CN101257562B - 光电转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使从外部供给的基准电压稳定的光电转换装置。通过在光电转换装置的信号处理电路的工作停止时将开关(51)、开关(52)以及开关(53)控制为截止，从而使从信号处理电路的被施加基准电压(VREF)的端子到经放大器的接地为止的电流通路被截断。由此，在光电转换装置的信号处理电路工作停止时，电流不再流入被施加基准电压(VREF)的端子。

Description

光电转换装置

技术领域

本发明涉及基于入射光对输出电压进行输出的光电转换装置。

背景技术

目前光电转换装置作为传真机、图像扫描器、数字复印机、以及X光摄像装置等的图像获取装置而被使用。光电转换装置通过单晶硅芯片制造，密接型图像传感器(CIS：Contact Image Senser)为人所熟知。

光电转换装置如图9所示，通常利用多个而被使用。光电转换装置41具有光电转换单元组43以及信号处理电路42。光电转换单元组43按每个像素具有多个光电转换单元(未图示)。各光电转换装置41被施加有如图10那样的相同的基准电压VREF。

光电转换单元基于使光电转换单元复位的复位电压Vreset以及入射光，将输出电压VOUT输出到信号处理电路42中。光电转换单元组43将来自各光电转换单元的输出电压VOUT按时序输出到信号处理电路42中。对该输出电压VOUT给予规定的处理，信号处理电路42输出基于入射光的输出电压VOUT2。

在此，对以往的光电转换装置41中的光电转换单元组43以及信号处理电路42的工作进行说明。图11是表示以往的光电转换装置的信号处理电路的图。

利用至光电转换单元组43的光电转换单元上搭载的光电转换部件(未图示)的入射光，光电转换部件保持光电荷。通过复位电压被复位时的光电转换部件的基准信号和基于光电荷的量的光信号，被分为前半期间和后半期间而输入到信号处理电路42的采样保持电路21中。光电转换单元被设置有多个，来自各光电转换单元的光电转换部件的基准信号以及光信号按时序输入到采样保持电路21中。采样保持电路21基于信号

SH1，对前半期间输入的基准信号进行采样，在后半期间保持被采样的基准信号。在后半期间，减法器34取出经缓冲放大器22的采样保持后的基准信号与经缓冲放大器23的光信号的差分(例如，参考专利文献1)。

(专利文献1)日本专利申请公开2005-012752号公报

但是，在专利文献1记载的技术中，因为被施加基准电压VREF的放大器没有完全地截止(off)，所以电流始终流入被施加基准电压VREF的端子。由此，在基准电压VREF在外部生成并供给的情况下，在外部生成的基准电压VREF变动了电流流入被施加基准电压VREF的端子的部分。此时，当对多个光电转换装置41施加在外部生成的基准电压VREF时，通过一个光电转换装置41的基准电压VREF的变动，导致对其它的光电转换装置41的基准电压VREF也变动，有时会使全部的光电转换装置41误动作。因此，需要有用于防止误动作的对策。

发明内容

本发明是鉴于这些问题而做出的，其提供一种能够使从外部供给的基准电压稳定的光电转换装置。

本发明为了解决上述课题，提供一种光电转换装置，其基于入射光对输出电压进行输出，其特征在于，具备：光电转换部件，利用上述入射光，对光电荷进行保持；信号处理电路，被施加基准电压，对上述光电转换部件的输出信号给予规定的处理，输出基于上述入射光的输出电压；以及开关，设置在从外部供给上述基准电压的端子与上述信号处理电路之间。

此外，本发明提供一种光电转换装置，其基于入射光对输出电压进行输出，其特征在于，具备：光电转换部件，利用上述入射光，对光电荷进行保持；以及信号处理电路，由具有使被施加了基于基准电压的电压的输出晶体管强制截止的功能的放大器构成，对上述光电转换部件的输出信号给予规定的处理，输出基于上述入射光的输出电压。

在本发明中，通过在光电转换装置工作停止时将开关控制为截止，从而使从被供给基准电压的端子到经开关的接地为止的电流通路被截断。由此，因为在光电转换装置工作停止时，电流不再流入被供给基准电压的端子，所以在外部生成的基准电压变得难以变动，使基准电压稳定。

此外，在本发明中，通过在光电转换装置工作停止时将输出晶体管控制为截止，从而使从被供给基准电压的端子到经输出晶体管的接地为止的电流通路被截断。由此，因为在光电转换装置工作停止时，电流不再流入被供给基准电压的端子，所以在外部生成的基准电压变得难以变动，使基准电压稳定。

此外，在本发明中，通过在光电转换装置工作停止时将开关控制为截止，从而使从电源到经开关的被供给基准电压的端子为止的电流通路被截断。由此，因为在光电转换装置工作停止时，从被供给基准电压的端子不再流出电流，所以在外部生成的基准电压变得难以变动，使基准电压稳定。

附图说明

图1是表示光电转换装置的信号处理电路的图。

图2是表示缓冲放大器的电路图。

图3是表示减法器的电路图。

图4是表示非反相放大器的电路图。

图5是表示放大器的电路图。

图6是表示光电转换装置的信号处理电路的图。

图7是表示放大器的电路图。

图8是表示光电转换装置的信号处理电路的图。

图9是表示以往的多个光电转换装置的图。

图10是表示基准电压的图。

图11是表示以往的光电转换装置的信号处理电路的图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

在此，本发明的光电转换装置具有光电转换单元组(未图示)以及信号处理电路(未图示)。光电转换单元组按每个像素具有多个光电转换单元(未图示)。

光电转换单元基于对光电转换单元进行复位的复位电压以及入射光，将输出电压输出到信号处理电路中。光电转换单元组将来自各光电转换单元的输出电压按时序输出到信号处理电路中。对该输出电压给予规定的处理，信号处理电路输出基于入射光的输出电压。

第一实施方式

首先，对光电转换装置的信号处理电路的结构进行说明。图1是表示光电转换装置的信号处理电路的图。

光电转换装置的信号处理电路具有：采样保持(sample hold)电路31、缓冲放大器32、缓冲放大器33、减法器34、箝位电路35、非反相放大器36、采样保持电路37、非反相放大器38、传输门39、开关51、开关52以及开关53。

被施加输入电压VIN(光电转换单元组的输出电压)的端子与采样保持电路31以及缓冲放大器33连接。采样保持电路31的输出端子与缓冲放大器32连接。缓冲放大器32以及缓冲放大器33的输出端子与减法器34连接。减法器34的输出端子与箝位电路35连接。箝位电路35的输出端子与非反相放大器36连接。非反相放大器36的输出端子与采样保持电路37连接，采样保持电路37的输出端子与非反相放大器38连接，非反相放大器38的输出端子与传输门39连接。此外，被从光电转换装置的外部供给基准电压VREF的端子与箝位电路35连接。该端子经开关51与减法器34连接，经开关52与非反相放大器36连接，经开关53与非反相放大器38连接。

接着，对缓冲放大器32以及缓冲放大器33进行说明。图2是表示缓冲放大器的电路图。

缓冲放大器32以及缓冲放大器33对输入电压IN进行阻抗变换，作为输出电压OUT进行输出。

接着，对减法器34进行说明。图3是表示减法器的电路图。

减法器34将从输入电压INP减去输入电压INM后的电压利用4个电阻的电阻值进行增益倍增(gain multiply)，以基准电压VREF为基准作为输出电压OUT进行输出。

接着，对非反相放大器36以及非反相放大器38进行说明。图4是表示非反相放大器的电路图。

非反相放大器36以及非反相放大器38将输入电压INM利用2个电阻的电阻值进行增益倍增，以基准电压VREF为基准作为输出电压OUT进行输出。

接着，对缓冲放大器32、缓冲放大器33、减法器34、非反相放大器36、以及非反相放大器38内部的放大器进行说明。图5是表示放大器的电路图。

在放大器中，在工作时，将基于输入电压INP和输入电压INM的电压差的电压施加到晶体管TR1的栅极，晶体管TR1工作，对输出电压OUT进行输出。在工作停止时，信号I变为高电平，晶体管TR3以及晶体管TR4截止。

接着，对光电转换装置中的光电转换单元组以及信号处理电路的工作时的工作进行说明。

在此，信号I变为规定电平的低电平，晶体管TR3以及晶体管TR4中流过电流。

利用至光电转换单元组的光电转换单元上搭载的作为光电二极管或光电晶体管的光电转换部件(未图示)的入射光，光电转换部件保持光电荷。利用复位电压被复位时的光电转换部件的基准信号和基于光电荷的量的光电转换部件的光信号，被分为前半期间和后半期间，输入到信号处理电路的采样保持电路31以及缓冲放大器33中。设置有多个光电转换单元，来自各光电转换单元的光电转换部件的基准信号以及光信号按时序输入到采样保持电路31以及缓冲放大器33中。采样保持电路31基于信号

SH1，对前半期间输入的基准信号进行采样，在后半期间保持被采样的基准信号。

在后半期间，减法器34取出经缓冲放大器32的采样保持后的基准信号与经缓冲放大器33的光信号的差分。减法器34的后半期间的输出信号是从光信号减去基准信号并进行增益倍增再加上基准电压VREF后的信号。减法器34通过从光信号减去基准信号，从而去除光信号的噪声成分。此外，在前半期间，相同的电压经缓冲放大器32以及缓冲放大器33输入到减法器34中。

在此，在前半期间以及后半期间，缓冲放大器32、缓冲放大器33以及减法器34的偏移量(offset)附加在减法器34的输出信号上。该减法器34的输出信号输入到箝位电路35中。

在前半期间，基于至箝位电路35的信号

CLAMP，虽然没有图示，但被施加基准电压VREF的端子经开关与箝位电路35的输出端子连接。由此，箝位电路35的前半期间的输出信号被箝位于基准电压VREF。此外，在后半期间，基于信号

CLAMP，虽然没有图示，但被施加基准电压VREF的端子未被连接到箝位电路35的输出端子上。由此，箝位电路35的输入端子和输出端子之间设置有电容，箝位电路35的后半期间的输出信号成为从减法器34的后半期间的输出信号减去前半期间的输出信号再加上基准电压VREF的信号。由此，箝位电路35的后半期间的输出信号成为从光信号减去基准信号然后增益倍增再加上基准电压VREF的信号。另外，缓冲放大器32、缓冲放大器33以及减法器34的偏移量不附加在该箝位电路35的后半期间的输出信号上。

箝位电路35的输出信号输入到非反相放大器36中。非反相放大器36的输出信号输入到采样保持电路37中。

在后半期间，采样保持电路37基于至采样保持电路37的信号

SH2，对基于箝位电路35的后半期间的输出信号的非反相放大器36的输出信号进行采样。此外，在前半期间，采样保持电路37基于信号

SH2，保持所采样的信号，并在较长期间维持采样保持电路37的输出信号。

采样保持电路37的输出信号输入到非反相放大器38中。非反相放大器38的输出信号输入到传输门39中。传输门39输出根据基于入射光的光电荷的输出电压VOUT2。

接着，对光电转换装置工作停止时的工作进行说明。

信号I变为高电平，图6的放大器的晶体管TR3以及晶体管TR4截止。此外，信号EN变为低电平，信号ENX变为高电平。于是，开关51、开关52以及开关53截止。

这样，通过在光电转换装置的信号处理电路工作停止时将开关51控制为截止，从而使从图1的信号处理电路的被供给基准电压VREF的端子到经由图1的信号处理电路的开关51、图3的减法器34的被施加基准电压VREF的端子、图3的减法器34的2个电阻、图3的减法器34的被施加输入电压INP的端子、图2的缓冲放大器33的输出输出电压OUT的输出端子、以及图5的放大器的晶体管TR1的接地为止的电流通路被截断。

此外，通过在光电转换装置的信号处理电路工作停止时将开关52控制为截止，从而使从图1的信号处理电路的被供给基准电压VREF的端子到经由图1的信号处理电路的开关52、图4的非反相放大器36的被施加基准电压VREF的端子、图4的非反相放大器36的2个电阻、图4的非反相放大器36的输出输出电压OUT的输出端子、以及图5的放大器的晶体管TR1的接地为止的电流通路被截断。

此外，开关53也同样。

由此，因为在光电转换装置的信号处理电路的工作停止时电流不流入到被供给基准电压VREF的端子中，所以，光电转换装置实现低功耗化。此外，在外部生成的基准电压VREF变得难以变动，使基准电压VREF稳定。在此，通常使用多个光电转换装置，这些光电转换装置按时序依次工作。即，当1个光电转换装置在工作中输出信号时，其它的光电转换装置在工作停止中不输出信号。在这些工作停止中的光电转换装置中，因为电流不流入到被供给基准电压VREF的端子中，所以，系统整体实现低功耗化。此外，在外部生成的基准电压VREF变得难以变动，使基准电压VREF稳定。

另外，在基准电压VREF容易变动的情况下，生成如图10的基准电压VREF的电路中的电阻的电阻值需要变低，使该电路的功耗变高，但因为基准电压VREF变得难以变动，所以，该电阻值能够变高，该电路的功耗变低。

第二实施方式

虽然在第一实施方式中，对各放大器分别设置了开关，但是，也可对各放大器设置1个开关。图6是表示光电转换装置的信号处理电路的图。

第二实施方式的光电转换装置的信号处理电路与第一实施方式相比，在被施加基准电压VREF的端子的针对各放大器的分支点与各放大器之间所设置的各开关被删除，并在被施加基准电压VREF的端子与该分支点之间增加了开关54。

接着，对光电转换装置工作时的工作进行说明。

第二实施方式的工作与第一实施方式的工作同样。

接着，对光电转换装置工作停止时的工作进行说明。

信号I变为高电平，图6的放大器的晶体管TR3以及晶体管TR4截止。此外，信号EN变为低电平，信号ENX变为高电平。于是，开关54截止。

第三实施方式

虽然在第一实施方式中使用了图5的放大器，但是，也可使用具有使晶体管TR1强制截止的功能的放大器。

第三实施方式的光电转换装置的信号处理电路与第一实施方式相比，虽然未图示，但是被施加基准电压VREF的端子的针对各放大器的分支点与各放大器之间所设置的各开关被删除。

接着，对缓冲放大器32、缓冲放大器33、减法器34、非反相放大器36以及非反相放大器38内部的放大器进行说明。图7是表示放大器的电路图。

在放大器中，在工作时，将基于输入电压INP和输入电压INM的电压差的电压施加到晶体管TR1的栅极上，使晶体管TR1工作，对输出电压OUT进行输出。在工作停止时，信号I变为高电平，晶体管TR3以及晶体管TR4截止，信号AMPENX变为高电平，晶体管TR2导通，晶体管TR1的栅极电压变为低电平，晶体管TR1截止。于是，对输出电压OUT进行输出的输出端子与接地之间不流过电流。

接着，对光电转换装置工作时的工作进行说明。

第三实施方式的工作与第一实施方式的工作同样。

接着，对光电转换装置工作停止时的工作进行说明。

信号I变为高电平，图6的放大器的晶体管TR3以及晶体管TR4截止，信号AMPENX变为高电平，晶体管TR2导通，晶体管TR1的栅极电压变为低电平，晶体管TR1导通。

这样，通过在光电转换装置的信号处理电路工作停止时将晶体管TR1控制为截止，从而使从图1的信号处理电路的被供给基准电压VREF的端子到经由图3的减法器34的被施加基准电压VREF的端子、图3的减法器34的2个电阻、图3的减法器34的被施加输入电压INP的端子、图2的缓冲放大器33的输出输出电压OUT的输出端子、以及图7的放大器的晶体管TR1的接地为止的电流通路被截断。

此外，通过在光电转换装置的信号处理电路工作停止时将晶体管TR1控制为截止，从而使从图1的信号处理电路的被供给基准电压VREF的端子到经由图4的非反相放大器36或非反相放大器38的被施加基准电压VREF的端子、图4的非反相放大器36或非反相放大器38的2个电阻、图4的非反相放大器36或非反相放大器38的输出输出电压OUT的输出端子、以及图7的放大器的晶体管TR1的接地为止的电流通路被截断。

由此，因为在光电转换装置的信号处理电路的工作停止时电流不流入到被供给基准电压VREF的端子中，所以，光电转换装置实现低功耗化。此外，在外部生成的基准电压VREF变得难以变动，使基准电压VREF稳定。在此，通常使用多个光电转换装置，这些光电转换装置按时序依次工作。即，当1个光电转换装置在工作中输出信号时，其它的光电转换装置在工作停止中不输出信号。在这些工作停止中的光电转换装置中，因为电流不流入被供给基准电压VREF的端子，所以系统整体实现低功耗化。此外，在外部生成的基准电压VREF变得难以变动，使基准电压VREF稳定。

第四实施方式

虽然在第一实施方式中使用了缓冲放大器32以及缓冲放大器33，但是，也可使用源极跟随器电路。图8是表示光电转换装置的信号处理电路的图。

第四实施方式的光电转换装置的信号处理电路与第一实施方式相比，采样保持电路31被删除，缓冲放大器32变为由N型晶体管32a以及N型晶体管32b构成的源极跟随器电路，缓冲放大器33变为由N型晶体管33a以及N型晶体管33b构成的源极跟随器电路。

在由晶体管32a以及晶体管32b构成的源极跟随器电路中，信号I2施加到晶体管32b的栅极，晶体管32b流过电流，能够将晶体管32b看作是导通电阻。由此，实现了将晶体管32a的栅极作为输入端子、将源极作为输出端子的源极跟随器电路。由晶体管33a以及晶体管33b构成的源极跟随器电路也是同样。晶体管32a和晶体管33a的能力相同，晶体管32b和晶体管33b的能力也相同。

接着，对光电转换装置工作时的工作进行说明。

在此，信号I变为规定电平的低电平，晶体管TR3以及晶体管TR4流过电流。此外，信号I2变为规定电平的高电平，晶体管32b以及晶体管33b流过电流。

利用至光电转换单元组的光电转换单元上搭载的作为光电二极管或光电晶体管的光电转换部件(未图示)的入射光，光电转换部件保持光电荷。利用复位电压而被复位时的光电转换部件的基准信号经源极跟随器电路在后半期间被输入到信号处理电路的减法器34中。基于光电荷的量的光电转换部件的光信号经源极跟随器电路在后半期间被输入到信号处理电路的减法器34中。光电转换单元设置有多个，来自各光电转换单元的光电转换部件的基准信号以及光信号按时序输入到减法器34中。

在后半期间，减法器34取出基准信号和光信号的差分。减法器34的后半期间的输出信号是从光信号减去基准信号并进行增益倍增再加上基准电压VREF后的信号。减法器34从光信号减去基准信号，从而去除了光信号的噪声成分。此外，在前半期间，相同的电压经各源极跟随器电路输入到减法器34中。

箝位电路35、非反相放大器36、采样保持电路37、非反相放大器38以及传输门39的工作与在第一实施方式中的工作同样。

接着，对光电转换装置工作停止时的工作进行说明。

信号I变为高电平，图5的放大器的晶体管TR3以及晶体管TR4截止。此外，信号EN变为低电平，信号ENX变为高电平。于是，开关51、开关52以及开关53截止。此外，信号I2变为低电平，晶体管32b以及晶体管33b截止。

这样，通过在光电转换装置的信号处理电路工作停止时将开关51控制为截止，从而使从电源到经由晶体管33a、图3的减法器34的被施加输入电压INP的端子、图3的减法器34的2个电阻、图3的减法器34的被施加基准电压VREF的端子、以及图8的信号处理电路的开关51的图8的信号处理电路的被供给基准电压VREF的端子为止的电流通路被截断。

由此，因为在光电转换装置的信号处理电路的工作停止时，电流不从被供给基准电压VREF的端子流出，所以，光电转换装置实现低功耗化。此外，在外部生成的基准电压VREF变得难以变动，使基准电压VREF稳定。在此，通常使用多个光电转换装置，这些光电转换装置按时序依次工作。即，当1个光电转换装置在工作中输出信号时，其它的光电转换装置在工作停止中不输出信号。在这些工作停止中的光电转换装置中，因为电流不从被供给基准电压VREF的端子流出，所以，系统整体实现低功耗化。此外，在外部生成的基准电压VREF变得难以变动，使基准电压VREF稳定。

此外，因为在减法器34的前级没有使用放大器而使用了源极跟随器电路，所以，由热噪声导致的噪声变小。

第五实施方式

虽然在第四实施方式中，对各放大器分别设置了开关，但是也可对各放大器设置1个开关。

第五实施方式的光电转换装置的信号处理电路与第四实施方式相比，虽然未图示，但是，被施加基准电压VREF的端子的针对各放大器的分支点与各放大器之间所设置的各开关被删除，并在被施加基准电压VREF的端子与该分支点之间增加了开关。

接着，对光电转换装置工作时的工作进行说明。

第五实施方式的工作与第四实施方式的工作同样。

接着，对光电转换装置工作停止时的工作进行说明。

信号I变为高电平，使图6的放大器的晶体管TR3以及晶体管TR4截止。此外，信号EN变为低电平，信号ENX变为高电平。于是，使增加的开关截止。此外，信号I2变为低电平，使晶体管32b以及晶体管33b截止。

Claims (5)

1.一种光电转换装置，基于入射光对输出电压进行输出，其特征在于，具备：

光电转换部件，利用上述入射光，对光电荷进行保持；

信号处理电路，被施加基准电压，对上述光电转换部件的输出信号给予规定的处理，输出基于上述入射光的输出电压；以及

开关，设置在从外部供给上述基准电压的端子与上述信号处理电路之间，

通过在上述信号处理电路动作停止时将上述开关控制为截断，从而使从被供给上述基准电压的端子到经上述开关的接地为止的电流通路被截断。

2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其特征在于，上述信号处理电路具有：

采样保持电路，利用复位电压复位时的上述光电转换部件的基准信号和基于上述光电荷的量的上述光电转换部件的光信号分为第一期间和第二期间而输入，对在上述第一期间输入的上述基准信号进行采样，在上述第二期间保持被采样的上述基准信号；

第一缓冲放大器，被输入上述采样保持电路的输出信号；

第二缓冲放大器，被输入上述基准信号和上述光信号；以及

减法器，被施加上述基准电压，通过在上述第二期间从经上述第二缓冲放大器的上述光信号中减去经上述第一缓冲放大器的采样保持后的上述基准信号，从而除去上述光信号的噪声成分。

3.根据权利要求1所述的光电转换装置，其特征在于，上述信号处理电路具有：

第一源极跟随器电路，被输入利用复位电压复位时的上述光电转换部件的基准信号；

第二源极跟随器电路，被输入基于上述光电荷的量的上述光电转换部件的光信号；以及

减法器，被施加上述基准电压，通过从经上述第二源极跟随器电路的上述光信号中减去经上述第一源极跟随器电路的上述基准信号，从而除去上述光信号的噪声成分。

4.一种光电转换装置，基于入射光对输出电压进行输出，其特征在于，具备：

光电转换部件，利用上述入射光，对光电荷进行保持；以及

信号处理电路，由具有使被施加了基于基准电压的电压的输出晶体管强制截止的功能的放大器构成，对上述光电转换部件的输出信号给予规定的处理，输出基于上述入射光的输出电压，

通过在上述信号处理电路动作停止时将上述输出晶体管控制为截断，从而使从被供给上述基准电压的端子到经上述输出晶体管的接地为止的电流通路被截断。

5.根据权利要求4所述的光电转换装置，其特征在于，上述信号处理电路具有：

采样保持电路，利用复位电压复位时的上述光电转换部件的基准信号和基于上述光电荷的量的上述光电转换部件的光信号分为第一期间和第二期间而输入，对在上述第一期间输入的上述基准信号进行采样，在上述第二期间保持被采样的上述基准信号；

第一缓冲放大器，被输入上述采样保持电路的输出信号；

第二缓冲放大器，由具有使输出晶体管强制截止的功能的放大器构成，被输入上述基准信号和上述光信号；以及

减法器，被施加上述基准电压，通过在上述第二期间从经上述第二缓冲放大器的上述光信号中减去经上述第一缓冲放大器的采样保持后的上述基准信号，从而除去上述光信号的噪声成分。

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