TWI432008B - Photoelectric conversion device - Google Patents

Description

光電變換裝置

本發明是有關將入射光變換成電氣信號的光電變換裝置。

傳真或影像掃描器等的畫像讀取裝置是使用影像感測器。影像感測器是使用光電變換裝置。光電變換裝置是使用對應於畫素數的複數個光電變換區塊。圖5是表示以往的光電變換區塊的電路圖。

光電變換區塊50是具有：信號ΦR用端子(未圖示)、信號ΦT用端子(未圖示)、信號ΦSCH用端子(未圖示)及節點C~F。又，光電變換區塊50是具有：光電變換元件51、復位開關52、放大器53、轉移開關54、電容55、驅動電路56及通道選擇開關57。另外，節點E是被連接至共通讀出線(未圖示)。

藉由信號ΦR變高，復位開關52開啟，光電變換元件51的輸出電壓會被復位成復位電壓Vrst。藉由信號ΦT變高，轉移開關54開啟，該受光前的復位電壓Vrst會在放大器53被放大而轉移至電容55蓄積。蓄積後，信號ΦT變低，轉移開關54關閉。藉由信號ΦSCH變高，通道選擇開關57開啟，被蓄積於電容55之受光前的放大器53的輸出電壓(復位電壓Vrst)會被共通讀出線讀出。

將輸出電壓復位成復位電壓Vrst的光電變換元件51，一旦接受入射光，則會根據所受光的光量，降低輸出電壓。若光電變換元件51預定時間受光，則信號ΦT變高，轉移開關54開啟，藉此該受光後的輸出電壓會在放大器53被放大而轉移至電容55蓄積。蓄積後，信號ΦT變低，轉移開關54關閉。藉由信號ΦSCH變高，通道選擇開關57開啟，被蓄積於電容55之受光後的放大器53的輸出電壓(光電變換元件51的輸出電壓)會被共通讀出線讀出。

如上述般，光電變換裝置是檢測出受光前的復位電壓Vrst與受光後的輸出電壓之差分電壓，進行畫像的讀取(例如參照專利文獻1)。

在此，近年來，以畫像的讀取能夠高速進行、例如畫像的讀取能以2倍速進行之方式，共通讀出線會準備2條，複數個的光電變換區塊50的節點E會被交替地連接一共通讀出線與其他的共通讀出線，而進行並聯輸出。

又，以畫像的解像度切換能被實現，例如以能夠切換50%的解像度及100%的解像度之方式，設置2個的模式，亦即複數個的光電變換區塊50的通道選擇開關57會1個1個地開啟的模式、及2個2個地開啟，相鄰的2個的光電變換區塊50的節點E的電壓會在同一的共通讀出線被平均化的模式。

[專利文獻1]特開2004-282716號公報

但，一旦前者的畫像的高速讀取被實現，則相鄰的2個的光電變換區塊50的節點E的連接端的共通讀出線會相異。因此，該等的節點E的電壓無法在同一的共通讀出線被平均化，所以後者的畫像的解像度切換不被實現。

本發明是有鑑於如此的課題而研發者，提供一種可兼顧畫像的高速讀取及解像度切換之光電變換裝置。

為了解決上述課題，本發明的光電變換裝置，係將入射光變換成電氣信號的光電變換裝置，其特徵係具有：複數個的光電變換區塊，及控制上述複數個的光電變換區塊的上述受信用開關及上述送信用開關，控制光電變換裝置的解像度之複數條的共通控制線，及複數條的上述共通讀出線，該複數個的光電變換區塊係具備：光電變換元件，其係一旦接受上述入射光，則會根據所受光的光量，使輸出電壓變化；復位開關，其係藉由開啟來將上述光電變換元件的輸出電壓復位成復位電壓；至少1個的受信用開關，其係用以從其他的光電變換區塊接受其他的光電變換區塊的上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓；至少1個的送信用開關，其係用以將上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓送至其他的光電變換區塊；轉移開關，其係藉由開啟來將上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓來轉移至電容；上述電容，其係蓄積上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓；及通道選擇開關，其係藉由開啟來將蓄積於上述電容的電壓讀出至共通讀出線。

就本發明而言，因為光電變換裝置具備複數條的共通讀出線，所以該部分可進行並聯輸出，高速進行畫像的讀取。

又，由於光電變換區塊可與其他的光電變換區塊通信，因此相鄰的複數個光電變換區塊的輸出端子的連接端的共通讀出線可形成同一。因而，該等的輸出端子的電壓可在同一的共通讀出線被平均化，所以可實現畫像的解像度切換。

以下，參照圖面來說明本發明的實施形態。

首先，說明有關光電變換區塊的構成。圖1是表示具備本發明的發光二極體的光電變換區塊的電路圖。圖2是表示具備本發明的光電電晶體的光電變換區塊的電路圖。

光電變換區塊10是具有：光電變換元件11、復位開關12、放大器13、受信用開關14、送信用開關15、轉移開關16、電容17、驅動電路18及通道選擇開關19。

光電變換元件11是設於節點C與接地端子之間。復位開關12是設於節點C與節點F之間。放大器13是將輸入端子連接至節點C，將輸出端子經由受信用開關14來連接至節點A，更將輸出端子經由送信用開關15來連接至節點B。轉移開關16是設於節點A與節點D之間。電容17是設於節點D與接地端子之間。驅動電路18是將輸入端子連接至節點D，將輸出端子經由通道選擇開關19來連接至節點E。另外，節點E是連接至一共通讀出線(未圖示)或其他的共通讀出線(未圖示)。

光電變換元件11是發光二極體。發光二極體是將陽極連接至接地端子，將陰極連接至節點C。

又，光電變換元件，如圖2所示，亦可為光電電晶體11a。光電電晶體11a是基極會經由復位開關12來連接至節點F，射極會連接至節點C，集極會連接至接地端子。此情況，放大器13不要。

驅動電路18是源極隨耦器(Source Follower)電路，具有NMOS電晶體。NMOS電晶體是將閘極連接至節點D，將源極經由通道選擇開關19來連接至節點E，將汲極連接至電源端子。

又，驅動電路18雖未圖示，但亦可為緩衝電路，或亦可具有放大器。放大器是被緩衝連接。

其次，說明有關光電變換區塊10的動作。

首先，說明有關信號ΦA變高，受信用開關14開啟，信號ΦB變低，送信用開關15關閉時的動作1。

藉由信號ΦR變高，復位開關12開啟，光電變換元件11的輸出電壓會被復位成復位電壓Vrst。藉由信號ΦT變高，轉移開關16開啟，該受光前的復位電壓Vrst會在放大器13被放大而轉移至電容17蓄積。並且，該受光前的復位電壓Vrst會在放大器13被放大而從節點A輸出。蓄積後，信號ΦT變低，轉移開關16關閉。藉由信號ΦSCH變高，通道選擇開關19開啟，被蓄積於電容17之受光前的放大器13的輸出電壓(復位電壓Vrst)會被一共通讀出線或其他的共通讀出線讀出。

將輸出電壓復位成復位電壓Vrst的光電變換元件11是一旦接受入射光，則會根據所受光的光量，降低輸出電壓。一旦光電變換元件11預定時間受光，則信號ΦT變高，轉移開關16開啟，藉此該受光後的輸出電壓會在放大器13被放大而轉移至電容17蓄積。並且，該受光後的輸出電壓會在放大器13被放大而從節點A輸出。蓄積後，信號ΦT變低，轉移開關16關閉。藉由信號ΦSCH變高，通道選擇開關19開啟，被蓄積於電容17之受光後的放大器13的輸出電壓(光電變換元件11的輸出電壓)會被一共通讀出線或其他的共通讀出線讀出。

如上述般，光電變換裝置是檢測出受光前的復位電壓Vrst與受光後的輸出電壓的差分電壓，進行畫像的讀取。

其次，說明有關信號ΦA變低，受信用開關14關閉，信號ΦB變高，送信用開關15開啟時的動作2。

藉由信號ΦR變高，復位開關12開啟，光電變換元件11的輸出電壓會被復位成復位電壓Vrst。該受光前的復位電壓Vrst是在放大器13被放大而從節點B輸出。

將輸出電壓復位成復位電壓Vrst的光電變換元件11是一旦接受入射光，則會根據所受光的光量，降低輸出電壓。一旦光電變換元件11預定時間受光，則該受光後的輸出電壓會在放大器13被放大而從節點B輸出。

其次，說明有關光電變換裝置的構成。圖3是表示本發明的光電變換裝置例的電路圖。

光電變換裝置是具備對應於畫素數之複數個的光電變換區塊10。又，光電變換裝置是具備：共通讀出線20、共通讀出線30、共通控制線40及共通控制線50。在此，從左端起依序將圖3上左起4個的光電變換區塊10稱為第一~第四光電變換區塊10。

第一光電變換區塊10是將信號ΦA端子連接至共通控制線40，將信號ΦB端子連接至共通控制線50，互相連接節點A與節點B，將節點E連接至共通讀出線20。第二光電變換區塊10是將信號ΦA端子連接至共通控制線50，將信號ΦB端子連接至共通控制線40，將節點A連接至第三光電變換區塊10的節點B，將節點B連接至第三光電變換區塊10的節點A，將節點E連接至共通讀出線30。第三光電變換區塊10是將信號ΦA端子連接至共通控制線50，將信號ΦB端子連接至共通控制線40，將節點E連接至共通讀出線20。第四光電變換區塊10是將信號ΦA端子連接至共通控制線40，將信號ΦB端子連接至共通控制線50，互相連接節點A與節點B，將節點E連接至共通讀出線30。在全部的複數個光電變換區塊10中，上述連接狀況會被重複。

關閉的受信用開關14及節點A是從其他的光電變換區塊10接受其他的光電變換區塊10的放大器13的輸出電壓。開啟的送信用開關15及節點B是將該光電變換區塊10的放大器13的輸出電壓送至其他的光電變換區塊10。

共通控制線40及共通控制線50是控制複數個光電變換區塊10的受信用開關14及送信用開關15，控制光電變換裝置的解像度。具體而言，一旦共通控制線40的電壓變高，共通控制線50的電壓變低，則受信用開關14關閉，送信用開關15開啟，光電變換裝置的解像度是形成50%。一旦共通控制線40的電壓變低，共通控制線50的電壓變高，則受信用開關14開啟，送信用開關15關閉，光電變換裝置的解像度是形成100%。

其次，說明有關光電變換裝置的動作。

首先，說明有關共通控制線40的電壓變高，共通控制線50的電壓變低時的動作A。

此時，第一及第四光電變換區塊10是進行上述的動作1，第二~第三光電變換區塊10是進行上述的動作2。各光電變換區塊10的信號ΦSCH是控制成各光電變換區塊10的通道選擇開關19會4個4個地開啟。

於是，第一光電變換區塊10的放大器13的輸出電壓是從第一光電變換區塊10的節點E輸出。又，第二光電變換區塊10的放大器13的輸出電壓，因為受信用開關14關閉，所以不會從第二光電變換區塊10的節點E輸出，因為送信用開關15開啟，所以從第三光電變換區塊10的節點E輸出。因此，相鄰的2個第一~第二光電變換區塊10的節點E的電壓會在共通讀出線20被平均化。

又，第三光電變換區塊10的放大器13的輸出電壓，因為受信用開關14關閉，所以不會從第三光電變換區塊10的節點E輸出，因為送信用開關15開啟，所以從第二光電變換區塊10的節點E輸出。又，第四光電變換區塊10的放大器13的輸出電壓是從第四光電變換區塊10的節點E輸出。因此，相鄰的2個第三~第四光電變換區塊10的節點E的電壓會在共通讀出線30被平均化。

亦即，光電變換裝置的解像度是形成50%。

其次，說明有關共通控制線40的電壓變低，共通控制線50的電壓變高時的動作B。

此時，第一~第四光電變換區塊10是進行上述的動作1。各光電變換區塊10的信號ΦSCH是控制成各光電變換區塊10的通道選擇開關19會2個2個地開啟。

亦即，光電變換裝置的解像度是比動作A更佳，形成100%。

如此一來，因為光電變換裝置具備複數條的共通讀出線，所以該部分可進行並聯輸出，高速進行畫像的讀取。

又，由於光電變換區塊10可與其他的光電變換區塊10通信，因此相鄰的複數個光電變換區塊10的節點E的連接端的共通讀出線可形成同一。因而，該等的節點E的電壓可在同一的共通讀出線被平均化，所以畫像的解像度切換會被實現。

另外，在各光電變換區塊10内部分別設有驅動電路18，但該等的驅動電路18亦可被削除。此時，驅動電路雖未圖示，但實際是被插入共通讀出線20及共通讀出線30。

又，上述的說明是共通讀出線有2條，解像度是存在2種類，但並非限於此。此時，光電變換區塊10内部的受信用開關的數量、送信用開關的數量、光電變換裝置的共通控制線的條數、及光電變換裝置的共通讀出線的條數會被適當電路設計。

又，複數個光電變換區塊10的節點E是被交替地連接至共通讀出線20與共通讀出線30而進行並聯輸出，但如圖4所示，亦可連接至1條的共通讀出線來進行串聯輸出。此時，在各光電變換區塊10中，節點A與節點B是被連接。

又，上述的光電變換裝置是被使用於線型影像感測器(line image sensor)或面型影像感測器。

又，圖1是在節點C與接地端子之間設置發光二極體，一旦光電變換元件11接受入射光，則會根據所受光的光量來降低輸出電壓。但，雖未圖示，亦可在電源端子與節點C之間設置發光二極體，一旦光電變換元件11接受入射光，則會根據所受光的光量來提高輸出電壓。

又，圖2是在節點C與接地端子之間設置光電電晶體，一旦光電變換元件11a接受入射光，則會根據所受光的光量來降低輸出電壓。但，雖未圖示，亦可在電源端子與節點C之間設置光電電晶體，一旦光電變換元件11a接受入射光，則會根據所受光的光量來提高輸出電壓。

A~F．．．節點

11．．．光電變換元件

12．．．復位開關

13．．．放大器

14．．．受信用開關

15．．．送信用開關

16．．．轉移開關

17．．．電容

18．．．驅動電路

19．．．通道選擇開關

圖1是表示具備本發明的發光二極體之光電變換區塊的電路圖。

圖2是表示具備本發明的光電電晶體之光電變換區塊的電路圖。

圖3是表示本發明的光電變換裝置例的電路圖。

圖4是表示本發明的光電變換裝置的其他例的電路圖。

圖5是表示以往的光電變換區塊的電路圖。

10．．．光電變換區塊

11．．．光電變換元件

12．．．復位開關

13．．．放大器

14．．．受信用開關

15．．．送信用開關

16．．．轉移開關

17．．．電容

18．．．驅動電路

19．．．通道選擇開關

A~F．．．節點

Vrst．．．復位電壓

Claims (3)

1. 一種光電變換裝置，係將入射光變換成電氣信號的光電變換裝置，其特徵係具有：複數個的光電變換區塊，及控制上述複數個的光電變換區塊的受信用開關及送信用開關，控制光電變換裝置的解像度之複數條的共通控制線，及複數條的共通讀出線，該複數個的光電變換區塊係具備：光電變換元件，其係一旦接受上述入射光，則會根據所受光的光量，使輸出電壓變化；復位開關，其係藉由開啟來將上述光電變換元件的輸出電壓復位成復位電壓；至少1個的上述受信用開關，其係用以從其他的光電變換區塊接受其他的光電變換區塊的上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓；至少1個的上述送信用開關，其係用以將上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓送至其他的光電變換區塊；轉移開關，其係藉由開啟來將上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓來轉移至電容；上述電容，其係蓄積上述光電變換元件的輸出電壓或根據上述復位電壓的電壓；及通道選擇開關，其係藉由開啟來將蓄積於上述電容的電壓讀出至上述共通讀出線。
2. 如申請專利範圍第1項之光電變換裝置，其中，上述光電變換區塊更具有：設於上述轉移開關與上述通道選擇開關之間的源極隨耦器電路或緩衝電路。
3. 如申請專利範圍第1項之光電變換裝置，其中，更具備被插入上述共通讀出線的源極隨耦器電路或緩衝電路。