JP4029135B2 - 光電変換素子及び光電変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子及び光電変換装置に関し、特に１つの画素当りに、主たる受光部と従たる受光部とが形成された光電変換素子及び光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光電変換部として入射光に応じた信号電荷を生成するフォトダイオードを用い、このフォトダイオードにて生成された電荷に応じた信号を増幅用トランジスタにて電流増幅して出力するようにした光電変換素子が公知である（例えば、特開平８−２９３５９１号公報）。
【０００３】
図２５、図２６、図２７に上記特開平８−２９３５８１号にて提案されている光電変換素子のデバイス構造を示す。
このうち図２５は光電変換素子１０の平面構造を示す平面図、図２６は図２５のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図２７は図２５のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
これらの図に示すように光電変換素子１０は、入射光に応じた電荷を生成して蓄積するフォトダイオード１１と、そのゲート領域１２Ａに受け取った信号電荷に応じた電気信号Ｖoutを出力する接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）１２と、フォトダイオード１１によって生成・蓄積された信号電荷をＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａに供給（転送）するための転送用トランジスタ１３と、ＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａに供給（転送）された信号電荷をその後に排出するためのリセット用トランジスタ１４とによって主要部を構成している。
【０００４】
図２８は、図２５から図２７で示した光電変換素子１０及びこれに接続された信号検出回路１９０を示す回路図、図２９は図２８に示す転送用トランジスタＱTG（１３）、リセット用トランジスタＱRSG（１４）の各ゲート電極、リセット用トランジスタＱRSG（１４）のドレイン（リセットドレイン１４Ｂ）に各々供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形、及びＪＦＥＴ１２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutの波形を示すタイミングチャートである。
【０００５】
便宜上、ｔ10時点からこの光電変換素子１０の動作を説明すると、先ず、このｔ10時点で駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転することでリセット用トランジスタＱRSGがオンし、このとき一方で駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となってリセット用トランジスタＱRSGのドレインを介してＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａにこの一定電圧ＶGHが印加される。
【０００６】
このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
そして、ｔ11時点では、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなってリセット用トランジスタＱRSGがオフとなり、駆動パルスφＲＳＤはローレベル（ＶGL）となる。このときＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutの値は、ＶDのままその値が保持される。
【０００７】
更に、ｔ12時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転することでリセット用トランジスタＱRSGがオンし、一方、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となることでリセット用トランジスタＱRSGのドレインを介してＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａにこの一定電圧ＶGHが印加される。
【０００８】
そして、ｔ13時点では、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルになってリセット用トランジスタＱRSGがオフとなり、ＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａはフローティング状態になる。
そして、ｔ14時点で、駆動パルスφＴＧがローレベルとなって転送用トランジスタＱTGがオンとなり、フォトダイオード１１で生成・蓄積されていた、入射光に応じた信号電荷が、ＪＦＥＴ１２のゲート領域１２Ａに供給（転送）される。このフォトダイオード１１からの信号電荷を受けたＪＦＥＴ１２は、そのソースの電位（ノードＮ１に現れる電気信号）Ｖoutがこのときゲート領域１２Ａに供給（転送）された信号電荷に応じた値、即ち入射光に応じた値Ｖｓとなる。
【０００９】
その後、ｔ15時点に至ると、駆動パルスφＴＧはハイレベルに反転されて、フォトダイオード１１で生成された信号電荷は再び、フォトダイオード１１内で蓄積される。
ｔ20時点に至ると、駆動パルスφＲＳＤがハイレベル、駆動パルスφＲＳＧはローレベルとなり、以降、ノードＮ１における電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【００１０】
上記のようにノードＮ１に互いに異なるタイミングで生じる２つの電気信号ＶD，Ｖｓは、図２８に示す信号検出回路１９０に出力され、そのうちの一方の値（例えば、ＶD）がサンプルホールド回路１９１で記憶保持され、差分処理回路１９２でこの記憶保持された値（ＶD）を、他方の電気信号（Ｖｓ）から差し引くことにより、暗出力（ＶD）分が除去された光信号Ｖｐが出力される。
【００１１】
このように光電変換素子１０では、信号検出回路１９０によって、電気信号（Ｖｓ）からばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）が除去された値（光信号）Ｖｐが得られ、精度の高い入射光の検出が可能となる。
ところで、このように構成された光電変換素子１０は、図２５〜図２７に示すように、フォトダイオード１１以外の半導体領域がアルミ配線、即ち、リセット用トランジスタＱRSGのドレインに接続されているリセットドレイン用配線１４８（図２５の右下がり斜線で示す）で覆われて遮光されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、光電変換素子、特に光電変換素子を用いたイメージセンサ等においては、その使用用途に応じて種々の、新たな要求、課題が生じている。
第１には、光電変換装置において、その撮影時の環境に応じた露光時間の調整、即ち、シャッタの開閉時間の調整を撮影時の周囲の明るさに応じて自動的に行うという要求、課題である。
【００１３】
即ち、光電変換素子が用いられた従来の光電変換装置（図示省略）では、その暗箱（筐体）にシャッタが設けられ、このシャッタの開成時間が露光時間となる。そして、この露光時間を、撮影時、その周囲が著しく明るい場合に短く、暗い場合に長くすることで、撮影時の周囲の明るさに拘わらず、鮮明な画像を得ることができる。
【００１４】
然るに、従来の光電変換装置では、露光時間、即ちシャッタの開成時間が一定に設定されており、周囲の明るさが変化した場合には露光量が変動して、鮮明な画像を得ることができなかった。
第２には、光電変換素子１０（１画素）の受光面積（フォトダイオード１１）をいかに大きく確保するかという要求、課題である。
【００１５】
即ち、上記した光電変換素子１０では、フォトダイオード１１で入射光に応じて生成された信号電荷を、増幅用トランジスタ１２にて増幅（電流増幅）して電気信号Ｖoutを得るようにしている。この増幅する機能を果たすため、１つの光電変換素子（１画素）当り、フォトダイオード１１以外に、上記のように増幅用トランジスタ１２、リセット用トランジスタ１４等が形成されており、これら増幅用トランジスタ１２やリセット用トランジスタ１４を配置するためにある程度の面積が必要となって、１画素当り１つのフォトダイオード１１の占める面積を大きくするには限度があった。
【００１６】
第３には、光電変換装置を用いて光を検出する場合に、入射光の分光特性（色に関する情報）を十分に得たいという要請、課題である。
即ち、光電変換装置の用途の１つとして、特定の波長の光を物体に照射し、このとき物体が放射する光を検出することで、その物体の特性を測定する測定方法が知られている。
【００１７】
例えば、特定の波長の光として青色の光を用いてその測定を行うのであれば、青色の光を物体に照射し物体から放射される光の強度を検出すればよい。この放射光には照射した波長と同じ青色の光の他に長波長側の光が含まれており、分光成分を検出すればよい。しかし、従来の光電変換素子では、特定の色のカラーフィルタを使って、狭い範囲の分光成分しか検知することができなかった。
【００１８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、光電変換装置が使用される環境に応じて、その露光時間を自動的に調整することで、周囲の明るさの変化に拘わらず、常に、鮮明な画像を得ることができる光電変換素子及び光電変換装置を提供することである。
又、第２の目的は、１画素当り、フォトダイオードが占める割合を大きくして光電変換効率を高め、もって、少量の光量で鮮明な光信号を得ることができる光電変換素子及び光電変換装置を提供することである。
【００１９】
又、第３の目的は、入射光の分光成分に応じて、広い範囲の波長の光を効率よく検知することができる光電変換素子及び光電変換装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部とを備えた光電変換素子において、前記増幅用トランジスタを、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記光電変換部で生成された信号電荷とを加算した値に応じた電気信号を前記出力部から出力させ、又は、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号とを個別に前記出力部から出力させる駆動手段を、前記転送部に接続したものである。
【００２１】
又、請求項２に記載の発明は、前記増幅用トランジスタを、電界効果型トランジスタとしたものである。
又、請求項３に記載の発明は、前記増幅用トランジスタの制御電極と前記光電変換部の少なくとも一方の受光面側に、１種の色のカラーフィルタを形成したものである。
【００２２】
又、請求項４に記載の発明は、前記増幅用トランジスタの制御電極及び前記光電変換部の受光面側に、互いに異なる色のカラーフィルタを形成したものである。
又、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、前記制御手段が、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整するようにしたものである。
【００２３】
又、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、前記制御手段が、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記光電変換部で生成された信号電荷との加算値に基づいて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整するようにしたものである。
【００２４】
又、請求項７に記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、前記リセット用トランジスタを、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給させて該信号電荷に応じた電気信号を出力させると共に、前記一方の主電極で生成された信号電荷を該主電極から出力させる駆動手段を、前記リセット用トランジスタ及び前記転送部に接続したものである。
【００２５】
又、請求項８に記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、前記リセット用トランジスタを、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記一方の主電極で生成された信号電荷と個別に前記制御電極に供給して、前記出力部からこれら信号電荷に応じた電気信号を出力させる駆動手段を、前記リセット用トランジスタ及び前記転送部に接続したものである。
【００２６】
又、請求項９に記載の発明は、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極に、該主電極で生成された信号電荷を当該光電変換素子の外部に出力するための第１のトランジスタと、該主電極に所定の電位を印加するための第２のトランジスタとを各々接続したものである。
又、請求項１０に記載の発明は、前記増幅用トランジスタを、電界効果型トランジスタとし、前記リセット用トランジスタを、ＭＯＳトランジスタとしたものである。
【００２７】
又、請求項１１に記載の発明は、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極と前記光電変換部の少なくとも一方の受光面側に、１種の色のカラーフィルタを形成したものである。
又、請求項１２に記載の発明は、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極及び前記光電変換部の受光面側に、互いに異なる色のカラーフィルタを形成したものである。
【００２８】
又、請求項１３に記載の発明は、請求項７から請求項１２の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、前記制御手段が、少なくとも、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整するようにしたものである。
【００２９】
又、請求項１４に記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、前記増幅用トランジスタを、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷を生成するように形成し、前記リセット用トランジスタを、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給して前記出力部から該信号電荷に応じた電気信号を出力させると共に、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記一方の主電極で生成された信号電荷とを加算して該主電極から出力させる駆動手段を、前記転送部と前記リセット用トランジスタに接続したものである。
【００３０】
又、請求項１５に記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、前記増幅用トランジスタを、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記リセット用トランジスタを、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号とを個別に、前記出力部から出力させると共に、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極で生成された信号電荷を該主電極から出力させる駆動手段を、前記転送部と前記リセット用トランジスタに接続したものである。
【００３１】
又、請求項１６に記載の発明は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、前記増幅用トランジスタを、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷を生成するように形成し、前記リセット用トランジスタを、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成し、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じた電気信号とを、前記光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号に加算して前記出力部から出力させ、又は、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給して前記出力部から該信号電荷に応じた電気信号を出力させると共に、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記一方の主電極で生成された信号電荷とを加算した値に応じた電気信号を前記出力部から出力させ、又は、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じた電気信号とを個別に該出力部から出力させる駆動手段を、前記転送部と前記リセット用トランジスタに接続したものである。
【００３２】
又、請求項１７に記載の発明は、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極に、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷及び／又は該主電極で生成された信号電荷を当該光電変換素子の外部に出力するための第１のトランジスタと、該主電極に所定の電位を印加するための第２のトランジスタとを各々接続したものである。
【００３３】
又、請求項１８に記載の発明は、前記増幅用トランジスタを、電界効果型トランジスタとし、前記リセット用トランジスタを、ＭＯＳトランジスタとしたものである。
又、請求項１９に記載の発明は、前記増幅用トランジスタの制御電極、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極、前記光電変換部の少なくとも１つの受光面側に、１種のカラーフィルタを形成したものである。
【００３４】
又、請求項２０に記載の発明は、前記増幅用トランジスタの制御電極、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極、前記光電変換部の少なくとも２つの受光面側に、互いに異なる色のカラーフィルタを形成したものである。
又、請求項２１に記載の発明は、請求項１４から請求項２０の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、前記制御手段が、少なくとも、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷又は前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整するようにしたものである。
【００３５】
又、請求項２２に記載の発明は、前記制御手段が、前記出力部から出力される電気信号が第１の所定値を超えたとき、又は、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極から出力される信号電荷が第２の所定値を超えたときに、前記シャッタ部を閉成して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整するようにしたものである。
【００３６】
（作用）
上記請求項１の発明によれば、増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷を光電変換部で生成された信号電荷と加算して出力できるので、１つの光電変換素子が占める面積（１画素）当り、光電変換可能な領域を広げることができ、光電変換効率が向上する。又、増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷を光電変換部で生成された信号電荷と個別に出力できるので、前記制御電極にて生成された信号電荷に基づいて撮影時の周囲の明るさをモニタすることができ、このモニタの結果に基づいて、前記光電変換部で生成される信号電荷の量を予測することができる。
【００３７】
又、請求項２の発明によれば、電界効果トランジスタの制御電極に光が入射されてこの制御電極に信号電荷が直接蓄積されるので、この信号電荷に応じた電気信号が、出力部に直接的に現れ、この制御電極で生成された電気信号の出力が容易になる。
又、請求項３の発明によれば、特定の波長の分光成分を光電変換部にて検出すると共に、前記増幅用トランジスタの制御電極にて同じ波長あるいはより広い波長範囲の光を検出して光電変換部で生成される信号電荷の量をモニタすることができる。
【００３８】
又、請求項４の発明によれば、特定の波長の分光成分を光電変換部にて検出すると共に、この光電変換部にて検出された特定の波長とは異なる他の波長の分光成分を前記増幅用トランジスタの制御電極にて検出できるので、入射光の分光特性（色に関する情報）を得て、特定の波長の光の強度を検出することができる。
又、請求項５の発明によれば、前記光電変換部で生成される信号電荷を、増幅用トランジスタの制御電極にて生成される信号電荷に基づいてモニタし、このモニタの結果に応じてシャッタ部の開閉を行うことで、最適な露光時間を設定することができる。
【００３９】
又、請求項６の発明によれば、前記光電変換部で生成される信号電荷自体をモニタし、このモニタの結果に応じてシャッタ部の開閉を行うことで、最適な露光時間を設定することができる。
又、請求項７の発明によれば、リセット用トランジスタの一方の主電極で生成された信号電荷を光電変換部で生成された信号電荷と個別に出力できるので、前記主電極にて生成された信号電荷に基づいて撮影時の周囲の明るさをモニタすることができ、このモニタの結果に基づいて、前記光電変換部で生成される信号電荷の量を予測することができる。
【００４０】
又、請求項８の発明によれば、リセット用トランジスタの一方の主電極で生成された信号電荷を光電変換部で生成された信号電荷と個別に出力できるので、前記主電極にて生成された信号電荷に基づいて撮影時の周囲の明るさをモニタすることができ、このモニタの結果に基づいて、前記光電変換部で生成される信号電荷の量を予測することができる。
【００４１】
又、請求項９の発明によれば、リセット用トランジスタの一方の主電極にて生成された信号電荷を第１のトランジスタによって、所望のタイミングでその外部に出力させ、その後、第２トランジスタによって当該信号電荷を容易にリセットすることができる。
又、請求項１０の発明によれば、光電変換部で生成された信号電荷が電界効果トランジスタの制御電極に供給されることで、増幅された電気信号として出力され、この電界効果トランジスタの制御電極の電荷をリセットするためのＭＯＳトランジスタの主電極に光が入射されて信号電荷が生成されるので、当該ＭＯＳトランジスタを信号電荷の生成に転用することができる。
【００４２】
又、請求項１１の発明によれば、特定の波長の分光成分を光電変換部にて検出すると共に、前記リセット用トランジスタの一方の主電極にて同じ波長あるいはより広い波長範囲の光を検出して光電変換部で生成される信号電荷の量をモニタすることができる。
又、請求項１２の発明によれば、特定の波長の分光成分を光電変換部にて検出すると共に、この光電変換部にて検出された特定の波長とは異なる波長の光を前記リセット用トランジスタの一方の主電極にて検出できるので、入射光の分光特性（色に関する情報）を得て、特定の波長の光の強度を検出することができる。
【００４３】
又、請求項１３の発明によれば、前記光電変換部で生成される信号電荷を、リセット用トランジスタの一方の主電極にて生成される信号電荷に基づいてモニタし、このモニタの結果に応じてシャッタ部の開閉を行うことで、最適な露光時間を設定することができる。
又、請求項１４の発明によれば、光電変換部以外に、増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷とリセット用トランジスタの一方の主電極で生成された信号電荷と加算して出力できるので、１つの光電変換素子が占める面積（１画素）当り、光電変換可能な領域を広げることで光電変換効率を向上させたり、前記制御電極で生成された信号電荷又は前記主電極で生成された信号電荷に基づいて撮影時の周囲の明るさをモニタすることができ、このモニタの結果に基づいて、前記光電変換部で生成される信号電荷の量を予測することができる。
【００４４】
又、請求項１５の発明によれば、増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷を光電変換部で生成された信号電荷と個別に出力できるので、１つの光電変換素子が占める面積（１画素）当り、光電変換可能な領域を広げることができ光電変換効率が向上し、一方でリセット用トランジスタの一方の主電極で生成された信号電荷を光電変換部で生成された信号電荷と個別に出力できるので前記主電極で生成された信号電荷に基づいて撮影時の周囲の明るさをモニタすることができ、このモニタの結果に基づいて、前記光電変換部で生成される信号電荷の量を予測することができる。
【００４５】
又、請求項１６の発明によれば、増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷とリセット用トランジスタの一方の主電極で生成された信号電荷とを加算した値に応じた電気信号と、光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号とを加算して又は個別に、出力部から出力できるので、１つの光電変換素子が占める面積（１画素）当り、光電変換可能な領域を広げることができ、光電変換効率が向上する。
【００４６】
又、前記制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と、前記主電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と、光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号とを、個別に出力部から出力できるので、当該光電変換素子の汎用性が向上する。この場合、前記制御電極にて生成された信号電荷や、前記主電極にて生成された信号電荷に基づいて撮影時の周囲の明るさをモニタすることができ、このモニタの結果に基づいて、前記光電変換部で生成される信号電荷の量を予測することができる。
【００４７】
又、請求項１７の発明によれば、リセット用トランジスタの一方の主電極にて生成された信号電荷が第１のトランジスタによって、所望のタイミングでその外部に出力させ、その後、第２トランジスタによって当該信号電荷を容易にリセットすることができる。
又、請求項１８の発明によれば、光電変換部で生成された信号電荷が電界効果トランジスタの制御電極に供給されることで、増幅された電気信号として出力され、この電界効果トランジスタの制御電極の電荷をリセットするためのＭＯＳトランジスタの主電極に光が入射されて信号電荷が生成されるので、当該ＭＯＳトランジスタを信号電荷の生成に転用することができる。
【００４８】
又、請求項１９の発明によれば、特定の波長の分光成分を光電変換部にて検出すると共に、前記増幅用トランジスタの制御電極、更には、リセット用トランジスタの一方の主電極にて同じ波長あるいはより広い波長範囲の光を検出して、当該光電変換部で生成される信号電荷の量をモニタすることができる。
又、請求項２０の発明によれば、特定の波長の分光成分を光電変換部にて検出すると共に、この光電変換部にて検出された特定の波長とは異なる波長の光を前記増幅用トランジスタの制御電極又はリセット用トランジスタの一方の主電極にて検出できるので、入射光の分光特性（色に関する情報）を得て、特定の波長の光の強度を検出することができる。
【００４９】
又、請求項２１の発明によれば、前記光電変換部で生成される信号電荷を、増幅用トランジスタの制御電極にて生成される信号電荷又はリセット用トランジスタの一方の主電極にて生成される信号電荷に基づいてモニタし、このモニタの結果に応じたシャッタ部の開閉で、最適な露光時間を設定することができる。
又、請求項２２の発明によれば、前記光電変換部で生成される信号電荷を、増幅用トランジスタの制御電極にて生成される信号電荷又はリセット用トランジスタの一方の主電極にて生成される信号電荷に基づいてモニタしてシャッタ部の開閉を行うに当たって、前記出力部から出力される電気信号を比較する第１の所定値と、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極から出力される信号電荷を比較する第２の所定値とを、異なる値に設定することができ、前記制御電極、前記主電極の各々で検出される光の波長に応じたモニタが可能になる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１から図７を用いて説明する。
図１、図２、図３は、第１の実施形態の光電変換素子２０のデバイス構造を示すもので、このうち図１は光電変換素子２０の平面構造を示す平面図、図２は図１のＸ?Ｘ線に沿った断面図、図３は図１のＹ?Ｙ線に沿った断面図である。又、図４は光電変換素子２０及びこれに接続された信号検出回路２９０を示す回路図、図５は光電変換素子２０を受光装置２００Ｂとして用いた光電変換装置２００の概略を示すブロック図、図６，７は光電変換素子２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００５１】
この第１の実施形態の光電変換素子２０は、入射光に応じた信号電荷を生成するフォトダイオード（光電変換部）２１と、そのゲート領域（制御電極）２２Ａに供給された信号電荷に応じて電気信号（Ｖout）を出力する接合型電界効果トランジスタ（増幅用トランジスタ；以下「ＪＦＥＴ」と略記する。）２２と、フォトダイオード２１で生成・蓄積された信号電荷を前記ゲート領域２２Ａに供給（転送）するためのＰ型の転送用トランジスタ（転送部）２３と、ゲート領域２２Ａに供給（転送）された信号電荷を排出するためのＰ型のリセット用トランジスタ２４とを有する。この光電変換素子２０では、ＪＦＥＴ２２が出力部を構成している。
【００５２】
又、この光電変換素子２０では、フォトダイオード２１以外の半導体領域を覆う遮光膜（遮光アルミ）が、このＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａ上で選択的に除去されて、このゲート領域２２Ａに光が入射し得る構成となっている（図１〜図３）。
これによって、光電変換素子２０に光が入射したときフォトダイオード２１（主たる受光部）のみならず、ゲート領域２２Ａを構成する半導体領域においても入射光に応じた信号電荷が生成されることになる（従たる受光部としての機能）。即ち、この実施形態の光電変換素子２０では、ＪＦＥＴ２２がフォトトランジスタとしても機能する。このようにゲート領域２２Ａで入射光に応じた信号電荷が生成されると、詳細は後述するように、このＪＦＥＴ２２の機能によってこの信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout2）がそのソースに現れる。
【００５３】
この場合、主たる受光部を構成するフォトダイオード２１からゲート領域２２Ａへの信号電荷の転送タイミングを制御することで、フォトダイオード２１で生成・蓄積された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout1）と、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout2）とを個別に出力したり、又は、上記２つの信号電荷を加算した値に応じた電気信号Ｖoutとして出力させることができる。
【００５４】
この第１の実施形態では、フォトダイオード２１で生成・蓄積された信号電荷に応じた電気信号Ｖout1とＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2とを別個に出力する例について説明する。
尚、この第１の実施形態では、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2に基づいて、光電変換素子２０が搭載された光電変換装置２００のシャッタ２００Ｃの開成時間（露光時間）を決定する。即ち、フォトダイオード２１で生成・蓄積される信号電荷の値（光の強度）をゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に基づいてモニタし、その結果（Ｖout2）を用いて露光時間の制御を行っている。
【００５５】
先ず、図１から図３を用いて、この第１の実施形態の光電変換素子２０のデバイス構造について、詳細に説明する。
図２，図３に示すように光電変換素子２０を構成するフォトダイオード２１、ＪＦＥＴ２２、Ｐ型の転送用トランジスタ２３、Ｐ型のリセット用トランジスタ２４は、Ｐ型半導体基板２０１上のＮ型半導体層２０２に形成されている。又、図１に示すように、これらフォトダイオード２１、ＪＦＥＴ２２、転送用トランジスタ２３、リセット用トランジスタ２４は高濃度のＮ型（Ｎ⁺）不純物拡散層２０３によって囲まれている。
【００５６】
このうちフォトダイオード２１は、図３に示すように、Ｎ型半導体層２０２に形成されたＰ型不純物拡散層（電荷蓄積領域）２１２と、このＰ型不純物拡散層２１２の上方に形成された高濃度のＮ型不純物拡散層２１３とによって構成されている。
このフォトダイオード２１では、入射光に応じて生成された信号電荷がＰ型不純物拡散層（電荷蓄積領域）２１２に蓄積される。
【００５７】
又、ＪＦＥＴ２２は、図２，図３に示すように、Ｎ型半導体層２０２に形成されたＰ型不純物拡散層２２１がゲート（ゲート領域２２Ａ）を構成し、Ｐ型不純物拡散層２２１中に形成されたＮ型不純物拡散層２２２がソースを構成し、同じくＰ型不純物拡散層２２１中に形成されたＮ型不純物拡散層２２３がチャネルを構成し、Ｎ型不純物拡散層２２３を挟んでＮ型不純物拡散層２２２と向き合う位置にある前記したＮ型不純物拡散層２０３がドレインを構成している。
【００５８】
このように構成されたＪＦＥＴ２２には、そのゲート領域２２Ａに前記したフォトダイオード２１で生成・蓄積された信号電荷が、図３に示す転送用トランジスタ２３を介して供給（転送）されるようになっており、この供給（転送）された信号電荷に応じた電気信号Ｖoutがそのソースから出力するようになっている。
尚、このＪＦＥＴ２２は、図２、図３に示すように、そのゲート領域２２Ａがチャネル領域（２２３）を図中、上下から挟むように形成されており、ソースホロワ動作のゲインを高めると同時にゲインばらつきが抑制できる構造となっている。
【００５９】
又、転送用トランジスタ２３は、図３に示すように、そのソースがフォトダイオード２１の電荷蓄積領域（Ｐ型不純物拡散層）２１２にて構成され、ドレインがＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａを構成するＰ型不純物拡散層２２１にて構成されている。又、これらソースとドレインとの間のＮ型半導体層２０２上にゲート絶縁膜を介してゲート電極（転送ゲート２３Ｃ）が形成されている。
【００６０】
このように構成された転送用トランジスタ２３は、上記したようにフォトダイオード２１のＰ型電荷蓄積領域（Ｐ型不純物拡散層）２１２に蓄積されている信号電荷をＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに供給（転送）する機能を有する。
又、リセット用トランジスタ２４は、図２に示すように、そのソースがＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａを構成するＰ型不純物拡散層２２１にて構成され、ドレイン（リセットドレイン）２４ＢがＰ型不純物拡散層２４１にて構成されている。そして、これらソースとドレイン（リセットドレイン）２４Ｂとの間のＮ型半導体層２０２上にゲート絶縁膜を介してゲート電極（リセットゲート２４Ｃ）が形成されている。
【００６１】
このように構成されたリセット用トランジスタ２４は、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの電位をリセットする（読み出しレベルＶGHとする）機能を有する。
このリセット時、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの電位は一定電位ＶGHにされるので、それまで蓄えられていた電荷がＪＦＥＴ２２の出力（ソース電位）に反映されなくなり（リセット）、同時に、このときゲート領域２２Ａに供給された一定電位ＶGHに応じた電気信号ＶDが出力される。この電気信号ＶDは、光電変換素子２０の暗出力に相当する値となる。
【００６２】
又、光電変換素子２０は、図３に示すように、上記フォトダイオード２１の受光面側（図中、上方）に、カラーフィルタ（例えば、青色のカラーフィルタ）２５が形成されており、入射光の青色の分光成分の強度に応じた信号電荷が、当該フォトダイオード２１で生成されるようになっている。
尚、図１〜図３中、符号２２８は垂直信号線用配線、２３８は転送ゲート用配線、２４７はリセットゲート用配線、２４８はリセットドレイン用配線である。
【００６３】
次に、上記構成の光電変換素子２０及びこれに接続された信号検出回路２９０の回路構成を図４を用いて説明すると共に、この光電変換素子２０を受光部として用いた光電変換装置２００の構成を図５を用いて、その動作を図６，図７のタイミングチャートを用いて、各々、説明する。
光電変換素子２０は、図４に示すように、主たる受光部となるフォトダイオード（光電変換部）２１に定電圧源ＶDDが接続されて逆バイアスが掛けられている。又、この定電圧源ＶDDはＪＦＥＴ２２のドレインにも接続されている。
【００６４】
又、転送用トランジスタＱTG（２３）のゲート電極（転送ゲート２３Ｃ）には、図外の駆動回路から駆動パルスφＴＧが供給される。
又、リセット用トランジスタＱRSG（２４）のゲート電極（リセットゲート２４Ｃ）には駆動パルスφＲＳＧが、そのドレイン（リセットドレイン２４Ｂ）には駆動パルスφＲＳＤが、各々、図外の駆動回路から供給される。
【００６５】
又、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１側）は、定電流源を介して定電圧源ＶSSに接続されており、この定電流源の働きによって、ＪＦＥＴ２２のソースに定電流Ｉbiasが流れ、ソースホロワが行われるように構成されている。
このような回路構成の光電変換素子２０では、ＪＦＥＴ２２は、そのソースホロワ動作によってソースの電位（ノードＮ１の電位）Ｖoutが、該ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに蓄えられている電荷が示す信号を増幅した電気信号となる（電流増幅）。即ち、上記したＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに蓄えられている信号電荷がフォトダイオード２１（主たる受光部）で生成された信号電荷であるときには、このフォトダイオード２１で検出された入射光の強度を示す値Ｖout1となる。一方、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷がそのままゲート領域２２Ａに蓄えられているときには、ＪＦＥＴ２２のソースに現れる電気信号Ｖoutは、ゲート領域２２Ａ（従たる受光部）で検出された入射光の強度を示す値Ｖout2となる。
【００６６】
しかして、図外の駆動回路から供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を制御することで、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutを、或るタイミングでＶout1とし、他のタイミングではＶout2とすることができる。尚、ゲート領域２２Ａがリセット用トランジスタＱRSG（２４）の働きによってリセットされたときには、電気信号Ｖoutは、光電変換素子２０の暗出力に相当する値となる。
【００６７】
この電気信号Ｖoutを出力するＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１）には、信号検出回路２９０が接続されており、ＪＦＥＴ２２のソースからの電気信号Ｖoutが、この信号検出回路２９０に供給される。
信号検出回路２９０は、サンプルホールド回路２９１と差分処理回路２９２とを有するもので、この信号検出回路２９０では、上記した暗出力に相当する基準信号電圧ＶDがサンプルホールド回路２９１に保持され、この値ＶDをフォトダイオード２１にて生成された信号電荷に応じた値（Ｖout1＝Ｖｓ）から差分処理回路２９２で差し引くことにより、暗出力分を差し引いた後の電気信号（光信号）Ｖｐが得られる。
【００６８】
図５に、光電変換素子２０が受光装置２００Ｂに用いられた光電変換装置２００の全体構成を示す。
この図に示すように、光電変換装置２００は、その暗箱２００Ａに、上記した光電変換素子２０と駆動回路（図示省略）とからなる受光装置２００Ｂが収納されている。又、暗箱２００Ａの光を取り込む開口には、シャッタ（シャッタ部）２００Ｃが設けられている。
【００６９】
又、暗箱２００Ａに収納された受光装置２００Ｂには、コントローラ（制御手段）２００Ｄ、比較回路２８０、前述した信号検出回路２９０が、各々接続されている。
このうちコントローラ２００Ｄは、駆動回路（図示省略）に制御信号を出力して、この駆動回路から光電変換素子２０に上記した駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤを供給させる。
【００７０】
又、コントローラ２００Ｄに接続された比較回路２８０は、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａにて生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2を、基準信号Ｖrefと比較し、この比較結果を示す信号を、コントローラ２００Ｄに出力する。
そして、コントローラ２００Ｄは、比較回路２８０からの比較結果を示す信号に基づいて、シャッタ２００Ｃに制御信号ＳＨを出力して、その開成時間（露光時間）を制御する。
【００７１】
次に、実際に入射光を検知する際の、光電変換素子２０の動作を図６、図７のタイミングチャートを用いて説明する。尚、動作説明を簡単にするために、ここではｔ10時点からｔ20時点に至るまでの１サイクルの動作について説明する。
図６に示すように、先ず、ｔ10時点に至る前、シャッタ２００Ｃは、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨによって閉成されている。又、このｔ10時点以前は、駆動パルスφＴＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＤがローレベル、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなっている。又、このｔ10時点までには、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａにはフォトダイオード２１で生成された信号電荷が既に供給（転送）されているため、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖout（Ｖout1）は、前回のサイクルにおける入射光に応じた値Ｖｓとなっている。
【００７２】
ｔ10時点に至ると、駆動パルスφＲＳＤがローレベルからハイレベル（読み出しレベルＶGH）に反転され、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転される。
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGがオンする。またこのとき、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（ＶGH）となることで前記オン状態のリセット用トランジスタＱRSGのドレインに一定電圧ＶGHが印加されて、ＪＦＥＴ２２がゲート領域２２Ａにその後生じる信号電荷に応じた電気信号Ｖoutを出力できる状態（読み出し可能な状態）になる。
【００７３】
そして、ｔ11時点に至ると、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨがローレベルとなってシャッタ２００Ｃが開成されて露光が行われる（露光時間の開始）。尚、このとき駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻され、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻されて、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａのリセットが解除される。
【００７４】
このとき駆動パルスφＴＧはハイレベルのまま、即ち転送用トランジスタＱTGはオフのままであるため、露光時間の開始とともにフォトダイオード２１にて生成され始めた信号電荷はそのまま蓄積され、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに転送されない。
又、上記のようにｔ11時点でシャッタ２００Ｃが開成されることで、フォトダイオード２１のみならずゲート領域２２Ａでも入射光に応じた信号電荷が生成され始める。このようにゲート領域２２Ａで信号電荷が生成されると、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１）に現れる電気信号Ｖoutが、この信号電荷に応じた値（Ｖout2）となる。
【００７５】
電気信号Ｖout（Ｖout2）の値は、シャッタ２００Ｃの開成されている間、徐々に増加していく（ｔ11〜ｔ12）。そして、この電気信号Ｖout（Ｖout2）の値が、基準値Ｖrefとなると（ｔ12時点）、コントローラ２００Ｄからシャッタ２００Ｃに送られる制御信号ＳＨがローレベルに反転されて、シャッタ２００Ｃが閉成される（露光時間の終了）。
【００７６】
この場合、ゲート領域２２Ａに入射される光の強度が弱いときには、電気信号Ｖout2は、図６に示すように緩やかに増加し（ｔ11〜ｔ12時点）、当該電気信号Ｖout2が基準値Ｖrefとなるまでに比較的長い時間がかかる。即ち、露光時間が長くなる。
一方、ゲート領域２２Ａに入射される光の強度が強いときには、電気信号Ｖout2は、図７に示すように急峻に増加し（ｔ11〜ｔ12時点）、当該電気信号Ｖout2が基準値Ｖrefとなるまでの時間が短くなる。即ち、露光時間が短くなる。
【００７７】
上記したようにゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout2）が基準値Ｖrefになると（ｔ12時点）、シャッタ２００Ｃが閉成され（制御信号ＳＨがハイレベル）、駆動パルスφＲＳＧがローレベルに、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）になる。
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでリセット用トランジスタＱRSGがオンとなり、このときドレイン（リセットドレイン）２４Ｂが一定電圧ＶGHになる（リセット動作）。
【００７８】
このときＪＦＥＴ２２のソースに現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
ｔ13時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻され、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻される。
このとき、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutの値は、ＶDのままその値が保持されている。
【００７９】
ｔ14時点に至ると、駆動パルスφＴＧがローレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオンする。
この転送用トランジスタＱTGのオンによって、上記したｔ11〜ｔ12の間でフォトダイオード２１にて生成・蓄積された信号電荷がＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに供給（転送）される。
【００８０】
ｔ15時点に至ると、駆動パルスφＴＧが再びハイレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオフとなり、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１）に現れる電気信号Ｖout（Ｖout1）は、フォトダイオード２１にて生成・蓄積された信号電荷に応じた値Ｖｓに保持される。
ｔ20時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）にされ、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転される。
【００８１】
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGが再びオンし、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（ＶGH）となることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGのドレインにこの電圧ＶGHが印加され、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、再び暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
以後、ｔ10〜ｔ20時点間と同様の動作が繰り返される（１サイクルに亘る入射光の検出動作）。
【００８２】
尚、ｔ12〜ｔ14時点間で得られた電気信号ＶDは、前述したように図４に示すサンプルホールド回路２９１でその値が記憶保持され、差分処理回路２９２で、ｔ14〜ｔ20時点間で得られた電気信号Ｖｓからこの記憶保持された値（ＶD）が差し引かれ、ばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）が除去された電気信号（光信号）Ｖｐが得られる。
【００８３】
以上詳述したように、第１の実施形態の光電変換素子２０では、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａにも光が入射し得る構成として、このゲート領域２２Ａで生成された信号電荷を、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ側）にて電気信号Ｖoutとして出力するようにしている。
従って、この光電変換素子２０を受光装置２００Ｂに用いた光電変換装置２００において、フォトダイオード２１での適正な露光時間を、前記ゲート領域２２Ａにて生成された信号電荷に基づいて制御することができる。即ち、ゲート領域２２Ａで生成される信号電荷に基づいて、撮影時の周囲の明るさをモニタし、このときの電気信号Ｖout（Ｖout2）を基準値Ｖrefと比較してシャッタ２００Ｃの開成時間を調整することで、撮影時の周囲の明るさの変化に応じて適正な露光時間が得られる。
【００８４】
ところで、この第１の実施形態の光電変換素子２０は、主たる受光部となるフォトダイオード２１と、従たる受光部となるＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａとで、入射光に応じた信号電荷が、各々、生成されるように構成されているが、そのうち、フォトダイオード２１の受光面側（図２中、上方）にカラーフィルタ（例えば、青色）２５が形成されている。即ち、この光電変換素子２０では、フォトダイオード２１の受光面側にカラーフィルタ２５を配置することで、光電変換素子２０を用いて、カラーフィルタ２５の色（青色）を入射光から抽出して検出することができる。
【００８５】
しかして、この光電変換素子２０を用いた光電変換装置２００では、上記したようにゲート領域２２Ａで生成された信号電荷（Ｖout2）に基づいて、その露光時間が決定されるが、ゲート領域２２Ａの受光面積は、主たる受光部としてのフォトダイオード２１の受光面積よりも小さい。
このため、第１の実施形態では、ゲート領域２２Ａで十分な光強度を得るために、カラーフィルタ２５をフォトダイオード２１側のみに配置して、受光面積が小さいゲート領域２２Ａでの光感度を向上させ、もって信号電荷の発生量を多くして、露光時間を高精度に調整するようにしている。
【００８６】
尚、フォトダイオード２１とＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの双方の受光面側（図２中、上方）に、同色（例えば、共に青色）のカラーフィルタを配置してもよい。
このようにゲート領域２２Ａの受光面側に、フォトダイオード２１の受光面側と同色のカラーフィルタを配置するのであれば、ゲート領域２２Ａでもフォトダイオード２１で検出される光（例えば、青色）と同色の光を検知できる。このように入射光から検出対象の色（青色）を抽出してモニタできるので、特定の色の強度（青色の光強度）を検出するに当り、露光時間を最適な値に調整できる。
【００８７】
更に、フォトダイオード２１の受光面側とＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの受光面側（図２中、上方）に、互いに異なる色のカラーフィルタ（例えば、フォトダイオード２１側のカラーフィルタを青色、ゲート領域２２Ａ側のカラーフィルタを赤色）を配置してもよい。
このようにフォトダイオード２１とＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの受光面側（図２中、上方）に、互いに異なる色のカラーフィルタを配置することで、以下のような作用効果が得られる。
【００８８】
即ち、光電変換素子２０を用いて光を検出するに当って、入射光の分光特性（色に関する情報）を十分に得たい場合がある。一例としては、特定の波長の光を用いて物体からの放射光を検出することで、その物体の特性を測定する場合等である。
例えば、赤色の光を物体に照射したとき、入射光と同じ赤色の他に青色の光を放射する物体について、赤色と青色の光強度比を検出する場合を考える。
【００８９】
入射光と同じ赤色の光強度が強い場合は、上記のように受光面積の広いフォトダイオード２１の受光面側に青色のカラーフィルタを配置し、受光面積の小さいＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの受光面側に赤色のカラーフィルタを配置することで、このゲート領域２２Ａで検出される赤色の分光成分とフォトダイオード２１にて検出される青色の分光成分との強度比を精度よく検出することができる。
【００９０】
更に、フォトダイオード２１の受光面側にカラーフィルタを配置せずに、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの受光面側（図２中、上方）にのみカラーフィルタ（例えば、赤色）を配置してもよい。
この場合には、フォトダイオード２１は種々の色の成分を含む光の強度を検出することになるが、一方で、ゲート領域２２Ａで特定の色の光を検出し、フォトダイオード２１で検出された光とゲート領域２２Ａで検出された光の分光感度特性（既知）から、当該入射光の分光特性、即ち、色に関する情報を精細に得ることができる。またこのとき、あわせてゲート領域２２で生成された信号電荷に基づく露光時間の制御を行うこともできる。
【００９１】
（変形例１）
次に、第１の実施形態の変形例１について、図８のタイミングチャートを用いて説明する。
この変形例１は、図外の駆動回路から図４に示す光電変換素子２０の転送用トランジスタＱTG、リセット用トランジスタＱRSGの各ゲート電極、リセット用トランジスタＱRSGのリセットドレイン（２４Ｂ）に、各々供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤが、図６に示す波形と異なるものである。
【００９２】
この図８の波形の駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤを、転送用トランジスタＱTG、リセット用トランジスタＱRSGの各ゲート電極、ドレインに、各々供給することで、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷とフォトダイオード２１で生成された信号電荷とを加算した値に応じた電気信号Ｖoutが、当該ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１）側に現れる。
【００９３】
以下、図８のタイミングチャートに従って、光電変換素子２０の動作を説明する。ここでも、動作説明を簡単にするために、ｔ10時点からｔ20時点に至るまでの１サイクル分の動作を説明する。
先ず、ｔ10時点に至る前、シャッタ２００Ｃは、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨによって閉成されている。又、駆動パルスφＴＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＤがローレベル、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなっている。このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、前回サイクルにおける入射光に応じた値Ｖｓとなっている。
【００９４】
ｔ10時点に至ると、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）に立ち上げられ、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転する。
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGがオンする。またこのとき、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となることで前記オン状態のリセット用トランジスタＱRSGのドレインにこの一定電圧ＶGHが印加される。このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【００９５】
そして、ｔ11時点に至ると、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨがローレベルとなってシャッタ２００Ｃが開成され、露光が行われる（露光時間の開始）。又、このとき駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻され、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻される。このときＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａはフローティング状態になる。
【００９６】
又、駆動パルスφＴＧはハイレベルのままで転送用トランジスタＱTGはオフ状態であるため、蓄積時間の開始とともにフォトダイオード２１にて生成され始めた信号電荷はそのままフォトダイオード２１の電荷蓄積領域に蓄積され、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに供給（転送）されない。
又、シャッタ２００Ｃが開成されることで、フォトダイオード２１のみならずゲート領域２２Ａでも、入射光に応じた信号電荷が生成される。
【００９７】
即ち、このｔ11時点以降は、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１）に現れる電気信号Ｖoutは、このゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に応じた値（Ｖout2）となる。
このときの電気信号Ｖout（Ｖout2）の値は、シャッタ２００Ｃの開成されている間、徐々に増加していく（ｔ11〜ｔ12）。そして、この電気信号Ｖout（Ｖout2）の値が、基準値Ｖrefとなると（ｔ12時点）、コントローラ２００Ｄからシャッタ２００Ｃに送られる制御信号ＳＨがハイレベルに反転されて、シャッタ２００Ｃが閉成される（露光時間の終了）。この結果、ｔ11〜ｔ12間が露光時間となる。
【００９８】
この結果、フォトダイオード２１では、この露光時間に亘って、入射光に応じた信号電荷を生成・蓄積する。
上記したようにゲート領域２２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout2）が基準値Ｖrefになって（ｔ12時点）、シャッタ２００Ｃが閉成されると（制御信号ＳＨがハイレベル）、今度は、駆動パルスφＴＧがローレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオンする。
【００９９】
この転送用トランジスタＱTGのオンによって、上記した露光時間（ｔ11〜ｔ12）でフォトダイオード２１にて生成・蓄積された信号電荷がＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに供給（転送）される。
フォトダイオード２１からの信号電荷が供給（転送）されるまでには、ゲート領域２２Ａに上記ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷が保持されている。従って、ｔ12時点では、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａで生成されその値が保持された信号電荷と、新たに転送用トランジスタＱTGを介して供給されたフォトダイオード２１からの信号電荷とが加算して、このゲート領域２２Ａに蓄積されることになる。
【０１００】
従って、これら２種類の信号電荷をそのゲート領域２２Ａで受けたＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード２１で生成・蓄積された信号電荷とゲート領域２２Ａで生成された信号電荷との加算値に応じた値Ｖｓとなる。
ｔ13時点に至ると、駆動パルスφＴＧが再びハイレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオフとなりＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、上記した加算値に応じた値Ｖｓのまま保持される。
【０１０１】
ｔ20時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベルに立ち上げられ、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転される。
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGが再びオンし、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGのドレインにこの一定電圧ＶGHが印加され、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａの電荷がリセットされるとともにノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutが、再び暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【０１０２】
以後、ｔ10〜ｔ20時点間と同様の動作が繰り返されて、複数サイクルの検出動作が行われる。
尚、ｔ10〜ｔ11時点間で得られた電気信号ＶD、ｔ12〜ｔ20時点間で得られた電気信号Ｖｓは、信号検出回路２９０に出力され、これらの差分をとることで、この変形例１でも、ばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）を除去した後の光信号Ｖｐが得られるようになっている。
【０１０３】
このように、変形例１では、光電変換素子２０からフォトダイオード２１で生成された信号電荷と、ゲート領域２２Ａ自身で生成された信号電荷とがゲート領域２２Ａに加算して保持されることになり、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖout（Ｖout1＝Ｖｓ）はこれら２つの信号電荷を加算した電荷に応じた値となる。
【０１０４】
即ち、この変形例１では、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷は、露光時間（ｔ11〜ｔ12）の設定（基準値Ｖrefとの比較）に用いられるのみならず、フォトダイオード２１で生成・蓄積された信号電荷に加算されて、当該露光時間における入射光に応じた電気信号Ｖoutの生成に寄与する。このように動作する光電変換素子２０では、フォトダイオード２１のみならずゲート領域２２Ａも、光電変換部として機能することになり、１画素当りの受光面積が実質的に大きくなる。
【０１０５】
又、この変形例１においても、信号検出回路２９０によって、入射光に応じて生じた電気信号（Ｖｓ）からばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）が除去された値Ｖｐ（光信号）が得られるので、精度の高い入射光の検出が可能となる。
【０１０６】
又、この変形例１でも、第１の実施形態の場合（図６のタイミングチャートに従った動作を行った場合）と同様に、光電変換装置２００のシャッタ２００Ｃの開成時間、即ち露光時間を、ゲート領域２２Ａにて生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2に基づいて制御しているので、撮影時の周囲の明るさの変化に応じて、常に、最適な露光時間での撮影が可能になる。
【０１０７】
（変形例２）
次に、第１の実施形態の変形例２について、図９のタイミングチャートを用いて説明する。
変形例２は、図４に示す光電変換素子２０の転送用トランジスタＱTG、リセット用トランジスタＱRSGの各ゲート電極、リセット用トランジスタＱRSGのドレイン（リセットドレイン２４Ｂ）に、各々供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤ（図９）が、上記した第１の実施形態（図６）及び変形例１（図８）の波形と異なる。これにより、駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤを、転送用トランジスタＱTG、リセット用トランジスタＱRSGの各ゲート電極、ドレインに、各々供給することで、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷とフォトダイオード２１で生成された信号電荷とが加算してゲート領域２２Ａに蓄積されて、加算された電荷に応じた電気信号Ｖoutが得られる。そしてこの電気信号Ｖoutに基づいて、シャッタ２００Ｃの開成時間（露光時間）が制御され、更に、この加算された電荷に応じた電気信号Ｖoutが、そのまま光信号Ｖｐの生成に反映される。
【０１０８】
ここでも、動作説明を簡単にするために、ｔ10時点からｔ20時点に至るまでの１サイクルの動作を説明する。
先ず、ｔ10時点に至る前、シャッタ２００Ｃは、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨによって閉成されている。又、駆動パルスφＴＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＤがローレベル、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなっている。このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、前回のサイクルで得られた入射光に応じた値Ｖｓとなっている。
【０１０９】
ｔ10時点に至ると、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGがオンし、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となって、このオン状態のリセット用トランジスタＱRSGのドレイン（リセットドレイン２４Ｂ）に一定電圧ＶGHが印加され、ゲート領域２２Ａのリセットが行われる。このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【０１１０】
そして、ｔ11時点に至ると、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨがローレベルとなってシャッタ２００Ｃが開成され、露光が行われる（露光時間の開始）。又、このとき駆動パルスφＲＳＤがローレベルとなってゲート領域２２Ａのリセットが解除されるとともに、駆動パルスφＴＧがローレベルとなって、シャッタ２００Ｃの開成と同時に転送用トランジスタＱTGがオンする。
【０１１１】
上記露光時間の開始とともに、光電変換素子２０のフォトダイオード２１とゲート領域２２Ａの双方に光が入射し、フォトダイオード２１とゲート領域２２Ａの双方で信号電荷が生成され始める。
このときフォトダイオード２１で生成された信号電荷は、オン状態の転送用トランジスタＱTGを介して、そのままＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａに供給（転送）され、このゲート領域２２Ａで生成されている信号電荷と加算される。
【０１１２】
従って、ＪＦＥＴ２２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード２１で生成された信号電荷とゲート領域２２Ａで生成された信号電荷の双方の増加に伴って、図９のｔ11〜ｔ12に示すように急峻にその値Ｖoutが大きくなる。
しかして、このようにフォトダイオード２１で生成された信号電荷と、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷の加算値に応じた電気信号Ｖoutが、基準値Ｖrefに至ると（ｔ12時点）、制御信号ＳＨがハイレベルに反転されて、シャッタ２００Ｃが閉成される（露光時間の終了）。
【０１１３】
またこのとき、駆動パルスφＴＧもハイレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオフ状態になり、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａとフォトダイオード２１の電荷蓄積領域２１Ａとの電気的な接続が遮断される。この結果、ＪＦＥＴ２２のゲート領域２２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、上記した２つの信号電荷を加算した電荷に応じた値Ｖｓに保持される。
【０１１４】
ｔ20時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGが再びオンし、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGのドレインにこの一定電圧ＶGHが印加され（リセット）、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、再び暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【０１１５】
以後、ｔ10〜ｔ20時点間と同様の動作が繰り返されて、複数サイクルの検出動作が行われる。
尚、ｔ10〜ｔ11時点間で得られた電気信号ＶD、ｔ11〜ｔ20時点間で得られた電気信号Ｖｓも、図４に示す信号検出回路２９０に出力され、値ＶDと値Ｖｓとの差分がとられて、ばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）を除去した後の光信号Ｖｐが得られる。
【０１１６】
このように、変形例２では、光電変換素子２０からフォトダイオード２１で生成された信号電荷と、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷とを加算した電荷を用いて、露光時間の制御（シャッタ２００Ｃの開成時間の調整）を行っているので、更に、露光時間の制御の精度の向上が図ることができる。
又、この変形例２でも、変形例１と同様に、露光時間に亘って、ゲート領域２２Ａで生成された信号電荷とフォトダイオード２１で生成された信号電荷とが加算されて、この加算値に応じた電気信号Ｖoutが出力されるので、１画素当りの受光面積を実質的に大きくすることができる。
【０１１７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の光電変換素子３０及び光電変換装置３００について、図１０、図１１を用いて説明する。この第２の実施形態では、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａにて信号電荷を生成し、この生成された信号電荷に応じてシャッタの開成時間（露光時間）を調整するに当り、ＪＦＥＴ３２を常時オンさせることなく、その電気信号Ｖoutを出力する構成としたものである。即ち、このような構成とすることで、第１の実施形態の光電変換素子２０のように常時、ＪＦＥＴ２２をオンするタイプのものに比べて、その消費電力を抑えることができる。
【０１１８】
図１０の回路図に示すように、第２の実施形態の光電変換素子３０は、入射光に応じた信号電荷を生成するフォトダイオード３１と、そのゲート領域３２Ａに供給された信号電荷に応じて電気信号（Ｖout）を出力するＪＦＥＴ３２と、フォトダイオード３１で生成・蓄積された信号電荷を前記ゲート領域３２Ａに供給（転送）するためのＰ型の転送用トランジスタＱTGと、ゲート領域３２Ａに供給（転送）された信号電荷を排出するためのＰ型のリセット用トランジスタＱRSGとを有する。そして、ＪＦＥＴ３２のソース（ノードＮ１側）は、コンデンサ（容量負荷）Ｃ１を介して、定電圧源ＶSSに接続されている。又、ＪＦＥＴ３２のソースにはコンデンサＣ１と並列にＮ型の第２のリセット用トランジスタＱRSTが接続され、そのゲートに、図外の駆動回路から駆動パルスφＲＳＴが供給されるようになっている。
【０１１９】
尚、この光電変換素子３０のデバイス構造は、上述した第１の実施形態の光電変換素子２０と同様に、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａの上方（入射面側）には遮光膜がなく、ゲート領域３２Ａで入射光に応じた信号電荷が生成される構成（フォトトランジスタ）となっている。この光電変換素子３０の具体的なデバイス構造は、ＪＦＥＴ３２及びその他の構造が、第１の実施形態の光電変換素子２０と同一であり、その詳細な説明は省略する。
【０１２０】
又、この第２の実施形態の光電変換素子３０を用いた光電変換装置３００では、後述するように、フォトダイオード３１で生成・蓄積された信号電荷と、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａで生成された信号電荷とに応じた各々の電気信号Ｖout（Ｖout1，Ｖout2）が個別に出力されて、ゲート領域３２Ａで生成された信号電荷に基づいてシャッタ（図示省略）の開成時間が制御され、フォトダイオード３１の露光時間が調整される。
【０１２１】
又、ＪＦＥＴ３２からの電気信号Ｖoutは、フォトダイオード３１で生成された信号電荷に応じた値Ｖｓと、ゲート領域３２Ａのリセット時に出力される値ＶD（暗出力に相当）とが個別に出力され、これら値Ｖｓと値ＶDの差分が、その後段の信号検出回路３９０（図１０）で求められて、ばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）が除去された光信号Ｖｐが得られるようになっている。
【０１２２】
尚、この光電変換装置３００の全体構成は、図５に示した第１の実施形態の光電変換装置２００と同一であり、その説明を省略する。
以下、上記回路構成の光電変換素子３０の動作について、図１１のタイミングチャートを用いて説明する。尚、この図１１は、連続するサイクルで入射光の強度が略一定の場合を示している。
【０１２３】
ここでは、光電変換素子３０の動作説明を簡単にするために、ｔ10時点からｔ20時点に至るまでの１サイクルの動作について説明する。
先ず、ｔ10時点に至る前、シャッタ２００Ｃは、コントローラ２００Ｄからの制御信号ＳＨによって閉成されている。又、このｔ10時点以前は、駆動パルスφＴＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＤがローレベル、駆動パルスφＲＳＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＴがローレベルとなっている。このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖout（コンデンサＣ１の両端の電位差）は、前回のサイクルでの入射光に応じた値Ｖｓとなっている。
【０１２４】
ｔ10時点に至ると、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGがオンする。また、駆動パルスφＲＳＤが中間電位ＶGMとなって前記オン状態のリセット用トランジスタＱRSGのドレインにこの中間電位ＶGMが印加される。
又、駆動パルスφＲＳＴがハイレベルとなって、リセット用トランジスタＱRSTがオンして、コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷が排出される。このとき、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは接地レベルとなる（コンデンサＣ１のリセット）。
【０１２５】
そして、ｔ11時点に至ると、制御信号ＳＨがローレベルとなってシャッタ２００Ｃが開成され露光が開始する（露光時間の開始）。
又、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻されて、リセット用トランジスタＱRSGがオフとなる（駆動パルスφＲＳＤもローレベルに戻される）。更に、駆動パルスφＲＳＴがローレベルに戻されることで、リセット用トランジスタＱRSTもオフとなる。
【０１２６】
このように露光時間が開始されても、駆動パルスφＴＧはハイレベルのままで転送用トランジスタＱTGがオフ状態であるため、露光時間の開始とともにフォトダイオード３１に生成され始めた信号電荷はそのまま蓄積され、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａに供給（転送）されない。
又、シャッタ２００Ｃが開成されることで、フォトダイオード３１のみならずゲート領域３２Ａでも入射光に応じた信号電荷が生成され、時間経過に伴ってその信号電荷の値が徐々に増える。
【０１２７】
ゲート領域３２Ａで生成された信号電荷が徐々に増えていく過程において、ＪＦＥＴ３２のゲート．ソース間の電位が或る閾値を超えると、ＪＦＥＴ３２がオンする（ｔ12時点）。
【０１２８】
即ち、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａに蓄積された電荷をＱｊ、ゲート容量をＣｊ、ＪＦＥＴ３２のゲート電位をＶｊｇとすれば、このゲート電位Ｖｊｇは以下のように表される。
Ｖｊｇ＝ＶGM＋Ｑｊ／Ｃｊ
従って、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａに生じた電荷Ｑｊの値が徐々に増加して、上記したＶｊｇの値が、ＪＦＥＴ３２の閾値電圧Ｖｊ以上となったときに（Ｖｊｇ≧Ｖｊ）、電気信号Ｖoutの値が増加し始める（ｔ12以降）。
【０１２９】
ｔ12時点でＪＦＥＴ３２がオンすると、オン状態となったＪＦＥＴ３２を介して、定電圧源ＶDDからコンデンサＣ１に電流が流れ、このコンデンサＣ１の充電が開始する。
このコンデンサＣ１の充電は、ＪＦＥＴ３２のゲート・ソース間の電位差が、ゲート領域３２Ａに蓄えられた信号電荷に応じた値になるまで行われる。換言すれば、コンデンサＣ１の両端の電位差が、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａに蓄えられた信号電荷に応じた電気信号Ｖoutとなる。
【０１３０】
この第２の実施形態でも上記のように、ｔ11時点では、フォトダイオード３１からゲート領域３２Ａへの信号電荷の供給は未だ開始されていないので、このときの電気信号Ｖoutは、ゲート領域３２Ａで生成された信号電荷に応じた値（Ｖout2）となる。
しかして、この電気信号Ｖout（Ｖout2）をモニタし、その値Ｖout（Ｖout2）が基準値Ｖrefとなった時点（ｔ13時点）で、制御信号ＳＨがローレベルに反転されて、シャッタが閉成される（露光時間の終了）。この結果、ｔ11〜ｔ13間が露光時間となる。
【０１３１】
又、ｔ13時点となると、駆動パルスφＲＳＴがハイレベルに反転されて、コンデンサＣ１の電荷が再びリセットされる。又、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってリセット用トランジスタＱRSGがオンとなり、駆動パルスφＲＳＤが最高電位（読み出しレベルＶGH）となって、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａのリセットが行われる。
【０１３２】
この読み出しレベルの一定電圧ＶGHがゲート領域３２Ａに印加されると、ＪＦＥＴ３２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
ｔ14時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻され、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻され、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutの値は、ＶDのままその値が保持される。
【０１３３】
又、このとき駆動パルスφＲＳＴがローレベルに戻されてコンデンサＣ１のリセットが解除され、コンデンサＣ１が充電可能な状態になる。
その後、ｔ15時点に至ると、駆動パルスφＴＧがローレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオンし、上記したｔ11〜ｔ12の間でフォトダイオード３１にて生成・蓄積された信号電荷がＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａに供給（転送）される。
【０１３４】
このｔ15時点でＪＦＥＴ３２のソース（ノードＮ１）に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード３１で生成・蓄積された信号電荷に応じた値Ｖｓになる。ｔ16時点に至ると、駆動パルスφＴＧが再びハイレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオフとなり、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード３１にて生成・蓄積された信号電荷に応じた値Ｖｓに保持される。
【０１３５】
ｔ20時点に至ると、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGが再びオンし、駆動パルスφＲＳＤが再び中間電位（一定電圧ＶGM）となり、ＪＦＥＴ３２のゲート領域３２Ａにこの中間電位ＶGMが印加され（リセット）、更に、駆動パルスφＲＳＴがハイレベルとなって（リセット用トランジスタＱRST）コンデンサＣ１に蓄えられていた電荷が排出される。尚、このときＪＦＥＴ３２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutは、接地レベルとなる。
【０１３６】
以後、ｔ10〜ｔ20時点間と同様の動作が繰り返されて、複数サイクルの検出動作が行われる。
尚、ｔ13〜ｔ15時点間で得られた電気信号ＶD、ｔ15〜ｔ20時点間で得られた電気信号Ｖｓは、共に、図１０に示す信号検出回路３９０に出力され、これらの差分を示す電気信号（光信号）Ｖｐが得られる。
【０１３７】
以上、詳述したように、この第２の実施形態の光電変換装置３００では、フォトダイオード３１を用いた光電変換素子２０における適正な露光時間を、ゲート領域３２Ａにて生成された信号電荷に基づいて制御しているので、ゲート領域３２Ａで生成される信号電荷は、撮影時の周囲の明るさに応じた値となる。即ち、ゲート領域３２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2が基準値Ｖrefと比較され、この比較結果に応じてシャッタの開成時間が制御されるので、撮影時の周囲の明るさの変化に応じた適正な露光時間に亘る撮影が可能になる。
【０１３８】
更に、この第２の実施形態の光電変換装置３００では、第１の実施形態のようにＪＦＥＴ３２が常にオンする構成とはせずに、ゲート領域３２Ａに蓄積された信号電荷が一定値以上となったときに当該ＪＦＥＴ３２をオンさせ、更に、ゲート領域３２Ａの電荷に応じてコンデンサＣ１に充電する構成としたので、第１の実施形態の光電変換素子２０と比較して、その消費電力を抑えるという効果が達成される。
【０１３９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図１２から図１７を用いて説明する。この第３の実施形態の光電変換素子４０は、後述するようにフォトダイオード４１以外に、ＪＦＥＴ４２のゲート領域（制御電極）４２Ａ、更には、リセット用トランジスタ４４の一方の主電極（リセットドレイン４４Ｂ）にも光が入射し得る構成となっており、これらゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで入射光に応じた信号電荷が出力されるようになっている。
【０１４０】
このゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷は、基準値Ｖrefと比較され、この比較結果を受けたコントローラ４００Ｄがシャッタ４００Ｃの開成時間（露光時間）を制御するようになっている。
第３の実施形態の光電変換素子４０は、図１２，図１３，図１４に示すように、入射光に応じた信号電荷を生成するフォトダイオード（光電変換部）４１と、そのゲート領域４２Ａに供給された信号電荷に応じて電気信号（Ｖout）を出力する増幅用トランジスタ（ＪＦＥＴ）４２と、フォトダイオード４１で生成・蓄積された信号電荷を前記ゲート領域４２Ａに供給（転送）するためのＰ型の転送用トランジスタ（転送部）４３と、ゲート領域４２Ａに供給（転送）された信号電荷を排出するためのＰ型のリセット用トランジスタ４４とを有する。
【０１４１】
この光電変換素子４０では、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａ及びリセット用トランジスタ４４のドレイン（リセットドレイン）４４Ｂでも入射光に応じた信号電荷が生成されるように、通常フォトダイオード４１以外を覆う遮光アルミが、このゲート領域４２Ａ及びリセットドレイン４４Ｂ上で除去されている（図１３，図１４）。
【０１４２】
このようにゲート領域４２Ａ及びリセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷は、当該リセットドレイン４４Ｂで加算されて、詳細は後述するように、光電流積分回路４７０（図１５）に送られ、その後、増幅された電気信号Ｖｉｐの形で出力される。
尚、この第３の実施形態では、ゲート領域４２Ａ及びリセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷の加算値に応じた電気信号Ｖｉｐが、比較回路４８０（図１６）で基準値Ｖrefと比較される。そして、この比較結果に基づいて、光電変換装置４００のシャッタ４００Ｃの開成時間（露光時間）が決定されるようになっている。
【０１４３】
尚、光電変換素子４０のデバイス構造は、そのリセットドレイン用配線４４８の形状が、上記した第１の実施形態の光電変換素子２０のデバイス構造（図１〜図３）と異なる。
即ち、光電変換素子２０ではリセットドレイン用配線２４８がリセットドレイン２４Ｂの上方（受光面）を覆うように形成されて当該リセットドレイン２４Ｂが遮光されていたが、この第３の実施形態では、リセットドレイン用配線４４８がリセットドレイン４４Ｂの上方にて除去されて当該リセットドレイン４４Ｂに光が入射するようになっている。即ち、この光電変換素子４０では、フォトダイオード４１、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂの各々の半導体領域で、入射光に応じた信号電荷が生成できるようになっている。
【０１４４】
尚、光電変換素子４０の、ＪＦＥＴ４２、転送用トランジスタ４３、リセット用トランジスタ４４等の他のデバイス構造は、第１の実施形態の光電変換素子２０と同じであり、その詳細な説明は省略する。
尚、図１２〜図１４中、符号４３Ｃは転送ゲート、４４Ｃはリセットゲート、４５はカラーフィルタ、４２８は垂直信号線用配線、４３１は転送ゲート用配線、４４７はリセットゲート用配線、４４８はリセットドレイン用配線である。
【０１４５】
次に、上記構成の光電変換素子４０及びこれに接続された信号検出回路４９０の回路構成を図１５を用いて説明すると共に、この光電変換素子４０を受光部として用いた光電変換装置４００の構成を図１６を用いて、その動作を図１７のタイミングチャートを用いて、各々、説明する。
尚、光電変換素子４０の回路構成は、図１５に示すように、リセット用トランジスタＱRSGの一方の主電極（リセットドレイン４４Ｂ）に、光電流積分回路４７０が接続されている点が、上記した第１の実施形態の光電変換素子４０の回路構成と異なる。
【０１４６】
以下、この光電流積分回路４７０の構成を中心に説明する。
光電流積分回路４７０は、図１５に示すように、リセット用トランジスタＱRSGのドレイン（リセットドレイン４４Ｂ）に並列に接続された２つのＰ型ＭＯＳトランジスタＱPD1，ＱPD2と、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱPD2のドレイン側と出力端子ＯＵＴとの間に並列に配置されたＮ型のＭＯＳトランジスタＱRST、コンデンサＣＬ、反転増幅器ＡＰとによって構成されている。
【０１４７】
この光電流積分回路４７０は、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷が入力されたときに、反転増幅器ＡＰとコンデンサＣＬの働きによって、当該信号電荷が積分され、その積分値に応じた値がコンデンサＣＬの両端の電位差（Ｖｉｐ）となって現れるものである。尚、リセット用トランジスタＱRSTはコンデンサＣＬの両端に生じた電位差をリセットするためのものである。
【０１４８】
このような光電流積分回路４７０が接続された光電変換素子４０では、ＪＦＥＴ４２のソースに、そのソースホロワ動作によって、フォトダイオード４１によって生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖoutが現れると共に、光電流積分回路４７０の出力端子ＯＵＴにゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷の積分値を示す電気信号（電圧信号）Ｖｉｐが現れる。
【０１４９】
又、前記電気信号Ｖoutが現れるノードＮ１には、第１の実施形態の光電変換装置２００と同様に、信号検出回路４９０が接続され、ＪＦＥＴ４２のソースホロワ動作によって生じた電気信号Ｖoutが、暗出力を示す電気信号ＶDと比較されて、ばらつき等に起因するノイズ成分（ＶD）を差し引いた電気信号Ｖｐが生成される（この電気信号Ｖｐはフォトダイオード４１に入射した光の強度に応じた値となる）。尚、図中、符号４９１はサンプルホールド回路、４９２は差分処理回路である。
【０１５０】
図１６は、光電変換素子４０が用いられた光電変換装置４００の全体構成を示すブロック図である。
この第３の実施形態の光電変換装置４００は、光電変換素子４０と駆動回路（図示省略）とからなる受光装置４００Ｂからの２つの出力信号（電気信号Ｖout，Ｖｉｐ）のうちＶoutが信号検出回路４９０に、Ｖｉｐが比較回路４８０に各々供給される点が、上記した第１の実施形態の光電変換装置２００と異なる。
【０１５１】
即ち、この光電変換装置４００では、フォトダイオード４１で生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖoutから、信号検出回路４９０にて暗出力に相当する基準信号電圧（ＶD）が除去され、電気信号（光信号）Ｖｐとして生成される。
一方、ゲート領域４２Ａとリセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖｉｐに基づいて、即ち、この電気信号Ｖｉｐが基準値Ｖrefより小さくなったか否かに応じて、コントローラ４００Ｄから暗箱４００Ａに設けられたシャッタ４００Ｃにその開成時間（露光時間）を制御するための制御信号ＳＨが供給されるようになっている。
【０１５２】
以下、入射光を検知する際の光電変換素子４０の１サイクルの動作を図１７のタイミングチャートを用いて説明する。尚、この図１７も連続するサイクルで入射光の強度が略一定の場合を示している。又、動作説明を簡単にするために、ここではｔ10時点からｔ20時点に至るまでを１サイクルとする。
先ず、ｔ10時点に至る前、シャッタ４００Ｃは、コントローラ４００Ｄからの制御信号ＳＨによって閉成されている。又、このｔ10時点以前は、駆動パルスφＴＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＤがローレベル、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなっている。
【０１５３】
更に、駆動パルスφＰＤ１，ＰＤ２、及び駆動パルスφＲＳＴがハイレベルとなっている。
このｔ10時点前は、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、前回のサイクルにおける入射光に応じた値Ｖｓ、光電流積分回路４７０の出力端子ＯＵＴに現れる電気信号Ｖｉｐは、そのリセット用トランジスタＱRSTがオン（駆動パルスφＲＳＴがハイレベル）しているので、所定のレベル（リセット状態）となっている。このときＭＯＳトランジスタＱPD1、ＱPD2は共にオフとなっている（駆動パルスφＰＤ１，ＰＤ２がハイレベル）。
【０１５４】
ｔ10時点に至ると、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGがオンする。又、駆動パルスφＰＤ１がローレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＱPD1がオンとなる。
そして、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となって、オン状態となっている前記ＭＯＳトランジスタＱPD1、リセット用トランジスタＱRSGを介して、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａにこの一定電圧ＶGHが印加される。
【０１５５】
ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａに一定電圧ＶGHが印加されると、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
そして、ｔ11時点に至ると、コントローラ４００Ｄからの制御信号ＳＨがローレベルとなってシャッタ４００Ｃが開成されて露光が行われる（露光時間の開始）。又、このとき駆動パルスφＰＤ１がハイレベルに戻されてＭＯＳトランジスタＱPD1がオフとなり、駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻される。
【０１５６】
尚、このときシャッタ４００Ｃが開成されているので、フォトダイオード４１のみならずゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂでも入射光に応じた信号電荷が、各々生成される。尚、ＭＯＳトランジスタＱPD1がオフであるため、入射光に応じて信号電荷が生成されているリセットドレイン４４Ｂに、このＭＯＳトランジスタＱPD1を介して駆動パルスφＲＳＤの電位が印加されることがない。
【０１５７】
又、このｔ11時点では、駆動パルスφＲＳＴがローレベルに反転されて、それまでの光電流積分回路４７０のリセットが解除され、更に、駆動パルスφＰＤ２がローレベルとなってＭＯＳトランジスタＱPD2がオンすることで、リセットドレイン４４Ｂからの信号電荷が、光電流積分回路４７０に供給され得る状態になる。
【０１５８】
そして、ｔ11時点に至った後には、ゲート領域４２Ａ，リセットドレイン４４Ｂで各々生成された信号電荷が、オン状態のリセット用トランジスタＱRSG、同じく、オン状態のＭＯＳトランジスタＱPD2を介してコンデンサＣＬに充電され、このコンデンサＣＬの両端の電位差に応じた電気信号Ｖｉｐが出力端子ＯＵＴに現れる。
【０１５９】
この出力端子ＯＵＴから現れる電気信号Ｖｉｐの値は、シャッタ４００Ｃの開成されている間、光がゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂに入射されている間、徐々に減少していく（ｔ11〜ｔ12）。
そして、この電気信号Ｖｉｐの値が、図１６に示した比較回路４８０で基準値Ｖrefと比較され、この基準値Ｖref以下になると（ｔ12時点）、コントローラ４００Ｄからシャッタ４００Ｃに送られる制御信号ＳＨがローレベルに反転されて、シャッタ４００Ｃが閉成される（露光時間の終了）。この結果、ｔ11〜ｔ12間が露光時間となる。
【０１６０】
従って、フォトダイオード４１では、この露光時間に亘って、入射光に応じた信号電荷が生成・蓄積される。
上記したようにゲート領域４２Ａとリセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖｉｐが基準値Ｖrefになって（ｔ12時点）、シャッタ４００Ｃが閉成されると（制御信号ＳＨがハイレベル）、今度は、駆動パルスφＲＳＤがハイレベル（一定電圧ＶGH）になる。
【０１６１】
又、このｔ12時点では、駆動パルスφＰＤ１がローレベルとなってＭＯＳトランジスタＱPD1がオンし、リセットドレイン４４Ｂの電位、更にはゲート領域４２Ａの電位が、オン状態のＭＯＳトランジスタＱPD1を介して、駆動パルスφＲＳＤの電位（一定電位ＶGH）になる（ゲート領域４２Ａのリセット）。
又、このｔ12時点では、駆動パルスφＰＤ２がハイレベルとなることでＭＯＳトランジスタＱPD2がオフとなり、リセットドレイン４４Ｂと光電流積分回路４７０の接続が断たれる。また、このとき駆動パルスφＲＳＴがオンとなって、当該光電流積分回路４７０もリセットされる。
【０１６２】
このとき出力端子ＯＵＴに現れる電気信号Ｖｉｐはリセットレベルとなる。尚、このｔ12時点でもＪＦＥＴ４２のソース４２Ｂに現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDのままである。
このｔ11〜ｔ12間では、未だ、駆動パルスφＴＧはハイレベルのままで転送用トランジスタＱTGはオフ状態である。従って、露光時間の開始とともにフォトダイオード４１にて生成され始めた信号電荷はそのままフォトダイオード４１の電荷蓄積領域（Ｐ型不純物拡散層４１２）に蓄積され、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａに転送されない。
【０１６３】
ｔ13時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻され、今度は駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻される。このときＭＯＳトランジスタＱPD1もオフされる（駆動パルスφＰＤ１がハイレベル）。
このとき、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutの値は、ＶDのままその値が保持されている。
【０１６４】
ｔ14時点に至ると、駆動パルスφＴＧがローレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオンする。
この転送用トランジスタＱTGのオンによって、上記したｔ11〜ｔ12の間でフォトダイオード４１にて生成・蓄積されていた信号電荷が、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａに供給（転送）される。
【０１６５】
このｔ14時点に至るまでにゲート領域４２Ａはリセットされているため（シャッタ４００Ｃも閉成されている）、このｔ14時点以降、ＪＦＥＴ４２のソース４２Ｂ（ノードＮ１）に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード４１で生成・蓄積された信号電荷に応じた値Ｖｓになる。
【０１６６】
ｔ15時点に至ると、駆動パルスφＴＧが再びハイレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオフとなりフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード４１にて生成・蓄積された信号電荷に応じた値Ｖｓに保持される。
ｔ20時点に至ると、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電位ＶGH）に立ち上げられ、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転され、駆動パルスφＰＤ１がハイレベルからローレベルに反転される。
【０１６７】
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGが再びオンし、駆動パルスφＰＤ１がローレベルとなることでＭＯＳトランジスタＱPD1が再びオンし、これら２つのトランジスタＱRSG、ＱPD1を介して、読み出しレベル（ＶGH）の駆動パルスφＲＳＤが、リセット用トランジスタＱRSGのドレイン、更には、ゲート領域４２Ａに印加される（ゲート領域４２Ａのリセット）。このとき、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、再び暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【０１６８】
以後、ｔ10〜ｔ20時点間と同様の動作が繰り返されて、複数のサイクルの入射光の検出動作が行われる。
尚、ｔ10〜ｔ14時点間で得られた電気信号ＶD、ｔ14〜ｔ20時点間で得られた電気信号Ｖｓは、図１５の信号検出回路４９０に出力され、これらの差分を示す電気信号（光信号）Ｖｐが得られる。
【０１６９】
このように光電変換素子４０では、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷の加算値に応じた電気信号Ｖｉｐを用いて、フォトダイオード４１における入射光の強度をモニタし、この値Ｖｉｐが徐々に小さくなって基準値Ｖrefを下回った時点で、シャッタ４００Ｃを閉成することで、露光時間を撮影時の周囲の明るさに応じた最適な時間とすることができる。
【０１７０】
ところで、この第３の実施形態の光電変換素子４０は、３つの半導体領域、即ち、フォトダイオード４１、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで、入射光に応じた信号電荷が生成・蓄積されるように構成されているが、そのうち、フォトダイオード４１の受光面側にカラーフィルタ（例えば、青色）４５が形成されている。
【０１７１】
このようにフォトダイオード４１の受光面側にカラーフィルタ４５を配置することで、光電変換素子４０を用いて、入射した光の中から、カラーフィルタ２５の色の成分を抽出して検出することができる。
又、この光電変換装置４００では、フォトダイオード４１以外で生成された信号電荷（ゲート領域４２Ａとリセットドレイン４４Ｂでの信号電荷）は、その露光時間の決定にのみ用いているが、この信号電荷を付加的に用いて、光電変換素子４０による光信号Ｖｐに反映させてもよい。
【０１７２】
又、この場合、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ａの上方（受光面側）に、フォトダイオード４１のカラーフィルタ４５と同色のカラーフィルタを配置してもよい。
このように同色のカラーフィルタ４５を配置するのであれば、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂでも、フォトダイオード４１で検出される光（例えば、赤色）と同色の光を検知し、この検知した同色の光強度をモニタして、露光時間を決定することで、高精度に当該露光時間を調整することができ、更に、フォトダイオード４１の信号電荷に加算して、信号電荷を大きくすることで光電変換効率を向上させることができる。
【０１７３】
更に、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａの上方（受光面側）及びリセットドレイン４４Ｂの上方に、フォトダイオード４１側のカラーフィルタ４５と互いに異なる色のカラーフィルタ（例えば、フォトダイオード４１側のカラーフィルタを青色、ゲート領域４２Ａ側とリセットドレイン４４Ｂ側のカラーフィルタを赤色）を配置してもよい。
【０１７４】
このようにフォトダイオード４１と、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａ及びリセットドレイン４４Ｂの上方（受光面側）にフォトダイオード４１側のカラーフィルタ４５と互いに異なる色のカラーフィルタを配置すれば、第１の実施形態で説明した場合と同様、以下の作用効果が得られる。
例えば、赤色の光を物体に照射したとき、入射光と同じ赤色の他に青色の光を放射する物体について、赤色と青色の光強度比を検出する場合を考える。入射光と同じ赤色の光強度が強い場合は、上記のように受光面積の広いフォトダイオード４１の受光面側に青色のカラーフィルタを配置し、受光面積の小さいＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａとリセットドレイン４４Ｂの受光面側に上記異なる色のカラーフィルタ（赤色）を配置することで、このゲート領域４２Ａとリセットドレイン４４Ｂで検出される赤色の分光成分とフォトダイオード４１にて検出される青色の分光成分との強度比を精度よく検出することができる。
【０１７５】
更に、フォトダイオード４１の受光面側にカラーフィルタを配置せずに、ＪＦＥＴ４２のゲート領域４２Ａ，リセットドレイン４４Ｂの上方（受光面側）にのみカラーフィルタ（例えば、赤色）を配置してもよい。
この場合、フォトダイオード４１は種々の色の光強度を検出することになるが、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで検出される特定光の強度に基づいて、検出された光の分光感度特性（既知）から入射光の分光特性、即ち色に関する情報を得ることができる。
【０１７６】
尚、この第３の実施形態では、ゲート領域４２Ａ、リセットドレイン４４Ｂで生成された信号電荷を、光電流積分回路４７０で積分したのち、その出力端子ＯＵＴから出力するようにしているが、積分することなく信号電荷の形態で出力するようにしてもよい。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図１８から図２２を用いて説明する。この第４の実施形態の光電変換素子５０は、第３の実施形態の光電変換素子４０と同様に、フォトダイオード５１以外に、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂにも光が入射できるデバイス構造となって光電変換が行われるものであるが、第３の実施形態と異なり、ゲート領域５２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号がＪＦＥＴ５２のソース５２Ｂから出力され（Ｖout2）、リセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号（Ｖｉｐ）が光電流積分回路５７０の出力端子ＯＵＴから出力されるようになっている。
【０１７７】
そして、ゲート領域５２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout2）と、リセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖｉｐが、各々、基準値Ｖref1，Ｖref2と比較され、電気信号Ｖout（Ｖout2）と電気信号Ｖｉｐの何れか一方が、基準値Ｖref1，Ｖref2を超えたときに、シャッタ５００Ｃが閉成されるようになっている。
【０１７８】
先ず、第４の実施形態の光電変換素子５０のデバイス構造について説明する。図１８〜図２０に示すように、光電変換素子５０は、第３の実施形態の光電変換素子４０と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成するフォトダイオード５１と、そのゲート領域５２Ａに供給された信号電荷に応じて電気信号（Ｖout）を出力する増幅用トランジスタ（ＪＦＥＴ）５２と、フォトダイオード５１で生成・蓄積された信号電荷を前記ゲート領域５２Ａに供給（転送）するためのＰ型の転送用トランジスタ５３と、ゲート領域５２Ａに供給（転送）された信号電荷を排出するためのＰ型のリセット用トランジスタ５４とを有する。
【０１７９】
又、この光電変換素子５０でも、第３の実施形態の光電変換素子４０と同様に、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａ及びリセット用トランジスタ５４のドレイン（リセットドレイン）５４Ｂにおいて入射光に応じた信号電荷が生成されるように、少なくとも、ゲート領域５２Ａとリセットドレイン５４Ｂの上方に遮光膜がない構成となっている（図１９，図２０）。
【０１８０】
このゲート領域５２Ａで生成された信号電荷は、そのままＪＦＥＴ５２のソースに電気信号Ｖoutの形で現れる。一方、リセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷は光電流積分回路５７０の出力端子ＯＵＴに電気信号Ｖｉｐの形で現れる。
尚、この光電変換素子５０では、フォトダイオード５１の上方にカラーフィルタ５５Ｂが、ゲート領域５２Ａの上方にカラーフィルタ５５Ｒが、リセットドレイン５４Ｂの上方にカラーフィルタ５５Ｇが、各々、配置されている。尚、光電変換素子５０のデバイス構造は、カラーフィルタ５５Ｒ，５５Ｂ，５５Ｇを、フォトダイオード５１、ゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂの上方に各々配置した点のみ上記した光電変換素子４０と異なるもので、他の構成は同じであり、その詳細な説明は省略する。
【０１８１】
次に、上記構成の光電変換素子５０及びこれに接続された信号検出回路５９０の回路構成を図２１を用いて説明すると共に、この光電変換素子５０を受光部として用いた光電変換装置５００の構成を図２２を用いて説明し、更にその動作を図２３，図２４のタイミングチャートを用いて、各々、説明する。
この図２１に示す回路構成の光電変換素子５０では、ＪＦＥＴ５２のソースホロワ動作によって、フォトダイオード５１によって生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout1）と、ゲート領域５２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout2）とが異なるタイミングでそのソースに現れると共に、前記した光電流積分回路５７０の出力端子ＯＵＴにリセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖｉｐが現れるようになっている。尚、図２１の光電流積分回路５７０の構成及びその動作も、第３の実施形態の光電流積分回路４７０と同じであり、その詳細な説明は省略する。
【０１８２】
図２２は、光電変換素子５０が搭載された光電変換装置５００の全体構成を示すブロック図である。
この第４の実施形態の光電変換装置５００は、図２２に示すように、光電変換素子５０と駆動回路（図示省略）とからなる受光装置５００Ｂからの３つの出力信号（電気信号Ｖout1，Ｖout2，Ｖｉｐ）のうち電気信号Ｖout1が信号検出回路５９０に、電気信号Ｖout2が比較回路５８０Ａに、電気信号Ｖｉｐが比較回路５８０Ｂに各々供給される点が、上記した第３の実施形態の光電変換装置５００と異なる。
【０１８３】
即ち、この光電変換装置５００では、フォトダイオード５１で生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout（Ｖout1）から、信号検出回路５９０にて暗出力に相当する基準信号電圧ＶDが除去され、光電流Ｖｐが得られる。
一方、ゲート領域５２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2と、リセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖｉｐとが、比較回路５８０Ａ，５８０Ｂで、各々、基準値Ｖref1，Ｖref2と比較され、コントローラ５００Ｄがこの比較結果に応じて、暗箱５００Ａに設けられたシャッタ５００Ｃにその開成時間（露光時間）を制御するための制御信号ＳＨを出力するようになっている。
【０１８４】
次に、入射光を検知する際の光電変換素子５０の１サイクルの動作を、図２３のタイミングチャートを用いて説明する。尚、この図２３も連続するサイクルで入射光の強度が略一定の場合を示している。又、動作説明を簡単にするために、ここではｔ10時点からｔ20時点に至るまでの１サイクルの動作について説明する。
先ず、ｔ10時点に至る前、シャッタ５００Ｃは、コントローラ５００Ｄからの制御信号ＳＨによって閉成されている。又、このｔ10時点以前は、駆動パルスφＴＧがハイレベル、駆動パルスφＲＳＤがローレベル、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなっている。
【０１８５】
更に、駆動パルスφＰＤ１，ＰＤ２、及び駆動パルスφＲＳＴがハイレベルとなっている。
このときノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、前回のサイクルにおける入射光に応じた値Ｖｓ、光電流積分回路５７０の出力端子ＯＵＴに現れる電気信号Ｖｉｐは接地レベル（リセット状態）となっている。
【０１８６】
ｔ10時点に至ると、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなってＰ型のリセット用トランジスタＱRSGがオンする。又、駆動パルスφＰＤ１がローレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＱPD1がオンとなる。
そして、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（一定電圧ＶGH）となって、オン状態となっている前記ＭＯＳトランジスタＱPD1を介してリセット用トランジスタＱRSGのドレイン（リセットドレイン５４Ｂ）にこの一定電圧ＶGHが印加される。このドレインの電位は、更にＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａに供給される。
【０１８７】
そして、ｔ11時点に至ると、コントローラ５００Ｄからの制御信号ＳＨがローレベルとなってシャッタ５００Ｃが開成されて露光が行われる（露光時間の開始）。尚、シャッタ５００Ｃが開成されることで、フォトダイオード５１のみならずゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂでも入射光に応じた信号電荷が、各々生成され始める。
【０１８８】
又、駆動パルスφＲＳＤがローレベルに、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに反転される。更に、駆動パルスφＰＤ１がハイレベルに、更に駆動パルスφＰＤ２がローレベルに、駆動パルスφＲＳＴがローレベルに反転される。
このようにｔ11時点で、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルとなることで、リセット用トランジスタＱRSGがオフとなる。従って、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａで生成された信号電荷は、そのままゲート領域５２Ａに蓄積され、ＪＦＥＴ５２のソースに現れる電気信号Ｖout（Ｖout2）は、このゲート領域５２Ａで生成された信号電荷に応じた値になる。この電気信号Ｖout（Ｖout2）は、シャッタ４００Ｃの開成されている間、徐々に増加していく（ｔ11〜ｔ12）。
【０１８９】
又、このｔ11時点では、駆動パルスφＲＳＴがローレベルに反転されて、光電流積分回路５７０におけるリセットが解除される。又、駆動パルスφＰＤ２がローレベルとなってＭＯＳトランジスタＱPD2がオンすることで、リセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷が、この光電流積分回路５７０で積分され得る状態になる。
【０１９０】
しかして、ｔ11時点に至った後には、リセットドレイン５４Ｂにおいて生成された信号電荷が、オン状態のＭＯＳトランジスタＱPD2を介して光電流積分回路５７０で積分され、その積分値に応じた値（電気信号Ｖｉｐ）が出力端子ＯＵＴに現れる。尚、このときＭＯＳトランジスタＱPD1はオフ（駆動パルスφＰＤ１がハイレベル）となる。
【０１９１】
この出力端子ＯＵＴから現れる電気信号Ｖｉｐの値は、シャッタ５００Ｃの開成されている間、徐々に減少していく（ｔ11〜ｔ12）。
このように徐々に変化していく電気信号Ｖout2と電気信号Ｖｉｐは、図２２に示す比較回路５８０Ａ，５８０Ｂで、基準値Ｖref1，Ｖref2と各々比較される。これら比較回路５８０Ａ，５８０Ｂからは、何れか一方の値が基準値Ｖref1，Ｖref2を超えたとき（図２３は電気信号Ｖout2が基準値Ｖref1を超えた場合を示し、図２４は電気信号Ｖｉｐが基準値Ｖref2を超えた場合を示す）、その比較結果がコントローラ５００Ｄに送られる。
【０１９２】
コントローラ５００Ｄはこれを認識して、制御信号ＳＨをローレベルに反転して、シャッタ５００Ｃを閉成させる（露光時間の終了）。
このように電気信号Ｖout2又はＶｉｐが、基準値Ｖref1又はＶref2を超えて、ｔ12時点に至ると、更に、駆動パルスφＲＳＤが読み出しレベル（ＶGH）に立ち上げられ、駆動パルスφＲＳＧがローレベルに反転され、駆動パルスφＰＤ１がローレベルに反転される。
【０１９３】
駆動パルスφＰＤ１がローレベルとなることでＭＯＳトランジスタＱPD1がオンとなり、駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでリセット用トランジスタＱRSGがオンとなる。
そして、上記読み出しレベルの電位（ＶGH）が、オン状態となったＭＯＳトランジスタＱPD1を介して、リセットドレイン５４Ｂに供給される。更に、読み出しレベルの電位（ＶGH）は、オン状態となったＭＯＳトランジスタＱPD1、リセット用トランジスタＱRSGを介して、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａに供給されて、そのリセットが行われる。
【０１９４】
このとき、ゲート領域５２Ａに受けた電位（ＶGH）によってソースに現れる電気信号Ｖoutは、暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
又、このｔ12時点に至って駆動パルスφＰＤ２がハイレベルとなることでＭＯＳトランジスタＱPD2がオフし、駆動パルスφＲＳＴがハイレベルに反転されて光電流積分回路５７０におけるリセットが行われる。
【０１９５】
これまでのｔ11〜ｔ12間では、未だ、駆動パルスφＴＧはハイレベルのままで転送用トランジスタＱTGはオフ状態である。従って、露光時間の開始とともにフォトダイオード５１にて生成され始めた信号電荷は、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａに転送されずにそのまま蓄積される。
ｔ13時点に至ると、再び、駆動パルスφＲＳＤがローレベルに戻され、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルに戻される。このとき、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａはフローティング状態になるが、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutの値は、ＶDのままその値が保持されている。
【０１９６】
ｔ14時点に至ると、駆動パルスφＴＧがローレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオンする。
この転送用トランジスタＱTGのオンによって、上記したｔ11〜ｔ12の間でフォトダイオード５１にて生成・蓄積された信号電荷がＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａに供給（転送）される。このｔ14時点に至るまでにゲート領域５２Ａは既にリセット（ゲート領域５２Ａの電位は読み出しレベル）されているため（シャッタ５００Ｃも閉成されている）、このｔ14時点でＪＦＥＴ５２のソース（ノードＮ１）に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード５１で生成・蓄積された信号電荷にのみ応じた値Ｖｓになる。
【０１９７】
ｔ15時点に至ると、駆動パルスφＴＧが再びハイレベルに反転されて、転送用トランジスタＱTGがオフとなりフローティング状態になるが、ＪＦＥＴ５２のソース（ノードＮ１側）に現れる電気信号Ｖoutは、フォトダイオード５１にて生成・蓄積された信号電荷に応じた値Ｖｓに保持される。
ｔ20時点に至ると、駆動パルスφＲＳＧがハイレベルからローレベルに反転され、駆動パルスφＰＤ１がハイレベルからローレベルに立ち下げられ、更に、駆動パルスφＲＳＤがローレベルからハイレベル（ＶGH）に立ち上げられる。
【０１９８】
駆動パルスφＲＳＧがローレベルとなることでＰ型のリセット用トランジスタＱRSGが再びオンし、駆動パルスφＰＤ１がローレベルとなることでＭＯＳトランジスタＱPD1が再びオンし、これら２つのトランジスタＱRSG、ＱPD1を介して、ハイレベル（ＶGH）の駆動パルスφＲＳＤがリセット用トランジスタＱRSGのドレインに印加されてゲート領域５２Ａのリセットが行われる。このとき、ノードＮ１に現れる電気信号Ｖoutは、再び暗出力に相当する基準信号電圧ＶDとなる。
【０１９９】
以後、ｔ10〜ｔ20時点間と同様の動作が繰り返されて、複数のサイクルの光の検出動作が行われる。
尚、ｔ12〜ｔ14時点間で得られた電気信号ＶD、ｔ14〜ｔ20時点間で得られた電気信号Ｖｓは、信号検出回路５９０に出力され、これらの差分を示す電気信号（光信号）Ｖｐが得られる。
【０２００】
このように光電変換素子５０では、ゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂで各々生成された信号電荷に応じた電気信号Ｖout2、電気信号Ｖｉｐを、各々、比較回路５８０Ａ，５８０Ｂで基準値Ｖref1，Ｖref2と比較し、この結果に基づいて入射光の強度をモニタすることでし、シャッタ５００Ｃの開成時間（露光時間）を制御しているので、常に、最適な露光時間を得ることができる。即ち、第４の実施形態の光電変換素子５０によれば、適正な露光時間を、ゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂにて生成された信号電荷に基づいて制御しているので、撮影時の周囲の明るさに応じたこれらの信号電荷で、撮影時の周囲の明るさの変化に応じた適正な露光時間による撮影が可能になる。
【０２０１】
ところで、この第４の実施形態の光電変換素子５０は、３つの半導体領域、即ち、フォトダイオード５１、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂで、入射光に応じた信号電荷が生成・蓄積されるように構成されると共に、フォトダイオード５１、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂの各々の上方（受光面側）に、カラーフィルタ５５Ｂ（青色）、５５Ｒ（赤色）、５５Ｇ（緑色）が配置されている。
【０２０２】
このようにフォトダイオード５１、ＪＦＥＴ５２のゲート領域５２Ａ、リセットドレイン５４Ｂの受光面側にカラーフィルタ５５Ｂ（青色）、５５Ｒ（赤色）、５５Ｇ（緑色）を各々配置することで、入射光の分光特性（色に関する情報）を更に詳細に得ることができる。
色の異なるカラーフィルタを用いて、その物体の特性を測定する場合等の作用効果は、上記の第３の実施形態で説明した場合と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【０２０３】
尚、この第４の実施形態でも、リセットドレイン５４Ｂで生成された信号電荷を、光電流積分回路５７０で積分したのち、その出力端子ＯＵＴから出力するようにしているが、積分することなく信号電荷の形態で出力するようにしてもよい。
尚、上記した第１〜第４の実施形態では、フォトダイオード２１，３１，４１，５１を用いた光電変換装置で、ゲート領域２２Ａ，３２Ａ，４２Ａ，５２Ａ及び／又はリセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで生成された信号電荷に基づいて、その露光時間を決定するようにしたが、シャッタ２００Ｃ，４００Ｃ，５００Ｃの開成時間（露光時間）を一定にしておいて、そのときゲート領域２２Ａ，３２Ａ，４２Ａ，５２Ａ及び／又はリセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで生成された信号電荷に基づいて色情報を認識し、フォトダイオード２１，３１，４１，５１で検出された光強度信号による光強度情報に、上記色情報を加味して、精細な分光成分の検出を行うようにしてもよい。
【０２０４】
又、上記した第３、第４の実施形態では、リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで入射光に応じて生成された信号電荷は、何れの場合も、光電流積分回路４７０，５７０から出力されるようにされているが、これに限らず、リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂにて生成された信号電荷を、ＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａに供給（転送）することで、これらの信号電荷に応じた電気信号をＪＦＥＴ４２，５２のソース（ノードＮ１）から出力させるようにしてもよい。
【０２０５】
即ち、リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂに信号電荷が生成・蓄積されている状態で、リセット用トランジスタＱRSG（４４，５４）をオンすれば、この信号電荷が蓄積されているリセットドレイン４４Ｂ，５４ＢとＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａとが同電位となるため、リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号がＪＦＥＴ４２，５２のソースに現れることになる。
【０２０６】
この場合、リセット用トランジスタＱRSG（４４，５４）のゲート（４４Ｃ，５４Ｃ）に供給される駆動パルスφＲＳＧのハイレベル／ローレベルのタイミングを調整することで、ＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号と、上記リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号とを個別のタイミングで、当該ＪＦＥＴ４２，５２のソースから出力させることも、或いは、ＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａで生成された信号電荷と上記リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで生成された信号電荷との加算値に応じた電気信号とを、当該ＪＦＥＴ４２，５２のソース（ノードＮ１側）から出力させることもできる。
【０２０７】
更に、個別に出力されるゲート領域４２Ａ，５２Ａで生成された信号電荷に応じた電気信号と、上記リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂで生成された信号電荷に応じた電気信号とを、フォトダイオード２１で生成された信号電荷に応じた電気信号に加算して、又は、個別のタイミングで、当該ＪＦＥＴ４２，５２のソース（ノードＮ１側）から出力させることもできる。
【０２０８】
又、上記した第３、第４の実施形態では、光電変換素子４０，５０が、フォトダイオード４１，５１以外に、ＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａと、リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂの双方で、入射光に応じた信号電荷が生成されるように構成されているが、ＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａを、例えば、リセットドレイン用配線（アルミ配線）で遮光して、ゲート領域４２Ａ，５２Ａでの信号電荷の生成を行わないようしてもよい。
【０２０９】
この場合には、リセットドレイン４４Ｂ，５４Ｂにて生成された信号電荷を、ＪＦＥＴ４２，５２のゲート領域４２Ａ，５２Ａに供給（転送）して、このＪＦＥＴ４２，５２のソース（ノードＮ１）から出力させるようにしてもよいし、リセット用トランジスタＱRSG（２４）のドレインから出力させるようにしてもよい。
【０２１０】
尚、上記した第１〜第４の実施形態で開示した光電変換素子２０，３０，４０，５０については、素子単体で用いる場合を想定してその構造、及び、動作を説明したが、これらの光電変換素子２０，３０，４０，５０を、多数アレイ状に配置すれば、そのままイメージセンサを構成することができる。
尚、上記した第１、第３及び第４の実施形態では、光電変換素子２０，４０，５０のリセットドレイン２４Ｂ，４４Ｂ，５４Ｂにハイレベル（読み出しレベルＶGH）と、ローレベルの２値の駆動パルスφＲＳＤを供給しているが、リセットドレイン２４Ｂ，３４Ｂ，４４Ｂ，５４Ｂに、ハイレベル（ＶGH）の信号を供給するようにしてもよい。
【０２１１】
尚、上記した第２の実施形態では、光電変換素子３０のリセットドレイン３４Ｂに最高電位（ＶGH）、中間電位（ＶGM）、それにローレベルの３値の駆動パルスφＲＳＤを供給しているが、第１の実施形態のように２値の駆動パルスφＲＳＤをリセットドレイン３４Ｂに供給するようにしてもよいし、上記のように、一定レベル（ＶGH）の信号を供給するようにしてもよい。
【０２１２】
又、第１〜第４の実施形態では、従たる受光部（ゲート領域、リセットドレイン）で生成された信号電荷に基づいてシャッタの開成時間（露光時間）を制御するようにしているが、露光時間の制御を行うことなく、各々の従たる受光部（ゲート領域、リセットドレイン）で生成された信号電荷を、当該光電変換素子の出力としてのみ用いるようにしてもよい。
【０２１３】
又、第１〜第４の実施形態で開示した光電変換素子２０，３０，４０，５０には、光電変換部であるフォトダイオードと出力部を構成する増幅用トランジスタとの間に転送用トランジスタが配置されているが、転送用トランジスタのないタイプ、例えばフォトダイオードと増幅用トランジスタの制御電極が直接電気的に接続されている素子構造や、フォトダイオードと増幅用トランジスタとが一体となっているフォトトランジスタを有する素子構造として、主たる受光部としてフォトダイオードあるいはフォトトランジスタを、従たる受光部としてリセット用トランジスタのリセットドレインを用いるようにしてもよい。
【０２１４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１又は請求項２の発明によれば、光電変換部以外の半導体領域、即ち、増幅用トランジスタの制御電極においても入射光に応じた信号電荷を生成することができるので、光電変換素子の受光面積を実質的に大きく確保して、１画素当りの光電変換効率を高めることができるようになる。
【０２１５】
又、請求項３、請求項４の発明によれば、入射光の分光成分に応じて、特定の波長の光を効率よく検知することができるようになる。又、入射光の色情報を精細に検知できる。
又、請求項５、請求項６の発明によれば、前記制御電極で生成された信号電荷で光電変換装置が使用される周囲の明るさをモニタし、露光時間を、このモニタした結果に応じて自動的に調整することで、常に、鮮明な画像を得ることができるようになる。
【０２１６】
又、請求項７から請求項１０の発明によれば、光電変換部以外の半導体領域、即ち、リセット用トランジスタの一方の主電極においても入射光に応じた信号電荷を生成することができるので、光電変換素子の受光面積を実質的に大きく確保して、１画素当りの光電変換効率を高めることができるようになる。
又、請求項１１又は請求項１２の発明によれば、入射光の分光成分に応じて、特定の波長の光を効率よく検知することができるようになる。又、入射光の色情報を精細に検知できる。
【０２１７】
又、請求項１３の発明によれば、前記主電極で生成された信号電荷で光電変換装置が使用される周囲の明るさをモニタし、露光時間を、このモニタした結果に応じて自動的に調整することで、常に、鮮明な画像を得ることができるようになる。
又、請求項１４から請求項１８の発明によれば、光電変換部以外の半導体領域、即ち、増幅用トランジスタの制御電極、リセット用トランジスタの一方の主電極においても入射光に応じた信号電荷を生成することができるので、光電変換素子の受光面積を実質的に大きく確保して、１画素当りの光電変換効率を高めることができるようになる。
【０２１８】
又、請求項１９又は請求項２０の発明によれば、入射光の分光成分に応じて、特定の波長の光を効率よく検知することができるようになる。又、入射光の色情報を精細に検知できる。
又、請求項２１又は請求項２２の発明によれば、前記制御電極で生成された信号電荷、又は前記主電極で生成された信号電荷で光電変換装置が使用される周囲の明るさをモニタし、露光時間を、このモニタした結果に応じて自動的に調整することで、常に、鮮明な画像を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光電変換素子２０のデバイス構造を示す平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図４】光電変換素子２０及び信号検出回路２９０を示す回路図である。
【図５】光電変換素子２０を受光装置２００Ｂとして用いた光電変換装置２００の概略を示すブロック図である。
【図６】光電変換素子２０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図７】光電変換素子２０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図８】第１の実施形態の変形例１に係る光電変換素子２０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図９】第１の実施形態の変形例２に係る光電変換素子２０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施形態の光電変換素子３０及び信号検出回路３９０を示す回路図である。
【図１１】光電変換素子３０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図１２】第３の実施形態の光電変換素子４０のデバイス構造を示す平面図である。
【図１３】図１２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１４】図１２のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図１５】光電変換素子４０及び信号検出回路４９０を示す回路図である。
【図１６】光電変換素子４０を受光装置４００Ｂとして用いた光電変換装置４００の概略を示すブロック図である。
【図１７】光電変換素子４０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図１８】第４の実施形態の光電変換素子５０のデバイス構造を示す平面図である。
【図１９】図１８のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図２０】図１８のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図２１】光電変換素子５０及び信号検出回路５９０を示す回路図である。
【図２２】光電変換素子５０を受光装置５００Ｂとして用いた光電変換装置５００の概略を示すブロック図である。
【図２３】光電変換素子５０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図２４】光電変換素子５０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【図２５】従来の光電変換素子１０のデバイス構造を示す平面図である。
【図２６】図２５のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図２７】図２５のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図２８】光電変換素子１０及び信号検出回路１９０を示す回路図である。
【図２９】光電変換素子５０に供給される駆動パルスφＴＧ、φＲＳＧ、φＲＳＤの波形を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２０，３０，４０，５０ 光電変換素子
２１，４１，５１ フォトダイオード（光電変換部）
２２，３２，４２，５２ 増幅用トランジスタ（ＪＦＥＴ）
２２Ａ，３２Ａ，４２Ａ，５２Ａ ゲート領域（制御電極）
２３，３３，４３，５３ 転送用トランジスタ（ＱTG）
２４，３４，４４，５４ リセット用トランジスタ（ＱRSG）
２４Ｂ，３４Ｂ，４４Ｂ，５５Ｂ リセットドレイン（主電極）
２５，２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ カラーフィルタ
２００，３００，４００，５００ 光電変換装置
２００Ｃ，４００Ｃ，５００Ｃ シャッタ（シャッタ部）
２００Ｄ，４００Ｄ，５００Ｄ コントローラ（制御手段）
２９０，３９０，４９０，５９０ 信号検出回路

Claims (22)

1. 入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部とを備えた光電変換素子において、
   前記増幅用トランジスタは、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷を生成するように形成され、
   前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記光電変換部で生成された信号電荷とを加算した値に応じた電気信号を前記出力部から出力させ、又は、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号とを個別に前記出力部から出力させる駆動手段が、前記転送部に接続されている
   ことを特徴とする光電変換素子。
2. 前記増幅用トランジスタは、電界効果型トランジスタである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記増幅用トランジスタの制御電極と前記光電変換部の少なくとも一方の受光面側には、１種の色のカラーフィルタが形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電変換素子。
4. 前記増幅用トランジスタの制御電極及び前記光電変換部の受光面側には、互いに異なる色のカラーフィルタが形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電変換素子。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、
   前記制御手段は、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整する
   ことを特徴とする光電変換装置。
6. 請求項１から請求項４の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、
   前記制御手段は、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記光電変換部で生成された信号電荷との加算値に基づいて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整する
   ことを特徴とする光電変換装置。
7. 入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、
   前記リセット用トランジスタは、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成され、
   前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給させて該信号電荷に応じた電気信号を出力させると共に、前記一方の主電極で生成された信号電荷を該主電極から出力させる駆動手段が、前記リセット用トランジスタ及び前記転送部に接続されている
   ことを特徴とする光電変換素子。
8. 入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、
   前記リセット用トランジスタは、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成され、
   前記光電変換部で生成された信号電荷と前記一方の主電極で生成された信号電荷とを個別に前記制御電極に供給して、前記出力部からこれら信号電荷に応じた電気信号を出力させる駆動手段が、前記リセット用トランジスタ及び前記転送部に接続されている
   ことを特徴とする光電変換素子。
9. 前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極には、該主電極で生成された信号電荷を当該光電変換素子の外部に出力するための第１のトランジスタと、該主電極に所定の電位を印加するための第２のトランジスタとが各々接続されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の光電変換素子。
10. 前記増幅用トランジスタは、電界効果型トランジスタであり、
    前記リセット用トランジスタは、ＭＯＳトランジスタである
    ことを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の光電変換素子。
11. 前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極と前記光電変換部の少なくとも一方の受光面側には、１種の色のカラーフィルタが形成されている
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れかに記載の光電変換素子。
12. 前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極及び前記光電変換部の受光面側には、互いに異なる色のカラーフィルタが形成されている
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０の何れかに記載の光電変換素子。
13. 請求項７から請求項１２の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、
    前記制御手段は、少なくとも、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整する
    ことを特徴とする光電変換装置。
14. 入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、
    前記増幅用トランジスタは、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷を生成するように形成され、
    前記リセット用トランジスタは、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成され、
    前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給して前記出力部から該信号電荷に応じた電気信号を出力させると共に、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記一方の主電極で生成された信号電荷とを加算して該主電極から出力させる駆動手段が、前記転送部と前記リセット用トランジスタに接続されている
    ことを特徴とする光電変換素子。
15. 入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、
    前記増幅用トランジスタは、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷を生成するように形成され、
    前記リセット用トランジスタは、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成され、
    前記光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号とを個別に、前記出力部から出力させると共に、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極で生成された信号電荷を該主電極から出力させる駆動手段が、前記転送部と前記リセット用トランジスタに接続されている
    ことを特徴とする光電変換素子。
16. 入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、増幅用トランジスタからなり該増幅用トランジスタの制御電極に供給された電荷に応じて電気信号を出力する出力部と、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給するための転送部と、前記制御電極に供給された前記信号電荷を排出するためのリセット用トランジスタとを備えた光電変換素子において、
    前記増幅用トランジスタは、その制御電極にて入射光に応じた信号電荷を生成するように形成され、
    前記リセット用トランジスタは、少なくともその一方の主電極において入射光に応じた信号電荷が生成されるように形成され、
    前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じた電気信号とを、前記光電変換部で生成された信号電荷に応じた電気信号に加算して前記出力部から出力させ、
    又は、前記光電変換部で生成された信号電荷を前記制御電極に供給して前記出力部から該信号電荷に応じた電気信号を出力させると共に、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷と前記一方の主電極で生成された信号電荷とを加算した値に応じた電気信号を前記出力部から出力させ、又は、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷に応じた電気信号と前記一方の主電極で生成された信号電荷とに応じた電気信号を個別に該出力部から出力させる駆動手段が、前記転送部と前記リセット用トランジスタに接続されている
    ことを特徴とする光電変換素子。
17. 前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極には、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷及び／又は該主電極で生成された信号電荷を当該光電変換素子の外部に出力するための第１のトランジスタと、該主電極に所定の電位を印加するための第２のトランジスタとが各々接続されている
    ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の光電変換素子。
18. 前記増幅用トランジスタは、電界効果型トランジスタであり、
    前記リセット用トランジスタは、ＭＯＳトランジスタである
    ことを特徴とする請求項１４から請求項１７の何れかに記載の光電変換素子。
19. 前記増幅用トランジスタの制御電極、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極、前記光電変換部の少なくとも１つの受光面側には、１種のカラーフィルタが形成されている
    ことを特徴とする請求項１４から請求項１８の何れかに記載の光電変換素子。
20. 前記増幅用トランジスタの制御電極、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極、前記光電変換部の少なくとも２つの受光面側には、互いに異なる色のカラーフィルタが形成されている
    ことを特徴とする請求項１４から請求項１８の何れかに記載の光電変換素子。
21. 請求項１４から請求項２０の何れかに記載の光電変換素子と、シャッタ部と、該シャッタ部の開閉タイミングを制御する制御手段とを有する光電変換装置において、
    前記制御手段は、少なくとも、前記増幅用トランジスタの制御電極で生成された信号電荷又は前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極で生成された信号電荷に応じて、前記シャッタ部の開閉タイミングを制御して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整する
    ことを特徴とする光電変換装置。
22. 前記制御手段は、前記出力部から出力される電気信号が第１の所定値を超えたとき、又は、前記リセット用トランジスタの前記一方の主電極から出力される信号電荷が第２の所定値を超えたときに、前記シャッタ部を閉成して、前記光電変換部で電荷が生成される期間を調整する
    ことを特徴とする請求項２１に記載の光電変換装置。

Images