专利名称：光电转换器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电转换器件。
背景技术：
为了提高由诸如数字照相机和数字视频照相机之类的照相机捕获的图像的质量，光电转换器件需要使低照度处的光检测范围变宽。已经公开了一种光电转换器件，该光电转换器件将由光电转换器产生的电流输入到晶体管的基极，并且从该晶体管的发射极输出放大后的电流(参见日本专利公开No. 2000-077644)。根据每单位时间产生的电流以及后续级中的信号处理电路能够检测信号的范围来确定在日本专利公开No. 2000-077644中描述的光电转换器件的光检测范围。作为使光检测范围变宽的方法，减少每单位时间产生的电流的方法是可用的。不幸的是，在该情况下，在使高照度光检测范围变宽的同时，低照度光检测范围变窄，因为低照度光检测范围受到后续级中的信号处理电路能够检测微小信号的范围的限制。
发明内容
本发明提供了一种在不使低照度光检测范围变窄的情况下在使高照度光检测范围变宽方面有利的光电转换器件。本发明的第一方面提供了一种光电转换器件，其包括将光转换成电流的第一光电转换器；将光转换成电流的第二光电转换器；第一双极晶体管，所述第一双极晶体管将从第一光电转换器输入到第一双极晶体管的基极的电流放大，并且从第一双极晶体管的多个发射极中的每一个发射极输出放大后的电流；第二双极晶体管，所述第二双极晶体管将从第二光电转换器输入到第二双极晶体管的基极的电流放大，并且从第二双极晶体管的多个发射极中的每一个发射极输出放大后的电流；以及电流相加器，所述电流相加器将来自第一双极晶体管的多个发射极中的一个发射极的电流与来自第二双极晶体管的多个发射极中的一个发射极的电流相加，由此获得和电流(sum current)。从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
图1是示出了根据本发明第一实施例的光电转换器件的示意性电路图；图2是用于说明根据本发明第一实施例的光检测范围的曲线图；图3是用于说明根据本发明第一实施例的光检测范围的曲线图；图4是示出了根据本发明第一实施例的光电转换器件的电路图；图5是示出了根据本发明第二实施例的光电转换器件的示意性电路图；图6是示出了根据本发明第二实施例的光电转换器件的电路图；图7是示出了根据本发明第三实施例的光电转换器件的示意性电路图；图8是示出了根据本发明第四实施例的光电转换器件的示意性电路图9是示出了根据本发明第五实施例的光电转换器件的示意性电路图；图10是示出了在本发明第五实施例中的对数压缩电路的电路图；以及图11是示出了在本发明第五实施例中的信号蓄积电路的电路图。
具体实施例方式(第一实施例)图1是示出了根据本发明第一实施例的光电转换器件的示意性电路图。光电转换器件包括第一光电转换器1、第二光电转换器2、第一电流放大器(第一双极晶体管)3、第二电流放大器(第二双极晶体管)4以及电流相加器9。第一电流放大器3能够使用其基极与第一光电转换器1连接的第一 npn双极晶体管。第二电流放大器4能够使用其基极与第二光电转换器2连接的第二 npn双极晶体管。第一电流放大器3使用包括多个发射极5和6的多发射极。第二电流放大器4也使用包括多个发射极7和8的多发射极。第一光电转换器1是例如光电二极管，该光电二极管的阴极与电源电位节点连接并且该光电二极管的阳极与第一电流放大器3的基极连接。第一电流放大器3的集电极与电源电位节点连接。第二光电转换器2是例如光电二极管，该光电二极管的阴极与电源电位节点连接并且该光电二极管的阳极与第二电流放大器4的基极连接。第二电流放大器4的集电极与电源电位节点连接。光电转换器1和2将光光电转换成电流。第一电流放大器3放大从第一光电转换器1输入到其基极的电流，并且从多个发射极5和6中的每一个发射极输出放大后的电流。第二电流放大器4放大从第二光电转换器2输入到其基极的电流，并且从多个发射极7和8中的每一个发射极输出放大后的电流。电流相加器9将来自第一电流放大器3的一个发射极5的电流与来自第二电流放大器4的一个发射极7的电流相加，并且输出所获得的和电流。第一电流放大器3的另一发射极6输出放大后的电流，第二电流放大器4的另一发射极8输出放大后的电流，并且同时，电流相加器9输出所获得的和电流。图2是示出了在从一组发射极5和6或者一组发射极7和8输出的电流之间的比为1 1时光量与每单位时间的电流之间的关系的曲线图。附图标记20表示描述在日本专利公开No. 2000-077644中的光量与电流之间的关系的函数；而附图标记21表示描述光量与从发射极6或8输出的电流之间的关系的函数。附图标记22表示能够由后续级中的信号处理电路检测的电流的范围。电流22的上限受到电路电流饱和的限制，并且其电流下限受到电路噪声的限制。附图标记23表示在日本专利公开No. 2000-077644中的光检测范围；而附图标记M表示由通过发射极6或8获得的电流限定的光检测范围。能够通过减少每单位时间的电流来使由通过发射极6或8获得的电流限定的高照度光检测范围变宽。此外，从电流相加器9输出的和电流等于由函数20表示的电流。因此，图1所示出的光电转换器件具有光检测范围25，因此能够在不使低照度光检测范围变窄的情况下使高照度光检测范围变宽。图3是示出了在从一组发射极5和6以及一组发射极7和8输出的电流之间的比为1 2时光量与每单位时间的电流之间的关系的曲线图。附图标记20、22和23表示与图2中相同的特征。附图标记25表示描述光量与从发射极6或8输出的电流之间的关系的函数；并且附图标记27表示与附图标记22所表示的范围对应的光检测范围。此外，附图标记沈表示描述光量与从电流相加器9输出的电流之间的关系的函数；并且附图标记28表示与附图标记22所表示的范围对应的光检测范围。因此，图1所示出的光电转换器件具有光检测范围29，因此通过改变从一组发射极5和6或者一组发射极7和8输出的电流之间的比能够使高照度光检测范围和低照度光检测范围变宽。图4示出电流相加器9的详细电路的示例。参考图4，附图标记1到8表示与图1中相同的元件。电流相加器9能够包括例如npn双极晶体管101、102、103和104以及pnp双极晶体管105和106。双极晶体管101的集电极和基极与发射极5连接，并且双极晶体管101的发射极与基准电位节点连接。双极晶体管102的基极与发射极5连接，双极晶体管102的集电极与双极晶体管104的集电极连接，并且双极晶体管102的发射极与基准电位节点连接。双极晶体管103的集电极和基极与发射极7连接，并且双极晶体管103的发射极与基准电位节点连接。双极晶体管104的基极与发射极7连接。双极晶体管105的集电极和基极与双极晶体管104的集电极连接，并且双极晶体管105的发射极与基准电位节点连接。双极晶体管106的基极与双极晶体管105的基极连接。一组双极晶体管101和102以及一组双极晶体管103和104中的每一组双极晶体管均形成电流镜电路。从发射极5和7输出的信号分别经由包括双极晶体管101和102的电流镜电路以及包括晶体管103和104的电流镜电路而通过由双极晶体管105和106形成的电流镜电路相加，并且从双极晶体管106的集电极107输出和信号。根据图1和图4所示出的第一实施例，来自第一光电转换器1的信号能够通过发射极6获得，来自第二光电转换器2的信号能够通过发射极8获得，并且来自第一光电转换器1的信号与来自第二光电转换器2的信号的和信号能够通过电流相加器9获得。此外，能够同时获得来自光电转换器1和2的信号以及来自第一光电转换器1的信号与来自第二光电转换器2的信号的和信号。因此，在低照度时使用从电流相加器9输出的和信号，并且在高照度时使用从发射极6或8输出的信号，由此与日本专利公开No. 2000-077644相比，使得可以使光电转换器件的光检测范围变宽。(第二实施例)图5是示出了根据本发明第二实施例的光电转换器件的示意性电路图。参考图5，附图标记1到8表示与图1中相同的元件。再次参考图5，电流相加器10具有其中它将从发射极6和7输出的电流相加并且输出获得的和的模式。电流相加器10还具有其中它直接输出从发射极6输出的电流的模式。电流相加器10的模式能够由向相加控制器12提供的信号来确定。类似地，电流相加器11与发射极5和8连接，并且具有其中它使来自发射极5和8的电流相加并且输出获得的和的模式以及其中它直接输出从发射极8输出的电流的模式。电流相加器11的模式能够由向相加控制器13提供的信号来确定。图6示出电流相加器10和11的详细电路的示例。参考图6，附图标记1到8表示与图5中相同的元件。再次参考图6，电流相加器10包括双极晶体管201到206，其具有分别与图4所示出的双极晶体管101到106相同的布置。一组双极晶体管201和202以及一组双极晶体管203和204中的每一组双极晶体管均形成电流镜电路。从发射极6和7输出的信号分别经由包括双极晶体管201和202的电流镜电路以及包括晶体管203和204的电流镜电路而通过由双极晶体管205和206形成的电流镜电路相加，并且从双极晶体管206的集电极209输出和信号。η型MOS (金属氧化物半导体)场效应晶体管207形成相加控制器12。MOS场效应晶体管207的栅极与端子208连接，MOS场效应晶体管207的漏极与双极晶体管202的集电极连接，并且MOS场效应晶体管207的源极与双极晶体管204的集电极连接。在端子208的电压处于高电平时，来自发射极6的信号与来自发射极7的信号的和信号被输出到集电极209。然而，在端子208的电压处于低电平时，从发射极6输入的信号被直接输出到集电极209。类似地，电流相加器11包括双极晶体管301到306，其具有分别与图4所示出的双极晶体管101到106相同的布置。η型MOS场效应晶体管307形成相加控制器13。MOS场效应晶体管307的栅极与端子308连接，MOS场效应晶体管307的漏极与双极晶体管304的集电极连接，并且MOS场效应晶体管307的源极与双极晶体管302的集电极连接。在端子308的电压处于高电平时，将来自发射极5的信号与来自发射极8的信号相加，并且获得的和被输出到双极晶体管306的集电极309。然而，在端子308的电压处于低电平时，从发射极8输入的信号被直接输出到集电极309。电流相加器10响应于经由端子208的相加指示而输出上述和电流，并且响应于经由端子208的非相加指示而输出来自第一电流放大器3的一个发射极6的电流。类似地，电流相加器11响应于经由端子308的相加指示而输出上述和电流，并且响应于经由端子308的非相加指示而输出来自第二电流放大器4的另一发射极8的电流。根据图5和图6所示出的第二实施例，通过适当地确定要向相加控制器12和13提供的信号的组合，能够输出来自光电转换器1和2的信号(非和信号)，或者能够同时输出非和信号与和信号。因此，在低照度时使用和信号，并且在高照度时使用非和信号，由此与日本专利公开No. 2000-077644相比，使得可以使光电转换器件的光检测范围变宽。此外，在第一实施例中输出三个系统的信号，而在第二实施例中输出两个系统的信号，因此与第一实施例中相比，在第二实施例中在后续级中的信号处理电路的数量能够更小，因此允许降低成本。(第三实施例)图7是示出了根据本发明第三实施例的光电转换器件的示意性电路图。参考图7，附图标记3到9表示与图1中相同的元件。再次参考图7，附图标记400表示光电转换器1和2的截面。η型阱402被形成在ρ型半导体衬底401上。η型阱402与电源电位节点连接。η型区403和404被形成在η型阱402中，以便具有与η型阱402不同的浓度。ρ型区405和406被分别布置在η型区403和404中，由此形成用作光电转换器1和2的ρη结光电二极管。P型区405与第一电流放大器3连接，并且ρ型区406与第二电流放大器4连接。注意，η型区403和404被形成为具有不同的尺寸。因此，η型区403和404通过光电转换产生不同的电流，因此用作具有不同灵敏度的光电转换器1和2。第一光电转换器1的光接收部分的面积和第二光电转换器2的光接收部分的面积彼此不同，因此它们以不同的灵敏度将光转换成电流。如上所述，从发射极6输出由η型区403产生的信号，从发射极8输出由η型区404产生的信号，并且同时，从电流相加器9输出由η型区403产生的信号和由η型区404产生的信号的和信号。与第一和第二实施例相比，这使得可以使光电转换器件的光检测范围进一步变宽。(第四实施例)图8是示出了根据本发明第四实施例的光电转换器件的示意性电路图。参考图8，附图标记3到9表示与图1中相同的元件。再次参考图8，附图标记500表示光电转换器1和2的截面。η型阱502被形成在ρ型半导体衬底501上。ρ型区503被布置在η型阱502中，由此形成用作第二光电转换器2的ρη结光电二极管。ρ型区503经由ρ+型区域504和505与第二电流放大器4连接。η型区506被布置在ρ型区503上。ρ型区507被布置在η型区506上，并且η型区510被布置在ρ型区507上，由此形成用作第一光电转换器1的ρη结光电二极管。ρ型区507经由ρ+型区域508和509与第一电流放大器3连接。η型阱502和η型区510与电源电位节点连接。注意，ρ型区503和507被形成在ρ型半导体衬底501中的不同深度处，并且因此能够针对不同波长带中的光束来获得信号。第一光电转换器1和第二光电转换器2被设置在ρ型半导体衬底501中的不同深度处，并且因此以不同的灵敏度将光转换成电流。如上所述，能够分别由发射极8和6以及电流相加器9来获得由深区域中的第二光电转换器2产生的信号、由浅区域中的第一光电转换器1产生的信号以及由两个光电转换器1和2产生的信号的和信号。与第一到第三实施例相比，这使得可以使光电转换器件的光检测范围进一步变宽。在本实施例中，检测来自具有不同深度的区域的信号。因此，在高照度时，能够利用不同颜色信号作为白平衡信息。(第五实施例)图9是示出了根据本发明第五实施例的光电转换器件的示意性电路图。参考图9，附图标记1到9表示与图1中相同的元件。第五实施例中的光电转换器件包括对数转换器14和信号蓄积器15。对数转换器14包括对数转换电路14a、14b和14c。信号蓄积器15包括信号蓄积电路15a、Mb和15c。对数转换电路Ha对来自发射极6的电流进行对数转换，并且将对数转换后的信号输出到信号蓄积电路15a。信号蓄积电路1 蓄积由对数转换电路Ha对数转换后的信号。对数转换电路14b对从电流相加器9输出的电流进行对数转换，并且将对数转换后的信号输出到信号蓄积电路15b。信号蓄积电路1 蓄积由对数转换电路14b对数转换后的信号。对数转换电路Hc对来自发射极8的电流进行对数转换，并且将对数转换后的信号输出到信号蓄积电路15c。信号蓄积电路15c蓄积由对数转换电路14c对数转换后的信号。图10示出对数转换电路14a、14b和Hc中的每一个的详细电路的示例。对数转换电路600与对数转换电路14a、14b和14c中的每一个对应，并且包括晶体管601、602和603以及恒流源604。经由输入线605输入来自电流放大器3或4或者电流相加器9的信号，并且经由输出线606输出对数转换后的信号。对数转换电路600对来自输入线605的信号进行对数转换，并且将对数转换后的信号输出到输出线606。图11示出信号蓄积电路15a、15b和15c中的每一个的详细电路的示例。信号蓄积电路700与信号蓄积电路15a、1 和15c中的每一个对应，并且包括晶体管702和703以及蓄积电容701。在通过控制端子705的电压而使晶体管702保持导通时，在蓄积电容701中蓄积从对数转换电路600输出的信号704。因此，基于由光电转换器1或2产生的电流的光的时间蓄积信号被保持在蓄积电容701中，并且能够在通过控制端子706的电压来使晶体管703导通时作为电压信号707而被提取。该实施例能够提供能够通过对数转换来有效地获得宽的光检测范围的光电转换器件。根据第一到第五实施例，在低照度时使用由电流相加器9到11中的一个获得的和电流，并且在高照度时使用来自第一电流放大器3和/或第二电流放大器4中的每一个的发射极的电流，由此使得可以使光检测范围变宽。
虽然在上述第一到第五实施例中已经以其中来自两个光电转换器1和2的信号由电流相加器9、10和11中的一个相加的情况为例，但是本发明不限于此。在例如来自三个或更多个光电转换器的信号由电流相加器相加时，也能够获得相同的效果。此外，虽然在上述实施例中已经以其中电流放大器3和4中的每一个包括两个发射极的情况为例，但是本发明不限于此。在例如每个电流放大器包括三个或更多个发射极并且改变要用于相加的光电转换器的组合时，也能够获得相同的效果。此外，虽然在上述实施例中已经以其中电流相加器9 11使用双极晶体管的情况为例，但是在它们使用MOS场效应晶体管时也能够获得相同的效果。注意，所有上述实施例仅仅给出了实际上实践本发明的示例，并且不能被解释为限制本发明的技术范围。也就是说，在不脱离本发明的主要特征或技术概念的情况下能够以各种形式实践本发明。能够将第一到第五实施例组合成各种形式。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。
权利要求
1.一种光电转换器件，包括将光转换成电流的第一光电转换器；将光转换成电流的第二光电转换器；第一双极晶体管，所述第一双极晶体管将从第一光电转换器输入到第一双极晶体管的基极的电流放大，并且从第一双极晶体管的多个发射极中的每一个发射极输出放大后的电流；第二双极晶体管，所述第二双极晶体管将从第二光电转换器输入到第二双极晶体管的基极的电流放大，并且从第二双极晶体管的多个发射极中的每一个发射极输出放大后的电流；以及电流相加器，所述电流相加器将来自第一双极晶体管的多个发射极中的一个发射极的电流与来自第二双极晶体管的多个发射极中的一个发射极的电流相加，由此获得和电流。
2.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中第一双极晶体管的多个发射极中的另一发射极输出放大后的电流，第二双极晶体管的多个发射极中的另一发射极输出放大后的电流，并且所述电流相加器输出所述和电流。
3.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中所述电流相加器响应于相加指示而输出所述和电流，并且响应于非相加指示而输出来自第一双极晶体管和第二双极晶体管中的一个的多个发射极中的所述一个发射极的电流。
4.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中第一光电转换器和第二光电转换器以不同的灵敏度将光转换成电流。
5.根据权利要求4所述的光电转换器件，其中第一光电转换器的光接收部分的面积和第二光电转换器的光接收部分的面积彼此不同。
6.根据权利要求4所述的光电转换器件，其中第一光电转换器和第二光电转换器被设置在半导体衬底中的不同深度处。
7.根据权利要求1所述的光电转换器件，还包括对数转换器，所述对数转换器对来自第一双极晶体管的所述另一发射极的电流、来自第二双极晶体管的所述另一发射极的电流和从所述电流相加器输出的电流进行对数转换；以及信号蓄积器，所述信号蓄积器蓄积由所述对数转换器对数转换后的信号。
全文摘要
本发明涉及一种光电转换器件，其具有将光转换成电流的第一光电转换器；将光转换成电流的第二光电转换器；第一双极晶体管，所述第一双极晶体管将从第一光电转换器输入到第一双极晶体管的基极的电流放大，并且从第一双极晶体管的多个发射极中的每一个发射极输出放大后的电流；第二双极晶体管，所述第二双极晶体管将从第二光电转换器输入到第二双极晶体管的基极的电流放大，并且从第二双极晶体管的多个发射极中的每一个发射极输出放大后的电流；以及电流相加器，所述电流相加器将来自第一双极晶体管的多个发射极中的一个发射极的电流与来自第二双极晶体管的多个发射极中的一个发射极的电流相加，由此获得和电流。
文档编号H04N5/369GK102572310SQ20111031063
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者黑田享裕 申请人:佳能株式会社