JP2669462B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光電変換素子からの信号を蓄積する蓄積手段
を有する光電変換装置に係り、特に暗信号のバラツキや
駆動ノイズ等の不要成分を除去することを企図した光電
変換装置に関する。 〔従来技術〕 第６図は、従来の光電変換装置の一例を示す概略的構
成図である。 同図において、光センサS₁〜S_nからの読出信号は蓄積
用コンデンサC₁〜C_nに蓄積される。そして走査回路101
の動作タイミングに従ってトランジスタQ_h1〜Q_hnが順次
ON状態になることで、各読出信号は順次出力ライン102
に現われ、アンプ103を通して外部へ出力される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このような従来例では、光センサの暗
信号や駆動ノイズ等の不要成分が読出信号に含まれて出
力されるという問題点を有していた。 ここで駆動ノイズとは、光センサを駆動して信号を読
出す時に発生するノイズであり、素子形状等の製造上の
バラツキに起因するノイズや素子分離等に起因し光照射
量に依存するスミア等をいう。 また、暗信号とは光センサの暗電流であるが、そのバ
ラツキは光センサの蓄積時間および温度に大きく依存し
ている。 このような駆動ノイズや暗信号等の不要信号は、特に
低照度撮像時に問題となる。低照度撮像時においては撮
像による情報信号レベルが低くなるために、結果的にSN
比が低下し、画質を劣化させるからである。したがっ
て、画質を改善するためには、上記不要信号を低減させ
ることが必要となる。 しかしながら、上述したように、暗信号は温度や蓄積
時間の依存性が大きく、駆動ノイズはその依存性が小さ
いために、これら不要信号を除去しようとうれば、両信
号を分離して補正係数を定めることが必要となり、その
ためには多大のメモリを必要とする。その結果、信号処
理の複雑化、コストの上昇、撮像装置の大型化という問
題を生じさせていた。また、本出願人は先に特願昭61−
229625号等において、これらを改善した装置を提案した
が、本発明はこれらをさらに改良したものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明による光電変換装置は、 光電変換素子（Ｓ）と、第１、第２の蓄積手段（C1,C
2）と、前記光電変換素子の出力端と前記第１、第２の
蓄積手段の第１の端の間に設けられた第１のスイッチ
（Q1）と、前記第１の蓄積手段の第２の端と所定の電位
の間に設けられた第２のスイッチ（Q2）と、前記光電変
換素子の出力端と前記所定の電位の間に設けられた第３
のスイッチ（Qr）と、前記第１、第２のスイッチをオン
し第３のスイッチをオフした状態で前記光電変換素子の
読出信号を前記第１の蓄積手段に蓄積する第１の状態
と、その後前記光電変換素子をリフレッシュすると共に
前記第１、第３のスイッチをオンし前記第２のスイッチ
をオフする第２の状態と、その後前記第１のスイッチを
オンし前記第２、第３のスイッチをオフした状態で前記
光電変換素子の残存信号を前記第２の蓄積手段に蓄積す
る第３の状態と、その後前記第１、第２の蓄積手段の第
１の端を浮遊状態として前記第１の蓄積手段の第２の端
から信号を読出す第４の状態とを順次形成する制御手段
と、を有することを特徴とする。 〔作用〕 このように、まず光電変換素子及び第１、第２の蓄積
手段をクリアしておき、第１の状態（後述の期間T2）で
光電変換素子の読出し出力を第１、第２の蓄積手段に蓄
積し、第２の状態で光電変換素子と第２の蓄積手段をリ
フレッシュし、第３の状態で光電変換素子の残存信号が
第２の蓄積手段に蓄積され、第４の状態（後述の期間T
5）で第１乃至第３のスイッチをオフとして第１、第２
の蓄積手段の第１の端を浮遊状態とするとともに第１、
第２の蓄積手段の直列信号を読み出すことにより、光電
変換素子の暗信号や駆動ノイズ等の不要成分を読出信号
から除去することができ、しかも出力線を１つとするこ
とにより、高画質で回路構成及び装置の小型化を可能と
している。 〔実施例〕 第１図は、本発明による光電変換装置の一実施例の基
本構成を説明するための回路図である。 第１図において、光電変換セルＳのエミッタ電極は、
垂直ラインVLに接続され、トランジスタQ_rを介して接地
されている。また、垂直ラインVLは、トランジスタQ₁を
介して蓄積用コンデンサC₁およびC₂にそれぞれ接続さ
れ、コンデンサC₁はさらにトランジスタQ₂を介して接地
されている。コンデンサC₁とトランジスタQ₂の接続中点
には、トランジスタQ_hを介して出力ラインHLが接続され
ている。 また、トラジスタQ₁のゲート電極にはパルスφ_１が印
加され、トランジスタQ₂のゲート電極にはパルスφ_２が
印加されている。さらに、トランジスタQ_rのゲート電極
にはパルスφ_ｒが印加され、光電変換セルＳのキャパシ
タ電極には読出しおよびリフレッシュ駆動用パルスφ_ｄ
が印加されている。また、トランジスタQ_hのゲート電極
には、パルスφ_ｈが印加されている。 なお、光電変換セルＳについては、本出願人が先に出
願した特開昭60−12759号公報に詳細に開示されている
ので、ここでの説明は省略する。 次に、動作を説明する。 第２図は、第１図に示す回路の動作を説明するための
タイミングチャートである。 まず、パルスφ₁,φ_２およびφ_ｒによってトランジス
タQ₁,Q₂およびQ_rをオン状態にし、コンデンサC₁およびC
₂をクリアする（期間T₁）。 つづいて、パルスφ_１およびφ_２によってトランジス
タQ₁およびQ_rをオン状態にし、パルスφ_ｄを光電変換セ
ルＳのキャパシタ電極に印加することで、光電変換セル
Ｓの読出信号がコンデンサC₁およびC₂に蓄積される（期
間T₂）。 つづいて、パルスφ_１およびφ_ｒによってトランジス
タQ₁およびQ₂をオン状態にし、コンデンサC₂をクリアす
るとともに、パルスφ_ｄをキャパシタ電極に印加するこ
とで光電変換セルＳのリフレッシュ動作が行われる（期
間T₃）。 リフレッシュ動作が終了すると、パルスφ_１によりト
ランジスタQ₁をオン状態にし、パルスφ_ｄをキャパシタ
電極に印加することで、光電変換セルＳの残存信号がコ
ンデンサC₂に蓄積される（期間T₄）。 こうして、コンデンサC₁およびC₂に読出信号および残
存信号が蓄積されると、パルスφ_ｈによってトランジス
タQ_hをオン状態にし、コンデンサC₁およびC₂の直列回路
に蓄積された電荷を出力ラインHLに出力する（期間
T₅）。 第３図は、このときのコンデンサC₁およびC₂の電荷蓄
積状態を示す図で、スイッチSWはトランジスタQ_h、コン
デンサC₃は出力ラインHLのライン容量である。 第３図（Ａ）は、期間T₄直後の状態を示しており、コ
ンデンサC₁の両極板には、−C_T（V_S＋V_N）,C_T（V_S＋
V_N）の電荷が蓄積され、コンデンサC₂の両極板には、C_N
V_N,−C_NV_Nの電荷が蓄積されている。なお、コンデンサC
₃はクリアされている。ここで、C_T,C_NおよびC_Hはコンデ
ンサC₁,C₂およびC₃の容量を示し、V_SおよびV_Nは、光電
変換セルＳから読出した情報信号および不要信号の電圧
を示している。 第３図（Ｂ）は、期間T₅の状態を示し、コンデンサC₃
の電荷をＱとすると、次の電圧式が成立する。 ゆえに、 Ｑ＝−C_TOTV_S となる。したがって、コンデンサC₃の両端電圧、すなわ
ち出力ラインHLに現われる出力信号S_outは、 となる。 したがって、出力信号S_outは、光電変換セルＳの読出
信号から不要信号を除去した情報信号のみであることが
分る。 このように、信号S_outは暗信号や駆動ノイズ等の不要
成分および残像成分が除去された信号であり、入射光の
照度に正確に対応したものとなっている。特に、低照度
側での不要成分除去が効果的であり、画質向上に寄与し
ている。 第４図は、本実施例の回路図である。 本実施例は、第１図に示す回路がｎ個配列された構成
となっている。 同図において、光電変換セルS₁〜S_nのエミッタ電極
は、垂直ラインVL₁〜VL_nに各々接続され、各垂直ライン
には第１図と同様の回路が接続されている。各垂直ライ
ンのトランジスタQ_rのゲート電極は共通に接続され、パ
ルスφ_ｒが印加される。また、各トランジスタQ₁のゲー
ト電極および各トランジスタQ₂のゲート電極もそれぞれ
共通に接続され、それぞれパルスφ_１およびφ_２が印加
される。 各光電変換セルに対応するトランジスタQ_hのゲート電
極は、ともに走査回路１の並列出力端子に接続され、そ
れぞれパルスφ_h1〜φ_hnが印加される。また、各トラン
ジスタQ_hは、出力ラインHLに接続され、出力ラインHLは
アンプ２に接続されるとともに、トランジスタQ_hrを介
して接地されている。トランジスタQ_hrのゲート電極に
はリセットパルスφ_hrが印加される。 このような構成を有する本実施例の動作を第５図を参
照して簡単に説明する。 第５図は、本実施例の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。 すでに説明したように、期間T₁において各光電変換セ
ルに対応するコンデンサC₁およびC₂をクリアし、期間T₂
において各コンデンサC₁およびC₂に各光電変換セルの読
出信号を蓄積する。続いて、期間T₃においてコンデンサ
C₂をクリアするとともに各光電変換セルをリフレッシュ
し、期間T₄においてリフレッシュ後の各光電変換セルの
残存信号を各コンデンサC₂に蓄積する。 こうして各光電変換セルの読出し信号および残存信号
を蓄積した後、期間T₅において走査回路１からパルスφ
_h1がトランジスタQ_hのゲート電極に印加され、前述した
ように、コンデンサC₁およびC₂の接続状態によりコンデ
ンサC₁に蓄積された光電変換セルS₁の読出信号からコン
デンサC₂に蓄積された残存信号を差し引いた信号が情報
信号として出力ラインHLに現われ、アンプ２を経て出力
信号S_outとして出力される。 光電変換セルS₁の信号が出力されると、パルスφ_hrに
よってトランジスタQ_hrがオンとなり、出力ラインHLに
残留している電荷が除去される。 以下同様にして、パルスφ_h2〜φ_hnにより、光電変換
セルS₂〜S_nの情報信号が出力ラインHLに取り出され、ア
ンプ２を通して信号S_outとして順次出力される。 なお、本実施例では電圧読出方式について述べたが、
第４図に破線で示すように、出力ラインHLに負荷抵抗RL
を付加した電流読出方式の場合でも同様である。 また、本実施例では一次元ラインセンサンについて述
べたが、二次元エリアセンサに適用してもよい。 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明による光電変換装
置は、光電変換セルの読出信号を蓄積する第１のコンデ
ンサとリフレッシュ後の残存信号を蓄積する第２のコン
デンサとの接続関係により、読出信号から光電変換素子
の暗信号や駆動ノイズ等の不要成分を除去するという簡
易な方法で高SN比の光電変換信号をオンチップ上で得る
ことが出来る。また、本発明による光電変換装置は、回
路構成を大幅に縮小でき、装置本体を小型化できる効果
を奏し得る。しかも、読出信号から残存信号を１つの出
力線に読み出すので、回路構成を更に簡略化することが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明による光電変換装置の一実施例の基本
構成を説明するための回路図、 第２図は、第１図に示す回路の動作を説明するためのタ
イミングチャート、 第３図は、第１図に示す回路の動作を説明するためのコ
ンデンサ接続図、 第４図は、本実施例の回路図、 第５図は、本実施例の動作を説明するためのタイミング
チャート、 第６図は、従来の光電変換装置の一例を示す概略的構成
図である。 １……走査回路、２……アンプ、C₁,C₂……蓄積用コン
デンサ、Q₁,Q₂,Q_r……トランジスタ、S,S₁〜S_n……光電
変換セル。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．光電変換素子（Ｓ）と、 第１、第２の蓄積手段（C1,C2）と、 前記光電変換素子の出力端と前記第１、第２の蓄積手段
   の第１の端の間に設けられた第１のスイッチ（Q1）と、 前記第１の蓄積手段の第２の端と所定の電位の間に設け
   られた第２のスイッチ（Q2）と、 前記光電変換素子の出力端と前記所定の電位の間に設け
   られた第３のスイッチ（Qr）と、 前記第１、第２のスイッチをオンし第３のスイッチをオ
   フした状態で前記光電変換素子の読出信号を前記第１の
   蓄積手段に蓄積する第１の状態と、その後前記光電変換
   素子をリフレッシュすると共に前記第１、第３のスイッ
   チをオンし前記第２のスイッチをオフする第２の状態
   と、その後前記第１のスイッチをオンし前記第２、第３
   のスイッチをオフした状態で前記光電変換素子の残存信
   号を前記第２の蓄積手段に蓄積する第３の状態と、その
   後前記第１、第２の蓄積手段の第１の端を浮遊状態とし
   て前記第１の蓄積手段の第２の端から信号を読出す第４
   の状態とを順次形成する制御手段と、 を有することを特徴とする光電変換装置。