JPH0693764B2

JPH0693764B2 - 光電変換装置

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Publication number: JPH0693764B2
Application number: JP4327572A
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: 1992-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH05344424A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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
ランジスタの複数と、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。

【０００２】

【従来の技術】図６ (Ａ）は、特開昭６０−１２７５９
号公報〜特開昭６０−１２７６５号公報に記載されてい
る光電変換装置の平面図、図６ (Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線
断面図、図７は、その等価回路図である。

【０００３】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、Ｓｉ₃Ｎ₄、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。

【０００４】各光電変換セルは次のような構成を有す
る。

【０００５】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１
０４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。

【０００６】このように各領域が形成されたｎ^-領域１
０３上には酸化膜１０６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。

【０００７】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。

【０００８】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１
１３が入射され、光量に対応したキャリアがｐ領域１０
４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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００１２】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。

【００１３】図８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。

【００１４】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。

【００１５】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Ｖｂ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。

【００１６】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＝ｔｏとし、ベース電位Ｖ
ｂ＝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＝ｔｏ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。

【００１７】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、残像時間が生起するという問題点を
有していた。

【００１８】図８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ｔｏ
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、読出し動作が行われる。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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】図９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。

【００２２】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。

【００２３】

【課題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の複数と、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、前記複数の
トランジスタの各々の制御電極領域に、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、前記半導体領域に接続され、前記複数のトラ
ンジスタにおけるピーク信号を検出する為のピーク信号
検出回路を具備することを特徴とする。

【００２４】

【作用】このように、上記制御電極領域と上記半導体領
域とでダイオード構造を形成するために、該半導体領域
に適当な電圧を印加することで、上記制御電極領域にキ
ャリアを注入することができる。そのために、たとえば
上記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。

【００２５】さらに、強い光照射を受けた場合であって
も、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。

【００２６】また、半導体領域に接続され、複数のトラ
ンジスタにおけるピーク信号を検出する為のピーク信号
検出回路を設けることで、半導体領域からピーク値検出
を容易に行うことができるために、測光機能を有する撮
像装置を容易に構成することができる。

【００２７】

【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。

【００２８】図１（Ａ）は、本発明による光電変換装置
の一実施例の光電変換セルの平面図、図１ (Ｂ）は、そ
のＡ−Ａ線断面図、図２は、その等価回路図である。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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の一部より構成され
る。

【００３３】次に、上記構造を有する本実施例の光電変
換セルの動作を説明する。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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（図８参照）。したがって、
リフレッシュ時間ｔｏ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るた
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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】図３は、図１の光電変換セルを二次元的に
配列した撮像装置の回路図、図４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。

【００４２】図３において、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′，２
５″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φｆが印加される。

【００４３】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２５，２
５′，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。

【００４４】光電変換セル２０の電極１０は、行毎に水
平ライン２７，２７′，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。

【００４５】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３３，３３′，３３″を介して出
力ライン３４に接続されている。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】次に、このような撮像装置の動作を図４を
参照しながら説明する。

【００４９】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２
７，２７′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。

【００５０】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′，２
９″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ＯＮ状態となり、
出力ライン３４の残留電位がリフレッシュされる。

【００５１】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３
８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３４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。

【００５２】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。

【００５３】次に、時点ｔ₄において、パルス信号φｆ
₁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。

【００５４】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。

【００５５】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φ
ｒ₂、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φｆ₃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。

【００５６】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。

【００５７】図５ (Ａ）は、図１の光電変換セルを用い
た本発明の撮像装置（光電変換装置）の一実施例を示す
回路図、図５ (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。

【００５８】図５ (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４４，４４′，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。

【００５９】垂直ライン４４，４４′，４４″は各々ト
ランジスタ４５，４５′，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。

【００６０】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４８，４
８′，４８″のゲート電極はライン４９を介して端子５
０に共通に接続され、端子５０には信号φｔ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′，５
１″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。

【００６１】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。

【００６２】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φｌｒ
ｓが印加される。また、トランジスタ５７の出力端子５
８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。

【００６３】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。

【００６４】次に、このような構成を有する撮像装置の
動作を図５ (Ｂ）を参照しながら説明する。

【００６５】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。

【００６６】続いて、時点ｔ₁において、パルス信号φ
ｔが立上がり、トランジスタ４８，４８′，４８″がＯ
Ｎ状態となる。これによって、電荷蓄積用キャパシタ５
１，５１′，５１″が接地状態となり、残留電荷が除去
される。

【００６７】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）。

【００６８】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φｌｒｓ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。

【００６９】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）。

【００７０】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４８，４
８′，４８″をＯＮ状態とし、垂直ライン４４，４
４′，４４″と電荷蓄積用キャパシタ５１，５１′，５
１″とを各々接続状態にする。

【００７１】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５１，５
１′，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。

【００７２】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φｌｒ
ｓのパルスが端子５６に印加される。これによってトラ
ンジスタ４８，４８′，４８″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。

【００７３】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′，５
１″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φｌｒ
ｓ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。

【００７４】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。

【００７５】

【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、制御電極領域とダイオード構造を形成してい
る。したがって、この半導体領域に適当な電圧を印加す
ることで、上記制御電極領域に適時キャリアを注入する
ことができる。そのために、たとえばリフレッシュ動作
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。

【００７６】また、強い光照射を受けた場合であって
も、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。

【００７７】さらに、上記半導体領域からピーク値検出
を容易に行うことができるために、測光機能を有する撮
像装置を容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明による光電変換装置の光電変換
セルの概略的平面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図２】図１の光電変換セルの等価回路図である。

【図３】図１の光電変換セルを用いた撮像装置の回路図
である。

【図４】図３の撮像装置の動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。

【図５】（Ａ）は図１の光電変換セルを用いた本発明の
撮像装置の一実施例を示す回路図、（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。

【図６】（Ａ）は従来の光電変換装置の概略的平面図、
（Ｂ）はそのＩ−Ｉ線断面図である。

【図７】図６の光電変換装置の等価回路図である。

【図８】リフレッシュ動作時のベース電位の経時変化を
示すグラフである。

【図９】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。

【符号の説明】

１基板２ｎ^- エピタキシャル層４ｐベース領域５ｎ⁺エミッタ領域６ｎ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61−144062（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−285757（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−128678（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の複数
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、前記複数のトランジスタの各々の制御電
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、前記半導体領域に
接続され、前記複数のトランジスタにおけるピーク信号
を検出する為のピーク信号検出回路を具備することを特
徴とする光電変換装置。