JPS61156982A - 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、光電変換素子を複数個配置し、該光電変換素
子を選択することで信号を読出す光電変換装置に関する
。

［従来技術］ 第３図は、従来の固体撮像装置の一例を示す概略的回路
図である。

同図において、ＭＯＳ型等の光電変換素子１０１は複数
個配列され、各行毎に垂直シフトレジスタ１０２に接続
され、各列毎に水平シフトレジスタ＋０３に接続されて
いる。

このような従来例において、垂直シフトレジスタ１０２
によって行を選択し、その選択された行の各光電変換素
子１０１を水平シフトレジスタ＋０３によって順次選択
することによって２全ての光電変換素子の信号がシリア
ルに読出される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の撮像装置では、たとえば露光
条件を光電変換素子を用いて設定しようとする場合、全
ての光電変換素子の信号を読出す必要があり、露光条件
の設定に不必要な時間を要していた。また、従来の装置
は一定の走査しかできないために、パターン認識等の処
理を行う場合、出力信号の処理が複雑化し高速動作が困
難になるという問題点も有していた。

［発明の概要］ 本発明による光電変換装置は、上記従来の問題点を解決
しようとするものであり、複数個配置された前記光電変
換素子をランダムに選択する選択手段を設けたことを特
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。

ただし、ここでは特願昭５８−１２０７５５号に記載さ
れている光電変換素子を用いた場合を説明する。

第４図（Ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に記載さ
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ＣＧ）は、その等価回路図であ
る。

各図において、ｎ＋シリコン基板ｌ上に光センサセルか
形成され配列されており、各光センサセルは５ｉ０２　
、Ｓｉ３　Ｎ４　、又はポリシリコン等より成る素ｒ分
離領域２によって隣接する光センサセルから電気的に絶
縁されている。

各光センサ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十領域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８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Ｆ７４７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十領域５に接続されたエミッタ電極８、エ
ミッタ電極８から信号を外部へ読出す配線３、キャパシ
タ電極７に接続された配線ｌＯ１基板１の裏面に不純物
濃度の高いｎ十領域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。光１３はバイポーラト
ランジスタのベースであるｐ領域４へ入射し、光量に対
応した電荷がｐ領域４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
を浮遊状態にしたエミッタ電極８から読出すことで、入
射光量に対応した電気信号を得ることができる（読出し
動作）、また、ｐ領域４にＭａされた電荷を除去するに
は、エミッタ電極８を接地し、キャパシタ電極７に正電
圧のパルスを印加する（リフレッシュ動作）。この正電
圧を印加することでｐ領域４はｎ十領域５に対して順方
向にバイアスされ、蓄積された電荷が除去される。以後
上記の蓄積、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
発生した電荷を、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かもコレクタ電極１
２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、蓄積された電荷を、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、言い換えれば、インピ
ーダンス変換により、低インピーダンス出力として読出
すわけである。この方式は、高出力、高感度、しかも低
雑音であり、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。

第１図（Ａ）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。

同図において、光センサセル３０は、ｎＸｎに二次元配
列され、各コレクタ電極１２は共通に接続されている。

各光センサセル３０のキャパシタ電極７は、行毎に読出
しパルス又はリフレッシュパルスを印加するための水平
ラインＩ（Ｌ＋　”Ｈｌ、ｎに接続され、６水）ｌライ
ンは、バッファＭＯ３）ランジスタＢＴ＋　”ＢＴｎを
介して、垂直デコーダ部３１の並列出力端子Ｌ１〜Ｌｎ
に接続されている。バッファＭＯＳトランジスタＢＴ＋
　−ＢＴｎのゲート電極は端子３２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１列毎に信号を
読出すための垂直ラインＶＬ＋　”ＶＬｎに接続され、
各垂直ラインはゲート用ＭＯＳトランジスタＧＴＩ　〜
ＧＴｎを介して出力信号線３３に共通接続されている。

ゲート用ＭＯ５）ランジスタＧＴＩ　〜ＧＴｎの各ゲー
ト電極は、垂直ラインを順次開閉するためのパルスを発
生する水平デコーダ３４の並列出力端子Ｒ１〜Ｒｎに接
続されている。

出力信号線４１は、出力線号線３３をリフレッシュする
ためのトランジスタ３５を介して接地されるとともに、
出力端子３７に接続されている。また、トランジスタ３
５のゲート電極は端子３６に接続されている。

また、垂直ラインＶＬｉ　”ＶＬｎは、垂直ラインをリ
フレッシュするためのＭＯＳ）ランジスタＴ＋＝Ｔｎを
介して接地され、ＭＯＳ）ランジスタＴ１〜Ｔｎの各ゲ
ート電極は、端子３８に共通接続されている。

なお、垂直デコーダ部３１および水平デコーダ３４は、
それぞれに入力する信号φ１およびφ２に従って動作す
る。また、垂直デコーダ部３１は、リフレッシュ時に端
子Ｌ１〜Ｌｎから同時に正電圧を出力することができる
。

次に、このような構成を有する本実施例の動作を第１図
（Ｂ）に示すタイミング波形図を参照しながら説明する
。

まず、全ての光センサセルを走査して読出す場合を説明
する。

リフレッシュ期間において、各光センサセル３０のコレ
クタ電極１２には正電圧Ｖｃが印加され、エミッタ電極
８は、端子３８にハイレベルが印加されＭＯＳ）ランジ
スタＴ　ｌ”　Ｔ　ｎが導通状態となることで接地され
る。この状態で、端子３２にハイレベルが印加され、垂
直デコーダ部３１からリフレッシュ用の正電圧Ｖｒｈが
バッファＭＯＳトランジスタＢＴ＋　”ＢＴ、を介して
各光センサセル３０のキャパシタ電極７に印加される。

リフレッシュ用の正電圧Ｖｒｈが印加されることで、す
でに述べたように、ベース領域４に蓄積されたホールが
除去され、正電圧Ｖｒｈが接地電位に戻り、端子３２が
ローレベルになってリフレッシュ動作が終了する。

次に、蓄積期間において、端子３Ｂに引き続きハイレベ
ルが印加されることでエミッタ電極８は接地されている
。すでに述べたように、この状態で光が入射し、各光セ
ンサセル３０のベース領域４に各々入射光量に対応した
ホールが蓄積される。

次に、読出し期間において、端子３８はローレベルとな
りＭＯＳ）ランジスタＴ１〜Ｔｏはオフ状態になる。！
１！いて、端子３２にハイレベルが印加され、バッファ
ＭＯ３）ランジスタＢＴＩ　ＮＢＴｎが導通状態となり
、垂直デコーダ部３１の端子Ｌ１〜Ｌｎから順次読出し
用正電圧Ｖ「が出力される。

まず、垂直デコーダ部３１の端子Ｌ１から水平ラインＨ
Ｌ、に電圧Ｖ「が印加されると、第１行の光センサセル
３０が読出し状態となる。続いて、水平デコーダ３４の
端子Ｒ１〜Ｒｎから順次ハイレベルが出力される。今、
端子Ｒ１からハイレベルが出力されたとすると、ＭＯＳ
トランジスタＧＴＩがオン状態となり、第１行第１列の
光センサセル３０の信号が信号線３３に読出される。そ
の直後、端子３６にハイレベルが印加され、信号線３３
をリフレッシュする０以上の動作を同行第２列から第ｎ
列の光センサでル３０の場合も同様に順次行う、すなわ
ち、水平デコーダ３４の入力信号φ２を順次歩進させる
ことで、ＭＯＳ）ランジスタＧＴ２〜ＧＴｎを順次導通
状態とし、第１行第２列〜同行第ｎ列までの光センサセ
ル３０から順次出力信号を読出すとと。

もに、読出す毎に信号線３３をリフレッシュする。

そして、第１行の光センサセル３０の読出しが終了する
と、端子３８にハイレベルが印加され、ＭＯＳトランジ
スタＴ１〜Ｔｎが導通状態になって垂直ラインＶＬ、〜
ｖＬ、がリフレッシュされる。

このような第１行の動作を、垂直デコーダ部３１の入力
信号φｌを歩進させて端子Ｌ２〜Ｌｎから順次読出し用
電圧ｖｒを出力することで、第２行〜ｍｎ行でも行い、
全ての光センサセル３０の光情報をシリアルに出力端子
３７から出力することができる。以下、同様の動作が繰
り返される。

なお、Ｊ：、記のような走査は、第１図に示すような框
直シフトレジスタおよび水平シフトレジスタを用いて行
ってもよい。ただし、その場合は第１図（Ａ）において
、垂直デコーダ部３１と垂直シフトレジスタ、水平デコ
ーダ３４と水平シフトレジスタをそれぞれ併設し、上記
走査はシフトレジスタで、次に述べるランダムアクセス
動作はデコーダで行えばよい。

次に、光センサセルをランダムに選択し、光情報信号を
読出す場合を説明する。この場合、上述のリフレアシュ
および蓄積期間の動作は同一である。

すでに述べたように、垂直デコーダ部３１は入力信号φ
１によって所望の端子Ｌ１から正電圧を出力することが
でき、水平デコーダ３４は入力信号φ２によっで所望の
端子Ｒ，からハイレベルを出力することができる。した
がって、入力信号φｌおよびφ２の組合せによって、ｉ
行ｊ列、すなわち任意の光センサセル３０の光情報信号
を出力端子３７かも読出すことができる。その際、光セ
ンサセル３０は非破壊読出しであるから、任意の光セン
サセルを何度でも読出すことができる。

このように、本実施例はランダムアクセスが可能であり
、１１つ非破壊読出しであるために、露光条件を設定す
る際、従来のように全ての光センサセルを読出す必要は
ない、適当な位置にある適当な個数の光センサセルの信
号のみを出力し、それらの平均値、最高値、最低値等か
ら露光条件を設定すればよい。

また、ランダムアクセスが可能であるために、次のよう
に応用もできる。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施例によるパターン認識
方法の一例を示す説明図である。

第２図（Ａ）において、光センサセル３０が二次元配列
されたセンサ部４０のうち、予め７個の光センサセルａ
−ｇｔ−選択するように入力信号φ１およびφ２を設定
しておく。

このように設定しておくことで、たとえば第２図（Ｂ）
におけるパターンｒＡＪの場合は光センサセルｂおよび
ｇが他の光センサセルと異なった出力となり、第２図（
Ｃ）におけるパターン「Ｆ」の場合は光センサセルｂ、
ｆ、ｇが他と異なった出力となる。このように異なった
出力となる光センサアセルを検出することで極めて簡単
にパターンの弁別を行うことができる。

また、本実施例を用いてテレビ等で採用されているイン
クレース走査を容易に行うこともできる。

［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、ランダム選択によって光情報信号の読出しができる
ために、目的に応じた選択読出しができ、読出された信
号の処理を高速化および簡略化することができる。

例えば露光条件の設定を高速に且つ簡単に行うことがで
き、またパターン認識を簡単化することもできる等、極
めて広い応用範囲を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明による光電変換装置の一実施例
の回路図、第１図（Ｂ）は１本実施例の動作を示すタイ
ミング波形図、 第２図（Ａ）〜（Ｇ）は１本実施例によるパターン認識
方法の−・例を示す説明図、 第３図は、従来の固体撮像装置の一例を示す概略的回路
図、 第４図（Ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に記載さ
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。 ７参り・キャパシタ電極 ８・令・エミッタ電極　１２・・・コレクタ電極３０−
−・光センサセル　３１・・・垂直デコーダ部３４拳伽
・水モデコーダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換素子を複数個配置し、該光電変換素子を
   選択することで信号を読出す光電変換装置のおいて、 複数個配置された前記光電変換素子をランダムに選択す
   る選択手段を設けたことを特徴とする光電変換装置。
2. （２）上記光電変換素子は半導体トランジスタおよびキ
   ャパシタから成り、前記半導体トランジスタの制御電極
   領域の電位を前記キャパシタを介して制御することによ
   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。