JPS6376476A - 光電変換装置 - Google Patents

光電変換装置

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JPS6376476A
JPS6376476A JP61219668A JP21966886A JPS6376476A JP S6376476 A JPS6376476 A JP S6376476A JP 61219668 A JP61219668 A JP 61219668A JP 21966886 A JP21966886 A JP 21966886A JP S6376476 A JPS6376476 A JP S6376476A
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    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

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、トランジスタの制御電極領域の電位を制御す
ることで、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、その蓄積電圧を読出し、また蓄積キ
ャリアを除去するという動作を行う光電変換セルを有す
る光電変換装置に係り、特に正確なピーク検出を行うこ
とを企図した光電変換装置に関する。
・  [従来技術] 第4図(A)は、特願昭60−252653号に記載さ
れている光電変換セルの一例の概略的平面図、第4図(
B)は、そのA−A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1上にはn−エピタキシ
ャル層3が形成され、n−エピタキシャル層3にはpベ
ース領域4が形成され、pベース領域4にはn十エミッ
タ領域5および5′が形成されている。そして、n十エ
ミッタ領域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。
また、本例では、絶縁領域14と、その直下に設けられ
たn十領域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1
7および受光面となる絶縁膜16上には保護絶縁膜18
が形成されている。
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ベース領域4は負電位の初期
状態にあるとする。このpベース領域4の受光面に光が
入射すると、入射光によって発生した電子・正孔対のう
ちの正札がpベース領域4に蓄積され、蓄積された正孔
によってpベース領域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および8′から出力される(読出し動作)、その際
、pベース領域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ベース領域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ベース領域4はn十エミッタ領域5および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)、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。
このようなダブルエミッタ構造を有する光電変換セルで
は両方のエミッタから信号を読出すことができるために
、次に示すように、一方の信号を用いて平均値又はピー
ク値を容易に取出すことができ、読出し動作と並行して
測光やピーク値検出を行うことができる。
第5図は、従来の光電変換装置の一例を示す回路図であ
る。
同図において、ダブルエミッタの光電変換セルS1〜S
nがライン状に配列されている。
エミッタ電極8は垂直ラインL1〜Lnおよびトランジ
スタT1〜Tnを介して信号出力線101に接続されて
いる。そして、各信号は、信号出力線101にシリアル
に読出され、アンプで増幅されて出力信号vOとして外
部へ出力される。
一方、エミッタ電極8′は共通ライン102に接続され
ているために、共通ライン102には各信号のピーク値
Vpが現われる。そして、ピーク値Vpを用いることで
、信号出力アンプのゲイン調整や光電変換セルの蓄積動
作期間の調整を行うことができる。しかも、エミッタ電
極8からの読出し動作と並行してピーク値検出を行うこ
とができるために、撮像動作の高速化が達成される。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の光電変換装置では、光電変換
セルの暗電流による雑音成分が信号に含まれるために、
ピーク値Vpが正確に光電変換セルのピーク信号に対応
していないという問題点を有していた。
[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、 半導体トランジスタの制御電極領域に複数個の信号読出
し用の主電極領域が設けられ、前記制御電極領域の電位
を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する蓄積動作と、該蓄積に
より発生した蓄積電圧によって制御された信号を前記主
電極領域から読出す読出し動作と、前記制御電極領域に
蓄積されたキャリアを消滅させるリフレッシュ動作の各
動作を行う光電変換セルを複数個有すると共に、前記主
電極領域からの信号に基いてピーク検出を行う手段を有
し、 前記光電変換セルのうち少なくとも1個は遮光されてお
り、前記光電変換セルからの信号に基いて得られたピー
ク信号と、前記遮光された光電変換セルからの暗信号と
の差を検出することでピーク検出を行うことを特徴とす
る。
[作用] このように遮光された光電変換セルの暗信号を利用して
、光電変換セルの信号から得られたピーク信号から暗信
号による雑音成分を除去することで、正確なピーク検出
を行うことができる。
以下、遮光された光電変換セルを「遮光ビット」、遮光
されていない光電変換セルを「開口ビット」という。
[実施例1 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、実施例で使用される光電変換セルの構造および基
本的動作について述べる。
第6図(A)は、本発明による光電変換装置の一実施例
で使用される光電変換セルの概略的平面図、第6図(B
)は、そのA−A線断面図、第6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が付されている。
第6図において、n−エピタキシャル層3にはpベース
領域4が形成され、pベース領域4にはn十エミッタ領
域5および5′が形成されている。
pベース領域4上には酸化M6を挟んでキャパシタ電極
7がで形成され、またn−エピタキシャル層3上に酸化
膜6を挟んでリセットMOSトランジスタのゲート電極
22が形成されている。
キャパシタ電極7およびゲート電極22は、ポリシリコ
ンで形成されている。そして、リセットMOSトランジ
スタのソース・ドレイン領域であるp中領域20および
21がセルファラインで形成され、p中領域20がPベ
ース領域4と接合し、p十領域21にはAM電極28が
接続されている。
酸化[6上には居間絶縁層25を挟んで、n+領域5お
よび5′に各々接続したエミッタ電極8および8′、n
+領域23を介してコレクタ領域であるn−エピタキシ
ャル層3と接続したコレクタ電極24が形成され、さら
にパッシベーション膜26で覆われている。
なお、遮光された光電変換セルの場合は、層間絶縁層2
5上に絶縁層を挟んで遮光層が形成され、その上にパッ
シベーション膜26が形成される。
このような構成を有する光電変換セルの動作は従来例と
基本的には同じであるが、リセッ)MOSトランジスタ
が設けられているために、従来より高速のリフレッシュ
動作が可能である。すなわち、リセッ)MOS)ランリ
スタの電極28に所望の電圧を印加しておき、リフレッ
シュ動作を行う際に、先ずリセッ)MOS)ラリスタを
導通させることでpベース領域4の電位を蓄積電圧に関
係なく一定にし、その後キャパシタ電極7にリフレッシ
ュパルスを印加する。これによって、pベース領域4に
蓄積されたキャリアを完全に、かつ高速で除去すること
ができる。
第1図は、本発明による光電変換装置の第一実施例の回
路図である。
同図において、上記光電変換セルから成る遮光ビットS
1および開口ビット32〜Snが配列されている。
各ビットのキャパシタ電極7は端子103に共通に接続
され、コレクタ電極24には一定の正電圧が印加されて
いる。またリセットMO5)ランリスタの電極28は接
地され、ゲート電極22は端子105に共通接続されて
いる。
各ビットのエミッタ電極8′は垂直ラインL1〜Lnに
各々接続され、各垂直ラインはトランジスタTal〜T
anを介して電荷蓄積用コンデンサC1〜Cnに接続さ
れるとともに、トランジスタT1〜Tnを介して出力信
号線101に接続されている。出力信号線101は、リ
セットトランジスタT s 1を介して接地され、また
アンプ109に接続されている。トランジスタT、〜T
nのゲート電極は走査回路の並列出力端子に各々接続さ
れており、トランジスタT1〜Tnは走査回路に従って
順次ON状態となる。
また、垂直ラインL1〜LnはトランジスタT bl 
”T b nを介して接地され、各トランジスタのゲー
ト電極は端子104に共通に接続されている。
遮光ビットS1のエミッタ電極8はライン107に接続
され、ライン107はトランジスタTs2を介して接地
されているとともに、アンプ110に接続されている。
開ロビッ)32〜Snの各エミッタ電極8はライン10
8に共通に接続され、ライン108はトランジスタTs
3を介して接地されているとともに、アンプ111に接
続されている。
また、トランジスタTs2およびTs3の各ゲート電極
は端子104に接続されている。
アンプ110およびillの出力端子は差動アンプ11
2の入力端子に各々接続されている。
次に、本実施例の動作を説明する。
(リフレッシュ動作) まず、端子105に信号φresを印加して各ビットの
リセットMO3)ランリスタをON状態とし、全てのビ
ットのpベース領域4の電位を一定にする。続いて、端
子104に信号φvrsを印加してトランジスタTb1
〜Tbn、Ts2およびTs3をON状態とし、全ての
ビットのエミッタ電極8および8′を接地する。そして
、端子103にリフレッシュパルスを印加して、すでに
述べたようにpベース領域4の蓄積キャリアを除去する
(蓄積動作) 各ビットのリセットMO5)ランリスタをOFF状態と
して、開口ビットのpベース領域4に各々入射光の照度
に対応したキャリアを蓄積する。
(読出し動作) まず、トランジスタTb1〜Tb n、Ts2およびT
s3をOFF状態にして、各ビットのエミッタ電極8お
よび8′を浮遊状態にする。
続いて、端子106に信号φtを印加してトランジスタ
Tal〜TanをON状態とし、端子103に読出しパ
ルスを印加する。これによって、垂直ラインL1には遮
光ビットから暗信号が読出されてコンデンサclに蓄積
され、垂直ラインL2〜Lnには各開口ビットからの信
号が読出されてコンデンサC2〜Cnに各々蓄積される
続いて、トランジスタTa1〜TanをOFFとした後
、走査回路によってトランジスタT1〜Tnを順次ON
状態として、信号を順次出力信号線101に読出し、ア
ンプ109を通して出力する。その際、各信号が出力さ
れるごとに、信号φhrsによってトランジスタT s
 1がON状態となり、出力信号@101の残留電荷を
リフレッシュする。
(ピーク検出動作) 上記読出し動作と並行してピーク検出動作が行われる。
すなわち、読出し動作時に端子103に印加される読出
しパルスにより、遮光ビットからの暗信号がライン10
7に読出され、開ロビ9トからの信号がライン108に
読出される。ところが、ライン108は共通に接続され
ているために、ライン108には開口ビットs2〜Sn
からの信号のピーク値が現われる。したがって、アンプ
110からは暗信号Vd、アンプ111からはピーク信
号Vpが出力され、差動アンプ112によってこれらの
信号の差1vp−vcilを算出することにより、暗信
号による雑音成分を除去したピーク検出信号を得ること
ができる。
第2図は、本発明の第二実施例の回路図である。ただし
、第一実施例と同じ回路部には同一の符号を付して説明
は省略する。
第2図において、遮光ビットS1のエミッタ電極8′は
、垂直ラインL1およびトランジスタTa1を介して電
荷蓄積用コンデンサC1およびライン107に接続され
ている。したがって、他の開口ビットと同様に、遮光ビ
ットからの暗信号は読出し動作時にコンデンサC1に蓄
積されるとともに、アンプ110で増幅されて暗信号V
dとして出力される。
遮光ピッ)SLのエミッタ電極8は、開口ビットS2〜
Snの各エミッタ電極8と同様にライン108に共通に
接続されている。
このように遮光ビットS1のエミッタ電極8および8′
の回路構成を開ロビッ)S2〜Snと同様にすることで
、遮光ピッ)Stのベース寄生容量が他の開口ビットと
同一となり、また全てのビットのエミッタ電極8がライ
ン108に接続されていることで、エミッタ電極8から
のフィードバックも全てのビットで平等となる。
その結果、蓄積動作時間や温度が変化しても、遮光ピッ
)31 と開ロビッ)S2〜Snとの間の相対的な信号
出力の変動は生じない。したがって、遮光ピッ)Slか
らの暗信号はピーク検出における安定した基準となり、
差動アンプ112によって両信号の差1Vp−Vdlを
算出することによって、第一実施例の場合より、さらに
正確なピーク検出を行うことができる。
なお、上記各実施例では、ラインセンナの場合を示した
が、勿論エリアセンサであっても同様に構成することで
、同様の効果を得ることができる。また、上記実施例で
は遮光ビットを1個としたが、必要に応じて複数個設け
てもよい。
第3図は、上記実施例を使用した撮像装置の一例の概略
的構成図である。
同図において、撮像素子301は上記各実施例の構成を
有し、その出力信号vOは信号処理回路302によって
ゲイン調整等の処理が行われ、NTSC信号等の標準テ
レビジョン信号として出力される。
また、撮像素子301を駆動するための各種パルスφは
ドライバ303によって供給され、ドライバ303は制
御部304の制御によって動作する。また、撮像素子3
01の差動アンプ112から出力されるピーク検出信号
は制御部304に入力し、ピーク検出信号に基いて制御
部304は信号処理回路302のゲイン等を調整すると
ともに、露出制御手段305を制御して撮像素子301
に入射する光量を調整する。
上述したように、本実施例では正確なピーク検出信号を
得ることができるために、適正な撮像を行うことができ
る。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明にょる光電変換装置
は、遮光された光電変換セルからの暗信号を利用して、
光電変換セルからの信号に基くピーク信号から雑音成分
を除去することができ、正確なピーク検出を行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による光電変換装置の第一実施例の回
路図、 第2図は、本発明の第二実施例の回路図、第3図は、上
記実施例を使用した撮像装置の一例の概略的構成図、 第4図(A)は、特願昭60−252653号に記載さ
れている光電変換セルの一例の概略的平面図、第4図(
B)は、そのA−A線断面図、第4図(C)は、その等
価回路図、 第5図は、従来の光電変換装置の一例を示す回路図、 第6図(A)は、本発明による光電変換装置の一実施例
で使用される光電変換セルの概略的平面図、第6図(B
)は、そのA−A線断面図、第6図(C)は、その等価
回路図である。 1φ・・基板 3・・會n−エピタキシャル層 4・・・pベース領域 5・・・n十エミッタ領域 7・・Φキャパシタ電極 8.8′・[株]・エミッタ電極 22争 φ 拳ゲート電極 107.108・・奉ライン S、 φ・φ遮光ビット 52〜Sns・・・開口ビット 代理人 弁理士 山 下 穣 平 第3図

Claims (2)

    【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に複数個の信
    号読出し用の主電極領域が設けられ、前記制御電極領域
    の電位を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する蓄積動作と、該
    蓄積により発生した蓄積電圧によって制御された信号を
    前記主電極領域から読出す読出し動作と、前記制御電極
    領域に蓄積されたキャリアを消滅させるリフレッシュ動
    作の各動作を行う光電変換セルを複数個有し、前記主電
    極領域からの信号に基いてピーク検出を行う手段を有す
    る光電変換装置において、 前記光電変換セルのうち少なくとも1個 は遮光されており、前記ピーク検出を行う手段は前記光
    電変換セルからの信号に基いて得られたピーク信号と、
    前記遮光された光電変換セルからの暗信号との差を検出
    することでピーク検出を行うことを特徴とする光電変換
    装置。
  2. (2)上記各光電変換セルは2個の信号読出し用主電極
    領域を有しており、遮光された光電変換セルの一方の主
    電極領域と、遮光されていない光電変換セルの一方の主
    電極領域とが共通線に接続され、該共通線に現われる信
    号と、前記遮光された光電変換セルの他方の主電極領域
    からの信号との差を検出することによってピーク検出を
    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。
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