JPH0523548B2 - - Google Patents
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- JPH0523548B2 JPH0523548B2 JP59273957A JP27395784A JPH0523548B2 JP H0523548 B2 JPH0523548 B2 JP H0523548B2 JP 59273957 A JP59273957 A JP 59273957A JP 27395784 A JP27395784 A JP 27395784A JP H0523548 B2 JPH0523548 B2 JP H0523548B2
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- electrode region
- photoelectric conversion
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光電変換装置に係り、特に、第一導電
型の半導体からなる制御電極領域と、前記第一導
電型とは異なる第二導電型の半導体からなる第一
及び第二の主電極領域と、を有し、光エネルギー
を受けることにより生成されるキヤリアを前記制
御電極領域に蓄積可能な複数のトランジスタと、
前記第一の主電極領域を選択的に基準電位に保
持する為の第1のスイツチと、
前記第一の主電極領域と前記トランジスタから
の信号を読出す為の容量素子とを選択的に接続す
る為の第2のスイツチと、
を具え、蓄積動作、読出し動作及びリフレツシユ
動作を行う光電変換装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a photoelectric conversion device, and in particular, a control electrode region made of a semiconductor of a first conductivity type and a second conductivity type different from the first conductivity type. first and second main electrode regions made of a semiconductor, and a plurality of transistors capable of accumulating carriers generated by receiving light energy in the control electrode region; and the first main electrode region. a first switch for selectively holding the transistor at a reference potential, and a second switch for selectively connecting the first main electrode region and a capacitive element for reading a signal from the transistor. The present invention relates to a photoelectric conversion device that includes: and performs an accumulation operation, a readout operation, and a refresh operation.
本発明は、たとえば放送用テレビ、一般用ビデ
オカメラ等の光電変換装置に適用される。 The present invention is applied to photoelectric conversion devices such as broadcast televisions and general video cameras.
近年光電変換装置殊に、固体撮像装置に関する
研究が、半導体技術の進展と共に積極的に行なわ
れ、一部では実用化され始めている。
In recent years, research on photoelectric conversion devices, particularly solid-state imaging devices, has been actively conducted along with the progress of semiconductor technology, and some are beginning to be put into practical use.
これらの固体撮像装置は、大きく分けると
CCD型とMOS型の2つに分類される。CCD型撮
像装置は、MOSキヤパシタ電極下にポテンシヤ
ルの井戸を形成し、光の入射により発生した電荷
をこの井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポ
テンシヤルの井戸を、電極にかけるパルスにより
順次動かして、蓄積された電荷を出力アンプ部ま
で転送して読出すという原理を用いている。また
CCD型撮像装置の中には、受光部はpn接合ダイ
オード構造を使い、転送部はCCD構造で行なう
というタイプのものもある。また一方、MOS型
撮像装置は、受光部を構成するpn接合よりなる
フオトダイオードの夫々に光の入射により発生し
た電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフオ
トダイオードに接続されたMOSスイツチングト
ランジスタを順次オンすることにより蓄積された
電荷を出力アンプ部に読出すという原理を用いて
いる。 These solid-state imaging devices can be broadly classified into
It is classified into two types: CCD type and MOS type. A CCD type imaging device forms a potential well under a MOS capacitor electrode, stores charges generated by incident light in this well, and during readout, these potential wells are sequentially moved by pulses applied to the electrode. The principle is that the accumulated charge is transferred to the output amplifier section and read out. Also
Some CCD imaging devices use a pn junction diode structure for the light receiving section and a CCD structure for the transfer section. On the other hand, in a MOS type imaging device, charges generated by incident light are accumulated in each photodiode made of a pn junction that constitutes the light receiving section, and when reading out, the MOS switching transistor connected to each photodiode is activated. It uses the principle that the accumulated charge is read out to the output amplifier section by sequentially turning on the transistors.
CCD型撮像装置は、比較的簡単な構造をもち、
また、発生し得る雑音からみても、最終段におけ
るフローテイング・デイフユージヨンよりなる電
荷検出器の容量値だけがランダム雑音に寄与する
ので、比較的低雑音の撮像装置であり、低照度撮
影が可能である。ただし、CCD型撮像装置を作
るプロセス的制約から、出力アンプとしてMOS
型アンプがオンチツプ化されるため、シリコン
と、SiO2膜との界面から画像上、目につきやす
い1/f雑音が発生する。従つて、低雑音とはい
いながら、その性能に限界が存在している。ま
た、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、一つのセルの面積が小さくなり
一つのポテンシヤル井戸に蓄積できる最大の電荷
量が減少し、ダイナミツクレンジがとれなくなる
ので、今後、固体撮像装置が高解像度化されてい
く上で大きな問題となる。また、CCD型の撮像
装置は、ポテンシヤルの井戸を順次動かしながら
蓄積電荷を転送していくわけであるから、セルの
一つに欠陥が存在してもそこで電荷転送がストツ
プしたり、あるいは、電荷量ダウンが起り、製造
歩留りが上がらないという欠点も有している。 CCD type imaging device has a relatively simple structure,
In addition, considering the noise that can be generated, only the capacitance value of the charge detector consisting of the floating diffusion in the final stage contributes to random noise, so it is a relatively low-noise imaging device and is capable of low-light photography. be. However, due to process constraints in manufacturing CCD type imaging devices, MOS is used as the output amplifier.
Since the type amplifier is on-chip, 1/f noise, which is easily noticeable on images, is generated from the interface between silicon and SiO 2 film. Therefore, although it is said to have low noise, there are limits to its performance. In addition, if the number of cells is increased to achieve higher density in order to achieve higher resolution, the area of one cell will become smaller and the maximum amount of charge that can be stored in one potential well will decrease, making it impossible to maintain a dynamic range. This will become a major problem as solid-state imaging devices become higher resolution in the future. Furthermore, since a CCD-type imaging device transfers accumulated charge by sequentially moving the potential wells, even if there is a defect in one of the cells, the charge transfer may stop there, or the charge may be lost. It also has the disadvantage that the quantity decreases and the manufacturing yield does not increase.
これに対してMOS型撮像装置は、構造的には
CCD型撮像装置、特にフレーム転送型の装置に
比較して少し複雑ではあるが、蓄積容量を大きく
し得る様に構成でき、ダイナミツクレンジを広く
とれるという優位性をもつ。また、たとえセルの
1つに欠陥が存在しても、X−Yアドレス方式の
ためその欠陥による他のセルへの影響がなく、製
造歩留り的には有利である。しかしながら、この
MOS型撮像装置では、MOSトランジスタと
MOSアンプとの間には大きな浮遊容量が存在す
るために、読出し時にはきわめて大きな信号電圧
ドロツプが発生し、出力電圧が下がつてしまうこ
と、配線容量が大きく、これによるランダム雑音
の発生が大きいこと、また各フオトダイオードお
よび水平スキヤン用のMOSスイツチングトラン
ジスタの寄生容量のばらつきによる固定パターン
雑音の混入等があり、CCD型撮像装置に比較し
て低照度撮影はむずかしいこと等の欠点を有して
いる。 On the other hand, MOS type imaging devices are structurally
Although it is a little more complicated than a CCD type imaging device, especially a frame transfer type device, it has the advantage of being able to be configured to have a large storage capacity and having a wide dynamic range. Furthermore, even if one of the cells has a defect, because of the X-Y addressing method, the defect does not affect other cells, which is advantageous in terms of manufacturing yield. However, this
In MOS type imaging device, MOS transistor and
Since there is a large stray capacitance between the MOS amplifier and the MOS amplifier, an extremely large signal voltage drop occurs during readout, resulting in a drop in the output voltage.The wiring capacitance is large, which causes a large amount of random noise. In addition, fixed pattern noise is introduced due to variations in the parasitic capacitance of each photodiode and horizontal scanning MOS switching transistor, and it has disadvantages such as difficulty in low-light photography compared to CCD type imaging devices. There is.
また、将来の撮像装置の高解像度化においては
各セルのサイズが縮小され、蓄積電荷が減少して
いく。これに対しチツプサイズから決まつてくる
配線容量は、たとえ線幅を細くしてもあまり下が
らない。このため、MOS型撮像装置は、ますま
すS/N的に不利になる。 Furthermore, in the future, as the resolution of imaging devices increases, the size of each cell will be reduced and the amount of accumulated charge will decrease. On the other hand, the wiring capacitance, which is determined by the chip size, does not decrease much even if the line width is made thinner. For this reason, the MOS type imaging device becomes increasingly disadvantageous in terms of S/N.
CCD型およびMOS型撮像装置は、以上の様な
一長一短を有しながらも次第に実用化レベルに近
ずいてきてはいる。しかし、さらに将来必要とさ
れる高解像化を進めていくうえで本質的に大きな
問題を有しているといえる。 Although CCD type and MOS type imaging devices have the above-mentioned advantages and disadvantages, they are gradually approaching the level of practical use. However, it can be said that there are essentially major problems in promoting the higher resolution that will be required in the future.
それらの固体撮像装置に関し、特開昭56−
150878“半導体撮像装置”、特開昭56−157073“半
導体撮像装置”、特開昭56−165473“半導体撮像装
置”に新しい方式が提案されている。CCD型、
MOS型の撮像装置が、光入射により発生した電
荷を主電極(例えばMOSトランジスタのソース)
に蓄積するのに対して、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制御電極(例
えばバイポーラ・トランジスタのベース、SIT
(静電誘導トランジスタ)あるいはMOSトランジ
スタのゲートに蓄積し、光により発生した電荷に
より、流れる電流をコントロールするという新し
い考え方にもとずくものである。すなわち、
CCD型、MOS型が、光入射により蓄積された電
荷そのものを外部へ読出してくるのに対して、こ
こで提案されている方式は、各セルの増幅機能に
より電荷増幅してから蓄積された電荷を読出すわ
けであり、また見方を変えるとインピーダンス変
換により低インピダンス出力として読出すわけで
ある。従つて、ここで提案されている方式は、高
出力、広ダイナミツクレンジ、低雑音であり、か
つ、光信号により励起されたキヤリア(電荷)は
制御電極に蓄積することから、非破壊読出しがで
きる等のいくつかのメリツトを有している。さら
に将来の高解像度化に対しても可能性を有する方
式であるといえる。 Regarding those solid-state imaging devices,
A new method is proposed in JP-A No. 150878 "Semiconductor Imaging Device", JP-A-56-157073 "Semiconductor Imaging Device", and JP-A-56-165473 "Semiconductor Imaging Device". CCD type,
A MOS imaging device transfers the charge generated by incident light to the main electrode (for example, the source of a MOS transistor).
In contrast, the method proposed here stores the charge generated by incident light on the control electrode (e.g., the base of a bipolar transistor, the SIT
It is based on a new concept of controlling the flowing current using the charges accumulated in the gate of a (static induction transistor) or MOS transistor and generated by light. That is,
While the CCD type and MOS type read out the accumulated charge itself to the outside by light incidence, the method proposed here uses the amplification function of each cell to amplify the charge and then read out the accumulated charge. If you look at it from another perspective, it is read out as a low impedance output by impedance conversion. Therefore, the method proposed here has high output, wide dynamic range, and low noise, and because the carriers (charges) excited by the optical signal accumulate on the control electrode, non-destructive readout is possible. It has several advantages such as: Furthermore, it can be said that this method has the potential for higher resolution in the future.
第6図は、上記電荷を制御電極に蓄積する方式
の光センサセルを複数個配列した従来の光電変換
装置の回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional photoelectric conversion device in which a plurality of photosensor cells of the type described above are stored in a control electrode are arranged.
同図において、上記光センサセル101はライ
ン状に配列され、各出力端子はMOSトランジス
タ51〜5oを介して共通出力ライン20に接続さ
れている。共通出力ライン20は、出力アンプ2
1を介して出力端子22に接続されるとともに、
ラインリフレツシユ用のMOSトランジスタ24
を介して接地されている。また、MOSトランジ
スタ51〜5oの各ゲート電極は、ロジツク回路1
9の端子71〜7oにそれぞれ接続されている。 In the figure, the optical sensor cells 101 are arranged in a line, and each output terminal is connected to a common output line 20 via MOS transistors 5 1 to 5 o . The common output line 20 is connected to the output amplifier 2
1 to the output terminal 22, and
MOS transistor 24 for line refresh
is grounded through. Further, each gate electrode of the MOS transistors 5 1 to 5 o is connected to the logic circuit 1
9 are connected to terminals 7 1 to 7 o , respectively.
このような従来の光電変換装置において、各光
センサセル101の光情報信号は、MOSトラン
ジスタ51〜5oが順次ON状態となることで、共
通出力ライン20および出力アンプ20を介して
シリアルに読出される。 In such a conventional photoelectric conversion device, the optical information signal of each optical sensor cell 101 is serially read out via the common output line 20 and the output amplifier 20 by sequentially turning on the MOS transistors 5 1 to 5 o . be done.
しかしながら、ある光センサセル101の読出
し動作に要する時間は、共通出力ライン20が有
する浮遊容量に比例する。したがつて、光センサ
セル101の個数nが増加する程、全体として続
出しに要する時間は急激に増大する。 However, the time required for a read operation of a certain photosensor cell 101 is proportional to the stray capacitance that the common output line 20 has. Therefore, as the number n of optical sensor cells 101 increases, the overall time required for continuous output increases rapidly.
このように従来では、高解像度を達成しようと
して光センサセルの個数nを増加させると、高速
読出し動作が困難になるという問題点を有してい
た。 As described above, conventional devices have had the problem that if the number n of optical sensor cells is increased in an attempt to achieve high resolution, high-speed readout operations become difficult.
さらに、上述したように光センサセル101
は、制御電極に光励起による電荷を蓄積する方式
であるために、読出しが終了すると、その蓄積電
荷をリフレツシユする必要がある。 Furthermore, as described above, the optical sensor cell 101
Since this is a method in which charges due to photoexcitation are accumulated in the control electrode, it is necessary to refresh the accumulated charges after reading is completed.
従来、このリフレツシユ動作は全ての光センサ
セル101の読出し動作終了後に一括して行われ
ていたために、特に、光センサセル101を二次
元配列した場合、一括リフレツシユ動作が終了し
てから光センサセル101の読出し動作が開始さ
れるまでの時間が各光センサセル101によつて
異なつており、高速動作の達成および光電変換特
性の均一化等にとつて不都合であつた。 Conventionally, this refresh operation was performed at once after the readout operation of all the optical sensor cells 101 was completed, so especially when the optical sensor cells 101 are arranged in a two-dimensional array, the readout operation of the optical sensor cells 101 was performed after the collective refresh operation was completed. The time required to start operation differs depending on each optical sensor cell 101, which is inconvenient for achieving high-speed operation and uniformizing photoelectric conversion characteristics.
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、第一導電型の
半導体からなる制御電極領域と、前記第一導電型
とは異なる第二導電型の半導体からなる第一及び
第二の主電極領域と、を有し、光エネルギーを受
けることにより生成されるキヤリアを前記制御電
極領域に蓄積可能な複数のトランジスタと、
前記第一の主電極領域を選択的に基準電位に保
持する為の第1のスイツチと、
前記第一の主電極領域と前記トランジスタから
の信号を読出す為の容量素子とを選択的に接続す
る為の第2のスイツチと、
を具え、蓄積動作、読出し動作及びリフレツシユ
動作を行う光電変換装置において、
前記第二の主電極領域を前記蓄積動作、前記読
出し動作及び前記リフレツシユ動作中、前記制御
電極領域に対して逆方向にバイアスする手段と、
前記容量素子に読出された信号を順次走査する
為の走査手段と、
前記リフレツシユ動作時に、前記第1のスイツ
チ及び第2のスイツチを動作させて、前記第一の
主電極領域と前記容量素子とを前記基準電位に保
持し、前記制御電極領域と前記第一の主電極領域
との接合を順方向にバイアスして前記制御電極領
域と前記容量素子との電位をリセツトする手段
と、
を有することを特徴とする。
A photoelectric conversion device according to the present invention is intended to solve the above conventional problems, and includes a control electrode region made of a semiconductor of a first conductivity type and a semiconductor of a second conductivity type different from the first conductivity type. a plurality of transistors having first and second main electrode regions, each having a plurality of transistors capable of accumulating carriers generated by receiving light energy in the control electrode region; a first switch for maintaining the reference potential at a reference potential, and a second switch for selectively connecting the first main electrode region and a capacitive element for reading a signal from the transistor. In a photoelectric conversion device that performs an accumulation operation, a readout operation, and a refresh operation, the second main electrode region is biased in a direction opposite to the control electrode region during the accumulation operation, the readout operation, and the refresh operation. scanning means for sequentially scanning the signals read out to the capacitor; and during the refresh operation, operating the first switch and the second switch to separate the first main electrode region from the first main electrode region; means for holding the capacitive element at the reference potential and biasing the junction between the control electrode region and the first main electrode region in a forward direction to reset the potential of the control electrode region and the capacitive element; It is characterized by having the following.
このように構成することで、高速読出し動作が
達成されるとともに、光センサセルを二次元配列
した場合であつても、すべての光センサセルの蓄
積時間を均一化することができる。
With this configuration, a high-speed readout operation can be achieved, and even when the optical sensor cells are arranged in a two-dimensional manner, the storage time of all the optical sensor cells can be made uniform.
また、容量素子の電位のリセツトと同時に第一
の主電極領域が基準電位に設定され、制御電極領
域と第一の主電極領域との間が順バイアスされて
制御電極領域に蓄積されたキヤリアが消滅する。
この時、第二の主電極領域は逆バイアス電位に保
持されて制御電極領域の電位がリセツトされるた
め、接合容量等に起因するノイズが乗りにくく、
リセツト動作も簡易なものとなる。 Further, at the same time as resetting the potential of the capacitive element, the first main electrode region is set to the reference potential, and a forward bias is applied between the control electrode region and the first main electrode region, so that carriers accumulated in the control electrode region are removed. Disappear.
At this time, the second main electrode region is held at a reverse bias potential and the potential of the control electrode region is reset, making it difficult for noise caused by junction capacitance to occur.
The reset operation is also simplified.
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図は本発明による光電変換装置を構成する
光センサセルの断面図であり、第2図は該光セン
サセルの等価回路である。なお、以下では各部位
で共通するものについては同一の番号をつける事
とする。 FIG. 1 is a sectional view of a photosensor cell constituting a photoelectric conversion device according to the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit of the photosensor cell. In addition, in the following, parts that are common to each part will be given the same number.
第1図において、リン(P)、アンチモン
(Sb)、ヒ素(As)等の不純物をドープしてn型
又はn+型とされたシリコン基板12の上に、通
常PSG膜等で構成されるパシベーシヨン膜1
3;
シリコン酸化膜(SiO2)より成る絶縁酸化膜
3;
となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁
するためのSiO2あるいはSi3N4等よりなる絶縁膜
又はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域
4;
エピタキシヤル技術等で形成される不純物濃度
の低いn-領域5;
その上の例えば不純物拡散技術又はイオン注入
技術を用いてボロン(B)等の不純物をドープしたバ
イポーラトランジスタのベースとなるp領域6;
不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成され
るバイポーラトランジスタのエミツタとなる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(Al),Al−Si,Al−Cu−Si等の導電材料で
形成される配線8;
絶縁膜3を通して、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電極9;
基板12の裏面にオーミツクコンタクトをとる
ために不純物拡散技術等で形成された不純物濃度
の高いn+領域10;
基板の電位を与える、すなわちバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電位を与えるためのアルミニ
ウム等の導電材料で形成される電極11;
より構成されている。 In FIG. 1, it is usually formed of a PSG film or the like on a silicon substrate 12 doped with impurities such as phosphorus (P), antimony (Sb), and arsenic (As) to make it n-type or n + type. Passivation film 1
3; Insulating oxide film 3 made of silicon oxide film (SiO 2 ); Made of an insulating film made of SiO 2 or Si 3 N 4 or a polysilicon film, etc. for electrically insulating between adjacent photosensor cells. element isolation region 4 formed by epitaxial technology; low impurity concentration n - region 5 formed by epitaxial technology; bipolar transistor doped with impurity such as boron (B) using impurity diffusion technology or ion implantation technology. p region 6, which becomes the base; n + region, which becomes the emitter of a bipolar transistor formed by impurity diffusion technology, ion implantation technology, etc.
Region 7; Wiring 8 made of a conductive material such as aluminum (Al), Al-Si, Al-Cu-Si, etc. for reading out signals to the outside; P region in a floating state through the insulating film 3; an electrode 9 for applying a pulse to the substrate 12; an n + region 10 with a high impurity concentration formed by impurity diffusion technology to establish an ohmic contact with the back surface of the substrate 12; an electrode 9 for applying a pulse to the substrate 12; An electrode 11 made of a conductive material such as aluminum for applying a collector potential.
第2図の等価回路のコンデンサ2は電極9、絶
縁膜3、p領域6のMOS構造より構成され、又
バイポーラトランジスタ1(以下、光電変換トラ
ンジスタとする。)はエミツタ(第一の主電極領
域となる)としてのn+領域7、ベース(制御電
極領域となる)としてのp領域6、不純物濃度の
小さいn-領域5、コレクタ(第二の主電極領域
となる)としてのn又はn+領域12の各部分よ
り構成されている。こ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。 The capacitor 2 in the equivalent circuit shown in FIG. n + region 7 as the base (becomes the control electrode region), p region 6 as the base (becomes the control electrode region), n − region 5 with low impurity concentration, and n or n + as the collector (becomes the second main electrode region). It is composed of each part of the area 12. As is clear from these drawings, p region 6 is made into a floating region.
以下、光センサセルの基本動作を第1図及び第
2図を用いて説明する。 The basic operation of the optical sensor cell will be explained below with reference to FIGS. 1 and 2.
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ツシユ動
作より構成される。電荷蓄積動作においては、例
えばエミツタは、配線8を通して接地され、コレ
クタは電極11を通して正電位にバイアスされて
いる。またベースは、あらかじめコンデンサ2
に、リフレツシユ動作で電極9を通して正のパル
ス電圧VRFを印加することにより負電位、すなわ
ち、エミツタ7に対して逆バイアス状態にされて
いるものとする。 The basic operation of this photosensor cell consists of a charge accumulation operation by light incidence, a readout operation, and a refresh operation. In the charge storage operation, for example, the emitter is grounded through the wiring 8, and the collector is biased to a positive potential through the electrode 11. In addition, the base is equipped with capacitor 2 in advance.
It is assumed that a positive pulse voltage V RF is applied through the electrode 9 in a refresh operation to bring the emitter 7 to a negative potential, that is, to a reverse bias state.
後に詳細に説明するが、リフレツシユ動作時に
電極9を通して印加される正のパルス電圧VRFに
よつて、ベースであるp領域6の電位は、−aVRF
で表わされる負電位に設定される。ただし、aは
キヤパシタ2の容量と、ベース・コレクタ間およ
びベース・エミツタ間の容量との容量分割によつ
て決まる定数である。 As will be explained in detail later, due to the positive pulse voltage V RF applied through the electrode 9 during the refresh operation, the potential of the p region 6, which is the base, becomes -aV RF
It is set to a negative potential expressed by . However, a is a constant determined by the capacitance division between the capacitance of the capacitor 2 and the base-collector and base-emitter capacitances.
この状態において、第1図に示す様に光センサ
セルの表側から光14が入射してくると、半導体
内に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12が正電位に
バイアスされているのでn領域12側に流れだし
ていつてしまうが、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
よりp領域6の電位は次第に正電位に向かつて変
化していく。 In this state, when light 14 enters from the front side of the photosensor cell as shown in FIG. 1, electron-hole pairs are generated within the semiconductor.
Of these, electrons flow toward the n-region 12 side because the n-region 12 is biased to a positive potential, but holes are rapidly accumulated in the p-region 6. Due to the accumulation of holes in the p region, the potential of the p region 6 gradually changes toward a positive potential.
このベース電位の変化量をΔVBとすると、蓄積
動作が終了した時点で、ベース電位は−aVRF+
ΔVBとなつている。 If the amount of change in the base potential is ΔV B , the base potential will be −aV RF + when the storage operation is completed.
ΔV B.
読出し動作状態では、エミツタ、配線8は浮遊
状態に、コレクタは正電位VCCに保持される。こ
の状態で、電極9に読出し用の正の電圧VREを印
加すると、ベース電位は
a(VRE−VRF)+ΔVB
となる。このように、エミツタ電位に対して、ベ
ース電位が正方向にバイアスされると、エレクト
ロンは、エミツタからベースに注入され、コレク
タ電位が正電位になつているので、ドリフト電界
により加速されて、コレクタに到達する。ベース
領域6に蓄積された電荷はある程度ベース電流と
して失なわれるが、コレクタ電流の1/hfeであ
り非常に小さな値であり、ベース領域の電荷の減
衰はほとんど無視できる。 In the read operation state, the emitter and wiring 8 are kept in a floating state, and the collector is held at a positive potential V CC . In this state, when a positive read voltage V RE is applied to the electrode 9, the base potential becomes a(V RE −V RF )+ΔV B. In this way, when the base potential is biased in the positive direction with respect to the emitter potential, electrons are injected from the emitter to the base, and since the collector potential is positive, they are accelerated by the drift electric field and are transferred to the collector. reach. Although some of the charge accumulated in the base region 6 is lost as a base current, the value is 1/hfe of the collector current, which is a very small value, and the attenuation of the charge in the base region can be almost ignored.
電極9に印加している正電圧VREをゼロボルト
にもどした時には、印加したときとは逆に、
−a・VRE
なる電圧がベース電位に加算されるので、ベース
電位は、正電圧VREを印加する前の状態
−aVRF+ΔVB
にもどる。 When the positive voltage V RE applied to the electrode 9 is returned to zero volts, a voltage of -a·V RE is added to the base potential, contrary to when it was applied, so the base potential becomes equal to the positive voltage V RE Return to the state before applying −aV RF +ΔV B.
次いでp領域6に蓄積された電荷をリフレツシ
ユする動作について説明する。 Next, the operation of refreshing the charges accumulated in p region 6 will be explained.
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
させるためのリフレツシユ動作が必要である。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。 In the optical sensor cell having the above configuration, as already mentioned, the charges accumulated in the p region 6 are not eliminated by the read operation. Therefore, in order to input new optical information, a refresh operation is required to eliminate the previously accumulated charges. At the same time, it is necessary to charge the potential of p region 6, which is in a floating state, to a predetermined negative voltage.
上記構成に係る光センサセルでは、リフレツシ
ユ動作も読出し動作と同様、電極9に正電圧を印
加することにより行なう。このとき、配線8を通
してエミツタを接地する。コレクタは、電極11
を通して正電位にしておく。 In the optical sensor cell having the above configuration, the refresh operation is also performed by applying a positive voltage to the electrode 9, similarly to the read operation. At this time, the emitter is grounded through the wiring 8. The collector is the electrode 11
Keep it at a positive potential through.
この状態で正電圧VRFなる電圧が電極9に印加
されると、ベース電極には、
aVRF
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。この電圧により、ベース・エミツタ間
は順方向にバイアスされて導通状態となり、電流
が流れ始め、ベース電位は次第に低下していく。 When a positive voltage V RF is applied to the electrode 9 in this state, a voltage aV RF is instantaneously applied to the base electrode as in the previous read operation. This voltage biases the base and emitter in the forward direction and makes them conductive, current begins to flow, and the base potential gradually decreases.
そして、正電圧VRFのパルスが立下がること
で、ベース電位はすでに述べたように所定の負電
位−aVRFに設定され、上記各動作が繰り返され
る。 Then, as the pulse of the positive voltage V RF falls, the base potential is set to the predetermined negative potential −aV RF as described above, and the above operations are repeated.
次に、上記光センサセルを用いた本発明による
光電変換装置の第1実施例について説明する。 Next, a first example of a photoelectric conversion device according to the present invention using the above-mentioned optical sensor cell will be described.
第3図において11〜1oは光電変換トランジス
タ、21〜2oは該光電変換トランジスタに制御信
号を伝達するためのキヤパシタであり、各々n個
配列されている。61〜6oはサンプルホールド回
路であり、光電変換トランジスタ11〜1oのエミ
ツタ端子からの出力信号のオンオフ制御を行う
MOSトランジスタ31〜3oと、該出力信号を蓄
積するキヤパシタ41〜4oと、該キヤパシタから
の蓄積された出力信号の読出しの制御を行う
MOSトランジスタ51〜5oとから構成されてい
る。19は、MOSトランジスタ51〜5oのオン
オフ動作を制御するロジツク回路、21は出力信
号を読出すアンプ、20は共通出力ライン、24
は共通出力ライン20に蓄積された電荷を放電さ
せるMOSトランジスタ、18は正電圧入力端子、
15は電源入力端子、22は出力端子、23は
MOSトランジスタ24に制御信号を送る制御入
力端子、16はMOSトランジスタ31〜3oに制
御信号を送る制御信号入力端子、17はキヤパシ
タ21〜2oに制御信号を送る制御信号入力端子、
71〜7oはロジツク回路の出力端子である。 In FIG. 3, 1 1 to 1 o are photoelectric conversion transistors, and 2 1 to 2 o are capacitors for transmitting control signals to the photoelectric conversion transistors, each of which is arranged in n pieces. 6 1 to 6 o are sample and hold circuits, which perform on/off control of output signals from the emitter terminals of photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o .
Controls MOS transistors 3 1 to 3 o , capacitors 4 1 to 4 o that accumulate the output signals, and reading of the accumulated output signals from the capacitors.
It is composed of MOS transistors 5 1 to 5 o . 19 is a logic circuit that controls the on/off operation of the MOS transistors 5 1 to 5 o ; 21 is an amplifier that reads out the output signal; 20 is a common output line; 24
18 is a MOS transistor that discharges the charge accumulated in the common output line 20; 18 is a positive voltage input terminal;
15 is a power input terminal, 22 is an output terminal, and 23 is a power input terminal.
16 is a control signal input terminal that sends a control signal to the MOS transistor 24; 16 is a control signal input terminal that sends a control signal to the MOS transistors 31 to 3o ; 17 is a control signal input terminal that sends a control signal to the capacitors 21 to 2o ;
7 1 to 7 o are output terminals of the logic circuit.
以下、本発明による光電変換装置の第1実施例
の動作について説明する。ここでは、第3図に示
したMOSトランジスタ31〜3o,51〜5o,24
はNチヤンネルであるとする。 The operation of the first embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention will be described below. Here, MOS transistors 3 1 to 3 o , 5 1 to 5 o , 24 shown in FIG.
is the N channel.
蓄積動作では、まず制御信号入力端子16にH
レベルを入力してMOSトランジスタ31〜3oを
ON状態、ロジツク回路19の出力端子71〜7o
よりすべてHレベルを出力してMOSトランジス
タ51〜5oをON状態、制御信号入力端子23よ
りHレベルを入力してMOSトランジスタ24を
ON状態とする事により、光電変換トランジスタ
11〜1oの全てのエミツタを接地し、さらに正電
圧入力端子18より正のバイアス電圧を入力する
事により、光電変換トランジスタ11〜1oのすべ
てのコレクタを正電位をバイアスする。 In the storage operation, first, the control signal input terminal 16 is set to H.
Input the level and turn on MOS transistors 3 1 to 3 o .
ON state, output terminals 7 1 to 7 o of logic circuit 19
All of them output H level to turn on the MOS transistors 51 to 5o , and input H level from the control signal input terminal 23 to turn on the MOS transistor 24.
By turning on the ON state, all the emitters of the photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o are grounded, and by further inputting a positive bias voltage from the positive voltage input terminal 18, all of the photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o are grounded. Bias the collector with a positive potential.
また、後述するリフレツシユ動作により、光電
変換トランジスタ11〜1oのベースは負電位−
aVRFに設定されている。この状態で光センサセ
ルに光を照射し、ベースにホールを蓄積する。こ
こで、ベースの蓄積電圧をΔVBとする。 Furthermore, due to the refresh operation described later, the bases of the photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o are at a negative potential −
aV RF is set. In this state, the photosensor cell is irradiated with light to accumulate holes in the base. Here, the accumulated voltage of the base is assumed to be ΔV B.
読出し動作は、制御信号入力端子16にHレベ
ルを入力してMOSトランジスタ31〜3oをON状
態、ロジツク回路19の出力端子71〜7oより全
てLレベルを出力してMOSトランジスタ51〜5
oをoff状態とする事により、光電変換トランジス
タ11〜1oの全てのエミツタ端子をキヤパシタ4
1〜4oと接続させる。また、正電圧入力18より
正のバイアス電圧を入力する事により光電変換ト
ランジスタ111〜11oの全てのコレクタを正電位
にバイアスする。この状態で、制御信号入力端子
17より正電圧VREのパルスを入力すると、光が
照射された光センサセルの光電変換トランジスタ
のベース電位はa(VRE−VRF)+ΔVBとなり、ベ
ース電流によつて決められるコレクタ電流が流
れ、接続されたキヤパシタにその光電変換トラン
ジスタの出力電圧(光情報信号)がホールドされ
る。一方、光の照射されない光センサセルの光電
変換トランジスタのベース電圧はa(VRE−VRF)
となり、VRE=VRFとするとベース電圧は0Vとな
り接続されたキヤパシタには電荷が蓄積されな
い。 In the read operation, an H level is input to the control signal input terminal 16 to turn on the MOS transistors 3 1 to 3 o , and an L level is output from all output terminals 7 1 to 7 o of the logic circuit 19 to turn on the MOS transistor 5 1 . ~5
By turning o off, all emitter terminals of photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o are connected to capacitor 4.
1 to 4 Connect with o . Furthermore, by inputting a positive bias voltage from the positive voltage input 18, all the collectors of the photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 1o are biased to a positive potential. In this state, when a pulse of positive voltage V RE is input from the control signal input terminal 17, the base potential of the photoelectric conversion transistor of the photosensor cell irradiated with light becomes a(V RE - V RF ) + ΔV B , and the base current changes. A collector current thus determined flows, and the output voltage (optical information signal) of the photoelectric conversion transistor is held in the connected capacitor. On the other hand, the base voltage of the photoelectric conversion transistor of the photosensor cell that is not irradiated with light is a(V RE − V RF )
When V RE = V RF , the base voltage becomes 0 V and no charge is accumulated in the connected capacitor.
キヤパシタ41〜4oにホールドされた電圧を出
力端子22から読出すには、制御信号入力端子1
6よりLレベルを入力してMOSトランジスタ31
〜3oをOFF状態とした後、ロジツク回路の出力
端子71〜7oより順次Hレベルを出力し、MOS
トランジスタ51〜5oを順次ON状態とする事に
より実現される。ただし、ホールドされた各電圧
が、アンプ21を通して出力端子22より読出さ
れる毎に、制御入力端子23よりHレベルを入力
してMOSトランジスタ24をON状態にし、信
号を読出されたキヤパシタに蓄積された電荷を放
電し、再び制御入力端子23をLレベルとし
MOSトランジスタ24をOFF状態とする。この
ようにして、サンプルホールド回路61〜6oから
出力端子22への読出し動作を順次61から6oに
ついて行う事により一ライン分の読出しをする事
ができる。 To read the voltage held in the capacitors 4 1 to 4 o from the output terminal 22, the control signal input terminal 1
Input L level from 6 to MOS transistor 3 1
~3 o is turned off, output terminals 7 1 ~ 7 o of the logic circuit sequentially output H level, and the MOS
This is realized by sequentially turning on the transistors 5 1 to 5 o . However, each time each held voltage is read out from the output terminal 22 through the amplifier 21, an H level is input from the control input terminal 23 to turn on the MOS transistor 24, and the signal is accumulated in the read capacitor. Discharge the accumulated charge and set the control input terminal 23 to L level again.
The MOS transistor 24 is turned off. In this way, one line can be read by sequentially performing the read operation from the sample hold circuits 6 1 to 6 o to the output terminal 22 for 6 1 to 6 o .
ここで、たとえばある光電変換トランジスタ1
iからサンプルホールド回路6iへの読出しに要す
る時間をtRE1、サンプルホールド回路6iにホール
ドされた電圧を出力端子22より読出すのに要す
る時間をtRE2、サンプルホールド回路6iのキヤパ
シタ4iの電荷を放電するのに要する時間をtBE3と
すると、各センサセルは全て同じ条件であるとす
れば、一ライン読み出しに要する時間はtRE1+n
(tRE2+tRE3)となる。サンプルホールド回路61〜
6oを構成するMOSトランジスタ51〜5oには高
速のスイツチングMOSトランジスタが用いられ
るので、前記のキヤパシタ4iから出力端子22
への読出し時間tRE2と、前記電荷放電時間tRE3は
小さな値である。一方光電変換トランジスタ11
〜1oは増幅作用をもつてはいるが、光センサセ
ルが密度化されると、各のセルの大きさが小さく
なるために、ベース領域に発生するキヤリア量が
減少しエミツタ電流はある一定の値に制限され
る。従つて前記光電変換トランジスタからの読出
し時間tRE1は比較的大きく、tRE1〓tRE2,tRE1〓tRE3
となる。 Here, for example, a certain photoelectric conversion transistor 1
The time required to read from sample hold circuit 6 i from i to sample hold circuit 6 i is t RE1 , the time required to read the voltage held in sample hold circuit 6 i from output terminal 22 t RE2 , capacitor 4 of sample hold circuit 6 i If the time required to discharge the charge of i is t BE3 , and if each sensor cell is under the same conditions, the time required to read one line is t RE1 + n
(t RE2 + t RE3 ). Sample hold circuit 6 1 ~
Since high- speed switching MOS transistors are used for the MOS transistors 5 1 to 5 o constituting the capacitor 4 i , the output terminal 22
The readout time tRE2 and the charge discharge time tRE3 are small values. On the other hand, photoelectric conversion transistor 1 1
~1 o has an amplification effect, but as the density of optical sensor cells increases, the size of each cell decreases, so the amount of carriers generated in the base region decreases, and the emitter current remains at a certain level. value. Therefore, the readout time t RE1 from the photoelectric conversion transistor is relatively long, t RE1 〓t RE2 , t RE1 〓 t RE3
becomes.
ここで、光電変換トランジスタからの読出し時
間tRE1はキヤパシタ41〜4oの容量に依存する。
また、キヤパシタ41〜4oの容量は共通出力ライ
ン20の有する浮遊容量によつて決定されてい
る。 Here, the readout time t RE1 from the photoelectric conversion transistor depends on the capacitance of the capacitors 4 1 to 4 o .
Further, the capacitance of the capacitors 4 1 to 4 o is determined by the stray capacitance of the common output line 20.
そこで、本実施例において、キヤパシタ41〜
4oの容量が共通出力ライン20の浮遊容量に等
しく設定された場合の一ライン読出し時間を、第
6図に示す従来例における一ライン読出し時間と
比較する。 Therefore, in this embodiment, capacitors 4 1 to
The one line read time when the capacitance of 4 o is set equal to the stray capacitance of the common output line 20 will be compared with the one line read time in the conventional example shown in FIG.
まず、第6図における従来例では、ある光セン
サセル101から出力端子22に読出す時間は前
述したキヤパシタ41に蓄積される時間と同じtRE1
となり、共通出力ライン20からの放電時間は同
様にしてtRE3となるから、一ライン読出し時間は
n(tRE1+tRE3)となる。前述した本発明による光
電変換装置と同様に、tRE1〓tRE3である。nの大
きいラインセンサ等において、一ラインの読出し
時間を、本発明による光電変換装置と比較する
と、n(tRE1+tRE3)〓tRE1+n(tRE2+tRE3)とな
り、本発明による光電変換装置は十分な高速読出
しが可能な事を示している。 First, in the conventional example shown in FIG .
Similarly, since the discharge time from the common output line 20 is t RE3 , the one line read time is n(t RE1 +t RE3 ). Similar to the photoelectric conversion device according to the present invention described above, t RE1 〓t RE3 . Comparing the readout time of one line with the photoelectric conversion device according to the present invention in a line sensor with a large value of n, it becomes n(t RE1 +t RE3 ) 〓 t RE1 +n (t RE2 + t RE3 ), and the photoelectric conversion device according to the present invention indicates that sufficiently high-speed reading is possible.
次に、リフレツシユ動作においては、制御信号
入力端子16にHレベルを入力してMOSトラン
ジスタ31〜3oをON状態、ロジツク回路19の
出力端子71〜7oにすべてHレベルを出力して
MOSトランジスタ51〜5oをON状態、制御信号
入力端子23よりHレベルを入力してMOSトラ
ンジスタ24をON状態とし、光電変換トランジ
スタ11〜1oのすべてのエミツタを接地する。ま
た正電圧入力端子18より正のバイアス電圧を入
力する事により光電変換トランジスタ11〜1oの
すべてのコレクタを正電位にバイアスする。この
状態で、制御信号入力端子17より正電圧VRFの
パルスを入力することによりリフレツシユ動作が
行われ、すでに述べたように、ベース電位は初期
状態の負電位−aVRFに往帰する。この時、ベー
ス電位のリセツトと同時にキヤパシタ41〜4oの
電位もリセツトされる。 Next, in the refresh operation, an H level is input to the control signal input terminal 16 to turn on the MOS transistors 3 1 to 3 o , and an H level is output to all output terminals 7 1 to 7 o of the logic circuit 19.
The MOS transistors 5 1 to 5 o are turned on, and an H level is input from the control signal input terminal 23 to turn the MOS transistor 24 on, and all emitters of the photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o are grounded. In addition, by inputting a positive bias voltage from the positive voltage input terminal 18, all collectors of the photoelectric conversion transistors 1 1 to 1 o are biased to a positive potential. In this state, a refresh operation is performed by inputting a pulse of positive voltage V RF from the control signal input terminal 17, and as described above, the base potential returns to the initial state of negative potential -aV RF . At this time, at the same time as the base potential is reset, the potentials of the capacitors 4 1 to 4 o are also reset.
以上説明した蓄積、読出し、そしてリフレツシ
ユの各動作を繰返すことによつてラインセンセの
動作が実現される。 The operation of the line sensor is realized by repeating the storage, readout, and refresh operations described above.
なお、本実施例では、MOSトランジスタ31〜
3o,51〜5o,24はいずれもnチヤンネルと
して説明したが、PチヤンネルあるいはPチヤン
ネルとNチヤンネルを組合せた相補性MOSトラ
ンジスタで構成する事も可能である。 Note that in this embodiment, the MOS transistors 3 1 to 3
Although 3 o , 5 1 to 5 o , and 24 have all been described as n-channels, they can also be constructed of complementary MOS transistors that are p-channels or a combination of p-channels and n-channels.
次に、本発明による光電変換装置の第2実施例
について説明する。 Next, a second embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention will be described.
第4図は、本発明の第2実施例の回路図であ
る。 FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.
同図において、111〜1no光電変換トランジス
タ、211〜2noが該光電変換トランジスタ111〜
1noに制御信号を伝達するキヤパシタであり、そ
れぞれ2次元的にn列,m行に配列されている。
61〜6oはサンプルホールド回路であり、光電変
換トランジスタ111〜1noエミツタ端子からの出
力信号の制御を行うMOSトランジスタ31〜3o
と、該MOSトランジスタ31〜3oの一方の主電
極と電源入力端子15とを接続するキヤパシタ4
1〜4oと、該MOSトランジスタ31〜3oの一方の
主電極にゲート電極が接続されたMOSトランジ
スタ91〜9oと、該MOSトランジスタ91〜9oと
電源入力端子25とに各々主電極が接続されると
ともに、ゲート電極がロジツク回路19a端子7
1〜7oに各々接続されたMOSトランジスタ51〜
5oと、MOSトランジスタ91〜9oの他方の主電
極と共通出力ライン20に一方を接続され、電源
入力端子15に他方を接続された抵抗81〜8oと
からなる。17は光センサセルに制御信号を与え
る制御信号入力端子、16はMOSトランジスタ
31〜3oに制御信号を与える制御信号入力端子、
18は正電圧入力端子、22は出力端子、26は
MOSトランジスタ101〜10oに制御信号を与
える制御入力端子、27は電源入力端子である。 In the figure, 1 11 to 1 no photoelectric conversion transistors, 2 11 to 2 no photoelectric conversion transistors 1 11 to
1. They are capacitors that transmit control signals to the capacitors, and are two-dimensionally arranged in n columns and m rows.
6 1 to 6 o are sample and hold circuits, and MOS transistors 3 1 to 3 o control output signals from the photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 no emitter terminals.
and a capacitor 4 connecting one of the main electrodes of the MOS transistors 3 1 to 3 o and the power input terminal 15.
1 to 4 o , MOS transistors 9 1 to 9 o whose gate electrodes are connected to one main electrode of the MOS transistors 3 1 to 3 o , and the MOS transistors 9 1 to 9 o and the power input terminal 25. The main electrodes are connected to each other, and the gate electrode is connected to the terminal 7 of the logic circuit 19a.
MOS transistors 5 1 to 7 connected to MOS transistors 1 to 7 o , respectively
5o , and resistors 81 to 8o , which are connected at one end to the other main electrode of the MOS transistors 91 to 9o and the common output line 20, and at the other end to the power supply input terminal 15. 17 is a control signal input terminal that provides a control signal to the optical sensor cell; 16 is a control signal input terminal that provides a control signal to the MOS transistors 3 1 to 3 o ;
18 is a positive voltage input terminal, 22 is an output terminal, and 26 is a positive voltage input terminal.
A control input terminal 27 provides a control signal to the MOS transistors 101 to 10o , and a power input terminal 27.
以下本発明による第2実施例の動作を第4図を
用いて説明する。 The operation of the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
前述したように、本発明に係る光電変換トラン
ジスタ111〜1noは蓄積動作と、読み出し動作
と、リフレツシユ動作とからなる基本動作により
光電変換を実現する。第4図に示したすべての
MOSトランジスタがNチヤンネルであるとし、
正電源入力端子18と電源入力端子25は正電圧
とし、電源入力端子15と電源入力端子27は接
地されているとする。 As described above, the photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 no according to the present invention realize photoelectric conversion through basic operations consisting of an accumulation operation, a read operation, and a refresh operation. All shown in Figure 4
Assuming that the MOS transistor is N-channel,
It is assumed that the positive power input terminal 18 and the power input terminal 25 are at a positive voltage, and the power input terminal 15 and the power input terminal 27 are grounded.
蓄積動作においては、まず制御入力端子26に
Hレベルを入力する事によりMOSトランジスタ
101〜10oをON状態とし、光電変換トランジ
スタ111〜1onのすべてのエミツタを接地する。
また正電源入力端子18より入力される正電圧に
より光電変換トランジスタ111〜1noのすべての
コレクタ端子を正電圧に固定し、制御信号入力端
子171〜17nの任意の端子より正電圧VRFのパ
ルスを与え、光電トランジスタ111〜1noのベー
スは所定の負電位に設定されている。この状態
で、光センサセルに光を照射し、ベースにホール
を蓄積する。 In the storage operation, first, by inputting an H level to the control input terminal 26, the MOS transistors 10 1 to 10 o are turned on, and all emitters of the photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 on are grounded.
In addition, all the collector terminals of the photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 no are fixed to a positive voltage by a positive voltage input from the positive power input terminal 18, and a positive voltage V is input from any terminal of the control signal input terminals 17 1 to 17 n . An RF pulse is applied, and the bases of the photoelectric transistors 1 11 to 1 no are set at a predetermined negative potential. In this state, the photosensor cell is irradiated with light to accumulate holes in the base.
なお、光電変換トランジスタ111〜1noのベー
スに負電位を与えるパルス印加は1行のみでもよ
く、また複数行同時に行う事もできる。 Note that the pulse application for giving a negative potential to the bases of the photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 no may be applied to only one row, or may be applied to multiple rows at the same time.
次に、読出し動作においては、制御信号入力端
子16にHレベルを入力してMOSトランジスタ
31〜3oをON状態、制御信号入力端子27にL
レベルを入力してMOSトランジスタ101〜10
oをOFF状態とする事により光電変換トランジス
タ111〜1noのすべてのエミツタ端子を開放状態
にし、正電圧入力端子18より入力される正のバ
イアス電圧により、光電変換トランジスタ111〜
1noのすべてのコレクタ端子を正電位にバイアス
する。この状態で、制御信号入力端子171〜1
7nに順次又は任意に正電圧VREのパルスを印加
する。 Next, in the read operation, an H level is input to the control signal input terminal 16 to turn on the MOS transistors 31 to 3o , and an L level is input to the control signal input terminal 27.
Input the level and select MOS transistors 10 1 to 10
By turning o off, all the emitter terminals of photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 no are opened, and by the positive bias voltage input from the positive voltage input terminal 18, photoelectric conversion transistors 1 11 to 1 no are turned off.
1 Bias all collector terminals of no to positive potential. In this state, the control signal input terminals 17 1 to 1
7 Apply pulses of positive voltage V RE sequentially or arbitrarily to n .
今、入力端子17iに電圧VREのパルスが印加さ
れたとする。これによつて、光電変換トランジス
タ1i1〜1ioの出力がサンプルホールド回路のキ
ヤパシタ41〜4oに各々ホールドされるととも
に、キヤパシタ41〜4oの蓄積電圧がMOSトラ
ンジスタ91〜9oの各ゲート電極に印加される。 Assume now that a pulse of voltage V RE is applied to input terminal 17 i . As a result, the outputs of the photoelectric conversion transistors 1 i1 to 1 io are held in the capacitors 4 1 to 4 o of the sample and hold circuit, and the accumulated voltages of the capacitors 4 1 to 4 o are transferred to the MOS transistors 9 1 to 9 o. is applied to each gate electrode.
次に、サンプルホールド回路から出力端子22
への読出しは、制御入力端子16からLレベルの
信号を入力してMOSトランジスタ31〜3oを
OFF状態とし、ロジツク回路19の出力端子71
〜7oからHレベルの信号を順次出力して、MOS
トランジスタ51〜5oを順次ON状態にすること
で行われる。 Next, the output terminal 22 is output from the sample hold circuit.
For reading, input an L level signal from the control input terminal 16 and read the MOS transistors 3 1 to 3 o .
OFF state, output terminal 7 of logic circuit 19
~7 Sequentially output H level signals from o to MOS
This is performed by sequentially turning on the transistors 5 1 to 5 o .
すなわち、ロジツク回路19の出力端子71か
らHレベルが出力されると、MOSトランジスタ
51がON状態となり、端子25に印加されてい
る正電圧がMOSトランジスタ91に印加される。
これによつてMOSトランジスタ91の両主電極間
にゲート電極の印加電圧に対応した電流が流れ、
抵抗81の両端にはキヤパシタ41の蓄積電圧に対
応した電圧が発生し、この電圧が光電変換トラン
ジスタ1i1の光情報信号として出力端子22から
出力される。以下同様にして、キヤパシタ41〜
4oに蓄積された電圧が順次出力端子22へ読出
され出力される。 That is, when an H level is output from the output terminal 71 of the logic circuit 19, the MOS transistor 51 is turned on, and the positive voltage applied to the terminal 25 is applied to the MOS transistor 91 .
As a result, a current corresponding to the voltage applied to the gate electrode flows between the two main electrodes of the MOS transistor 91 .
A voltage corresponding to the accumulated voltage of the capacitor 4 1 is generated across the resistor 8 1 , and this voltage is outputted from the output terminal 22 as an optical information signal of the photoelectric conversion transistor 1 i1 . Similarly, capacitor 4 1 ~
The voltages accumulated at 4 o are sequentially read out to the output terminal 22 and output.
こうして第i行目の光情報信号が読出される
と、同行の光電変換トランジスタ1i1〜1ioおよ
びキヤパシタ41〜4oのリフレツシユ動作が行わ
れる。 When the i-th row optical information signal is thus read out, the accompanying photoelectric conversion transistors 1 i1 to 1 io and the capacitors 4 1 to 4 o are refreshed.
まず、制御入力端子16よりHレベルを入力し
てMOSトランジスタ31〜3oをON状態、制御入
力端子26よりHレベルを入力してMOSトラン
ジスタ101〜10oをON状態とする。これによ
つて、キヤパシタ41〜4oに蓄積された電荷は、
MOSトランジスタ31〜3oおよび101〜10oを
介して放電される。また、同様に、光電変換トラ
ンジスタ1i1〜1ioのリフレツシユ動作は、入力
端子17iに正電圧を印加することによつて行わ
れる。 First, an H level is input from the control input terminal 16 to turn the MOS transistors 3 1 to 3 o on, and an H level is input from the control input terminal 26 to turn the MOS transistors 10 1 to 10 o on. As a result, the charges accumulated in the capacitors 4 1 to 4 o are
It is discharged through MOS transistors 3 1 to 3 o and 10 1 to 10 o . Similarly, the refresh operation of the photoelectric conversion transistors 1 i1 to 1 io is performed by applying a positive voltage to the input terminal 17 i .
以上のリフレツシユ動作が終了すると、光電変
換トランジスタ1i1〜1ioは蓄積動作を開始する。
これと併行して、第j行目の光電変換トランジス
タ1j1〜1joの読出し動作そしてリフレツシユ動
作が上述と同様にして行われる。 When the above refresh operation is completed, the photoelectric conversion transistors 1 i1 to 1 io start the storage operation.
In parallel with this, the read operation and refresh operation of the photoelectric conversion transistors 1 j1 to 1 jo in the j-th row are performed in the same manner as described above.
すなわち、各行の光情報信号を一括してキヤパ
シタ41〜4oにホールドしてからシリアルに出力
する構成であるために、ある行の読出しおよびリ
フレツシユ動作と他の複数の行の蓄積動作とを同
時に行うことができる。 That is, since the optical information signal of each row is collectively held in the capacitors 4 1 to 4 o and then outputted serially, the reading and refreshing operations of a certain row and the storage operations of other plural rows are Can be done at the same time.
なお、読出し動作およびリフレツシユ動作は一
行毎だけでなく、複数行を同時に行つてもよい。 Note that the read operation and refresh operation may be performed not only for each row but also for a plurality of rows simultaneously.
以上本発明の第2実施例である第4図の回路に
おける動作について説明してきたが、第4図の回
路の特徴は各行のリフレツシユ動作と、蓄積動作
と、サンプルホールド回路からの出力の読み出し
とが同時にできる点にある。従つて、各行のリフ
レツシユ動作から読み出し動作を行うまでの時間
が行によらず一定となるシーケンスで光電変換動
作をさせる事ができる。 The operation of the circuit shown in FIG. 4, which is the second embodiment of the present invention, has been described above. The characteristics of the circuit shown in FIG. can be done at the same time. Therefore, the photoelectric conversion operation can be performed in a sequence in which the time from the refresh operation to the read operation for each row is constant regardless of the row.
第5図は、上記第2実施例の動作説明をより明
確にするための動作シーケンス図である。 FIG. 5 is an operation sequence diagram for explaining the operation of the second embodiment more clearly.
同図において、記号Rで示した期間は光電変換
トランジスタからサンプルホールド回路61〜6o
への読み出し動作を表し、記号RSHで示した期間
はサンプルホールド回路61〜6oから出力端子2
2へのデータ読出しと光電変換トランジスタのリ
フレツシユ動作を表し、記号STで示した期間は
蓄積動作を表し、記号Wで示した期間は記号Wが
記された行以外のある特定の光電変換トランジス
タが読出しを行つている事を示している。すなわ
ち、期間Wでは、その光電変換トランジスタのベ
ース電位は負電位で蓄積動作状態であるが、その
エミツタ電位は、別の行の光電トランジスタのエ
ミツタからサンプルホールド回路へ読出しを行つ
ているために、正電位へ変化している。しかし、
この場合エミツタ電位とベース電位は逆バイアス
状態を維持しており、蓄積動作と同様となる。第
5図のにおいて、注目すべき点は各行の記号Rか
ら次に記号Rが現われるまでの時間が行によらず
一定になるという点である。行数mが多くなつた
場合、つまり高密度化して光センサセル数を多く
した場合は特に意味がある。すなわち、行数mが
多いと、第1行より第m行目までの出力を読み出
すのに多くの時間を要する。従つて、例えば全行
1度にリフレツシユを行つてから蓄積動作及び読
出し動作を行わせる場合、最後に読出す行では読
出し時間が長くなり、最初に読出す行と比較して
光電変換特性が大幅に変わつてしまう不都合が生
ずるわけであるが、本発明による第4図の回路お
よび第5図の動作シーケンスにおいては、リフレ
ツシユ動作から読出し動作までの時間が行によら
ず、一定となり上記欠点を改善できる。なお、第
4図に示した本発明による第2の実施例において
は、すべてのMOSトランジスタがNチヤンネル
MOSトランジスタで構成されている例を示した
が、PチヤンネルMOSトランジスタあるいはP
チヤンネルMOSトランジスタとNチヤンネル
MOSトランジスタを組み合せた相補型回路を適
宜に用いることができる。またサンプルホールド
回路のアンプとしてソースホロワタイプのアンプ
を用いた例を示したが、差動タイプ等の他の形式
のアンプを用いることも可能である。 In the same figure, the period indicated by the symbol R is the period from the photoelectric conversion transistor to the sample and hold circuits 6 1 to 6 o.
The period indicated by symbol R
The period indicated by the symbol ST indicates the storage operation, and the period indicated by the symbol W indicates that a certain photoelectric conversion transistor other than the row marked with the symbol W is activated. This indicates that reading is in progress. That is, in period W, the base potential of the photoelectric conversion transistor is negative potential and is in the storage operation state, but the emitter potential is read from the emitter of the photoelectric transistor in another row to the sample and hold circuit. The potential is changing to positive. but,
In this case, the emitter potential and base potential maintain a reverse bias state, which is similar to the storage operation. What should be noted in FIG. 5 is that the time from symbol R in each row until the next symbol R appears is constant regardless of the row. This is particularly significant when the number of rows m increases, that is, when the density is increased and the number of optical sensor cells is increased. That is, when the number of rows m is large, it takes a long time to read the output from the first row to the mth row. Therefore, for example, if all rows are refreshed once and then the storage and read operations are performed, the last row to be read will take a long time to read, and the photoelectric conversion characteristics will be significantly lower than the first row to be read. However, in the circuit of FIG. 4 and the operation sequence of FIG. 5 according to the present invention, the time from the refresh operation to the read operation is constant regardless of the row, which improves the above disadvantage. can. In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4, all MOS transistors are N-channel.
Although the example shown is composed of MOS transistors, P-channel MOS transistors or P-channel MOS transistors are also used.
Channel MOS transistor and N-channel
A complementary circuit combining MOS transistors can be used as appropriate. Further, although an example has been shown in which a source follower type amplifier is used as the sample and hold circuit amplifier, it is also possible to use other types of amplifiers such as a differential type amplifier.
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、複数の光センサセルの読出し信号を
一且容量素子に保持した後で順次出力するため
に、光センサセルの個数が増大しても高速読出し
動作を行うことができ、高解像度であるとともに
高速動作を行うことができる。
As explained in detail above, the photoelectric conversion device according to the present invention stores the readout signals of a plurality of optical sensor cells in one capacitor and then outputs them sequentially. It is possible to perform high-resolution and high-speed operation.
また、光センサセルを二次元配列した場合、各
光センサセルは読出し動作終了直後からリフレツ
シユ動作を行うことができるために、各光センサ
セルの蓄積動作期間が均一となり光電変換特性が
安定するとともに、従来のように読出し動作終了
後の遊び時間がなくなるために高速動作を行うこ
とができる。また、容量素子の電位のリセツトと
同時に第一の主電極領域が基準電位に設定され、
制御電極領域と第一の主電極領域との間が順バイ
アスされて制御電極領域に蓄積されたキヤパシタ
が消滅する。この時、第二の主電極領域は逆バイ
アス電位に保持されて制御電極領域の電位がリセ
ツトされるため、接合容量等に起因するノイズが
乗りにくく、リセツト動作も簡易なものとなる。 In addition, when the optical sensor cells are arranged in a two-dimensional manner, each optical sensor cell can perform a refresh operation immediately after the readout operation is completed, so the storage operation period of each optical sensor cell becomes uniform, the photoelectric conversion characteristics are stabilized, and the conventional Since there is no idle time after the read operation is completed, high-speed operation can be performed. Further, at the same time as resetting the potential of the capacitive element, the first main electrode region is set to the reference potential,
A forward bias is applied between the control electrode region and the first main electrode region to eliminate the capacitor accumulated in the control electrode region. At this time, the second main electrode region is held at a reverse bias potential and the potential of the control electrode region is reset, so that noise due to junction capacitance etc. is less likely to occur and the reset operation is simple.
第1図は本発明による光電変換装置を構成する
光センサセルの断面図である。第2図は該光セン
サセルの等価回路である。第3図は本発明による
光電変換装置の第1実施例の回路図である。第4
図は本発明による光電変換装置の第2実施例の回
路図である。第5図は本発明による光電変換装置
の第2実施例の動作シーケンス図である。第6図
は従来の光電変換装置の回路図である。
11〜1o,111〜1no…光電変換トランジスタ、
21〜2o,211〜2no…キヤパシタ、31〜3o…
MOSトランジスタ、41〜4o…キヤパシタ、51
〜5o…MOSトランジスタ、61〜6o…サンプル
ホールド回路、81〜8o…抵抗、91〜9o…MOS
トランジスタ、101〜10o…MOSトランジス
タ、21…アンプ、24…MOSトランジスタ。
FIG. 1 is a sectional view of a photosensor cell constituting a photoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 2 is an equivalent circuit of the optical sensor cell. FIG. 3 is a circuit diagram of a first embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention. Fourth
The figure is a circuit diagram of a second embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 5 is an operation sequence diagram of a second embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional photoelectric conversion device. 1 1 ~ 1 o , 1 11 ~ 1 no ...photoelectric conversion transistor,
2 1 ~ 2 o , 2 11 ~ 2 no ... capacitor, 3 1 ~ 3 o ...
MOS transistor, 4 1 ~ 4 o ... Capacitor, 5 1
~ 5o ...MOS transistor, 61 ~ 6o ...sample hold circuit, 81 ~ 8o ...resistor, 91 ~ 9o ...MOS
Transistor, 10 1 to 10 o ...MOS transistor, 21...amplifier, 24...MOS transistor.
Claims (1)
と、前記第一導電型とは異なる第二導電型の半導
体からなる第一及び第二の主電極領域と、を有
し、光エネルギーを受けることにより生成される
キヤリアを前記制御電極領域に蓄積可能な複数の
トランジスタと、 前記第一の主電極領域を選択的に基準電位に保
持する為の第1のスイツチと、 前記第一の主電極領域と前記トランジスタから
の信号を読出す為の容量素子とを選択的に接続す
る為の第2のスイツチと、 を具え、蓄積動作、読出し動作及びリフレツシユ
動作を行う光電変換装置において、 前記第二の主電極領域を前記蓄積動作、前記読
出し動作及び前記リフレツシユ動作中、前記制御
電極領域に対して逆方向にバイアスする手段と、 前記容量素子に読出された信号を順次走査する
為の走査手段と、 前記リフレツシユ動作時に、前記第1のスイツ
チ及び第2のスイツチを動作させて、前記第一の
主電極領域と前記容量素子とを前記基準電位に保
持し、前記制御電極領域と前記第一の主電極領域
との接合を順方向にバイアスして前記制御電極領
域と前記容量素子との電位をリセツトする手段
と、 を有することを特徴とする光電変換装置。[Claims] 1. A control electrode region made of a semiconductor of a first conductivity type, and first and second main electrode regions made of a semiconductor of a second conductivity type different from the first conductivity type. , a plurality of transistors capable of accumulating carriers generated by receiving optical energy in the control electrode region; a first switch for selectively holding the first main electrode region at a reference potential; a second switch for selectively connecting a first main electrode region and a capacitive element for reading out a signal from the transistor, and a photoelectric conversion device that performs an accumulation operation, a readout operation, and a refresh operation. Means for biasing the second main electrode region in a direction opposite to the control electrode region during the storage operation, the readout operation, and the refresh operation, and sequentially scanning the signals read out to the capacitive element. scanning means for maintaining the first main electrode region and the capacitive element at the reference potential by operating the first switch and the second switch during the refresh operation; and means for forward biasing a junction between the control electrode region and the first main electrode region to reset the potential of the control electrode region and the capacitor.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59273957A JPS61154371A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Photoelectric converting device |
| DE8585309496T DE3585516D1 (en) | 1984-12-26 | 1985-12-24 | IMAGE SENSOR ARRANGEMENT. |
| EP85309496A EP0187047B1 (en) | 1984-12-26 | 1985-12-24 | Image sensor device |
| DE3588227T DE3588227T2 (en) | 1984-12-26 | 1985-12-24 | Image sensor arrangement |
| EP91201327A EP0455311B1 (en) | 1984-12-26 | 1985-12-24 | Image sensor device |
| US07/022,605 US4831454A (en) | 1984-12-26 | 1987-03-05 | Image sensor device having plural photoelectric converting elements |
| US07/700,524 USRE34309E (en) | 1984-12-26 | 1991-05-14 | Image sensor device having plural photoelectric converting elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59273957A JPS61154371A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Photoelectric converting device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS61154371A JPS61154371A (en) | 1986-07-14 |
| JPH0523548B2 true JPH0523548B2 (en) | 1993-04-05 |
Family
ID=17534924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59273957A Granted JPS61154371A (en) | 1984-12-26 | 1984-12-27 | Photoelectric converting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61154371A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4819070A (en) * | 1987-04-10 | 1989-04-04 | Texas Instruments Incorporated | Image sensor array |
| JP3558516B2 (en) * | 1998-01-26 | 2004-08-25 | 三菱電機株式会社 | Analog signal amplifier and solid-state imaging device including the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58125982A (en) * | 1982-01-22 | 1983-07-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid state image pickup device |
| JPS59148473A (en) * | 1983-02-14 | 1984-08-25 | Junichi Nishizawa | Reading method of two-dimensional solid-state image pickup device |
-
1984
- 1984-12-27 JP JP59273957A patent/JPS61154371A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61154371A (en) | 1986-07-14 |
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