JPH0654957B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JPH0654957B2 JPH0654957B2 JP60252653A JP25265385A JPH0654957B2 JP H0654957 B2 JPH0654957 B2 JP H0654957B2 JP 60252653 A JP60252653 A JP 60252653A JP 25265385 A JP25265385 A JP 25265385A JP H0654957 B2 JPH0654957 B2 JP H0654957B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14681—Bipolar transistor imagers
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、第1導電型の半導体からなる制御電極領域
と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から
なる第1及び第2の主電極領域と、を有し、入射光によ
り生成されるキャリアを前記制御電極領域に蓄積可能な
複数のトランジスタを具備する光電変換装置に関する。
と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から
なる第1及び第2の主電極領域と、を有し、入射光によ
り生成されるキャリアを前記制御電極領域に蓄積可能な
複数のトランジスタを具備する光電変換装置に関する。
[従来技術] 第4図(A)は、特開昭60-12759号公報〜特開昭60-12765
号公報に記載されている光電変換装置の概略的断面図、
第4図(B)は、その1個の光電変換セルの等価回路図で
ある。
号公報に記載されている光電変換装置の概略的断面図、
第4図(B)は、その1個の光電変換セルの等価回路図で
ある。
両図において、n+シリコン基板1上に光電変換セルが
形成され配列されており、各光電変換セルはSiO2、Si3
N4、又はポリシリコン等より成る素子分離領域2によ
って隣接する光電変換セルから電気的に絶縁されてい
る。
形成され配列されており、各光電変換セルはSiO2、Si3
N4、又はポリシリコン等より成る素子分離領域2によ
って隣接する光電変換セルから電気的に絶縁されてい
る。
各光電変換セルは次のような構成を有する。
エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低いn
-領域3上にはpタイプの不純物をドーピングすること
でp領域4が形成され、p領域4には不純物拡散技術又
はイオン注入技術等によってn+領域5が形成されてい
る。p領域4およびn+領域5は、各々バイポーラトラ
ンジスタのベースおよびエミッタである。
-領域3上にはpタイプの不純物をドーピングすること
でp領域4が形成され、p領域4には不純物拡散技術又
はイオン注入技術等によってn+領域5が形成されてい
る。p領域4およびn+領域5は、各々バイポーラトラ
ンジスタのベースおよびエミッタである。
このように各領域が形成されたn-領域3上には酸化膜
6が形成され、酸化膜6上に所定の面積を有するキャパ
シタ電極7が形成されている。キャパシタ電極7は酸化
膜6を挟んでp領域4と対向し、キャパシタ電極7にパ
ルス電圧を印加することで浮遊状態にされたp領域4の
電位を制御する。
6が形成され、酸化膜6上に所定の面積を有するキャパ
シタ電極7が形成されている。キャパシタ電極7は酸化
膜6を挟んでp領域4と対向し、キャパシタ電極7にパ
ルス電圧を印加することで浮遊状態にされたp領域4の
電位を制御する。
その他に、n+領域5に接続されたエミッタ電極8、基
板1の裏面に不純物濃度の高いn+領域11、およびバイ
ポーラトランジスタのコレクタに電位を与えるためのコ
レクタ電極12がそれぞれ形成されている。
板1の裏面に不純物濃度の高いn+領域11、およびバイ
ポーラトランジスタのコレクタに電位を与えるためのコ
レクタ電極12がそれぞれ形成されている。
次に、基本的な動作を説明する。まず、バイポーラトラ
ンジスタのベースであるp領域4は負電位の初期状態に
あるとする。このp領域4側から光13が入射し、入射光
によって発生した電子・正孔対のうちの正孔がp領域4
に蓄積され、蓄積された正孔によってp領域4の電位が
正方向に変化する(蓄積動作)。
ンジスタのベースであるp領域4は負電位の初期状態に
あるとする。このp領域4側から光13が入射し、入射光
によって発生した電子・正孔対のうちの正孔がp領域4
に蓄積され、蓄積された正孔によってp領域4の電位が
正方向に変化する(蓄積動作)。
続いて、キャパシタ電極7に読出し用の正電圧パルスが
印加され、蓄積動作時のベース電位変化分に対応した読
出し信号、すなわち光情報が浮遊状態にしたエミッタ電
極8から出力される(読出し動作)。ただし、ベースで
あるp領域4の蓄積電荷量はほとんど減少しないため
に、非破壊読出しが可能である。
印加され、蓄積動作時のベース電位変化分に対応した読
出し信号、すなわち光情報が浮遊状態にしたエミッタ電
極8から出力される(読出し動作)。ただし、ベースで
あるp領域4の蓄積電荷量はほとんど減少しないため
に、非破壊読出しが可能である。
また、p領域4に蓄積された正孔を除去するには、エミ
ッタ電極8を接地し、キャパシタ電極7に正電圧のリフ
レッシュパルスを印加する。このパルスを印加すること
でp領域4はn+領域5に対して順方向にバイアスさ
れ、蓄積された正孔が除去される。そして、リフレッシ
ュパルスが立下がった時点でp領域4は負電位の初期状
態に復帰する(リフレッシュ動作)。以後、同様に蓄
積、読出し、リフレッシュという各動作が繰り返され
る。
ッタ電極8を接地し、キャパシタ電極7に正電圧のリフ
レッシュパルスを印加する。このパルスを印加すること
でp領域4はn+領域5に対して順方向にバイアスさ
れ、蓄積された正孔が除去される。そして、リフレッシ
ュパルスが立下がった時点でp領域4は負電位の初期状
態に復帰する(リフレッシュ動作)。以後、同様に蓄
積、読出し、リフレッシュという各動作が繰り返され
る。
要するに、ここで提案されている方式は、光入射により
発生したキャリアを、ベースであるp領域4に蓄積し、
その蓄積電荷量によってエミッタ電極8とコレクタ電極
12との間に流れる電流をコントロールするものである。
したがって、蓄積されたキャリアを、各セルの増幅機能
により増幅してから光情報として読出すわけであり、高
出力、高感度、さらに低雑音を達成できる。
発生したキャリアを、ベースであるp領域4に蓄積し、
その蓄積電荷量によってエミッタ電極8とコレクタ電極
12との間に流れる電流をコントロールするものである。
したがって、蓄積されたキャリアを、各セルの増幅機能
により増幅してから光情報として読出すわけであり、高
出力、高感度、さらに低雑音を達成できる。
また、光励起によってベースに蓄積されたキャリアによ
りベースに発生する電位Vpは、Q/Cで与えられる。こ
こでQはベースに蓄積されたキャリアの電荷量、Cはベ
ースに接続されている容量である。この式により明白な
様に、高集積化された場合、セル・サイズの縮小と共に
QもCも小さくなることになり、光励起により発生する
電位Vpは、ほぼ一定に保たれることがわかる。したがっ
て、ここで提案されている方式は、将来の高解像度化に
対しても有利なものであると言える。
りベースに発生する電位Vpは、Q/Cで与えられる。こ
こでQはベースに蓄積されたキャリアの電荷量、Cはベ
ースに接続されている容量である。この式により明白な
様に、高集積化された場合、セル・サイズの縮小と共に
QもCも小さくなることになり、光励起により発生する
電位Vpは、ほぼ一定に保たれることがわかる。したがっ
て、ここで提案されている方式は、将来の高解像度化に
対しても有利なものであると言える。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の光電変換装置では、光電変換
セルに蓄積された光情報をエミッタ電極8から読出すだ
けであるために、測光やピーク値検出を行う動作を読出
し動作の前に挿入する必要があり、高速動作の支障とな
っていた。また、それらの検出値に基づいて露光時間又
は利得等を調節する回路構成および動作が複雑化すると
いう問題点も有していた。
セルに蓄積された光情報をエミッタ電極8から読出すだ
けであるために、測光やピーク値検出を行う動作を読出
し動作の前に挿入する必要があり、高速動作の支障とな
っていた。また、それらの検出値に基づいて露光時間又
は利得等を調節する回路構成および動作が複雑化すると
いう問題点も有していた。
[問題点を解決するための手段] 本願第1の発明は、第1導電型の半導体からなる制御電
極領域と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導
体からなる第1及び第2の主電極領域と、を有し、入射
光により生成されるキャリアを前記制御電極領域に蓄積
可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1の主電極領域に電
気的に接続された容量負荷を含み、前記トランジスタか
ら前記容量負荷に読み出された信号を出力する為の出力
回路と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記複数のトランジスタの各々には、前記第1及び第2
の主電極領域とは異なる第2導電型の第3の主電極領域
が設けられており、前記ピーク信号検出回路が前記複数
のトランジスタの前記第3の主電極領域に電気的に接続
されていることを特徴とする光電変換装置である。
極領域と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導
体からなる第1及び第2の主電極領域と、を有し、入射
光により生成されるキャリアを前記制御電極領域に蓄積
可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1の主電極領域に電
気的に接続された容量負荷を含み、前記トランジスタか
ら前記容量負荷に読み出された信号を出力する為の出力
回路と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記複数のトランジスタの各々には、前記第1及び第2
の主電極領域とは異なる第2導電型の第3の主電極領域
が設けられており、前記ピーク信号検出回路が前記複数
のトランジスタの前記第3の主電極領域に電気的に接続
されていることを特徴とする光電変換装置である。
また、本願第2の発明は、光入射により生成されるキャ
リアをベースに蓄積可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1のエミッタにスイ
ッチを介して電気的に接続された容量負荷と、前記容量
負荷に読出された信号を順次走査するシフトレジスタ
と、を有する出力回路と、 前記出力回路より出力された信号を増幅する増幅器と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記ピーク信号検出回路は、前記複数のトランジスタの
各々の第2のエミッタに電気的に接続されており、前記
ピーク信号に基づいて前記増幅器の増幅度を調整する回
路であることを特徴とする光電変換装置である。
リアをベースに蓄積可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1のエミッタにスイ
ッチを介して電気的に接続された容量負荷と、前記容量
負荷に読出された信号を順次走査するシフトレジスタ
と、を有する出力回路と、 前記出力回路より出力された信号を増幅する増幅器と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記ピーク信号検出回路は、前記複数のトランジスタの
各々の第2のエミッタに電気的に接続されており、前記
ピーク信号に基づいて前記増幅器の増幅度を調整する回
路であることを特徴とする光電変換装置である。
また、本願第3の発明は、光入射により生成されるキャ
リアをベースに蓄積可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1のエミッタにスイ
ッチを介して電気的に接続された容量負荷と、前記容量
負荷に読出された信号を順次走査するシフトレジスタ
と、を有する出力回路と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記ピーク信号検出回路は、前記複数のトランジスタの
各々の第2のエミッタ及び前記スイッチのゲート線に電
気的に接続されており、前記ピーク信号に基づいて前記
スイッチの動作タイミングを調整する回路であることを
特徴とする光電変換装置である。
リアをベースに蓄積可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1のエミッタにスイ
ッチを介して電気的に接続された容量負荷と、前記容量
負荷に読出された信号を順次走査するシフトレジスタ
と、を有する出力回路と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記ピーク信号検出回路は、前記複数のトランジスタの
各々の第2のエミッタ及び前記スイッチのゲート線に電
気的に接続されており、前記ピーク信号に基づいて前記
スイッチの動作タイミングを調整する回路であることを
特徴とする光電変換装置である。
[作用] 本願第1の発明は、複数のトランジスタの各々に、第1
及び第2の主電極領域とは異なる第2導電型の第3の主
電極領域を設け、この第3の主電極領域にピーク信号検
出回路を電気的に接続することで、該第3の主電極領域
から光情報を読出し、この光情報のピーク値検出を行う
ものである。かかる構成により、蓄積又は読出し動作等
に並行してピーク値検出を行うことができる。
及び第2の主電極領域とは異なる第2導電型の第3の主
電極領域を設け、この第3の主電極領域にピーク信号検
出回路を電気的に接続することで、該第3の主電極領域
から光情報を読出し、この光情報のピーク値検出を行う
ものである。かかる構成により、蓄積又は読出し動作等
に並行してピーク値検出を行うことができる。
また、本願第2の発明は、複数のトランジスタの各々の
第1のエミッタに電気的に接続される出力回路の信号を
増幅する増幅器の増幅度を、複数のトランジスタの各々
の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク信号検出
回路からのピーク信号に基づいて適宜調整するものであ
る。
第1のエミッタに電気的に接続される出力回路の信号を
増幅する増幅器の増幅度を、複数のトランジスタの各々
の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク信号検出
回路からのピーク信号に基づいて適宜調整するものであ
る。
また、本願第3の発明は、複数のトランジスタの各々の
第1のエミッタと容量負荷との間に電気的に接続された
スイッチの動作タイミングを、複数のトランジスタの各
々の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク信号検
出回路からのピーク信号に基づいて適宜調整するもので
ある。更に、ピーク電圧の検出と光情報の読出しとを単
一のエミッタを用いて行う場合には、ピーク電圧の検出
の際に垂直ラインの電圧が共通ラインによりピーク電圧
の影響を受けるので、正確な光情報の読出しが行い難
い。これに対して、本願第1乃至3の発明によれば、複
数のエミッタを利用することにより、ピーク電圧と各光
情報とを別々に扱えるのでリアルタイムでの光情報の処
理が良好に行える。
第1のエミッタと容量負荷との間に電気的に接続された
スイッチの動作タイミングを、複数のトランジスタの各
々の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク信号検
出回路からのピーク信号に基づいて適宜調整するもので
ある。更に、ピーク電圧の検出と光情報の読出しとを単
一のエミッタを用いて行う場合には、ピーク電圧の検出
の際に垂直ラインの電圧が共通ラインによりピーク電圧
の影響を受けるので、正確な光情報の読出しが行い難
い。これに対して、本願第1乃至3の発明によれば、複
数のエミッタを利用することにより、ピーク電圧と各光
情報とを別々に扱えるのでリアルタイムでの光情報の処
理が良好に行える。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
まず、本発明の実施例に用いる光電変換部の構成につい
て説明する。
て説明する。
第1図(A)は、本発明による光電変換装置の光電変換部
の一構成例の概略的平面図、第1図(B)は、そのA-A線断
面図、第1図(C)は、その等価回路図である。ただし、
第4図の従来例と同一機能を有する領域および部材には
同一番号を付して説明は省略する。
の一構成例の概略的平面図、第1図(B)は、そのA-A線断
面図、第1図(C)は、その等価回路図である。ただし、
第4図の従来例と同一機能を有する領域および部材には
同一番号を付して説明は省略する。
各図において、n-エピタキシャル層3には制御電極領
域たるpベース領域4が形成され、pベース領域4には
第1の主電極領域及び第3の主電極領域(または、第1
のエミッタ及び第2のエミッタ)たるエミッタ領域のn
+領域5および5′が形成されている。そして、n+領域
5および5′には、エミッタ電極8および8′が各々接
続されている。
域たるpベース領域4が形成され、pベース領域4には
第1の主電極領域及び第3の主電極領域(または、第1
のエミッタ及び第2のエミッタ)たるエミッタ領域のn
+領域5および5′が形成されている。そして、n+領域
5および5′には、エミッタ電極8および8′が各々接
続されている。
なお、n-エピタキシャル層3及びn+シリコン基板1の
一部は第2の主電極領域となるコレクタ領域を構成す
る。
一部は第2の主電極領域となるコレクタ領域を構成す
る。
また、本構成例では、絶縁領域14と、その直下に設けら
れたn+領域15とによって素子分離領域2が形成され、
隣接する光電変換セルを互いに電気的に分離している。
れたn+領域15とによって素子分離領域2が形成され、
隣接する光電変換セルを互いに電気的に分離している。
pベース領域4上には酸化膜6を挟んでキャパシタ電極
7が形成され、更に絶縁膜16を挟んで遮光膜17が形成さ
れている。遮光膜17によって、キャパシタ電極やエミッ
タ電極が形成された部分が遮光され、pベース領域4の
主要部分に受光面が形成される。また、遮光膜17および
受光面となる絶縁膜16には保護絶縁膜18が形成されてい
る。
7が形成され、更に絶縁膜16を挟んで遮光膜17が形成さ
れている。遮光膜17によって、キャパシタ電極やエミッ
タ電極が形成された部分が遮光され、pベース領域4の
主要部分に受光面が形成される。また、遮光膜17および
受光面となる絶縁膜16には保護絶縁膜18が形成されてい
る。
なお、本構成例では、エミッタ領域が二個形成されてい
るが、勿論これに限定されるものではなく、目的に応じ
て複数個のエミッタ領域を設ければよい。
るが、勿論これに限定されるものではなく、目的に応じ
て複数個のエミッタ領域を設ければよい。
また、本構成例の基本動作は従来例と同様であり、蓄
積、読出し、そしてリフレッシュの各動作が行われる。
ただし、エミッタ領域を二個有するために光情報を別個
に読出すことが可能であり、次に述べるような本発明の
光電変換装置に適用することができる。
積、読出し、そしてリフレッシュの各動作が行われる。
ただし、エミッタ領域を二個有するために光情報を別個
に読出すことが可能であり、次に述べるような本発明の
光電変換装置に適用することができる。
第2図(A)は、第1図に示した光電変換部を用いた本発
明の光電変換装置の第一実施例を示す回路図、第2図
(B)は、その撮像装置の動作を示すタイミングチャート
である。
明の光電変換装置の第一実施例を示す回路図、第2図
(B)は、その撮像装置の動作を示すタイミングチャート
である。
同図において、n個の光電変換セル20-1〜20-nは一次元
に配列され、各コレクタ電極12は共通に接続されて正電
圧又は接地電圧が印加される。また、各キャパシタ電極
7はライン23を介して端子24に共通に接続され、端子24
には読出し又はリフレッシュ動作を行うための信号φr
が印加される。さらに、一方のエミッタ電極8は、各々
垂直ライン21-1〜21-nに接続され、他方のエミッタ電極
8′は、共通ライン22に接続されている。
に配列され、各コレクタ電極12は共通に接続されて正電
圧又は接地電圧が印加される。また、各キャパシタ電極
7はライン23を介して端子24に共通に接続され、端子24
には読出し又はリフレッシュ動作を行うための信号φr
が印加される。さらに、一方のエミッタ電極8は、各々
垂直ライン21-1〜21-nに接続され、他方のエミッタ電極
8′は、共通ライン22に接続されている。
垂直ライン21-1〜21-nは各々トランジスタ25-1〜25-nを
介して接地されている。また、トランジスタ25-1〜25-n
の各ゲート電極はライン26を介して端子27に共通に接続
され、端子27に信号φrsが印加される。
介して接地されている。また、トランジスタ25-1〜25-n
の各ゲート電極はライン26を介して端子27に共通に接続
され、端子27に信号φrsが印加される。
さらに、垂直ライン21-1〜21-nは各々トランジスタ28-1
〜28-nの一方の主電極に接続されている。また、トラン
ジスタ28-1〜28-nのゲート電極はライン29を介して端子
30に共通に接続され、端子30には信号φtが印加され
る。トランジスタ28-1〜28-nの他方の主電極は、それぞ
れ電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nを介して接地されて
いるとともに、トランジスタ34-1〜34-nを介して出力ラ
イン35に接続されている。
〜28-nの一方の主電極に接続されている。また、トラン
ジスタ28-1〜28-nのゲート電極はライン29を介して端子
30に共通に接続され、端子30には信号φtが印加され
る。トランジスタ28-1〜28-nの他方の主電極は、それぞ
れ電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nを介して接地されて
いるとともに、トランジスタ34-1〜34-nを介して出力ラ
イン35に接続されている。
トランジスタ34-1〜34-nのゲート電極はシフトレジスタ
32の並列出力端子33-1〜33-nに各々接続され、各並列出
力端子からは信号φ1〜φnが出力される。
32の並列出力端子33-1〜33-nに各々接続され、各並列出
力端子からは信号φ1〜φnが出力される。
出力ライン35は、出力ライン35をリセットするためのト
ランジスタ36を介して接地されているとともに、出力ア
ンプであるトランジスタ39のゲート電極に接続されてい
る。リセット用トランジスタ36のゲート電極はライン37
を介して端子38に接続され、端子38には信号φhsが印加
される。また、トランジスタ39の一方の主電極は正電位
の端子41に接続され、他方の主電極は抵抗40を介して負
電位の端子42に接続されている。さらに、他方の主電極
はキャパシタを介して増幅器43の入力端子に接続され、
読出された光情報は増幅器43の出力端子44から送出され
る。なお、増幅器43の前段のキャパシタは、増幅器43の
動作点電位によっては不要となる。
ランジスタ36を介して接地されているとともに、出力ア
ンプであるトランジスタ39のゲート電極に接続されてい
る。リセット用トランジスタ36のゲート電極はライン37
を介して端子38に接続され、端子38には信号φhsが印加
される。また、トランジスタ39の一方の主電極は正電位
の端子41に接続され、他方の主電極は抵抗40を介して負
電位の端子42に接続されている。さらに、他方の主電極
はキャパシタを介して増幅器43の入力端子に接続され、
読出された光情報は増幅器43の出力端子44から送出され
る。なお、増幅器43の前段のキャパシタは、増幅器43の
動作点電位によっては不要となる。
一方、共通ライン22は、トランジスタ46を介して接地さ
れるとともに、増幅度調整回路45の入力端子に接続され
ている。トランジスタ46のゲート電極はライン37を介し
て端子38に接続され、トランジスタ36と同じ信号φhsが
印加される。また、増幅度調整回路45の出力端子は、増
幅器43の増幅度選択端子に接続され、共通ライン22から
の入力信号に基づいて増幅器43の増幅度を調整する。
れるとともに、増幅度調整回路45の入力端子に接続され
ている。トランジスタ46のゲート電極はライン37を介し
て端子38に接続され、トランジスタ36と同じ信号φhsが
印加される。また、増幅度調整回路45の出力端子は、増
幅器43の増幅度選択端子に接続され、共通ライン22から
の入力信号に基づいて増幅器43の増幅度を調整する。
次に、このような構成を有する本実施例の動作を第2図
(B)を参照しながら説明する。
(B)を参照しながら説明する。
(リフレッシュ動作) まず、信号φvsおよびφhsをハイレベルにすることで、
トランジスタ25-1〜25-n、リセット用トランジスタ36お
よび46をON状態にする。これによって、光電変換セル20
-1〜20-nの各エミッタ電極8および8′は接地状態にな
る。
トランジスタ25-1〜25-n、リセット用トランジスタ36お
よび46をON状態にする。これによって、光電変換セル20
-1〜20-nの各エミッタ電極8および8′は接地状態にな
る。
続いて、時点t1において、信号φtがハイレベルとな
り、トランジスタ28-1〜28-nがON状態となる。これによ
って、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nが接地状態とな
り、残留電荷が除去される。続いて、時点t2におい
て、信号φtのパルスが立下がると、信号φrがハイレベ
ルとなり、各光電変換セル20-1〜20-nのキャパシタ電極
7にリフレッシュ用の正電圧が印加される。各エミッタ
電極8および8′は接地状態にあるから、すでに述べた
ようにリフレッシュ動作が行われ、時点t3で信号φrが
立下がると各光電変換セルのベース領域4は負電位の初
期状態に復帰する。リフレッシュ動作が終了すると、信
号φvsおよびφhsは立下がり、トランジスタ25-1〜25-n
および28-1〜28-nはOFF状態となる。
り、トランジスタ28-1〜28-nがON状態となる。これによ
って、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nが接地状態とな
り、残留電荷が除去される。続いて、時点t2におい
て、信号φtのパルスが立下がると、信号φrがハイレベ
ルとなり、各光電変換セル20-1〜20-nのキャパシタ電極
7にリフレッシュ用の正電圧が印加される。各エミッタ
電極8および8′は接地状態にあるから、すでに述べた
ようにリフレッシュ動作が行われ、時点t3で信号φrが
立下がると各光電変換セルのベース領域4は負電位の初
期状態に復帰する。リフレッシュ動作が終了すると、信
号φvsおよびφhsは立下がり、トランジスタ25-1〜25-n
および28-1〜28-nはOFF状態となる。
(蓄積動作) この状態で、各光電変換セル20-1〜20-nのベース領域4
には入射光によって励起された電子・正孔対のうちの正
孔の光情報として蓄積され、各セルのベース電位は初期
の負電位から入射光量に対応した蓄積電圧分だけ各々上
昇する。
には入射光によって励起された電子・正孔対のうちの正
孔の光情報として蓄積され、各セルのベース電位は初期
の負電位から入射光量に対応した蓄積電圧分だけ各々上
昇する。
(読出し動作) 蓄積動作を所望時間行うと、まず、信号φtをハイレベ
ルにしてトランジスタ28-1〜28-nをON状態とし、垂直ラ
イン21-1〜21-nと電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nとを
各々接続状態にする。
ルにしてトランジスタ28-1〜28-nをON状態とし、垂直ラ
イン21-1〜21-nと電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nとを
各々接続状態にする。
続いて、時点t4において、信号φrが立下がり各光電変
換セルのキャパシタ電極7に読出し用正電圧が印加され
る。これによって、すでに述べたように読出し動作が行
われ、光電変換セル20-1〜20-nの光情報が電荷蓄積用キ
ャパシタ31-1〜31-nおよび共通ライン22に読出される。
換セルのキャパシタ電極7に読出し用正電圧が印加され
る。これによって、すでに述べたように読出し動作が行
われ、光電変換セル20-1〜20-nの光情報が電荷蓄積用キ
ャパシタ31-1〜31-nおよび共通ライン22に読出される。
この時、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nには、光電変
換セル20-1〜20-nの光情報が各々読出されるが、共通ラ
イン22には、入射光量が最も高かった光電変換セルの光
情報がピーク電圧として現われる。増幅度調整回路45
は、このピーク電圧に基づいて増幅器43の増幅度を調整
し、光情報の大小の広がりを抑制するとともに、自動的
な絞りの役割を果たす。
換セル20-1〜20-nの光情報が各々読出されるが、共通ラ
イン22には、入射光量が最も高かった光電変換セルの光
情報がピーク電圧として現われる。増幅度調整回路45
は、このピーク電圧に基づいて増幅器43の増幅度を調整
し、光情報の大小の広がりを抑制するとともに、自動的
な絞りの役割を果たす。
このようにして増幅器43の増幅度が調整されると、信号
φrおよびφtが立下がり、信号φhsのパルスが端子38に
印加される。これによってトランジスタ28-1〜28-nがOF
F状態となり、また共通ライン22および出力ライン35が
リセットされる。
φrおよびφtが立下がり、信号φhsのパルスが端子38に
印加される。これによってトランジスタ28-1〜28-nがOF
F状態となり、また共通ライン22および出力ライン35が
リセットされる。
続いて、時点t5からシフトレジスタ32を動作させ、電
荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nから蓄積された光情報を
順次出力する。まず、シフトレジスタ32の出力端子33-1
から出力される信号φ1がハイレベルになることで、ト
ランジスタ34-1がON状態となり、電荷蓄積用キャパシタ
31-1に蓄積されている光情報が出力ライン35に読出され
る。読出された光情報は、トランジスタ39を介して増幅
度が調整された増幅器43に入力し、端子44から出力され
る。続いて、信号φ1が立下がると、信号φhsがハイレ
ベルとなり、出力ライン35がトランジスタ36を介して接
地されて残留する電荷が除去される。
荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nから蓄積された光情報を
順次出力する。まず、シフトレジスタ32の出力端子33-1
から出力される信号φ1がハイレベルになることで、ト
ランジスタ34-1がON状態となり、電荷蓄積用キャパシタ
31-1に蓄積されている光情報が出力ライン35に読出され
る。読出された光情報は、トランジスタ39を介して増幅
度が調整された増幅器43に入力し、端子44から出力され
る。続いて、信号φ1が立下がると、信号φhsがハイレ
ベルとなり、出力ライン35がトランジスタ36を介して接
地されて残留する電荷が除去される。
以下同様に、シフトレジスタ32から出力される信号φ2
〜φnが順次ハイレベルとなり、電荷蓄積用キャパシタ3
1-2〜31-nに蓄積されている各光情報が出力ライン35に
順次読出されるとともに、各光情報が読出される毎に信
号φhsがハイレベルになり、出力ライン35はリセットさ
れる。こうして、全ての光電変換セル20-1〜20-nの光情
報が増幅度の調整された増幅器43からシリアルに出力さ
れる。以下同様に、リフレッシュ、蓄積および読出しの
各動作が繰返されるが、読出し動作を行う毎にピーク値
が検出されて増幅器43の増幅度が調整される。
〜φnが順次ハイレベルとなり、電荷蓄積用キャパシタ3
1-2〜31-nに蓄積されている各光情報が出力ライン35に
順次読出されるとともに、各光情報が読出される毎に信
号φhsがハイレベルになり、出力ライン35はリセットさ
れる。こうして、全ての光電変換セル20-1〜20-nの光情
報が増幅度の調整された増幅器43からシリアルに出力さ
れる。以下同様に、リフレッシュ、蓄積および読出しの
各動作が繰返されるが、読出し動作を行う毎にピーク値
が検出されて増幅器43の増幅度が調整される。
このように、光情報の読出し動作と、ピーク値検出動作
とを並行して行うことができるために、全体として動作
の高速化を達成できる。
とを並行して行うことができるために、全体として動作
の高速化を達成できる。
第3図(A)は、第1図に示した光電変換部を用いた本発
明の光電変換装置の第二実施例を示す回路図、第3図
(B)は、その動作を示すタイミング波形図である。ただ
し、第2図に示す回路と同じ部分には、同一記号および
番号を付して説明は省略する。
明の光電変換装置の第二実施例を示す回路図、第3図
(B)は、その動作を示すタイミング波形図である。ただ
し、第2図に示す回路と同じ部分には、同一記号および
番号を付して説明は省略する。
第3図(A)において、光電変換セル20-1〜20-nのバイポ
ーラトランジスタは、後述するように、ベース領域4中
でのキャリア消滅を小さくするために電流増幅率hfeを
十分大きくしている。光電変換セル20-1〜20-nの各エミ
ッタ電極8′は共通ライン22に接続され、リセット用ト
ランジスタ46を介して接地されているとともに、制御回
路48に接続されている。また、トランジスタ46のゲート
電極は端子27に接続され、信号φvsが印加される。
ーラトランジスタは、後述するように、ベース領域4中
でのキャリア消滅を小さくするために電流増幅率hfeを
十分大きくしている。光電変換セル20-1〜20-nの各エミ
ッタ電極8′は共通ライン22に接続され、リセット用ト
ランジスタ46を介して接地されているとともに、制御回
路48に接続されている。また、トランジスタ46のゲート
電極は端子27に接続され、信号φvsが印加される。
制御回路48は、ライン29およびライン23に各々信号φt
およびφrを出力する。ただし、後述するように、読出
し動作時における信号φtは共通ライン22の電圧Vpkが
設定電圧Voに達した時に出力される。さらに制御回路4
8はシフトレジスタ32に制御信号を出力する。
およびφrを出力する。ただし、後述するように、読出
し動作時における信号φtは共通ライン22の電圧Vpkが
設定電圧Voに達した時に出力される。さらに制御回路4
8はシフトレジスタ32に制御信号を出力する。
なお、その他の回路構成は、増幅器43および増幅度調整
回路45を除いて第2図(A)に示す回路と同じである。
回路45を除いて第2図(A)に示す回路と同じである。
次に、第3図(B)を参照しながら上記撮像装置の動作を
説明する。
説明する。
まず、信号φvsおよびφhsをハイレベルにすることで、
トランジスタ25-1〜25-n、リセット用トランジスタ36お
よび46をON状態にする。これによって、光電変換セル20
-1〜20-nの各エミッタ電極8および8′は接地され、共
通ライン22の電位Vpkは接地電位となる。
トランジスタ25-1〜25-n、リセット用トランジスタ36お
よび46をON状態にする。これによって、光電変換セル20
-1〜20-nの各エミッタ電極8および8′は接地され、共
通ライン22の電位Vpkは接地電位となる。
続いて、時点t1において、信号φtがハイレベルとな
り、トランジスタ28-1〜28-nがON状態となる。これによ
って、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nが接地状態とな
り、残留電荷が除去される。続いて、信号φtのパルス
が立下がると、時点t2において信号φrがハイレベルと
なり、各光電変換セル20-1〜20-nのキャパシタ電極7に
正電圧が印加される。各エミッタ電極8および8′は接
地状態にあるから、すでに述べたようにリフレッシュ動
作が行われる。
り、トランジスタ28-1〜28-nがON状態となる。これによ
って、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nが接地状態とな
り、残留電荷が除去される。続いて、信号φtのパルス
が立下がると、時点t2において信号φrがハイレベルと
なり、各光電変換セル20-1〜20-nのキャパシタ電極7に
正電圧が印加される。各エミッタ電極8および8′は接
地状態にあるから、すでに述べたようにリフレッシュ動
作が行われる。
時点t3においてリフレッシュ動作は終了し、信号φvs
およびφhsは立下がってトランジスタ25-1〜25-nおよび
28-1〜28-nはOFF状態となる。しかし、信号φrはハイレ
ベルのままであり、各光電変換セルのキャパシタ電極7
には正電圧が印加され続けている。この状態で蓄積動作
を行うと、読出し動作が並行して行われ、エミッタ電極
8および8′には入射光量に対応した光情報の電圧が現
われる。この時、各光電変換セルのベース領域4に蓄積
されたホールは1/hfeだけが再結合によって消滅する
が、電流増幅率hfeが十分大きいために、再結合による
ホールの消滅は無視することができる。
およびφhsは立下がってトランジスタ25-1〜25-nおよび
28-1〜28-nはOFF状態となる。しかし、信号φrはハイレ
ベルのままであり、各光電変換セルのキャパシタ電極7
には正電圧が印加され続けている。この状態で蓄積動作
を行うと、読出し動作が並行して行われ、エミッタ電極
8および8′には入射光量に対応した光情報の電圧が現
われる。この時、各光電変換セルのベース領域4に蓄積
されたホールは1/hfeだけが再結合によって消滅する
が、電流増幅率hfeが十分大きいために、再結合による
ホールの消滅は無視することができる。
各エミッタ電極8は、トランジスタ28-1〜28-nおよび25
-1〜25-nがOFF状態であるために、光電変換セル20-1〜2
0-nの各光情報の電圧となる。それに対して、各エミッ
タ電極8′は、共通ライン22に接続されているために、
各光情報のうちのピーク電圧Vpkが現われる。
-1〜25-nがOFF状態であるために、光電変換セル20-1〜2
0-nの各光情報の電圧となる。それに対して、各エミッ
タ電極8′は、共通ライン22に接続されているために、
各光情報のうちのピーク電圧Vpkが現われる。
ピーク電圧Vpkの変化は制御回路48で検知され、ピーク
電圧Vpkが予め設定された電圧値Voに達すると(時点
t4)、制御回路48は信号φtをハイレベルとしてトラン
ジスタ28-1〜28-nをON状態とする。これによって、蓄積
動作は終了し、垂直ライン21-1〜21-nに現われていた各
光情報が電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nに蓄積され
る。以下、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nに蓄積され
た各光情報を順次出力する動作(時点t5以降)は、第
2図に示す第一実施例と同様であるから省略する。
電圧Vpkが予め設定された電圧値Voに達すると(時点
t4)、制御回路48は信号φtをハイレベルとしてトラン
ジスタ28-1〜28-nをON状態とする。これによって、蓄積
動作は終了し、垂直ライン21-1〜21-nに現われていた各
光情報が電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nに蓄積され
る。以下、電荷蓄積用キャパシタ31-1〜31-nに蓄積され
た各光情報を順次出力する動作(時点t5以降)は、第
2図に示す第一実施例と同様であるから省略する。
上記第二実施例の撮像装置では、エミッタ電極8′から
ピーク電圧Vpkを検出し、その電圧Vpkに基づいて蓄積
動作期間を調整することで、第一実施例と同様に光情報
の大小の広がりを抑制し、自動的な絞りの機能を実現し
ている。勿論、第二実施例の方式を第一例に応用して、
ピーク電圧Vpkに基づいて増幅器43の増幅度を調整して
もよい。
ピーク電圧Vpkを検出し、その電圧Vpkに基づいて蓄積
動作期間を調整することで、第一実施例と同様に光情報
の大小の広がりを抑制し、自動的な絞りの機能を実現し
ている。勿論、第二実施例の方式を第一例に応用して、
ピーク電圧Vpkに基づいて増幅器43の増幅度を調整して
もよい。
また、上記実施例では、光電変換セルを一次元状に配列
したラインセルを例示したが、二次元状に配列したエリ
アセンサであっても本発明は適用可能であることは明白
である。
したラインセルを例示したが、二次元状に配列したエリ
アセンサであっても本発明は適用可能であることは明白
である。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本願第1の発明によれば、
第1及び第2の主電極領域とは別に第3の主電極領域を
設け、この第3の主電極領域にピーク信号検出回路に電
気的に接続することで、一方で第1の主電極領域から光
情報を読出しを行い、他方で第3の主電極領域から光情
報を読出しピーク値検出を行うことができる。これによ
って、蓄積又は読出し動作等に並行してピーク値検出を
行うことができ、全体として動作の高速化を達成するこ
とができる。
第1及び第2の主電極領域とは別に第3の主電極領域を
設け、この第3の主電極領域にピーク信号検出回路に電
気的に接続することで、一方で第1の主電極領域から光
情報を読出しを行い、他方で第3の主電極領域から光情
報を読出しピーク値検出を行うことができる。これによ
って、蓄積又は読出し動作等に並行してピーク値検出を
行うことができ、全体として動作の高速化を達成するこ
とができる。
また、本願第2の発明によれば、複数のトランジスタの
各々の第1のエミッタに電気的に接続される出力回路の
信号を増幅する増幅器の増幅度を、複数のトランジスタ
の各々の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク信
号検出回路からのピーク信号に基づいて適宜調整するこ
とで、光情報の大小の広がりを抑制し、自動的な絞りの
機能を持たせることができる。これによって、光情報を
安定して読出すことができるとともに、後段の信号処理
回路の設計を容易化することができる。
各々の第1のエミッタに電気的に接続される出力回路の
信号を増幅する増幅器の増幅度を、複数のトランジスタ
の各々の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク信
号検出回路からのピーク信号に基づいて適宜調整するこ
とで、光情報の大小の広がりを抑制し、自動的な絞りの
機能を持たせることができる。これによって、光情報を
安定して読出すことができるとともに、後段の信号処理
回路の設計を容易化することができる。
また、本願第3の発明によれば、複数のトランジスタの
各々の第1のエミッタと容量負荷との間に電気的に接続
されたスイッチの動作タイミングを、複数のトランジス
タの各々の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク
信号検出回路からのピーク信号に基づいて適宜調整する
ことで、上記本願第2の発明と同様に、光情報の大小の
広がりを抑制し、自動的な絞りの機能を持たせることが
できる。これによって、光情報を安定して読出すことが
できるとともに、後段の信号処理回路の設計を容易化す
ることができる。更に、ピーク電圧の検出と光情報の読
出しとを単一のエミッタを用いて行う場合には、ピーク
電圧の検出の際に垂直ラインの電圧が共通ラインにより
ピーク電圧の影響を受けるので、正確な光情報の読出し
が行い難い。これに対して、本願第1乃至3の発明によ
れば、複数のエミッタを利用することにより、ピーク電
圧と各光情報とを別々に扱えるのでリアルタイムでの光
情報の処理が良好に行える。
各々の第1のエミッタと容量負荷との間に電気的に接続
されたスイッチの動作タイミングを、複数のトランジス
タの各々の第2のエミッタに電気的に接続されるピーク
信号検出回路からのピーク信号に基づいて適宜調整する
ことで、上記本願第2の発明と同様に、光情報の大小の
広がりを抑制し、自動的な絞りの機能を持たせることが
できる。これによって、光情報を安定して読出すことが
できるとともに、後段の信号処理回路の設計を容易化す
ることができる。更に、ピーク電圧の検出と光情報の読
出しとを単一のエミッタを用いて行う場合には、ピーク
電圧の検出の際に垂直ラインの電圧が共通ラインにより
ピーク電圧の影響を受けるので、正確な光情報の読出し
が行い難い。これに対して、本願第1乃至3の発明によ
れば、複数のエミッタを利用することにより、ピーク電
圧と各光情報とを別々に扱えるのでリアルタイムでの光
情報の処理が良好に行える。
第1図(A)は、本発明による光電変換装置の光電変換部
の一構成例の概略的平面図、第1図(B)は、そのA-A線断
面図、第1図(C)は、その等価回路図、 第2図(A)は、第1図に示した光電変換部を用いた本発
明の光電変換装置の第一実施例を示す回路図、第2図
(B)は、その撮像装置の動作を示すタイミングチャー
ト、 第3図(A)は、第1図に示した光電変換部を用いた本発
明の光電変換装置の第二実施例を示す回路図、第3図
(B)は、その動作を示すタイミング波形図、 第4図(A)は、特開昭60-12759号公報〜特開昭60-12765
号公報に記載されている光電変換装置の概略的断面図、
第4図(B)は、その1個の光電変換セルの等価回路図で
ある。 7……キャパシタ電極 8,8′……エミッタ電極 12……コレクタ電極 20-1〜20-n……光電変換セル 22……共通ライン 35……読出しライン 43……増幅器 45……増幅度調整回路 48……制御回路
の一構成例の概略的平面図、第1図(B)は、そのA-A線断
面図、第1図(C)は、その等価回路図、 第2図(A)は、第1図に示した光電変換部を用いた本発
明の光電変換装置の第一実施例を示す回路図、第2図
(B)は、その撮像装置の動作を示すタイミングチャー
ト、 第3図(A)は、第1図に示した光電変換部を用いた本発
明の光電変換装置の第二実施例を示す回路図、第3図
(B)は、その動作を示すタイミング波形図、 第4図(A)は、特開昭60-12759号公報〜特開昭60-12765
号公報に記載されている光電変換装置の概略的断面図、
第4図(B)は、その1個の光電変換セルの等価回路図で
ある。 7……キャパシタ電極 8,8′……エミッタ電極 12……コレクタ電極 20-1〜20-n……光電変換セル 22……共通ライン 35……読出しライン 43……増幅器 45……増幅度調整回路 48……制御回路
Claims (7)
- 【請求項1】第1導電型の半導体からなる制御電極領域
と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体から
なる第1及び第2の主電極領域と、を有し、入射光によ
り生成されるキャリアを前記制御電極領域に蓄積可能な
複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1の主電極領域に電
気的に接続された容量負荷を含み、前記トランジスタか
ら前記容量負荷に読み出された信号を出力する為の出力
回路と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記複数のトランジスタの各々には、前記第1及び第2
の主電極領域とは異なる第2導電型の第3の主電極領域
が設けられており、前記ピーク信号検出回路が前記複数
のトランジスタの前記第3の主電極領域に電気的に接続
されていることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項2】前記出力回路は前記ピーク信号に基づいて
前記蓄積動作の時間を調整することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の光電変換装置。 - 【請求項3】前記出力回路は増幅器に接続されており、
前記ピーク信号に基づいて前記増幅器の増幅度を調整す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光電変
換装置。 - 【請求項4】前記出力回路は、前記ピーク信号に基づい
て前記蓄積動作の時間を調整するとともに、前記ピーク
信号に基づいて前記出力回路に接続された増幅器の増幅
度を調整することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の光電変換装置。 - 【請求項5】前記第1の主電極領域と前記第3の主電極
領域とはエミッタであり、前記第2の主電極領域はコレ
クタであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の光電変換装置。 - 【請求項6】光入射により生成されるキャリアをベース
に蓄積可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1のエミッタにスイ
ッチを介して電気的に接続された容量負荷と、前記容量
負荷に読出された信号を順次走査するシフトレジスタ
と、を有する出力回路と、 前記出力回路より出力された信号を増幅する増幅器と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記ピーク信号検出回路は、前記複数のトランジスタの
各々の第2のエミッタに電気的に接続されており、前記
ピーク信号に基づいて前記増幅器の増幅度を調整する回
路であることを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項7】光入射により生成されるキャリアをベース
に蓄積可能な複数のトランジスタと、 前記複数のトランジスタの各々の第1のエミッタにスイ
ッチを介して電気的に接続された容量負荷と、前記容量
負荷に読出された信号を順次走査するシフトレジスタ
と、を有する出力回路と、 前記複数のトランジスタにおけるピーク信号を検出する
為のピーク信号検出回路と、 を具備し、蓄積動作、読出し動作、及びリフレッシュ動
作を行う光電変換装置であって、 前記ピーク信号検出回路は、前記複数のトランジスタの
各々の第2のエミッタ及び前記スイッチのゲート線に電
気的に接続されており、前記ピーク信号に基づいて前記
スイッチの動作タイミングを調整する回路であることを
特徴とする光電変換装置。
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