JPS6376582A

JPS6376582A - 光電変換装置

Info

Publication number: JPS6376582A
Application number: JP61219669A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Sugawa; 成利須川; Nobuyoshi Tanaka; 田中　信義; Toshimoto Suzuki; 鈴木　敏司
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-06
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JP2741703B2

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、複数個の光センナが配列され、該光センサか
ら信号を取出すための複数の信号出力線を有し、該信号
出力線より少ない数の信号出力端子から前記信号を読出
す光電変換装置に関する。

［従来技術］複数の光センサを１次元的又は２次元的に配列してカラ
ーセンサを構成したり、あるいは分割して読出しを行っ
たりする場合、信号出力線を複数本設けて各々の信号を
読出す必要がある。

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。

同図に示すように、光センサが１次元状に配列されたセ
ンサライン１０１および１０２が設けられ、各センサラ
インからの信号は信号出力線１０３又は１０４に順次取
出される。信号出力線１０３および１０４はアンプ１０
５に共通接続され、アンプ１０５を介して信号出力端子
１０６に接続されている。したがって、一方のセンサラ
インの読出し動作中は、他方のセンサラインの読出し動
作は行われない、こうして、ここでは２本の信号出力線
の信号を１個の信号出力端子１０６から出力することが
でき、外部回路との配線数を減少させている。

この従来例の動作としては、センサライン１０１および
１０２からの信号が、一旦、電荷蓄積用キャパシタ又は
配線容量０１〜Ｃｎに蓄積される。その後シフトレジス
タの動作によって、順次、センサライン１０１からの信
号は信号出力線１０３に、センサライン１０２からの信
号は信号出力線１０４に各々取出され、アンプ１０５を
通して信号出力端子１０６から外部へ読出される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、このような従来の光電変換装置では、信
号出力線１０３および１０４が直接！続されているため
に、各信号出力線の配線容量ＣＷ１およびＣＷ２が加算
され大きな配線容量となっている。このために、たとえ
ば電荷蓄積用キャパシタＣ１に蓄積された信号が信号出
力線１０３に取出された時、容量分割によって信号出力
線１０３に現われる出力が低下するという問題点を有し
ていた。

このような問題は、センサラインが多数存在し、信号出
力線の数が多い場合に顕著となる。

Ｅ問題点を解決するための手段］本発明による光電変換装置は、複数個の光センサが配列され、該光センサから信号を取
出すための複数の信号出力線を有し、該信号出力線より
少ない数の信号出力端子から前記信号を読出す光電変換
装置において、前記信号出力線は、各信号出力線を開閉するスイッチ手
段を介して所望の組合せで接続されていることを特徴と
する。

［作用］このように、上記信号出力線が各々スイッチ手段を介し
て接続されているために、−の信号出力線に信号が取出
される際に、当該信号出力線のスイッチ手段を閉じ、他
の信号出力線のスイッチ手段を開いておくことで、信号
が取出される信号出力線の配線容量を従来より大幅に減
少させることができる。その結果、信号出力線に取出さ
れる信号のレベル低下を防止することができる。

［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図は、本発明による光電変換装置の一実施例を示す
概略的回路図である。

同図において、センサライン１０１からの信号を順次取
出す信号出力＆！１０３は、スイッチ手段１０７を介し
てアンプ１０５の入力端子に接続されている。また、セ
ンサライン１０２からの信号を順次取出す信号出力線１
０４は、スイッチ手段１０８を介してアンプ１０５の入
力端子に接続されている。

スイッチ手段１０７および１０８は、本実施例で（ｉＭ
Ｏｓ）ランジスタを使用したが、勿論、導通時の抵抗が
低いアナログスイッチ等を用いてもよい。

また、複数のセンサラインの信号出力線を同様にスイッ
チ手段を介してアンプ１０５の入力端子に共通に接続し
てもよい。

本実施例の動作としては、センサライン１０１からの信
号を信号出力線１０３に順次取出す時、スイッチ手段１
０７をＯＮ、スイッチ手段１０８をＯＦＦにする。これ
によって、信号出力線１０３の配線容量は実質的に信号
出力線１０３自身の配線容量Ｃｗ１のみとなり、電荷蓄
積用キャパシタＣ１〜Ｃｎの各音ＭＣをＣｗｌに比べて
十分大きくしておけば、センサからの信号レベルを大き
く低下させることなく読出すことができる。

逆に、センサライン１０２からの信号を取出す時は、ス
イッチ手段１０７をＯＦＦ、スイッチ手段１０８をＯＮ
にする。この場合も同様に、信号を低下させることなく
読出すことができる。

次に、本実施例におけるセンサラインの具体的の構成お
よび動作について説明する。

第２図（Ａ）は、特開昭８０−１２７５９号公報〜特開
昭８０−１２７８５号公報に記載されている光電変換セ
ルの概略的断面図、第２図ＣＢ）は、その等価回路図で
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５ｉ０２　
、　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十領域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十領域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
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
が正方向に上昇する（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、読出し動作の繰
返しが可能である。

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８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十領域５に対して順方向にバイアスされ
、Ｍ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
部により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ャリア（こ
こではホール）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ホー
ルの電荷量、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φ
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、は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。

第３図（Ａ）は、上記光電変換セルを用いたセンサライ
ンおよびその駆動回路の一例を示す回路図、第３図（Ｂ
）は、その動作を説明するだめのタイミングチャートで
ある。

第３図（Ａ）において、光電変換セルＳ１〜Ｓｎの各コ
レクタ電極１２には一定の電圧が印加されている。各キ
ャパシタ電極７は端子に共通に接続され、端子１１０に
は読出し動作およびリフレッシュ動作を行うための信号
φ１が印加される。また、各エミッタ電極８は垂直ライ
ンＬ１〜Ｌｎに各々接続され、垂直ラインＬ１〜Ｌｍは
各々バッファ用トランジスタＴａ１〜Ｔａｎの一方の主
電極に接続されている。

バッファ用トランジスタＴａ１〜Ｔａｎのゲート電極は
端子１１１に共通に接続され、端子１１１には信号φ２
が印加される。また、バッファ用トランジスタＴａ１〜
Ｔａｎの他方の主電極は、それぞれ蓄積手段としての電
荷蓄積用キャパシタ０１〜Ｇｎを介して接地されている
とともに、トランジスタＲＴ、〜ＲＴｎを介して信号出
力線１０３に接続されている。トランジスタＲＴ、〜Ｒ
Ｔｎのゲート電極はシフトレジスタの並列出力端子に各
々接続され、並列出力端子からは信号φｈ１〜φｈｎが
順次出力される。

信号出力線１０３は、信号出力線１０３をリフレッシュ
するためのトランジスタＴｒを介して接地されている。

トランジスタＴｒのゲート電極には信号φｒ２が印加さ
れる。

また、垂直ラインＬ１〜Ｌｎは、各々バッファ用トラン
ジスタＴｂ、〜Ｔｂｎを介して接地されている。バッフ
ァ用トランジスタＴｂ１〜Ｔｂｎのゲート電極は端子１
１２に共通に接続され、端子１１２には信号φ３が印加
される。

次に、このような構成を有する本実施例の動作を第３図
（Ｂ）のタイミングチャートを参照しながら説明する。

（リフレッシュ動作）まず、信号φ２およびφ３をハイレベルにすることで、
バッファ用トランジスタＴａ１〜Ｔａｎ、Ｔｂｌ〜Ｔｂ
ｎをＯＮ状態にする。これによって、光電変換セルＳ１
〜Ｓｎの各エミッタ電極８は接地状態になるとともに、
電荷蓄積用キャパシタ０１〜Ｃｎの残留電荷は除去され
る。そして、信号φ１がハイレベルとなり、各光電変換
セルのキャパシタ電極７にリフレッシュ用の正電圧が印
加されると、すでに述べたように、リフレッシュ動作が
行われ、信号φ１がローレベルになった時点で各セルの
ベース領域４は負電位の初期状態に復帰する。

（蓄積動作）信号φ２、φ３をローレベルとし、バッファ用トランジ
スタＴａｌ　〜Ｔａｎ　、　Ｔｂ１〜ＴｂｎをＯＦＦ状
態にする。この状態で、各光電変換セルＳ１〜Ｓｎのベ
ース領域４には入射光によって励起された電子や正孔対
のうちの正孔が蓄積され、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正分だけ各々上昇
する。

（読出し動作）信号φ１およびφ２をハイレベルにすることで、光電変
換セルＳ１〜Ｓｎのエミッタ電極８からの各読出し信号
は、垂直ラインＬ１〜Ｌｎおよびバッファ用トランジス
タＴａ１〜Ｔａｎを通して、同時に各電荷Ｍ積用キャパ
シタ０１〜Ｏｎに蓄積される。

続いて、信号φ１およびφ２をローレベルにした後、各
読出し信号を信号出力線１０３を介して読出す動作が開
始される。

まず、シフトレジスタからの信号φｈ１がハイレベルと
なり、トランジスタ　Ｔ１がＯＮ状態となる。これによ
って、電荷蓄積用キャパシタＣ１に蓄積されている光電
変換セルＳｌの読出し信号が信号出力線１０３に現われ
、すでに述べたようにスイッチ手段１０７およびアンプ
１０５を介して信号出力端子１０日から読出される。

続いて、信号φｒ２がハイレベルとなり、トランジスタ
ＴｒがＯＮ状態となる。これによって、信号出力線１０
３に残留している電荷がトランジスタＴｒを介してリフ
レッシュされる。

以下同様に、信号φｈ２〜φｈｎがら順次ハイレベルが
出力されることによってトランジスタＴ２〜Ｔｎが順次
ＯＮ状態となり、電荷蓄積用キャパシタ０２〜Ｃｎに蓄
積されている各読出し信号が信号出力線１０３を介して
出力される。そして、各読出し信号の外部への出力が終
了する毎に、信号φｒ２がハイレベルとなって信号出力
線１０３がリフレッシュされる。

このようにして電荷蓄積用キャパシタＣ１〜Ｃｎに蓄積
された各セルの読出し信号を外部へ出力する読出し動作
が終了すると、上述したリフレッシュ動作が行われ、以
下同様に、蓄積、読出しの各動作が繰返される。

なお、センサラインｌｏｔの読出し動作を行われている
間は、スイッチ手段１０７がＯＮ、スイッチ手段１０８
がＯＦＦとなっており、逆にセンサライン１０２の読出
し動作が行われている間は、スイッチ手段１０７がＯＦ
Ｆ、スイッチ手段１０８がＯＮとなっている。

また、光センサの方式は、本実施例に限定されるもので
はなく、光導電型センナ、フォトダイオード、静電誘導
型トランジスタを用いた光センサ等であってもよい。

第４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、制御部３０
４は撮像素子３０１の出力に基いて信号処理回路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、木実施例のよる撮像素子３０１では、
高いレベルの出力信号Ｖｏを得ることができ、続く信号
処理の負担が軽減される。

［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
、信号出力線が各々スイッチ手段を介して接続されてい
るために、−の信号出力線に信号が取出される際に、当
該信号出力線のスイッチ手段を閉じ、他の信号出力線の
スイッチ手段を開いておくことで、信号が取出される信
号出力線の配線容量を従来より大幅に減少させることが
できる。その結果、信号出力線に取出される信号のレベ
ル低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電変換装置の一実施例を示す
概略的回路図、第２図（Ａ）は、特開昭８０−１２７５９号公報〜特開
昭６Ｏ−１２７６ｉ５号公報に記載されている光電変換
セルの概略的断面図、第２図（Ｂ）は、その等価回路図
、第３図（Ａ）は、上記光電変換セルを用いたセンサラ
インおよびその駆動回路の一例を示す回路図、第３図（
Ｂ）は、その動作を説明するためのタイミングチャート
、第４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５図は、従来の光電変換装置の一例を示す回路図であ
る。３・・・ｎ−エピタキシャル層（コレクタ領域）４・・
・ｐ領域（ベース領域）５・・・ｎ十領域（エミッタ領域）？＃φ０キャパシタ電極Ｓ１〜Ｓｎ・Φ・光電変換セル０１〜（、ｎａｍ・電荷蓄積用キャパシタ１０１．１０
２・・・センサライン１０３．１０４・・・信号出力線１０５−・・アンプ１０６・・・信号出力端子１０７．１０８・・・スイッチ手段代理人　弁理士　山　下　穣　平第１図第２図（Ａ）第２図（Ｂ）第３図（Ａ） ↓ 第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数個の光センサが配列され、該光センサから信
号を取出すための複数の信号出力線を有し、該信号出力
線より少ない数の信号出力端子から前記信号を読出す光
電変換装置において、前記信号出力線は、各信号出力線
を開閉するスイッチ手段を介して所望の組合せで接続されてい
ることを特徴とする光電変換装置。