光学系が集光した光は、測光装置１５１１にも与えられる。

図６（ａ）に例示した光電変換システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５６、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５７を有する。さらに光電変換システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５９、記録媒体１５９に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部１５８を有する。さらに光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１５１０を有する。

そして、図６（ａ）に例示した光電変換システムは測光装置１５１１を有する。測光装置１５１１は、全体制御・演算部１５１０から出力される信号に基づいて動作する。測光装置１５１１から、全体制御・演算部１５１０に測光データが出力される。全体制御・演算部１５１０は、測光装置１５１１から出力された測光データに基づいて、撮像装置１５４の露光量を決定する。この露光量とは、撮像装置１５４のシャッターを開いている期間、絞り１５２の絞り量、撮像装置１５４の感度等を指す。

図６（ａ）に示した光電変換システムが有する測光装置１５１１は、実施例１、実施例２で述べた形態とすることができる。これにより、図６（ａ）の光電変換システムの測光装置１５１１においても、実施例１、実施例２で述べた効果を得ることができる。

図６（ｂ）は、実施例３の光電変換装置を撮像装置１５４として用いた光電変換システムである。図６（ａ）に示したものと同じ機能を有するものについては、図６（ａ）で付した符号と同じ符号を図６（ｂ）にも付している。図６（ｂ）に示した光電変換システムが有する撮像装置１５４は、実施例３で述べた形態とすることができる。これにより、図６（ｂ）の光電変換システムの撮像装置１５４においても、実施例３で述べた効果を得ることができる。

１００、１０１ 光電変換部
１１０ ＭＯＳトランジスタ
１２０ 第１の信号出力部
１３０ ＭＯＳトランジスタ（第１のスイッチ）
１４０ 第２の信号出力部
１５０ ＭＯＳトランジスタ（第２のスイッチ）
１６０ 容量素子（信号保持部）

Claims (11)

1. 光電変換部と、
   前記光電変換部から信号が与えられる入力ノードと、
   前記入力ノードの電位に基づく信号を出力する第１の信号出力部と、
   前記第１の信号出力部が出力する信号に基づく信号を出力する第２の信号出力部と、
   前記第２の信号出力部が出力する信号を保持する信号保持部と、
   前記第１の信号出力部と前記第２の信号出力部との間の電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第１のスイッチと、
   前記第２の信号出力部と前記信号保持部との間の電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第２のスイッチと、を有する光電変換装置の駆動方法であって、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとをそれぞれ導通状態とし、
   前記第２のスイッチの導通状態を維持し、前記第１のスイッチを非導通状態とせしめたまま、前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位をリセットすることを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
2. 前記光電変換装置はさらにＭＯＳトランジスタを有し、
   前記ＭＯＳトランジスタの一方の主ノードは前記第１の信号出力部の前記入力ノードに電気的に接続され、他方の主ノードは前記光電変換部をリセットするための電位が与えられ、
   前記ＭＯＳトランジスタを導通状態として前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位の前記リセットを開始して前記ＭＯＳトランジスタを線形領域での動作としてから、前記第２のスイッチを導通状態から非導通状態にすることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の駆動方法。
3. 前記ＭＯＳトランジスタを導通状態として前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位の前記リセットを開始し、
   前記ＭＯＳトランジスタの前記一方の主ノードと前記他方の主ノード間の電圧の絶対値が、前記ＭＯＳトランジスタの制御ノードと前記一方の主ノード間の電圧と前記ＭＯＳトランジスタの閾値電圧との差の絶対値未満となってから前記第２のスイッチを導通状態から非導通状態にすることを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置の駆動方法。
4. 前記光電変換装置はさらに、
   前記第１のスイッチと前記第２の信号出力部との間の電気的経路に、第２の容量素子を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換装置の駆動方法。
5. 前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位をリセットして前記第１の信号出力部にノイズ信号を出力させ、
   さらに、前記第１のスイッチを導通状態として、前記第２の容量素子に前記ノイズ信号を保持させることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置の駆動方法。
6. 前記第１のスイッチを導通状態として、前記第１の信号出力部から前記第２の容量素子に前記入力ノードの電位に基づく信号を出力させて前記第２の容量素子に信号を保持させた後、前記第１のスイッチを非導通状態とし、前記第２のスイッチを導通状態として、前記第２の容量素子から前記信号保持部に、前記第２の容量素子の保持した信号を出力させることを特徴とする請求項４または５に記載の光電変換装置の駆動方法。
7. 前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとをそれぞれ前記導通状態とする動作を、前記第１のスイッチが導通状態である期間と、前記第２のスイッチが導通状態である期間とを重ねて行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電変換装置の駆動方法。
8. 前記第１の信号出力部が増幅ＭＯＳトランジスタであり、
   前記入力ノードが前記増幅ＭＯＳトランジスタの制御ノードであり、
   前記光電変換装置は、前記光電変換部と、前記増幅ＭＯＳトランジスタと、をそれぞれが含む第１の画素と第２の画素とを有し、
   前記第１の画素と前記第２の画素の各々の前記第１の信号出力部が、前記第１のスイッチに電気的に接続され、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとをそれぞれ前記導通状態として、前記第１の画素の前記第１の信号出力部から前記第２の信号出力部に信号を出力させた後、
   前記第２の画素の前記入力ノードの電位のリセットを行い、
   前記第２の画素の前記入力ノードの電位の前記リセットを行った後、前記第２の画素の前記第１の信号出力部から前記第２の信号出力部に信号を出力させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光電変換装置の駆動方法。
9. 光電変換部と、
   前記光電変換部から信号が入力ノードと、
   前記入力ノードの電位に基づく信号を出力する第１の信号出力部と、
   前記第１の信号出力部が出力する信号に基づく信号を出力する第２の信号出力部と、
   前記第２の信号出力部が出力する信号を保持する信号保持部と、
   前記第１の信号出力部と前記第２の信号出力部との電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第１のスイッチと、
   前記第２の信号出力部と前記信号保持部との電気的経路の導通状態、非導通状態を切り替える第２のスイッチと、を有する光電変換装置であって、
   前記光電変換装置はさらに制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとをそれぞれ導通状態とし、
   前記第２のスイッチの導通状態を維持し、前記第１のスイッチを非導通状態とせしめたまま、前記第１の信号出力部の前記入力ノードの電位をリセットすることを特徴とする光電変換装置。
10. 請求項９に記載の光電変換装置と、
    信号処理部と、
    を有し、
    前記光電変換装置が、被写体を撮影した画像を生成するための撮像信号を出力し、
    前記信号処理部が、前記撮像信号に基づいて画像を生成する信号処理部であることを特徴とする光電変換システム。
11. 請求項９に記載の光電変換装置と、
    被写体を撮影した画像を生成するための撮像信号を出力する撮像装置と、
    信号処理部と、
    を有し、
    前記信号処理部が、前記光電変換装置が前記信号処理部に出力する信号に基づいて、前記撮像装置の露光量を設定する信号処理部であることを特徴とする光電変換システム。

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