JPS61141272A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、キヤ・臂シタを介して電位が制御される光電
荷蓄積領域を有する光電変換素子（以下、光センサセル
とする。）を二次元的に配列した光電変換装置に関する
。

〔従来技術およびその問題点〕

近年、光電変換装置、特に固体撮像装置に関する研究が
ＣＣＤ　屋およびＭＯＳ型の２方式を中心に行われてい
る。

ＣＣＤ型撮像装置は、ＭＯ８型キャノ４シタ電極下にポ
テンシャル井戸を形成し、光入射にょ多発生した電荷を
この井戸に蓄積し、読出し時には、このＩテ／クヤル井
戸を、電極にかけるパルスにょシ順次動かして、蓄積さ
れた電荷を出力アンプまで転送して読出す、という原理
を用いている。したがって、比較的構造が簡単であシ、
ＣＣＤ自体で発生する雑音が小さく、低照度撮影が可能
となる。

一方、ＭＯ８型撮像装置は、受光部を構成するｐｎ接合
よ構成るフォトダイオードの各々に光の入射によ多発生
した電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフォトダ
イオードに接続されたＭＯ８スイ、テングトランジスタ
を順次ＯＮすることにょシ蓄積された電荷を出力アンプ
に読出す、という原理を用いている。したがって、ＣＣ
Ｄ型に比較して構造上複雑となるものの、蓄積容量を大
きくとることができ、ダイナミック・レンジを広くする
ことができる。

しかし、これら従来方式の撮像装置には、次のような欠
点が存在するために、将来的に高解像度化を進めて行く
上で大きな支障となっていた。

ＣＣＤ　ｆｉ撮像装置は、ｌ）出力アンプとしてＭＯ８
型アンプがオンチ、ｆ化されるために、シリコンとシリ
コン酸化膜の界面から画像上、目につきゃすい１／ｆ雑
音が発生する。２）高解像度化を図るために、セル数を
増加させて高密度化すると、ひとつのポテンシャル井戸
に蓄積できる最大電荷量が減少し、ダイナミックレンジ
が取れなくなる。

３）蓄積電荷を転送して行く構造であるために、セルに
一つでも欠陥が存在すると、そこで電荷転送がス）、７
’ｌ、てしまい、製造歩留）が悪くなる。

ＭＯ８型撮像装置では、１）信号読出し時に、各フォト
ダイオードに配線容量が接続されているために、大きな
信号電圧ドロッグが発生する。２）配線容量が大きく、
これによるランダム雑音の発生が大きい。３）走食用Ｍ
ＯＳスイ、チングトランジスタの寄生容蓋のパンツ中に
よる固定／母ターン雑音の混入がある。このために、低
照度撮像が困難となシ、また、高解像度化を図るために
各セルを縮小すると、蓄積電荷は減少するが、配線容量
があまシ小さくならないために、い比が小さくなる。

このように、ＣＣＤｆｉおよびＭＯ８凰撮偉装置は高解
像度化に対して本質的な問題点を有している。

これらの撮像装置に対して、新方式の半導体撮像装置が
提案されているＣ％開昭５６−１５０８７８号公報、特
開昭５６−１５７０７３号公報、特開昭５６−−１６５
４７３号公報）。ことで提案されている方式は、光入射
によって発生した電荷を制御電極（例えば、バイポーラ
トランジスタのベース、静電誘導ト３ンジスタＳＩＴあ
るいはＭＯＢ　）　：７ンジスタのゲート）に蓄積し、
蓄積された電荷を各セルの増幅機能を利用して電荷増幅
を行い読出すものである。この方式では、高出力、広ダ
イナミ、り・レンジ、低雑音および非破壊読出しが可能
であシ、高解像度化の可能性を有している。

しかしながら、この方式は基本的にＸ−Ｙアドレス方式
であシ、また各セル紘、従来のＭＯ８型セルにバイポー
ラトランジスタ、ＳＥＴ　）ランジスタ等の増幅素子を
複合したものを基本構造としているために、高解像度化
に限界が存在する。また、高解像度を達成するために、
セルを多数配列すると、出力信号を読出すためのシフト
レジスタが複雑化し、高速動作が困難となる。さらに、
出力インピーダンスが高くなる一方で、い比が低減する
等の問題点も有している。

このような欠点を解決するために、特願昭５８−１２０
７５５号に新方式の光電変換装置が提案されている。

第３図および第４図は、特願昭５８−１２０７．５５号
に記載されている光電変換装置を構成する光センサセル
の基本構造および動作を説明する図である。

第３図（、）は、光センサセルの平面図、第３図伽）は
、そのＡ　−Ａ’線断面図、第４図は、その等両回路で
ある。なお、各部位において共通するものについては同
一の番号をつけている。

この光センサセルは、次のような構造を有している。

第３図（＆）　、　（ｂ）に示すごとく、ｎ型シリコン
基板１の上に、 ノ９シペーシ璽ン膜２； シリコン酸化膜よ構成る絶縁酸化膜３；となシ合う光セ
ンサセルとの間を電気的に絶縁するための絶縁膜又は４
リシリコン膜で構成される素子分離領域４： 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５； その上に、パイ４−２トランジスタのペースとなるｐ領
域６； バイポーラトランジスタのエミッタとなるｎ領域７； 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウム（Ａ１
）等の導電材料で形成される配線８；ｐ領域６に絶縁膜
３を社さんで対向し、浮遊状態になされたｐ領域６にパ
ルスを印加するためのキャパシタ電極９： キャパシタ電極９に接続された配線ｌＯ：基板ｌの裏面
にオーミックコンタクトをとるために形成されたｎ領域
１１； そして、バイポーラトランジスタのコレクタ電位を与え
るための電極１２： がそれぞれ形成され、上記光センサセルを構成している
。

第４図に示す等価回路において、コンデンサＣｏｘ１３
は、電極９、絶縁膜３、ｐ領域６のＭＯ８構造よシ構成
され、又バイポーラトランジスタ１４は、エミ、りとし
てのｎ領域７、ペースとしてのｐ領域６、コレクタとし
てのｎ−領域５および領域ｌの各部分より構成されてい
る。とれらの図面から明らかなように、ｐ領域６は浮遊
領域になされている。

また、バイポーラトランジスタ１４の等価回路は、ペー
ス・エミ、りの接合容量Ｃｂ＠１５、ペース・エミ、り
のｐｎ接合ダイオードＤｉ）、１６、ペース・コレクタ
の接合容ｉ　Ｃｂｃ１７　、ペース・コレクタのｐｎ接
合ダイオードＤｂｃ１ｇで表現される。

次に、このような構成を有する光センサセルの基本動作
を説明する。

この光センサセルの基本動作は、光入射による電荷蓄積
動作、読出し動作およびリフレ、シェ動作よシ構成され
る。電荷蓄積動作においては、例えばエミ、りは、配線
８を通して接地され、コレクターは配線１２を通して正
電位にバイアスされている。またペースは、あらかじめ
エミ、り７に対して逆バイアス状態にされているものと
する。

この状態において、第３図に示す様に光センサセルの表
側から光２０が入射してくると、半導体内ニおいてエレ
クトロン・ホール対が発生する。

この内、エレクトロンは、ｎ領域ｌが正電位にパーイア
スされているのでｎ領域ｌ側に流れだしていってしまう
が、ホールはｐ領域６にどんどん蓄積されていく。この
ホールのｐ領域への蓄積によルｐ領域６の電位は次第に
正電位に向かって変化しティく。この時、光によシ励起
されたホールがペースに蓄積するととＫよシ発生する電
位ｖｐは％＝Ｑ／Ｃで与えられる。Ｑは蓄積されるホー
ルの電荷量であシ、ＣはＣｂ、ｌ　５とＣｂａ　１７お
よびＣ０，１３を加算した接合容量である。

ここで注目すべきことは、高解像度化され、セルサイズ
が縮小化されていった時に、一つの光センサセルあたシ
に入射する光量が減少し、蓄積電荷量Ｑが共に減少して
いくが、セルの縮少化に伴ない接合容量もセルサイズに
比例して減少していくので、光入射によシ発生する電位
ｖｐはほぼ一定にたもたれるというととである。これは
光センサセルが第３図に示す如とく、きわめて簡単な構
造をしておシ有効受光面がきわめて大きくとれる可能性
を有しているからである。

以上の様にしてｐ領域６に蓄積された電荷によシ発生し
た電圧を外部へ読出す動作について次に説明する。

読出し動作状態では、エミ、り、配線８は浮遊状態に、
コレクターは正電位ｖｃに保持される。

今、光を照射する前に、ペース６を負電位にバイアスし
た時の電位を−Ｖｂとし、光照射によシ発生した蓄積電
圧なＶ、とすると、ペース電位は、−Ｖｂ十ｖｐなる電
位になっている。この状態で配線ｌＯを通して電極９に
読出し用の正の電圧ｖｒを印加すると、この正の電位ｖ
ｒは酸化膜容量ＣＯｘ１３トヘース・エミ、り間１１−
容ｆｃｂ、　ｓ　ｓ、ペース・コレクタ間接合容量Ｃｂ
ｃ　１７によ多容量分割され、ベース電位は、 ０ｘ −ｖｂ＋ｖｐ＋　Ｃ０８＋Ｃｂ。＋Ｃｂ、”となる。こ
こで、ベース電位を次式に示すＶｂｓだけ、余分に順方
向にバイアスすると、 ０Ｘ −ｖｂ＋ｖｒ＝■ｂ。

Ｃ０工＋Ｃｂｅ＋Ｃｂｅ ペース電位は、光照射により発生した蓄積電圧Ｖ、よシ
さらＫｍ方向にバイアスされる。そのために、エレクト
ロンはエミッタからペースに注入され、コレクタ電位が
正電位になっているために、ドリフト電界に加速されて
コレクタに到達する。

第５図（ａ）は、Ｖｂ、＝０．６Ｖとした場合の蓄積電
圧ｖｐに対する読出し電圧の関係を示すグラフである。

同グラフによれば、１００　ｎａｍｅ程度以上の読出し
時間（読出し電圧ｖｒをキヤ／譬シタ電極９に印加して
いる時間）をとれば、蓄積電圧ｖｐと読出し電圧は、４
桁程度の範囲にわたって直線性が確保され、高速読出し
が可能であることを示している。

上記の計算例では、配線８の容量を４９Ｆ、接合容量Ｃ
ｂｓ　＋　Ｃｂｃを０．０１４ｐＦとした場合であシ、
その容量比は約３００倍と異なっているが、ｐ領域６に
発生した　蓄積電圧Ｖｐは何らの減衰も受けず、且つバ
イアス電圧Ｖｂｓの効果によシ、きわめて高速に読出し
動作が行われたことを示している。とれは、上記光セン
サセルのもつ増幅機能が有効にはたらいたからでおる。

このように、出力電圧が大きいために、固定パターン雑
音、出力容量に起因するランダム雑音が相対的に小さく
なシ、極めて良好なφ比の信号を得ることができる。

先に、バイアス電圧Ｖｂｓを０．６　Ｖに設定した時、
４桁程度の直線性が）　ＯＯｎｓ＠ｃ程度の高速読出し
時間で得られることを示したが、この直線性および読出
し時間とバイアス電圧Ｖｂｓとの関係を第５図（ｂ）に
示す。

第５図（ｂ）に示すグラフによれば、バイアス電圧Ｖｂ
ｓによる、読出し電圧が蓄積電圧の所望の割合（イ）に
達するのに必要な読出し時間を知ることができる。した
がりて、撮像装置の全体の設計から読出し時間および必
要な直線性が決定されると、必要とされるバイアス電圧
Ｖｂａが第５図（ｂ）のグラフを用いることによシ決定
することができる。

上記構成に係る光センサセルのもう一つの利点は、ｐ領
域６に蓄積されたホールはｐ領域６におけるエレクトロ
ンとホールの再結合確率がきわめて小さいことから非破
壊的に読出し可能なことである。このことは、上記構成
に係る光センサセルを撮像装置として構成した時に、シ
ステム動作上、１新しい機能を提供することができるこ
とを意味する。

さらに、ｐ領域６に蓄積電圧ｖｐを保持できる時間は極
めて長く、最大保持時間は、むしろ接合の空乏層中にお
いて熱的に発生する暗電流によって制限を受ける。しか
し、上記光センサセルにおいて、空乏層の広がっている
領域は、極めて不純物濃度が低いｎ″″領域５であるた
めに、その結晶性が良好でアシ、熱的に発生するエレク
トロン・ホール対は少ない。

次いでｐ領域６に蓄積された電荷をリフレッシ轟する動
作について説明する。

上記構成に係る光センサセルでは、すでに述べたごとく
、ｐ領域６に蓄積された電荷は、読出し動作では消滅し
ない。このため新しい光情報を入力するためには、前に
蓄積されていた電荷を消滅させるためのりフレッシ島動
作が必要である。また同時に、浮遊状態になされている
ｐ領域６の電位を所定の負電圧に帯電させておく必要が
ある。

上記構成に係る光センサセルでは、リフレッシ為動作も
読出し動作と同様、配線ｌＯを通して電極９に正電圧を
印加することによフ行なう。このとき、配線８を通して
エミッタを接地する。コレクタは、電極１２を通して接
地又は正電位にしておく、第６図（、）にす７し、シ為
動作の等価回路を示す。但しコレクタ側を接地した状態
の例を示している。

この状態で正電圧Ｖｒｈなる電圧が電極９に印加される
と、ベース２２には、酸化膜容量Ｃ６ｘ１３、ベース・
エミッタ間接合容量Ｃｂ、１５、ベース・コレクタ間接
合容量ＣＩ）、　１７の容量分割によシ、なる電圧が、
前の読出し動作のときと同様瞬時的にかかる。この電圧
によ）、ベース：エミッタ間接合ダイオードＤｂ、１６
およびベース・コレクタ間接合ダイオードＤｂ、１８は
順方向バイアスされて導通状態とな夛、電流が流れ始め
、ベース電位は次第に低下していく。

この時、浮遊状態にあるベースの電位の変化について計
算した結果を、ペース電位の時間依存性の一例として第
６図（ｂ）に示す。横軸は、リフレ。

シ為電圧Ｖｒｈが電極９に印加された瞬間からの時間経
過すなわちリフレッシュ時間を、縦軸は、ペース電位を
それぞれ示し、ペースの初期電位を／ｆラメータにして
いる。ペースの初期電位とは、リフレ、７瓢電圧Ｖｒｈ
が加わりた瞬間に、浮遊状態にあるペースが示す電位で
あシ、Ｖｒｈ　＃　Ｃｏ工。

Ｃｂｅ　＃　Ｃｂｃ及びペースに蓄積されている電荷に
よってきまる。

この第６図（ｂ）をみれば、ペースの電位は初期電位に
よらず、ある時間経過後には必ず、片対数グラフ上で一
つの直線にしたがって下がっていくことがわかる。

ｐ領域６が、ＭＯ８キャパシタＣ０工を通して正電圧を
ある時間印加し、その正電圧を除去すると負電位に帯電
する仕方には、２通シの仕方がある。

一つは、ｐ領域６から正電荷を持つホールが、主として
接地状態にあるｎ領域ｌに流れ出すことによって、負電
荷が蓄積される動作である。

一方、ｎ領域７やｎ領域ｌからの電子が、ｐ領域６に流
れ込み、ホールと再結合することによって、ｐ領域６に
負電荷が蓄積する動作も行なえる。

上記構成に係る光センサセルによる光電変換装置では、
す７し、シェ動作にょフ全てのセンサセルのベース電位
をゼロデルトまで持っていく完全リフレッシ−モードと
（とのときは第６図（ｂ）の例では１０　（”　＃拳４
！　）を要する）、ペース電位にはある１定電圧ｖｋは
残るものの蓄積電圧ｖｐによる変動成分が消えてしまう
過渡的リフレ、７−モード゛の二つが存在するわけであ
る（このときは第６図（ｂ）の例では、１０　（μｓｓ
ａ：ｌ〜１０（ｓｅａ〕のす７レツ７晶ノぐルスとなる
〕。

完全ソ７し、シェモードで動作させるか、過渡的す７し
、シ晶モードで動作させるかの選択は撮像装置の使用目
的によりて決定される。

以上が光入射による電荷蓄積動作、読出し動作、リフレ
ッシ瓢動作よシなる上記構成に係る光センサセルの基本
動作の説明であり、各動作を基本サイクルとして、入射
光の観測又は光情報の続出し・迂 を行うことが可能となる。

以上説明したごとく、上記構成に係る光センサセルの基
本構造は、すでにあげた特開昭５６−１５０８７８、特
開昭５６−１５７０７３、特開昭５６−１６５４７３の
各公報に記載された撮像装置と比較してきわめて簡単な
構造でアシ、将来の高解像度化に十分対応できるととも
に、それらのもつ優れた特徴である増幅機能からくる低
雑音、高出力、広ダイナミツクレンジ、非破壊読出し等
のメリットをそのまま保存している。

〔発明の概要〕 本発明は、上記したような優れた特徴を有する光センサ
セルを用い、ＮＴＳＣ等のテレビ方式で採用されている
フィールド蓄積電のインターレース走査方式によシ駆動
する光電変換装置である。

すなわち、本発明による光電変換装置は、半導体トラン
ジスタの制御電極領域の電位をキャパシタを介して制御
することによシ、前記制御電極領域に光励起によって発
生したキャリアを蓄積し、該蓄積量に対応して発生した
電圧を脱出し、又袖蓄積されたキャリアを消滅させると
いう動作を行う光センサセルを二次元的に配列し、 配列された光センサセルをフィールド毎に選択するフィ
ールド選択手段と、 選択されたフィールドの光センサセルにおける制御電極
領域の電位をキヤ／中シタを介して制御することで前記
各動作を行わせる駆動手段と、を設けたことを特徴とす
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図は、本発明による光電変換装置の一実施例の回路
図である。ここでは、−例として光センサセルを３×４
個二次元配列し、１フレーム２フイールドのインターレ
ース方式の場合を説明する。

同図において、光センサセル３０は、３×４に配列され
、各コレクタ電極！２は共通に接続されている。各党セ
ンサセル３０のキャパシタ電極１０は、行毎に読出しパ
ルス又はり７レツシエノ９ルスを印加するための水平ラ
イン１１２，１１３゜１１２’　、　１１３’に接続さ
れている。ただし、水平２イン１１２および１１２′は
、第１フイールドに対応し、水平ライン１１３および１
１３′は、第２フィールドに対応している。そして、各
水平ラインは、駆動回路に接続され、駆動回路によって
フィールド毎に順次読出し／４ルス又はり７レツクエパ
ルスが印加される。

駆動回、路は、垂直り７トレジスタ３２、フィールド選
択部、す７レツＶｓ、部、ブートスドラ、プ部およびラ
インリ７レッ７為部から構成される。

まず、垂直シフトレジスタ３２の出力端子り。

とＬｓは、読出し動作を行う時にハイレベルを出力し、
ＭＯＢ　）ランジスタ１０２および１０３と、ＭＯＢ　
）ランジスタ１０２′および１０３′の各ダート電極に
各々接続されている。ＭＯＢ　）ランジスタ１０２およ
び１０２′のドレイン電極は、端子１１８に共通に接続
され、端子１１８には第１フィールド選択信号（以下、
Ｆｌ信号とする。）が印加される。また、ＭＯＢ　）ラ
ンジスタ１０３および１０３′のドレイン端子は、端子
１１９に共通に接続され、端子１１９には第２フィール
ド選択信号（以下、Ｆ２信号とする。）が印加される。

垂直シフトレジスタ３２の出力端子り、とＬ４は、す７
レツク為動作時にハイレベルを出力し、ＭＯＢ　トラン
ジスタ１０４および１０５と、ＭＯＳトランジスタ１０
４’および１０５’の各ｆ−）電極に各々接続されてい
る。また、ＭＯＳトランジスタ１０４．１０５，１０４
’および１０５１の各ドレイン電極は、端子１２０に共
通に接続され、端子１２０にはりフレヅシェ電圧Ｒ４が
印加されている。

第１フイールドに対応するＭＯＢ　）ランジスタ１０２
および１０４の各ソース電極は駆動ジイン１０６に、Ｍ
ＯＳトランジスタ１０２’および１０４′の各ソース電
極は駆動ライン１０６’に各々接続されている。

第２フイールドに対応するＭＯＢ　）　？ンジスタ１０
３および１０５の各ソース電極は駆動２イン１０７に、
ＭＯＢ　）　７ンゾスタ１０３′および１０５′の各ソ
ース電極は駆動う碕ン１０７’に各々接続され′ｃ′″
る・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１第１フ
イールドに対応する駆動２イン１０６および１０６１は
、ツートストラ、ｆ用のＭＯＳトランジスタ１０８およ
び１０８’の各ｒ−）電極と、同じくプートストラップ
用のキャパシタ１１０および１１０′の各一方の端子に
各々接続されるとともに、それぞれラインリフレッシ為
用ＭｏＳトランジスタ１１４および１１４’を介して接
地されている。

第２フイールドに対応する駆動ライン１０７および１０
７′は、ブートストラップ用のＭＯＢ　）　？ンジスタ
１０９および１０９′の各ｆ−）電極と、同じくプート
ストラップ用のキャノヤジタ１１１および１１１′の各
一方の端子に各々接続されるとともに、それぞれライン
リフレッシ具用ＭＯ８）ランジスタ１１５および１１５
′を介して接地されている。

ツートストラップ用ＭＯ８）ランジスタ１０８゜１０８
’、１０９，１０９’の各ドレイン電極は、共通に端子
１２１に接続され、端子１２１には駆動ノｆルスＤＰが
印加される。

また、２インリフレ、シ為用ＭＯ８）ランジスタ１１４
．１１４’、１１５，１１５’＋７）各ｒ−）電極は端
子１２２に共通に接続されている。

ブートスドラ、ｆ用Ｒ１！Ｏ８トランジスタ１０８およ
び１０８′の各ソース電極と、キャパシタ１１０および
１１０′の各他方の電極とは、水平ライン１１２および
１１２′に各々接続され、水平ライン１１２および１１
２′はラインリ７レッシェ用ＭＯＳトランジスタ１１６
および１１６′を介して接地されている。

シートストラップ用ＭＯ＆　）ランジスタ１０９および
１０９’の各ソース電極と、キヤ／やシタ１１１および
１１１′の各他方の電極とは、水平ライン１１３および
１１３’に各々接続され、水平ライン１１３および１１
３’は２インリ７レツシ工用ＭＯＳトランジスタ１１７
および１１７′を介して接地されている。

また、ラインリフし、シ為用ＭＯ８）ランジスタ１１６
．１１６’、１１７．１１７／の各ダート電極は端子１
２３に共通に接続されている。

各党センサセル３０のエミッタ電極８は、列毎に信号を
読出すための垂直ライン３８　、３８’　。

３８“に接続され、各垂直ラインはダート用ＭＯ８）ラ
ンジスタ４０．４０’、４０′を介して出力信号線４１
に共通接続されている。ダート用ＭＯ８）ランジスタ４
０．４０’、４０“の各ダート電極は、垂直ラインを順
次開閉するための／４ルスを発生する水平シフトレジス
タ３９の並列出力端子８１〜Ｒ。

に接続されている。

出力信号線４１は、出力信号線４１をす７し。

シタするためのトランジスタ４２を介して接地され、ト
ランジスタ４２のｒ−）電極は端子４３に接続されてい
る。

また、垂直ライン３８　、３８’　、　３８’は、垂直
ラインをリフレッシ為するためのＭＯＢ　）ランジスタ
４８．４８’、４８“を介して接地され、ＭＯＢ　）ラ
ンジスタ４８　、４８’　、　４８’の各ダート電極は
、端子４９に共通接続されている。

次に、このような構成を有する本実施例の動作を第２図
に示すタイミング波形図を参照しながら説明する。

〔第１フイールド第１ラインの読出し動作〕まず、Ｆｌ
信号が正電位、Ｆ２信号が接地電位に設定され、駆動回
路は第１フイールドが選択された状態となる。また、垂
直シフトレジスタ３２の各端子はローレベルにあるため
に、ＭＯＳトランジスタ１０２，１０２’、１０３．１
０３’、１０４゜１０４’　、　１０５　、１０５’は
ＯＦＦ状態である。また、端子１２２および１２３にハ
イレベルを印加して、駆動ライン１０６　、１０６’　
、　１０７　、１０７’および水平ライン１１２，１１
２’、１１３，１１３’の各ラインをリフレッシ為して
おく。

時点ｔ１において、端子１２２をローレベルにしてＢａ
）８　）ランジスタ１１４．１１４’、１１５゜１１５
′をＯＦＦ状態にし、゛垂直シフトレジスタ３２の出力
端子Ｌ！からハイレベルを出力する。これによりて、Ｍ
ＯＢ　）ランジスタ１０２および１０３がＯＮ状態とな
シ、駆動ライン１０６にＦ１信号の正電位が印加される
。駆動ライン１０７はＦ２信号が接地電位であるから、
接地電位のままである。

駆動ライｙ１０６に正電位が印加されるとブー　１トス
トラツプ用の中ヤパシタ１１０が充電され、駆動ライン
１０６の電位はＦ１信号の正電位に達し、ブートストラ
ップ用ＭＯ８）ランジスタ１０８はＯＮ状態となる。続
いて、出力端子Ｌ１はローレベルとな、り、Ｗ）８）ラ
ンジスタ１０２および１０３はＯＦＦ状態となるが、駆
動ライン１０６の電位はキヤ／譬シタ１１０によってＦ
１信号の正電位に維持される。

時点ｔ３において、端子４９をローレベルとしＭＯＢ　
）　：７ンジスタ４８　、４８’　、　４８’をＯＦＦ
状態にして各党センサセル３０のエミ、り側な浮遊状態
にする。また、端子１２３をローレベルとしＭＯＳトラ
ンジスタ１１６，１１６’、１１７．１１７’をＯＦＦ
状態にする。また、正電圧の駆動／４ルスＤＰを端子１
２１に印加することで、ＭＯＢ　）ランジスタ１０８を
介して水平ライン１１２は正電位となる。これによって
、駆動ライン１０６の電位は押し上げられる（ｆ−トス
トラップ動作）、ことで、駆動パルスＤＰの電圧をＶｄ
、プートストラップ用ＭＯ８）ランジスタ１０８のしき
い値電圧をＶｔｈとした時、ＭＯＢ　）ランジスタ１０
８のｒ−ト電位Ｖ２、すなわち駆動ライン１０６の電位
は押し上げられて、ｖ、　＞　Ｖｄ　＋　Ｖｔｈなる条
件を満足する。このために、水平ライン１１２に社、駆
動ｉ４ルスＤＰの正電圧が減衰することなく伝達される
。

この正電圧が読出し電圧ｖｒとして第１ラインの゛光セ
ンサセル３０の各キャ／ぐシタ電極１０に印加され、す
でに述べたように、各蓄積電圧に対応した電圧（光情報
）が浮遊状態であるエミ、り側へ読出される。

時点１．において、駆動／４ルスＤＰがローレベルにな
るとともに、ＭＯＢ　）ランジスタ１０８を通して水平
ライン１１２もローレベルとなる。

時点ｔ４にかいて、端子１２２および１２３にハイレベ
ルが印加されＭＯＢ　）ランジスタ１１４および１１６
がＯＮ状態となることで、駆動ライン１０６および水平
ライン１１２は接地電位に固定される。また、端子４３
がローレベルになることでＭＯＢ　）ランジスタ４２が
ＯＦＦ状態となる。

時点ｔ、において、水平シフトレジスタ３９の出力端子
ＲＸからハイレベルが出力され、ＭＯＳトランジスタ４
０がＯＮ状態となる。これによって、第１ライン第１列
に位置する光センサセル３０のエミ、り電極８から光情
報信号が出力信号線４１へ転送され、図示されていない
増幅回路へ出力される。

時点ｔ・において、端子４３にハイレベルが印加され、
ＭＯＳ　）ランジスタ４２がＯＮ状態となる。

これによって、出力信号線４１が接地状態となり、出力
信号線４１の配線容量に残留してい□る信号電荷が除去
される。

以下同様にして、水平シフトレジスメ３９の出力端子Ｒ
２ｅ　Ｒ婁から順次ハイレベルが出力され、第１ツイン
第２列、第３列の光センサセル３０Ｆｃ蓄積された光情
報信号が出力信号線４１を経て出力される。勿論、各光
情報信号が区別されるよりに、出力される毎に、ＭＯＳ
トランジスタ４２はＯＮ状態となって出力信号線４１を
す７レツシ晶する。

（第１　フィールＰ第１？（ンのす７し、シ纂〕時点ｔ
７において、端子４９にハイレベルを印加しＭＯＳ　）
ランジスタ４８　、４８’　、　４８’をＯＮ状態にし
て、会直ライン３８，３８’、３８’の配線容量に残留
している信号電荷を除去する。また、端子１２２をロー
レベルにしてＭＯＳ　）ランジスタ１１４および１１５
をＯＦＦ状態にする。

これら同時に、垂直シフトレジスタ３２の出力端子Ｌ１
からハイレベルを出力し、ＭＯＳ　）ランジスタ１０４
および１０５をＯＮ状態にする。端子１２０にはす７し
、シェ正電圧Ｒｆが常時印加されているために、駆動２
イン１０６および１０７を通してノートスト２．プ用キ
ャΔシタ１１０および、ｉｌｌが充電される。これによ
って駆動ライン１０６および１０７は正電位になるとと
もに、ツートストララグ用ＭＯ８）　？ンジスタ１０８
および１０９はＯＮ状態となる。

時点１．において、端子１２３がローレベルとなシＭＯ
１３）ランゾスタ１１６シよび１１７がＯＦＦ状態にな
る。それとともに、端子１２１に駆動パルスＤＰが印加
され、ブートス）　？　、７’動作によ１シ駆動２イン
１０６および１０８の電位が押し上げられ、駆動パルス
ＤＰの正電圧が減衰することなく水平ライン１１２およ
び１１３に伝達される。

この正電圧がす７レツシ纂電圧Ｖｒｈとして第１ライン
および第２ラインの各光センサセルのキャノぐクタ電極
１０に印加され、すでに述べ丸ように、リフレッシ為動
作が行われる。

時点ｔ・にかいて、駆動／臂ルスＤＰは接地電位となシ
、それにともなりて水平ライン１１２および１１３も接
地電位となる。これによって、すでに述べたように、光
センサセル３００ペースｉｆ６はエミ、り領域７に対し
て逆バイアス状態となシ、第２ラインの光センサセルの
蓄積動作に移行する。

こうして、第１ラインの光センサセル３０の読出し動作
と、第１：フィンおよび第２ラインの光センサセル３０
のリフレッシ為動作が終了した。

続いて、垂直シフトレジスタ３２の出力端子Ｌ３からハ
イレベルが出力されることで、上記動作と同様にして第
３ラインの光センサセルの読出しが行われ、出力端子Ｌ
４からハイレベルが出力されるととで、第３ラインおよ
び第４ラインの光センサセルのりフレウシ為動作が行わ
れる。これらの動作の期間中に、第２ラインの光センサ
セルの蓄積動作が併行している。

こうして第１フイールドの全光情報がシリアル化されて
読出された。

〔第２フィールド第２−ｙインの読出、し動作〕時点１
１・において、Ｆ１信号が接地電位、Ｆ２信号が正電位
となシ、第２フイールドが選択される。

時点ｔｌｌにおいて、垂直シフトレジスタ３２の出力端
子Ｌ１からハイレベルが出力され、ＭＯＳトランジスタ
１０２および１０３がＯＮ状態となる。

そのために、駆動ライン１０７にＦ２信号の正電位が印
加され、駆動ライン１０６ｔｉＦ　１信号の接地電位と
なる。したがって、ブートスドラ、グ用キャノヤシタ１
１１が充電され、駆動２イン１０７の電位はＦ２信号の
正電位に達し、ブートスドラ、プ用ＭＯ８）　、９ンジ
スタ１０９がＯＮ状態となる。

そして時点ｔＢ以降では、第１フイールドの場合と同様
に、第２ラインの光センサセルの読出し動作、続いて第
２ラインおよび第１ラインの光センサセルのリフレッシ
ュ動作が第４ラインの光センサセルの蓄積動作と併行し
て行われる。さらに続いて、第４ラインの読出し動作、
第４ラインおよび第３ラインのり７レツシ工動作が、第
１ラインの蓄積動作と併行して行われる。

以下、同様の動作がフィールド毎に繰フ返えされる。こ
のように、本実施例では、ＮＴＳＣ方式等のテレビ用撮
像装置で採用されているフィールド蓄積方式となってい
る。

なお、端子１２２と１２３とを接続し、第２図における
端子１２２０波形のタイミング１４ルスを入力してもよ
い。

また、本実施例では、光センサセル３０を３×４個配列
した場合を示したが、勿論これに限定されるものではな
く、目的とする高解像度が得られるように二次元配列し
ても、本実施例からインターレース駆動回路を容易に構
成することができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明による光電変換装置
は、高解像度、低雑音、高出力、広ダイナミツクレンジ
、非破壊読出し等の優れた特徴を有するものであり、シ
かもフィールド蓄積型のインターレース走査方式により
駆動するために、テレビ用の撮像装置に適用され、将来
の高品位化にも十分対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による充電変換装置の一実施例の回路
図、 第２図は、本実施例の動作を説明するためのタイミング
波形図、 第３図（ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に記載さ
れている光センサセルの平面図、第３図（ｂ）は、その
Ａ　−Ａ’線断面図、 第４図は、上記光センサセルの等価回路図、第５図（、
）は、蓄積電圧と続出し電圧との関係を、第５図（ｂ）
は、バイアス電圧と読出し時間との関係をそれぞれ示す
グラフ、　　　　　　　　　　　　　）第６図（、）は
、す７レツシ纂動作時の等価回路図、第６図（ｂ）は、
リフレウシ為時間とペース電位との関係を示すグラフで
ある。 １０・・・キャパシタｔｆｆｉ、ａｏ・・−光センサセ
ル、３２・・・垂直シフトレジスタ、３９・・・水平シ
フトレジスタ、１０２，１０２’−・・第１７４−ル）
選択用ｏＭｏｓトーｙンｙスｐ、１０３，１０３’−・
・第２フィールド選択用ノＭｏＳト２ンジ、Ｘ／、１０
４，１０４’。 １０５　、１０５’・・・リフレッシ１用のＭＯＳ　）
ランジスタ、１０８　、１０８’　、　１０９　、１０
　ｆｆ’−・・ブートスドラ、グ用ＭＯＳトランジスタ
、１１０　、１１０’。 １１１　、１１１’・・・ブートスドラ、ｆ用キャパシ
タ、１１４．１１４’、１１５，１１５’、１１６，１
１６’。 １１７．１１７’・　ｙインリフ　Ｌ／　ｙ　シｓ、用
ＭＯ８トランジスタ。 代理人　弁理士　　山　下　穣　平 第３図（０） 第３図ｆｂ） 第４図 第５　図（０） 第６図（０） 第６図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体トランジスタの制御電極領域の電位をキャ
   パシタを介して制御するととにより、前記制御電極領域
   に光励起によって発生したキャリアを蓄積し、該蓄積量
   に対応して発生した電圧を読出し、又は蓄積されたキャ
   リアを消滅させるという動作を行う光電変換素子を二次
   元的に配列した光電変換装置において、 前記配列された光電変換素子をフィールド毎に選択する
   フィールド選択手段と、 選択されたフィールドの各光電変換素子における制御電
   極領域の電位を順次キャパシタを介して制御することで
   前記各動作を行わせる駆動手段と、を設けたことを特徴
   とする光電変換装置。