JPH06101814B2

JPH06101814B2 - 光電変換装置

Info

Publication number: JPH06101814B2
Application number: JP60252654A
Authority: JP
Inventors: 成利須川; 信義田中; 敏司鈴木; 忠弘大見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-11-13
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS62113469A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、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
なり容量負荷を含む出力回路に電気的に接続された第一
の主電極領域と、第二導電型の半導体からなる第二の主
電極領域と、を有し、入射光により生成されるキャリア
を前記制御電極領域に蓄積可能なトランジスタと、蓄積されたキャリアに基づいて信号を読出した後のリフ
レッシュ動作において、前記第一の主電極領域を基準電
位に保持し、前記制御電極領域に蓄積されたキャリアを
除く為のリフレッシュ手段と、を具備し、蓄積動作、読み出し動作、及びリフレッシュ
動作を行う光電変換装置に関する。

［従来技術］第４図（Ａ）は、特開昭60−12759号公報〜特開昭60−1
2765号公報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。

各図において、ｎシリコン基板101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SiO₂、Si₃N
₄、又はポリシリコン等より成る素子分離領域102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103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104が形成され、ｐ領域104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105が形成されて
いる。ｐ領域104およびn⁺領域105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103上には酸化膜1
06が形成され、酸化膜106上に所定の面積を有するキャ
パシタ電極107が形成されている。キャパシタ電極107は
酸化膜106を挟んでｐ領域104と対向しキャパシタC_OXを
形成する。このキャパシタ電極107にパルス電圧が印加
されることで、浮遊状態にされたｐ領域104の電位が制
御される。

その他に、n⁺領域105に接続されたエミッタ電極108、エ
ミッタ電極108から信号を外部へ読出す配線109、キャパ
シタ電極107に接続された配線110、基板101の裏面に不
純物濃度の高いn⁺領域111、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112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104は負電位の初期状態
にあるとする。このｐ領域104に光113が入射し、光量に
対応したキャリアがｐ領域104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
の電位変化によってエミッタ・コレクタ間電流が制御さ
れ、浮遊状態にしたエミッタ電極108から入射光量に対
応した電気信号を読出す（読出し動作）。また、ｐ領域
104に蓄積されたキャリアを除去するには、エミッタ電
極108を接地し、キャパシタ電極107にリフレッシュ用正
電圧パルスを印加する。この正電圧を印加することでｐ
領域104はn⁺領域105に対して順方向にバイアスされ、蓄
積されたキャリアが除去される。そしてリフレッシュ用
パルスが立下がると、ｐ領域104は負電位の初期状態に
復帰する（リフレッシュ動作）。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
発生したキャリアを、ベースであるｐ領域104に蓄積
し、その蓄積電荷量によってエミッタ電極108とコレク
タ電極112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
増幅機能により電荷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キャリアの電荷量、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・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、ほ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。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、リフレッシュ動作におけるリフレッシュ用正
電圧がキャパシタ電極107に印加されている間のベース
電位Vbの変化は次式から求めることができる。

ただし、Cbeはベース・エミッタ間容量、Cbcはベース・
コレクタ間容量、Ibはベース電流を各々表わす。

第５図は、リフレッシュ用正電圧が印加されている間の
ベース電位Vbの時間変化を示すグラフである。

同グラフにおいて、リフレッシュ用パルスが印加された
時点の初期ベース電位は、蓄積電圧Vpの大きさによって
異なる。すなわち、初期状態で負電位であったベース電
位が蓄積動作によって蓄積電圧Vpだけ正方向に変化した
状態において、リフレッシュ用正電圧パルスがキャパシ
タ電極107に印加されると、初期ベース電位はその蓄積
電圧Vp分だけ高くなるからである。

また、同グラフに示すように、初期ベース電位の大きさ
によって初期ベース電位が維持される時間は異なるが、
その時間経過後は初期ベース電位に関係なくベース電位
Vbは一律に低下する。したがってリフレッシュ時間ｔが
十分長ければ、蓄積電圧Vpの大小に関係なくベース電位
Vbをほぼ0Vにすることができ、リフレッシュ用パルスが
立下がった時点でベース電位Vbを初期状態の所定の負電
位に復帰させることができる。

しかしながら、実際は高速動作を達成するために、リフ
レッシュ時間ｔ＝t₀とし、ベース電位Vb＝Vkとなった時
点でリフレッシュ動作を終了している。このようにベー
ス電位Vbに残留電位が存在しても、リフレッシュ時間ｔ
＝t₀でベース電位Vbが常に一定の電位Vkであれば、リフ
レッシュ用パルスが立下がった時点でベース電位Vbを一
定の負電位に復帰させることができ、その負電位を初期
状態とすることができる。

しかしながら、従来の光電変換装置では、リフレッシュ
動作が繰返されると、残留電位Vkが徐々に低下してしま
い、残像現象が生起するという問題点を有していた。

第５図において、例えば高照度セルの初期ベース電位が
0.8V、低照度セルの初期ベース電位が0.4Vであったとす
る。そしてリフレッシュ時間t₀が経過すると、高照度の
セルのベース電位Vbは所定の残留電位Vkとなるが、低照
度セルのベース電位Vbは残留電位V₁となり、Vkより低下
する。この状態でリフレッシュ用パルスが立下がると、
低照度セルのベース電位Vbは初期状態である負電位より
低下し、この低い電位から蓄積、読出し動作を行われ
る。したがって低照度状態でリフレッシュ動作が繰返さ
れると、ベース電位の残留電位は徐々に低下し、この状
態で高照度状態となっても入射光量に対応した出力より
低い出力しか得ることができない。すなわち、残像現象
が現われる。

この原因としては、リフレッシュ動作を繰返すことで、
ベース領域中の正孔が再結合し、不足することが考えら
れる。したがって、不足した正孔を補うことができない
低照度状態が続くと残像現象が顕著となるわけである。

さらに、従来の光電変換装置ではマトリクス状に配列す
ると、次に述べるようにブルーミング現象が生じるとい
う問題点も有していた。

第６図は、従来の光電変換装置を用いたエリアセンサの
概略的回路図である。同図において、従来の光電変換セ
ル120は３×３のマトリクス状に配列され、そのエミッ
タ電極108は列毎に垂直ラインに共通接続されている。
また、キャパシタ電極107は行毎に共通接続され、垂直
走査部からの正電圧によって行毎に読出し又はリフレッ
シュ動作が行われる。

ところが、ある光電変換セルが蓄積動作時に強い光照射
を受け、そのベース領域104の電位がエミッタ領域105の
電位よりも高くなると、読出し動作を行っていないにも
関わらず、そのエミッタ電極108が接続されている垂直
ラインの電位が上昇してしまう。そのために、同一の垂
直ラインにエミッタ電極105が接続された他の光電変換
セルが読出し動作を行っていると、当該他の光電変換セ
ルが光照射を受けていない場合でも読出し信号が垂直ラ
インに出力された状態となる。すなわち、この場合は垂
直方向にブルーミング現象が現われてしまう。

［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、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
なり容量負荷を含む出力回路に電気的に接続された第一
の主電極領域と、第二導電型の半導体からなる第二の主
電極領域と、を有し、入射光により生成されるキャリア
を前記制御電極領域に蓄積可能なトランジスタと、蓄積されたキャリアに基づいて信号を読出した後のリフ
レッシュ動作において、前記第一の主電極領域を基準電
位に保持し、前記制御電極領域に蓄積されたキャリアを
除く為のリフレッシュ手段と、を具備し、蓄積動作、読み出し動作、及びリフレッシュ
動作を行う光電変換装置において、前記制御電極領域に、前記第一の主電極領域とは別に、
前記第二導電型であって前記第一の主電極領域より不純
物濃度の低い半導体領域が設けられるとともに、前記リフレッシュ手段による前記リフレッシュ動作前に
前記半導体領域を介して前記制御電極領域にキャリアの
注入を行う手段と、前記制御電極領域へのキャリアの蓄
積に応じて前記制御電極領域と前記半導体領域との間が
順方向にバイアスされるように前記半導体領域を前記蓄
積動作中に所定の電位に保持する手段と、を具備するこ
とを特徴とする。

［作用］本発明によれば、前記制御電極領域と前記半導体領域と
でダイオード構造を形成し、リフレッシュ動作前に前記
半導体領域に適当な電圧を印加して前記制御電極領域に
キャリアの注入を行うことで、リフレッシュ動作開始時
に制御電極領域の電位を十分高くすることができ、リフ
レッシュ動作終了時の制御電極領域の電位を所望の一定
値にすることができる。すなわち、従来のような残像現
象の発生が防止される。

さらに、強い光照射を受けた場合であっても、順方向に
バイアスされた上記ダイオード構造を通して過剰なキャ
リアが除去されるために、ブルーミング現象の発生も防
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（Ａ）は、本発明による光電変換装置の一実施例
の平面図、第１図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図、第１
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n^-エピタキシャル
層２が形成され、その中に素子分離領域３によって相互
に電気的に分離された光電変換セルが配列されている。
ただし、素子分離領域３は、SiO₂、Si₃N₄、ポリシリコ
ン又はn⁺拡散領域等より成る。

n^-エピタキシャル層４上には、バイポーラトランジスタ
の制御電極領域たるｐベース領域４が不純物拡散又はイ
オン注入法等によって形成され、更にその中に第一の主
電極領域たるn⁺エミッタ領域５と、ｐベース領域４の不
純物濃度と同程度の濃度を有するｎ領域６とが不純物拡
散又はイオン注入法等によって形成されている。ここで
は、ｎ領域６とｐベース領域４とでダイオード構造が形
成されている。

このように形成されたn^-エピタキシャル層２上には酸化
膜７が形成され、酸化膜７上にはｐベース領域４にパル
スを印加するためのキャパシタ電極８がポリシリコン等
で形成されている。

その他に、n⁺エミッタ領域５に接続されたエミッタ電極
９、ｎ領域６に接続された電極10、基板１の裏面のn⁺領
域11およびコレクタ電極12、そして各光電変換セル上の
保護膜13が各々形成されている。

なお、第二の主電極領域たるコレクタはn^-エピタキシャ
ル層２及びｎシリコン基板１の一部により構成される。

次に、上記構成を有する本実施例の動作を説明する。

まず、蓄積動作において、ｐベース領域４は負電位の初
期状態にあり、エミッタ領域５はゼロ電位の浮遊状態
に、キャパシタ電極８はゼロ電位に、ダイオードを形成
するｎ領域６はゼロ又は若干負電位に各々設定されてい
る。なお、コレクタ電極12は以後正電位に保持される。
この状態で光が入射し、光量に対応したキャリア（ここ
では正孔）がｐベース領域４に蓄積される。

ここで、強い光が照射されてｐベース領域４の電位が大
きく上昇すると、ｐベース領域４とｎ領域６とで構成さ
れるダイオードが順方向にバイアスされた状態となり、
ｐベース領域４に過剰に蓄積された正孔は電極10を通し
て外部へ除去される。したがって、n⁺エミッタ領域５の
電位は変化せず、ブルーミング現象は発生しない。

次に、読出し動作において、n⁺エミッタ領域５およびｎ
領域６を浮遊状態とし、キャパシタ電極８に読出し用正
電圧パルスを印加する。これによって既に述べたよう
に、エミッタ電極９へ入射光量に対応した電気信号が読
出される。

次に、正孔注入動作において、キャパシタ電極８はゼロ
電位に、n⁺エミッタ領域５は浮遊状態に各々設定され
る。そして、ダイオードを構成するｎ領域６に適当な正
電位を印加してダイオードを逆バイアス状態とし、その
空乏層を電極10まで到達させる。これによってパンチス
ルー的な動作が起こり、ｎ領域６を通してｐベース領域
４へ正孔が注入され、ｐベース領域４の電位が上昇す
る。

次に、リフレッシュ動作において、n⁺エミッタ領域５お
よびｎ領域６は接地される。この状態で、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と、ｐベ
ース領域４に蓄積された正孔はn⁺エミッタ領域５および
ｎ領域６を通して除去される。ただし、ｐベース領域４
の電位は前記正孔注入動作によって十分高くなっている
ために、リフレッシュパルス印加直後の初期ベース電位
は、暗状態であった場合でも、残留電位Vkより十分高く
なる（第５図参照）。したがって、リフレッシュ時間t₀
が経過した時点で、ｐベース領域４の電位は照度の高低
に関係なく一定電位Vkとなる。この状態でリフレッシュ
用の正電圧パルスが立下がりために、ｐベース領域４は
常に一定負電位の初期状態となる。

このように、正孔注入動作を挿入することによって、リ
フレッシュ動作を繰返してもｐベース領域９の正孔が不
足することはなくなり、低照度状態での残像現象を完全
に防止することができる。

次に、このような構造と基本動作を有する光電変換セル
を二次元的に配列して構成した撮像装置の一例を図面を
用いて説明する。

第２図（Ａ）は、本実施例を二次元的に配列した撮像装
置の回路図、第２図（Ｂ）は、その動作を説明するため
のタイミングチャートである。

第２図（Ａ）において、本実施例である光電変換セル20
は３×３のマトリクス状に配列され、光電変換セル20の
キャパシタ電極８は行毎に水平ライン21、21′、21″に
各々共通接続されている。各水平ラインは、トランジス
タ23、23′、23″を介して端子24に接続され、端子24に
は読出し用正電圧パルスφｒが印加される。また、各水
平ラインはトランジスタ25、25′、25″を介して端子26
に接続され、端子26にはリフレッシュ用正電圧パルスφ
ｆが印加される。

トランジスタ23、23′、23″の各ゲート電極には、垂直
シフトレジスタ22からパルス信号φr₁〜φr₃が各々印加
され、トランジスタ25、25′、25″の各ゲート電極に
は、同じく垂直シフトレジスタ22からパルス信号φf₁〜
φf₃が各々印加される。

光電変換セル20の電極10は、行毎に水平ライン27、2
7′、27″に共通接続され、各水平ラインには垂直シフ
トレジスタ28からパルス信号φ₁〜φ₃が各々印加され
る。

また、光電変換セル20のエミッタ電極９は、列毎に垂直
ライン29、29′、29″に各々共通接続されている。各垂
直ラインは、リフレッシュ用のトランジスタ30、30′、
30″を介して接地されるとともに、光電変換セルの読出
し信号をシリアルに出力するためのトランジスタ33、3
3′、33″を介して出力ライン34に接続されている。

トランジスタ30、30′、30″の各ゲート電極は端子31に
共通接続され、端子31にはパルス信号φrsが印加され
る。また、トランジスタ33、33′、33″の各ゲート電極
には水平シフトレジスタ32からパルス信号φh₁〜φh₃が
各々印加される。

出力ライン34は、リフレッシュ用トランジスタ36を介し
て接地されるとともに、信号増幅用のトランジスタ35の
ゲート電極に接続され、増幅された信号が端子38から出
力される。

次に、このような撮像装置の動作を第２図（Ｂ）を参照
しながら説明する。

まず、時点t₁まで蓄積動作が行われ、各光電変換セル20
には入射光量に対応した正孔がｐベース領域４に各々蓄
積されているものとする。ただし、既に述べたように、
一部の光電変換セル20に強い光が入射しても、過剰な正
孔は電極10を通して水平ライン27、27′又は27″に除去
されるために、垂直ライン29、29′、29″はゼロ電位で
浮遊状態を維持している。

時点t₁において、パルス信号φr₁が立上がることでトラ
ンジスタ23がON状態となり、続いてパルスφｒが立上が
り水平ライン21に読出し用正電圧が印加され、第一行目
の光電変換セル20が読出し動作を開始する。この読出し
動作によって、第一行目の光電変換セルの読出し信号が
垂直ライン29、29′、29″に現われる。読出し動作が終
了すると、パルス信号φlrsによってトランジスタ36がO
N状態となり、出力ライン34の残留電荷がリフレッシュ
される。

時点t₂において、パルス信号φh₁が立上がりトランジス
タ33がON状態となる。これによって、垂直ライン29に読
出されていた一行一列の光電変換セルの信号がトランジ
スタ33および出力ライン34を介してトランジスタ35に入
力し、増幅されて端子38から出力される。この出力動作
が終了するとパルス信号φlrsが立上がり、出力ライン3
4がリフレッシュされる。続いて、パルス信号φh₂およ
びφh₃が順次立上がり、同様にして一行二列および一行
三列の光電変換セルの信号が順次端子38から出力され、
その都度出力ライン34はリフレッシュされる。

出力動作が終了すると、時点t₃において垂直シフトレジ
スタ28のパルス信号φ₁が立上がり、第一行目の光電変
換セル20の電極10に正電圧が印加され、既に述べたよう
な正孔注入動作が行われる。

次に、時点t₄において、パルス信号φf₁およびφrsが立
上がり、トランジスタ25がON状態となるとともに、トラ
ンジスタ30、30′、30″がON状態となり各垂直ラインは
接地される。続いて、パルス信号φｆが立上がり、水平
ライン21にリフレッシュ用正電圧パルスが印加され、既
に述べたようにリフレッシュ動作が行われる。

こうして第一行目の光電変換セル20について、読出し、
正孔注入およびリフレッシュの各動作が終了し、時点t₅
から蓄積動作が開始される。

このような第一行目と同様な動作が、時点t₅から第二行
目の、時点t₆から第三行目の各光電変換セル20について
行われる。すなわち、パルス信号φr₂、φ₂およびφf₂
が順次立上がることによって第二行目の光電変換セル20
が選択され、読出し、正孔注入およびリフレッシュの各
動作が行われる。そして時点t₆において、第二行目が蓄
積動作に入ると同時に、パルス信号φr₃、φ₃およびφf
₃が順次立上がり第三行目の光電変換セル20が選択さ
れ、上記各動作が同様に行われる。第三行目が蓄積動作
に入ると、第一行目が選択され、以下、同様に繰返され
る。

このようにして、全ての光電変換セル20の入射光強度に
対応した読出し信号が端子38からシリアルに出力され
る。なお、各行の光電変換セル20の蓄積動作を行う時間
は一定であるために、例えばテレビビデオカメラ等への
応用が可能である。

第３図（Ａ）は、本実施例を用いた撮像装置の第二例を
示す回路図、第３図（Ｂ）は、その撮像装置の動作を示
すタイミングチャートである。

第３図（Ａ）において、三個の光電変換セル20は一次元
に配列され、各コレクタ電極12は共通に接続されて正電
圧が印加される。また、各キャパシタ電極８はライン40
を介して端子41に共通に接続され、端子41には読出し又
はリフレッシュ動作を行うためのパルス信号φｒが印加
される。さらに、エミッタ電極９は、各々垂直ライン4
4、44′、44″に接続され、ダイオードの電極10は水平
ライン42に共通に接続されている。水平ライン42は制御
回路43に接続され、パルス信号φｉが印加されるか又は
接地される。

垂直ライン44、44′、44″は各々トランジスタ45、4
5′、45″を介して接地されている。また、トランジス
タ45、45′、45″の各ゲート電極はライン46を介して端
子47に共通に接続され、端子47には信号φrsが印加され
る。

さらに、垂直ライン44、44′、44″は各々トランジスタ
48、48′、48″の一方の主電極に接続されている。ま
た、トランジスタ48、48′、48″のゲート電極はライン
49を介して端子50に共通に接続され、端子50には信号φ
ｔが印加される。トランジスタ48、48′、48″の他方の
主電極は、それぞれ電荷蓄積用のキャパシタ51、51′、
51″を介して接地されているとともに、トランジスタ5
3、53′、53″を介して出力ライン54に接続されてい
る。

トランジスタ53、53′、53″のゲート電極はシフトレジ
スタ52の並列出力端子に各々接続され、各並列出力端子
からは信号φh₁〜φh₃が出力される。

出力ライン54は、出力ライン54をリフレッシュするため
のトランジスタ55を介して接地されているとともに、出
力アンプであるトランジスタ57のゲート電極に接続され
ている。トランジスタ55のゲート電極は端子56に接続さ
れ、端子56には信号φlrsが印加される。また、トラン
ジスタ57の出力端子58はキャパシタおよびアンプ59を介
して出力端子60に接続されている。

また、制御回路43の出力端子は、増幅器59の増幅度選択
端子に接続され、水平ライン42からの入力信号に基づい
て増幅器59の増幅度を調整する。

次に、このような構成を有する撮像装置の動作を第３図
（Ｂ）を参照しながら説明する。

まず、パルス信号φrsおよびφlrsをハイレベルにする
ことで、トランジスタ45、45′、45″およびトランジス
タ55をON状態にする。これによって、光電変換セル20の
各エミッタ電極８および出力ライン54は接地状態にな
り、出力ライン54の残留電荷が除去される。

続いて、時点t₁において、パルス信号φｔが立上がり、
トランジスタ48、48′、48″がON状態となる。これによ
って、電荷蓄積用キャパシタ51、51′、51″が接地状態
となり、残留電荷が除去される。

続いて、時点t₂において、信号φｔのパルスが立下が
り、制御回路43からのパルス信号φｉが立上がる。これ
によって時点t₃まで水平ライン42に正電圧が印加され、
各光電変換セル20のｐベース領域４に正孔が注入される
（正孔注入動作）。

時点t₃において、パルス信号φｉが立下がり、水平ライ
ン42は接地電位に設定される。また、パルス信号φｒが
立上がり、各光電変換セル20のキャパシタ電極８にリフ
レッシュ用の正電圧が印加される。各エミッタ電極８は
接地状態にあるから、すでに述べたようにリフレッシュ
動作が行われ、時点t₄で信号φｒが立下がると各光電変
換セルのｐベース領域４は負電位の初期状態に復帰す
る。リフレッシュ動作が終了すると、信号φrsおよびφ
lrsは立下がり、トランジスタ45、45′、45″および55
はOFF状態となる。

この状態で、各光電変換セル20のｐベース領域４には入
射光によって励起された電子・正孔対のうちの正孔が光
情報として蓄積され、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圧分だけ各々上昇する
（蓄積動作）。

蓄積動作を所望時間行うと、まず、制御回路43によって
水平ライン42は浮遊状態にされる。また信号φｔをハイ
レベルにしてトランジスタ48、48′、48″をON状態と
し、垂直ライン44、44′、44″と電荷蓄積用キャパシタ
51、51′、51″とを各々接続状態にする。

続いて、時点t₅において、信号φｒが立上がり各光電変
換セルのキャパシタ電極８に読出し用正電圧が印加され
る。これによって、すでに述べたように読出し動作が行
われ、各光電変換セル20の光情報に対応した読出し信号
が電荷蓄積用キャパシタ51、51′、51″に各々蓄積され
る。これと同時に、各光電変換セル20の光情報に対応し
た読出し信号は各ダイオードを通して電極10にも出力さ
れる。しかし、各電極10は浮遊状態の水平ライン42に共
通接続されているために、水平ライン42には入射光量が
最も高かった光電変換セルの読出し信号がピーク電圧と
して現われる。制御回路43は、このピーク電圧に基づい
て増幅器59の増幅度を調整し、読出し信号の大小の広が
りを抑制するとともに、自動的な絞りの役割を果たす。

このようにして増幅器59の増幅度が調整されると、信号
φｒおよびφｔが立下がり、信号φlrsのパルスが端子5
6に印加される。これによってトランジスタ48、48′、4
8″がOFF状態となり、また出力ライン54がリフレッシュ
される。

続いて、時点t₆からシフトレジスタ52を動作させ、電荷
蓄積用キャパシタ51、51′、51″から蓄積された各読出
し信号を順次出力する。まず、シフトレジスタ52の第一
出力端子から出力されるパルス信号φh₁が立上がること
で、トランジスタ53がON状態となり、電荷蓄積用キャパ
シタ51に蓄積されている読出し信号が出力ライン54に読
出される。読出された信号は、トランジスタ57を介して
増幅度が調整された増幅器59に入力し、端子60から外部
へ出力される。続いて、信号φh₁が立下がると、信号φ
lrsが立上がり、出力ライン54がトランジスタ55を介し
て接地されて残留する電荷が除去される。

以下同様に、シフトレジスタ52から出力される信号φh₂
およびφh₃が順次立上がり、電荷蓄積用キャパシタ51、
51′、51″に蓄積されている各読出し信号が出力ライン
54に順次読出されるとともに、各信号が読出される毎に
パルス信号φlrsが立上がり、出力ライン54はリフレッ
シュされる。こうして、全ての光電変換セル20の読出し
信号が増幅度の調整された増幅器59からシリアルに出力
される。以下同様に、リフレッシュ、蓄積および読出し
の各動作が繰返されるが、読出し動作を行う毎にピーク
値が検出されて増幅器59の増幅度が調整される。

［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、トランジスタの第一の主電極領域と同一導電型で不
純物濃度の低い半導体領域を制御電極領域に設け、制御
電極領域と半導体領域とでダイオード構造を形成し、リ
フレッシュ動作前に前記半導体領域に適当な電圧を印加
して前記制御電極領域にキャリアの注入を行うことで、
リフレッシュ動作開始時に制御電極領域の電位を十分高
くすることができ、リフレッシュ動作終了時の制御電極
領域の電位を所望の一定値にすることができる。すなわ
ち、従来のような残像現象の発生が防止される。

また、強い光照射を受けた場合であっても、順方向にバ
イアスされた上記ダイオード構造を通して過剰なキャリ
アが除去されるために、ブルーミング現象の発生も防止
できる。

【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概略的平
面図、第１図（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図、第１図
（Ｃ）は、その等価回路図、第２図（Ａ）は、本実施例を用いた撮像装置の第一例の
回路図、第２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３図（Ａ）は、本実施例を用いた撮像装置の第二例の
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（Ａ）は、従来の光電変換装置の概略的平面図、
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、第５図は、リフレッシュ動作時のベース電位の経時変化
を示すグラフ、第６図は、従来の光電変換装置を用いた撮像装置の一例
を示す回路図である。１……基板、２……n^-エピタキシャル層４……ｐベース領域５……n⁺エミッタ領域６……ｎ領域８……キャパシタ電極９……エミッタ電極 10……電極 12……コレクタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−12761（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−12762（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−285757（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−128678（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−144062（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−185368（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
なり容量負荷を含む出力回路に電気的に接続された第一
の主電極領域と、第二導電型の半導体からなる第二の主
電極領域と、を有し、入射光により生成されるキャリア
を前記制御電極領域に蓄積可能なトランジスタと、蓄積されたキャリアに基づいて信号を読出した後のリフ
レッシュ動作において、前記第一の主電極領域を基準電
位に保持し、前記制御電極領域に蓄積されたキャリアを
除く為のリフレッシュ手段と、を具備し、蓄積動作、読み出し動作、及びリフレッシュ
動作を行う光電変換装置において、前記制御電極領域に、前記第一の主電極領域とは別に、
前記第二導電型であって前記第一の主電極領域より不純
物濃度の低い半導体領域が設けられるとともに、前記リフレッシュ手段による前記リフレッシュ動作前に
前記半導体領域を介して前記制御電極領域にキャリアの
注入を行う手段と、前記制御電極領域へのキャリアの蓄
積に応じて前記制御電極領域と前記半導体領域との間が
順方向にバイアスされるように前記半導体領域を前記蓄
積動作中に所定の電位に保持する手段と、を具備するこ
とを特徴とする光電変換装置。