光电转换装置和图像产生装置的制作方法

本公开涉及光电转换装置和图像产生装置。

背景技术：

传统上，利用具有光电流放大功能的光电晶体管的光电转换单元被称为光电换能器。例如，见日本专利号5674096。在该光电转换单元中，通过放电(重置)当读取光电转换单元时累积在光电晶体管中的电荷而进行放电(重置)累积在其光电晶体管中的电荷的过程。

但是，当接收强烈的光能时或者当需要延长的累积时间时，光电转换单元可能难以在预定的读取时间内完全重置累积在光电晶体管中的电荷。

技术实现要素：

在一个方面中，本公开提供能够减少重置在光电晶体管中累积的电荷所需要的时间的光电转换装置。

在一个实施例中，本公开提供了光电转换装置，其包括光电转换单元以及基极电势设置单元，该光电转换单元具有集电极区、发射极区和基极区，并且包括光电晶体管以根据到所述光电晶体管的入射光的强度产生输出电流；并且该基极电势设置单元被配置来建立光电晶体管的基极电势使得来自光电转换单元的输出电流等于预定的电流值。

本发明的目标和优点将通过在权利要求中具体指出的元件和组合的方式实现或者获得。将理解的是，前述一般描述和以下具体描述两者是示例性和说明性的并且不限制所要求的本发明。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的光电转换装置的等效电路图。

图2是解释根据第一实施例的光电转换装置的操作的流程图。

图3是示出当进行累积过程时根据第一实施例的光电转换装置的状态的的示意图。

图4是示出当进行积分器重置过程时根据第一实施例的光电转换装置的状态的的示意图。

图5是示出当进行单元选择过程时根据第一实施例的光电转换装置的状态的的示意图。

图6是示出当进行单元重置过程时根据第一实施例的光电转换装置的状态的的示意图。

图7是示出根据现有技术的光电转换装置的等效电路图。

图8是用于解释当重置光电晶体管时基极-到-发射极电压的改变的示意图。

图9A和图9B是示出积分器的输出电压和流逝的时间之间的关系的曲线。

图10是示出根据第二实施例的光电转换装置的等效电路图。

图11是用于解释根据第二实施例的光电转换装置的操作的流程图。

图12是示出当进行累积过程时根据第二实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图13是示出当进行积分器重置过程时根据第二实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图14是示出当进行单元选择过程时根据第二实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图15是示出当进行单元重置过程时根据第二实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图16是示出根据第三实施例的光电转换装置的等效电路图。

图17是用于解释根据第三实施例的光电转换装置的操作的流程图。

图18是示出当进行累积过程时根据第三实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图19是示出当进行积分器重置过程时根据第三实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图20是示出当进行单元选择过程时根据第三实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图21是示出当进行单元重置过程时根据第三实施例的光电转换装置的状态的示意图。

图22是示出图像产生装置的配置的示意图。

具体实施方式

将参考附图给出对实施例的说明。

[第一实施例]

首先，将描述根据第一实施例的光电转换装置1的配置。图1是示出根据第一实施例的光电转换装置1的等效电路图。

如图1中所示，光电转换装置1包括，像素单元10、被布置用于像素单元10的积分器20、被布置为用于读取信号电荷的路径的输出线30、被布置为从输出线30的路径分叉出来的恒定电流源40、以及被布置为将像素单元10与积分器20的输出连接的重置线50。

像素单元10是光电转换单元的示例，并且包括积分器20、输出线30、恒定电流源40和重置线50的上述配置是基极电势设置单元的示例。

像素单元10包括电压源V_cc、光电晶体管11、单元选择开关12(其被布置为信号电荷读取单元)和单元重置开关13。

光电晶体管11具有双极型结构，包括集电极区C、发射极区E和基极区B。光电晶体管11根据到光电晶体管11的入射光的强度产生输出电流。

集电极区C连接到电压源V_cc。

发射极区E连接到单元选择开关12。当单元选择开关12被导通时，光电晶体管11的发射极区E经由单元选择开关12连接到输出线30。积分器20连接到输出线30，并且来自发射极区E的信号电荷被转移到积分器20。

基极区B连接到单元重置开关13。当单元重置开关13被导通时，基极区B经由单元重置开关13连接到重置线50。积分器20的输出连接到重置线50，并且积分器20的输出被供应到基极区B。

积分器20被布置到输出线30，从该输出线30接收从光电晶体管11输出的光电流。积分器20被配置来进行从光电晶体管11输出的光电流的积分过程。在所述积分过程中，根据光电流的电荷在读取时间中累积，累积的电荷被转换为电压，并且从积分器20输出电压。积分器20包括运算放大器21、电容器22、积分电容器连接开关23和积分器重置开关24。

积分电容器连接开关23可以是被配置来将电容器22连接到运算放大器21并且将连接器22从运算放大器21断开的开关。积分器重置开关24可以是被配置来放电在电容器22中累积的信号电荷(或者被配置来进行积分器重置过程)的开关。

恒定电流源40经由恒定电流源连接开关41连接到输出线30，其中该输出线30输出来自光电晶体管11的光电流。

接着，将描述根据第一实施例的光电转换装置1的操作的示例。图2是用于解释根据第一实施例的光电转换装置1的操作的流程图。图3到6是示出当进行各种过程时根据第一实施例的光电转换装置1的各种状态的示意图。

当经由控制线61和62从控制单元(未示出)接收指令时，光电转换装置1进行如图2中示出的步骤S11到S14的过程。

首先，光电转换装置1进行累积过程以在光电晶体管11中累积信号电荷。具体地，单元选择开关12被关断并且单元重置开关13被关断(步骤S11)。此时，在光电转换装置1中，如图3中所示，单元选择开关12在断开状态中并且单元重置开关13在断开状态中。注意，积分电容器连接开关23、积分器重置开关24和恒定电流源连接开关41可以在导通状态中或者在断开状态中。在光电晶体管11中，当接收入射光能时，光能被转换为信号电荷，并且信号电荷在基极区B中累积。在该条件中，像素单元10中光电晶体管11的发射极区E和基极区B在浮置状态中。因此，根据光能产生的信号电荷在基极区B中累积，其从由单元重置过程(其将在之后描述)建立的基极电势开始，并且光电晶体管11的基极-到-集电极电压V_BC被减少。

之后，光电转换装置1进行积分器重置过程以放电在积分器20的电容器22中的信号电荷。具体地，积分器重置开关24被导通并且积分电容器连接开关23被导通(步骤S12)。此时，在光电转换装置1中，如图4中所示，单元选择开关12在断开状态中，单元重置开关13在断开状态中，积分电容器连接开关23在导通状态中，并且积分器重置开关24在导通状态中。注意，恒定电流源连接开关41可以在导通状态中或者在断开状态中。例如，恒定电流源连接开关41可以在断开状态中。因此，电容器22中的信号电荷可以被放电。

之后，光电转换装置1进行单元选择过程以放电在光电晶体管11中累积的信号电荷。具体地，单元选择开关12被导通并且积分器重置开关24被关断(步骤S13)。当恒定电流源连接开关41在断开状态中时，恒定电流源连接开关41被导通。此时，在光电转换装置1中，如图5中所示，单元选择开关12在导通状态中，单元重置开关13在断开状态中，积分电容器连接开关23在导通状态中，积分器重置开关24在断开状态中，并且恒定电流源连接开关41在导通状态中。因此，根据在光电晶体管11中累积的信号电荷的光电流流到积分器20中。在积分器20中，在读取时间中产生的光电流被累积，光电流被转换为电压，并且输出该电压。注意，在单元选择过程结束之后，恒定电流源连接开关41被关断，并且进行积分器20的输出的读取。在进行了读取积分器20的输出的读取之后，恒定电流源连接开关41被再次导通。从积分器20输出的信号由AD转换器(其将在之后描述)转换为数字信号，并且光电转换装置1输出数字信号。注意，恒定电流源40连接到输出线30，并且在由恒定电流源40建立的恒定电流i_B从来自光电晶体管11输出的光电流减少之后，光电流流到积分器20中。

之后，光电转换装置1进行单元重置过程以放电在光电晶体管11中累积的信号电荷。具体地，单元重置开关13被导通并且积分电容器连接开关23被关断(步骤S14)。此时，在光电转换装置1中，如图6中所示，单元选择开关12在导通状态中，单元重置开关13在导通状态中，积分电容器连接开关23在断开状态中，并且积分器重置开关24在断开状态中。因此，反馈环由光电晶体管11的基极区B和发射极区E、单元选择开关12、输出线30、积分器20的运算放大器21、重置线50和单元重置开关13构成。输出线30的电势被控制为等于参考电压V_ref，并且光电晶体管11的基极-到-发射极电压V_BE被控制为等于即使光电晶体管11具有不同的特性也允许由恒定电流源40建立的电流i_B通过的值。

之后，当步骤S14的过程完成之后，光电转换装置1的操作再次返回到步骤S11，并且重复步骤S11到S14的上述过程。

接着，为了与根据第一实施例的光电转换装置1的比较的目标将描述比较示例的光电转换装置，其中光电晶体管的基极区被设置在浮置状态中。图7是示出根据现有技术的光电转换装置9的等效电路图。

如图7中所示，光电转换装置9包括像素单元10，被布置用于像素单元10的积分器20以及被布置为用于读取信号电荷的路径的输出线30。该光电转换装置9的像素单元10、积分器20和输出线30与根据第一实施例的光电转换装置1的相应的元件基本上相同，并且将省略对其的描述。在比较示例的光电转换装置9中，单元选择过程被组合设置为单元选择过程和单元重置过程。

将描述比较示例的光电转换装置9的操作。

光电晶体管11的基极区B在累积过程起始后立即被设置在浮置状态中，集电极-到-基极电压V_CB由于寄生电容而是固定的。在该条件中光能在光电晶体管11处被接收，根据光能的信号电荷在光电晶体管11中累积，并且减少了集电极-到-基极电压V_CB。此时，基极电势随着光能的增加而增加。同时，发射极电势在浮置状态中，并且在基极和发射极之间的寄生电容中累积的信号电荷被维持使得基极-到-发射极电压V_BE指示恒定的值。

当单元选择开关12被导通时，像素单元10被选择。当发射极电势固定到参考电压V_ref时，累积在基极区B中的信号电荷被转换为基极电流，并且电流流向发射极。此时，通过双极型晶体管放大作用，电流从集电极区C流到发射极区E，并且这样的电流与基极电流组合导致光电流。

紧接在像素单元10被选择之后，基极电流急剧地增加并且基极电势极大地降低。但是，随着时间的经过，基极电势的降低的量逐渐地减少，并且基极电势将达到固定的值。以此方式，基极电势的降低的量随着时间的经过而减少，并且可能存在信号电荷的读取时间在基极电势达到固定的值之前流逝的情况。在这样的情况中，在达到固定的值之前基极电势保持当光电晶体管11被重置时的电势，并且进行以下累积过程。因此，由该累积过程累积的信号电荷的量受在该累积过程起始之前光电晶体管的状态的影响，并且信号电荷的量可能偏离根据光能产生的信号电荷的准确的量(重置误差)。注意，当光电晶体管11被重置时的基极电势取决于由光电晶体管11接收的光能的量而变化。

具体地，如图8中所示，在读取结束时间(在图8中指示的“t”)处的基极-到-发射极电压V_BE随着由光电晶体管11接收的光能的量而增加。图8示出了当重置光电晶体管11时光电晶体管11的基极-到-发射极电压V_BE的改变。在图8中，横轴指示流逝的时间，并且纵轴指示基极-到-发射极电压V_BE。此外，在图8中，实线表示光电晶体管11接收大量的光的情况，并且长虚线表示光电晶体管11接收少量的光的情况。

然而，在根据该实施例的光电转换装置1中，进行重置过程以建立允许通过由恒定电流源40建立的恒定电流i_B的光电晶体管11的基极-到-发射极电压V_BE。

因此，在根据该实施例的光电转换装置1中，在比基极电势达到在当发射极区E的电势固定时完全重置的浮置状态中基极区B的电势的时间之前快速地建立基极电势。因此，即使由光电晶体管11接收的光能的量变化并且在光电晶体管11中累积的信号电荷的量变化，重置误差可以被减少。

在根据该实施例的光电转换装置1中，能够在光电晶体管11的基极和发射极之间建立偏置条件。因此，通过事先建立偏置条件以高速地进行重置过程，重置累积在光电晶体管中的电荷所需的时间(重置时间)可以被减少并且读取时间可以被减少。

当光电转换装置1包括多个像素单元10时，光电晶体管11被布置在像素单元10的每一个中。但是，这样的光电晶体管11可能在其特性上存在差异。当光电晶体管11在其特性上存在差异时，可能产生以下问题。光电晶体管11的每一个通过将基极电势固定到重置电势而被重置。在这样的情况中，如果重置电势对所有的像素单元10是固定的，当供应根据重置条件确定的基极-到-发射极电压V_BE时，由于光电晶体管11的特性上的差异，输出电流可能具有变化。

但是，在根据该实施例的光电转换装置1中，即使当光电晶体管11在其特性上具有差异，仍进行重置过程使得相同的发射极电流从光电晶体管11的每一个输出。因此，光电晶体管11的特性上的差异可以被避免。

接着，将描述积分器20的输出电压和流逝的时间之间的关系。图9A和9B示出了积分器的输出电压和流逝的时间之间的关系。

具体地，图9A示出了第一实施例的光电转换装置1中积分器20的输出电压和流逝的时间之间的关系。图9B示出了在比较示例的光电转换装置9中的积分器20的输出电压和流逝的时间之间的关系。纵轴指示积分器20的输出电压V_out，并且横轴指示流逝的时间。

在图9A和9B的每一个的上部部分中，示出了单元选择开关12和积分器重置开关24的操作状态。在图9A和9B的每一个的下部部分中，示出了积分器20的输出电压和流逝的时间之间的关系。

如图9A中所示，在第一实施例的光电转换装置1的情况中，当积分器重置开关24被导通(时间t1)时，进行积分器重置过程并且输出电压V_out被设置到参考电压V_ref。

之后，在积分器重置开关24被关断之后，单元选择开关12被导通(时间t2)。此时，进行单元选择过程并且输出电压V_out根据在光电晶体管11中累积的信号电荷的量改变。具体地，当在光电晶体管11中没有信号电荷累积时(黑暗条件)，电流从积分器20流到恒定电流源40，并且如由图9A中的实现指示的输出电压V_out随着时间的经过而增加。当在光电晶体管11中累积少量的信号电荷时，光电流初始地从像素单元10流到积分器20，并且输出电压V_out初始地降低。但是，随着时间的经过，电流从积分器20流到恒定电流源40，并如由图9A中的长虚线所指示的输出电压V_out逐渐增加。此外，当大量的信号电荷在光电晶体管11中累积时，光电流从像素单元10流到积分器20，并且如由图9A中的点线链线所指示的随着时间的经过输出电压V_out降低。

之后，单元选择开关12被关断并且单元选择过程终止(时间t3)。此时，积分器20的输出电压V_out被维持在恒定的值处。

以此方式，在根据第一实施例的光电转换装置1的情况中，当在光电晶体管11中没有信号电荷累积时(黑暗条件)，电流从积分器20流到恒定电流源40，并且输出电压V_out随着时间的经过而增加。输出电压V_out此时高出参考电压V_ref由(恒定电流源40的电流)x(读取时间)/(电容器22的容量)表示的电压水平。相应地，动态范围变宽并且S/N比变大。

另一方面，在比较示例的光电转换装置9中，像素单元10的光电流流到积分器20中，而不管在光电晶体管11中累积的信号电荷的量，并且积分器20的输出电压V_out总是低于参考电压V_ref。相应地，动态范围变窄并且难以获得大S/N比。

具体地，如图9B中所示，在比较示例的光电转换装置9中，当积分器重置开关24被导通(时间t1)时，进行积分器重置过程，并且输出电压V_out被设置到参考电压V_ref。

之后，在积分器重置开关24被关断之后，单元选择开关12被导通(时间t2)。此时，进行单元选择过程。输出电压V_out根据在光电晶体管11中累积的信号电荷的量改变。具体地，当在光电晶体管11中没有信号电荷累积时(黑暗条件)，电流不从光电晶体管11流到积分器20并且如由图9B中的实线所指示的输出电压V_out保持不变。当在光电晶体管11中累积少量的信号电荷时，电流从光电晶体管11流到积分器20，并且如由图9B的长虚线所指示的输出电压V_out降低。此外，当大量的信号电荷在光电晶体管11中累积时，从光电晶体管11流到积分器20的电流的量在该情况中大于在晶体管11中累积的少量的信号电荷的情况，并且如由图9B中的点线链线所指示的输出电压V_out进一步降低。

之后，单元选择开关12被关断(时间t3)并且单元选择过程终止。积分器20的输出电压V_out被维持在恒定的值处。

[第二实施例]

将描述根据第二实施例的光电转换装置2的配置。图10是示出根据第二实施例的光电转换装置2的等效电路图。

如图10中所示，根据第二实施例的光电转换装置2基本上与根据第一实施例的光电转换装置1相同，除了光电转换装置2还包括运算放大器(反馈放大器)210和积分器连接开关220以外，该运算放大器(反馈放大器)210被配置来进行单元重置过程并且被布置为与积分器20的运算放大器21分开，并且该积分器连接开关220被配置来在将输出线30连接到积分器20的接通状态和将输出线30从积分器20断开的关断状态之间切换。第二实施例的光电转换装置2的其它元件基本上与第一实施例的光电转换装置1的相应的元件相同，并且将省略对其的描述。

如图10中所示，光电转换装置2包括像素单元10、积分器20、输出线30、恒定电流源40、重置线50、反馈放大器210和积分器连接开关220。

像素单元10是光电转换单元的示例，并且包括输出线30、恒定电流源40、重置线50、反馈放大器210和积分器连接开关220的上述配置是基极电势设置单元的示例。

反馈放大器210被布置来从输出线30的路径分叉，并且反馈放大器210的输出经由单元重置开关13连接到光电晶体管11的基极区B。

积分器连接开关220可以是布置在输出线30上以将像素单元10连接到积分器20或者将像素单元10从积分器20断开的开关。像素单元10连接到积分器连接开关220，并且当积分器连接开关220被导通时，像素单元10经由积分器连接开关220.连接到积分器20。

接着，将描述根据第二实施例的光电转换装置2的操作的示例。图11是用于解释根据第二实施例的光电转换装置的操作的流程图。

当经由控制线61和62从控制单元(未示出)接收指令时，光电转换装置2进行如图11中所示的步骤S21到S24的各种过程。图12到15是示出当进行各种过程时根据第二实施例的光电转换装置2的各种状态的示意图。

首先，光电转换装置2进行累积过程以在光电晶体管11中累积信号电荷。具体地，单元选择开关12被关断并且单元重置开关13被关断(步骤S21)。此时，在光电转换装置2中，如图12中所示，单元选择开关12在断开状态中并且单元重置开关13在断开状态中。注意，积分器重置开关24和积分器连接开关220可以在导通状态中或在断开状态中。在光电晶体管11中，当接收到入射光能时，光能被转换为信号电荷。在该条件中，像素单元10中的光电晶体管11的发射极区E和基极区B在浮置状态中。因此，根据光能产生的信号电荷从由单元重置过程(其将在之后描述)建立的基极电势开始累积在基极区B中，并且减少光电晶体管11的基极-到-集电极电压V_BC。

之后，光电转换装置2进行积分器重置过程以放电在积分器20的电容器22中的信号电荷。具体地，积分器重置开关24被导通(步骤S22)。此时，在光电转换装置2中，如图13中所示，单元选择开关12在断开状态中，单元重置开关13在断开状态中，并且积分器重置开关24在导通状态中。注意，积分器连接开关220此时可以在导通状态中或在断开状态中。优选的是，积分器连接开关220在断开状态中，以便于减少当电流流过积分器连接开关220时由于导通电阻导致的误差。通过进行积分器重置过程，电容器22中的信号电荷可以被放电。

之后，光电转换装置2进行单元选择过程以放电在光电晶体管11中累积的信号电荷。具体地，单元选择开关12被导通，积分器重置开关24被关断，并且积分器连接开关220被导通(步骤S23)。此时，在光电转换装置2中，如图14中所示，单元选择开关12在导通状态中，单元重置开关13在断开状态中，积分器重置开关24在断开状态中，并且积分器连接开关220在导通状态中。因此，根据在光电晶体管11中累积的信号电荷的光电流流到积分器20中。在积分器20中，在读取时间中产生的光电流被累积并且光电流被转换为电压，使得积分器20输出电压。注意，在单元选择过程终止以后，恒定电流源连接开关41被关断并且读取积分器20的输出。在进行了读取积分器20的输出之后，恒定电流源连接开关41被再次导通。从积分器20输出的信号由AD转换器(其将在之后描述)转换为数字信号并且光电转换装置2输出数字信号。注意，恒定电流源40连接到输出线30，并且在由恒定电流源40建立的电流i_B从光电晶体管11输出的光电流减少之后，光电流流到积分器20中。

之后，光电转换装置2进行单元重置过程以放电在光电晶体管11中累积的信号电荷。具体地，单元重置开关13被导通并且积分器连接开关220被关断(步骤S24)。此时，在光电转换装置2中，如图15中所示，单元选择开关12在导通状态中，单元重置开关13在导通状态中，积分器重置开关24在断开状态中，并且积分器连接开关220在断开状态中。因此，反馈环由光电晶体管11的基极区B和发射极区E、单元选择开关12、输出线30、反馈放大器210、重置线50以及单元重置开关13形成。输出线30的电势被控制为等于参考电压V_ref，并且光电晶体管11的基极-到-发射极电压V_BE被控制为等于即使光电晶体管11具有不同的特性也允许由恒定电流源40建立的电流i_B通过的值。

之后，在步骤S24的过程完成之后，光电转换装置2的操作再次返回到步骤S21，并且重复步骤S21到S24的上述过程。

根据第二实施例的上述光电转换装置2，除了第一实施例的有益效应以外，可以获得以下有益效应。即，第二实施例的光电转换装置2包括当进行单元重置过程时使用的反馈放大器210并且反馈放大器210与积分器20的运算放大器21分开。因此，第二实施例可以提供用于光电转换装置2的灵活的设计。可能存在需要运算放大器210和运算放大器21具有相互不同的特性的情况。在这样的情况中，根据第二实施例的光电转换装置2，可以选择最优的运算放大器以用于二者所要求的特性。

在第二实施例中，描述了在单元重置过程期间积分器重置开关24在断开状态中的情况。但是，将理解的是，上述第二实施例是示例性和说明性的并且不限制所要求的本发明。例如，积分器重置开关24在单元重置过程期间可以在导通状态中。

[第三实施例]

根据第三实施例的光电转换装置3的配置将描述。图16是示出根据第三实施例的光电转换装置3的等效电路图。

如图16中所示，根据第三实施例的光电转换装置3基本上与根据第一实施例的光电转换装置1相同，除了光电转换装置3包括两个恒定电流源(第一恒定电流源311和第二恒定电流源312)以外。第三实施例的光电转换装置3的其它元件基本上与第一实施例的光电转换装置1的相应的元件相同，并且将省略对其的描述。

如图16中所示，光电转换装置3包括像素单元10、积分器20、输出线30、重置线50、第一恒定电流源311、第二恒定电流源312、第一恒定电流源连接开关321以及第二恒定电流源连接开关322。

像素单元10是光电转换单元的示例，并且包括积分器20、输出线30、重置线50、第二恒定电流源312和第二恒定电流源连接开关322的上述配置是基极电势设置单元的示例。此外，包括第一恒定电流源连接开关321和第二恒定电流源连接开关322的上述配置是开关单元的示例。

第一恒定电流源311可以是被布置为从输出线30的路径分叉并且经由第一恒定电流源连接开关321连接到输出线30的恒定电流源。该第一恒定电流源311被用于进行单元选择过程，并且当第一恒定电流源连接开关321被导通时，第一恒定电流源311连接到输出线30。

第二恒定电流源312可以是被布置为从输出线30的路径分叉并且经由第二恒定电流源连接开关322连接到输出线30的恒定电流源。该第二恒定电流源312被用于进行单元重置过程，并且当第二恒定电流源连接开关322被导通时，第二恒定电流源312连接到输出线30。

接着，将描述根据第三实施例的光电转换装置3的操作的示例。图17是用于解释根据第三实施例的光电转换装置3的操作的流程图。

当经由控制线61和62从控制单元(未示出)接收指令时，光电转换装置3进行如图17中所示的步骤S31到S34的各种过程。图18到21是示出当进行各种过程时根据第三实施例的光电转换装置3的各种状态的示意图。

首先，光电转换装置3进行累积过程以在光电晶体管11中累积信号电荷。具体地，单元选择开关12被关断并且单元重置开关13被关断(步骤S31)。此时，在光电转换装置3中，如图18中所示，单元选择开关12在断开状态中，并且单元重置开关13在断开状态中。注意，积分器重置开关24、积分电容器连接开关23、第一恒定电流源连接开关321和第二恒定电流源连接开关322可以在导通状态中或在断开状态中。在光电晶体管11中，当接收到入射光能时，光能被转换为信号电荷并且信号电荷在基极区B中累积。在该条件中，像素单元10的光电晶体管11的发射极区E和基极区B在浮置状态中。因此，根据光能产生的信号电荷从由单元重置过程(其将在之后描述)建立的基极电势开始在基极区B中累积，并且减少了基极-到-集电极电压V_BC。

之后，光电转换装置3进行积分器重置过程以放电在积分器20的电容器22中的信号电荷。具体地，积分器重置开关24被导通并且积分电容器连接开关23被导通(步骤S32)。此时，在光电转换装置3中，如图19中所示，单元选择开关12在断开状态中，单元重置开关13在断开状态中，积分电容器连接开关23在导通状态中，并且积分器重置开关24在导通状态中。因此，电容器22中的信号电荷可以被放电。注意，第一恒定电流源连接开关321和第二恒定电流源连接开关322此时可以在导通状态中或在断开状态中。优选的是，这些开关在断开状态中，以便于减少由于当电流流过第一恒定电流源连接开关321和第二恒定电流源连接开关322时的导通电阻导致的误差。

之后，光电转换装置3进行单元选择过程以放电在光电晶体管11中累积的信号电荷。具体地，单元选择开关12被导通，积分器重置开关24被关断，第一恒定电流源连接开关321被导通，并且第二恒定电流源连接开关322被关断(步骤S33)。此时，在光电转换装置3中，如图20中示出的，单元选择开关12在导通状态中，单元重置开关13在断开状态中，积分电容器连接开关23在导通状态中，积分器重置开关24在断开状态中，第一恒定电流源连接开关321在导通状态中，并且第二恒定电流源连接开关322在断开状态中。因此，根据在光电晶体管11中累积的信号电荷的光电流流到积分器20中。在积分器20中，在读取时间中产生的光电流被累积并且光电流被转换为电压，使得积分器20输出电压。注意，在单元选择过程终止以后，恒定电流源连接开关41被关断并且读取积分器20的输出。在进行了读取积分器20的输出之后，恒定电流源连接开关41被再次导通。从积分器20输出的信号由AD转换器(其将在之后描述)转换为数字信号并且光电转换装置3输出数字信号。注意第一恒定电流源311连接到输出线30，并且在由第一恒定电流源311建立的恒定电流i_B1从光电晶体管11输出的光电流减少之后，光电流流到积分器20中。

之后，光电转换装置3进行单元重置过程以放电在光电晶体管11中累积的信号电荷。具体地，单元重置开关13被导通，积分电容器连接开关23被关断，第一恒定电流源连接开关321被关断，并且第二恒定电流源连接开关322被导通(步骤S34)。此时，在光电转换装置3中，如图21中示出的，单元选择开关12在导通状态中，单元重置开关13在导通状态中，积分电容器连接开关23在断开状态中，积分器重置开关24在断开状态中，第一恒定电流源连接开关321在断开状态中，并且第二恒定电流源连接开关322在导通状态中。因此，反馈环由光电晶体管11的基极区B和发射极区E、单元选择开关12、输出线30、积分器20的运算放大器21、重置线50和单元重置开关13构成。输出线30的电势被控制为等于参考电压V_ref，并且光电晶体管11的基极-到-发射极电压V_BE被控制为等于即使光电晶体管11具有不同的特性也允许流过由第二恒定电流源312建立的恒定电流i_B2的值。

之后，在步骤S34的过程完成之后，光电转换装置3的操作再次返回到步骤S31，并且重复步骤S31到S34的上述过程。

根据上述第三实施例的光电转换装置3，除了第一实施例的有益效应以外，可以获得以下有益效应。即，第三实施例的光电转换装置3包括两个恒定电流源(第一恒定电流源311和第二恒定电流源312)。因此，可以任意地设置当进行单元选择过程时牵引的电流、以及当进行单元重置过程时牵引的电流。具体地，当进行单元重置过程时牵引的电流被用于建立光电晶体管11的初始偏置状态，并且该电流影响稳定初始偏置状态的时间以及输出光电流的时间。此外，当进行单元选择过程时牵引的电流影响积分器20的输出的动态范围以及输出线30的阻抗。因此，恒定电流源40所需的电流值不一定相同，并且可能存在一情况，其中优选的是，当进行单元选择过程时所需的电流值不同于当进行单元重置过程时所需的电流值。在这样的情况中，根据第三实施例的光电转换装置3，最优的恒定电流源40可以被选择以用于各种目的。

在第三实施例中，已经描述了包括两个恒定电流源(第一恒定电流源311和第二恒定电流源312)的光电转换装置3的情况。但是，将理解的是，上述第三实施例是示例性和说明性的并且不限制所要求的本发明。例如，光电转换装置3可以包括三个或者更多的恒定电流源。

[第四实施例]

在第四实施例中，将描述在二维构造中排列的图像产生装置，其中多个光电转换装置的每一个如上所述配置。图22是示出根据第四实施例的图像产生装置的配置的示意图。

如图22中所示，图像产生装置包括像素单元10-1-1到10-M-N的二维阵列、多个行选择线410-1到410-M、多个列输出线420-1到420-N、多个重置线430-1到430-N、行选择器440、积分器20的IV(电流-到-电压)转换阵列450以及将从积分器20输出的信号转换为数字信号的AD转换器的AD(模拟-到-数字)转换阵列460。

像素单元10-1到10-M的每一个连接到行选择线410的相应的一个并且进一步连接到列输出线420的相应的一个。分别连接到行选择线410-1到410-M的像素单元10-1-n到10-M-n连接到列输出线420-1到420-N的列输出线420-n(1n N)。

行选择器440通过使用行选择线410-1到410-M选择性地激活像素单元10-1-n到10-M-n的一个像素单元10-m-n(1m M)。当接收到入射光能时，激活的像素单元10-m-n将具有根据入射光的强度的幅度的光电流经由相应的列输出线420-n转移到IV转换阵列450。此外，重置电势经由相应的重置线430-n被提供给到激活的像素单元10-m-n。

IV转换阵列450将来自像素单元10的每一个的输出电流转换到输出电压。

AD转换阵列460进行IV转换阵列450的输出电压的模拟-到-数字转换以产生输出图像信号。

注意，一个IV转换阵列450和一个AD转换阵列460的一对可以被布置用于二维阵列的列的每一个，或者被布置为用于二维阵列的每两个或多个列。在这些情况中，列选择功能可以被添加到一对阵列450和460中。

如上所述，第四实施例的图像产生装置被配置为使得根据第一到第三实施例的任一个的多个光电转换装置每一个在二维构造中排列。因此，可以减少读取时间，并且从而可以提高图像产生速度。

根据上述实施例，能够提供可以减少重置累积在光电晶体管中的电荷所需的时间的光电转换装置。

根据本公开的光电转换装置不限于上述实施例，并且可以在不脱离本公开的范围的情况中作出变化和修改。

本申请基于并且要求于2015年6月30日提交的日本专利申请号2015-131277的优选权的权益，其全部内容通过引用结合于此。