专利名称：光电转换设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电转换设备。
背景技术：
常规地已公开了在光电晶体管的基极中接收光并且从发射极输出放大的光电流的光电转换设备(例如，参见日本专利申请公开No. 2000-077644)。在低的光强度的情况下，光电晶体管产生轻微的基极电流。因此，光电晶体管的基极和发射极之间的再结合电流成分是电流的主要成分，由此导致从发射极到集电极的载流子注入不足。作为结果，电流放大比降低，并且，低光强度处的光电转换特性劣化。为了解决该问题，已公开了通过使电流流过基极而注入载流子的光电转换设备(例如，参见日本专利申请公开No. H08-264744)。遗憾地，日本专利申请公开No. H08-264744没有公开确定流过基极的电流的值的手段，并因此具有这样的问题，即，当光电晶体管的电流放大比降低时，不能注入适当的载流子。另外，日本专利申请公开NO.H08-264744具有另一问题，S卩，由于光电晶体管的多像素化和微小型化(microminiaturization),因此,不能将适当的载流子注入到大大地受到制造变化影响的各单个光电晶体管中。本发明的一个目的是，提供无论光电晶体管的电流放大比降低和光电晶体管的制造变化都能够获得良好的光电转换特性的光电转换设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种光电转换设备包括光电转换兀件，用于通过光电转换产生电流；晶体管，具有被输入通过所述光电转换元件产生的电流的基极，并且所述晶体管放大输入的电流并从该晶体管的发射极输出放大的电流；对数转换单元，用于对数转换从所述晶体管输出的电流；电流产生单元，用于将电流输入到所述晶体管的基极；以及电流控制单元，用于基于在所述光电转换元件的遮光状态下被所述对数转换单元进行对数转换的信号来控制从所述电流产生单元输出的电流。参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
图I是根据本发明的第一实施例的光电转换设备的示意性配置图。图2是根据本发明的第一实施例的电流控制单元的说明图。图3是描述光电晶体管的电流放大比具有基极电流依赖性的说明图。图4是根据本发明的第一实施例的光电转换特性图。图5是根据本发明的第二实施例的电流产生单元的详细示图。图6是根据本发明的第三实施例的电流产生单元的详细示图。图7是根据本发明的第四实施例的电流产生单元的详细示图。
具体实施例方式现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。将参照具体的实施例描述本发明。在本说明书中，基极与光电转换元件连接的晶体管被称为光电晶体管。注意，该术语只意味着其基极与光电转换元件连接，不应以任何方式被解释为对功能等进行限制。特别地，形成光电转换元件的阳极的半导体区域可被晶体管的基极共享。(第一实施例)图I是示出根据本发明的第一实施例的光电转换设备的示意性配置图。图I包括光电晶体管I和光电转换元件2(例如，光电二极管)，这里，光电转换元件2的阴极与电源电压节点连接。光电晶体管I被配置为使得其基极与光电转换元件2的阳极连接并且其集电极与电源电压节点连接。光电转换元件2通过光电转换将光转换成电信号以产生电流 (光电流)。光电晶体管I从其基极输入由光电转换兀件2产生的电流、放大输入的电流并且从发射极输出放大的电流。图I还包括对数转换单元3，所述对数转换单元3包含晶体管31、32和33以及恒流源34。双极(bipolar)晶体管31被配置为使得其集电极与光电晶体管I的发射极连接，并且其发射极与基准电压节点(地电势节点)连接。场效应晶体管 33被配置为使得其栅极与光电晶体管I的发射极连接，其漏极与电源电压节点连接，并且其源极与双极晶体管31的基极连接。恒流源34连接在双极晶体管31的基极和基准电压节点之间。双极晶体管32被配置为使得其基极与双极晶体管31的基极连接，并且其集电极与电源电压节点连接。对数转换单元3对数转换并输出从光电晶体管I输出的电流。图 I还包括信号累积单元4，所述信号累积单元4包含信号累积电容器41和晶体管42。场效应晶体管42被配置为使得其栅极与端子43连接，其漏极与双极晶体管32的发射极连接， 并且其源极与端子Vout连接。信号累积电容器41连接在端子Vout和基准电压节点之间。 信号累积单元4在信号累积电容器41中累积通过对数转换单元3对数转换的信号(光电流)，以保持可作为电压信号从端子Vout取得的光电流时间累积信号。可通过端子43的电压控制即通过接通和关断晶体管42来控制累积时间。图I还包括电流产生单元5，所述电流产生单元5输出用于将载流子注入到光电晶体管I的基极的电流la。图I还包括电流控制单元6，所述电流控制单元6基于在光电转换元件2的遮光状态中在位于信号累积单元4 中的信号累积电容器41中累积的信号来控制从电流产生单元5输出的电流la。电流控制单元6可通过监视当光电转换设备执行与在遮光状态中的光累积操作相同的累积操作时的输出端子Vout的输出电压来控制输出电流la。图2是示出电流控制单元6的配置例子的框图。图2包括比较预设值与在信号累积电容器41中累积的信号的值的信号比较单元61。上述的预设值为例如允许在光电转换元件2的遮光状态中预先(preliminarily)测量的光电晶体管I的电流放大比基本上为理想值的发射极电压。图2还包括基于信号比较单元61的比较结果而执行用于控制电流产生单元5的计算的控制计算单元62。图2还包括输出用于基于控制计算单元62的计算结果而控制电流产生单元5的控制信号的控制信号产生单元63。图3是示出低的光强度处的光电晶体管I的电流放大比的降低的曲线图。在图3 中，横轴表示光电晶体管I的基极电流，并且，纵轴表示光电晶体管I的电流放大比。图3 示出表示光电晶体管I的电流放大比不依赖于光电晶体管I的基极电流的“理想”特性和具有基极电流依赖性的“实际测量”。如图3所示，随着基极电流减小，实际电流放大比减小。其原因是，当基极电流减小到最小时，基极和发射极之间的再结合电流成分是电流的主要成分，从而导致从发射极到集电极的载流子的注入不足。作为结果，在光电转换设备的低光强度区域中，光电转换特性的线性劣化。图4是示出图I所示的光电转换设备的光电转换特性的例子的曲线图。在图4中， 横轴表不等于光电晶体管I的基极电流的光电流，纵轴表不输出端子Vout的输出电压。在图4中，由“理想”指示的绘制线表示光电晶体管I的电流放大比是理想的。在图4中，由 “现有技术”指示的绘制线相当于不从图I所示的电流产生单元5输出电流Ia的情况。在这种情况下，关于由“理想”指示的绘制线，光电流的降低使线性劣化。与此对照，图4中的由“实施例”指示的绘制线相当于从图I所示的电流产生单元5输出适当的电流Ia的情况， 从而指示低光强度区域中的光电转换特性的线性的改善。因此，通过输出用于将载流子从图I所示的电流产生单元5注入到光电晶体管I 的基极的电流Ia，改善低光强度处的光电转换特性的线性。此外，可通过电流控制单元6控制要从电流产生单元5输出的电流la。例如，可以考虑这样一种方法，在该方法中，预先设定光电晶体管I的电流放大比不依赖于基极电流的理想情况下的遮光时的累积信号值；然后，基于预设的累积信号值与当在遮光状态中执行累积操作时输出端子Vout的输出电压之间的差值电压来控制电流产生单元5。电流控制单元6基于在光电转换元件2的遮光状态中在信号累积单元4中累积的信号值与在光电晶体管I的电流放大比不具有基极电流依赖性的情况下的信号值之间的差值来控制要从电流产生单元5输出的电流la。遮光时的累积操作的累积时段与光入射时的累积操作的累积时段相同。本实施例可利用对数转换特性，以改善低光强度区域中的光电转换特性，并且输出不影响电流放大比不依赖于基极电流的光强度区域中的光电转换特性的适当的电流la。 作为结果，本实施例不需要在后面的级(stage)中具有用于校正加到光电晶体管I上的电流成分的电路，并且不需要在光累积时段期间控制输出电流la。因此，本实施例可以在不使电路配置和系统配置复杂化的情况下改善光电转换特性的线性。此外，电流产生单元5可在光累积时段期间仅输出恒定电流Ia，并且不需要根据入射到光电转换元件2上的光的量和累积时间在光累积时段期间控制电流la。电流产生单元5在接通晶体管42并且在信号累积单元4中写入信号的时段期间在光电转换元件2的光入射状态(非遮光状态)中输出恒定电流值。因此，本实施例可以在不使电路配置和系统配置复杂化的情况下改善光电转换特性的线性。本实施例包括基于光电晶体管I的光电流值来控制电流产生单元5的电流控制单元6。因此，无论光电晶体管I的电流放大比降低和光电晶体管的制造变化，本实施例都可将适当的载流子注入光电晶体管I的基极中并且获得良好的光电转换特性。已通过以对于每个光电晶体管I设置电流产生单元5和电流控制单元6的对的情况为例描述了本实施例，但是，本发明不限于这种情况。例如，在光电转换设备包括多个光电晶体管的情况下，可仅针对典型的光电晶体管设置电流控制单元6，以控制电流产生单元 5，由此获得类似的效果。(第二实施例)图5是根据本发明的第二实施例的电流产生单元5的配置例子。图5示出进一步详细描述图I中的电流产生单元5的实施例。图5中的光电晶体管I、光电转换元件2、对数转换单元3、信号累积单元4和电流控制单元6与图I中的相同。电流产生单元5包含电阻器兀件55和电压源56。电阻器兀件55的一端与光电转换兀件2的阳极和光电晶体管I 的基极电连接；电阻器元件55的另一端与电压Va的电压节点连接。电压源56通过电流控制单元6的控制而产生电压Va。具体地，电压源56向电阻器元件55供给产生要加到光电晶体管I的基极的电流Ia所需的适当的电压Va。因此，由以上的原因，本实施例可改善低光强度区域中的光电转换特性的线性。已通过以对于每个光电晶体管I设置电流控制单元 6和电压源56的对的情况为例描述了本实施例，但是，本发明不限于这种情况。例如，在光电转换设备包括多个光电晶体管的情况下，可与多个光电晶体管共享电压源56,并且,可仅针对典型的光电晶体管设置电流控制单元6，以控制电压源56，由此获得类似的效果。(第三实施例)图6是根据本发明的第三实施例的电流产生单元5的配置例子。图6示出进一步详细描述图I中的电流产生单元5的实施例。图6中的光电晶体管I、光电转换元件2、对数转换单元3、信号累积单元4和电流控制单元6与图I中的相同。电流产生单元5包含可变电阻器兀件57。可变电阻器兀件57的一端与光电转换兀件2的阳极和光电晶体管I的基极电连接；可变电阻器元件57的另一端与诸如电压源的恒定电压Va的节点电连接。可变电阻器元件57的电阻器值由电流控制单元6控制，并由此可以控制要加到光电晶体管I 的基极的电流Ia。因此，在光电转换设备包括多个光电晶体管的情况下，可根据每个光电晶体管的特性供给适当的输出电流Ia。作为结果，多像素化的光电转换设备可获得良好的光电转换特性。(第四实施例)图7是根据本发明的第四实施例的电流产生单元5的配置例子。图7示出进一步详细描述图I中的电流产生单元5的实施例。图7中的光电晶体管I、光电转换元件2、对数转换单元3、信号累积单元4和电流控制单元6与图I中的相同。电流产生单元5包含P 型MOS场效应晶体管58。P型MOS场效应晶体管58被配置为使得其漏极与诸如电压源的恒定电压Va的节点电连接；其源极与光电转换元件2的阳极和光电晶体管I的基极电连接； 其栅极与电流控制单元6电连接。但是，连接关系不限于上面所述的那些，例如，场效应晶体管58的源极和漏极之一可以与恒定电压Va的节点连接，该场效应晶体管的源极和漏极中的另一个可以与光电晶体管I的基极连接。电流控制单元6可通过控制P型MOS场效应晶体管58的栅极和源极之间的电压来控制要加到光电晶体管I的基极的电流Ia。因此，在光电转换设备包括多个光电晶体管的情况下，可根据每个光电晶体管的特性供给适当的输出电流Ia。此外，与具有图5和图6所示的电阻器元件的其它实施例相比，本实施例可用更容易的方式控制微电流(microcurrent)。而且,与使用电阻器元件的实施例相比,使用p 型MOS场效应晶体管58的本实施例可减小元件的尺寸。作为结果，多像素化和微小型化的光电转换设备可获得良好的光电转换特性。以上的实施例仅是体现本发明的例子，并且不应被解释为对于本发明的技术范围进行限制。具体地，在不背离本发明的技术思想或本质特性的情况下，可以用各种形式实现本发明。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种光电转换设备，包括光电转换元件，用于通过光电转换产生电流；晶体管，具有被输入通过所述光电转换元件产生的电流的基极，所述晶体管放大输入的电流并从该晶体管的发射极输出放大的电流；对数转换单元，用于对数转换从所述晶体管输出的电流；电流产生单元，用于将电流输入到所述晶体管的基极；以及电流控制单元，用于基于在所述光电转换元件的遮光状态下通过所述对数转换单元被对数转换的信号而控制从所述电流产生单元输出的电流。
2.根据权利要求I的光电转换设备，其中所述电流产生单元包括信号比较单元，用于比较通过所述对数转换单元被对数转换的信号的信号值与预先确定的值；和控制信号产生单元，用于基于所述信号比较单元的比较的结果而输出用于控制所述电流产生单元的控制信号。
3.根据权利要求I的光电转换设备，还包括信号累积单元，用于累积通过所述对数转换单元被对数转换的信号，其中所述电流控制单元基于在所述光电转换元件的遮光状态下由所述信号累积单元累积的信号而控制来自所述电流产生单元的输出电流。
4.根据权利要求3的光电转换设备,其中所述电流控制单元基于在所述光电转换元件的遮光状态下由所述信号累积单元累积的信号值与在所述晶体管的电流放大比没有基极电流依赖性的条件下的信号值之间的差值来控制来自所述电流产生单元的输出电流。
5.根据权利要求3的光电转换设备,其中所述电流产生单元在所述光电转换元件的光入射状态下将信号写入到所述信号累积单元的时段期间输出具有恒定值的电流。
6.根据权利要求I的光电转换设备，其中所述电流产生单元包含电阻器元件，连接在电压节点与所述晶体管的基极之间，电压源，在所述电流控制单元的控制下产生所述电压节点的电压。
7.根据权利要求I的光电转换设备，其中所述电流产生单元包含可变电阻器元件，连接在恒定电压节点和所述晶体管的基极之间，并具有由所述电流控制单元控制的电阻值。
8.根据权利要求I的光电转换设备，其中所述电流产生单元包含场效应晶体管，所述场效应晶体管的源极和漏极之一与恒定电压节点连接，所述场效应晶体管的源极和漏极中的另一个与所述晶体管的基极连接，并且，所述场效应晶体管的栅极与所述电流控制单元连接。
全文摘要
本发明涉及光电转换设备。提供无论光电晶体管的电流放大比降低和光电晶体管的制造变化都能够获得良好的光电转换特性的光电转换设备。所述光电转换设备包括通过光电转换产生电流的光电转换元件；其基极被输入通过光电转换元件产生的电流的晶体管，所述晶体管放大输入的电流并从发射极输出放大的电流；对数转换从晶体管输出的电流的对数转换单元；将电流输出到晶体管的基极的电流产生单元；以及基于在光电转换元件的遮光状态下通过对数转换单元被对数转换的信号控制电流产生单元的输出电流的电流控制单元。
文档编号H04N5/3745GK102595056SQ20121000676
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者小林秀央, 黑田享裕 申请人:佳能株式会社