JPH0746839B2

JPH0746839B2 - 光電変換装置

Info

Publication number: JPH0746839B2
Application number: JP60269873A
Authority: JP
Inventors: 成利須川; 忠則原田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS62128678A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、半導体トランジスタの制御電極領域の電位を
キヤパシタを介して制御することにより、光によって励
起したキヤリアを前記制御電極領域に蓄積し、この蓄積
電圧によって半導体トランジスタの出力を制御する光電
変換装置に関する。

＜従来の技術＞かかる従来の光電変換装置は例えば特開昭60−12759号
公報〜特開昭60−12765号公報に記載されている。第４
図（Ａ）は、かかる公報に開示されている光電変換装置
の平面図、第４図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線断面図、第４
図（Ｃ）は、その等価回路図である。

各図において、ｎシリコン基板101上に光電変換セルが
形成されており、各光電変換セルはSiO₂,Si₃N₄、又はポ
リシリコン等より成る素子分離領域102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
ヤル技術等で形成される不純物濃度の低いｎ−領域103
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
104が形成され、ｐ領域104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105が形成されている。ｐ
領域104およびn⁺領域105は、各々バイポーラトランジス
タのベースおよびエミツタである。

このように各領域が形成されたｎ−領域103上には酸化
膜106が形成され、酸化膜106上に所定の面積を有するキ
ヤパシタ電極107が形成されている。キヤパシタ電極107
は酸化膜106を挟んでｐ領域104と対向しキヤパシタC₀x
を形成する。このキヤパシタ電極107にパルス電圧が印
加されることで、浮遊状態になされたｐ領域104の電位
が制御される。

その他に、n⁺領域105に接続されたエミツタ電域108、エ
ミツタ電極108から信号を外部へ読出す配線109、キヤパ
シタ電極107に接続された配線110、基板101の面に不純
物濃度の高いn⁺領域111、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電極112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104は負電位の初期状態
にあるとする。このｐ領域104に光113が入射し、光量に
対応したキヤリアがｐ領域104に蓄積される（蓄積動
作）。蓄積された電荷によってベース電位は変化し、そ
の電位変化によつてエミツタ・コレクタ間電流が制御さ
れ、浮遊状態にしたエミツタ電極108から入射光量に対
応した電気信号を読出す（読出し動作）。また、ｐ領域
104に蓄積されたキヤリアを除去するには、エミツタ電
極108を接地し、キヤパシタ電極107にリフレツシユ用正
電圧パルスを印加する。この正電圧を印加することでｐ
領域104はn⁺領域105に対して順方向にバイアスされ、蓄
積されたキヤリアが除去される。そしてリフレツシユ用
パルスが立下がると、ｐ領域104は負電位の初期状態に
復帰する（リフレツシユ動作）。以後上記の蓄積、読出
し、リフレツシユ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
発生したキヤリアを、ベースであるｐ領域104に蓄積
し、その蓄積電荷量によってエミツタ電極108とコレク
タ電極112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、蓄積されたキヤリアを、各セルの
増幅機能により電荷増幅してから読出すわけであり、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ヤリアによ
りベースに発生する電位Vpは、Q/Cで与えれられる。こ
こでＱはベースに蓄積されたキヤリアの電荷量、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。

ところで、リフレツシユ動作におけるリフレツシユ用正
電圧がキヤパシタ電極107に印加されている間のベース
電位V_Bの変化は次式から求めることができる。

ここで、Cbeはベース・エミツタ間容量、Cbcはベース・
コレクタ間容量、I_Bはベース電流を各々表わす。

第５図は、リフレツシユ用正電圧が印加されている間の
ベース電位V_Bの時間変化を示すグラフである。

同グラフにおいて、リフレツシユ用正電圧が印加された
時点の初期ベース電位は、蓄積電圧V_pの大きさによって
異なる。すなわち、初期状態で負電位であったベース電
位が蓄積動作によって蓄積電圧V_pだけ正方向に変化した
状態において、リフレツシユ用正電圧がキヤパシタ電極
107に印加されると、初期ベース電位はその蓄積電圧V_p
分だけ高くなるからである。

また、同グラフに示すように、初期ベース電位の大きさ
によって初期ベース電位が維持される時間が異なるが、
その時間経過後は初期ベース電位に関係なくベース電位
V_Bは一律に低下する。したがってリフレツシユ時間ｔが
十分長ければ、蓄積電圧V_pの大小に関係なくベース電位
V_Bをほぼ0Vにすることができ、リフレツシユ用パルスが
立下がった時点でベース電位V_Bを初期状態の所定の負電
位に復帰させることができる。

しかしながら、実際は高速動作を達成するためには、リ
フレツシユ時間は限られるため、所定時間ｔ＝t₀とし、
ベース電位V_BがV_Kとなった時点でリフレツシユ動作を終
了している。このようにベース電位V_Bに残留電位が存在
しても、リフレツシユ時間ｔ＝t₀でベース電位V_Bが常に
一定のV_Kであれば、リフレツシユ用パルスが立下った時
点でベース電位V_Bを一定の負電位に復帰させることがで
き、その負電位を初期状態とすることができる。

またリフレツシユ動作を行う際にベース領域に第４図
（Ｃ）に点線で示したMOSトランジスタ113を介して第５
図に示した初期ベース電位を発生する端子を接続し、該
MOSトランジスタ113をON状態とすることによって、ベー
ス領域のキヤリアを消滅させる方法も本出願人により提
案されている。

＜発明の解決しようとする問題点＞しかしながら、従来の光電変換装置の第１の方法では、
リフレツシユ動作が繰り返されると、残留電位V_Kが徐々
に低下してしまい、光電変換特性非直線現象及び残像現
象が生起するという問題点を有していた。これを説明す
る。

第５図において、例えば、高照度セルの初期ベース電位
が0.8V,低照度セルの初期ベース電位が0.4Vであったと
する。この場合高照度セルのリフレツシユ動作が行われ
てからのベース電位V_Bは所定の残留電位V_Kとなるが、低
照度セルのベース電位V_Bは残留電位V_Iとなり、V_Kより若
干低下する。この状態でリフレツシユパルスが立下がる
と、低照度セルのベース電位V_Bは初期電位である負電位
より低下し、この初期電圧よりも更に低い電位から蓄
積、読出し動作を行うことになる。したがって、低照度
状態でリフレツシユ動作が繰返されると、ベース電位の
残留電位は徐々に低下し、この状態で高照度状態となっ
ても入射光量に対応した出力より低い出力しか得ること
ができない。すなわち、光電変換特性が非直線となる現
象、及び現像現象が現われる。

この原因としては、リフレツシユ動作を繰返すことで、
ベース領域中のキヤリア（正孔）が再結合し不足するこ
とが考えられる。したがって不足したキヤリア（正孔）
を補うことができない低照度状態が続くと光電変換特性
非直線現象及び現像現象が顕著となるわけである。

また本出願人の提案による後者のリフレツシユ動作を行
う場合リフレツシユ動作後のベース領域の電位はキヤパ
シタC_ox,バイポーラトランジスタのベースエミツタ間の
容量Cbe,ベースコレクタ間の容量Cbc及びMOSトランジス
タ113のゲートドレイン間の容量Cdgによって決まる定数
Ｋに依存する。したがってかける容量が素子によってばら
つく場合にはリフレツシユ動作後のベース領域の電圧が
大きくばらつくことになり、該光電交換セルを複数並べ
て用いた場合には、かかるばらつきが固定パターンノイ
ズとして現われるという点で改善の余地があった。

＜問題点を解決するための手段＞上記従来の問題点を解決するために、本発明による光電
変換装置は、第１導電型の第１主電極領域と、前記第１導電型と同導
電型の第２主電極領域と、電磁波によって発生したキャ
リアの蓄積部となる第２導電型の制御電極領域とで形成
されるフォトトランジスタと、前記制御電極領域におい
て電磁波に応じた電荷を蓄積する場合には前記制御電極
領域と前記第１主電極領域とを逆方向にバイアスし、前
記制御電極領域における電荷を消去する場合には前記制
御電極領域と前記第１主電極領域とを順方向にバイアス
する第１の手段と、を具備し前記第１の手段により前記
制御電極領域の電荷の消去を行った後の制御電極領域の
電位レベルが、電磁波の強度が低い場合に低下する光電
変換装置において、前記第１の手段により前記制御電極
領域の電荷の消去を行った後の制御電極領域の電位レベ
ルが、電磁波の強度が低い場合に低下するのを防止する
ために、前記第１の手段による順方向バイアスの前に前
記制御電極領域を所定の電位に接続する第２の手段と、
を有することを特徴とする。

＜作用＞このように構成することにより、制御電極領域の電荷の
消去を行った後の制御電極領域の電位レベルが、電磁波
の強度が低い場合に低下するのを防止することができ
る。

すなわち、従来では電荷を消去した後にベース電位が必
ずしも一定にならず、特に低照度セルのベース電位が基
準レベルV_Kよりも低下してしまうという問題があり、こ
れにより光電変換特性の非直線化、残像現象が発生して
いたが、本願発明によればこのような問題を解消するこ
とができる。

＜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。

第１図（Ａ）は本発明による光電変換装置の一実施例の
等価回路図である。

第１図（Ａ）において、NPN型バイポーラトランジスタ
１のＰベース領域３がキヤパシタ２を介してキヤパシタ
電極４につながっており、また、ベース領域３はＰチヤ
ネルMOSTr7のドレインに接続されている。

次に、上記構成を有する本実施例の動作を説明する。

まず、蓄積動作において、Ｐベース領域３は負電位の初
期状態にあり、エミツタ電極５はゼロ電位の浮遊状態
に、キヤパシタ電極４はゼロ電位に各々設定されてい
る。なおコレクタ電極６は以後正電位に保持される。ま
た、ＰチャネルMOS tr7のゲート電極８は正電位にあ
り、ＰチヤネルMOS tr7は非導通状態になるように設定
されている。この状態で光が入射し、光量に対応したキ
ヤリア（ここでは正孔）がＰベース領域４に蓄積され
る。

次に、読出し動作において、エミツタ電極５を浮遊状態
とし、キヤパシタ電極４に読出し用正電圧パルスを印加
する。これによって既に述べたように、入射光量に対応
した電気信号がエミツタ電極５へ読出される。

次に、正孔注入動作において、キヤパシタ電極４はゼロ
電位に、エミツタ電極５は浮遊状態又は接地電位に、Ｐ
チヤネルMOS tr7のソース電極９は適当な電位に各々設
定される。そしてＰチヤネルMOS tr7のゲート電極８に
負のパルスが印加されると、暗状態または入射光量が小
さい状態でＰベース領域３の電位がソース電極９の電位
よりも低い電位にあった場合には、Ｐベース領域３中に
正孔が注入されＰベース領域３の電位は高くなり、また
入射光量が大きい状態でＰベース領域３の電位がソース
電極９の電位よりも高い電位にあった場合には、Ｐベー
ス領域３中に蓄積された正孔の一部が消去され、Ｐベー
ス領域３の電位はソース電極９の電位と等しくなる。こ
のときに設定されるソース電極９の電位は、次のリフレ
ツシユ動作におけるリフレツシユパルスが印加された時
のＰベース領域３の電位が暗状態においても残留電位V_K
よりも十分高くなるように、設定される。

次に、リフレツシユ動作において、エミツタ電極５は接
地され、ＰチヤネルMOS tr7のゲート電極８は正電位に
設定されＰチヤネルMOS tr7は非導通状態となるように
設定される。この状態でキヤパシタ電極４にリフレツシ
ユパルスを印加するとＰベース領域３に蓄積された正孔
は、エミツタ電極５からＰベース領域３に注入される電
子と再結合し除去される。ただし、Ｐベース領域３の電
位は、暗状態においても、前記した正孔注入動作によっ
て十分高くなっているために、リフレツシユパルス印加
直後の初期ベース電位は照度にかかわらず残留電位V_Kよ
り十分高くなる（第５図参照）。したがって、リフレツ
シユ時間t₀が経過した時点でＰベース領域３の電位は照
度の高低に関係なく一定電位V_Kとなる。この状態でリフ
レツシユ用の正電圧パルスが立下るために、Ｐベース領
域３は常に一定の負電位の初期状態となる。

このように、正孔注入動作を挿入することによって、リ
フレツシユ動作を繰返してもＰベース領域３の正孔が不
足することはなくなり、低照度状態での光電変換特性の
非直線性及び残像現象を完全に防止することができる。

また本実施例においては制御電極部であるベース領域を
Ｐチヤネルとしたためキヤリアは正孔となったがバイポ
ーラトランジスタをPNP型として制御電極部であるベー
ス領域をＮチヤネルとした場合にはキヤリアは電子とな
る。また本実施例においては２つの主電極部と、該２つ
の主電極部間に設けられた制御電極部とから成る半導体
としてバイポーラトランジスタを用いたが、他の半導体
例えばFET,SIT等を用いてもよいのは勿論である。

また第１図（Ａ）の実施例において、上記Ｐベース領域
にキヤリアを注入する手段としてＰチヤネルMOS trを
例として述べたが、もちろん、ＰチヤネルMOS trのか
わりに他の手段を用いてもよい。例えば、第１図（Ｂ）
の様にＮチヤネルMOS tr7′を用いてもよいし、第１図
（Ｃ）の様にNPNトランジスタ７″を用いてもよいし、
第１図（Ｄ）の様にPNPトランジスタなどをＰベース
領域に接続してもよい。

またキヤリアを注入する手段としてリフレツシユ動作の
直前に該光電変換装置にバイアスライト等によって光等
の電磁波を入射させることにより、キヤリアを注入させ
てもよい。

またキヤパシタを介して制御電極領域の電位を制御する
ことにより該領域に蓄積したキヤリア（正孔）を消滅さ
せる制御手段として、本実施例においてはエミツタ領域
を接地し、キヤパシタ電極にリフレツシユパルスを印加
することにより、エミツタ領域から電子を注入してキヤ
リアと再結合させる手段とした。

次に、このような構造と基本動作を有する本発明の一実
施例である光電変換装置を二次元的に配列して構成した
撮像装置の一例を第２図（Ａ），（Ｂ）を用いて説明す
る。

第２図（Ａ）は、本実施例を二次元的に配列した撮像装
置の回路図、第２図（Ｂ）は、その動作を説明するため
のタイミングチヤートである。

第２図（Ａ）において、本発明の実施例である光電変換
セル10は３×３のマトリツクス状に配列され、光電変換
セル10のキヤパシタ電極４は、行毎に水平ライン11,1
1′,11″に各々共通接続されている。各水平ラインは、
トランジスタ13,13′,13″を介して端子14に接続され、
端子14には読出し用及びリフレツシユ用正電圧パルスＧ
φ_Ｒが印加される。

トランジスタ13,13′,13″の各ゲート電極には垂直シフ
トレジスタ12からパルス信号φv1,φv2,φv3が各々印加
される。

光電変換セルのトランジスタ７のゲート電極８は、行毎
にモチーフの水平ライン15,15′,15″に各々共通接続さ
れている。各水平ラインは、トランジスタ16,16′,16″
を介して端子17に接続され、端子17には光電変換セル10
のトランジスタ７のゲート電極８に印加するためのパル
スφ_Ｆが印加される。

トランジスタ15,15′,15″の各ゲート電極には垂直シフ
トレジスタ12からパルス信号φc1,φc2,φc3が各々印加
される。

また、光電変換セルのトランジスタ７のソース電極９は
水平ライン18,18′,18″を介して端子19に接続されてい
る。端子19には正孔注入用電圧Vcが印加される。

光電変換セル10のエミツタ電極５は、列毎に垂直ライン
20,20′,20″に各々共通接続されている。各垂直ライン
は、リフレツシュ用トランジスタ21,21′,21″を介して
接地されるとともに、光電変換セルの読出し信号をシリ
アルに出力するためのトランジスタ23,23′,23″を介し
て出力ライン25に接続されている。

トランジスタ21,21′,21″の各ゲート電極は端子22に共
通接続され、端子22にはパルス信号φvcが印加される。
また、トランジスタ23,23′,23″の各ゲート電極には水
平シフトレジスタ24からパルス信号φH1,φH2,φH3が各
々印加される。

出力ライン25はリセツト用トランジスタ26を介して接地
されるとともに信号増幅用のトランジスタ28のゲートに
接続され、増幅された信号が端子29から出力される。ま
た、リセツト用トランジスタ26のゲート電極27には、出
力ラインリセツトパルスφHcが印加される。

次に上述の様に構成された撮像装置の動作を第２図
（Ｂ）のタイムチヤートを参照しながら説明する。

まず、予め時刻t₁まで蓄積動作が行なわれ、各光電変換
セル10には入射光量に対応した正孔がＰベース領域３に
各々蓄積されているものとする。

時刻t₁において、パルス信号φv₁が立上ることでトラン
ジスタ13がON状態となり、続いてパルスφ_Ｒが立上が
り、水平ライン11に読出し用正電圧が印加され、第一行
目の光電変換セル10が読出し動作を開始する。この読出
し動作によって第一行目の光電変換セルの読出し信号が
垂直ライン20,20′,20″に現われる。読出し動作が完了
すると、パルス信号φ_HCによってトランジスタ26がON状
態となって、出力ライン25の残留電荷がリフレツシユさ
れる。

時刻t₂において、パルス信号φ_H1が立上りトランジスタ
23がON状態となる。これによって、垂直ライン20に読出
されていた一行一列目の光電変換セルの信号がトランジ
スタ23及び出力ライン25を介してトランジスタ28に入力
し、増幅されて端子29から出力される。この出力動作が
終了するとパルスφ_HCが立上り出力ライン25がリフレツ
シユされる。続いてパルス信号φ_H2及びφ_H3が順次立上
り、同様にして一行二列目及び一行三列目の光電変換セ
ルの信号が順次端子29から出力され、その都度出力ライ
ン25はリフレツシユされる。

出力動作が終了すると、時刻t₃においてトランジスタ2
1,21′,21″のゲート電極22にパルスφ_HCが印加され垂
直ライン20,20′,20″がリフレツシユされる。続いて垂
直シフトレジスタ12のパルス信号φ_C1が印加され、さら
にパルス信号φ_Ｆが端子17に印加されることで、一行目
の光電変換セル10のトランジスタ７の電極８にパルスが
印加され、既に述べたような正孔注入動作が行われる。

次に時刻t₄において、パルス信号φ_V1及びφ_Ｆが立上
り、トランジスタ13がON状態となり、水平ライン11にリ
フレツシユ用正電圧パルスが印加され、既に述べたよう
にリフレツシユ動作が行われる。

このような第一行目と同様な動作が、時刻t₅から二行目
の時刻t₆から三行目の各光電変換セル10について行われ
る。すなわち、時刻t₅においてパルス信号φ_V2,φ_R,φ
_HCφ_H1,φ_HC,φ_H2,φ_HC,φ_H3,φ_VC及びφ_C2が順次立上
り、立下がりをくり返すことによって二行目の光電変換
セル10が選択され、読出し正孔注入及びリフレツシユの
各動作が行われる。そして時刻t₆において、二行目の光
電変換セルが蓄積動作に入いると同時に、パルス信号φ
_V3,φ_R,φ_HC,φ_H1,φ_HC,φ_H2,φ_HC,φ_H3,φ_VC及びφ_C3
が順次立上り立下がりをくり返すことによって三行目の
光電変換セル10が選択され、上記各動作が同様に行われ
る。三行目が蓄積動作に入ると、一行目が選択され、以
下同様に繰返される。

このようにして全ての光電変換セル10の入射光量に対応
した読出し信号が端子29からシリアルに出力される。な
お、リフレツシユから読出しまでの各行の光電変換セル
10の蓄積動作を行う時間は一定であるために、例えばテ
レビビデオカメラ等への応用が可能である。

本実施例では光電変換セル10を２次元的に配列した場合
について述べたが、次にはこれを１次元的に配列してラ
インセンサーとして構成した光電変換装置としての実施
例を説明する。

第３図（Ａ）は、本発明の実施例の光電変換装置を用い
た一次元の撮像装置の構成を示す回路図、第３図（Ｂ）
は第３図（Ａ）の撮像装置の動作を示すタイミングチヤ
ートである。

第３図（Ａ）において、三個の光電変換セル10が一次元
配列され、各コレクタ電極９は共通に接続されて正電圧
が印加される。また各キヤパシタ電極４は水平ライン30
を介して端子31に共通に接続され、端子31には読出しま
たはリフレツシユ動作を行うためのパルス信号φ_Ｒが印
加される。さらにエミツタ電極５は各々垂直ライン35,3
5′,35″に接続され、また、トランジスタ７のゲート電
極８は水平ライン32を介して端子33に接続され、ホール
注入動作を行うためのパルス信号φ_Ｃが印加される。さ
らにトランジスタ７のソース電極９は正孔注入用電圧V_C
印加される端子34に接続されている。

垂直ライン35,35′,35″は各々トランジスタ36,36′,3
6″を介して接地されている。またトランジスタ36,3
6′,36″の各ゲート電極はライン37を介して端子38に共
通に接続され、端子38には信号φ_VOが印加される。

さらに垂直ライン35,35′,35″は各々トランジスタ39,3
9′,39″を介して各々電荷蓄積用のキヤパシタ40,40′,
40″に接続されるとともにトランジスタ43,43′,43″を
介して出力ライン44に接続されている。またトランジス
タ39,39′,39″のゲート電極はライン41を介して端子42
に共通に接続され、端子42には信号φ_Ｔが印加される。

トランジスタ43,43′,43″のゲート電極はシフトレジス
タ45の並列出力端子に各々接続され、各並列出力端子か
らは信号φ_H1,φ_H2,φ_H3が出力される。

出力ライン44は、出力ライン44をリフレツシユするため
のトランジスタ46を介して接地されるとともに出力端子
49を持つ、出力アンプであるトランジスタ48のゲート電
極に接続されている。リフレツシユ用のトランジスタ46
のゲート電極は端子47に接続され、端子47には信号φ_HC
が印加される。

次に、このような構成を有する撮像装置の動作を第３図
（Ｂ）を参照しながら説明する。

まず、パルス信号φ_Ｔ及びφ_VCが立上ることで、トラン
ジスタ39,39′,39″,36,36′,36″をON状態にする。こ
れによって各光電変換セル10のエミッタ電極５及び垂直
ライン35,35′,35″は接地状態になり、これによって電
荷蓄積用キヤパシタ40,40′,40″及び垂直ライン35,3
5′,35″の残留電荷が除去される。

続いて時刻t₁において信号φ_Ｃが立上り、端子34に印加
されている電位V_Cと各光電変換セル10のベース領域３の
電位が同じになる。これによって暗状態または低照度状
態にあった光電変換セル10のベース領域３に正孔が注入
され、各光電変換セルのベース領域はほぼ同じ電位にな
る。（正孔注入動作）。

時刻t₂において信号φ_Ｃが立下り続いて信号φ_Ｒが立上
って、各光電変換セル10のキヤパシタ電極４にリフレツ
シユ用の正電圧が印加される。各エミツタ電極は接地状
態にあるから、先の実施例においてすでに述べたように
リフレツシユ動作が行なわれ、時刻t₃で信号φ_Ｒが立下
がると各光電変換セル10のＰベース領域３は負電位の初
期状態に復帰する。リフレツシユ動作が終了すると、信
号φ_VCが立下り、トランジスタ36,36′,36″はOFF状態
となる。

次に時刻t₄で信号φ_Ｒがふたたび立上り、各光電変換セ
ル10のキヤパシタ電極４に読出し用正電圧が印加され
る。この状態で各光電変換セル10のＰベース領域３には
入射光によって励起された電子・正孔のうちの正孔が蓄
積され、各セルのベース電位が、入射光量に対応した蓄
積電圧分だけ上昇すると同時に、すでに述べたたように
読出し動作も同時に行なわれ、各光電変換セル10の光情
報に対応した読出し信号が電荷蓄積用キヤパシタ40,4
0′,40″に各々蓄積される。

続いて、時刻t₅において信号φ_Ｔおよびφ_Ｒが立下りト
ランジスタ39,39′,39″がOFF状態になった後に、まず
信号φ_HCが立上り、出力ライン44の残留電荷を除去し、
次にφ_HCが立下る。続いてシフトレジスタ45の第１出力
端子から出力される信号φ_H1が立上ることでトランジス
タ34がON状態となり、電荷蓄積用キヤパシタ40に蓄積さ
れている読出し信号が出力ライン44に読出される。読出
された信号はトランジスタ48を介して端子49から出力さ
れる。続いて、信号φ_H1が立下ると、信号φ_HCが立上
り、出力ライン44がトランジスタ46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45から出力される信号4
3′,43″が順次立上がり、電荷蓄積用キヤパシタ40′,4
0″に蓄積されている各信号が出力ライン44に順次読出
されるとともに、各信号が読出される毎にパルス信号φ
_HCが立上り、出力ライン44はリフレツシユされる。こう
して全ての光電変換セル10の読出し信号がトランジスタ
48を介して端子49からシリアルに出力される。

第３図（Ｃ）は、第３図（Ａ）の実施例の他の動作方法
を示すタイミングチヤート図である。

第３図（Ｃ）は、時刻t₂において立ち上がる信号φ_Ｒを
そのまま時刻t₃においても立下げないような動作例であ
り、それ以外の信号のタイミングは第３図（Ｂ）と全く
同じである。すなわち、かかる場合においては各光電変
換セルのトランジスタ５に発生した信号は常に垂直ライ
ン35,35′,35″に読み出されることになるが、このよう
にして動作を行ってもよい。

以上詳細に説明したように、本実施例の光電変換装置
は、半導体トランジスタの制御電極領域にトランジスタ
等を設け、制御電極の電位を制御できるようにしてい
る。したがって、上記制御電極に適時キヤリアを注入す
ることができる。そのために、たとえばリフレツシユ動
作開始時に制御電極領域の電位を十分高くすることがで
き、リフレツシユ動作終了時の制御電極領域の電位を所
望に一定値にすることができる。すなわち、従来のよう
な光電変換特性の非直線性及び残像現象の発生を改善す
ることが出来る。

また特に第２図（Ａ），第３図（Ａ）に示すような撮像
素子に本発明に応用することによって従来の提案されて
いるベース領域の電位を直接制御する方法の様に光電変
換セル毎の固有の容量のばらつきによって固定パターン
ノイズが発生することも防止することが出来、該撮像素
子で物体を撮影した場合には、きわめてノイズの少ない
映像を得ることが出来る。

＜発明の効果＞以上説明した様に本発明に依れば制御電極領域の電荷の
消去を行った後の制御電極領域の電位レベルが、電磁波
の強度が低い場合に低下するのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例の光電変換装置の透過
回路図、第１図（Ｂ）乃至第１図（Ｄ）は別の実施例の
光電変換装置の等価回路図、第２図（Ａ）は、本実施例を用いた二次元の撮像装置の
回路図、第２図（Ｂ）はその動作を説明するためのタイ
ミングチヤート。第３図（Ａ）は、本実施例を用いた一次元の撮像装置の
回路図、第３図（Ｂ）は、その動作を説明するためのタ
イミングチヤート。第３図（Ｃ）は、その動作の別の方
法を説明するためのタイミングチヤート。第４図（Ａ）は、従来の光電変換装置の概略的平面図、
第４図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線断面図、第４図（Ｃ）
は、その等価回路図、第５図はリフレツシユ動作時のベース電位の経時変化を
示すグラフ。１……トランジスタ２……キヤパシタ７……ＰチヤネルMOSトランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の第１主電極領域と、前記第１導電型と同導電型の第２主電極領域と、電磁波によって発生したキャリアの蓄積部となる第２導
電型の制御電極領域とで形成されるフォトトランジスタ
と、前記制御電極領域において電磁波に応じた電荷を蓄積す
る場合には前記制御電極領域と前記第１主電極領域とを
逆方向にバイアスし、前記制御電極領域における電荷を
消去する場合には前記制御電極領域と前記第１主電極領
域とを順方向にバイアスすることにより前記制御電極領
域の残留電位を所定の第１電位Vkとする第１の手段と、前記第１の手段により消去の為の順方向バイアスを行う
前に、前記制御電極領域を所定の第２電位に接続する第
２の手段を有すると共に、該第２電位を、次に前記第１
の手段により前記制御電極領域の電荷の消去動作を開始
する時の制御電極領域の電位レベルが暗状態においても
前記第１電位Vkよりも十分に高くなるように設定したこ
とにより、電磁波の強度が低い場合に第１電位Vkが低下
するのを防止したことを特徴とする光電変換装置。