專利名稱：光電轉換設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電轉換設備。
背景技術：
常規地已公開了在光電晶體管的基極中接收光并且從發射極輸出放大的光電流的光電轉換設備(例如，參見日本專利申請公開No. 2000-077644)。在低的光強度的情況下，光電晶體管產生輕微的基極電流。因此，光電晶體管的基極和發射極之間的再結合電流成分是電流的主要成分，由此導致從發射極到集電極的載流子注入不足。作為結果，電流放大比降低，并且，低光強度處的光電轉換特性劣化。為了解決該問題，已公開了通過使電流流過基極而注入載流子的光電轉換設備(例如，參見日本專利申請公開No. H08-264744)。遺憾地，日本專利申請公開No. H08-264744沒有公開確定流過基極的電流的值的手段，并因此具有這樣的問題，即，當光電晶體管的電流放大比降低時，不能注入適當的載流子。另外，日本專利申請公開NO.H08-264744具有另一問題，S卩，由于光電晶體管的多像素化和微小型化(microminiaturization),因此,不能將適當的載流子注入到大大地受到制造變化影響的各單個光電晶體管中。本發明的一個目的是，提供無論光電晶體管的電流放大比降低和光電晶體管的制造變化都能夠獲得良好的光電轉換特性的光電轉換設備。

發明內容
根據本發明的一個方面，一種光電轉換設備包括光電轉換兀件，用于通過光電轉換產生電流；晶體管，具有被輸入通過所述光電轉換元件產生的電流的基極，并且所述晶體管放大輸入的電流并從該晶體管的發射極輸出放大的電流；對數轉換單元，用于對數轉換從所述晶體管輸出的電流；電流產生單元，用于將電流輸入到所述晶體管的基極；以及電流控制單元，用于基于在所述光電轉換元件的遮光狀態下被所述對數轉換單元進行對數轉換的信號來控制從所述電流產生單元輸出的電流。參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發明的其它特征將變得清晰。


圖I是根據本發明的第一實施例的光電轉換設備的示意性配置圖。圖2是根據本發明的第一實施例的電流控制單元的說明圖。圖3是描述光電晶體管的電流放大比具有基極電流依賴性的說明圖。圖4是根據本發明的第一實施例的光電轉換特性圖。圖5是根據本發明的第二實施例的電流產生單元的詳細示圖。圖6是根據本發明的第三實施例的電流產生單元的詳細示圖。圖7是根據本發明的第四實施例的電流產生單元的詳細示圖。
具體實施例方式現在將根據附圖詳細描述本發明的優選實施例。將參照具體的實施例描述本發明。在本說明書中，基極與光電轉換元件連接的晶體管被稱為光電晶體管。注意，該術語只意味著其基極與光電轉換元件連接，不應以任何方式被解釋為對功能等進行限制。特別地，形成光電轉換元件的陽極的半導體區域可被晶體管的基極共享。(第一實施例)圖I是示出根據本發明的第一實施例的光電轉換設備的示意性配置圖。圖I包括光電晶體管I和光電轉換元件2(例如，光電二極管)，這里，光電轉換元件2的陰極與電源電壓節點連接。光電晶體管I被配置為使得其基極與光電轉換元件2的陽極連接并且其集電極與電源電壓節點連接。光電轉換元件2通過光電轉換將光轉換成電信號以產生電流 (光電流)。光電晶體管I從其基極輸入由光電轉換兀件2產生的電流、放大輸入的電流并且從發射極輸出放大的電流。圖I還包括對數轉換單元3，所述對數轉換單元3包含晶體管31、32和33以及恒流源34。雙極(bipolar)晶體管31被配置為使得其集電極與光電晶體管I的發射極連接，并且其發射極與基準電壓節點(地電勢節點)連接。場效應晶體管 33被配置為使得其柵極與光電晶體管I的發射極連接，其漏極與電源電壓節點連接，并且其源極與雙極晶體管31的基極連接。恒流源34連接在雙極晶體管31的基極和基準電壓節點之間。雙極晶體管32被配置為使得其基極與雙極晶體管31的基極連接，并且其集電極與電源電壓節點連接。對數轉換單元3對數轉換并輸出從光電晶體管I輸出的電流。圖 I還包括信號累積單元4，所述信號累積單元4包含信號累積電容器41和晶體管42。場效應晶體管42被配置為使得其柵極與端子43連接，其漏極與雙極晶體管32的發射極連接， 并且其源極與端子Vout連接。信號累積電容器41連接在端子Vout和基準電壓節點之間。 信號累積單元4在信號累積電容器41中累積通過對數轉換單元3對數轉換的信號(光電流)，以保持可作為電壓信號從端子Vout取得的光電流時間累積信號?？赏ㄟ^端子43的電壓控制即通過接通和關斷晶體管42來控制累積時間。圖I還包括電流產生單元5，所述電流產生單元5輸出用于將載流子注入到光電晶體管I的基極的電流la。圖I還包括電流控制單元6，所述電流控制單元6基于在光電轉換元件2的遮光狀態中在位于信號累積單元4 中的信號累積電容器41中累積的信號來控制從電流產生單元5輸出的電流la。電流控制單元6可通過監視當光電轉換設備執行與在遮光狀態中的光累積操作相同的累積操作時的輸出端子Vout的輸出電壓來控制輸出電流la。圖2是示出電流控制單元6的配置例子的框圖。圖2包括比較預設值與在信號累積電容器41中累積的信號的值的信號比較單元61。上述的預設值為例如允許在光電轉換元件2的遮光狀態中預先(preliminarily)測量的光電晶體管I的電流放大比基本上為理想值的發射極電壓。圖2還包括基于信號比較單元61的比較結果而執行用于控制電流產生單元5的計算的控制計算單元62。圖2還包括輸出用于基于控制計算單元62的計算結果而控制電流產生單元5的控制信號的控制信號產生單元63。圖3是示出低的光強度處的光電晶體管I的電流放大比的降低的曲線圖。在圖3 中，橫軸表示光電晶體管I的基極電流，并且，縱軸表示光電晶體管I的電流放大比。圖3 示出表示光電晶體管I的電流放大比不依賴于光電晶體管I的基極電流的“理想”特性和具有基極電流依賴性的“實際測量”。如圖3所示，隨著基極電流減小，實際電流放大比減小。其原因是，當基極電流減小到最小時，基極和發射極之間的再結合電流成分是電流的主要成分，從而導致從發射極到集電極的載流子的注入不足。作為結果，在光電轉換設備的低光強度區域中，光電轉換特性的線性劣化。圖4是示出圖I所示的光電轉換設備的光電轉換特性的例子的曲線圖。在圖4中， 橫軸表不等于光電晶體管I的基極電流的光電流，縱軸表不輸出端子Vout的輸出電壓。在圖4中，由“理想”指示的繪制線表示光電晶體管I的電流放大比是理想的。在圖4中，由 “現有技術”指示的繪制線相當于不從圖I所示的電流產生單元5輸出電流Ia的情況。在這種情況下，關于由“理想”指示的繪制線，光電流的降低使線性劣化。與此對照，圖4中的由“實施例”指示的繪制線相當于從圖I所示的電流產生單元5輸出適當的電流Ia的情況， 從而指示低光強度區域中的光電轉換特性的線性的改善。因此，通過輸出用于將載流子從圖I所示的電流產生單元5注入到光電晶體管I 的基極的電流Ia，改善低光強度處的光電轉換特性的線性。此外，可通過電流控制單元6控制要從電流產生單元5輸出的電流la。例如，可以考慮這樣一種方法，在該方法中，預先設定光電晶體管I的電流放大比不依賴于基極電流的理想情況下的遮光時的累積信號值；然后，基于預設的累積信號值與當在遮光狀態中執行累積操作時輸出端子Vout的輸出電壓之間的差值電壓來控制電流產生單元5。電流控制單元6基于在光電轉換元件2的遮光狀態中在信號累積單元4中累積的信號值與在光電晶體管I的電流放大比不具有基極電流依賴性的情況下的信號值之間的差值來控制要從電流產生單元5輸出的電流la。遮光時的累積操作的累積時段與光入射時的累積操作的累積時段相同。本實施例可利用對數轉換特性，以改善低光強度區域中的光電轉換特性，并且輸出不影響電流放大比不依賴于基極電流的光強度區域中的光電轉換特性的適當的電流la。 作為結果，本實施例不需要在后面的級(stage)中具有用于校正加到光電晶體管I上的電流成分的電路，并且不需要在光累積時段期間控制輸出電流la。因此，本實施例可以在不使電路配置和系統配置復雜化的情況下改善光電轉換特性的線性。此外，電流產生單元5可在光累積時段期間僅輸出恒定電流Ia，并且不需要根據入射到光電轉換元件2上的光的量和累積時間在光累積時段期間控制電流la。電流產生單元5在接通晶體管42并且在信號累積單元4中寫入信號的時段期間在光電轉換元件2的光入射狀態(非遮光狀態)中輸出恒定電流值。因此，本實施例可以在不使電路配置和系統配置復雜化的情況下改善光電轉換特性的線性。本實施例包括基于光電晶體管I的光電流值來控制電流產生單元5的電流控制單元6。因此，無論光電晶體管I的電流放大比降低和光電晶體管的制造變化，本實施例都可將適當的載流子注入光電晶體管I的基極中并且獲得良好的光電轉換特性。已通過以對于每個光電晶體管I設置電流產生單元5和電流控制單元6的對的情況為例描述了本實施例，但是，本發明不限于這種情況。例如，在光電轉換設備包括多個光電晶體管的情況下，可僅針對典型的光電晶體管設置電流控制單元6，以控制電流產生單元 5，由此獲得類似的效果。(第二實施例)圖5是根據本發明的第二實施例的電流產生單元5的配置例子。圖5示出進一步詳細描述圖I中的電流產生單元5的實施例。圖5中的光電晶體管I、光電轉換元件2、對數轉換單元3、信號累積單元4和電流控制單元6與圖I中的相同。電流產生單元5包含電阻器兀件55和電壓源56。電阻器兀件55的一端與光電轉換兀件2的陽極和光電晶體管I 的基極電連接；電阻器元件55的另一端與電壓Va的電壓節點連接。電壓源56通過電流控制單元6的控制而產生電壓Va。具體地，電壓源56向電阻器元件55供給產生要加到光電晶體管I的基極的電流Ia所需的適當的電壓Va。因此，由以上的原因，本實施例可改善低光強度區域中的光電轉換特性的線性。已通過以對于每個光電晶體管I設置電流控制單元 6和電壓源56的對的情況為例描述了本實施例，但是，本發明不限于這種情況。例如，在光電轉換設備包括多個光電晶體管的情況下，可與多個光電晶體管共享電壓源56,并且,可僅針對典型的光電晶體管設置電流控制單元6，以控制電壓源56，由此獲得類似的效果。(第三實施例)圖6是根據本發明的第三實施例的電流產生單元5的配置例子。圖6示出進一步詳細描述圖I中的電流產生單元5的實施例。圖6中的光電晶體管I、光電轉換元件2、對數轉換單元3、信號累積單元4和電流控制單元6與圖I中的相同。電流產生單元5包含可變電阻器兀件57?？勺冸娮杵髫＜?7的一端與光電轉換兀件2的陽極和光電晶體管I的基極電連接；可變電阻器元件57的另一端與諸如電壓源的恒定電壓Va的節點電連接?？勺冸娮杵髟?7的電阻器值由電流控制單元6控制，并由此可以控制要加到光電晶體管I 的基極的電流Ia。因此，在光電轉換設備包括多個光電晶體管的情況下，可根據每個光電晶體管的特性供給適當的輸出電流Ia。作為結果，多像素化的光電轉換設備可獲得良好的光電轉換特性。(第四實施例)圖7是根據本發明的第四實施例的電流產生單元5的配置例子。圖7示出進一步詳細描述圖I中的電流產生單元5的實施例。圖7中的光電晶體管I、光電轉換元件2、對數轉換單元3、信號累積單元4和電流控制單元6與圖I中的相同。電流產生單元5包含P 型MOS場效應晶體管58。P型MOS場效應晶體管58被配置為使得其漏極與諸如電壓源的恒定電壓Va的節點電連接；其源極與光電轉換元件2的陽極和光電晶體管I的基極電連接； 其柵極與電流控制單元6電連接。但是，連接關系不限于上面所述的那些，例如，場效應晶體管58的源極和漏極之一可以與恒定電壓Va的節點連接，該場效應晶體管的源極和漏極中的另一個可以與光電晶體管I的基極連接。電流控制單元6可通過控制P型MOS場效應晶體管58的柵極和源極之間的電壓來控制要加到光電晶體管I的基極的電流Ia。因此，在光電轉換設備包括多個光電晶體管的情況下，可根據每個光電晶體管的特性供給適當的輸出電流Ia。此外，與具有圖5和圖6所示的電阻器元件的其它實施例相比，本實施例可用更容易的方式控制微電流(microcurrent)。而且,與使用電阻器元件的實施例相比,使用p 型MOS場效應晶體管58的本實施例可減小元件的尺寸。作為結果，多像素化和微小型化的光電轉換設備可獲得良好的光電轉換特性。以上的實施例僅是體現本發明的例子，并且不應被解釋為對于本發明的技術范圍進行限制。具體地，在不背離本發明的技術思想或本質特性的情況下，可以用各種形式實現本發明。雖然已參照示例性實施例描述了本發明，但應理解，本發明不限于所公開的示例性實施例。所附權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的變更方式以及等同的結構和功能。
權利要求
1.一種光電轉換設備，包括光電轉換元件，用于通過光電轉換產生電流；晶體管，具有被輸入通過所述光電轉換元件產生的電流的基極，所述晶體管放大輸入的電流并從該晶體管的發射極輸出放大的電流；對數轉換單元，用于對數轉換從所述晶體管輸出的電流；電流產生單元，用于將電流輸入到所述晶體管的基極；以及電流控制單元，用于基于在所述光電轉換元件的遮光狀態下通過所述對數轉換單元被對數轉換的信號而控制從所述電流產生單元輸出的電流。
2.根據權利要求I的光電轉換設備，其中所述電流產生單元包括信號比較單元，用于比較通過所述對數轉換單元被對數轉換的信號的信號值與預先確定的值；和控制信號產生單元，用于基于所述信號比較單元的比較的結果而輸出用于控制所述電流產生單元的控制信號。
3.根據權利要求I的光電轉換設備，還包括信號累積單元，用于累積通過所述對數轉換單元被對數轉換的信號，其中所述電流控制單元基于在所述光電轉換元件的遮光狀態下由所述信號累積單元累積的信號而控制來自所述電流產生單元的輸出電流。
4.根據權利要求3的光電轉換設備,其中所述電流控制單元基于在所述光電轉換元件的遮光狀態下由所述信號累積單元累積的信號值與在所述晶體管的電流放大比沒有基極電流依賴性的條件下的信號值之間的差值來控制來自所述電流產生單元的輸出電流。
5.根據權利要求3的光電轉換設備,其中所述電流產生單元在所述光電轉換元件的光入射狀態下將信號寫入到所述信號累積單元的時段期間輸出具有恒定值的電流。
6.根據權利要求I的光電轉換設備，其中所述電流產生單元包含電阻器元件，連接在電壓節點與所述晶體管的基極之間，電壓源，在所述電流控制單元的控制下產生所述電壓節點的電壓。
7.根據權利要求I的光電轉換設備，其中所述電流產生單元包含可變電阻器元件，連接在恒定電壓節點和所述晶體管的基極之間，并具有由所述電流控制單元控制的電阻值。
8.根據權利要求I的光電轉換設備，其中所述電流產生單元包含場效應晶體管，所述場效應晶體管的源極和漏極之一與恒定電壓節點連接，所述場效應晶體管的源極和漏極中的另一個與所述晶體管的基極連接，并且，所述場效應晶體管的柵極與所述電流控制單元連接。
全文摘要
本發明涉及光電轉換設備。提供無論光電晶體管的電流放大比降低和光電晶體管的制造變化都能夠獲得良好的光電轉換特性的光電轉換設備。所述光電轉換設備包括通過光電轉換產生電流的光電轉換元件；其基極被輸入通過光電轉換元件產生的電流的晶體管，所述晶體管放大輸入的電流并從發射極輸出放大的電流；對數轉換從晶體管輸出的電流的對數轉換單元；將電流輸出到晶體管的基極的電流產生單元；以及基于在光電轉換元件的遮光狀態下通過對數轉換單元被對數轉換的信號控制電流產生單元的輸出電流的電流控制單元。
文檔編號H04N5/3745GK102595056SQ20121000676
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者小林秀央, 黑田享裕 申請人:佳能株式會社