JP2012089738A - Optical sensor and electronic equipment - Google Patents

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JP2012089738A JP2010236403A JP2010236403A JP2012089738A JP 2012089738 A JP2012089738 A JP 2012089738A JP 2010236403 A JP2010236403 A JP 2010236403A JP 2010236403 A JP2010236403 A JP 2010236403A JP 2012089738 A JP2012089738 A JP 2012089738A
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教和 岡田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an optical sensor with a small circuit scale capable of securing a high gain.SOLUTION: An optical sensor 1 comprises a photodiode PD1, a dummy photodiode PD2, diodes D1, D2 converting output currents of the photodiode PD1 and the dummy photodiode PD2 into a voltage, and a differential amplifier for differential computing the converted voltage. The dummy photodiode PD2 is arranged at a position, at which a leak current of the photodiode PD1 is received, and is shielded from lights. The leak current flows to the dummy photodiode PD2, and an electric potential of the diode D2 is increased, and therefore, an electric potential difference between the photodiode PD1 side and the dummy photodiode PD side can be restrained, so as to restrain malfunction of the optical sensor 1. Also, when lights are incident on the photodiode PD1, a high gain can be obtained by the diode D1. Additionally, a characteristic can be improved without compensating the current, and therefore, a circuit scale does not increase.

Description

本発明は、物体検知や物理量検出を光学的に行なうための受光回路を有する光センサおよびその光センサを備える電子機器に関する。   The present invention relates to an optical sensor having a light receiving circuit for optically performing object detection and physical quantity detection, and an electronic apparatus including the optical sensor.

物体検知に用いられるフォトンタラプタ等の光センサは、装置において、検知対象に向けて必要数配置されている。例えば、複写機では、機内のさまざまな箇所を移動する用紙を検知するため、光センサが数十個と多数使用されている。したがって、装置の価格上昇を抑えるため、より安価で高性能な光センサが求められる。   The necessary number of photosensors such as photon traps used for object detection are arranged in the apparatus toward the detection target. For example, in a copying machine, many tens of optical sensors are used to detect paper that moves in various places in the machine. Therefore, in order to suppress an increase in the price of the apparatus, a cheaper and higher performance optical sensor is required.

その解決策として、特許文献1,2に開示されている技術が挙げられる。特許文献1,2に開示されている光センサは、受光回路において、2個のフォトダイオードを用い、各フォトダイオードからの受光電流を、ダイオードにて対数圧縮することで電圧に変換した後、差動比較することで、ゲインを確保している。この光センサでは、抵抗ではなく、ダイオードにて電流−電圧変換することにより、回路規模を縮小することができると考えられる。   As a solution, techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 can be cited. The optical sensors disclosed in Patent Documents 1 and 2 use two photodiodes in the light receiving circuit, and convert the light reception current from each photodiode into a voltage by logarithmically compressing with the diode, and then the difference. The gain is secured by dynamic comparison. In this optical sensor, it is considered that the circuit scale can be reduced by performing current-voltage conversion with a diode instead of a resistor.

また、性能の改善に関しては、ノイズを抑制する技術が特許文献3〜5に開示されているようにダミーフォトダイオードを用いることが考えられる。   As for the improvement in performance, it is conceivable to use a dummy photodiode as disclosed in Patent Documents 3 to 5 as techniques for suppressing noise.

特許文献3には、フォトダイオードに隣接するダミーフォトダイオード領域にポリシリコンによるPN接合を形成し、ノイズ成分と成り得る光を吸収することが開示されている。   Patent Document 3 discloses that a PN junction made of polysilicon is formed in a dummy photodiode region adjacent to a photodiode to absorb light that can be a noise component.

また、特許文献4には、画素部から溢れ出た電荷を隣接するダミー用フォトダイオードにより捕らえて放出し、S/N比の低下を抑制することが開示されている。   Patent Document 4 discloses that the electric charge overflowing from the pixel portion is captured and released by an adjacent dummy photodiode to suppress a decrease in the S / N ratio.

さらに、特許文献5には、差動アンプの入力部とダミーフォトダイオードとの間にノイズ信号増幅用のアンプ回路を挿入して、ノイズ耐量を大きくすることが開示されている。   Furthermore, Patent Document 5 discloses that noise immunity is increased by inserting an amplifier circuit for amplifying a noise signal between the input portion of the differential amplifier and the dummy photodiode.

特開2006-294682号公報(2006年10月26日公開)JP 2006-294682 A (released on October 26, 2006) 特開昭57−142523号公報(1982年9月3日公開)JP 57-142523 A (published September 3, 1982) 特開2006−190857号公報(2006年7月20日公開)JP 2006-190857 A (published July 20, 2006) 特開2009−182127号公報(2009年8月13日公開)JP 2009-182127 A (released on August 13, 2009) 特開平9−92874号公報(1997年4月4日公開)JP 9-92874 A (published April 4, 1997)

特許文献1,2に開示された光センサにおいては、両方のフォトダイオードに光が入り、ダイオードのインピーダンスが数MΩ以下になることを想定している。このため、片方のフォトダイオードを特許文献3〜5に開示されているようなダミーフォトダイオードとして用いると、逆にゲインが数十MΩ以上と高くなり過ぎることから、ノイズ等の誤動作や周波数特性の悪化をもたらす。   In the optical sensors disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is assumed that light enters both photodiodes and the impedance of the diodes is several MΩ or less. For this reason, if one of the photodiodes is used as a dummy photodiode as disclosed in Patent Documents 3 to 5, on the contrary, the gain becomes too high, such as several tens of MΩ. Causes deterioration.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路規模が小さく且つ高ゲインを確保できる光センサを実現することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize an optical sensor with a small circuit scale and a high gain.

本発明に係る光センサは、上記の課題を解決するために、フォトダイオードと、該フォトダイオードのリーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されたダミーフォトダイオードと、上記フォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第1ダイオードと、上記ダミーフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第2ダイオードと、上記第1ダイオードおよび上記第2ダイオードによって変換された電圧を差動演算する差動増幅器とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, an optical sensor according to the present invention provides a photodiode, a dummy photodiode disposed at a position for receiving the leakage current of the photodiode and shielded from light, and an output current of the photodiode. A first diode that converts the output current of the dummy photodiode into a voltage, and a differential amplifier that performs a differential operation on the voltage converted by the first diode and the second diode. It is characterized by having.

回路規模を増大させずに、ダミーフォトダイオードへ接続されるダイオードのインピーダンスを下げるために、リーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されたダミーフォトダイオードを用いればよい。特許文献3,4には、フォトダイオード以外のICやフォトダイオードへのリーク電流を防ぐために、その間にダミーフォトダイオードを設けることが開示されている。これに対し、本発明では、フォトダイオードに隣接するダミーフォトダイオードには、フォトダイオードからのリーク電流を受けて微小電流が流れることを利用する。特許文献3,4では、ダミーフォトダイオードに流れるリーク電流を利用することについては開示されていない。   In order to reduce the impedance of the diode connected to the dummy photodiode without increasing the circuit scale, it is only necessary to use a dummy photodiode that is arranged at a position to receive a leakage current and is shielded from light. Patent Documents 3 and 4 disclose that a dummy photodiode is provided between ICs and photodiodes other than the photodiode in order to prevent leakage current. On the other hand, the present invention utilizes the fact that a minute current flows in the dummy photodiode adjacent to the photodiode upon receiving a leakage current from the photodiode. Patent Documents 3 and 4 do not disclose the use of a leak current flowing through a dummy photodiode.

このダミーフォトダイオードを用いることにより、光入力時にゲインを数MΩ程度に確保できるだけでなく、光入力時に第2ダイオードによるノイズ等の誤動作やゲインが高すぎることによる周波数特性の悪化を抑制できる。また、光ON/OFF時に伝播遅延の発生を抑えるために、フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードによる両入力部に数nA程度の電流補償を行なっても良い。   By using this dummy photodiode, it is possible not only to secure a gain of about several MΩ at the time of light input, but also to suppress malfunctions such as noise caused by the second diode at the time of light input and deterioration of frequency characteristics due to the gain being too high. Further, in order to suppress the occurrence of propagation delay when the light is turned on / off, current compensation of about several nA may be performed at both input portions by the photodiode and the dummy photodiode.

ここでこのフォトダイオード電流は例えば約10nAであり、ダミーフォトダイオード電流は約1nA条件にて光検知すると想定する。10nAであれば第1ダイオードにより、約2.6MΩのゲインが得られる。また、1nAのダミーフォトダイオード電流が流れることにより、図3に示すように、第2ダイオードの電圧は0バイアスから約0.47Vまで電位が持ち上がり、フォトダイオード側との電位差が数十mVに抑えられる。これにより、電位のアンバランスが解消されるので、ゲインが高すぎることによる光センサの誤動作等を抑制できる。また、両入力部に電流補償を実施した場合は、無入力時の電圧が電流補償分だけ持ち上がることになる。   Here, it is assumed that the photodiode current is, for example, about 10 nA, and the dummy photodiode current is optically detected under the condition of about 1 nA. If it is 10 nA, a gain of about 2.6 MΩ can be obtained by the first diode. Also, as the 1 nA dummy photodiode current flows, as shown in FIG. 3, the voltage of the second diode rises from 0 bias to about 0.47 V, and the potential difference from the photodiode side is suppressed to several tens mV. It is done. As a result, potential imbalance is eliminated, and malfunction of the optical sensor due to the gain being too high can be suppressed. In addition, when current compensation is performed on both input sections, the voltage at the time of no input is raised by the amount of current compensation.

上記光センサは、定電流が流れる第1MOSトランジスタおよび第2MOSトランジスタを備え、上記フォトダイオードおよび上記ダミーフォトダイオードのアノードが接地され、上記フォトダイオードおよび上記第1ダイオードのカソードは上記第1MOSトランジスタのゲートと接続され、上記第1ダイオードのアノードが上記第1MOSトランジスタのドレインと接続され、上記ダミーフォトダイオードおよび上記第2ダイオードのカソードが上記第2MOSトランジスタのゲートと接続され、上記第2ダイオードのアノードが上記第2MOSトランジスタのドレインと接続されていることが好ましい。   The photosensor includes a first MOS transistor and a second MOS transistor through which a constant current flows, anodes of the photodiode and the dummy photodiode are grounded, and a cathode of the photodiode and the first diode is a gate of the first MOS transistor. The anode of the first diode is connected to the drain of the first MOS transistor, the cathode of the dummy photodiode and the second diode are connected to the gate of the second MOS transistor, and the anode of the second diode is It is preferable to be connected to the drain of the second MOS transistor.

特許文献3に開示されている回路では、ダイオードをバイポーラトランジスタに接続していることにより、ベース電流が流れるため、上記ダイオードは0バイアスとならずにゲインが低くなる。   In the circuit disclosed in Patent Document 3, since the base current flows when the diode is connected to the bipolar transistor, the diode does not become zero bias and gain is low.

これに対し、上記のように、第1および第2ダイオードをそれぞれ第1および第2MOSトランジスタと接続することにより、フォトダイオード電流の無入力時に0バイアスが実現できる。これにより、負帰還回路が構成されるので、第1MOSトランジスタのドレイン電圧が、フォトダイオード電流が第1ダイオードにて電圧変換された電圧変動のみをモニターすることになる。この結果、光電変換を適正に実現でき、有益である。   On the other hand, as described above, by connecting the first and second diodes to the first and second MOS transistors, respectively, zero bias can be realized when no photodiode current is input. As a result, a negative feedback circuit is configured, so that the drain voltage of the first MOS transistor monitors only the voltage fluctuation in which the photodiode current is voltage-converted by the first diode. As a result, photoelectric conversion can be properly realized, which is beneficial.

また、両入力部に電流補償を実施した場合は、電圧が0バイアスとはならず、電流補償分だけ持ち上がるので、電流補償を数nA程度に抑える必要がある。   In addition, when current compensation is performed for both input sections, the voltage does not become zero bias, but is increased by the amount of current compensation, so it is necessary to suppress the current compensation to about several nA.

上記第1および第2MOSトランジスタを備えた光センサにおいて、上記第2MOSトランジスタのソースとグランドとの間に接続される抵抗を備えていることが好ましい。   The optical sensor including the first and second MOS transistors preferably includes a resistor connected between the source of the second MOS transistor and the ground.

前述のフォトダイオード電流が約10nAであると想定された場合、ダミーフォトダイオード電流が100pA以下とさらに微小となる場合、接続される差動演算器の入力電位差が大きくなりすぎ、光がほぼ無入力時にも検知信号を出力することが考えられる。この場合、上記のような抵抗(ここでは数十kΩ程度の抵抗値を有する)を導入することにより、ダミーフォトダイオード側の入力電圧を無入力時に増大させて、かさ上げしておくことができる。これにより、誤検知を抑制できるので、有益である。   When the above photodiode current is assumed to be about 10 nA, when the dummy photodiode current is further reduced to 100 pA or less, the input potential difference of the connected differential arithmetic unit becomes too large, and light is almost not input. It is conceivable that a detection signal is sometimes output. In this case, by introducing a resistor as described above (here, having a resistance value of about several tens of kΩ), the input voltage on the dummy photodiode side can be increased when there is no input and raised. . As a result, erroneous detection can be suppressed, which is beneficial.

特許文献5には、差動アンプへの入力部とダミーフォトダイオードとの間にノイズ信号増幅用アンプ回路を挿入することが開示されている。これに対し、上記のように抵抗を導入することにより、ダイオードを用いた電流−電圧変換器における能力を変更するものであり、ノイズ信号増幅用のアンプを導入するものではない。特許文献5に開示された回路では、電流−電圧変換器に抵抗を用いているため、上記のように抵抗を導入すると、電位変動が大きくなってしまい、光センサとしての動作範囲が大幅に狭くなって特性が悪化する。   Patent Document 5 discloses that an amplifier circuit for amplifying a noise signal is inserted between an input section to a differential amplifier and a dummy photodiode. On the other hand, introducing a resistor as described above changes the capability of a current-voltage converter using a diode, and does not introduce an amplifier for amplifying a noise signal. In the circuit disclosed in Patent Document 5, since a resistor is used for the current-voltage converter, if the resistor is introduced as described above, the potential fluctuation increases, and the operation range as the optical sensor is significantly narrowed. As a result, the characteristics deteriorate.

上記第1および第2MOSトランジスタを備えた光センサにおいて、上記第2MOSトランジスタに流れる定電流の値が上記第1MOSトランジスタに流れる定電流の値より大きいことが好ましい。   In the optical sensor including the first and second MOS transistors, it is preferable that the value of the constant current flowing through the second MOS transistor is larger than the value of the constant current flowing through the first MOS transistor.

上記の抵抗の代わりに、第1MOSトランジスタに流れる定電流の値を上記のように大きくすることで、ゲート−ソース間の電位が上がり、ダミーフォトダイオード側の入力電圧を無入力時に増大させて、かさ上げしておくことが可能となる。これにより、抵抗のバラツキを考慮する必要がなくなり、有益である。   By increasing the value of the constant current flowing in the first MOS transistor as described above instead of the above resistance, the potential between the gate and the source is increased, and the input voltage on the dummy photodiode side is increased when there is no input, It becomes possible to raise it. This eliminates the need for consideration of resistance variation, which is beneficial.

本発明は、ダイオードを用いた電流−電圧変換器における能力を電流増加により変更するものであり、前述の特許文献5に開示されたノイズ信号増幅用アンプ回路を挿入するものとは異なる。特許文献5に開示された回路では、電流−電圧変換器に抵抗を用いており、上記のように定電流を大きくすると、電位変動が大きくなるため、光センサとしての動作範囲が大幅に狭くなり特性が悪化する。   The present invention changes the capability of a current-voltage converter using a diode by increasing the current, and is different from the one in which the noise signal amplification amplifier circuit disclosed in Patent Document 5 is inserted. In the circuit disclosed in Patent Document 5, a resistor is used for the current-voltage converter. When the constant current is increased as described above, the potential fluctuation increases, so the operation range as an optical sensor is significantly narrowed. Characteristics deteriorate.

上記第1および第2MOSトランジスタを備えた光センサにおいて、上記第1ダイオードと並列に接続される第1コンデンサと、上記第2ダイオードと並列に接続される第2コンデンサとを備え、上記第1コンデンサおよび上記第2コンデンサがポリシリコン−拡散容量からなることが好ましい。ポリシリコンは、MOSトランジスタで使われるゲート部に相当する。   An optical sensor comprising the first and second MOS transistors, comprising: a first capacitor connected in parallel with the first diode; and a second capacitor connected in parallel with the second diode; Preferably, the second capacitor is made of polysilicon-diffusion capacitance. Polysilicon corresponds to a gate portion used in a MOS transistor.

0バイアスから光入力により変動させるダイオードは、光電流量により、大きく周波数特性が変動する。そこで、ポリシリコン−拡散容量からなる第1および第2コンデンサをそれぞれ第1および第2ダイオードと併置することで、第1および第2ダイオードの電位により、第1および第2コンデンサの容量値が変動する。これにより、周波数特性の変動を相殺できるので、有益である。   The frequency characteristics of the diode that varies from zero bias according to light input varies greatly depending on the photoelectric flow rate. Therefore, the capacitance values of the first and second capacitors fluctuate depending on the potential of the first and second diodes by arranging the first and second capacitors made of polysilicon-diffusion capacitance in parallel with the first and second diodes, respectively. To do. This is beneficial because it can cancel out fluctuations in frequency characteristics.

また、窒化膜容量などに対して、ポリシリコンおよびP拡散もしくはN拡散で容量を形成できることから、MOSトランジスタを形成する工程と同じ工程で形成できるため、光センサのICを作製する工程を削減でき、有益である。   In addition, since the capacitance can be formed by polysilicon and P diffusion or N diffusion with respect to the nitride film capacitance, etc., it can be formed in the same process as the MOS transistor forming process, thereby reducing the process of manufacturing the optical sensor IC. Be beneficial.

上記光センサは、上記ダミーフォトダイオードと並列に接続されるコンデンサを備えていることが好ましい。   The optical sensor preferably includes a capacitor connected in parallel with the dummy photodiode.

フォトダイオード周囲を囲むダミーフォトダイオードはフォトダイオードの容量値と一致させるためには大きな面積が必要となる。このため、ダミーフォトダイオードと並列にコンデンサを設置することで、フォトダイオードとの容量値の整合を図ることが可能となり、ノイズ特性等の耐性を向上させることが可能となり、有益である。   The dummy photodiode that surrounds the periphery of the photodiode requires a large area in order to match the capacitance value of the photodiode. For this reason, by installing a capacitor in parallel with the dummy photodiode, it becomes possible to match the capacitance value with the photodiode, and it is possible to improve the resistance such as noise characteristics, which is beneficial.

容量形成には、他の素子との絶縁のため、容量周囲に分離用の拡散等の形成が必要である。したがって、分離部も含めた総面積を小さくするためには、分離面積を少なくするように、四角形にするなど簡易な形で、別素子で容量を形成することが望ましい。また、フォトダイオードを形成するPN接合容量に対し、リーク電流が流れないことや、逆バイアスによる誤動作が発生しないことからも、ポリシリコン−拡散容量によって容量を形成することが望ましい。   For the formation of the capacitor, it is necessary to form a diffusion for separation around the capacitor in order to insulate from other elements. Therefore, in order to reduce the total area including the separation portion, it is desirable to form a capacitor with another element in a simple form such as a quadrangle so as to reduce the separation area. In addition, it is desirable to form a capacitor with a polysilicon-diffusion capacitor because a leak current does not flow with respect to the PN junction capacitor forming the photodiode and a malfunction due to reverse bias does not occur.

本発明に係る電子機器は、上記のいずれかの光センサを備えていることを特徴としている。これにより、回路規模がより小さく、高ゲインを確保することができる光センサを配置することができる。したがって、電子機器における光センサの占有容積を小さくし、且つ電子機器の機能を向上させることができるので、有益である。   An electronic apparatus according to the present invention includes any one of the above optical sensors. As a result, it is possible to arrange an optical sensor having a smaller circuit scale and capable of ensuring a high gain. Therefore, the volume occupied by the optical sensor in the electronic device can be reduced, and the function of the electronic device can be improved, which is beneficial.

本発明は、上記のように構成されることにより、回路規模が小さく、かつ高ゲインの光センサを実現することができるという効果を奏する。また、本発明により、光センサを備える電子機器の大型化の抑制および高機能化を容易に図ることができ、特に、当該光センサを多数備える電子機器においては、その効果が顕著である。   By being configured as described above, the present invention has an effect that it is possible to realize an optical sensor with a small circuit scale and a high gain. Further, according to the present invention, it is possible to easily suppress the increase in size and increase the functionality of an electronic device including an optical sensor, and the effect is particularly remarkable in an electronic device including a large number of the optical sensors.

本発明の実施形態1に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the light receiving circuit of the optical sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)は図1の光センサを含む各実施形態の光センサが共通して有するフォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの構成を示す平面図であり、(b)は(a)のA−A線矢視断面図である。(A) is a top view which shows the structure of the photodiode and dummy photodiode which the optical sensor of each embodiment containing the optical sensor of FIG. 1 has in common, (b) is the AA arrow of (a). FIG. 図1の光センサを含む各実施形態の光センサにおける受光回路のダイオードの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the diode of the light receiving circuit in the optical sensor of each embodiment containing the optical sensor of FIG. (a)は図1の光センサを含む各実施形態の光センサにおける受光回路の抵抗値−ダイオード電位異存特性を示すグラフであり、(b)は(a)のグラフを拡大したグラフである。(A) is the graph which shows the resistance value-diode potential heterogeneity characteristic of the light receiving circuit in the optical sensor of each embodiment containing the optical sensor of FIG. 1, (b) is the graph which expanded the graph of (a). (a)は図1の光センサを含む各実施形態の光センサにおける受光回路の容量値−ダイオード電位異存特性を示すグラフであり、(b)は(a)のグラフを拡大したグラフである。(A) is a graph which shows the capacitance value-diode potential heterogeneity characteristic of the light-receiving circuit in the optical sensor of each embodiment containing the optical sensor of FIG. 1, (b) is the graph which expanded the graph of (a). 本発明の実施形態2に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the light receiving circuit of the optical sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the light receiving circuit of the optical sensor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the light receiving circuit of the optical sensor which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5に係る複写機の内部構成を示す正面図である。It is a front view which shows the internal structure of the copying machine which concerns on Embodiment 5 of this invention.

[実施形態1]
本発明の実施形態1について図1〜図5に基づいて説明すると、以下の通りである。
[Embodiment 1]
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as follows.

〔光センサの構成〕
図1は、本実施形態の光センサ1の受光回路の構成を示す。
[Configuration of optical sensor]
FIG. 1 shows a configuration of a light receiving circuit of the optical sensor 1 of the present embodiment.

光センサ1は、発光回路(図示せず)および図1に示す受光回路を備えている。光センサ1の受光回路は、フォトダイオードPD1、ダミーフォトダイオードPD2、ダイオードD1,D2、pchMOSトランジスタTr1,Tr2(以降、単にpchトランジスタTr1,Tr2と称する)、nchMOSトランジスタTr3,Tr4(以降、単にnchトランジスタTr3,Tr4と称する)、抵抗R1〜R3、コンデンサC1,C2および定電流源CS1〜CS4を備えている。   The optical sensor 1 includes a light emitting circuit (not shown) and a light receiving circuit shown in FIG. The light receiving circuit of the optical sensor 1 includes a photodiode PD1, a dummy photodiode PD2, diodes D1 and D2, pch MOS transistors Tr1 and Tr2 (hereinafter simply referred to as pch transistors Tr1 and Tr2), nch MOS transistors Tr3 and Tr4 (hereinafter simply nch). Transistors R3 and R4), resistors R1 to R3, capacitors C1 and C2, and constant current sources CS1 to CS4.

フォトダイオードPD1は、入射光の強度に応じた光電流を出力電流として発生する。ダミーフォトダイオードPD2は、後に詳しく説明するが、ダミーフォトダイオードPD2へ接続されるダイオードD2のインピーダンスを下げるために、直接の入射光によらず、フォトダイオードPD1からの微小なリーク電流により光電流として出力電流を発生するように遮光されている。   The photodiode PD1 generates a photocurrent corresponding to the intensity of incident light as an output current. Although the dummy photodiode PD2 will be described in detail later, in order to reduce the impedance of the diode D2 connected to the dummy photodiode PD2, the dummy photodiode PD2 does not depend on the direct incident light, but the photocurrent is generated by a minute leak current from the photodiode PD1. It is shielded from light so as to generate an output current.

フォトダイオードPD1のアノードは接地電位GNDが付与されるグランドに接続され(接地され)、カソードはnchトランジスタTr3(第1MOSトランジスタ)のゲートに接続される。同様に、ダイオードD1(第1ダイオード)のカソードもnchトランジスタTr3のゲートに接続される。nchトランジスタTr3のソースは接地され、ドレインはダイオードD1のアノードに接続される。ダイオードD1のアノードとカソードとの間にはコンデンサC1(第1コンデンサ)が接続される。また、定電流源CS3は、基準電位Vrefが付与される電源ラインとnchトランジスタTr3のドレインとの間に接続され、当該ドレインおよびダイオードD1のアノードに定電流I1を流す。   The anode of the photodiode PD1 is connected to the ground to which the ground potential GND is applied (grounded), and the cathode is connected to the gate of the nch transistor Tr3 (first MOS transistor). Similarly, the cathode of the diode D1 (first diode) is also connected to the gate of the nch transistor Tr3. The source of the nch transistor Tr3 is grounded, and the drain is connected to the anode of the diode D1. A capacitor C1 (first capacitor) is connected between the anode and cathode of the diode D1. The constant current source CS3 is connected between the power supply line to which the reference potential Vref is applied and the drain of the nch transistor Tr3, and causes the constant current I1 to flow through the drain and the anode of the diode D1.

ダイオードD1は、フォトダイオードPD1の光電流を対数圧縮することにより、電圧に変換する。また、nchトランジスタTr3は、ダイオードD1で変換された電圧を増幅する。   The diode D1 converts the photocurrent of the photodiode PD1 into a voltage by logarithmically compressing it. The nch transistor Tr3 amplifies the voltage converted by the diode D1.

一方、ダミーフォトダイオードPD2のアノードは接地され、カソードはnchトランジスタTr4(第2MOSトランジスタ)のゲートに接続される。同様に、ダイオードD2(第2ダイオード)のカソードもnchトランジスタTr4のゲートに接続される。nchトランジスタTr4のソースは接地され、ドレインはダイオードD2のアノードに接続される。ダイオードD2のアノードとカソードとの間にはコンデンサC2(第2コンデンサ)が接続される。また、定電流源CS4は、電源ラインとnchトランジスタTr4のドレインとの間には接続され、当該ドレインおよびダイオードD2のアノードに定電流I2(=I1)を流す。   On the other hand, the anode of the dummy photodiode PD2 is grounded, and the cathode is connected to the gate of the nch transistor Tr4 (second MOS transistor). Similarly, the cathode of the diode D2 (second diode) is also connected to the gate of the nch transistor Tr4. The source of the nch transistor Tr4 is grounded, and the drain is connected to the anode of the diode D2. A capacitor C2 (second capacitor) is connected between the anode and cathode of the diode D2. The constant current source CS4 is connected between the power supply line and the drain of the nch transistor Tr4, and supplies a constant current I2 (= I1) to the drain and the anode of the diode D2.

ダイオードD2は、ダミーフォトダイオードPD2の光電流を対数圧縮することにより、電圧に変換する。また、nchトランジスタTr4は、ダイオードD2で変換された電圧を増幅する。   The diode D2 converts the photocurrent of the dummy photodiode PD2 into a voltage by logarithmically compressing it. The nch transistor Tr4 amplifies the voltage converted by the diode D2.

pchトランジスタTr1,Tr2、抵抗R1〜R3、定電流源CS1,CS2は、差動増幅器を構成している。この差動増幅器は、nchトランジスタTr3の出力電圧とnchトランジスタTr4の出力電圧との差を増幅して差動出力電圧を出力する。   The pch transistors Tr1 and Tr2, resistors R1 to R3, and constant current sources CS1 and CS2 form a differential amplifier. This differential amplifier amplifies the difference between the output voltage of the nch transistor Tr3 and the output voltage of the nch transistor Tr4 and outputs a differential output voltage.

pchトランジスタTr1は、ゲートがnchトランジスタTr3のドレインに接続され、ドレインが抵抗R1を介して接地され、ソースが定電流源CS1を介して電源ラインに接続される。一方、pchトランジスタTr2は、ゲートがnchトランジスタTr4のドレインに接続され、ドレインが抵抗R2を介して接地され、ソースが定電流源CS2を介して電源ラインに接続される。また、定電流源CS1とpchトランジスタTr1のソースとの接続点、および定電流源CS2とpchトランジスタTr2のソースとの接続点の間には、抵抗R3が接続されている。   In the pch transistor Tr1, the gate is connected to the drain of the nch transistor Tr3, the drain is grounded via the resistor R1, and the source is connected to the power supply line via the constant current source CS1. On the other hand, the pch transistor Tr2 has a gate connected to the drain of the nch transistor Tr4, a drain connected to the ground via the resistor R2, and a source connected to the power supply line via the constant current source CS2. A resistor R3 is connected between a connection point between the constant current source CS1 and the source of the pch transistor Tr1 and a connection point between the constant current source CS2 and the source of the pch transistor Tr2.

上記の差動増幅器において、pchトランジスタTr1,Tr2のゲートがそれぞれ差動入力部となっている。また、抵抗R1とpchトランジスタTr1のドレインとの間から、差動出力電圧として正の値の出力電圧Vout1が出力される。一方、抵抗R2とpchトランジスタTr2のドレインとの間から、差動出力電圧として負の値の出力電圧Vout2が出力される。   In the above-described differential amplifier, the gates of the pch transistors Tr1 and Tr2 are the differential input sections. Further, a positive output voltage Vout1 is output as a differential output voltage from between the resistor R1 and the drain of the pch transistor Tr1. On the other hand, a negative output voltage Vout2 is output as a differential output voltage from between the resistor R2 and the drain of the pch transistor Tr2.

〔フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの構造〕
図2(a)は、本実施形態を含む各実施形態の光センサ1〜4(図1、図6、図7および図8参照)に共通して含まれるフォトダイオードPD1およびダミーフォトダイオードPD2の断面構造を示し、図2(b)は、図2(a)のA−A線矢視断面構造を示す。また、図3は、ダイオードD1,D2の特性(電圧−電流特性)を示す。
[Photodiode and dummy photodiode structure]
FIG. 2A shows the photodiode PD1 and the dummy photodiode PD2 that are commonly included in the optical sensors 1 to 4 (see FIGS. 1, 6, 7, and 8) of each embodiment including the present embodiment. A sectional structure is shown, and Drawing 2 (b) shows an AA line arrow sectional structure of Drawing 2 (a). FIG. 3 shows the characteristics (voltage-current characteristics) of the diodes D1 and D2.

図2(a)および(b)に示すように、フォトダイオードPD1およびダミーフォトダイオードPD2は、P基板11上に形成されており、ダミーフォトダイオードPD2がフォトダイオードPD1の周囲を取り囲むように配置されている。また、ダミーフォトダイオードPD2は遮光層12によって上部(受光面)が覆われているが、フォトダイオードPD1は上部が遮光層12に覆われておらず、光入射可能に形成されている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the photodiode PD1 and the dummy photodiode PD2 are formed on the P substrate 11, and the dummy photodiode PD2 is arranged so as to surround the photodiode PD1. ing. The upper portion (light receiving surface) of the dummy photodiode PD2 is covered by the light shielding layer 12, but the upper portion of the photodiode PD1 is not covered by the light shielding layer 12, and is formed so that light can enter.

上記の構造では、フォトダイオードPD1への光入射によってP基板11にキャリアCAが発生する。一方、ダミーフォトダイオードPD2は、上部が遮光層12によって遮光されていても、上記のキャリアCAにより、フォトダイオードPD1側からの回り込み電流(リーク電流)を検出する。   In the above structure, carriers CA are generated on the P substrate 11 by the incidence of light on the photodiode PD1. On the other hand, the dummy photodiode PD2 detects a sneak current (leakage current) from the photodiode PD1 side by the carrier CA even when the upper portion is shielded from light by the light shielding layer 12.

上記のように構成される光センサ1では、ダイオードD1の順方向への電流の入力部はフォトダイオードPD1のみと接続されているため、フォトダイオード電流の無入力時は、ダイオードD1の両端が0バイアスとなる。ここで、0バイアスとは0V〜数mV程度の電位差とする。このように、ダイオードD1で電流−電圧変換することにより、小面積にて適正なゲインを確保できるだけでなく、ノイズ等による光センサ1の誤動作を抑制できるので、有益である。また、電流補償をすることなく、特性を改善することができるので、補償用の電流を生成する必要がなく、さらに回路規模を増大させることがない。   In the optical sensor 1 configured as described above, since the forward current input portion of the diode D1 is connected only to the photodiode PD1, both ends of the diode D1 are 0 when no photodiode current is input. It becomes a bias. Here, the zero bias is a potential difference of about 0V to several mV. Thus, by performing current-voltage conversion with the diode D1, not only can an appropriate gain be ensured in a small area, but also malfunction of the optical sensor 1 due to noise or the like can be suppressed, which is beneficial. Further, since the characteristics can be improved without performing current compensation, it is not necessary to generate a current for compensation, and the circuit scale is not further increased.

ここで、このフォトダイオード電流は約10nAであり、ダミーフォトダイオード電流は約1nAである条件にて光検知すると想定している。フォトダイオード電流が10nAであれば、ダイオードD1により、約2.6MΩのゲインが得られる。また、ダミーフォトダイオードPD2に1nAのダミーフォトダイオード電流が流れることで、図3に示すように、ダイオード電圧は0バイアスから約0.47Vまで電位が上昇する。これにより、ダミーフォトダイオードPD2側とフォトダイオードPD1側との電位差が数十mVに抑えられるので、電位のアンバランスが解消される。この結果、光センサ1の誤動作を抑制することができる。   Here, it is assumed that light detection is performed under the condition that the photodiode current is about 10 nA and the dummy photodiode current is about 1 nA. When the photodiode current is 10 nA, a gain of about 2.6 MΩ is obtained by the diode D1. Further, when a 1 nA dummy photodiode current flows through the dummy photodiode PD2, the potential of the diode voltage rises from 0 bias to about 0.47 V as shown in FIG. Thereby, the potential difference between the dummy photodiode PD2 side and the photodiode PD1 side is suppressed to several tens mV, so that the potential imbalance is eliminated. As a result, malfunction of the optical sensor 1 can be suppressed.

しかも、ダミーフォトダイオードPD2がフォトダイオードPD1の周囲を囲むことで、周辺回路へのリーク電流の防止を図ることもできる。   In addition, since the dummy photodiode PD2 surrounds the periphery of the photodiode PD1, leakage current to the peripheral circuit can be prevented.

なお、光ON/OFF時に伝播遅延の発生を抑えるために、フォトダイオードPD1およびダミーフォトダイオードPD2による両入力部に数nA程度の電流補償を行なっても良い。また、両入力部に電流補償を実施した場合は、無入力時の電圧が電流補償分だけ持ち上がることになる。   In order to suppress the occurrence of propagation delay when the light is turned on / off, current compensation of about several nA may be performed at both input portions by the photodiode PD1 and the dummy photodiode PD2. In addition, when current compensation is performed on both input sections, the voltage at the time of no input is raised by the amount of current compensation.

上記のような効果は、後述する光センサ2〜4についても同様に得られることはもちろんである。   Needless to say, the above-described effects can be obtained in the same manner for the optical sensors 2 to 4 described later.

なお、フォトダイオードPD1およびダミーフォトダイオードPD2の構造は、ダミーフォトダイオードPD2がフォトダイオードPD1からのリーク電流を受けられるような形状や配置であれば良いことはいうまでもない。したがって、上記の例では、ダミーフォトダイオードPD2がフォトダイオードPD1の周囲を囲む構造となっているが、この構造に限定されることはない。例えば、ダミーフォトダイオードPD2の一部が開放されることにより、コの字状やL字状に形成されていても良い。   Needless to say, the structures of the photodiode PD1 and the dummy photodiode PD2 may be any shapes and arrangements that allow the dummy photodiode PD2 to receive a leakage current from the photodiode PD1. Therefore, in the above example, the dummy photodiode PD2 has a structure surrounding the photodiode PD1, but the present invention is not limited to this structure. For example, a part of the dummy photodiode PD2 may be opened to form a U shape or an L shape.

〔負帰還回路の構成〕
光センサ1において、フォトダイオードPD1のカソードと、ダイオードD1のカソードとがnchトランジスタTr3のゲートと接続され、ダイオードD1のアノードがnchトランジスタTr3のドレインと接続されることにより、負帰還回路が構成される。一方、ダミーフォトダイオードPD2のカソードと、ダイオードD2のカソードとがnchトランジスタTr4のゲートと接続され、ダイオードD2のアノードがnchトランジスタTr4のドレインと接続されることにより、負帰還回路が構成される。これにより、フォトダイオード電流の無入力時に0バイアスが実現できる。
[Configuration of negative feedback circuit]
In the optical sensor 1, the cathode of the photodiode PD1 and the cathode of the diode D1 are connected to the gate of the nch transistor Tr3, and the anode of the diode D1 is connected to the drain of the nch transistor Tr3, thereby forming a negative feedback circuit. The On the other hand, the negative photodiode is configured by connecting the cathode of the dummy photodiode PD2 and the cathode of the diode D2 to the gate of the nch transistor Tr4 and connecting the anode of the diode D2 to the drain of the nch transistor Tr4. Thereby, zero bias can be realized when no photodiode current is input.

また、nchトランジスタTr3のゲート−ドレイン間電圧を一定に保つために、定電流I1を流源CS3からドレインに供給する。同様に、nchトランジスタTr4のゲート−ドレイン間電圧を一定に保つために、定電流I2を流源CS4からドレインに供給する。   Further, in order to keep the gate-drain voltage of the nch transistor Tr3 constant, a constant current I1 is supplied from the current source CS3 to the drain. Similarly, a constant current I2 is supplied from the current source CS4 to the drain in order to keep the gate-drain voltage of the nch transistor Tr4 constant.

この結果、ドレイン電圧は、光電流がダイオードD1,D2にて変換された電圧の変動のみを適正にモニターできるので、有益である。   As a result, the drain voltage is useful because it can properly monitor only the fluctuation of the voltage obtained by converting the photocurrent by the diodes D1 and D2.

なお、後述する光センサ2〜4も、上記の負帰還回路を有するので、上記と同様の効果が得られる。   In addition, since the optical sensors 2 to 4 described later also have the negative feedback circuit described above, the same effects as described above can be obtained.

また、前述のように両入力部に電流補償を実施した場合は、電圧が0バイアスとはならず、電流補償分だけ持ち上がるので、電流補償を数nA程度に抑える必要がある。   Further, as described above, when current compensation is performed on both input portions, the voltage does not become zero bias, but is increased by the amount of current compensation, so that it is necessary to suppress the current compensation to about several nA.

〔コンデンサの構成〕
前述のコンデンサC1,C2の容量値と、ダイオードD1,D2のインピーダンスとの積により、周波数特性が変動する。ダイオードD1,D2は、電流値によりインピーダンスが変動するため、コンデンサC1,C2の容量値もダイオード電位により変動することで、周波数特性の変動を抑えることができる。このため、コンデンサC1,C2は、ポリシリコン−拡散容量の変化を利用した可変容量コンデンサ(可変容量ダイオード)により構成されている。
[Capacitor configuration]
The frequency characteristic varies depending on the product of the capacitance values of the capacitors C1 and C2 and the impedances of the diodes D1 and D2. Since the impedances of the diodes D1 and D2 vary depending on the current value, the capacitance values of the capacitors C1 and C2 also vary depending on the diode potential, so that fluctuations in frequency characteristics can be suppressed. For this reason, the capacitors C1 and C2 are constituted by variable capacitance capacitors (variable capacitance diodes) utilizing changes in polysilicon-diffusion capacitance.

十分なゲインを確保するには、ダイオード電位を0.6V以下にする必要があり、その際のインピーダンス(抵抗)変動は図4(b)に示すように、0.2V〜0.6Vで約50%生じる。これに対し、ポリシリコン−拡散容量は、図5(b)に示すように、約50%変動する。このため、電位により相関は異なるものの、周波数変動を低く抑えることができるので、有益である。   In order to secure a sufficient gain, the diode potential needs to be 0.6 V or less, and the impedance (resistance) fluctuation at that time is about 0.2 V to 0.6 V as shown in FIG. 50% occurs. On the other hand, the polysilicon-diffusion capacitance varies about 50% as shown in FIG. For this reason, although the correlation differs depending on the potential, the frequency fluctuation can be suppressed low, which is beneficial.

また、コンデンサC1,C2は、窒化膜容量などに対して、ポリシリコンおよびP拡散もしくはN拡散で容量を形成できることから、MOSトランジスタと同じ工程で形成することができるため、光センサ1のICを作製する工程を削減できるので、有益である。   Further, since the capacitors C1 and C2 can be formed by polysilicon and P diffusion or N diffusion with respect to the nitride film capacitance or the like, and can be formed in the same process as the MOS transistor, the IC of the optical sensor 1 can be formed. This is beneficial because the number of manufacturing steps can be reduced.

なお、後述する光センサ2〜4も、コンデンサC1,C2が同様に構成されているので、上記と同様の効果が得られる。   In addition, since the capacitors C1 and C2 are similarly configured in the optical sensors 2 to 4 described later, the same effects as described above can be obtained.

Figure 2012089738
Figure 2012089738

Figure 2012089738
Figure 2012089738

[実施形態2]
本発明の実施形態2について図3,図6に基づいて説明すると、以下の通りである。
[Embodiment 2]
The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 6 as follows.

なお、本実施形態を含む以降の実施形態3,4において、実施形態1における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。   In the following third and fourth embodiments including this embodiment, components having functions equivalent to those of the components in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

〔光センサの構成〕
図6は、本実施形態の光センサ2の受光回路の構成を示す。
[Configuration of optical sensor]
FIG. 6 shows the configuration of the light receiving circuit of the optical sensor 2 of the present embodiment.

図6に示すように、光センサ2は、光センサ1にさらに抵抗R4を加えた構成となっている。抵抗R4は、nchトランジスタTr4のソースとグランドとの間に接続されている。   As shown in FIG. 6, the optical sensor 2 has a configuration in which a resistor R <b> 4 is further added to the optical sensor 1. The resistor R4 is connected between the source of the nch transistor Tr4 and the ground.

実施形態1の光センサ1において、フォトダイオード電流が約10nAであり、ダミーフォトダイオード電流がさらに微小(100pA以下)である場合、差動演算器の入力電位差が大きくなりすぎて(図3から100mV以上)、フォトダイオードPD1側とダミーフォトダイオードPD2側との電位差が前述の数十mVの場合と比べてさらに広がってしまう。このため、光がほぼ無入力時にも光検知信号を出力することが考えられ、受光回路の設計尤度が低くなるという不都合がある。   In the optical sensor 1 of the first embodiment, when the photodiode current is about 10 nA and the dummy photodiode current is further minute (100 pA or less), the input potential difference of the differential arithmetic unit becomes too large (from 100 mV to FIG. 3). As described above, the potential difference between the photodiode PD1 side and the dummy photodiode PD2 side is further widened as compared with the case of several tens of mV described above. For this reason, it is conceivable that the light detection signal is output even when light is almost not input, and the design likelihood of the light receiving circuit is lowered.

そこで、光センサ2においては、nchトランジスタTr4に定電流I2を数μA流すと想定すると、抵抗R4が数十kΩの抵抗値を有しておれば、抵抗R4において〜0.4V程度の電位が得られる。ダミーフォトダイオード電流が、上記のように、より微小である場合、抵抗R4により電位を高めることで、図3に示すように、フォトダイオードPD1側とダミーフォトダイオードPD2側との電位差が数十mVに抑えられる。これにより、電位のアンバランスが解消されるので、光センサ2の誤動作を抑制することができる。   Therefore, in the optical sensor 2, assuming that a constant current I2 flows to the nch transistor Tr4 by several μA, if the resistor R4 has a resistance value of several tens of kΩ, a potential of about 0.4 V is applied to the resistor R4. can get. When the dummy photodiode current is smaller as described above, the potential difference between the photodiode PD1 side and the dummy photodiode PD2 side is several tens of mV as shown in FIG. 3 by increasing the potential by the resistor R4. Can be suppressed. As a result, potential imbalance is eliminated, and malfunction of the optical sensor 2 can be suppressed.

なお、抵抗R4の抵抗値は、上記の例に限らず、定電流I2の値に応じて適宜設定されることはもちろんである。   Of course, the resistance value of the resistor R4 is not limited to the above example, and may be appropriately set according to the value of the constant current I2.

[実施形態3]
本発明の実施形態3について図7に基づいて説明すると、以下の通りである。
[Embodiment 3]
Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to FIG.

〔光センサの構成〕
図7は、本実施形態の光センサ3の受光回路の構成を示す。
[Configuration of optical sensor]
FIG. 7 shows the configuration of the light receiving circuit of the optical sensor 3 of the present embodiment.

図7に示すように、光センサ3の受光回路は、光センサ1の受光回路と同等に構成されている。ただし、光センサ3においては、定電流源CS4は、定電流源CS3が流す定電流I1より大きい値の定電流I3を流すことが、光センサ1と異なる。   As shown in FIG. 7, the light receiving circuit of the optical sensor 3 is configured in the same manner as the light receiving circuit of the optical sensor 1. However, in the optical sensor 3, the constant current source CS4 is different from the optical sensor 1 in that a constant current I3 having a value larger than the constant current I1 that the constant current source CS3 flows is passed.

このように、ダミーフォトダイオードPD2側の定電流I3を増大させることにより、nchトランジスタTr4のゲート−ソース間電位を〜0.4V程度上昇させることが可能となる。これにより、フォトダイオードPD1側とダミーフォトダイオードPD2側との電位差が数十mVに抑えられる。この結果、電位のアンバランスが解消されるので、光センサ3の誤動作を抑制することができる。   As described above, by increasing the constant current I3 on the dummy photodiode PD2 side, the potential between the gate and the source of the nch transistor Tr4 can be increased by about 0.4V. Thereby, the potential difference between the photodiode PD1 side and the dummy photodiode PD2 side is suppressed to several tens mV. As a result, potential imbalance is eliminated, and malfunction of the optical sensor 3 can be suppressed.

定電流I3の値は、定電流I1の値より少しでも大きければ、nchトランジスタTr4のゲート−ソース間電位を持ち上げることができるが、より確実に持ち上げるためには2倍から7倍程度であることが好ましい。   If the value of the constant current I3 is slightly larger than the value of the constant current I1, the potential between the gate and the source of the nch transistor Tr4 can be raised, but in order to raise more reliably, it should be about 2 to 7 times. Is preferred.

また、前述の光センサ2のように抵抗R4を必要としないので、抵抗4のバラツキを考慮する必要がなくなり、有益である。   Further, since the resistor R4 is not required unlike the optical sensor 2 described above, it is not necessary to consider the variation of the resistor 4, which is beneficial.

[実施形態4]
本発明の実施形態5について図8に基づいて説明すると、以下の通りである。
[Embodiment 4]
Embodiment 5 of the present invention will be described below with reference to FIG.

〔光センサの構成〕
図8は、本実施形態の光センサ4の受光回路の構成を示す。
[Configuration of optical sensor]
FIG. 8 shows the configuration of the light receiving circuit of the photosensor 4 of the present embodiment.

図8に示すように、光センサ4は、光センサ1にさらにコンデンサC3を加えた構成となっている。コンデンサC3は、ダミーフォトダイオードPD2と並列に接続されている。   As shown in FIG. 8, the optical sensor 4 has a configuration in which a capacitor C <b> 3 is further added to the optical sensor 1. The capacitor C3 is connected in parallel with the dummy photodiode PD2.

上記の構成では、フォトダイオードPD1の周囲を囲むダミーフォトダイオードPD2は、フォトダイオードPD1と同等の容量値を有するには大きな面積が必要となる。容量形成には、他の素子との絶縁のため、容量周囲に分離用の拡散等の形成が必要である。したがって、分離部も含めた総面積を小さくするためには、分離面積を少なくするように、四角形にするなど簡易な形で、別素子で容量を形成することが望ましい。また、フォトダイオードPD1を形成するPN接合容量に対し、リーク電流が流れないことや、逆バイアスによる誤動作が発生しないことからも、ポリシリコン−拡散容量によって容量を形成することが望ましい。   In the above configuration, the dummy photodiode PD2 surrounding the photodiode PD1 needs a large area to have a capacitance value equivalent to that of the photodiode PD1. For the formation of the capacitor, it is necessary to form a diffusion for separation around the capacitor in order to insulate from other elements. Therefore, in order to reduce the total area including the separation portion, it is desirable to form a capacitor with another element in a simple form such as a quadrangle so as to reduce the separation area. In addition, it is desirable to form a capacitor with a polysilicon-diffusion capacitor because a leakage current does not flow to the PN junction capacitor forming the photodiode PD1 and a malfunction due to reverse bias does not occur.

そこで、ダミーフォトダイオードPD2と並列にコンデンサC3を設けることで、フォトダイオードPD1の容量値に近づけることが可能となる。このように、ダミーフォトダイオードPD2と並列にコンデンサC3を設けることにより、フォトダイオードPD1側とダミーフォトダイオードPD2側とで容量値の整合を図ることが可能となる。この結果、光センサ4の応答特性の変動を抑えたり、ノイズ特性を向上させたりすることが可能となるので、有益である。   Therefore, by providing the capacitor C3 in parallel with the dummy photodiode PD2, it is possible to approach the capacitance value of the photodiode PD1. Thus, by providing the capacitor C3 in parallel with the dummy photodiode PD2, it is possible to achieve matching of capacitance values between the photodiode PD1 side and the dummy photodiode PD2 side. As a result, it is possible to suppress fluctuations in response characteristics of the optical sensor 4 and improve noise characteristics, which is beneficial.

具体的には、例えば、フォトダイオードPD1の容量値が10pF前後であるとすると、ダミーフォトダイオードPD2の容量値は数pFとなるため、数pFの容量値を有するコンデンサC3を併置して、その和として10pFとなるよう容量値を合わせる。   Specifically, for example, assuming that the capacitance value of the photodiode PD1 is around 10 pF, the capacitance value of the dummy photodiode PD2 is several pF. Therefore, a capacitor C3 having a capacitance value of several pF is arranged in parallel. The capacitance values are adjusted so that the sum is 10 pF.

[実施形態5]
本発明の実施形態6について図9に基づいて説明すると、以下の通りである。
[Embodiment 5]
Embodiment 6 of the present invention will be described below with reference to FIG.

〔光センサの電子機器への適用〕
実施形態1〜4の光センサ1〜4は、物体の検知や各種の物理量の検出を光学的に行なう必要がある各種の電子機器に適用可能である。例えば、物体検知や物体動作速度を検出する装置として、高感度が必要とされるフォトインタラプタを用いている複写機、プリンタ、携帯機器、モーターを用いた電気製品等に光センサ1〜4を用いると好適である。また、煙センサ、近接センサ、測距センサ等で高感度を要するもの、もしくは光センサにおいて、十分な容積を確保できないもの等に光センサ1〜4を用いても好適である。
[Application of optical sensors to electronic devices]
The optical sensors 1 to 4 according to the first to fourth embodiments can be applied to various electronic devices that need to optically detect an object or detect various physical quantities. For example, photosensors 1 to 4 are used for copying machines, printers, portable devices, electric products using motors, and the like that use a photointerrupter that requires high sensitivity as a device that detects object speed and object motion speed. It is preferable. It is also preferable to use the optical sensors 1 to 4 for a smoke sensor, a proximity sensor, a distance measuring sensor, or the like that requires high sensitivity, or an optical sensor that cannot secure a sufficient volume.

〔複写機の構成〕
ここで、光センサを用いた電子機器の具体例として複写機について説明する。図9は、当該複写機の内部構成を示す正面図である。
[Configuration of copier]
Here, a copier will be described as a specific example of an electronic device using an optical sensor. FIG. 9 is a front view showing the internal configuration of the copying machine.

図9に示すように、複写機21は、本体22の上部に設けられた原稿台23に載置された用紙に光源ランプ24の光を照射し、原稿からの反射光をミラー群25およびレンズ26を介して帯電された感光体ドラム27に照射して露光する。また、複写機21は、露光により感光体ドラム24に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、手差し給紙トレイ28や給紙カセット29,30から搬送系31を介して供給される用紙に感光体ドラム27上のトナー像を転写させ、さらに定着装置32にてトナー像を定着させた後、本体22の外部に排出する。   As shown in FIG. 9, the copying machine 21 irradiates a sheet of paper placed on an original table 23 provided on the upper portion of a main body 22 with light from a light source lamp 24, and reflects reflected light from the original with a mirror group 25 and a lens. The photosensitive drum 27 charged through 26 is irradiated and exposed. Further, the copying machine 21 forms a toner image by attaching toner to the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 24 by exposure, and moves the conveyance system 31 from the manual paper feed tray 28 and the paper feed cassettes 29 and 30. Then, the toner image on the photosensitive drum 27 is transferred to the sheet supplied via the fixing device 32, and the toner image is fixed by the fixing device 32, and then discharged outside the main body 22.

上記のように構成される複写機21においては、各部の位置や用紙の通過を検出するために光センサS1〜S12が配置されている。   In the copying machine 21 configured as described above, optical sensors S1 to S12 are arranged to detect the position of each part and the passage of paper.

光センサS1〜S4は、原稿の光走査方向に移動するミラー群25の一部の位置を検出するために配置されている。光センサS5,S6は、ミラー群25の一部とともに移動するレンズ26の位置を検出するために配置されている。光センサS7は、感光体ドラム27の回転位置を検出するために配置されている。   The optical sensors S1 to S4 are arranged to detect the position of a part of the mirror group 25 that moves in the optical scanning direction of the document. The optical sensors S5 and S6 are arranged to detect the position of the lens 26 that moves together with a part of the mirror group 25. The optical sensor S7 is arranged to detect the rotational position of the photosensitive drum 27.

光センサS8は、手差し給紙トレイ28上の用紙の有無を検出するために配置されている。光センサS9は、上段の給紙カセット29からの給紙された用紙の搬送の有無を検出するために配置されている。光センサS10は、下段の給紙カセット30からの給紙された用紙の搬送の有無を検出するために配置されている。   The optical sensor S8 is arranged to detect the presence or absence of paper on the manual paper feed tray 28. The optical sensor S9 is arranged to detect whether or not a sheet fed from the upper sheet cassette 29 is conveyed. The optical sensor S10 is arranged to detect whether or not a sheet fed from the lower sheet cassette 30 is conveyed.

光センサS11は、感光体ドラム27からの用紙の分離を検出するために配置される。光センサS12は、複写機21の外部への用紙の排出を検出するために配置される。   The optical sensor S11 is arranged to detect separation of the paper from the photosensitive drum 27. The optical sensor S12 is arranged to detect the discharge of the sheet to the outside of the copying machine 21.

上記のように、複写機21は、多数の光センサS1〜S12を有している。そこで、これらの光センサS1〜S12として、前述の各実施形態の光センサ1〜4を用いることにより、光センサS1〜S12による複写機21の大型化抑制および高機能化を図ることができる。   As described above, the copying machine 21 has a large number of optical sensors S1 to S12. Therefore, by using the optical sensors 1 to 4 of the above-described embodiments as the optical sensors S1 to S12, it is possible to suppress the enlargement of the copying machine 21 and increase the functionality of the photosensors S1 to S12.

なお、上記の例では、便宜上、光センサS1〜S12を挙げて説明したが、実際の複写機には、より多数の光センサが用いられていることが多い。したがって、このような電子機器には、上記の効果がより顕著となる。   In the above example, the optical sensors S1 to S12 have been described for the sake of convenience. However, in actual copying machines, a larger number of optical sensors are often used. Therefore, the above effect becomes more remarkable in such an electronic device.

[実施形態の総括]
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Summary of Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and the embodiments can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、物体検出、物体動作速度を検出する装置として、高感度が必要とされるフォトインタラプタを用いている複写機、プリンタ、携帯機器、モーターを用いた電気製品等に好適に利用することができる。また、本発明は、煙センサ、近接センサ、測距センサ等で高感度が必要なもの、もしくは光センサにおいて、十分な容積を確保できないもの等にも好適に利用することができる。   The present invention is suitable for use in photocopiers, printers, portable devices, electric products using motors, etc. that use a photointerrupter that requires high sensitivity as a device for detecting object speed and object motion. Can do. Further, the present invention can be suitably used for a smoke sensor, a proximity sensor, a distance measuring sensor, or the like that requires high sensitivity, or an optical sensor that cannot secure a sufficient volume.

1〜4 光センサ
12 遮光層
21 複写機(電子機器)
C1 コンデンサ(第1コンデンサ)
C2 コンデンサ(第2コンデンサ)
C3 コンデンサ
CS1〜CS4 定電流源
D1 ダイオード(第1ダイオード)
D2 ダイオード(第2ダイオード)
I1〜I3 定電流
PD1 フォトダイオード
PD2 ダミーフォトダイオード
S1〜S12 光センサ
Tr1,Tr2 pchMOSトランジスタ
Tr3 nchMOSトランジスタ(第1MOSトランジスタ)
Tr4 nchMOSトランジスタ(第2MOSトランジスタ)
R1〜R4 抵抗
1-4 Photosensor 12 Light-shielding layer 21 Copying machine (electronic equipment)
C1 capacitor (first capacitor)
C2 capacitor (second capacitor)
C3 capacitors CS1 to CS4 constant current source D1 diode (first diode)
D2 diode (second diode)
I1 to I3 Constant current PD1 Photodiode PD2 Dummy photodiodes S1 to S12 Photosensors Tr1 and Tr2 pchMOS transistor Tr3 nchMOS transistor (first MOS transistor)
Tr4 nchMOS transistor (second MOS transistor)
R1-R4 resistance

Claims (7)

フォトダイオードと、
該フォトダイオードのリーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されたダミーフォトダイオードと、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第1ダイオードと、
上記ダミーフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第2ダイオードと、
上記第1ダイオードおよび上記第2ダイオードによって変換された電圧を差動演算する差動増幅器とを備えていることを特徴とする光センサ。
A photodiode;
A dummy photodiode that is disposed at a position to receive the leakage current of the photodiode and is shielded from light;
A first diode for converting the output current of the photodiode into a voltage;
A second diode for converting the output current of the dummy photodiode into a voltage;
An optical sensor comprising: a differential amplifier that differentially calculates a voltage converted by the first diode and the second diode.
定電流が流れる第1MOSトランジスタおよび第2MOSトランジスタを備え、
上記フォトダイオードおよび上記ダミーフォトダイオードのアノードは接地され、
上記フォトダイオードおよび上記第1ダイオードのカソードは上記第1MOSトランジスタのゲートと接続され、上記第1ダイオードのアノードは上記第1MOSトランジスタのドレインと接続され、
上記ダミーフォトダイオードおよび上記第2ダイオードのカソードは上記第2MOSトランジスタのゲートと接続され、上記第2ダイオードのアノードは上記第2MOSトランジスタのドレインと接続されていることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。
A first MOS transistor and a second MOS transistor through which a constant current flows;
The anodes of the photodiode and the dummy photodiode are grounded,
The cathode of the photodiode and the first diode is connected to the gate of the first MOS transistor, the anode of the first diode is connected to the drain of the first MOS transistor,
2. The dummy photodiode and the cathode of the second diode are connected to the gate of the second MOS transistor, and the anode of the second diode is connected to the drain of the second MOS transistor. Light sensor.
上記第2MOSトランジスタのソースとグランドとの間に接続される抵抗を備えていることを特徴とする請求項2に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 2, further comprising a resistor connected between a source of the second MOS transistor and a ground. 上記第2MOSトランジスタに流れる定電流の値が上記第1MOSトランジスタに流れる定電流の値より大きいことを特徴とする請求項2に記載の光センサ。   3. The optical sensor according to claim 2, wherein a value of a constant current flowing through the second MOS transistor is larger than a value of a constant current flowing through the first MOS transistor. 上記第1ダイオードと並列に接続される第1コンデンサと、
上記第2ダイオードと並列に接続される第2コンデンサとを備え、
上記第1コンデンサおよび上記第2コンデンサがポリシリコン−拡散容量からなることを特徴とする請求項2に記載の光センサ。
A first capacitor connected in parallel with the first diode;
A second capacitor connected in parallel with the second diode;
3. The optical sensor according to claim 2, wherein the first capacitor and the second capacitor are made of polysilicon-diffusion capacitance.
上記ダミーフォトダイオードと並列に接続されるコンデンサを備えていることを特徴とする請求項1に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 1, further comprising a capacitor connected in parallel with the dummy photodiode. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光センサを備えていることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the optical sensor according to claim 1.
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