JP3880399B2

JP3880399B2 - Photoelectric conversion device

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Publication number: JP3880399B2
Application number: JP2002001492A
Authority: JP
Inventors: 開小塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JP2002305320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＯＳカレントミラー回路から成るＣＭＯＳ定電流源回路を有する一次元及び２次元の光電変換装置及びこれを用いた画像読み取り装置にかかわるものであり、特に電源電圧印加時における定電流源回路の立ち上がり特性が良好なＣＭＯＳ定電流源回路や定電流源回路を含む半導体デバイスの回路構成に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光電変換装置の分野においては、受光素子と周辺回路を同一基板中に形成した光電変換装置の開発が積極的に行われている。
【０００３】
例えば、演算増幅器を受光素子と同一半導体基板中に形成したリニアセンサ（テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ９（１９９３）ｐｐ．１１８０）、サンプルホールド回路を有するイメージセンサ（特開平４−２２３７７１号公報）、演算増幅器で構成された内部基準電圧発生回路を有する固体撮像装置（特開平９−６５２１５号公報）、等が提案されている。
【０００４】
また、演算増幅器のバイアス電流は一般的に定電流源回路を用いて生成されるが、この定電流源回路をＭＯＳトランジスタを用いて形成する場合には、例えば図３に示すようなＣＭＯＳ定電流源回路（R.Gregorian,G.C.Temes Analog MOS Integrated Circuits for Signal Processing P.127 Figs. 4 and 5.）を用いるのが一般的であるが、その他にも特開平７−４４２５４号公報に開示されているようなＣＭＯＳ定電流源回路も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術に開示されているＣＭＯＳ定電流源回路と受光素子とを同一半導体基板中に形成した光電変換装置においては、光照射時にＣＭＯＳ定電流源回路が動作しない場合がある。
【０００６】
図３に示した、従来のＣＭＯＳ定電流源回路に電源電圧が印加された状態においては、
（１）定電流が流れている状態（図３においてＱ２、Ｑ４のＭＯＳトランジスタが飽和領域で動作している状態）
（２）定電流がほとんど流れない状態（図３において、約Ｖ₀₁＝ＧＮＤ、約Ｖ₀₂＝ＶＤＤ）
の２つの安定点が存在する。
【０００７】
当然のことながら、（２）の状態においては、バイアス電流がほとんど流れないため、回路は正常に動作しない。
【０００８】
通常、電源電圧を印加すると、（１）の状態で安定するが、図３に示したＣＭＯＳ定電流源回路を光電変換装置に適用した場合、このＣＭＯＳ定電流源回路に光が照射されると、（２）の状態で安定する場合がある。
【０００９】
この理由を以下に説明する。
【００１０】
例えば、Ｑ３のＰＭＯＳトランジスタのドレイン（Ｐ型）とウエル（Ｎ型）で形成されるＰＮ接合部で光キャリアが発生すると、図３のＶ₀₁には光生成ホールが蓄積され、電位が上昇し、上昇しすぎれば、Ｑ３，Ｑ４のＰＭＯＳトランジスタはオフ状態となる。それに伴って、Ｖ₀₂の電位も下降し、最終的には上記の定電流がほとんど流れない（２）の状態で安定する。
【００１１】
また、Ｑ１のＮＭＯＳトランジスタのドレイン（Ｎ型）とウエル（Ｐ型）で形成されるＰＮ接合部で、光キャリアが発生する場合も、同様に、上記の（２）の状態で安定することになる。
【００１２】
従って、パターンレイアウトやデザインルールの制約で、この定電流源回路の遮光が十分にできない場合には、定電流源回路が正常に動作しないという問題が発生するのである。
【００１３】
［発明の目的］
本発明の目的は、定電流源回路を遮光する以外に、光照射時においても電源投入時に正常に動作するＣＭＯＳ定電流源回路を有する光電変換装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、光電変換を行う受光部と、電源回路とを同一半導体基板中に形成した光電変換装置であって、前記電源回路は、ソースが正電源に接続された第１ＰＭＯＳトランジスタと、ソースが前記正電源に接続され、ゲート及びドレインが前記第１ＰＭＯＳトランジスタのゲートに接続された第２ＰＭＯＳトランジスタと、ソースが基準電位に接続され、ゲート及びドレインが前記第１ＰＭＯＳトランジスタのドレインと接続された第１ＮＭＯＳトランジスタと、ソースが抵抗を介して前記基準電位に接続され、ゲートが前記第１ＮＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ドレインが、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインに接続された第２ＮＭＯＳトランジスタとで構成される２つのカレントミラー回路を有し、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインにカソードが接続され、かつ逆バイアスが印加されたホトダイオードを設け、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインの面積と前記ホトダイオードの面積が共に１８０μｍ ²であり、かつ、前記第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインの遮光率が６５％であり、前記ホトダイオードの遮光率が２０％であることを特徴とする。
【００１５】
さらに前記受光部からの信号を順次読み出すシフトレジスタと、前記シフトレジスタによって順次読み出される前記受光部からの信号を増幅するアンプとを有し、前記電源回路は、前記アンプに電源を供給することを特徴とする。
【００１６】
さらに前記受光部の光電変換を行う光電変換部を主走査方向に配列し、この配列を複数列配置して副走査方向に走査することを特徴とする。
【００１７】
［作用］
本発明によれば、例えば、Ｑ３のＰＭＯＳトランジスタのドレイン（Ｐ型）とウエル（Ｎ型）で形成されるＰＮ接合部で光キャリアが発生した場合においても、このノードに接続されたホトダイオードで発生する光生成電子によって、このノードの電位上昇を抑制することが可能となるため、Ｑ３、Ｑ４のＰＭＯＳトランジスタはオフ状態にはならず、定電流源回路は正常な状態で安定する。
【００１８】
また、Ｑ１のＮＭＯＳトランジスタのドレイン（Ｎ型）とウエル（Ｐ型）で形成されるＰＮ接合部で光キャリアが発生した場合においても、同様に、このノードに接続されたホトダイオードで発生する光生成ホールによって、このノードの電位下降を抑制することが可能となるため、Ｑ１、Ｑ２のＮＭＯＳトランジスタはオフ状態にはならず、定電流源回路は正常な状態で安定する。
【００１９】
本発明においては、定電流源を構成するＭＯＳトランジスタのドレインとウエルで発生する光電源より、ホトダイオードに流れる光電流が多ければ、その効果を十分に発揮できる。しかしながら、ホトダイオードに流れる光電流が大き過ぎる場合は、定電流源回路の電流精度を悪化させ、かつ、暗時と光照射時で定電流が変化するというような不都合も生じる。従って、本発明において、ホトダイオードに流れる光電流は、定電流回路に流れる電流に対して、十分小さくすることが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、１次元、２次元の光電変換装置のみならず、種々の光電変換装置や半導体デバイスに適用することが可能であることはいうまでもない。
【００２１】
以上述べたように、パターンレイアウトやデザインルールの制約で、定電流源回路部分の遮光が十分にできない場合においても、本発明の構成を用いることにより、光照射時に定電流源回路が正常に動作しないという問題を解決することが可能になるのである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を用いて、本発明の具体的な構成の説明を行う。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態における３画素分の等価回路図を、図１に示して説明する。
【００２４】
本実施形態は、光電変換素子のホトダイオード１０、１０'、１０"と、ＰＭＯＳトランジスタ１１、１１'、１１"のゲート、リセットスイッチ１２、１２'、１２"が接続され、ホトダイオード１０、１０'、１０"で発生した信号電荷を、ＰＭＯＳトランジスタ１１、１１'、１１"をソースホロアで読み出す光電変換装置である。ここで、ソースホロアはＰＭＯＳトランジスタ１３、１３'、１３"の定電流負荷を用いている。この定電流負荷のＰＭＯＳトランジスタ１３、１３'、１３"のゲートに定電流源２０が接続されている。
【００２５】
この光電変換装置は、まずリセットパルスφＲＥＳをハイとして、リセットスイッチ１２、１２'、１２"をオンとして、ホトダイオード１０、１０'、１０"のアノードを一括してリセット電位ＶＲＥＳにリセットする。次に、所定時間映像光をホトダイオード１０、１０'、１０"に照射し、この映像光量に応じてホトダイオード１０、１０'、１０"のアノード電位がＰＭＯＳトランジスタ１１、１１'、１１"のしきい値以下に下がり、ＰＭＯＳトランジスタ１１、１１'、１１"をオンして、映像光量に応じた電流を流す。その電流に応じた電圧を出力電圧として出力電圧Ｖ０１，Ｖ０２，Ｖ０３を出力する。
【００２６】
上記定電流負荷の電流を生成する定電流源２０は、ソースが正電源に接続された第１ＰＭＯＳトランジスタ２と、ソースが該正電源に接続され、ゲート及びドレインが該第１ＰＭＯＳトランジスタ２のゲートに接続された第２ＰＭＯＳトランジスタ１と、ソースが負電源に接続され、ゲート及びドレインが該第１ＰＭＯＳトランジスタのドレインと接続された第１ＮＭＯＳトランジスタ４と、ソースが抵抗Ｒを介して基準電圧の負電源に接続され、ゲートが該第１ＮＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ドレインが、該第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインに接続された第２ＮＭＯＳトランジスタ３と、で構成されるカレントミラー回路と、該第２ＰＭＯＳトランジスタのドレインにカソードが接続され、かつ逆バイアスが印加されるホトダイオード５とから構成される。特に、このホトダイオード５を、ＰＭＯＳトランジスタ１のドレインとＧＮＤとの間で逆バイアスが印加されるように設けていることに特徴がある。
【００２７】
本実施形態における、ＰＭＯＳトランジスタ１のドレイン面積、ドレインの遮光率、ホトダイオード面積、ホトダイオード遮光率を以下に示す。
【００２８】
【表１】

この場合、定電流源回路２０のＰＭＯＳ１、及びＰＭＯＳ２を流れる定電流は約２０μＡであるのに対し、光照射時にホトダイオード５に流れる光電流は１ｐＡ以下であるため、ホトダイオード５の光電流は定電流源の精度に影響を及ぼさない。
【００２９】
本実施形態において、光照射時に電源電圧を印加した場合でも定電流源は正常に動作し、光電変換装置は正常に光反応を示した。しかし、ホトダイオード５が無い、従来の定電流源回路を用いた場合、電源電圧印加後も定電流源回路は遮断状態となり、光電変換装置は光反応を示さなかった。
【００３０】
尚、図１には３画素分のみの等価回路を示しているが、本実施形態は、実際には１チップ当たり２３４画素から構成される１次元ラインセンサチップであり、該１次元ラインセンサチップを複数個１列に接続することにより、密着型イメージセンサとして光電変換装置を形成している。
【００３１】
〔第２の実施形態〕
図２は本発明の第２の実施形態における等価回路図である。本実施形態は受光素子アレイ２３の共通出力線２１の出力をオペアンプ２４を用いてインピーダンス変換をして信号を出力する光電変換装置である。
【００３２】
受光素子アレイ２３で各受光素子で光電変換された信号出力は、シフトレジスタ２２により共通出力線２１に順次出力される。また共通出力線２１はオペアンプ２４の入力に接続されている。本実施形態においては、オペアンプ２４のバイアス電流を生成する定電流源２０のＮＭＯＳ４のドレインと電源電圧との間で逆バイアスが印加されるようにホトダイオード５を設けている。
【００３３】
このオペアンプ２４は、定電流源２０の出力に接続されたＰＭＯＳ２５のゲートに接続され、ＰＭＯＳ２５のドレインにはカレントミラー効果によりＰＭＯＳ１のドレイン電流と同一電流が流れ、ＰＭＯＳ２５のドレインに接続されたカレントミラー回路のＮＭＯＳ２６，２７，３０に写像され、ＮＭＯＳ２７のドレインに接続された負荷としてのカレントミラー回路のＰＭＯＳ２８，２９で再度写像され、ＮＭＯＳ３０のドレインに接続されたカレントミラー回路のＰＭＯＳ３１，３２で、ＰＭＯＳ３２のドレインには、結果的にＰＭＯＳ１のドレイン電流と同一電流が流れる。受光素子アレイの信号出力はＰＭＯＳ３３のゲートに入力され、そのドレインから反転出力として出力段ＮＭＯＳ３７のゲートに入力され、受光素子アレイの信号出力と同相の画像信号出力Ｖｏｕｔを得る。なお、ＮＭＯＳ３５，３６は入力段の差動ＰＭＯＳ３３，３４の負荷となり、キャパシタ３８は当該オペアンプの位相補償用コンデンサである。
【００３４】
本実施形態において、定電流源２０に対して光照射時に電源電圧を印加した場合でも、定電流源２０は正常に動作して、オペアンプ２４にバイアス電流を供給できるため、光電変換装置は光反応を示したが、ホトダイオード５を有さない、従来の定電流源回路を用いた光電変換装置の場合は、光照射時に電源電圧を印加した後も定電流源回路は遮断状態となって、オペアンプ２４にバイアス電流を供給できなくなるため、光電変換装置は光反応を示さなかった場合と同様に、信号出力電圧を得ることはできなかった。
【００３５】
なお、本実施形態においても、逆バイアスのホトダイオード５をＮＭＯＳ３のドレイン／ソース間に配置してもよい。また、本実施形態のラインセンサーは１チップ構成とすることが可能である。また、定電流源に限らず、差動増幅回路や他の回路であっても、ＰＮ接合部で発生する光キャリアの電子と正孔に対して、それを打ち消す素子を持ち得れば、特に光等の外乱の影響による誤動作を防止することができる。また、素材面においても、ＣＭＯＳ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等であってもよく、半導体デバイスとして本発明を適用できるものである。
【００３６】
また、本実施形態に用いた受光素子アレイを１センサーチップとし、該１センサーチップを複数個一列に配置して密着型イメージセンサを形成する。この密着型イメージセンサの１列を主走査方向とし、該主走査方向に対して垂直方向を副走査方向として、読み取られる画像と対照的に副走査方向に走査することにより、２次元の画像を読み取ることができる。この２次元の画像信号の読み取りを画像読み取り装置の機能として出力することにより、例えばスキャナーやファクシミリ、電子複写機に用いることが出来、高精細で高密度な画像を読み取り可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上示したように、本発明により、定電流源を搭載する例えば光電変換素子の光電荷電圧の増幅回路に用いて、当該定電流源を光照射した時においても、電源電圧印加後に飽和状態に至らず、正常に動作する。よって、このＣＭＯＳ定電流源を有する光電変換装置を実現することが可能となり、その効果は絶大である。
【００３８】
また、本発明により、半導体デバイスに加わる、例えば光等の外乱の影響によって半導体デバイスが誤作動しないようにすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における３画素分の等価回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における等価回路図である。
【図３】従来技術のＣＭＯＳ定電流源回路の等価回路図である。
【符号の説明】
１、２ＰＭＯＳトランジスタ
３、４ＮＭＯＳトランジスタ
５ホトダイオード
１０、１０'、１０" ホトダイオード
１１、１１'、１１" ＰＭＯＳトランジスタ
１２、１２'、１２" リセットスイッチ
１３、１３'、１３" 定電流負荷用ＰＭＯＳトランジスタ
２０定電流源
２１共通出力線
２２シフトレジスタ
２３受光素子アレイ
２４オペアンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a one-dimensional and two-dimensional photoelectric conversion device having a CMOS constant current source circuit composed of a CMOS current mirror circuit and an image reading device using the same, and more particularly to a constant current source circuit when a power supply voltage is applied. The present invention relates to a circuit configuration of a semiconductor device including a CMOS constant current source circuit and a constant current source circuit with good rising characteristics.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of photoelectric conversion devices, development of photoelectric conversion devices in which a light receiving element and a peripheral circuit are formed on the same substrate has been actively carried out.
[0003]
For example, a linear sensor in which an operational amplifier is formed on the same semiconductor substrate as the light receiving element (Television Society Vol. 47, No. 9 (1993) pp. 1180), an image sensor having a sample hold circuit (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-223377 ), A solid-state imaging device (Japanese Patent Laid-Open No. 9-65215) having an internal reference voltage generation circuit constituted by an operational amplifier, and the like have been proposed.
[0004]
The bias current of the operational amplifier is generally generated using a constant current source circuit. When this constant current source circuit is formed using a MOS transistor, for example, a CMOS constant current as shown in FIG. The source circuit (R. Gregorian, GC Temes Analog MOS Integrated Circuits for Signal Processing P. 127 Figs. 4 and 5.) is generally used, but is also disclosed in JP-A-7-44254. Such a CMOS constant current source circuit has also been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a photoelectric conversion device in which the CMOS constant current source circuit and the light receiving element disclosed in the prior art are formed on the same semiconductor substrate, the CMOS constant current source circuit may not operate during light irradiation.
[0006]
In the state where the power supply voltage is applied to the conventional CMOS constant current source circuit shown in FIG.
(1) A state in which a constant current is flowing (in FIG. 3, the Q2 and Q4 MOS transistors are operating in the saturation region).
(2) A state in which almost no constant current flows (in FIG. 3, about V ₀₁ = GND, about V ₀₂ = VDD)
There are two stable points.
[0007]
As a matter of course, in the state (2), since the bias current hardly flows, the circuit does not operate normally.
[0008]
Normally, when a power supply voltage is applied, the state is stabilized in the state (1). However, when the CMOS constant current source circuit shown in FIG. 3 is applied to a photoelectric conversion device, when the CMOS constant current source circuit is irradiated with light. , (2) may be stable.
[0009]
The reason for this will be described below.
[0010]
For example, when photocarriers are generated at the PN junction formed by the drain (P type) and well (N type) of the PMOS transistor of Q3, photogenerated holes are accumulated at _V01 in FIG. 3, and the potential rises. If it rises too much, the PMOS transistors of Q3 and Q4 are turned off. Along with this, the potential of V ₀₂ also decreases, and finally stabilizes in the state (2) in which the above constant current hardly flows.
[0011]
Similarly, when optical carriers are generated in the PN junction formed by the drain (N-type) and well (P-type) of the NMOS transistor of Q1, the state (2) is also stabilized. Become.
[0012]
Accordingly, when the constant current source circuit cannot be sufficiently shielded due to restrictions on the pattern layout and design rules, there arises a problem that the constant current source circuit does not operate normally.
[0013]
[Object of invention]
An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device having a CMOS constant current source circuit that operates normally when the power is turned on, even during light irradiation, in addition to shielding the constant current source circuit.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention provides a photoelectric conversion device in which a light receiving unit that performs photoelectric conversion and a power supply circuit are formed in the same semiconductor substrate, and the power supply circuit has a source connected to a positive power supply. A first PMOS transistor, a source connected to the positive power supply, a gate and a drain connected to the gate of the first PMOS transistor, a source connected to a reference potential, and a gate and a drain connected to the first PMOS transistor. A first NMOS transistor connected to the drain of the transistor; a source connected to the reference potential via a resistor; a gate connected to the gate of the first NMOS transistor; and a drain connected to the drain of the second PMOS transistor. Two current mirrors composed of a second NMOS transistor Has the cathode connected to a drain of the 2PMOS transistor, and a photodiode reverse bias is applied is provided, a 180 [mu] m ² both the area and the area of the photodiode of the drain of the first 2PMOS transistor, and wherein The second PMOS transistor has a drain shielding rate of 65%, and the photodiode has a shielding rate of 20% .
[0015]
A shift register that sequentially reads signals from the light receiving unit; and an amplifier that amplifies signals from the light receiving unit that are sequentially read by the shift register, and the power supply circuit supplies power to the amplifier. Features.
[0016]
Further, the photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion of the light receiving unit are arranged in the main scanning direction, and a plurality of the arrangements are arranged and scanned in the sub-scanning direction.
[0017]
[Action]
According to the present invention, for example, even when optical carriers are generated at the PN junction formed by the drain (P-type) and well (N-type) of the PMOS transistor of Q3, it is generated by the photodiode connected to this node. Since the potential increase at this node can be suppressed by the photogenerated electrons, the PMOS transistors Q3 and Q4 are not turned off, and the constant current source circuit is stabilized in a normal state.
[0018]
Similarly, when optical carriers are generated at the PN junction formed by the drain (N-type) and well (P-type) of the NMOS transistor of Q1, light generation generated by the photodiode connected to this node is similarly performed. Since the potential drop of the node can be suppressed by the hole, the NMOS transistors of Q1 and Q2 are not turned off, and the constant current source circuit is stabilized in a normal state.
[0019]
In the present invention, if the photocurrent flowing through the photodiode is larger than the photopower generated at the drain and well of the MOS transistor constituting the constant current source, the effect can be sufficiently exerted. However, when the photocurrent flowing through the photodiode is too large, the current accuracy of the constant current source circuit is deteriorated, and the inconvenience that the constant current changes between dark and light irradiation occurs. Therefore, in the present invention, it is preferable that the photocurrent flowing through the photodiode is sufficiently small with respect to the current flowing through the constant current circuit.
[0020]
Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to one-dimensional and two-dimensional photoelectric conversion devices but also to various photoelectric conversion devices and semiconductor devices.
[0021]
As described above, even when the constant current source circuit portion cannot be sufficiently shielded due to restrictions on the pattern layout and design rules, the configuration of the present invention allows the constant current source circuit to operate normally during light irradiation. It becomes possible to solve the problem of not doing.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described using embodiments.
[0023]
[First Embodiment]
An equivalent circuit diagram for three pixels in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0024]
In the present embodiment, the

photodiodes

10, 10 ′, 10 ″ of the photoelectric conversion elements are connected to the gates of the

PMOS transistors

11, 11 ′, 11 ″ and the reset switches 12, 12 ′, 12 ″, and the

photodiodes

10, 10 ′, This is a photoelectric conversion device that reads out the signal charges generated at 10 ″ by the source follower from the

PMOS transistors

11, 11 ′, 11 ″. Here, the source follower uses a constant current load of the

PMOS transistors

13, 13 ′, 13 ″. . A constant current source 20 is connected to the gates of the

PMOS transistors

13, 13 ', 13 "of the constant current load.
[0025]
In this photoelectric conversion device, first, the reset pulse φRES is set high, the reset switches 12, 12 ′, 12 ″ are turned on, and the anodes of the

photodiodes

10, 10 ′, 10 ″ are collectively reset to the reset potential VRES. Next, image light is irradiated to the

photodiodes

10, 10 ′, 10 ″ for a predetermined time, and the anode potential of the

photodiodes

10, 10 ′, 10 ″ is the threshold of the

PMOS transistors

11, 11 ′, 11 ″ according to the image light amount. When the value drops below the value, the

PMOS transistors

11, 11 ′, 11 ″ are turned on, and a current corresponding to the amount of video light flows. Output voltages V01, V02, and V03 are output using a voltage corresponding to the current as an output voltage.
[0026]
The constant current source 20 for generating the current of the constant current load includes a first PMOS transistor 2 having a source connected to the positive power source, a source connected to the positive power source, and a gate and a drain connected to the gate of the first PMOS transistor 2. The second PMOS transistor 1 connected, the first NMOS transistor 4 whose source is connected to the negative power supply, the gate and drain connected to the drain of the first PMOS transistor, and the source to the negative power supply of the reference voltage via the resistor R A current mirror circuit including a second NMOS transistor 3 having a gate connected to the gate of the first NMOS transistor and a drain connected to the drain of the second PMOS transistor; and a drain of the second PMOS transistor. The cathode is connected and reverse bias is applied. It consists of diode 5. In particular, the photodiode 5 is characterized in that a reverse bias is applied between the drain of the PMOS transistor 1 and GND.
[0027]
The drain area, drain light shielding rate, photodiode area, and photodiode light shielding rate of the PMOS transistor 1 in this embodiment are shown below.
[0028]
[Table 1]

In this case, the constant current flowing through the PMOS 1 and the PMOS 2 of the constant current source circuit 20 is about 20 μA, whereas the photocurrent flowing through the photodiode 5 during light irradiation is 1 pA or less, so the photocurrent of the photodiode 5 is constant current. Does not affect the accuracy of the source.
[0029]
In this embodiment, even when a power supply voltage was applied during light irradiation, the constant current source operated normally, and the photoelectric conversion device showed a photoreaction normally. However, when a conventional constant current source circuit without the photodiode 5 was used, the constant current source circuit was cut off even after the power supply voltage was applied, and the photoelectric conversion device did not show a photoreaction.
[0030]
Although FIG. 1 shows an equivalent circuit for only three pixels, this embodiment is actually a one-dimensional line sensor chip composed of 234 pixels per chip, and the one-dimensional line sensor chip. Are connected in a row to form a photoelectric conversion device as a contact image sensor.
[0031]
[Second Embodiment]
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is a photoelectric conversion device that performs impedance conversion on the output of the common output line 21 of the light receiving element array 23 using an operational amplifier 24 and outputs a signal.
[0032]
The signal output photoelectrically converted by each light receiving element in the light receiving element array 23 is sequentially output to the common output line 21 by the shift register 22. The common output line 21 is connected to the input of the operational amplifier 24. In the present embodiment, the photodiode 5 is provided so that a reverse bias is applied between the drain of the NMOS 4 of the constant current source 20 that generates the bias current of the operational amplifier 24 and the power supply voltage.
[0033]
The operational amplifier 24 is connected to the gate of the PMOS 25 connected to the output of the constant current source 20, and the same current as the drain current of the PMOS 1 flows through the drain of the PMOS 25 due to the current mirror effect, and the current mirror connected to the drain of the PMOS 25. It is mapped to the

NMOSs

26, 27, 30 of the circuit, re-mapped by the PMOSs 28, 29 of the current mirror circuit as a load connected to the drain of the NMOS 27, and the

PMOS

32, 32 of the current mirror circuit connected to the drain of the NMOS 30 As a result, the same current as the drain current of the PMOS 1 flows to the drain of the first and second transistors. The signal output of the light receiving element array is input to the gate of the PMOS 33 and is input from the drain thereof as an inverted output to the gate of the output stage NMOS 37 to obtain an image signal output Vout in phase with the signal output of the light receiving element array. The

NMOSs

35 and 36 serve as loads for the differential PMOSs 33 and 34 in the input stage, and the capacitor 38 is a phase compensation capacitor for the operational amplifier.
[0034]
In this embodiment, even when a power supply voltage is applied to the constant current source 20 during light irradiation, the constant current source 20 operates normally and can supply a bias current to the operational amplifier 24. However, in the case of a photoelectric conversion device using a conventional constant current source circuit that does not have the photodiode 5, the constant current source circuit remains in the cut-off state even after the power supply voltage is applied during light irradiation. Since the bias current could not be supplied to 24, the photoelectric conversion device could not obtain the signal output voltage, as in the case where the photoelectric reaction did not show.
[0035]
Also in this embodiment, the reverse-biased photodiode 5 may be arranged between the drain / source of the NMOS 3. Further, the line sensor of this embodiment can have a one-chip configuration. Moreover, not only a constant current source, but also a differential amplifier circuit and other circuits, especially if an element that cancels the electrons and holes of a photocarrier generated at a PN junction can be provided, It is possible to prevent malfunction due to the influence of disturbance such as light. Also, in terms of material, it may be a CMOS, MOSFET, bipolar transistor, etc., and the present invention can be applied as a semiconductor device.
[0036]
Further, the light receiving element array used in the present embodiment is one sensor chip, and a plurality of the one sensor chips are arranged in a line to form a contact image sensor. A two-dimensional image is obtained by scanning in the sub-scanning direction as opposed to the read image, with one row of the contact image sensor as the main scanning direction and the direction perpendicular to the main scanning direction as the sub-scanning direction. Can be read. By outputting the reading of the two-dimensional image signal as a function of the image reading apparatus, it can be used in, for example, a scanner, a facsimile, and an electronic copying machine, and a high-definition and high-density image can be read.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, in the photoelectric charge voltage amplifier circuit of a photoelectric conversion element mounted with a constant current source, even when the constant current source is irradiated with light, the constant current source is saturated after the power supply voltage is applied. It does not reach and operates normally. Therefore, a photoelectric conversion device having this CMOS constant current source can be realized, and the effect is enormous.
[0038]
Further, according to the present invention, it is possible to prevent the semiconductor device from malfunctioning due to the influence of disturbance such as light applied to the semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram for three pixels according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a conventional CMOS constant current source circuit.
[Explanation of symbols]
1, 2 PMOS transistor 3, 4 NMOS transistor 5

Photodiode

10, 10 ', 10 "

Photodiode

11, 11', 11"

PMOS transistor

12, 12 ', 12 "

Reset switch

13, 13', 13" PMOS for constant current load Transistor 20 Constant current source 21 Common output line 22 Shift register 23 Light receiving element array 24 Operational amplifier

Claims

A photoelectric conversion device in which a light receiving unit that performs photoelectric conversion and a power supply circuit are formed in the same semiconductor substrate,
The power supply circuit is
A first PMOS transistor whose source is connected to a positive power supply;
A second PMOS transistor having a source connected to the positive power supply and a gate and drain connected to the gate of the first PMOS transistor;
A first NMOS transistor having a source connected to a reference potential and a gate and drain connected to the drain of the first PMOS transistor;
Two current mirrors including a source connected to the reference potential via a resistor, a gate connected to the gate of the first NMOS transistor, and a drain connected to the second NMOS transistor connected to the drain of the second PMOS transistor Have a circuit,
A photodiode having a cathode connected to the drain of the second PMOS transistor and a reverse bias applied thereto;
The area of the drain of the second PMOS transistor and the area of the photodiode are both 180 μm ² , the light shielding rate of the drain of the second PMOS transistor is 65%, and the light shielding rate of the photodiode is 20%. A photoelectric conversion device.

The photoelectric conversion device according to claim 1,
The photoelectric conversion device, wherein the power supply circuit supplies power to the light receiving unit.

The photoelectric conversion device according to claim 1,
A shift register that sequentially reads out signals from the light receiving unit, and an amplifier that amplifies signals from the light receiving unit that are sequentially read out by the shift register,
The photoelectric conversion device, wherein the power supply circuit supplies power to the amplifier.

The photoelectric conversion device according to claim 1,
A photoelectric conversion device, wherein photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion of the light receiving unit are arranged in a main scanning direction, and a plurality of such arrangements are arranged and scanned in a sub-scanning direction.