JPH08275060A - Light receiving element circuit, light receiving element circuit array and method for configuring the light receiving element circuit - Google Patents

Light receiving element circuit, light receiving element circuit array and method for configuring the light receiving element circuit

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JPH08275060A
JPH08275060A JP7075083A JP7508395A JPH08275060A JP H08275060 A JPH08275060 A JP H08275060A JP 7075083 A JP7075083 A JP 7075083A JP 7508395 A JP7508395 A JP 7508395A JP H08275060 A JPH08275060 A JP H08275060A
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JP
Japan
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receiving element
circuit
light receiving
light
potential
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Application number
JP7075083A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Funatsu
英一 船津
Yoshikazu Nitta
嘉一 新田
Atsushi Ota
淳 太田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH08275060A publication Critical patent/JPH08275060A/en
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Abstract

PURPOSE: To obtain the light receiving element circuit having a sensitivity variable function able to vary the light receiving sensitivity and to control the polarity of an output from each light receiving element in which values of bipolar outputs of the light receiving element circuit are made in matching with each other. CONSTITUTION: A potential of a light receiving element 3 is led to a MOS transistor(TR) 15 in a noninverting output circuit and a MOS TR 17 in an inverting output circuit to control each conductance of each circuit. When a selector switch 16 is closed, a current flows from a power supply voltage terminal 6 to an output terminal 5 (noninverting output), and when a selector switch 18 is closed, a current flows from the output terminal 5 to a ground terminal 4 (inverting output). The potential of the output terminal 5 is a difference of a threshold voltage between the MOS TRs 15, 17 and the design of the noninverting output circuit and the inverting output circuit is easily designed to make values of output currents from both the circuits equal to each other by specifying a potential of the output terminal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、制御回路により受光
素子の受光感度を可変にするとともに高感度化を可能と
する受光素子回路の特に回路構成と、その受光素子回路
を複数配置した受光素子回路アレイ及び受光素子回路の
構成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving element circuit having a plurality of light receiving element circuits, in particular, a circuit configuration of a light receiving element circuit which allows a control circuit to change the light receiving sensitivity of the light receiving element and to increase the sensitivity. The present invention relates to a method of configuring a circuit array and a light receiving element circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の画像処理装置においては、受光素
子から得た信号を処理装置内の計算機によって加工し、
膨大な計算時間を要して所望の画像処理を行っていた。
そのため、画像処理時間の短縮が期待されていた。一
方、画像処理の中には、信号として負の極性が必要であ
るものがあり、負の極性の信号を得るために受光素子の
制御電源として負電源を用いることは、費用と精度の点
で難しかった。このような背景の下で、受光素子に制御
回路を設けその制御回路により受光素子の感度を可変に
し、さらに極性まで制御できる感度可変機能を有する受
光素子回路は上記のような問題を解決した受光素子回路
として期待されている。
2. Description of the Related Art In a conventional image processing device, a signal obtained from a light receiving element is processed by a computer in the processing device,
The desired image processing was performed with a huge amount of calculation time.
Therefore, reduction in image processing time has been expected. On the other hand, some image processing requires a negative polarity as a signal, and using a negative power source as a control power source of a light receiving element to obtain a signal of a negative polarity is costly and accurate. was difficult. Against this background, a light receiving element circuit that has a sensitivity variable function that can control the sensitivity of the light receiving element by providing a control circuit in the light receiving element and further control the polarity is a light receiving element that solves the above problems. It is expected as an element circuit.

【0003】以下、従来の感度可変機能を有する受光素
子回路について説明する。図14は、特願平6−125
132号に記載の受光素子回路の構成図である。図にお
いて受光素子103からの出力電位は、トライステートス
イッチ104を通じて、一端が電源電圧109の端子に接続さ
れたpMOSトランジスタ105、あるいは一端が接地108
の端子に接続されたnMOSトランジスタ106のゲート
端子に接続される。
A conventional light receiving element circuit having a variable sensitivity function will be described below. FIG. 14 shows Japanese Patent Application No. 6-125.
It is a block diagram of the light receiving element circuit described in No. 132. In the figure, the output potential from the light receiving element 103 is, through a tri-state switch 104, a pMOS transistor 105 having one end connected to a terminal of a power supply voltage 109, or one end grounded.
Is connected to the gate terminal of the nMOS transistor 106 connected to the terminal.

【0004】上記のように構成されていた従来の受光素
子回路の動作について説明する。まず、一端が接地108
された受光素子103はリセットスイッチ用MOSトラン
ジスタ102を通じてバイアス端子101によりバイアスされ
る。次に、リセットスイッチ102をオフした後、光入射
により受光素子103に蓄積された電荷を、トライステー
トスイッチ104を通じてpMOSトランジスタ105、ある
いはnMOSトランジスタ106のゲート端子に入力す
る。この電荷量(電位)に応じて各ゲートはバイアスさ
れ出力端子107に電流を出力する。このとき、トライス
テートスイッチ104をpMOSトランジスタ105側にオン
すれば電流は流れ出す方向に、nMOSトランジスタ10
6側にオンすれば流れ込む方向に制御することができ
る。以上のように、受光素子の電位を電流に変換して、
その大きさと極性を制御することが可能となり、負電源
を用いることなく感度を正負に制御可能な受光素子回路
を実現していた。また、非反転出力回路では、低いゲ−
ト電圧でも電流値を取り出しやすくするために、また反
転出力回路では高いゲ−ト電圧でも電流値を取り出しや
すくするためにそれぞれpMOS、nMOSトランジス
タを備えている。
The operation of the conventional light receiving element circuit configured as described above will be described. First, one end is grounded 108
The received light receiving element 103 is biased by the bias terminal 101 through the reset switch MOS transistor 102. Next, after turning off the reset switch 102, the charges accumulated in the light receiving element 103 due to the incidence of light are input to the gate terminal of the pMOS transistor 105 or the nMOS transistor 106 through the tristate switch 104. Each gate is biased according to this charge amount (potential) and outputs a current to the output terminal 107. At this time, if the tri-state switch 104 is turned on to the pMOS transistor 105 side, the current flows in the direction in which the nMOS transistor 10 is turned on.
If it is turned on to the 6 side, it can be controlled in the flowing direction. As described above, the potential of the light receiving element is converted into a current,
It has become possible to control the size and polarity of the light receiving element circuit, which can control the sensitivity to positive and negative without using a negative power source. Also, in the non-inverting output circuit, a low gate
In order to make it easy to take out the current value even at the gate voltage, and in the inverting output circuit, to make it easy to take out the current value even at the high gate voltage, pMOS and nMOS transistors are provided respectively.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】受光素子回路では、該
回路から得られた出力信号情報を用いて、後段で画像処
理を行うため、同じ光の強さ、即ち同じ受光素子電位に
対して反転、非反転の出力の絶対値を等しくし、1つの
受光素子回路からの出力の演算或は複数の受光素子間の
出力の演算(画素間の演算)等ができることが必要であ
る。即ち、反転、非反転の出力が相殺できなくてはなら
ない。なぜなら、ある受光素子回路において、反転出力
信号を選択した時と非反転出力信号を選択した時とで、
信号の大きさが異なると画素間の演算ができないからで
ある。
In the light receiving element circuit, since the image processing is performed in the subsequent stage by using the output signal information obtained from the circuit, the same light intensity, that is, the same light receiving element potential is inverted. It is necessary to equalize the absolute values of the non-inverted outputs so that the output of one light receiving element circuit can be calculated or the output of a plurality of light receiving elements can be calculated (calculation between pixels). That is, the inverted and non-inverted outputs must be offset. Because, in a certain light receiving element circuit, when an inverted output signal is selected and when a non-inverted output signal is selected,
This is because calculation between pixels cannot be performed if the signal magnitudes are different.

【0006】一方、図15は図14の受光素子回路の、
反転出力及び非反転出力の大きさを、受光素子電位の関
数としてプロットした例である。受光素子回路として理
想的には二つの曲線は完全に一致するべきであるが、両
者の大きさは大きく異なり、受光素子電位の変化に対し
てpMOSとnMOSを使用している以上両出力を一致
せることはできない。そのため、このままでは全く相殺
がうまくいかず、即ち、画素間演算ができず、受光素子
回路として十分な性能を有していないことが分かる。
On the other hand, FIG. 15 shows the light receiving element circuit of FIG.
It is an example in which the magnitudes of the inverted output and the non-inverted output are plotted as a function of the light receiving element potential. Ideally, the two curves should perfectly match as a light-receiving element circuit, but the sizes of both should be very different, and both outputs should match as long as the pMOS and nMOS are used for changes in the light-receiving element potential. I can't let you. Therefore, it can be seen that the cancellation is not successful in this state as it is, that is, the calculation between pixels cannot be performed, and the light receiving element circuit does not have sufficient performance.

【0007】このように、従来の受光素子回路では、受
光素子出力を増幅し、反転、非反転の二通りで出力を取
り出すことはできるが、例えば、上記のような構造とな
っているため、pMOSトランジスタはゲート電位が低
い程出力電流値は大きくなるが、nMOSトランジスタ
はゲート電位が高い程出力電流値が大きくなる等の回路
の非対称性や使用するトランジスタの特性等に起因し
て、反転出力及び非反転出力の大きさが異なってしまう
という問題があった。また、反転、非反転の出力の大き
さを等しくするような回路構成方法もなかった。そのた
め、画素間演算の精度が低い等、受光素子回路として十
分な機能を果たすことができなかった。
As described above, in the conventional light receiving element circuit, the output of the light receiving element can be amplified and the output can be taken out in two ways: inverted and non-inverted. However, since it has the above-mentioned structure, for example, The output current value of the pMOS transistor increases as the gate potential decreases, but the output current value of the nMOS transistor increases as the gate potential increases. Due to the circuit asymmetry and the characteristics of the transistor used, the inverted output Also, there is a problem that the magnitude of the non-inverted output is different. Further, there is no circuit configuration method for making the magnitudes of the inverted and non-inverted outputs equal. Therefore, the accuracy of the calculation between pixels is low, and the light receiving element circuit cannot sufficiently function.

【0008】さらに、トライステートスイッチ104を用
いた回路選択のスイッチングでは、スイッチをオフにす
るだけではトランジスタ105、及び106のゲートに電位が
残ってしまうため、トライステートスイッチ104とトラ
ンジスタ105及びトライステートスイッチ104とトランジ
スタ106の間の容量のために、受光素子の電位としてゲ
−トに与える電位の精度が低くなる。そのため、トライ
ステートスイッチ104によりトランジスタ105をオンし、
トランジスタ105をHにしてリセットし、次にトライス
テートスイッチ104によりトランジスタ106をオンし、ト
ランジスタ106をLにしてリセットし、最後に受光素子1
03をリセットするという繁雑なリセット動作を電荷の蓄
積毎に行わなくてはならないという問題があった。
Furthermore, in circuit selection switching using the tri-state switch 104, the potential remains at the gates of the transistors 105 and 106 simply by turning off the switches, so that the tri-state switch 104, the transistor 105 and the tri-state switch. Due to the capacitance between the switch 104 and the transistor 106, the accuracy of the potential given to the gate as the potential of the light receiving element becomes low. Therefore, the tristate switch 104 turns on the transistor 105,
The transistor 105 is set to H and reset, then the transistor 106 is turned on by the tri-state switch 104, the transistor 106 is set to L, and finally reset.
There has been a problem that a complicated reset operation of resetting 03 has to be performed every time charge is accumulated.

【0009】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、受光素子回路を構成する
トランジスタの利得係数や閾値電圧を特定することによ
り、同じ受光素子電位に対して反転、非反転出力の絶対
値が同じになり、出力の相殺等画素間の演算が行えるよ
うな高性能な受光素子回路を提供すること、該受光素子
回路を複数個配置した高性能な受光素子回路アレイを提
供すること及び、該受光素子回路を構成する方法を提供
することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and by specifying the gain coefficient and the threshold voltage of the transistors forming the light receiving element circuit, the same light receiving element potential is obtained. To provide a high-performance light-receiving element circuit in which absolute values of inverted and non-inverted outputs are the same and calculation between pixels such as output cancellation can be performed, and a high-performance light-receiving element having a plurality of the light-receiving element circuits arranged therein. It is an object of the present invention to provide a circuit array and a method for configuring the light receiving element circuit.

【0010】また、反転、非反転出力の絶対値が同じ受
光素子回路において、ノイズや誤動作のない、光蓄積容
量の大きい等高性能な受光素子回路を提供することを目
的とする。
It is another object of the present invention to provide a high-performance light receiving element circuit having a large light storage capacity without noise and malfunction in the light receiving element circuit having the same absolute value of inverted and non-inverted outputs.

【0011】さらに、反転、非反転出力回路を選択する
際に簡便な動作の選択スイッチを提供することを目的と
する。
Another object of the present invention is to provide a selection switch which is simple in operation when selecting an inverting / non-inverting output circuit.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
受光素子回路は、受光素子と、受光素子の電位を電流に
変換して得た信号の大きさと極性を制御して外部へと出
力する制御回路とを基板上に備えた受光素子回路におい
て、制御回路が、受光素子の電位によって電源電圧端子
から出力端子へ流れ込む電流値を制御するMOSトラン
ジスタから構成される回路(非反転出力回路)と、受光
素子の電位によって出力端子から接地端子へ流れ出る電
流値を制御するMOSトランジスタから構成される回路
(反転出力回路)とを備えた受光素子回路であって、該
受光素子回路を構成するMOSトランジスタの利得係数
と閾値電圧、出力端子の電位及び電源電圧の電位のうち
少なくとも1つが前記非反転出力回路と反転出力回路か
らの出力信号の大きさが同じ受光素子電位に対して等し
くなるように特定された値を有するものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light receiving element circuit, wherein a light receiving element and a signal obtained by converting a potential of the light receiving element into a current are controlled and output to the outside. In the light-receiving element circuit having a control circuit for controlling the voltage on the substrate, the control circuit includes a MOS transistor that controls a current value flowing from the power supply voltage terminal to the output terminal according to the potential of the light-receiving element (non-inverting output circuit). And a circuit configured by a MOS transistor (inversion output circuit) configured to control a current value flowing from the output terminal to the ground terminal according to the potential of the light receiving element, the MOS forming the light receiving element circuit. At least one of the gain coefficient and the threshold voltage of the transistor, the potential of the output terminal, and the potential of the power supply voltage has a large output signal from the non-inverting output circuit and the inverting output circuit. It is has specified value to be equal to the same light receiving element potential.

【0013】請求項2の発明に係わる受光素子回路は、
請求項1において、MOSトランジスタが該トランジス
タのゲート幅とゲート長との比によって制御され特定さ
れた利得係数を有することを規定するものである。
The light receiving element circuit according to the invention of claim 2 is
According to the first aspect of the present invention, it is defined that the MOS transistor has a specified gain coefficient controlled by the ratio of the gate width and the gate length of the transistor.

【0014】請求項3の発明に係わる受光素子回路は、
請求項1または2において、受光素子の電位によって電
流値を制御するMOSトランジスタを備えた回路がnM
OSあるいはpMOSのトランジスタを備えたことを規
定するものである。
The light receiving element circuit according to the invention of claim 3 is
3. The circuit according to claim 1, wherein the circuit including a MOS transistor that controls a current value according to the potential of the light receiving element is nM.
It defines that an OS or pMOS transistor is provided.

【0015】請求項4の発明に係わる受光素子回路は、
請求項1乃至3のいずれか1項において、非反転出力回
路及び反転出力回路に、それぞれの回路を選択するため
のスイッチングトランジスタを備えたことを規定するも
のである。
The light receiving element circuit according to the invention of claim 4 is
According to any one of claims 1 to 3, the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are provided with a switching transistor for selecting each circuit.

【0016】請求項5の発明に係わる受光素子回路は、
請求項4において、非反転出力回路及び反転出力回路
が、受光素子の電位によって電流値を制御するMOSト
ランジスタとそれぞれの回路を選択するためのスイッチ
ングトランジスタとが直列に接続された回路から構成さ
れることを規定するものである。
A light receiving element circuit according to the invention of claim 5 is
The non-inverting output circuit and the inverting output circuit according to claim 4, wherein the MOS transistor that controls the current value according to the potential of the light receiving element and the switching transistor that selects each circuit are connected in series. It specifies that.

【0017】請求項6の発明に係わる受光素子回路は、
請求項1乃至5のいずれか1項において、非反転出力回
路及び反転出力回路に備えた受光素子の電位によって電
流値を制御するMOSトランジスタ閾値電圧の差を、出
力端子の電位としたことを規定するものである。
The light receiving element circuit according to the invention of claim 6 is
In any one of Claim 1 thru | or 5, it prescribed | regulated that the difference of the MOS transistor threshold voltage which controls a current value by the electric potential of the non-inverting output circuit and the light receiving element with which the inverting output circuit was provided was made into the electric potential of an output terminal. To do.

【0018】請求項7の発明に係わる受光素子回路は、
請求項1乃至6のいずれか1項において、電源電圧端子
の電位が出力端子の電位の2倍であることを規定するも
のである。
The light receiving element circuit according to the invention of claim 7 is
In any one of claims 1 to 6, it is specified that the potential of the power supply voltage terminal is twice the potential of the output terminal.

【0019】請求項8の発明に係わる受光素子回路は、
請求項7において、非反転出力回路及び反転出力回路に
おいて、受光素子の電位によって電流値を制御するMO
Sトランジスタとそれぞれの回路を選択するためのスイ
ッチングトランジスタとの配置が電位的に相対的に等し
く配置されることを規定するものである。
A light receiving element circuit according to the invention of claim 8 is
8. The non-inverting output circuit and the inverting output circuit according to claim 7, wherein the current value is controlled by the potential of the light receiving element.
The S transistor and the switching transistor for selecting each circuit are arranged to be relatively equal in potential.

【0020】請求項9の発明に係わる受光素子回路は、
請求項8において、非反転出力回路及び反転出力回路に
おいて、それぞれの回路を選択するためのスイッチング
トランジスタが前記両回路に備えた受光素子の電位によ
って電流値を制御するMOSトランジスタよりもそれぞ
れ低電位側に配置したことを規定するものである。
A light receiving element circuit according to the invention of claim 9 is
9. The non-inverting output circuit and the inverting output circuit according to claim 8, wherein a switching transistor for selecting each circuit is on a lower potential side than a MOS transistor for controlling a current value by a potential of a light receiving element provided in both circuits. It is defined as being placed in.

【0021】請求項10の発明に係わる受光素子回路
は、請求項7乃至9のいずれか1項において、非反転出
力回路及び反転出力回路に備えた、受光素子の電位によ
って電流値を制御するMOSトランジスタ及び、それぞ
れの回路を選択するためのスイッチングトランジスタが
非反転出力回路及び反転出力回路の間でそれぞれ等しい
利得係数を有することを規定するものである。
According to a tenth aspect of the invention, there is provided a light receiving element circuit according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are provided with a MOS for controlling a current value according to the potential of the light receiving element. It defines that the transistors and the switching transistors for selecting the respective circuits have the same gain coefficient between the non-inverting output circuit and the inverting output circuit, respectively.

【0022】請求項11の発明に係わる受光素子回路
は、請求項1乃至5のいずれか1項において、非反転出
力回路において、電源電圧端子と受光素子の電位によっ
て電流値を制御するMOSトランジスタとの間にダイオ
ード接続したトランジスタを直列に配置したことを規定
するものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a light receiving element circuit according to any one of the first to fifth aspects, wherein in the non-inverting output circuit, a MOS transistor for controlling a current value according to a power supply voltage terminal and a potential of the light receiving element. It defines that a diode-connected transistor is arranged in series between the two.

【0023】請求項12の発明に係わる受光素子回路
は、請求項11において、反転回路において、該反転回
路を選択するためのスイッチングトランジスタを受光素
子の電位によって電流値を制御するMOSトランジスタ
より高電位側に配置したことを規定するものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to the eleventh aspect, in the inverting circuit, the switching transistor for selecting the inverting circuit has a higher potential than the MOS transistor for controlling the current value by the potential of the light receiving element. It defines that it is placed on the side.

【0024】請求項13の発明に係わる受光素子回路
は、請求項11または12において、ダイオード接続し
たトランジスタの閾値電圧が、反転回路に備えた受光素
子の電位によって電流値を制御するMOSトランジスタ
の閾値電圧あるいは、非反転回路に備えた受光素子の電
位によって電流値を制御するMOSトランジスタの閾値
電圧のいずれかに一致することを規定するものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a light receiving element circuit according to the eleventh or twelfth aspect, wherein the threshold voltage of the diode-connected transistor is a threshold value of a MOS transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element provided in the inverting circuit. It specifies that the voltage or the threshold voltage of the MOS transistor that controls the current value is matched with the potential of the light receiving element included in the non-inverting circuit.

【0025】請求項14の発明に係わる受光素子回路
は、請求項11乃至13のいずれか1項において、ダイ
オード接続したトランジスタ及び非反転回路選択用スイ
ッチングトランジスタの利得係数が受光素子回路を構成
する他のいずれのトランジスタの利得係数よりも大きい
ことを規定するものである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to any one of the eleventh to thirteenth aspects, the gain coefficient of the diode-connected transistor and the non-inverting circuit selecting switching transistor constitutes a light receiving element circuit. Is larger than the gain coefficient of any of the transistors.

【0026】請求項15の発明に係わる受光素子回路
は、請求項13乃至15のいずれか1項において、受光
素子回路を構成するトランジスタが、各トランジスタ間
の電流駆動能力の比に対する利得係数比の値が各トラン
ジスタ間のゲート幅とゲート長との比の比となる関係を
有するトランジスタであることを規定するものである。
A light receiving element circuit according to a fifteenth aspect of the present invention is the light receiving element circuit according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, wherein the transistors forming the light receiving element circuit have a gain coefficient ratio with respect to a ratio of current driving capability between the respective transistors. The value defines a transistor having a relation of a ratio of a gate width and a gate length between the transistors.

【0027】請求項16の発明に係わる受光素子回路
は、請求項1乃至15のいずれか1項において、受光素
子がpnフォトダイオードであることを規定するもので
ある。
According to a sixteenth aspect of the invention, there is provided a light receiving element circuit according to any one of the first to fifteenth aspects, wherein the light receiving element is a pn photodiode.

【0028】請求項17の発明に係わる受光素子回路
は、請求項16において、pnフォトダイオードがp型
基板に形成されたn型層を備えた或はn型基板に形成さ
れたp型層を備えたことを規定するものである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in a light receiving element circuit according to the sixteenth aspect, the pn photodiode is provided with an n-type layer formed on a p-type substrate or a p-type layer formed on an n-type substrate. It stipulates the provision.

【0029】請求項18の発明に係わる受光素子回路
は、請求項17において、pnフォトダイオードのn型
層またはp型層にpnフォトダイオードのリセット用の
スイッチングトランジスタを接続したことを規定するも
のである。
According to the eighteenth aspect of the invention, in the light receiving element circuit according to the seventeenth aspect, the n-type layer or the p-type layer of the pn photodiode is connected with a switching transistor for resetting the pn photodiode. is there.

【0030】請求項19の発明に係わる受光素子回路
は、請求項16乃至18のいずれか1項において、受光
素子と制御回路とを形成する基板のドーピング濃度が1
×1013cm-3より高く1×1016cm-3より低いことを規定す
るものである。
A light receiving element circuit according to a nineteenth aspect of the present invention is the light receiving element circuit according to any one of the sixteenth to eighteenth aspects, wherein the doping concentration of the substrate forming the light receiving element and the control circuit is 1 or less.
It is specified to be higher than × 10 13 cm -3 and lower than 1 × 10 16 cm -3 .

【0031】請求項20の発明に係わる受光素子回路
は、請求項19において、受光素子と制御回路とを形成
する基板がp型基板であり、該p型基板内の受光素子形
成部分が、ドーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のp型
層とその中に前記p型層のドーピング濃度よりも高い濃
度でドーピングされたn型層とを備えた受光素子である
こと、あるいは受光素子と制御回路とを形成する基板が
n型基板であり、該n型基板内の受光素子形成部分が、
ドーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のn型層とその中
に前記n型層のドーピング濃度よりも高い濃度でドーピ
ングされたp型層とを備えた受光素子であることを規定
するものである。
According to a twentieth aspect of the invention, in the light receiving element circuit according to the nineteenth aspect, the substrate forming the light receiving element and the control circuit is a p-type substrate, and the light receiving element forming portion in the p-type substrate is doped. A light-receiving element comprising a p-type layer having a concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more and an n-type layer doped therein at a concentration higher than the doping concentration of the p-type layer, or a light-receiving element The substrate forming the control circuit is an n-type substrate, and the light-receiving element forming portion in the n-type substrate is
What defines a light-receiving element comprising an n-type layer having a doping concentration of 1 × 10 15 cm -3 or more and a p-type layer doped therein at a concentration higher than that of the n-type layer Is.

【0032】請求項21の発明に係わる受光素子回路
は、請求項1乃至20のいずれか1項において、受光素
子と制御回路との間に受光素子からの出力を蓄積するコ
ンデンサを並列に接続したものである。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the light-receiving element circuit according to any one of the first to twentieth aspects, a capacitor for accumulating an output from the light-receiving element is connected in parallel between the light-receiving element and the control circuit. It is a thing.

【0033】請求項22の発明に係わる受光素子回路
は、請求項1乃至21のいずれか1項において、トラン
ジスタ回路を構成する部分に、金属膜を備えたものであ
る。
A light receiving element circuit according to a twenty-second aspect of the present invention is the light receiving element circuit according to any one of the first to twenty-first aspects, wherein a metal film is provided in a portion forming the transistor circuit.

【0034】請求項23の発明に係わる受光素子回路ア
レイは、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の受光
素子回路を、一次元または二次元のアレイ状に配置した
ものである。
According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided a light-receiving element circuit array in which the light-receiving element circuits according to any one of the first to twenty-second aspects are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array.

【0035】請求項24の発明に係わる受光素子回路ア
レイは、請求項23において、アレイ状に配置した複数
の受光素子回路の水平方向の一つのライン上に並ぶ受光
素子回路のスイッチ用端子を共通にし、垂直方向の一つ
のライン上に並ぶ受光素子回路の出力端子を共通にした
ことを規定するものである。
According to a twenty-fourth aspect of the invention, in the light-receiving element circuit array according to the twenty-third aspect, the switch terminals of the light-receiving element circuits arranged on one horizontal line of the plurality of light-receiving element circuits arranged in an array are common. It is defined that the output terminals of the light receiving element circuits arranged on one line in the vertical direction are common.

【0036】請求項25の発明に係わる受光素子回路ア
レイは、請求項23または24において、受光素子回路
内の接地ラインに、受光素子回路を形成する基板を接地
するための基板コンタクトを受光素子回路毎に設けたこ
とを規定するものである。
A light receiving element circuit array according to a twenty-fifth aspect of the present invention is the light receiving element circuit according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, wherein a substrate contact for grounding a substrate forming the light receiving element circuit is connected to a ground line in the light receiving element circuit. It defines that it is provided for each.

【0037】請求項26の発明に係わる受光素子回路の
構成方法は、受光素子と、受光素子の電位を電流に変換
して得た信号の大きさと極性を制御して外部へと出力す
る制御回路とを基板上に備えた受光素子回路であって、
前記制御回路が受光素子の電位によって電源電圧端子か
ら出力端子へ流れ込む電流値を制御するMOSトランジ
スタから構成される回路(非反転出力回路)と、受光素
子からの電位によって出力端子から接地端子へ流れ出る
電流値を制御するMOSトランジスタから構成される回
路(反転出力回路)とを備えた受光素子回路を構成する
方法において、前記非反転出力回路を選択して外部へ出
力する信号即ち出力端子へ流れ込む電流の大きさを計測
または計算する第1のステップと、前記反転出力回路を
選択して外部へ出力する信号即ち出力端子から流れ出る
電流の大きさを計測または計算する第2のステップと、
第1及び第2のステップの結果を比較する第3のステッ
プと、前記同じ受光素子電位に対して前記非反転出力回
路と反転出力回路からの出力信号の大きさが同じになる
ように、制御回路を構成するMOSトランジスタの利得
係数及び閾値電圧、出力端子の電位及び、電源電圧の電
位のうち少なくとも1つを制御する第4のステップとを
備えたものである。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided a method of configuring a light-receiving element circuit, which includes a light-receiving element and a control circuit for controlling the magnitude and polarity of a signal obtained by converting the potential of the light-receiving element into a current and outputting the signal to the outside. A light-receiving element circuit including and on a substrate,
The control circuit controls the current value flowing from the power supply voltage terminal to the output terminal by the potential of the light receiving element (non-inverting output circuit), and the potential from the light receiving element causes the current to flow from the output terminal to the ground terminal. In a method of forming a light receiving element circuit including a circuit (inversion output circuit) including a MOS transistor for controlling a current value, a signal to be output by selecting the non-inversion output circuit, that is, a current flowing into an output terminal And a second step of measuring or calculating the magnitude of a current output from a signal to be output to the outside by selecting the inverting output circuit, that is, the magnitude of a current flowing from the output terminal.
A third step of comparing the results of the first and second steps, and control so that the magnitudes of the output signals from the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are the same for the same light-receiving element potential. A fourth step of controlling at least one of a gain coefficient and a threshold voltage of a MOS transistor forming a circuit, a potential of an output terminal, and a potential of a power supply voltage.

【0038】請求項27の発明に係わる受光素子回路の
構成方法は、請求項26において、第4のステップにお
いて制御回路を構成するMOSトランジスタの利得係数
が制御されることが選択され設定された場合、第4のス
テップの後に、設定されたMOSトランジスタの利得係
数をそれぞれのMOSトランジスタのゲート幅とゲート
長との比で制御する第5のステップを備えたことを規定
するものである。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a method of forming a light-receiving element circuit according to the twenty-sixth aspect, wherein the gain coefficient of the MOS transistor constituting the control circuit is selected and set in the fourth step. After the fourth step, there is provided a fifth step of controlling the gain coefficient of the set MOS transistor by the ratio of the gate width and the gate length of each MOS transistor.

【0039】請求項28の発明に係わる受光素子回路の
構成方法は、請求項27において、第5のステップにお
いて、設定するトランジスタ間のゲート幅とゲート長と
の比の比を該トランジスタ間の電流駆動能力の比に対す
る利得係数の比となるようにMOSトランジスタの利得
係数を制御することを規定するものである。
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, there is provided a method of forming a light-receiving element circuit according to the twenty-seventh aspect, wherein in the fifth step, the ratio of the ratio of the gate width and the gate length between the transistors to be set is set to It defines that the gain coefficient of the MOS transistor is controlled so that the ratio of the gain coefficient to the ratio of the drivability is set.

【0040】[0040]

【作用】この発明の請求項1の受光素子回路は、特定の
利得係数あるいは閾値電圧を有するMOSトランジス
タ、電位を特定された出力端子、電位を特定された電源
電圧を備えたので、非反転・反転出力回路の出力の絶対
値を利得係数によって制御できる。また、非反転・反転
出力回路を設けたことで、負電源なしに信号の極性が制
御可能となる。
Since the light-receiving element circuit according to claim 1 of the present invention includes the MOS transistor having a specific gain coefficient or threshold voltage, the output terminal whose potential is specified, and the power supply voltage whose potential is specified, the non-inverting The absolute value of the output of the inverting output circuit can be controlled by the gain coefficient. Further, by providing the non-inverting / inverting output circuit, the polarity of the signal can be controlled without the negative power supply.

【0041】この発明の請求項2の受光素子回路は、請
求項1において、MOSトランジスタの利得係数をトラ
ンジスタのゲート幅とゲート長との比で制御したので、
簡便にMOSトランジスタの利得係数を制御できる。
According to the second aspect of the present invention, in the light receiving element circuit of the first aspect, the gain coefficient of the MOS transistor is controlled by the ratio of the gate width and the gate length of the transistor.
The gain coefficient of the MOS transistor can be easily controlled.

【0042】この発明の請求項3の受光素子回路は、請
求項1または2において、受光素子の電位によって電流
値を制御するMOSトランジスタを備えた回路としてn
MOS或はpMOSトランジスタを用いたので、他のト
ランジスタと同じ種類のトランジスタで形成すれば、同
一のプロセスで簡便な工程で、回路を単純化できる。ま
た、一画素(一受光素子回路)の中にp、n二つのウエ
ルを作る必要がないので、画素の大きさを小さくでき
る。さらに、nMOSであれば、受光素子として、光が
照射されるほど電位が上がるような素子を用いた場合、
光が照射されなければ出力電流が0で、入射光が強いほ
ど出力電流が増えるような構成にすることができ、pM
OSであれば受光素子として、光が照射されるほど電位
が下がるような素子を用いた場合、光が照射されなけれ
ば出力電流が0で、入射光が強いほど出力電流が増える
ような構成にすることができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a light receiving element circuit according to the first or second aspect, in which an n-type circuit is provided with a MOS transistor for controlling a current value according to the potential of the light receiving element.
Since a MOS or pMOS transistor is used, if the same type of transistor as other transistors is used, the circuit can be simplified by the same process and simple steps. Further, since it is not necessary to form two p and n wells in one pixel (one light receiving element circuit), the size of the pixel can be reduced. Further, in the case of an nMOS, when an element whose potential increases as the light is irradiated is used as the light receiving element,
If the output current is 0 when light is not emitted, the output current increases as the incident light becomes stronger.
In the case of an OS, when an element whose potential decreases as light is irradiated is used as the light receiving element, the output current is 0 if the light is not irradiated, and the output current increases as the incident light becomes stronger. can do.

【0043】この発明の請求項4の受光素子回路は、請
求項1乃至3のいずれか1項において、非反転出力回路
及び反転出力回路にそれぞれの回路を選択するスイッチ
ングトランジスタを備えたので、出力の向きを外から簡
便に選択できる。また、スイッチングトランジスタの開
閉による各回路の導通により回路を選択できるため、受
光素子電位に対して影響を及ぼさず、繁雑なリセット動
作が不要となる。さらにスイッチングトランジスタのゲ
ート電圧をアナログ的に制御することにより、一定の受
光素子電位に対する出力電流値をアナログ的に変化させ
ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to any one of the first to third aspects, the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are provided with switching transistors for selecting respective circuits. The direction of can be easily selected from the outside. Further, since each circuit can be selected by the conduction of each circuit by opening / closing the switching transistor, the potential of the light receiving element is not affected, and a complicated reset operation is unnecessary. Further, by controlling the gate voltage of the switching transistor in an analog manner, the output current value for a constant light receiving element potential can be changed in an analog manner.

【0044】この発明の請求項5の受光素子回路は、請
求項4において、非反転出力回路及び反転出力回路にお
いて、それぞれの回路で受光素子の電位によって電流値
を制御するトランジスタと、スイッチ用トランジスタの
二つを直列に接続された構成にすることにより、回路が
単純になり、受光素子回路を小さくすることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to the fourth aspect, in the non-inverting output circuit and the inverting output circuit, a transistor for controlling a current value by a potential of the light receiving element in each circuit and a switching transistor. By connecting the two in series, the circuit becomes simple and the light receiving element circuit can be made small.

【0045】この発明の請求項6の受光素子回路は、請
求項1乃至5のいずれか1項において、非反転出力回路
及び反転出力回路に備えた受光素子の電位によって電流
値を制御するMOSトランジスタ閾値電圧の差を、出力
端子の電位としたので、受光素子電位によって電源電圧
端子から出力端子へ流れる電流値を制御する回路を構成
するトランジスタと、受光素子電位によって出力端子か
ら接地端子へ流れ出る電流値を制御する回路を構成する
トランジスタとを電気的に等価になるように配置できる
ので、両回路からの出力の大きさが同じになるような設
計をするのが容易になる。
A light receiving element circuit according to a sixth aspect of the present invention is the MOS transistor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the current value is controlled by the potentials of the light receiving elements provided in the non-inverting output circuit and the inverting output circuit. Since the difference between the threshold voltages is taken as the potential of the output terminal, the transistor that constitutes the circuit that controls the current value that flows from the power supply voltage terminal to the output terminal by the light receiving element potential and the current that flows from the output terminal to the ground terminal by the light receiving element potential Since the transistors forming the circuit for controlling the value can be arranged so as to be electrically equivalent to each other, it becomes easy to design the outputs of both circuits to have the same magnitude.

【0046】この発明の請求項7の受光素子回路は、請
求項1乃至6のいずれか1項において、電源電圧端子の
電位が出力端子の電位の2倍としたので、非反転出力回
路の電源電圧端子から出力端子への電位差が、反転出力
回路の出力端子から接地端子への電位差と等しくなるた
め、両回路が電気的に等価になるようにして、両回路か
らの出力の大きさが同じになるような設計をするのが容
易になる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to any one of the first to sixth aspects, the potential of the power supply voltage terminal is twice the potential of the output terminal. The potential difference from the voltage terminal to the output terminal is equal to the potential difference from the output terminal to the ground terminal of the inverting output circuit, so that both circuits are electrically equivalent and the magnitude of the output from both circuits is the same. It becomes easy to design such that

【0047】この発明の請求項8の受光素子回路は、請
求項7において、受光素子の電位によって電流値を制御
するトランジスタとスイッチ用トランジスタの、高電位
側、低電位側の位置関係を同じになるように配置したの
で、両回路を電気的に対称な構造にすることができ、両
回路からの出力の大きさが同じになるような設計をする
のが容易になる。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light receiving element circuit according to the seventh aspect, wherein the transistor for controlling the current value by the potential of the light receiving element and the switching transistor have the same positional relationship on the high potential side and the low potential side. Since they are arranged in such a manner, both circuits can have an electrically symmetrical structure, and it becomes easy to design so that the magnitudes of the outputs from both circuits are the same.

【0048】この発明の請求項9の受光素子回路は、請
求項8において、非反転回路及び反転回路において、受
光素子の電位によって電流値を制御するトランジスタよ
りも、スイッチ用トランジスタを低電位側に配置するこ
とにより、スイッチ用トランジスタを高電位側に置いた
場合よりもドレイン電圧の変動が少ないため線形性が良
くなる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to the eighth aspect, in the non-inverting circuit and the inverting circuit, the switching transistor is set to a lower potential side than the transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element. By arranging them, the linearity is improved because the fluctuation of the drain voltage is smaller than that when the switching transistor is placed on the high potential side.

【0049】この発明の請求項10の受光素子回路は、
請求項7乃至9のいずれか1項において、非反転回路及
び反転回路において、受光素子電位によって電流値を制
御するMOSトランジスタの利得係数が等しく且つそれ
ぞれの回路を選択するスイッチングトランジスタの利得
係数が等しいので、両回路が電気的に等価になり、両回
路からの出力の大きさを一致、制御させることができ
る。
According to a tenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
10. The non-inverting circuit and the inverting circuit according to claim 7, wherein the MOS transistors controlling the current value according to the light receiving element potential have the same gain coefficient, and the switching transistors selecting the respective circuits have the same gain coefficient. Therefore, both circuits are electrically equivalent, and the magnitudes of the outputs from both circuits can be matched and controlled.

【0050】この発明の請求項11の受光素子回路は、
請求項1乃至5のいずれか1項において、非反転出力回
路の電源電圧端子と受光素子電位によって電流値を制御
するMOSトランジスタとの間にダイオード接続したト
ランジスタを配置したので、前記MOSトランジスタに
伝達される電源電圧端子の電位が実質的に下がり、電源
電圧端子の電位が出力端子に比べて十分大きい場合で
も、非反転・反転出力回路からの出力の大きさが同じに
なるような制御が容易になる。
According to the eleventh aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
The transistor connected in diode is arranged between the power supply voltage terminal of the non-inverting output circuit and the MOS transistor whose current value is controlled by the light receiving element potential according to any one of claims 1 to 5. Even if the potential of the power supply voltage terminal is substantially lowered and the potential of the power supply voltage terminal is sufficiently higher than that of the output terminal, it is easy to control so that the output from the non-inverting / inverting output circuit is the same. become.

【0051】この発明の請求項12の受光素子回路は、
反転回路に備えた受光素子の電位によって電流値を制御
するトランジスタよりも、スイッチ用トランジスタを高
電位側に置くことにより、請求項11において、ダイオ
ード接続したトランジスタを配置したことによる非反転
回路での線形特性を同様にすることができ、両回路の出
力の大きさが同じになるような設計をすることができ
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
12. The non-inverting circuit according to claim 11, wherein the switching transistor is placed on the higher potential side than the transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element included in the inverting circuit. The linear characteristics can be made the same, and the outputs of both circuits can be designed to have the same magnitude.

【0052】この発明の請求項13の受光素子回路は、
請求項11または12において、ダイオード接続したト
ランジスタの閾値電圧を、反転回路あるいは非反転回路
に備えた受光素子電位によって電流値を制御するMOS
トランジスタの閾値電圧のいずれかに一致させたので、
トランジスタの閾値電圧が二種類となり、作製プロセス
の工程数が少なくてすむ。
According to a thirteenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
13. The MOS according to claim 11 or 12, wherein the threshold voltage of the diode-connected transistor is controlled by a light receiving element potential provided in an inverting circuit or a non-inverting circuit.
Since it matches with one of the threshold voltage of the transistor,
The transistor has two threshold voltages, and the number of steps in the manufacturing process can be reduced.

【0053】この発明の請求項14の受光素子回路は、
請求項11乃至13のいずれか1項において、非反転回
路の方が反転回路よりも構成するトランジスタが多い分
出力が低下するのを、ダイオード接続したトランジスタ
及び非反転回路選択用スイッチングトランジスタの利得
係数が受光素子回路を構成する他のいずれのトランジス
タの利得係数よりも大きくすることで、非反転・反転出
力回路からの出力の大きさを同じにできるように設計し
やすくする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
14. The gain coefficient of a diode-connected transistor and a switching transistor for selecting a non-inverting circuit according to claim 11, wherein the non-inverting circuit has more transistors than the inverting circuit because the output is reduced. Is set to be larger than the gain coefficient of any other transistor forming the light receiving element circuit, which facilitates the design so that the magnitude of the output from the non-inverting / inverting output circuit can be made the same.

【0054】この発明の請求項15の受光素子回路は、
請求項13乃至15のいずれか1項において、受光素子
回路を構成するトランジスタが、各トランジスタ間の電
流駆動能力の比に対する利得係数比の値が各トランジス
タ間のゲート幅/ゲート長比の比となる関係を有するト
ランジスタであるので、閾値電圧が異なることあるいは
基板バイアス効果により閾値電圧が変動することによる
MOSトランジスタ間の電流駆動能力の違いを補うこと
ができる。
According to a fifteenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
16. The transistor constituting the light receiving element circuit according to claim 13, wherein a value of a gain coefficient ratio with respect to a ratio of current driving capability between the transistors is equal to a ratio of a gate width / gate length ratio between the transistors. Since the transistors have the following relationship, it is possible to compensate for the difference in current driving capability between the MOS transistors due to different threshold voltages or fluctuations in threshold voltage due to the substrate bias effect.

【0055】この発明の請求項16の受光素子回路は、
請求項1乃至15のいずれか1項において、受光素子が
pnフォトダイオードであるので、光電荷の発生が容易
となり、簡便な受光素子を用いて回路構成ができる。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a light receiving element circuit comprising:
In any one of Claims 1 to 15, since the light receiving element is a pn photodiode, photocharges are easily generated, and a simple light receiving element can be used to form a circuit configuration.

【0056】この発明の請求項17の受光素子回路は、
請求項16において、pnフォトダイオードがp型基板
に形成されたn型層を備えた或はn型基板に形成された
p型層を備えたものであるので、制御回路部のnMOS
またはpMOSトランジスタと同一の工程で作成でき
る。
According to a seventeenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
The nMOS of the control circuit unit according to claim 16, wherein the pn photodiode has an n-type layer formed on a p-type substrate or has a p-type layer formed on an n-type substrate.
Alternatively, it can be formed in the same process as the pMOS transistor.

【0057】この発明の請求項18の受光素子回路は、
請求項17において、pnフォトダイオードのn型層ま
たはp型層にpnフォトダイオードのリセット用のスイ
ッチングトランジスタを接続したので、pnフォトダイ
オードの光蓄積時間の制御が可能となる。
The light receiving element circuit according to claim 18 of the present invention is
In the seventeenth aspect, since the switching transistor for resetting the pn photodiode is connected to the n-type layer or the p-type layer of the pn photodiode, the light storage time of the pn photodiode can be controlled.

【0058】この発明の請求項19の受光素子回路は、
請求項16乃至18のいずれか1項において、受光素子
と制御回路とを形成する基板のドーピング濃度を1×10
13cm-3より高く1×1016cm-3より低くしたので、基板の
ドーピング濃度が充分に低く、基板バイアス効果が無視
できるため、制御回路の非反転・反転出力回路の電気的
な等価性を維持することができる。
The light receiving element circuit according to claim 19 of the present invention is
The doping concentration of the substrate forming the light receiving element and the control circuit according to any one of claims 16 to 18 is set to 1x10.
Since it is higher than 13 cm -3 and lower than 1 × 10 16 cm -3 , the doping concentration of the substrate is sufficiently low and the substrate bias effect can be ignored. Therefore, the electrical equivalence of the non-inverting and inverting output circuits of the control circuit Can be maintained.

【0059】この発明の請求項20の受光素子回路は、
請求項19において、受光素子と制御回路とを形成する
基板がp型基板であり、該p型基板内の受光素子形成部
分が、ドーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のp型層と
その中に前記p型層のドーピング濃度よりも高い濃度で
ドーピングされたn型層とを備えた受光素子であるこ
と、あるいは受光素子と制御回路とを形成する基板がn
型基板であり、該n型基板内の受光素子形成部分が、ド
ーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のn型層とその中に
前記n型層のドーピング濃度よりも高い濃度でドーピン
グされたp型層とを備えた受光素子であるので、基板濃
度が低い場合でも、pn接合部で空乏層が広がる部分の
濃度が充分に高くなるため、pn接合容量を大きくする
ことができる。
The light receiving element circuit according to claim 20 of the present invention is
20. The substrate for forming the light receiving element and the control circuit according to claim 19, wherein the light receiving element forming portion in the p type substrate is a p type layer having a doping concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more. It is a light-receiving element provided with an n-type layer doped at a concentration higher than the doping concentration of the p-type layer therein, or the substrate forming the light-receiving element and the control circuit is n-type.
The n-type substrate having a doping concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more and a higher concentration than that of the n-type layer. Since the light receiving element includes the p-type layer, the concentration of the portion where the depletion layer spreads in the pn junction is sufficiently high even when the substrate concentration is low, so that the pn junction capacitance can be increased.

【0060】この発明の請求項21の受光素子回路は、
請求項1乃至20のいずれか1項において、受光素子と
制御回路との間に受光素子からの出力を蓄積するコンデ
ンサを並列に接続したので、コンデンサにおいても光電
荷を蓄積できるので、基板濃度が低くてpn接合容量が小
さい場合でも、コンデンサを含めた受光素子部分での蓄
積容量を大きくすることができる。
According to a twenty-first aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
The capacitor for accumulating the output from the light-receiving element is connected in parallel between the light-receiving element and the control circuit according to any one of claims 1 to 20, so that photo-charges can be accumulated in the capacitor as well, so that the substrate concentration is reduced. Even when the capacitance is low and the pn junction capacitance is small, the storage capacitance in the light receiving element portion including the capacitor can be increased.

【0061】この発明の請求項22の受光素子回路は、
請求項1乃至21のいずれか1項において、トランジス
タ回路を構成する部分に、金属膜を備えたので、金属膜
によって光や電磁波がトランジスタ回路に入射するのを
防ぐので、ノイズや回路の誤動作を避けることができ
る。
The light receiving element circuit according to claim 22 of the present invention is
In any one of Claims 1 to 21, since a metal film is provided in a portion forming the transistor circuit, light and electromagnetic waves are prevented from entering the transistor circuit by the metal film, so that noise and malfunction of the circuit are prevented. Can be avoided.

【0062】この発明の請求項23の受光素子回路アレ
イは、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の受光素
子回路を、一次元または二次元のアレイ状に配置して構
成したので、一次元または二次元の光パターンを同時に
並列に受光し、所望の画像処理が可能となる。
According to a twenty-third aspect of the invention, a light-receiving element circuit array is formed by arranging the light-receiving element circuits according to any one of the first to twenty-second aspects in a one-dimensional or two-dimensional array. One-dimensional or two-dimensional light patterns are simultaneously received in parallel, and desired image processing becomes possible.

【0063】この発明の請求項24の受光素子回路アレ
イは、請求項23において、アレイ状に配置した複数の
受光素子回路の水平方向の一つのライン上に並ぶ受光素
子回路のスイッチ用端子を共通にし、垂直方向の一つの
ライン上に並ぶ受光素子回路の出力端子を共通にしたの
で、一次元または二次元の光パターンを同時に、並列
に、かつ画素間演算を行いながら取り出すことができ
る。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the light-receiving element circuit array according to the twenty-third aspect, the switch terminals of the light-receiving element circuits arranged on one horizontal line of the plurality of light-receiving element circuits arranged in an array are commonly used. Since the output terminals of the light receiving element circuits arranged on one line in the vertical direction are made common, it is possible to take out one-dimensional or two-dimensional light patterns at the same time in parallel and while performing pixel-to-pixel calculation.

【0064】この発明の請求項25の受光素子回路アレ
イは、請求項23または24において、複数の受光素子
回路内の接地ラインに、基板コンタクトを受光素子回路
毎に設けたので、受光素子で過剰な光電荷が発生した場
合でも、コンタクト部から接地のラインに電荷が逃げる
ため、周囲の画素に回り込んでノイズ等の原因となるの
を防ぐ。さらに受光素子からの光電荷があふれた場合に
周囲の画素に回り込んでノイズ等の原因となるのを防
ぐ。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the light-receiving element circuit array according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, a substrate contact is provided for each light-receiving element circuit on a ground line in the plurality of light-receiving element circuits. Even when a large amount of photocharge is generated, the charge escapes from the contact portion to the ground line, and thus it is possible to prevent the noise from flowing into surrounding pixels and causing noise or the like. Further, when the photocharge from the light receiving element overflows, it is prevented from flowing into the surrounding pixels and causing noise or the like.

【0065】この発明の請求項26の受光素子回路の構
成方法は、受光素子と、受光素子の電位を電流に変換し
て得た信号の大きさと極性を制御して外部へと出力する
制御回路とを基板上に備えた受光素子回路であって、前
記制御回路が受光素子の電位によって電源電圧端子から
出力端子へ流れ込む電流値を制御するMOSトランジス
タから構成される回路(非反転出力回路)と、受光素子
からの電位によって出力端子から接地端子へ流れ出る電
流値を制御するMOSトランジスタから構成される回路
(反転出力回路)とを備えた受光素子回路を構成する方
法において、前記非反転出力回路を選択して外部へ出力
する信号即ち出力端子へ流れ込む電流の大きさを計測ま
たは計算する第1のステップと、前記反転出力回路を選
択して外部へ出力する信号即ち出力端子から流れ出る電
流の大きさを計測または計算する第2のステップと、第
1及び第2のステップの結果を比較する第3のステップ
と、前記同じ受光素子電位に対して前記非反転出力回路
と反転出力回路からの出力信号の大きさが同じになるよ
うに、制御回路を構成するMOSトランジスタの利得係
数及び閾値電圧、出力端子の電位及び、電源電圧の電位
のうち少なくとも1つを制御する第4のステップとを備
えたので、非反転・反転出力回路の出力は制御回路を構
成するMOSトランジスタの利得係数及び閾値電圧、出
力端子の電位及び、電源電圧の電位のそれぞれの回路の
MOSトランジスタの利得係数の関数で記述することが
できるため、このうち少なくとも1つを制御することに
より、非反転・反転出力回路の出力の絶対値を等しくす
るような設計が容易になる。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided a method of configuring a light receiving element circuit, comprising: a light receiving element; and a control circuit for controlling the magnitude and polarity of a signal obtained by converting the potential of the light receiving element into a current and outputting the signal to the outside. A non-inverting output circuit, wherein the control circuit includes a MOS transistor for controlling the current value flowing from the power supply voltage terminal to the output terminal according to the potential of the light receiving element. And a circuit (inversion output circuit) including a MOS transistor for controlling a current value flowing from an output terminal to a ground terminal according to a potential from the light reception element, the non-inversion output circuit comprising: A first step of measuring or calculating the signal to be selected and output to the outside, that is, the magnitude of the current flowing into the output terminal, and the inverting output circuit being selected and output to the outside A second step of measuring or calculating the magnitude of the current flowing out from the output terminal, that is, the magnitude of the current flowing out of the output terminal, a third step of comparing the results of the first and second steps, and At least one of the gain coefficient and threshold voltage of the MOS transistor forming the control circuit, the potential of the output terminal, and the potential of the power supply voltage so that the magnitudes of the output signals from the inverting output circuit and the inverting output circuit are the same. And a fourth step of controlling the output voltage of the non-inverting / inverting output circuit, the output of the non-inverting / inverting output circuit is the gain coefficient and threshold voltage of the MOS transistor constituting the control circuit, the potential of the output terminal, and the potential of the power supply voltage. Since it can be described by a function of the gain coefficient of the MOS transistor, the output of the non-inverting / inverting output circuit can be controlled by controlling at least one of them. Designed so as to equal the absolute value is facilitated.

【0066】この発明の請求項27の受光素子回路の構
成方法は、請求項26において、第4のステップにおい
て制御回路を構成するMOSトランジスタの利得係数が
制御されることが選択され設定された場合、第4のステ
ップの後に、設定されたMOSトランジスタの利得係数
をそれぞれのMOSトランジスタのゲート幅/ゲート長
比で制御する第5のステップを備え、MOSトランジス
タの利得係数をトランジスタのゲート幅/ゲート長比で
制御するようにしたので、簡便にMOSトランジスタの
利得係数を制御できる。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the method for constructing a light-receiving element circuit according to the twenty-sixth aspect, it is selected and set in the fourth step that the gain coefficient of the MOS transistor constituting the control circuit is selected. After the fourth step, there is provided a fifth step of controlling the set gain coefficient of the MOS transistor by the gate width / gate length ratio of each MOS transistor, and the gain coefficient of the MOS transistor is set to the gate width / gate of the transistor. Since it is controlled by the length ratio, the gain coefficient of the MOS transistor can be easily controlled.

【0067】この発明の請求項28の受光素子回路の構
成方法は、請求項27において、第5のステップにおい
て、設定するトランジスタ間のゲート幅/ゲート長比の
比を該トランジスタ間の電流駆動能力の比に対する利得
係数の比となるようにMOSトランジスタの利得係数を
設定したので、閾値電圧が異なることあるいは基板バイ
アス効果によって閾値電圧が変動することによるMOS
トランジスタ間の電流駆動能力の違いを補うことができ
る。
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the method for constructing a light-receiving element circuit according to the twenty-seventh aspect, in the fifth step, the ratio of the gate width / gate length ratio between the transistors to be set is determined by the current driving capability between the transistors. Since the gain coefficient of the MOS transistor is set so as to be the ratio of the gain coefficient to the ratio of the
The difference in current driving capability between the transistors can be compensated.

【0068】[0068]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の原理を説明するための回路構成
を模式的に示したものである。図において、受光素子3
の電位は、受光素子電位によって電源電圧端子6から出
力端子5へ流れ込む電流値を制御する(非反転出力)M
OSトランジスタ回路7、および受光素子電位によって
出力端子5から接地端子4へ流れ出る電流値を制御する
(反転出力)MOSトランジスタ回路8に導かれる。
Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a circuit configuration for explaining the principle of the present invention. In the figure, the light receiving element 3
The electric potential of M controls the current value flowing from the power supply voltage terminal 6 to the output terminal 5 by the electric potential of the light receiving element (non-inverted output) M
It is guided to the OS transistor circuit 7 and the MOS transistor circuit 8 that controls the current value flowing from the output terminal 5 to the ground terminal 4 (inversion output) by the light receiving element potential.

【0069】次に動作について説明する。まず、一端が
基板コンタクト(図示せず)を介して接地4された受光
素子3はリセットスイッチ用MOSトランジスタ2を通
じてバイアス端子1によりバイアスされる。光入射によ
り受光素子3に電荷が蓄積されると、それに応じた電位
が反転、及び非反転出力回路7、8に入力される。非反
転出力回路7が選択され、該回路を介して出力される場
合の電流は、電源電圧端子6から出力端子5の向きに流
れ込み、一方、反転出力回路8が選択され、該回路を介
して出力される場合の電流は、出力端子5から接地端子
4へ流れ出るため、極性の制御が実現する。バイアス端
子1と、電源電圧端子6は共通にしてやれば、受光素子
回路(画素)の面積を小さくできる。
Next, the operation will be described. First, the light receiving element 3 whose one end is grounded 4 via a substrate contact (not shown) is biased by the bias terminal 1 through the reset switch MOS transistor 2. When electric charges are accumulated in the light receiving element 3 due to the incidence of light, the potential corresponding to the electric charge is inverted and input to the non-inversion output circuits 7 and 8. When the non-inverting output circuit 7 is selected and is output through the circuit, the current flows from the power supply voltage terminal 6 toward the output terminal 5, while the inverting output circuit 8 is selected and passes through the circuit. The current in the case of being output flows out from the output terminal 5 to the ground terminal 4, so that the polarity control is realized. If the bias terminal 1 and the power supply voltage terminal 6 are shared, the area of the light receiving element circuit (pixel) can be reduced.

【0070】ここでそれぞれの回路からの電流値は受光
素子電位によって制御されるから、受光素子出力は増幅
され、S/N比を向上することが可能となる。
Here, since the current value from each circuit is controlled by the light receiving element potential, the light receiving element output is amplified and the S / N ratio can be improved.

【0071】ここで出力回路7と8はMOSトランジス
タにより構成されているから、これらの回路を構成する
MOSトランジスタの利得係数βや閾値電圧Vthを調整
したり、出力端子電位、電源電圧端子電位を調整するこ
とにより、出力回路7と8からの出力の大きさが、同じ
受光素子電位に対して同じになるようにすることができ
る。すなわち大きさが同じで向きのみが逆の出力を得る
ことが可能となるので、出力の相殺等画素間の演算が精
度よく可能となる。
Since the output circuits 7 and 8 are composed of MOS transistors, the gain coefficient β and the threshold voltage Vth of the MOS transistors forming these circuits are adjusted, and the output terminal potential and the power supply voltage terminal potential are adjusted. By adjusting, the magnitudes of the outputs from the output circuits 7 and 8 can be made the same for the same light receiving element potential. That is, since it is possible to obtain outputs having the same size but opposite directions, it is possible to accurately perform calculation between pixels such as output cancellation.

【0072】一方、MOSトランジスタの出力電流値I
は、(ある一定の条件の下では) I=β/2・(VG−Vth−VS)2 ・・・(1) で表わされる。ここで、βは利得係数、VGはMOSト
ランジスタのゲート電位、VthはMOSトランジスタ
の閾値電圧、VSはMOSトランジスタのソース電位で
ある。利得係数βは、 β=με(ox)/t(ox)・(W/L) ・・・(2)
で表わされる。ここで、μは実効表面移動度、ε(ox)は
酸化膜の誘電率、t(ox)は酸化膜の厚さである。即ち、
MOSトランジスタの利得係数βは、チャネルでの電子
の実効表面移動度μと、ゲート絶縁体の単位面積当たり
の容量ε(ox)/t(ox)と、MOSトランジスタのゲート
幅W/ゲート長L比(以降 (W/L) と略す)との積で
あるから、これらの値を操作することにより、利得係数
βは制御可能となる。また、W/Lの操作は回路設計時
にトランジスタのWとLとのサイズを決めるだけで容易
にβを制御できる。
On the other hand, the output current value I of the MOS transistor
It is represented by (Under certain conditions) I = β / 2 · ( V G -Vth-V S) 2 ··· (1). Here, β is a gain coefficient, V G is a gate potential of the MOS transistor, Vth is a threshold voltage of the MOS transistor, and V S is a source potential of the MOS transistor. The gain coefficient β is β = με (ox) / t (ox) · (W / L) (2)
Is represented by Here, μ is the effective surface mobility, ε (ox) is the dielectric constant of the oxide film, and t (ox) is the thickness of the oxide film. That is,
The gain coefficient β of a MOS transistor is determined by the effective surface mobility μ of electrons in the channel, the capacitance ε (ox) / t (ox) of the gate insulator per unit area, and the gate width W / gate length L of the MOS transistor. Since it is a product of the ratio (hereinafter abbreviated as (W / L)), the gain coefficient β can be controlled by manipulating these values. Further, the operation of W / L can be easily controlled by simply determining the sizes of W and L of the transistor at the time of circuit design.

【0073】図2は、この発明の一実施例を示す具体的
な受光素子回路の構成図である。図において、受光素子
電位によって電流値を制御するトランジスタ9(9a、
9b)、回路選択用トランジスタ10(10a、10
b)は、それぞれ非反転、及び反転出力回路に配置す
る。ここでは、スイッチングトランジスタ10は各回路
のどこかに入ることのみを示しており、配置は任意とな
っている。図1においても説明したが、バイアス端子1
と、電源電圧端子6は共通にしてやれば、画素の面積を
小さくできる。
FIG. 2 is a block diagram of a concrete light receiving element circuit showing an embodiment of the present invention. In the figure, a transistor 9 (9a, which controls the current value by the light receiving element potential,
9b), the circuit selection transistor 10 (10a, 10
b) is arranged in the non-inverting and inverting output circuits, respectively. Here, the switching transistor 10 is shown only in somewhere in each circuit, and the arrangement is arbitrary. As described in FIG. 1, the bias terminal 1
If the power supply voltage terminal 6 is shared, the area of the pixel can be reduced.

【0074】次に動作について説明する。まず、一端が
基板コンタクトを介して接地4された受光素子3はリセ
ットスイッチ用MOSトランジスタ2を通じてバイアス
端子1によりバイアスされる。光入射により受光素子3
に電荷が蓄積されると、それに応じた電位がトランジス
タ9a、9bに入力される。上側のスイッチ10aがオ
ンすると、受光素子電位によって制御された電流が電源
電圧端子6から出力端子5の向きに流れ込み、下側のス
イッチ10bがオンすると、受光素子電位によって制御
された電流が出力端子5から接地端子4へ流れ出る。こ
れにより、外部から極性の制御が実現する。
Next, the operation will be described. First, the light receiving element 3 whose one end is grounded 4 through the substrate contact is biased by the bias terminal 1 through the reset switch MOS transistor 2. Light receiving element 3 by light incidence
When the electric charge is accumulated in, the potential corresponding to the electric charge is input to the transistors 9a and 9b. When the upper switch 10a is turned on, a current controlled by the light receiving element potential flows from the power supply voltage terminal 6 toward the output terminal 5, and when the lower switch 10b is turned on, a current controlled by the light receiving element potential is output terminal. 5 flows to the ground terminal 4. Thereby, control of the polarity is realized from the outside.

【0075】また、反転、非反転の両回路を9、10の
二つのトランジスタにより構成したので、回路が単純に
なり、画素を小さくすることが可能になる。さらにスイ
ッチングトランジスタのゲート電圧をアナログ的に変化
させれば、一定の受光素子電位に対する出力電流値をア
ナログ的に変化させることも可能となる。また、回路選
択用スイチングトランジスタをそれぞれの回路内に、配
置したので、受光素子の電位に影響を与えることはな
く、繁雑なリセット動作は必要ない。
Further, since both the inversion circuit and the non-inversion circuit are composed of two transistors 9 and 10, the circuit becomes simple and the pixel can be made small. Further, if the gate voltage of the switching transistor is changed in an analog manner, it becomes possible to change the output current value for a constant light receiving element potential in an analog manner. Further, since the circuit selection switching transistor is arranged in each circuit, it does not affect the potential of the light receiving element and a complicated reset operation is not necessary.

【0076】また、式(1)において、MOSトランジス
タの出力電流値IがVG、Vth、VSで記述されること
がわかる。図2から分かるように、MOSトランジスタ
9のVGあるいはVSは出力端子5の電位であり、非反転
回路のスイッチングトランジスタ10がMOSトランジ
スタ9より低電位の位置に配置されれば、MOSトラン
ジスタ9のVSは電源電圧6の電位となる。即ち、受光
素子回路において、該回路を構成するMOSトランジス
タの利得係数だけでなく、閾値電圧や出力端子の電位、
電源電圧の電位を特定することにより非反転・反転回路
の出力の大きさを等しく制御することが可能となる。こ
れにより、精度の高い画素間の演算が可能となる。
Further, in the equation (1), it can be seen that the output current value I of the MOS transistor is described by V G , Vth and V S. As can be seen from FIG. 2, V G or V S of the MOS transistor 9 is the potential of the output terminal 5, and if the switching transistor 10 of the non-inverting circuit is arranged at a lower potential position than the MOS transistor 9, the MOS transistor 9 is V S is the potential of the power supply voltage 6. That is, in the light receiving element circuit, not only the gain coefficient of the MOS transistor that constitutes the circuit but also the threshold voltage and the potential of the output terminal,
By specifying the potential of the power supply voltage, it becomes possible to control the output magnitudes of the non-inverting / inverting circuits to be equal. This enables highly accurate calculation between pixels.

【0077】次に、非反転出力回路及び反転出力回路の
出力を一致あるいは制御する手順について説明する。ま
ず、あるβ、Vthを有するMOSトランジスタ及び任意
の電源電圧VDD、出力端子の電位Voutに設定した回路
から構成される受光素子回路において、非反転出力を選
択した時の出力電流を計測する。次に、反転出力を選択
した時の出力電流を計測する。両者の出力電流値の結果
と制御回路の構成から最適なMOSトランジスタのβ、
Vth、及び任意の電源電圧VDD、出力端子の電位Vout
を算出する。この時、非反転・反転出力回路のどちらの
出力の大きさに合わせるかあるいは別の値に設定するか
はいずれでもよい。MOSトランジスタのβを制御する
場合、W/Lを調整するならば、上記出力電流値の比較
の結果設定されたβと式(2)から各トランジスタのW/
Lを決定すればよい。そして、受光素子回路形成プロセ
スにおいて、決定されたW/Lのサイズで回路設計を行
い、受光素子回路を形成する。
Next, a procedure for matching or controlling the outputs of the non-inverting output circuit and the inverting output circuit will be described. First, an output current when a non-inverted output is selected is measured in a light receiving element circuit including a MOS transistor having a certain β and Vth and a circuit set to an arbitrary power supply voltage VDD and an output terminal potential Vout. Next, the output current when inverting output is selected is measured. From the result of both output current values and the configuration of the control circuit, β of the optimum MOS transistor,
Vth, arbitrary power supply voltage VDD, output terminal potential Vout
To calculate. At this time, it does not matter which of the outputs of the non-inverted / inverted output circuit is matched or set to another value. If the W / L is adjusted when controlling the β of the MOS transistor, the W / L of each transistor can be calculated from β set as a result of the comparison of the output current values and the equation (2).
It suffices to determine L. Then, in the light receiving element circuit forming process, the circuit is designed with the determined W / L size to form the light receiving element circuit.

【0078】上記の実施例のように、非反転出力回路及
び反転出力回路に備えた受光素子の電位によって電流値
を制御するMOSトランジスタをnMOS同志あるいは
pMOS同志で構成することで、受光素子回路の製造プ
ロセスが簡略化されるばかりでなく、該MOSトランジ
スタの閾値電圧や利得係数及び電源電圧の電位、出力端
子の電位を調整・制御して、両非反転出力・反転出力回
路からの出力を一致させることが容易に可能となる。
As in the above-described embodiment, the MOS transistors for controlling the current value according to the potential of the light receiving element provided in the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are composed of nMOS and pMOS. Not only the manufacturing process is simplified, but also the threshold voltage of the MOS transistor, the gain coefficient, the potential of the power supply voltage, and the potential of the output terminal are adjusted and controlled so that the outputs from both the non-inverting output and the inverting output circuits match. It is possible to easily do this.

【0079】なお、上記実施例では、受光素子につい
て、特に記載しなかったが、pnフォトダイオード等光
電荷を感度良く変換蓄積できる受光素子であればよい。
pnフォトダイオードを用いれば、p型半導体基板上に
n層あるいはn型半導体基板上にp層を形成して受光素
子を形成し、受光素子回路を実現できる。さらに、他の
トランジスタも同一基板に簡便なプロセスで形成でき、
トランジスタの種類をnMOSあるいはpMOSのいず
れかに合わせて基板の種類を選択できる。また、半導体
基板としてシリコンを用いれば、高度なシリコンプロセ
スで受光素子回路が形成できる。
In the above embodiments, the light receiving element is not particularly described, but any light receiving element capable of converting and accumulating photocharges with high sensitivity, such as a pn photodiode, may be used.
If a pn photodiode is used, a light receiving element circuit can be realized by forming an n layer on a p type semiconductor substrate or a p layer on an n type semiconductor substrate to form a light receiving element. Furthermore, other transistors can be formed on the same substrate by a simple process.
The type of substrate can be selected according to the type of transistor, either nMOS or pMOS. Further, if silicon is used as the semiconductor substrate, the light receiving element circuit can be formed by an advanced silicon process.

【0080】実施例2.以下、この発明の別の実施例を
図について説明する。図3は、この発明の一実施例を説
明するための回路の一部を展開した図で、例えば図2の
一部展開図である。図において、(a)は非反転出力回路
の一部を展開したもので、(b)は反転出力回路の一部を
展開したものである。図中(a)で、非反転出力回路は、
高電位側にあるMOSトランジスタ11、低電位側にあ
るMOSトランジスタ12により構成され、図中(b)
で、反転出力回路は、高電位側にあるMOSトランジス
タ13、低電位側にあるMOSトランジスタ14により
構成される。なお、MOSトランジスタ11、12はど
ちらが回路選択スイッチ用トランジスタ、受光素子の電
位によって電流値を制御するトランジスタのいずれでで
あってもよい。同様に、MOSトランジスタ13、14
はどちらが回路選択スイッチ用トランジスタ、受光素子
の電位によって電流値を制御するトランジスタのいずれ
かであってもよい。バイアス端子1と、電源電圧端子6
は共通にしてやれば、画素の面積を小さくできる。
Example 2. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a partially expanded view of a circuit for explaining an embodiment of the present invention, and is a partially expanded view of FIG. 2, for example. In the figure, (a) shows a part of the non-inverting output circuit expanded, and (b) shows a part of the inverting output circuit expanded. In (a) in the figure, the non-inverting output circuit is
It is composed of a MOS transistor 11 on the high potential side and a MOS transistor 12 on the low potential side.
The inverting output circuit is composed of the MOS transistor 13 on the high potential side and the MOS transistor 14 on the low potential side. Either of the MOS transistors 11 and 12 may be a circuit selection switch transistor or a transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element. Similarly, the MOS transistors 13 and 14
May be either a circuit selection switch transistor or a transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element. Bias terminal 1 and power supply voltage terminal 6
Can be made common, the area of the pixel can be reduced.

【0081】図中の記号は以下のことを表わしている。 Vth(n) ・・・非反転出力回路を構成するトランジス
タ11及び12の閾値電圧。 Vth(r) ・・・反転出力回路を構成するトランジスタ
13及び14の閾値電圧。 Vout ・・・出力端子5の電位。 VDD ・・・電源電圧端子6の電位。 Vgn1 ・・・トランジスタ11のゲート電位。 Vgn2 ・・・トランジスタ12のゲート電位。 Vgr1 ・・・トランジスタ13のゲート電位。 Vgr2 ・・・トランジスタ14のゲート電位。 Vmn ・・・トランジスタ11と12の間の電位。 Vmr ・・・トランジスタ13と14の間の電位。 すなわち、非反転出力回路を構成するトランジスタ11
及び12の閾値電圧は等しく、反転出力回路を構成する
トランジスタ13及び14の閾値電圧は等しいものとす
る。
The symbols in the figure represent the following. Vth (n) ... Threshold voltage of the transistors 11 and 12 forming the non-inverting output circuit. Vth (r) ... Threshold voltage of the transistors 13 and 14 forming the inverting output circuit. Vout ... Potential of the output terminal 5. VDD: The potential of the power supply voltage terminal 6. Vgn1 ... Gate potential of the transistor 11. Vgn2 ... Gate potential of the transistor 12. Vgr1 ... Gate potential of the transistor 13. Vgr2 ... Gate potential of the transistor 14. Vmn: potential between the transistors 11 and 12. Vmr: potential between the transistors 13 and 14. That is, the transistor 11 forming the non-inverting output circuit
And 12 have the same threshold voltage, and the transistors 13 and 14 forming the inverting output circuit have the same threshold voltage.

【0082】MOSトランジスタの動作で重要になるの
は、各トランジスタにおけるゲ−ト電位Vgate、ソ−ス
電位Vsource、ドレイン電位Vdrainの関係である。 Vgate−Vth−Vsource ・・・(3) Vdrain−Vsource ・・・(4) 式(3)(4)の大小関係をトランジスタ間で比較することに
よりそれらのトランジスタの動作特性を比較することに
なる。ここで、図3において、 VDD =2Vout ・・・(5) Vmr =Vmn−Vout ・・・(6) Vth(r) =Vth(n)+Vout ・・・(7) という関係が成り立つような電位を与え、或はトランジ
スタの構成を考える。式(5)〜(7)の条件下ではトランジ
スタ11、13に対して、 Vgn1=Vgr1 ・・・(8) であれば、 VDD−Vmn=Vout−Vmr ・・・(9) Vgn1−Vth(n)−Vmn=Vgr1−Vth(r)−Vmr ・・・(10) という関係が成立する。すなわち、トランジスタ11、
13は式(3)(4)が両方とも等しい関係を有する。一方、
トランジスタ12、14に対して、 Vgn2=Vgr2 ・・・(11) であれば、 Vmn−Vout=Vmr−0 ・・・(12) Vgn2−Vth(n)−Vout=Vgr2−Vth(r)−0 ・・・(13) が成り立つ。すなわち、トランジスタ12、14も式
(3)(4)が両方とも等しい関係を有する。以上のことか
ら、トランジスタ11と13、12と14は、それぞれ
の回路において等価な位置にあることになる。式(8)(1
0)はトランジスタ11と13あるいは12と14のゲ−
ト電位が同じであること、即ち、同じ作用をするトラン
ジスタであることを意味する。従って反転、非反転出力
回路を構成する、受光素子電位によって電流値を制御す
るトランジスタと、スイッチ用トランジスタの、高電位
側、低電位側の位置関係を同じにしてやれば、両回路を
等価にすることができる。両回路が等価となれば、両回
路からの出力の大きさが同じになるような設計をするこ
とは容易になる。
What is important in the operation of the MOS transistor is the relationship among the gate potential Vgate, the source potential Vsource, and the drain potential Vdrain in each transistor. Vgate-Vth-Vsource (3) Vdrain-Vsource (4) Comparing the magnitude relations of equations (3) and (4) between the transistors, the operating characteristics of those transistors are compared. . Here, in FIG. 3, potentials such that VDD = 2Vout ... (5) Vmr = Vmn−Vout ... (6) Vth (r) = Vth (n) + Vout ... (7) Or consider the structure of the transistor. Under the conditions of formulas (5) to (7), for the transistors 11 and 13, if Vgn1 = Vgr1 (8), then VDD-Vmn = Vout-Vmr (9) Vgn1-Vth ( n) -Vmn = Vgr1-Vth (r) -Vmr (10). That is, the transistor 11,
13 has the same relationship in both expressions (3) and (4). on the other hand,
For the transistors 12 and 14, if Vgn2 = Vgr2 (11), then Vmn-Vout = Vmr-0 (12) Vgn2-Vth (n) -Vout = Vgr2-Vth (r)- 0 (13) holds. That is, the transistors 12 and 14 are also
Both (3) and (4) have the same relation. From the above, the transistors 11 and 13 and 12 and 14 are at the equivalent positions in their respective circuits. Expression (8) (1
0) is the gate of the transistors 11 and 13 or 12 and 14.
It means that the transistors have the same potential, that is, the transistors have the same function. Therefore, if the high-potential side and low-potential side of the switching transistor and the transistor that controls the current value based on the light-receiving element potential that make up the inverting and non-inverting output circuits have the same positional relationship, both circuits will become equivalent. be able to. If both circuits are equivalent, it will be easy to design so that the outputs from both circuits have the same magnitude.

【0083】次にこの回路構成において、非反転出力回
路及び反転出力回路の出力を一致あるいは制御する手順
について、説明する。図3及び上記式(5)〜(13)の条件
を有するMOSトランジスタ及び、電源電圧、出力端子
電位に設定された回路から構成される受光素子回路にお
いて、非反転出力を選択した時の出力電流を計測する。
次に、反転出力を選択した時の出力電流を計測する。両
者の出力電流値の結果を比較する。出力値を制御するに
はそれぞれの回路を構成するMOSトランジスタの利得
係数βを最適化してやればよく、出力値を左右する他の
パラメ−タであるトランジスタの閾値電圧、電源電圧、
出力端子電位はすでに設定されている。
Next, the procedure for matching or controlling the outputs of the non-inverting output circuit and the inverting output circuit in this circuit configuration will be described. Output current when non-inverted output is selected in the light receiving element circuit configured by the MOS transistor having the conditions of FIG. 3 and the above equations (5) to (13) and the circuit set to the power supply voltage and the output terminal potential. To measure.
Next, the output current when inverting output is selected is measured. The results of both output current values are compared. The output value can be controlled by optimizing the gain coefficient β of the MOS transistors forming each circuit, and the threshold voltage of the transistor, the power supply voltage, which are other parameters that influence the output value,
The output terminal potential has already been set.

【0084】なお、MOSトランジスタの利得係数βを
制御する場合、実施例1のように設定されたβと式(2)
から各トランジスタのW/Lを決定すればよい。
When controlling the gain coefficient β of the MOS transistor, β set as in the first embodiment and equation (2)
From the above, W / L of each transistor may be determined.

【0085】実施例3.以下、この発明の他の実施例を
図について説明する。図4は、この発明の一実施例を示
す回路構成図で、実施例2において、説明した発明を具
体的な回路構成にした一例である。図において、受光素
子電位によって電流値を制御するMOSトランジスタ1
5、17は、非反転出力回路及び反転出力回路におい
て、それぞれスイッチ用MOSトランジスタ16、18
より高電位側に配置した構造である。ここで、バイアス
端子1と、電源電圧端子6は共通にしてやれば、画素の
面積を小さくできる。
Example 3. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention, which is an example of a concrete circuit configuration of the invention described in the second embodiment. In the figure, a MOS transistor 1 whose current value is controlled by the light receiving element potential
Reference numerals 5 and 17 denote switching MOS transistors 16 and 18 in the non-inverting output circuit and the inverting output circuit, respectively.
The structure is arranged on the higher potential side. Here, if the bias terminal 1 and the power supply voltage terminal 6 are commonly used, the area of the pixel can be reduced.

【0086】実施例2と同様に、 VDD=2Vout ・・・(5) Vth(r)=Vth(n)+Vout ・・・(7) である。またその他図中に付した記号は以下の通りであ
る。 βVI-N ・・・非反転出力回路で、受光素子電位によっ
て電流値を制御するMOSトランジスタ15のβ βSN ・・・非反転出力選択用MOSトランジスタ1
6のβ βVI-R ・・・反転出力回路で、受光素子電位によって
電流値を制御するMOSトランジスタ17のβ βSR ・・・反転出力選択用MOSトランジスタ18
のβ Vreset ・・・リセットスイッチ2を制御するゲート
電位。 Vnormal ・・・非反転出力選択用スイッチ16を制御
するゲート電位。 Vreverse ・・・反転出力選択用スイッチ18を制御
するゲート電位。
Similar to the second embodiment, VDD = 2Vout (5) Vth (r) = Vth (n) + Vout (7). Further, other symbols attached in the drawings are as follows. βVI-N: Non-inverted output circuit, β βSN of the MOS transistor 15 controlling the current value by the light receiving element potential β βSN: Non-inverted output selection MOS transistor 1
6 β βVI-R: Inversion output circuit, β βSR of MOS transistor 17 controlling current value by light receiving element potential: Inversion output selection MOS transistor 18
Β Vreset ... Gate potential for controlling the reset switch 2. Vnormal: Gate potential for controlling the non-inverting output selection switch 16. Vreverse ... Gate potential for controlling the inverting output selection switch 18.

【0087】スイッチ16と18を、受光素子電位によ
って電流値を制御するMOSトランジスタ15、17よ
りも高電位側に置いた場合の受光素子回路の特性につい
て検討する。図5に、図4の回路でスイッチを高電位側
に配置した場合と低電位側に配置した場合の、受光素子
電位の変化に対する出力特性曲線を示す。図からもわか
るようにスイッチが低電位側にある場合の方が線形性は
よい。この理由は以下の通りである。スイッチが低電位
側にある場合は単に、非反転出力回路では受光素子電位
によって電源電位VDDから出力端子に、反転出力回路で
は受光素子電位によって出力端子から接地(GND)に
流れる電流を制御する。これに対し、スイッチが高電位
側にある場合は、非反転回路では受光素子電位が低いと
電流値を制御するMOSトランジスタのドレイン電圧は
ほぼVDDとなるが、受光素子電位が高くなると電流値を
制御するMOSトランジスタのコンダクタンスが上が
り、スイッチ用トランジスタとのコンダクタンスとの関
係からMOSトランジスタのドレイン電圧が下がってし
まい、このため、受光素子電位の高いところでは曲線が
飽和していき、線形性が劣る。反転回路においても同様
に、ドレイン電圧の低下により受光素子電位の高いとこ
ろでは曲線が飽和していき、線形性が劣る。
The characteristics of the light receiving element circuit when the switches 16 and 18 are placed on the higher potential side than the MOS transistors 15 and 17 which control the current value by the light receiving element potential will be examined. FIG. 5 shows output characteristic curves with respect to changes in the light receiving element potential when the switch is arranged on the high potential side and the switch is arranged on the low potential side in the circuit of FIG. As can be seen from the figure, the linearity is better when the switch is on the low potential side. The reason for this is as follows. When the switch is on the low potential side, the current flowing from the power supply potential VDD to the output terminal is controlled by the light receiving element potential in the non-inverting output circuit, and the current flowing from the output terminal to the ground (GND) is controlled by the light receiving element potential in the inverting output circuit. On the other hand, when the switch is on the high potential side, the drain voltage of the MOS transistor that controls the current value becomes almost VDD when the light receiving element potential is low in the non-inverting circuit, but when the light receiving element potential becomes high, the current value changes. The conductance of the MOS transistor to be controlled increases, and the drain voltage of the MOS transistor decreases due to the relationship with the conductance with the switching transistor. Therefore, the curve saturates at a high light-receiving element potential, resulting in poor linearity. . Similarly, in the inverting circuit, the curve is saturated at a high light-receiving element potential due to a decrease in drain voltage, resulting in poor linearity.

【0088】さらに、各トランジスタの利得係数に関し
て、 βVI-N=βVI-R ・・・(14) βSN=βSR ・・・(15) とすれば、反転、非反転出力回路を完全に等価にするこ
とができるので、両回路からの出力の大きさを同じにす
ることができる。両出力回路の相殺の関係を保ったま
ま、出力を大きくしたり小さくしたりするときにも、こ
の関係を保っていればよい。
Further, regarding the gain coefficient of each transistor, if βVI-N = βVI-R (14) βSN = βSR (15), the inverting and non-inverting output circuits are completely equivalent. Therefore, the magnitude of the output from both circuits can be made the same. It is sufficient to maintain this relationship when increasing or decreasing the output while maintaining the canceling relationship between both output circuits.

【0089】例えば図6は βVI-N =βVI-R =βSN =βSR ・・・(16) の場合の、反転出力を非反転出力から引いた大きさを、
受光素子電位の関数としてプロットしたものの一例であ
る。反転出力を非反転出力から引いたグラフは理想的に
横軸に一致しており、確かに大きさが同じで向きのみが
逆の出力が得られていることが分かる。これにより、こ
の発明による感度可変受光素子回路同士の出力の差を取
る場合に、同じ受光素子電位に対して相殺させることが
でき、後段の画像処理の精度を向上させることができ
る。
For example, FIG. 6 shows the magnitude obtained by subtracting the inverted output from the non-inverted output in the case of βVI-N = βVI-R = βSN = βSR (16)
It is an example of what was plotted as a function of a light receiving element electric potential. The graph obtained by subtracting the inverted output from the non-inverted output ideally agrees with the horizontal axis, and it can be seen that the output is certainly the same in size but opposite in direction. As a result, when the output of the variable sensitivity light receiving element circuits according to the present invention is taken out, the same light receiving element potential can be canceled and the accuracy of the image processing in the subsequent stage can be improved.

【0090】次に、この回路構成において、非反転出力
回路及び反転出力回路の出力を一致あるいは制御する手
順について、説明する。図4及び式(14)(15)の条件を有
するMOSトランジスタ及び、電源電圧、出力端子電位
に設定された回路から構成される受光素子回路におい
て、非反転出力を選択した時の出力電流を計測する。次
に反転出力を選択した時の出力電流を計測する。両者の
出力電流値の結果を比較する。非反転出力回路からの出
力電流値が反転出力回路からの出力電流値よりも小さい
場合に出力の大きさを合わせる、または非反転出力回路
からの出力電流値を反転出力回路からの出力電流値より
も大きくするには、非反転出力回路を構成するどちらか
のトランジスタの利得係数を、反転出力回路を構成する
トランジスタの利得係数よりも大きくすればよい。すな
わち、 βVI-N >βVI-R または βSN >βSR とすればよい。
Next, the procedure for matching or controlling the outputs of the non-inverting output circuit and the inverting output circuit in this circuit configuration will be described. Measure the output current when non-inverted output is selected in the light receiving element circuit composed of the MOS transistor having the conditions of FIG. 4 and the equations (14) and (15) and the circuit set to the power supply voltage and the output terminal potential To do. Next, the output current when inverting output is selected is measured. The results of both output current values are compared. If the output current value from the non-inverting output circuit is smaller than the output current value from the inverting output circuit, adjust the output size, or change the output current value from the non-inverting output circuit from the output current value from the inverting output circuit. In order to increase, the gain coefficient of either of the transistors forming the non-inverting output circuit may be made larger than the gain coefficient of the transistor forming the inverting output circuit. That is, βVI-N> βVI-R or βSN> βSR may be satisfied.

【0091】一方、非反転出力回路からの出力電流値が
反転出力回路からの出力電流値よりも大きい場合に出力
の大きさを合わせる、または非反転出力回路からの出力
電流値を反転出力回路からの出力電流値よりも小さくす
るには、非反転出力回路を構成するどちらかのトランジ
スタの利得係数を、反転出力回路を構成するトランジス
タの利得係数よりも小さくすればよい。すなわち、βVI
-N <βVI-R または βSN <βSRとすればよい。この
ように受光素子回路を構成するMOSトランジスタの利
得係数βを制御すればよく、ここで決定されたβに基づ
き、W/Lを設計してやれば受光素子回路は簡便に実現
する。
On the other hand, when the output current value from the non-inverting output circuit is larger than the output current value from the inverting output circuit, the output magnitude is adjusted, or the output current value from the non-inverting output circuit is changed from the inverting output circuit. In order to make the output current value smaller than that, the gain coefficient of one of the transistors forming the non-inverting output circuit may be set smaller than the gain coefficient of the transistor forming the inverting output circuit. That is, βVI
-N <βVI-R or βSN <βSR. The gain coefficient β of the MOS transistor forming the light receiving element circuit may be controlled in this way, and the light receiving element circuit can be easily realized by designing W / L based on β determined here.

【0092】実施例4.以下、この発明の他の実施例を
図について説明する。図7は、この発明の一実施例を示
す回路構成図である。図において、図4との違いは、バ
イアス端子1と電源電圧端子6を共通にしていること、
非反転出力回路と電源電圧端子6との間にダイオード接
続MOSトランジスタ19を配置したこと、そして反転
出力回路の、スイッチ用MOSトランジスタ18を、受
光素子電位によって電流値を制御するMOSトランジス
タ17よりも高電位側に配置したことである。ダイオー
ド接続MOSトランジスタ19の利得係数をβdiode、
閾値電圧をVth(diode) とする。ここで、バイアス端子
を電源電圧端子6と共通にすると、画素の面積を小さく
できる。
Example 4. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, the difference from FIG. 4 is that the bias terminal 1 and the power supply voltage terminal 6 are common.
The diode-connected MOS transistor 19 is arranged between the non-inverting output circuit and the power supply voltage terminal 6, and the switching MOS transistor 18 of the inverting output circuit is more than the MOS transistor 17 whose current value is controlled by the light receiving element potential. That is, it is arranged on the high potential side. The gain coefficient of the diode-connected MOS transistor 19 is βdiode,
The threshold voltage is Vth (diode). Here, if the bias terminal is also used as the power supply voltage terminal 6, the area of the pixel can be reduced.

【0093】実施例3と同様、 Vth(r)=Vth(n)+Vout ・・・(7) である。Similar to the third embodiment, Vth (r) = Vth (n) + Vout (7).

【0094】このとき、受光素子のバイアス端子電位は
高くした方がダイナミックレンジが広がるが、通常バイ
アス端子を電源電圧端子6と共通にするため、バイアス
端子はVDDであり、一方、式(5)(7)より、 VDD=2Vout=2[Vth(r)−Vth(n)] ・・・(17) の関係があるため、無造作にバイアス端子を大きくする
ためにVDDを大きくすることはできない。そのため、式
(17)を満たしたまま、バイアス端子電位が高くできない
場合がある。ここでダイオード接続トランジスタ19をト
ランジスタ15と電源電圧端子6との間に挿入すると、ト
ランジスタ15のドレイン電位は実質的に、VDD よりもVt
h(diode) だけ低い電位となる。これにより、反転、非
反転出力回路からの出力の大きさが同じになるようにし
たまま受光素子のバイアス端子電位を高くすることがで
きる。即ち、 VDD〜2Vout+Vth(diode) ・・・(18) となり、VDDを増大させ、受光素子のダイナミックレン
ジを向上させることが可能となる。
At this time, the higher the bias terminal potential of the light receiving element is, the wider the dynamic range is. However, since the bias terminal is commonly used as the power supply voltage terminal 6, the bias terminal is VDD, while the equation (5) From (7), since VDD = 2Vout = 2 [Vth (r) -Vth (n)] (17), it is impossible to increase VDD in order to enlarge the bias terminal. Therefore, the formula
In some cases, the bias terminal potential cannot be increased while satisfying (17). Here, if the diode-connected transistor 19 is inserted between the transistor 15 and the power supply voltage terminal 6, the drain potential of the transistor 15 is substantially higher than VDD by Vt.
Only h (diode) lower potential. As a result, the bias terminal potential of the light receiving element can be increased while keeping the magnitudes of the outputs from the inverting and non-inverting output circuits the same. That is, VDD to 2Vout + Vth (diode) (18), and it becomes possible to increase VDD and improve the dynamic range of the light receiving element.

【0095】非反転出力回路では、ダイオード接続トラ
ンジスタ19をトランジスタ15と電源電圧端子6との
間に挿入すると、スイッチ用トランジスタを高電位側に
置いたときと同様、受光素子電位の変化によってMOS
トランジスタ15のドレイン電圧が変化してしまうこと
になり、線形性が低下する。そこで反転出力回路でも、
スイッチ用MOSトランジスタ18を、受光素子電位に
よって電流値を制御するMOSトランジスタ17よりも
高電位側に置いてやれば、線形性は両回路からの出力と
も劣るものの出力の特性曲線の形を同じようにすること
ができるため、各回路からの出力電流の大きさが等しく
なるような設計が容易になる。
In the non-inverting output circuit, if the diode-connected transistor 19 is inserted between the transistor 15 and the power supply voltage terminal 6, the MOS transistor is changed by the change in the potential of the light receiving element as in the case where the switching transistor is placed on the high potential side.
The drain voltage of the transistor 15 will change, and the linearity will deteriorate. So even in the inverting output circuit,
If the switching MOS transistor 18 is placed on the higher potential side than the MOS transistor 17 that controls the current value by the light receiving element potential, the linearity is inferior to the outputs from both circuits, but the shape of the output characteristic curve is the same. Therefore, it becomes easy to design so that the magnitude of the output current from each circuit becomes equal.

【0096】さらに、このような回路構成にすると、非
反転出力回路側のトランジスタ数が3、反転出力回路側
のトランジスタ数が2となって回路として非対称となる
ため、同じ利得係数のトランジスタを使うと、非反転出
力回路の方が出力が小さくなってしまう。そこで、ダイ
オード接続したトランジスタ19とMOSトランジスタ
16の利得係数を他のトランジスタの利得係数より大き
く、即ち非反転出力回路を構成するトランジスタの利得
係数を大きくしてやれば、両回路からの出力の大きさが
同じになるような設計をすることが出来る。
Further, with such a circuit configuration, the number of transistors on the non-inverting output circuit side is 3, and the number of transistors on the inverting output circuit side is 2, which makes the circuit asymmetrical, and therefore transistors having the same gain coefficient are used. Then, the output of the non-inverting output circuit becomes smaller. Therefore, if the gain coefficients of the diode-connected transistor 19 and the MOS transistor 16 are made larger than the gain coefficients of the other transistors, that is, the gain coefficients of the transistors forming the non-inverting output circuit are made larger, the magnitude of the output from both circuits is increased. It can be designed to be the same.

【0097】この回路構成において、非反転出力回路及
び反転出力回路を一致あるいは制御する手順について説
明する。図7で示されるMOSトランジスタ及び、電源
電圧、出力端子電位に設定された回路から構成される受
光素子回路において、非反転出力を選択した時の出力電
流を計測する。次に反転出力を選択した時の出力電流を
計測する。ここで、両回路からの出力を比較し、両回路
の出力が一致するように両回路を構成するMOSトラン
ジスタの利得係数を制御する。この時、非反転出力回路
側のトランジスタ数が3、反転出力回路側のトランジス
タ数が2となって回路として非対称であるので、非反転
出力回路を構成するトランジスタの利得係数を反転出力
回路を構成トランジスタの利得係数よりも大きくすれば
よい。
A procedure for matching or controlling the non-inverting output circuit and the inverting output circuit in this circuit configuration will be described. In the light receiving element circuit composed of the MOS transistor shown in FIG. 7, the circuit set to the power supply voltage, and the output terminal potential, the output current when non-inverting output is selected is measured. Next, the output current when inverting output is selected is measured. Here, the outputs from both circuits are compared, and the gain coefficients of the MOS transistors forming both circuits are controlled so that the outputs from both circuits match. At this time, the number of transistors on the non-inverting output circuit side is 3, and the number of transistors on the inverting output circuit side is 2, which is asymmetrical in the circuit. Therefore, the gain coefficient of the transistor configuring the non-inverting output circuit is configured as the inverting output circuit. It may be larger than the gain coefficient of the transistor.

【0098】また、図7の回路でなくても、例えば、図
4の回路においても、出力を計測した時に受光素子のダ
イナミックレンジを向上させる必要があると判断すれ
ば、その回路にダイオード接続したトランジスタ19を
配置し、スイッチ用トランジスタとの配置等を考慮し
て、上記手順に従い、それぞれの回路を構成するトラン
ジスタの利得係数を決定すればよい。
Even if the circuit shown in FIG. 4 is used instead of the circuit shown in FIG. 7, if it is determined that the dynamic range of the light receiving element needs to be improved when the output is measured, the circuit is diode-connected. The gain coefficient of each transistor forming each circuit may be determined according to the above procedure by disposing the transistor 19 and considering the disposition with the switching transistor.

【0099】実施例5.以下、この発明の他の実施例に
ついて説明する。MOSトランジスタの利得係数βは、
式(2)で示したように、 β=με(ox) /t(ox)・(W/L) ・・・(2) で記載される。本式(2)において、一般に閾値電圧が変
わるとμの値も変化する。ここでμはチャネルでの実効
表面移動度で、実質的にはトランジスタの電流駆動能力
を表わす。即ち同じ(W/L)に対する出力電流値が変
わる。そこで実施例5〜8のように、閾値電圧を特定し
て利得係数βの組み合わせを最適化し、さらに(W/
L)を制御するには、μの違いを考慮しなくては精密な
βの最適化はできない。そこで、実施例1〜4におい
て、反転出力回路と非反転出力回路との出力の大きさを
比較し、β及び(W/L)を決定する際に閾値電圧の異
なるトランジスタ間で、βの比をμの比で割った値を
(W/L) の比として用いてやればよい。閾値電圧の
高いトランジスタと低いトランジスタの間で同じβの値
にするときに、閾値電圧の高いトランジスタのμが閾値
電圧の低いトランジスタのμの半分になってしまうとし
たら、閾値電圧の高いトランジスタの (W/L)を閾
値電圧の低いトランジスタの(W/L)の倍にすればよ
い。
Example 5. Another embodiment of the present invention will be described below. The gain coefficient β of the MOS transistor is
As expressed by the equation (2), it is described by β = με (ox) / t (ox) · (W / L) (2). In the equation (2), generally, when the threshold voltage changes, the value of μ also changes. Here, μ is the effective surface mobility in the channel, which substantially represents the current driving capability of the transistor. That is, the output current value for the same (W / L) changes. Therefore, as in Examples 5 to 8, the threshold voltage is specified to optimize the combination of the gain coefficients β, and (W /
To control L), precise β cannot be optimized without considering the difference in μ. Therefore, in Examples 1 to 4, the output magnitudes of the inverting output circuit and the non-inverting output circuit are compared, and when the β and (W / L) are determined, the ratio of β between transistors having different threshold voltages is compared. The value obtained by dividing by the ratio of μ may be used as the ratio of (W / L). When the same β value is used for a transistor with a high threshold voltage and a transistor with a low threshold voltage, if μ of a transistor with a high threshold voltage becomes half of μ of a transistor with a low threshold voltage, (W / L) may be doubled (W / L) of a transistor having a low threshold voltage.

【0100】例えば、βを決定すべき2つのMOSトラ
ンジスタとして閾値電圧V1及びV2を有するものとす
る。それぞれのトランジスタの利得係数をβ1、β2、電
流駆動能力をμ1、μ2、ゲート幅/ゲート長の比をW/
L1、W/L2とすると、 (β1/β2)/(μ1/μ2)=(W/L1)/(W/L2) ・・・(19) 式を満たすようにゲート幅/ゲート長の比W/Lを決定
すればよい。
For example, it is assumed that two MOS transistors for which β should be determined have threshold voltages V1 and V2. The gain coefficient of each transistor is β1, β2, the current drive capacity is μ1, μ2, and the gate width / gate length ratio is W /
If L1 and W / L2, then (β1 / β2) / (μ1 / μ2) = (W / L1) / (W / L2) ・ ・ ・ The gate width / gate length ratio W so as to satisfy the equation (19). / L should be determined.

【0101】さらに、ソース側の電位が異なると、基板
バイアス効果により閾値電圧が影響を受けるため、式
(1)からわかるようにMOSトランジスタの出力電流値
Iも変化してしまう。特に実施例1〜4の構造では、反
転出力回路のソース電位は0、非反転出力回路のソース
電位はVoutであるため、非反転出力回路のみが大きく
基板バイアス効果の影響を受けることになる。そこで実
施例1〜4のような動作を設計通り正常に実現するため
には、この基板バイアス効果を考慮し、電流値の下がっ
てしまうトランジスタのW/Lをその分大きくするか、
電流値の下がらないトランジスタのW/L をその分小
さくしてやればよい。
Further, when the potential on the source side is different, the threshold voltage is influenced by the substrate bias effect.
As can be seen from (1), the output current value I of the MOS transistor also changes. In particular, in the structures of Examples 1 to 4, since the source potential of the inverting output circuit is 0 and the source potential of the non-inverting output circuit is Vout, only the non-inverting output circuit is greatly affected by the substrate bias effect. Therefore, in order to properly realize the operations as in Examples 1 to 4 as designed, the substrate bias effect is taken into consideration, and the W / L of the transistor that causes a decrease in the current value is increased accordingly.
The W / L of the transistor whose current value does not decrease may be reduced accordingly.

【0102】上記実施例1〜5で非反転出力回路及び反
転出力回路からの出力を一致あるいは制御するために、
仮の受光素子を形成し、その回路からの出力を計測する
ことによって、回路を構成するトランジスタのβ、Vth
及び電源電圧、出力端子の電位を計算により決定してい
たが、各実施例において模擬回路を想定し、その回路か
らの出力を算出して回路を構成するトランジスタのβ、
Vth及び電源電圧、出力端子の電位を算出するというモ
デル計算によって決定してもよい。
In order to match or control the outputs from the non-inverting output circuit and the inverting output circuit in the first to fifth embodiments,
By forming a temporary light receiving element and measuring the output from the circuit, β and Vth of the transistor forming the circuit are measured.
The power supply voltage and the potential of the output terminal have been determined by calculation. However, in each embodiment, a simulated circuit is assumed, and the output from the circuit is calculated to calculate the β of the transistor forming the circuit,
It may be determined by a model calculation of calculating Vth, the power supply voltage, and the potential of the output terminal.

【0103】実施例6.以下、この発明の別の実施例に
ついて図を用いて説明する。本実施例では、実施例1〜
5の受光素子にpnフォトダイオードを用いた受光素子
回路の構造について詳細な例を説明する。
Example 6. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the first to the first embodiments
A detailed example of the structure of a light receiving element circuit using a pn photodiode as the light receiving element of No. 5 will be described.

【0104】図8は、この発明の一実施例の受光素子回
路の断面構造を示す一部断面図である。図において、p
−基板20上に受光素子一端がリセットスイッチ2を介
してバイアス端子1に接続されたn+層からなる受光素
子3、該受光素子3からの電位を電流に変換するトラン
ジスタ9、及び回路自身を接地するための端子4が形成
あるいは接続されている。リセットスイッチ2及びトラ
ンジスタ9には絶縁層(図示せず、但し金属膜22の直
下に配置されている)を介してシールド用の金属膜22
が配置される。p-基板20には基板コンタクトを取る
ためのp+層21が形成され、接地4される。なお、本
図は一断面であり、本来ならば受光素子回路を構成する
複数のトランジスタは他の断面部分に配置している。基
板としては、半導体基板でドーピングすることによりp
-基板が実現できるものであればよいが、シリコンを用
いればプロセスが簡便になる。以下、基板はシリコンで
あるものとする。
FIG. 8 is a partial cross sectional view showing the cross sectional structure of the light receiving element circuit according to the embodiment of the present invention. In the figure, p
On the substrate 20, a light receiving element 3 composed of an n + layer, one end of which is connected to the bias terminal 1 via the reset switch 2, a transistor 9 for converting the potential from the light receiving element 3 into a current, and the circuit itself. A terminal 4 for grounding is formed or connected. The reset switch 2 and the transistor 9 are provided with a metal film 22 for shielding via an insulating layer (not shown, but arranged directly below the metal film 22).
Is arranged. A p + layer 21 for making a substrate contact is formed on the p − substrate 20 and is grounded 4. It should be noted that this figure is one cross section, and a plurality of transistors that normally constitute the light receiving element circuit are arranged in other cross section portions. As the substrate, p is obtained by doping with a semiconductor substrate.
-A substrate can be realized, but silicon makes the process easier. Hereinafter, the substrate is assumed to be silicon.

【0105】受光素子3としては、p-基板20にn+層
を形成したものを利用しているため、通常のMOSトラ
ンジスタと同一の工程で作製することができる。またリ
セット用のスイッチングトランジスタ2を介してバイア
ス端子1に接続されているため、このリセット用トラン
ジスタ2で蓄積時間を決めて光電荷の蓄積を行うことが
できるので、高感度化が図れる。また受光素子回路内に
基板コンタクト21を設けて接地4に導くことにより、
光入射が強くて受光素子に電荷が過剰に発生した場合で
も、基板コンタクト21を介して電荷を逃がすことによ
り、例えば受光素子回路を複数配置した場合に、周辺の
受光素子内に回り込みノイズ等の発生原因となるのを防
ぐことができる。さらに、金属膜22によるシールドが
あるため、トランジスタ回路に光や電磁波が入射するの
を防ぐことができ、ノイズや誤動作の発生を低減でき
る。
Since the light-receiving element 3 is formed by forming the n + layer on the p − substrate 20, it can be manufactured in the same process as a normal MOS transistor. Further, since the reset transistor 2 is connected to the bias terminal 1 through the reset switching transistor 2, the reset transistor 2 can determine the accumulation time to accumulate the photocharges, and thus the sensitivity can be improved. Further, by providing the substrate contact 21 in the light receiving element circuit and guiding it to the ground 4,
Even when the light incident is strong and the charges are excessively generated in the light receiving element, the charges are released through the substrate contact 21, so that, for example, when a plurality of light receiving element circuits are arranged, the light leaks into the surrounding light receiving elements and causes noise such as noise. It is possible to prevent the occurrence. Further, since the metal film 22 shields, it is possible to prevent light and electromagnetic waves from entering the transistor circuit and reduce noise and malfunctions.

【0106】次に、本実施例に用いる基板のドーピング
濃度について説明する。本実施例ではp-基板20とし
て、ドーピング濃度が1×1016cm-3より低いものを用い
た。ドーピング濃度が1×1016cm-3より低いと、基板バ
イアス効果が抑えられるため、閾値電圧の変動が抑制さ
れる。基板バイアス効果による閾値電圧の変化の項ΔV
thは以下のような式で表される。 ΔVth=γ[ ( Vsb+2VBF)1/2−(2VBF)1/2)] ・・・(20) ここで、Vsbはソース−基板間の電位差、VBFはpn接
合のビルトイン障壁を示す。また、γは下式(21)で表わ
される。 γ=t(ox)/ε(ox)・(2qε(Si)Na)1/2 ・・・(21) ここで、t(ox)は酸化膜の厚さ、ε(ox)は酸化膜(ここ
ではシリコン酸化膜)の誘電率、qは電子の電荷、ε(S
i)はシリコンの誘電率、Naは基板のドーピング濃度で
ある。
Next, the doping concentration of the substrate used in this embodiment will be described. In this embodiment, the p − substrate 20 has a doping concentration lower than 1 × 10 16 cm −3 . When the doping concentration is lower than 1 × 10 16 cm -3 , the substrate bias effect is suppressed and thus the fluctuation of the threshold voltage is suppressed. Term ΔV of change in threshold voltage due to substrate bias effect
th is represented by the following equation. ΔVth = γ [(Vsb + 2VBF) 1/2 − (2VBF) 1/2 )] (20) where Vsb is the potential difference between the source and the substrate, and VBF is the built-in barrier of the pn junction. Further, γ is expressed by the following equation (21). γ = t (ox) / ε (ox) · (2qε (Si) Na) 1/2 (21) where t (ox) is the thickness of the oxide film and ε (ox) is the oxide film ( Here, the dielectric constant of the silicon oxide film), q is the electron charge, and ε (S
i) is the dielectric constant of silicon, and Na is the doping concentration of the substrate.

【0107】上式(20)において、[ ( Vsb+2VBF)
1/2−(2VBF)1/2)]の項は受光素子を形成するプロ
セスで調整することができず、トランジスタのある動作
電位においては定数として扱われる。従って、基板バイ
アス効果による閾値電圧の変動の影響、即ちΔVthを小
さくするには、γを小さくしなくてはならない。
In the above equation (20), [(Vsb + 2VBF)
1/2 - term (2VBF) 1/2)] can not be adjusted in the process of forming the light receiving element, the operating potential with transistor is treated as a constant. Therefore, in order to reduce the influence of the variation of the threshold voltage due to the substrate bias effect, that is, ΔVth, γ must be reduced.

【0108】上式(20)(21)において、 t(ox)= 20 (nm) ε(ox)= 4×8.85×10-14 (F/cm) q = 1.6×10-19 (c) ε(Si)= 12×8.85×10-14 (F/cm) であり、実際のプロセスで使用される膜厚の範囲から、
ここでは酸化膜の厚さを t(ox)= 20 (nm) とすると、 Na = 1×1016 (cm-3) 以下のときには γ = 0.33 以下で、ΔVthの値は小さくなる。従ってp-基板20
として、ドーピング濃度が1×1016cm-3より低くなる
と、基板バイアス効果が抑えられるため、これによる閾
値電圧の変動の影響を考慮せず、反転、非反転出力回路
の設計を行うことができる。
In the above equations (20) and (21), t (ox) = 20 (nm) ε (ox) = 4 × 8.85 × 10 -14 (F / cm) q = 1.6 × 10 -19 (c) ε (Si) = 12 × 8.85 × 10 -14 (F / cm), and from the film thickness range used in the actual process,
When here, the thickness of the oxide film t (ox) = 20 (nm ), and when Na = 1 × 10 16 (cm -3) following gamma = 0.33 in the following, the value of ΔVth becomes smaller. Therefore p-substrate 20
As a result, when the doping concentration is lower than 1 × 10 16 cm -3 , the substrate bias effect is suppressed, so that the inverting and non-inverting output circuits can be designed without considering the influence of the fluctuation of the threshold voltage. .

【0109】さらに、空乏層の幅dは、 d∝(Na)-1/2 ・・・(22) の関係を有するので、p-基板20のドーピング濃度が
低い、即ちNaが小さいと空乏層が広がり易く、受光素
子としての感度が向上する。なお、ドーピング濃度とし
ては1×1013cm-3以下にはできないことは言うまでもな
い。
Furthermore, since the width d of the depletion layer has a relationship of d∝ (Na) −1/2 ... (22), if the doping concentration of the p − substrate 20 is low, that is, Na is small, the depletion layer is Is easily spread, and the sensitivity as a light receiving element is improved. Needless to say, the doping concentration cannot be 1 × 10 13 cm −3 or less.

【0110】また、図8では受光素子としてp型基板に
n型層を形成したものを利用したが、pウエルにn型層
を形成したものや、n型基板やnウエルにp型層を形成
したものを用いても、同様の効果が得られることは言う
までもない。
In FIG. 8, a p-type substrate on which an n-type layer is formed is used as a light receiving element, but an n-type layer formed on a p-well or an n-type substrate or an n-well is formed on a p-type substrate. It goes without saying that the same effect can be obtained by using the formed one.

【0111】実施例7.以下、この発明の一実施例につ
いて図を用いて説明する。図9は、この発明の一実施例
を示す受光素子回路の構造を示す一部断面図である。図
において、受光素子3は並列に接続されたコンデンサ2
3とともに電位を電流に変換するトランジスタ9に接続
される。図8のようにp-基板にn+層を作り込んで(ま
たはn-基板にp+層を作り込んで)受光素子を作った場
合、pn接合容量が十分でなく、受光素子の出力電位が
容易に飽和してしまう。そこで、図9に示すように、受
光素子3に並列にMOSキャパシタンスによるコンデン
サ23を接続してやれば、受光素子としての電荷の蓄積
容量を大きくすることができる。
Embodiment 7. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the structure of a light receiving element circuit showing one embodiment of the present invention. In the figure, the light receiving element 3 is a capacitor 2 connected in parallel.
3 and 3 are connected to a transistor 9 which converts a potential into a current. As shown in FIG. 8, when a light-receiving element is formed by forming an n + layer on the p- substrate (or by forming a p + layer on the n- substrate), the pn junction capacitance is insufficient and the output potential of the light-receiving element is low. Is easily saturated. Therefore, as shown in FIG. 9, if a capacitor 23 of MOS capacitance is connected in parallel to the light receiving element 3, the charge storage capacity of the light receiving element can be increased.

【0112】なお、上記実施例6のように各トランジス
タ回路にシールド用の金属膜22を備えることにより、
ノイズや誤動作の抑制が可能なことは言うまでもない。
さらに、基板コンタクト21を設けることもできる。
By providing each transistor circuit with the shielding metal film 22 as in the sixth embodiment,
It goes without saying that noise and malfunctions can be suppressed.
Further, the substrate contact 21 can be provided.

【0113】実施例8.以下、この発明の他の実施例に
ついて図を用いて説明する。図10は、この発明の一実
施例を示す受光素子回路の構造を示す一部断面図であ
る。図において、pn接合の容量Cは、n側のドーピン
グ濃度がp側のドーピング濃度よりも十分高い場合、以
下式(23)で記述される。 C=(qε(Si)Na/2VBF)1/2 ・・・(23) 即ち、p側のドーピング濃度の1/2乗に比例する。受光
素子として蓄積電荷容量を大きくし、受光量の範囲を広
げるにはp側のドーピング濃度を高くすればよい。そこ
で、例えばp-基板20としてドーピング濃度が1×1014
cm-3程度のものを用いた場合、ドーピング濃度が1×10
15cm-3以上のp型層24を形成し、その中にさらにn型
層を形成してやれば、電荷の蓄積容量は3倍以上に大き
くすることができる。これにより、基板バイアス効果を
抑えたまま受光量の範囲拡大という効果を同時に得るこ
とができる。
Embodiment 8 Another embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing the structure of a light receiving element circuit showing one embodiment of the present invention. In the figure, the capacitance C of the pn junction is described by the following equation (23) when the n-side doping concentration is sufficiently higher than the p-side doping concentration. C = (qε (Si) Na / 2VBF) 1/2 (23) That is, it is proportional to the 1/2 power of the p-side doping concentration. To increase the accumulated charge capacity and widen the range of the amount of received light as a light receiving element, the doping concentration on the p side may be increased. Therefore, for example, as the p − substrate 20, the doping concentration is 1 × 10 14
When using cm -3 , the doping concentration is 1 × 10
By forming the p-type layer 24 of 15 cm −3 or more and further forming the n-type layer therein, the charge storage capacity can be tripled or more. This makes it possible to simultaneously obtain the effect of expanding the range of the amount of received light while suppressing the substrate bias effect.

【0114】また、上記実施例ではp-基板に高濃度の
p型層とn型層を形成した例について示したが、n-基
板内にドーピング濃度が1×1015cm-3以上のn型層を形
成し、その中にp型層を形成した構造であっても、同様
の効果が得られることは言うまでもない。
Further, in the above-mentioned embodiment, an example in which a high concentration p-type layer and an n-type layer are formed on the p-substrate is shown. However, an n-type substrate having a doping concentration of 1 × 10 15 cm -3 or more is used. It goes without saying that the same effect can be obtained even with a structure in which the mold layer is formed and the p-type layer is formed therein.

【0115】さらに、図10において、p型層24の中
に包含するようにn型層が形成されていたが、図11の
ようにn型層が一部p型層24からはみだしてp型層2
4の外部に形成されていてもよい。図11のように、p
型層24の中に形成されたn型層がはみだした構造にす
ることで、受光素子の蓄積容量を自由に設計することが
可能となる。
Further, in FIG. 10, the n-type layer was formed so as to be included in the p-type layer 24. However, as shown in FIG. Layer 2
4 may be formed outside. As shown in FIG. 11, p
With the structure in which the n-type layer formed in the mold layer 24 protrudes, the storage capacitance of the light receiving element can be freely designed.

【0116】実施例9.以下、この発明の一実施例につ
いて図を用いて説明する。図12は実施例1乃至8の受
光素子回路を複数二次元アレイ状に配列した受光素子回
路アレイの構成を示した図である。図において、1画素
を構成する1受光素子回路25が水平方向に4個、垂直
方向に4個配置している。各受光素子回路25の水平方
向の1ライン、例えば25a、25b、25c、25d
の受光素子回路はスイッチ用端子Vr28、Vn29、V
p30を共通にして、制御回路26に接続される。一
方、各受光素子回路25の垂直方向の1ライン、例えば
25d、25e、25f、25gの受光素子回路は出力
用端子OUT31を共通にして出力回路27に接続され
る。
Embodiment 9 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a light receiving element circuit array in which a plurality of light receiving element circuits of Examples 1 to 8 are arranged in a two-dimensional array. In the figure, one light receiving element circuit 25 forming one pixel is arranged in the horizontal direction by four pieces and in the vertical direction by four pieces. One line in the horizontal direction of each light receiving element circuit 25, for example, 25a, 25b, 25c, 25d
The light receiving element circuit of is a switch terminal Vr28, Vn29, V
It is connected to the control circuit 26 with p30 in common. On the other hand, one line in the vertical direction of each light receiving element circuit 25, for example, the light receiving element circuits of 25d, 25e, 25f, and 25g are connected to the output circuit 27 with the output terminal OUT31 in common.

【0117】図13は受光素子回路25の一例を説明し
たもので図12に用いた図13中(a)は(b)と等価
であることを示している。図において、回路は図2の回
路を用いている。リセット用トランジスタ2のゲート電
圧、非反転出力回路選択用スイッチングトランジスタ1
6のゲート電圧、反転出力回路選択用スイッチングトラ
ンジスタ18のゲート電圧はそれぞれVr28、Vn2
9、Vp30で、出力端子5からの出力はOUT31で
ある。なお、図中制御回路中の接地(GND)4が基板
コンタクトを形成しており、実施例6で示したように、
周辺の受光素子3からの過剰電荷の影響を回避させてい
る。
FIG. 13 illustrates an example of the light receiving element circuit 25, and it is shown that (a) in FIG. 13 used in FIG. 12 is equivalent to (b). In the figure, the circuit uses the circuit of FIG. Gate voltage of reset transistor 2, switching transistor 1 for selecting non-inverting output circuit
6 and the inverting output circuit selecting switching transistor 18 have gate voltages Vr28 and Vn2, respectively.
At 9, Vp30, the output from the output terminal 5 is OUT31. The ground (GND) 4 in the control circuit in the drawing forms a substrate contact, and as shown in the sixth embodiment,
The influence of excess charges from the peripheral light receiving element 3 is avoided.

【0118】次に動作について説明する。制御回路26
から同時にリセット信号Vr28が送られた各受光素子
回路の受光素子は所定の時間受光し、その信号は電位電
流変換トランジスタ15、17を介して非反転・反転出
力回路に送られる。1つの水平ラインに配置した受光素
子回路は制御回路26から共通の配線を介してVn29
またはVp30に制御信号が送られる。各受光素子回路
からの出力信号31は出力回路27に送られる。このよ
うに、1水平ラン毎にスイッチ用端子を共通にして出力
信号を得、且つ1垂直ライン毎に出力端子を共通にした
ので、1水平ラン毎で得た出力信号を順次垂直方向へ転
送することができる。このようなアレイ構造により、一
次元または二次元の光パターンを同時に、並列に、かつ
画素間の演算を行いながら外部へ取り出すことが可能と
なる。
Next, the operation will be described. Control circuit 26
The light receiving element of each light receiving element circuit to which the reset signal Vr28 is simultaneously sent from the light receiving element receives light for a predetermined time, and the signal is sent to the non-inverting / inverting output circuit via the potential / current converting transistors 15 and 17. The light receiving element circuit arranged on one horizontal line is Vn29 from the control circuit 26 through a common wiring.
Alternatively, a control signal is sent to Vp30. The output signal 31 from each light receiving element circuit is sent to the output circuit 27. In this way, the switch terminal is shared for each horizontal run to obtain the output signal, and the output terminal is shared for each vertical line. Therefore, the output signal obtained for each horizontal run is sequentially transferred in the vertical direction. can do. With such an array structure, it becomes possible to take out a one-dimensional or two-dimensional light pattern simultaneously, in parallel, and while performing a calculation between pixels.

【0119】なお、上記実施例9の図12では2次元に
配列した例について示したが、一次元に配置しても一次
元の光パタ−ンに対して、同様の効果が得られることは
言うまでもない。
Although FIG. 12 of the ninth embodiment shows an example of two-dimensional arrangement, the same effect can be obtained for a one-dimensional optical pattern even if it is arranged one-dimensionally. Needless to say.

【0120】なお、上記実施例9の受光素子回路アレイ
のそれぞれの受光素子回路に基板コンタクトを形成して
いるので、実施例6で記載したように、光入射が強くて
受光素子に電荷が過剰に発生した場合でも、基板コンタ
クトを介して電荷を逃がすことにより、周辺の受光素子
内に回り込んだりしてノイズ等の発生原因となるのを防
ぐことができる。
Since the substrate contacts are formed in the respective light receiving element circuits of the light receiving element circuit array of the ninth embodiment, as described in the sixth embodiment, the light incidence is strong and the light receiving elements are excessively charged. Even if it occurs, it is possible to prevent the electric charge from escaping into the surrounding light receiving element by causing the electric charge to escape through the substrate contact, which may cause noise and the like.

【0121】なお、上記実施例1〜9では、受光素子と
してシリコン基板を用いて形成したpnフォトダイオー
ドについて説明したが、シリコン以外の材料、例えば、
III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体、ゲルマニ
ウム、及びこれらとシリコンとの組み合わせでも同様の
効果を発揮することは言うまでもない。
In the first to ninth embodiments, the pn photodiode formed by using the silicon substrate as the light receiving element has been described, but a material other than silicon, for example,
It goes without saying that the same effect can be obtained by using a III-V group compound semiconductor, a II-VI group compound semiconductor, germanium, and a combination thereof with silicon.

【0122】また、実施例1〜9では、pnフォトダイ
オード受光素子と受光素子の電位を電流に変換する増幅
回路として、AMI(Amplified MOS Image)の組み合
わせを用いているが、pn受光素子そのものや、その他
の増幅型受光素子としてCMD(Charge Modulation De
vice)、SIT(Static Induced Transistor)、AP
D(Avalanche Photodiode)、FGA(Floating Gate
Array)、BASIS(Base Stored Image Sensor)な
どであっても同様の効果を発揮することは言うまでもな
い。
In the first to ninth embodiments, a combination of AMI (Amplified MOS Image) is used as the pn photodiode light receiving element and an amplifier circuit for converting the potential of the light receiving element into a current. , And other types of amplification type photo detectors such as CMD (Charge Modulation
vice), SIT (Static Induced Transistor), AP
D (Avalanche Photodiode), FGA (Floating Gate)
It is needless to say that the same effect is exhibited even with an Array), a BASIS (Base Stored Image Sensor), or the like.

【0123】また、実施例1〜9では、受光素子として
pnフォトダイオード受光素子、を用いたが、PtS
i、HgCdTe、SiGe、InSb、あるいはこれ
らを組み合わせた材料など、赤外領域に感度を有する材
料を用いても同様の効果を発揮することは言うまでもな
い。
In Examples 1 to 9, the pn photodiode light receiving element was used as the light receiving element.
It is needless to say that the same effect can be obtained by using a material having sensitivity in the infrared region, such as i, HgCdTe, SiGe, InSb, or a combination thereof.

【0124】また、シリコン(Si)基板上に感度可変機
能を実現することができるので、制御回路を同じチップ
上に作り込むことが容易になる。
Since the sensitivity varying function can be realized on the silicon (Si) substrate, the control circuit can be easily built on the same chip.

【0125】また、実施例1〜9では、同一のシリコン
基板上に同一材料で受光素子部と制御回路部を構成した
例であったが、基板、受光素子部材料、制御回路材料の
いずれの材料が相互に異なっても良い。
In the first to ninth embodiments, the light receiving element section and the control circuit section are made of the same material on the same silicon substrate, but any of the substrate, the light receiving element section material, and the control circuit material may be used. The materials may be different from each other.

【0126】[0126]

【発明の効果】この発明の請求項1の受光素子回路は、
特定の利得係数あるいは閾値電圧を有するMOSトラン
ジスタ、電位を特定された出力端子、電位を特定された
電源電圧を備えたので、非反転・反転出力回路の出力の
絶対値を利得係数によって制御でき、後段での画像処理
に必要な所望の信号を処理できる性能の高い受光素子回
路を提供することができる。また、非反転・反転出力回
路を設けたことで、負電源なしに信号の極性が制御可能
となる。
The light receiving element circuit according to claim 1 of the present invention is
Since the MOS transistor having a specific gain coefficient or threshold voltage, the output terminal whose potential is specified, and the power supply voltage whose potential is specified are provided, the absolute value of the output of the non-inverting / inverting output circuit can be controlled by the gain coefficient, It is possible to provide a light-receiving element circuit having high performance capable of processing a desired signal necessary for image processing in the subsequent stage. Further, by providing the non-inverting / inverting output circuit, the polarity of the signal can be controlled without the negative power supply.

【0127】この発明の請求項2の受光素子回路は、請
求項1において、MOSトランジスタの利得係数をトラ
ンジスタのゲート幅とゲート長との比で制御したので、
簡便にMOSトランジスタの利得係数を制御でき、後段
での画像処理に必要な所望の信号を処理できる性能の高
い受光素子回路を提供することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the light receiving element circuit of the first aspect, the gain coefficient of the MOS transistor is controlled by the ratio of the gate width and the gate length of the transistor.
It is possible to provide a light-receiving element circuit having a high performance capable of easily controlling the gain coefficient of the MOS transistor and processing a desired signal required for image processing in the subsequent stage.

【0128】この発明の請求項3の受光素子回路は、請
求項1または2において、受光素子の電位によって電流
値を制御するMOSトランジスタを備えた回路としてn
MOS或はpMOSトランジスタを用いたので簡便な回
路構成で受光素子の電位を増幅したり、感度制御するこ
とが可能となり、性能の高い受光素子回路を提供でき
る。また、他のトランジスタと同じ種類のトランジスタ
で形成すれば、同一のプロセスで簡便な工程で、回路を
単純化できる。また、一画素(一受光素子回路)の中に
p、n二つのウエルを作る必要がないので、画素の大き
さを小さくできる。さらに、nMOSであれば、受光素
子として、光が照射されるほど電位が上がるような素子
を用いた場合、光が照射されなければ出力電流が0で、
入射光が強いほど出力電流が増えるような構成にするこ
とができ、pMOSであれば受光素子として、光が照射
されるほど電位が下がるような素子を用いた場合、光が
照射されなければ出力電流が0で、入射光が強いほど出
力電流が増えるような構成にすることができる。
A light receiving element circuit according to a third aspect of the present invention is the same as the light receiving element circuit according to the first or second aspect, in which the n-type circuit is provided with a MOS transistor for controlling a current value by the potential of the light receiving element.
Since the MOS or pMOS transistor is used, the potential of the light receiving element can be amplified and the sensitivity can be controlled with a simple circuit configuration, and a high performance light receiving element circuit can be provided. In addition, if the transistor is formed using the same type of transistor as another transistor, the circuit can be simplified by the same process and simple steps. Further, since it is not necessary to form two p and n wells in one pixel (one light receiving element circuit), the size of the pixel can be reduced. Further, in the case of an nMOS, when an element whose potential increases as the light is irradiated is used as the light receiving element, the output current is 0 if the light is not irradiated,
The output current can be increased as the intensity of the incident light is stronger. In the case of a pMOS, if a light receiving element whose potential lowers as the light is irradiated is used, the output is output if the light is not irradiated. It is possible to adopt a configuration in which the output current increases as the current is 0 and the incident light is stronger.

【0129】この発明の請求項4の受光素子回路は、請
求項1乃至3のいずれかにおいて、非反転出力回路及び
反転出力回路にそれぞれの回路を選択するスイッチング
トランジスタを備えたので、出力の向きを外から簡便に
選択できる。また、スイッチングトランジスタの開閉に
よる各回路の導通により回路を選択できるため、受光素
子電位に対して影響を及ぼさず、繁雑なリセット動作が
不要となる。さらに、スイッチングトランジスタのゲー
ト電圧をアナログ的に制御することにより、一定の受光
素子電位に対する出力電流値をアナログ的に変化させる
ことができる、性能の高い受光素子回路を提供すること
ができる。
The light receiving element circuit according to a fourth aspect of the present invention is the light receiving element circuit according to any one of the first to third aspects, in which the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are provided with switching transistors for selecting respective circuits. Can be easily selected from the outside. Further, since each circuit can be selected by the conduction of each circuit by opening / closing the switching transistor, the potential of the light receiving element is not affected, and a complicated reset operation is unnecessary. Further, by controlling the gate voltage of the switching transistor in an analog manner, it is possible to provide a high-performance light receiving element circuit in which the output current value for a constant light receiving element potential can be changed in an analog manner.

【0130】この発明の請求項5の受光素子回路は、請
求項4において、非反転出力回路及び反転出力回路をと
もに、受光素子の電位によって電流値を制御するトラン
ジスタと、スイッチ用トランジスタの二つを直列に接続
した構成にすることにより、回路が単純になり、画素を
小さくすることができる。また、単純な回路のため、非
反転・反転出力回路の両方からの出力を任意に制御し易
くなり、性能の高い受光素子回路を提供することができ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to the fourth aspect, the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are both a transistor for controlling a current value by the potential of the light receiving element and a switching transistor. The circuit can be simplified and the size of the pixel can be reduced by adopting a configuration in which is connected in series. Further, since it is a simple circuit, it is easy to arbitrarily control the outputs from both the non-inverting and inverting output circuits, and it is possible to provide a light receiving element circuit with high performance.

【0131】この発明の請求項6の受光素子回路は、請
求項1乃至5のいずれかにおいて、非反転出力回路及び
反転出力回路に備えた受光素子の電位によって電流値を
制御するMOSトランジスタ閾値電圧の差を、出力端子
の電位としたので、非反転出力回路を構成するトランジ
スタと、反転出力回路を構成するトランジスタとを電気
的に等価になるように配置できるので、両回路からの出
力の大きさが同じになるような設計をするのが容易にな
る。即ち、非反転・反転出力回路の両方からの出力を任
意に制御し易くなり、性能の高い受光素子回路を提供す
ることができる。
A light receiving element circuit according to a sixth aspect of the present invention is the MOS transistor threshold voltage according to any one of the first to fifth aspects, wherein the current value is controlled by the potentials of the light receiving elements provided in the non-inverting output circuit and the inverting output circuit. Since the difference between the two is taken as the potential of the output terminal, the transistors that make up the non-inverting output circuit and the transistors that make up the inverting output circuit can be arranged so as to be electrically equivalent. It is easy to design so that they have the same value. That is, the outputs from both the non-inverting and inverting output circuits can be easily controlled arbitrarily, and a high-performance light receiving element circuit can be provided.

【0132】この発明の請求項7の受光素子回路は、請
求項1乃至6のいずれかにおいて、電源電圧端子の電位
が出力端子の電位の2倍としたので、非反転出力回路の
電源電圧端子から出力端子への電位差が、反転出力回路
の出力端子から接地端子への電位差と等しくなるため、
両回路が電気的に等価になるようにして、両回路からの
出力の大きさが同じになるような設計をするのが容易に
なり、性能の高い受光素子回路を提供することができ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to any one of the first to sixth aspects, the potential of the power supply voltage terminal is twice the potential of the output terminal. Since the potential difference from the output terminal to the output terminal is the same as the potential difference from the output terminal of the inverting output circuit to the ground terminal,
It is easy to design the two circuits to be electrically equivalent so that the magnitudes of the outputs from the two circuits are the same, and it is possible to provide a light receiving element circuit with high performance.

【0133】この発明の請求項8の受光素子回路は、請
求項7において、受光素子の電位によって電流値を制御
するトランジスタとスイッチ用トランジスタの、高電位
側、低電位側の位置関係を同じになるように配置したの
で、両回路を電気的に対称な構造にすることができ、両
回路からの出力の大きさが同じになるような設計をする
のが容易になり、性能の高い受光素子回路を提供するこ
とができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to the seventh aspect, the positional relationship between the high potential side and the low potential side of the transistor for controlling the current value by the potential of the light receiving element and the switching transistor is the same. Since it is arranged so that both circuits can have an electrically symmetrical structure, it becomes easy to design so that the magnitudes of the outputs from both circuits are the same, and a high-performance light receiving element A circuit can be provided.

【0134】この発明の請求項9の受光素子回路は、請
求項8において、非反転回路及び反転回路において、受
光素子の電位によって電流値を制御するトランジスタよ
りも、スイッチ用トランジスタを低電位側に配置するこ
とにより、スイッチ用トランジスタを高電位側に置いた
場合よりもドレイン電圧の変動が少ないため線形性が良
くなり、性能の高い受光素子回路を提供することができ
る。
According to a ninth aspect of the present invention, in the light receiving element circuit according to the eighth aspect, in the non-inverting circuit and the inverting circuit, the switching transistor is set to a lower potential side than the transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element. By arranging them, the change of the drain voltage is smaller than that in the case where the switching transistor is placed on the high potential side, so that the linearity is improved and a high performance light receiving element circuit can be provided.

【0135】この発明の請求項10の受光素子回路は、
請求項7乃至9のいずれかにおいて、非反転回路及び反
転回路において、受光素子電位によって電流値を制御す
るMOSトランジスタの利得係数が等しく且つそれぞれ
の回路を選択するスイッチングトランジスタの利得係数
が等しいので、両回路が電気的に等価になり、両回路か
らの出力の大きさを一致、制御させることができ、性能
の高い受光素子回路を提供することができる。
The light receiving element circuit according to claim 10 of the present invention is
In any one of claims 7 to 9, in the non-inverting circuit and the inverting circuit, since the gain coefficients of the MOS transistors that control the current value by the light receiving element potential are the same and the gain coefficients of the switching transistors that select the respective circuits are the same, Both circuits are electrically equivalent, the magnitudes of outputs from both circuits can be matched and controlled, and a high-performance light receiving element circuit can be provided.

【0136】この発明の請求項11の受光素子回路は、
請求項1乃至5のいずれかにおいて、非反転出力回路の
電源電圧端子と受光素子電位によって電流値を制御する
MOSトランジスタとの間にダイオード接続したトラン
ジスタを配置したので、前記MOSトランジスタに伝達
される電源電圧端子の電位が実質的に下がり、電源電圧
端子の電位が出力端子に比べて十分大きい場合でも、非
反転・反転出力回路からの出力の大きさが同じになるよ
うな制御が容易になり、性能の高い受光素子回路を提供
することができる。
The light receiving element circuit according to claim 11 of the present invention is
In any one of claims 1 to 5, a diode-connected transistor is arranged between the power supply voltage terminal of the non-inverting output circuit and the MOS transistor whose current value is controlled by the light-receiving element potential, so that it is transmitted to the MOS transistor. Even if the potential of the power supply voltage terminal drops substantially and the potential of the power supply voltage terminal is sufficiently higher than that of the output terminal, it is easy to control the output from the non-inverting / inverting output circuit to be the same. It is possible to provide a high-performance light receiving element circuit.

【0137】この発明の請求項12の受光素子回路は、
反転回路に備えた受光素子の電位によって電流値を制御
するトランジスタよりも、スイッチ用トランジスタを高
電位側に置くことにより、請求項11において、ダイオ
ード接続したトランジスタを配置したことによる非反転
回路での線形特性を同様にすることができ、両回路の出
力の大きさが同じになるような設計をすることができ、
性能の高い受光素子回路を提供することができる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
12. The non-inverting circuit according to claim 11, wherein the switching transistor is placed on the higher potential side than the transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element included in the inverting circuit. The linear characteristics can be the same, and the output of both circuits can be designed to be the same,
A light-receiving element circuit with high performance can be provided.

【0138】この発明の請求項13の受光素子回路は、
請求項11または12において、ダイオード接続したト
ランジスタの閾値電圧を、反転回路あるいは非反転回路
に備えた受光素子電位によって電流値を制御するMOS
トランジスタの閾値電圧のいずれかに一致させたので、
トランジスタの閾値電圧が二種類となり、非反転・反転
出力回路からの出力の大きさが同じになるような制御が
容易になるため、作製プロセスの工程数が少なくなり、
生産性が向上する。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
13. The MOS according to claim 11 or 12, wherein the threshold voltage of the diode-connected transistor is controlled by a light receiving element potential provided in an inverting circuit or a non-inverting circuit.
Since it matches with one of the threshold voltage of the transistor,
Since there are two types of threshold voltage of the transistor and it is easy to control the output from the non-inverting / inverting output circuit to be the same, the number of steps in the manufacturing process is reduced,
Productivity is improved.

【0139】この発明の請求項14の受光素子回路は、
請求項11乃至13のいずれかにおいて、非反転回路の
方が反転回路よりも構成するトランジスタが多い分出力
が低下するのを、ダイオード接続したトランジスタ及び
非反転回路選択用スイッチングトランジスタの利得係数
が受光素子回路を構成する他のいずれのトランジスタの
利得係数よりも大きくすることで、非反転・反転出力回
路からの出力の大きさが同じになるような制御が容易に
なり、性能の高い受光素子回路を提供することができ
る。
The light receiving element circuit according to claim 14 of the present invention is
14. The non-inverting circuit according to claim 11, wherein the output of the non-inverting circuit is reduced by the number of transistors constituting the non-inverting circuit, and the gain coefficient of the diode-connected transistor and the non-inverting circuit selecting switching transistor is received. By making it larger than the gain coefficient of any of the other transistors that make up the element circuit, it becomes easier to control so that the output from the non-inverting / inverting output circuit is the same, and a high-performance photodetector circuit. Can be provided.

【0140】この発明の請求項15の受光素子回路は、
請求項13乃至15のいずれかにおいて、受光素子回路
を構成するトランジスタが、各トランジスタ間の電流駆
動能力の比に対する利得係数比の値が各トランジスタ間
のゲート幅/ゲート長比の比となる関係を有するトラン
ジスタであるので、閾値電圧が異なることによるMOS
トランジスタ間の電流駆動能力の違いを補うことがで
き、設計通りの所望の受光素子回路を提供することがで
きる。さらに、後段での画像処理精度が向上する。
The light receiving element circuit according to claim 15 of the present invention is
16. The relation between the transistors constituting the light receiving element circuit according to claim 13, wherein the value of the gain coefficient ratio to the ratio of the current driving capability between the transistors is the ratio of the gate width / gate length ratio between the transistors. Since it is a transistor having a
The difference in current driving capability between the transistors can be compensated, and a desired light receiving element circuit as designed can be provided. Further, the image processing accuracy in the latter stage is improved.

【0141】この発明の請求項16の受光素子回路は、
請求項1乃至15のいずれかにおいて、受光素子がpn
フォトダイオードであるので、光電荷の発生が容易とな
り、簡便な受光素子を用いて回路構成ができる。
According to the sixteenth aspect of the present invention, the light receiving element circuit is
16. The light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element is pn.
Since it is a photodiode, it is easy to generate photocharges, and a circuit can be configured using a simple light receiving element.

【0142】この発明の請求項17の受光素子回路は、
請求項16において、pnフォトダイオードがp型基板
に形成されたn型層を備えた或はn型基板に形成された
p型層を備えたものであるので、制御回路部のnMOS
またはpMOSトランジスタと同一の工程で作成でき、
製造工程が簡略化できる。
The light receiving element circuit according to claim 17 of the present invention is
The nMOS of the control circuit unit according to claim 16, wherein the pn photodiode has an n-type layer formed on a p-type substrate or has a p-type layer formed on an n-type substrate.
Or it can be created in the same process as pMOS transistor,
The manufacturing process can be simplified.

【0143】この発明の請求項18の受光素子回路は、
請求項17において、pnフォトダイオードのn型層ま
たはp型層にpnフォトダイオードのリセット用のスイ
ッチングトランジスタを接続したので、pnフォトダイ
オードの光蓄積時間の制御が可能となり、受光素子回路
の性能が向上する。
The light receiving element circuit according to claim 18 of the present invention is
In claim 17, since the switching transistor for resetting the pn photodiode is connected to the n-type layer or the p-type layer of the pn photodiode, the light storage time of the pn photodiode can be controlled, and the performance of the light receiving element circuit can be improved. improves.

【0144】この発明の請求項19の受光素子回路は、
請求項16乃至18のいずれかにおいて、受光素子と制
御回路とを形成する基板のドーピング濃度を1×1013cm
-3より高く1×1016cm-3より低くしたので、基板のドー
ピング濃度が充分に低く、基板バイアス効果が無視でき
るため、制御回路の非反転・反転出力回路の電気的な等
価性を維持することができる。さらに、基板のドーピン
グ濃度低いため、感度が向上し、受光素子回路としての
性能も向上する。
The light receiving element circuit according to claim 19 of the present invention is
The doping concentration of the substrate forming the light receiving element and the control circuit is set to 1 × 10 13 cm according to any one of claims 16 to 18.
Since it is higher than -3 and lower than 1 × 10 16 cm -3 , the doping concentration of the substrate is sufficiently low and the substrate bias effect can be ignored, so the electrical equivalence of the non-inverting and inverting output circuits of the control circuit is maintained. can do. Further, since the doping concentration of the substrate is low, the sensitivity is improved and the performance as a light receiving element circuit is also improved.

【0145】この発明の請求項20の受光素子回路は、
請求項19において、受光素子と制御回路とを形成する
基板がp型基板であり、該p型基板内の受光素子形成部
分が、ドーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のp型層と
その中に前記p型層のドーピング濃度よりも高い濃度で
ドーピングされたn型層とを備えた受光素子であるこ
と、あるいは受光素子と制御回路とを形成する基板がn
型基板であり、該n型基板内の受光素子形成部分が、ド
ーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のn型層とその中に
前記n型層のドーピング濃度よりも高い濃度でドーピン
グされたp型層とを備えた受光素子であるので、基板濃
度が低い場合でも、pn接合部で空乏層が広がる部分の
濃度が充分に高くなるため、pn接合容量を大きくする
ことができ、受光素子回路としての性能が向上する。
The light receiving element circuit according to claim 20 of the present invention is
20. The substrate for forming the light receiving element and the control circuit according to claim 19, wherein the light receiving element forming portion in the p type substrate is a p type layer having a doping concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more. It is a light-receiving element provided with an n-type layer doped at a concentration higher than the doping concentration of the p-type layer therein, or the substrate forming the light-receiving element and the control circuit is n-type.
The n-type substrate having a doping concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more and a higher concentration than that of the n-type layer. Since the light receiving element includes the p-type layer, the concentration of the portion where the depletion layer spreads in the pn junction is sufficiently high even when the substrate concentration is low, so that the pn junction capacitance can be increased. The performance as an element circuit is improved.

【0146】この発明の請求項21の受光素子回路は、
請求項1乃至20のいずれかにおいて、受光素子と制御
回路との間に受光素子からの出力を蓄積するコンデンサ
を並列に接続したので、コンデンサにおいても光電荷を
蓄積できるので、基板濃度が低くてpn接合容量が小さい
場合でも、コンデンサを含めた受光素子部分での蓄積容
量を大きくすることができ、受光素子回路としての性能
が向上する。
The light receiving element circuit according to claim 21 of the present invention is
The capacitor for accumulating the output from the light receiving element is connected in parallel between the light receiving element and the control circuit according to any one of claims 1 to 20, so that the photoelectric charge can also be stored in the capacitor, so that the substrate concentration is low. Even if the pn junction capacitance is small, the storage capacitance in the light receiving element portion including the capacitor can be increased, and the performance of the light receiving element circuit is improved.

【0147】この発明の請求項22の受光素子回路は、
請求項1乃至21のいずれかにおいて、トランジスタ回
路を構成する部分に、金属膜を備えたので、金属膜によ
って光や電磁波がトランジスタ回路に入射するのを防ぐ
ので、ノイズや回路の誤動作を避けることができ、受光
素子回路としての信頼性が向上する。
The light receiving element circuit according to claim 22 of the present invention is
In any one of Claims 1 to 21, since a metal film is provided in a portion forming the transistor circuit, light and electromagnetic waves are prevented from entering the transistor circuit by the metal film, so that noise and malfunction of the circuit are avoided. Therefore, the reliability of the light receiving element circuit is improved.

【0148】この発明の請求項23の受光素子回路アレ
イは、請求項1乃至22のいずれかに記載の受光素子回
路を、一次元または二次元のアレイ状に配置して構成し
たので、一次元または二次元の光パターンを同時に並列
に受光し、所望の画像処理が可能となり、高機能な受光
素子回路アレイを提供できる。
A light receiving element circuit array according to a twenty-third aspect of the present invention is one-dimensional because the light receiving element circuits according to any one of the first to twenty-second aspects are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array. Alternatively, two-dimensional light patterns can be simultaneously received in parallel, desired image processing can be performed, and a highly functional light receiving element circuit array can be provided.

【0149】この発明の請求項24の受光素子回路アレ
イは、請求項23において、アレイ状に配置した複数の
受光素子回路の水平方向の一つのライン上に並ぶ受光素
子回路のスイッチ用端子を共通にし、垂直方向の一つの
ライン上に並ぶ受光素子回路の出力端子を共通にしたの
で、一次元または二次元の光パターンを同時に、並列
に、かつ画素間演算を行いながら取り出すことができ、
高機能な受光素子回路アレイを提供できる。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the light-receiving element circuit array according to the twenty-third aspect, the switch terminals of the light-receiving element circuits arranged on one horizontal line of the plurality of light-receiving element circuits arranged in an array are common. Since the output terminals of the light receiving element circuits arranged on one line in the vertical direction are made common, one-dimensional or two-dimensional light patterns can be simultaneously extracted in parallel and while performing pixel-to-pixel calculation.
A highly functional light receiving element circuit array can be provided.

【0150】この発明の請求項25の受光素子回路アレ
イは、請求項23または24において、受光素子回路内
の接地ラインに、基板コンタクトを受光素子回路毎に設
けたので、受光素子で過剰な光電荷が発生した場合で
も、コンタクト部から接地のラインに電荷が逃げるた
め、周囲の画素に回り込んでノイズ等の原因となるのを
防ぐ。さらに受光素子からの光電荷があふれた場合に周
囲の画素に回り込んでノイズ等の原因となるのを防ぎ、
高機能な受光素子回路アレイを提供できる。
According to the twenty-fifth aspect of the present invention, in the light-receiving element circuit array according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, since the substrate contact is provided for each light-receiving element circuit on the ground line in the light-receiving element circuit, excess light is received by the light-receiving element. Even if electric charge is generated, the electric charge escapes from the contact portion to the ground line, so that it is possible to prevent the electric current from flowing into surrounding pixels and causing noise or the like. Furthermore, when the photocharge from the light receiving element overflows, it will prevent it from flowing into surrounding pixels and causing noise etc.
A highly functional light receiving element circuit array can be provided.

【0151】この発明の請求項26の受光素子回路の構
成方法は、受光素子と、受光素子の電位を電流に変換し
て得た信号の大きさと極性を制御して外部へと出力する
制御回路とを基板上に備えた受光素子回路であって、前
記制御回路が受光素子の電位によって電源電圧端子から
出力端子へ流れ込む電流値を制御するMOSトランジス
タから構成される回路(非反転出力回路)と、受光素子
からの電位によって出力端子から接地端子へ流れ出る電
流値を制御するMOSトランジスタから構成される回路
(反転出力回路)とを備えた受光素子回路を構成する方
法において、前記非反転出力回路を選択して外部へ出力
する信号即ち出力端子へ流れ込む電流の大きさを計測ま
たは計算する第1のステップと、前記反転出力回路を選
択して外部へ出力する信号即ち出力端子から流れ出る電
流の大きさを計測または計算する第2のステップと、第
1及び第2のステップの結果を比較する第3のステップ
と、前記同じ受光素子電位に対して前記非反転出力回路
と反転出力回路からの出力信号の大きさが同じになるよ
うに、制御回路を構成するMOSトランジスタの利得係
数及び閾値電圧、出力端子の電位及び、電源電圧の電位
のうち少なくとも1つを制御する第4のステップとを備
えたので、非反転・反転出力回路の出力は制御回路を構
成するMOSトランジスタの利得係数及び閾値電圧、出
力端子の電位及び、電源電圧の電位のそれぞれの回路の
MOSトランジスタの利得係数の関数で記述することが
できるため、このうち少なくとも1つを制御することに
より、非反転・反転出力回路の出力の絶対値を等しくす
るような設計が容易になり、後段での画像処理精度が向
上するような所望の出力を有する受光素子回路を提供で
きる。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided a method of configuring a light-receiving element circuit, comprising: a light-receiving element; and a control circuit for controlling the magnitude and polarity of a signal obtained by converting the potential of the light-receiving element into a current and outputting the signal to the outside. A non-inverting output circuit, wherein the control circuit includes a MOS transistor for controlling the current value flowing from the power supply voltage terminal to the output terminal according to the potential of the light receiving element. And a circuit (inversion output circuit) including a MOS transistor for controlling a current value flowing from an output terminal to a ground terminal according to a potential from the light reception element, the non-inversion output circuit comprising: A first step of measuring or calculating the signal to be selected and output to the outside, that is, the magnitude of the current flowing into the output terminal, and the inverting output circuit being selected and output to the outside A second step of measuring or calculating the magnitude of the current flowing out from the output terminal, that is, the magnitude of the current flowing out of the output terminal, a third step of comparing the results of the first and second steps, and At least one of the gain coefficient and threshold voltage of the MOS transistor forming the control circuit, the potential of the output terminal, and the potential of the power supply voltage so that the magnitudes of the output signals from the inverting output circuit and the inverting output circuit are the same. And a fourth step of controlling the output voltage of the non-inverting / inverting output circuit, the output of the non-inverting / inverting output circuit is the gain coefficient and threshold voltage of the MOS transistor constituting the control circuit, the potential of the output terminal, and the potential of the power supply voltage. Since it can be described by a function of the gain coefficient of the MOS transistor, the output of the non-inverting / inverting output circuit can be controlled by controlling at least one of them. Designed so as to equal the absolute value is facilitated, it can be provided a light receiving element circuit having a desired output, such as to improve the image processing accuracy at the subsequent stage.

【0152】この発明の請求項27の受光素子回路の構
成方法は、請求項26において、第4のステップにおい
て制御回路を構成するMOSトランジスタの利得係数が
制御されることが選択され設定された場合、第4のステ
ップの後に、設定されたMOSトランジスタの利得係数
をそれぞれのMOSトランジスタのゲート幅/ゲート長
比で制御する第5のステップを備えたので、MOSトラ
ンジスタの利得係数をトランジスタのゲート幅/ゲート
長比で制御したので、簡便にMOSトランジスタの利得
係数を制御でき、所望の出力を有する受光素子回路を提
供できる。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the twenty-sixth aspect of the present invention, in the twenty-sixth aspect, when it is selected and set that the gain coefficient of the MOS transistor constituting the control circuit is controlled in the fourth step. After the fourth step, a fifth step of controlling the set gain coefficient of the MOS transistor by the gate width / gate length ratio of each MOS transistor is provided, so that the gain coefficient of the MOS transistor is changed to the gate width of the transistor. Since it is controlled by the / gate length ratio, the gain coefficient of the MOS transistor can be easily controlled, and a light receiving element circuit having a desired output can be provided.

【0153】この発明の請求項28の受光素子回路の構
成方法は、請求項27において、第5のステップにおい
て、設定するトランジスタ間のゲート幅/ゲート長比の
比を該トランジスタ間の電流駆動能力の比に対する利得
係数の比となるようにMOSトランジスタの利得係数を
設定したので、閾値電圧が異なることあるいは基板バイ
アス効果によって閾値電圧が変動することによるMOS
トランジスタ間の電流駆動能力の違いを補うことがで
き、設計通りの所望の出力を有する受光素子回路を提供
できる。従って、後段での画像処理精度が向上する。
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the method of constructing a light-receiving element circuit according to the twenty-seventh aspect, in the fifth step, the ratio of the gate width / gate length ratio between the transistors to be set is set to the current driving capability between the transistors. Since the gain coefficient of the MOS transistor is set so as to be the ratio of the gain coefficient to the ratio of the
A difference in current driving capability between transistors can be compensated for, and a light receiving element circuit having a desired output as designed can be provided. Therefore, the image processing accuracy in the subsequent stage is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例1による受光素子回路の構成
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a light receiving element circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1による受光素子回路の構成
図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a light receiving element circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例2による受光素子回路の構成
方法を説明するための回路の一部展開図である。
FIG. 3 is a partial development view of a circuit for explaining a method of configuring a light receiving element circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例3による受光素子回路の構成
図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a light receiving element circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例3による受光素子回路からの
信号の出力特性の一例を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing an example of output characteristics of signals from the light receiving element circuit according to the third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施例3による受光素子回路からの
信号の出力特性の一例を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing an example of signal output characteristics from a light receiving element circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例4による受光素子回路の構成
図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a light receiving element circuit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施例6による受光素子回路の構造
を示す一部断面図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the structure of a light receiving element circuit according to Example 6 of the invention.

【図9】 本発明の実施例7による受光素子回路の構造
を示す一部断面図である。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the structure of a light receiving element circuit according to Example 7 of the invention.

【図10】 本発明の実施例8による受光素子回路の構
造を示す一部断面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing the structure of a light receiving element circuit according to Example 8 of the invention.

【図11】 本発明の実施例8による別の受光素子回路
の構造を示す一部断面図である。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the structure of another light receiving element circuit according to embodiment 8 of the present invention.

【図12】 本発明の実施例9による受光素子回路アレ
イを示す回路構成図である。
FIG. 12 is a circuit configuration diagram showing a light receiving element circuit array according to a ninth embodiment of the present invention.

【図13】 図9中の各受光素子回路(画素)を構成す
る回路の詳細な一例を示した回路構成図である。
FIG. 13 is a circuit configuration diagram showing a detailed example of a circuit forming each light receiving element circuit (pixel) in FIG. 9.

【図14】 従来の受光素子回路を示す回路構成図であ
る。
FIG. 14 is a circuit configuration diagram showing a conventional light receiving element circuit.

【図15】 従来の受光素子回路からの信号の出力特性
を説明するためのMOSトランジスタからの出力特性を
示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing an output characteristic from a MOS transistor for explaining an output characteristic of a signal from a conventional light receiving element circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バイアス端子、 2 リセットスイッチ、 3
受光素子、4 接地、 5 出力端子、 6 電源
電圧、7 電源電圧端子から出力端子へ流れ込む電流値
を制御するMOSトランジスタ回路(非反転出力回路) 8 出力端子から接地端子へ流れ出る電流値を制御する
MOSトランジスタ回路(反転出力回路) 9、9a、9b 受光素子電位によって電流値を制御す
るMOSトランジスタ 10、10a、10b 回路選択用スイッチングトランジス
タ 11 非反転出力回路の、高電位側にあるMOSトランジ
スタ 12 非反転出力回路の、低電位側にあるMOSトランジ
スタ 13 反転出力回路の、高電位側にあるMOSトランジス
タ 14 反転出力回路の、低電位側にあるMOSトランジス
タ 15 受光素子電位によって電流値を制御するMOSトラ
ンジスタ 16 非反転出力回路の選択スイッチ用MOSトランジス
タ 17 受光素子電位によって電流値を制御するMOSトラ
ンジスタ 18 反転出力回路の選択スイッチ用MOSトランジスタ 19 ダイオード接続のMOSトランジスタ 20 p-基板、 21 基板コンタクトを取るためのp+
層、22 シールド用の金属膜、 23 MOSキャパシ
タンスによるコンデンサ、24 p-基板内に作り込まれ
たドーピング濃度が1×1015cm-3以上のp型層、25、25
a、25b、25c、25d、25e、25f、25g 1受光素子回路
(1画素)、26 制御回路、 27 出力回路、 28 ト
ランジスタ2のゲート電圧Vr、29 トランジスタ18の
ゲート電圧Vn、30 トランジスタ16のゲート電圧Vp、
31 出力端子5からの出力OUT 101 バイアス端子、 102 リセットスイッチ、
103 受光素子、104 トライステートスイッチ、
105 非反転出力用pMOSトランジスタ、106 反転
出力用nMOSトランジスタ、 107 出力端子、10
8 接地、 109 電源電圧
1 bias terminal, 2 reset switch, 3
Light receiving element, 4 ground, 5 output terminals, 6 power supply voltage, 7 MOS transistor circuit that controls the current value flowing from the power supply voltage terminal to the output terminal (non-inverting output circuit) 8 Controls the current value flowing from the output terminal to the ground terminal MOS transistor circuit (inverting output circuit) 9, 9a, 9b MOS transistor 10, 10a, 10b for controlling current value by light receiving element potential Circuit switching transistor 11 Non-inverting output circuit high-side MOS transistor 12 Non MOS transistor 13 on the low potential side of the inverting output circuit 13 MOS transistor on the high potential side of the inverting output circuit 14 MOS transistor on the low potential side of the inverting output circuit 15 MOS transistor whose current value is controlled by the light receiving element potential 16 Non-inverting output circuit selection switch MOS transistor 17 Photodetector MOS transistor for controlling current value by potential 18 MOS transistor for selection switch of inverting output circuit 19 MOS transistor with diode connection 20 p- substrate, 21 p + for making substrate contact
Layer, 22 shield metal film, 23 capacitor with MOS capacitance, 24 p-p-type layer with doping concentration of 1 × 10 15 cm -3 or more built in the substrate, 25, 25
a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f, 25g 1 light receiving element circuit (1 pixel), 26 control circuit, 27 output circuit, 28 gate voltage Vr of transistor 2, 29 gate voltage Vn of transistor 18, 30 transistor 16 Gate voltage Vp,
31 Output from output terminal 5 OUT 101 Bias terminal, 102 Reset switch,
103 photo detector, 104 tri-state switch,
105 pMOS transistor for non-inverting output, 106 nMOS transistor for inverting output, 107 output terminal, 10
8 ground, 109 power supply voltage

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 受光素子と、受光素子の電位を電流に変
換して得た信号の大きさと極性を制御して外部へと出力
する制御回路とを基板上に備えた受光素子回路におい
て、制御回路が、受光素子の電位によって電源電圧端子
から出力端子へ流れ込む電流値を制御するMOSトラン
ジスタから構成される回路(非反転出力回路)と、受光
素子の電位によって出力端子から接地端子へ流れ出る電
流値を制御するMOSトランジスタから構成される回路
(反転出力回路)とを備えた受光素子回路であって、該
受光素子回路を構成するMOSトランジスタの利得係数
と閾値電圧、出力端子の電位及び電源電圧の電位のうち
少なくとも1つが前記非反転出力回路と反転出力回路か
らの出力信号の大きさが同じ受光素子電位に対して等し
くなるように特定された値を有することを特徴とする受
光素子回路。
1. A light-receiving element circuit comprising: a light-receiving element; and a control circuit for converting the potential of the light-receiving element into a current and controlling the magnitude and polarity of a signal obtained and outputting the signal to the outside. The circuit consists of a MOS transistor (non-inverting output circuit) that controls the current value that flows from the power supply voltage terminal to the output terminal according to the potential of the light receiving element, and the current value that flows from the output terminal to the ground terminal depending on the potential of the light receiving element. And a threshold voltage, a potential of an output terminal, and a power supply voltage of a MOS transistor forming the light receiving element circuit. At least one of the potentials is specified so that the magnitudes of the output signals from the non-inverting output circuit and the inverting output circuit are equal to the same light receiving element potential. A light-receiving element circuit having different values.
【請求項2】 MOSトランジスタが該トランジスタの
ゲート幅とゲート長との比によって制御され特定された
利得係数を有することを特徴とする請求項1に記載の受
光素子回路。
2. The light-receiving element circuit according to claim 1, wherein the MOS transistor has a gain coefficient specified and controlled by a ratio of a gate width and a gate length of the transistor.
【請求項3】 受光素子の電位によって電流値を制御す
るMOSトランジスタを備えた回路がnMOSあるいは
pMOSのトランジスタを備えたことを特徴とする請求
項1または2に記載の受光素子回路。
3. The light receiving element circuit according to claim 1, wherein the circuit including the MOS transistor for controlling the current value according to the potential of the light receiving element includes an nMOS or pMOS transistor.
【請求項4】 非反転出力回路及び反転出力回路に、そ
れぞれの回路を選択するためのスイッチングトランジス
タを備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
1項に記載の受光素子回路。
4. The light-receiving element circuit according to claim 1, wherein the non-inverting output circuit and the inverting output circuit each include a switching transistor for selecting each circuit.
【請求項5】 非反転出力回路及び反転出力回路が、受
光素子の電位によって電流値を制御するMOSトランジ
スタとそれぞれの回路を選択するためのスイッチングト
ランジスタとが直列に接続された回路から構成されるこ
とを特徴とする請求項4に記載の受光素子回路。
5. The non-inverting output circuit and the inverting output circuit are composed of a circuit in which a MOS transistor for controlling a current value according to the potential of a light receiving element and a switching transistor for selecting each circuit are connected in series. The light-receiving element circuit according to claim 4, wherein.
【請求項6】 非反転出力回路及び反転出力回路に備え
た受光素子の電位によって電流値を制御するMOSトラ
ンジスタ閾値電圧の差を、出力端子の電位としたことを
特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の受光
素子回路。
6. The potential of the output terminal is defined by the difference between the threshold voltages of the MOS transistors for controlling the current value by the potentials of the light receiving elements provided in the non-inverting output circuit and the inverting output circuit. The light-receiving element circuit described in any one of 1.
【請求項7】 電源電圧端子の電位が出力端子の電位の
2倍であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか
1項に記載の受光素子回路。
7. The light receiving element circuit according to claim 1, wherein the potential of the power supply voltage terminal is twice the potential of the output terminal.
【請求項8】 非反転出力回路及び反転出力回路におい
て、受光素子の電位によって電流値を制御するMOSト
ランジスタとそれぞれの回路を選択するためのスイッチ
ングトランジスタとの配置が電位的に相対的に等しく配
置されることを特徴とする請求項7に記載の受光素子回
路。
8. In a non-inverting output circuit and an inverting output circuit, a MOS transistor that controls a current value according to the potential of a light receiving element and a switching transistor for selecting each circuit are arranged relatively equipotentially. The light receiving element circuit according to claim 7, wherein
【請求項9】 非反転出力回路及び反転出力回路におい
て、それぞれの回路を選択するためのスイッチングトラ
ンジスタが前記両回路に備えた受光素子の電位によって
電流値を制御するMOSトランジスタよりもそれぞれ低
電位側に配置したことを特徴とする請求項8に記載の受
光素子回路。
9. In the non-inverting output circuit and the inverting output circuit, a switching transistor for selecting each circuit is on a lower potential side than a MOS transistor for controlling a current value by a potential of a light receiving element provided in both circuits. 9. The light-receiving element circuit according to claim 8, wherein the light-receiving element circuit is arranged in.
【請求項10】 非反転出力回路及び反転出力回路に備
えた、受光素子の電位によって電流値を制御するMOS
トランジスタ及び、それぞれの回路を選択するためのス
イッチングトランジスタが非反転出力回路及び反転出力
回路の間でそれぞれ等しい利得係数を有することを特徴
とする請求項7乃至と9のいずれか1項に記載の受光素
子回路。
10. A MOS for controlling a current value according to the potential of a light receiving element, which is provided in a non-inverting output circuit and an inverting output circuit.
10. The transistor and the switching transistor for selecting the respective circuits have equal gain coefficients between the non-inverting output circuit and the inverting output circuit, respectively. Light receiving element circuit.
【請求項11】 非反転出力回路において、電源電圧端
子と受光素子の電位によって電流値を制御するMOSト
ランジスタとの間にダイオード接続したトランジスタを
直列に配置したことを特徴とする請求項1乃至5のいず
れか1項に記載の受光素子回路。
11. The non-inverting output circuit according to claim 1, wherein a diode-connected transistor is arranged in series between the power supply voltage terminal and a MOS transistor whose current value is controlled by the potential of the light receiving element. The light-receiving element circuit described in any one of 1.
【請求項12】 反転回路において、該反転回路を選択
するためのスイッチングトランジスタを受光素子の電位
によって電流値を制御するMOSトランジスタより高電
位側に配置したことを特徴とする請求項11に記載の受
光素子回路。
12. The inverting circuit according to claim 11, wherein a switching transistor for selecting the inverting circuit is arranged on a higher potential side than a MOS transistor which controls a current value by a potential of a light receiving element. Light receiving element circuit.
【請求項13】 ダイオード接続したトランジスタの閾
値電圧が、反転回路に備えた受光素子の電位によって電
流値を制御するMOSトランジスタの閾値電圧あるい
は、非反転回路に備えた受光素子の電位によって電流値
を制御するMOSトランジスタの閾値電圧のいずれかに
一致することを特徴とする請求項11または12に記載
の受光素子回路。
13. A threshold voltage of a diode-connected transistor is a threshold voltage of a MOS transistor that controls a current value by a potential of a light receiving element included in an inverting circuit, or a current value is determined by a potential of a light receiving element included in a non-inverting circuit. 13. The light-receiving element circuit according to claim 11, wherein the light-receiving element circuit is matched with any one of threshold voltages of MOS transistors to be controlled.
【請求項14】 ダイオード接続したトランジスタ及び
非反転回路選択用スイッチングトランジスタの利得係数
が受光素子回路を構成する他のいずれのトランジスタの
利得係数よりも大きいことを特徴とする請求項11乃至
13のいずれか1項に記載の受光素子回路。
14. The diode-connected transistor and the non-inverting circuit selecting switching transistor have a gain coefficient larger than that of any other transistor forming the light-receiving element circuit. 2. The light-receiving element circuit according to item 1.
【請求項15】 受光素子回路を構成するトランジスタ
が、各トランジスタ間の電流駆動能力の比に対する利得
係数比の値が各トランジスタ間のゲート幅とゲート長と
の比の比となる関係を有するトランジスタであることを
特徴とする請求項13または14に記載の受光素子回
路。
15. A transistor constituting a light receiving element circuit, wherein a value of a gain coefficient ratio with respect to a ratio of current driving capability between the respective transistors has a relation of a ratio of a gate width and a gate length between the respective transistors. 15. The light-receiving element circuit according to claim 13, wherein
【請求項16】 受光素子がpnフォトダイオードであ
ることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に
記載の受光素子回路。
16. The light-receiving element circuit according to claim 1, wherein the light-receiving element is a pn photodiode.
【請求項17】 pnフォトダイオードがp型基板に形
成されたn型層を備えた或はn型基板に形成されたp型
層を備えたものであることを特徴とする請求項16に記
載の受光素子回路。
17. The pn photodiode has an n-type layer formed on a p-type substrate or has a p-type layer formed on an n-type substrate. Light-receiving element circuit.
【請求項18】 pnフォトダイオードのn型層または
p型層にpnフォトダイオードのリセット用のスイッチ
ングトランジスタを接続したことを特徴とする請求項1
7に記載の受光素子回路。
18. A switching transistor for resetting the pn photodiode is connected to the n-type layer or the p-type layer of the pn photodiode.
7. The light receiving element circuit described in 7.
【請求項19】 受光素子と制御回路とを形成する基板
のドーピング濃度が1×1013cm-3より高く1×1016cm-3
より低いことを特徴とする請求項16乃至18のいずれ
か1項に記載の受光素子回路。
19. The doping concentration of the substrate forming the light receiving element and the control circuit is higher than 1 × 10 13 cm -3 and 1 × 10 16 cm -3.
19. The light-receiving element circuit according to claim 16, which is lower.
【請求項20】 受光素子と制御回路とを形成する基板
がp型基板であり、該p型基板内の受光素子形成部分が
ドーピング濃度が 1×1015cm-3 以上のp型層とその中
に前記p型層のドーピング濃度よりも高い濃度でドーピ
ングされたn型層とを備えた受光素子であること、ある
いは受光素子と制御回路とを形成する基板がn型基板で
あり、該n型基板内の受光素子形成部分がドーピング濃
度が 1×1015cm-3 以上のn型層とその中に前記n型層
のドーピング濃度よりも高い濃度でドーピングされたp
型層とを備えた受光素子であることを特徴とする請求項
19に記載の受光素子回路。
20. A substrate for forming a light receiving element and a control circuit is a p-type substrate, and the light receiving element forming portion in the p-type substrate has a p-type layer having a doping concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more and the p-type layer. A light-receiving element having an n-type layer doped at a concentration higher than the doping concentration of the p-type layer, or a substrate forming the light-receiving element and the control circuit is an n-type substrate; The light-receiving element forming portion in the mold substrate is an n-type layer having a doping concentration of 1 × 10 15 cm −3 or more and a p-type doped therein with a concentration higher than that of the n-type layer.
20. The light-receiving element circuit according to claim 19, which is a light-receiving element including a mold layer.
【請求項21】 受光素子と制御回路との間に受光素子
からの出力を蓄積するコンデンサを並列に接続したこと
を特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の
受光素子回路。
21. The light-receiving element circuit according to claim 1, further comprising a capacitor connected in parallel between the light-receiving element and the control circuit, the capacitor storing an output from the light-receiving element.
【請求項22】 トランジスタ回路を構成する部分に、
金属膜を備えたことを特徴とする請求項1乃至21のい
ずれか1項に記載の受光素子回路。
22. A portion forming a transistor circuit,
22. The light-receiving element circuit according to claim 1, further comprising a metal film.
【請求項23】 請求項1乃至22のいずれか1項に記
載の受光素子回路を、一次元または二次元のアレイ状に
配置したことを特徴とする受光素子回路アレイ。
23. A light-receiving element circuit array, wherein the light-receiving element circuits according to claim 1 are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array form.
【請求項24】 アレイ状に配置した複数の受光素子回
路の水平方向の一つのライン上に並ぶ受光素子回路のス
イッチ用端子を共通にし、垂直方向の一つのライン上に
並ぶ受光素子回路の出力端子を共通にしたことを特徴と
する請求項23に記載の受光素子回路アレイ。
24. An output of a light-receiving element circuit arranged on one line in the vertical direction with a common switch terminal of the light-receiving element circuits arranged on one horizontal line of a plurality of light-receiving element circuits arranged in an array. 24. The light receiving element circuit array according to claim 23, wherein the terminals are common.
【請求項25】 受光素子回路内の接地ラインに、受光
素子回路を形成する基板を接地するための基板コンタク
トを受光素子回路毎に設けたことを特徴とする請求項2
3または24に記載の受光素子回路アレイ。
25. A substrate contact for grounding a substrate forming a light receiving element circuit is provided on a ground line in the light receiving element circuit for each light receiving element circuit.
The light receiving element circuit array as described in 3 or 24.
【請求項26】 受光素子と、受光素子の電位を電流に
変換して得た信号の大きさと極性を制御して外部へと出
力する制御回路とを基板上に備えた受光素子回路であっ
て、前記制御回路が受光素子の電位によって電源電圧端
子から出力端子へ流れ込む電流値を制御するMOSトラ
ンジスタから構成される回路(非反転出力回路)と、受
光素子からの電位によって出力端子から接地端子へ流れ
出る電流値を制御するMOSトランジスタから構成され
る回路(反転出力回路)とを備えた受光素子回路を構成
する方法において、前記非反転出力回路を選択して外部
へ出力する信号即ち出力端子へ流れ込む電流の大きさを
計測または計算する第1のステップと、前記反転出力回
路を選択して外部へ出力する信号即ち出力端子から流れ
出る電流の大きさを計測または計算する第2のステップ
と、第1及び第2のステップの結果を比較する第3のス
テップと、前記同じ受光素子電位に対して前記非反転出
力回路と反転出力回路からの出力信号の大きさが同じに
なるように、制御回路を構成するMOSトランジスタの
利得係数及び閾値電圧、出力端子の電位及び、電源電圧
の電位のうち少なくとも1つを制御する第4のステップ
とを備えたことを特徴とする受光素子回路の構成方法。
26. A light receiving element circuit comprising a light receiving element and a control circuit for controlling the magnitude and polarity of a signal obtained by converting a potential of the light receiving element into a current and outputting the signal to the outside on a substrate. A circuit (non-inverted output circuit) in which the control circuit controls a current value flowing from the power supply voltage terminal to the output terminal according to the potential of the light receiving element, and an output terminal to the ground terminal depending on the potential from the light receiving element In a method of forming a light receiving element circuit including a circuit (inversion output circuit) formed of a MOS transistor for controlling a flowing out current value, a signal to be output to an outside, that is, an output terminal is selected by selecting the non-inversion output circuit. The first step of measuring or calculating the magnitude of the current and the signal output to the outside by selecting the inverting output circuit, that is, the magnitude of the current flowing from the output terminal are The second step of measuring or calculating, the third step of comparing the results of the first and second steps, and the output signals from the non-inverting output circuit and the inverting output circuit for the same light receiving element potential. A fourth step of controlling at least one of a gain coefficient and a threshold voltage of a MOS transistor constituting the control circuit, an output terminal potential, and a power supply voltage potential so as to have the same size. A method of configuring a light-receiving element circuit, comprising:
【請求項27】 第4のステップにおいて制御回路を構
成するMOSトランジスタの利得係数が制御されること
が選択され設定された場合、第4のステップの後に、設
定されたMOSトランジスタの利得係数をそれぞれのM
OSトランジスタのゲート幅とゲート長との比で制御す
る第5のステップを備えたことを特徴とする請求項26
に記載の受光素子回路の構成方法。
27. When the gain coefficient of the MOS transistor constituting the control circuit is selected and set in the fourth step, the gain coefficient of the set MOS transistor is respectively set after the fourth step. M
27. The fifth step of controlling by the ratio of the gate width and the gate length of the OS transistor.
A method of configuring the light receiving element circuit according to.
【請求項28】 第5のステップにおいて、設定するト
ランジスタ間のゲート幅とゲート長との比の比を該トラ
ンジスタ間の電流駆動能力の比に対する利得係数の比と
なるようにMOSトランジスタの利得係数を制御するこ
とを特徴とする請求項27に記載の受光素子回路の構成
方法。
28. In the fifth step, the gain coefficient of the MOS transistor is set such that the ratio of the ratio of the gate width and the gate length between the transistors to be set is the ratio of the gain coefficient to the ratio of the current driving capability between the transistors. 28. The method for configuring a light-receiving element circuit according to claim 27, further comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006303019A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Pentax Corp Imaging device
JP2017017155A (en) * 2015-06-30 2017-01-19 株式会社リコー Image sensor, imaging device and electronic equipment

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