200849984 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關根據入射光來輸出輸出電壓的光電變換 裝置。 【先前技術】 目前，傳真機、掃描器、數位影印機、X線攝影裝置 等的畫像讀取裝置爲使用光電變換裝置。光電變換裝置是 藉由單結晶矽晶片所製造，接觸型影像感測器（CIS : Contact Image Senser)爲人所知。 在此，說明有關以往的光電變換裝置。 光電變換裝置是具備：複數的發光二極體、從該發光 二極體讀出雜訊信號而保持的雜訊信號保持手段、及從該 發光二極體讀出光信號而保持的光信號保持手段。並且， 光電變換裝置具備：連接至各發光二極體，輸出雜訊信號 的雜訊信號共通輸出線、及連接至各發光二極體，輸出光 信號的光信號共通輸出線。而且，光電變換裝置具備··利 用雜訊信號共通輸出線之電容與光信號共通輸出線之電容 的電容分割來讀出來讀出藉由雜訊信號保持手段所保持的 雜訊信號及藉由光信號保持手段所保持的光信號之讀出手 段。又，光電變換裝置具備：設於雜訊信號共通輸出線與 光信號共通輸出線之間’藉由開啓來解消雜訊信號共通輸 出線與光信號共通輸出線的電壓失衡（unbalance)而以高 精度補正光信號用的開關（例如參照專利文獻1 )。 -5- 200849984 如此一來，即使隨著在單結晶矽晶片積體化，元件及 金屬配線高密度化，雜訊信號共通輸出線與光信號共通輸 出線的光罩佈局設計失衡，還是可解消雜訊信號共通輸出 線與光信號共通輸出線的電壓失衡，而以高精度補正光信 號。 〔專利文獻1〕特開平1 0 - 1 9 1 1 7 3號公報 【發明內容】 (發明所欲解決的課題） 但’爲了高精度補正光信號，而設於雜訊信號共通輸 出線與光信號共通輸出線之間的開關會開啓後關閉，然後 ，雜訊信號及光信號會分別被讀出至雜訊信號共通輸出線 及光信號共通輸出線，所以因開關動作的時間部份，讀出 雜訊信號及光信號的時間會變短。因此，光電變換裝置會 難以高速化。 本發明是有鑑於上述點而硏發者，提供一種可高精度 補正光信號，容易對應於高速化的光電變換裝置。 (用以解決課題的手段） 爲了解決上述課題，本發明之光電變換裝置，係根據 入射光來將輸出電壓輸出之光電變換裝置，其特徵係具備 複數的光電變換單元，其係具有：根據上述入射光來 輸出光信號之光信號輸出手段，連接至上述光信號輸出手 -6 - 200849984 段的輸出端子，將上述光信號輸出手段的輸出端子的電壓 復位成所定的初期電壓之復位手段，連接至上述光信號輸 出手段的輸出端子，放大上述光信號後輸出放大光信號， 放大上述初期電壓後輸出放大初期電壓之放大手段，連接 至上述放大手段的輸出端子，保持上述放大光信號之光信 號保持手段，及連接至上述放大手段的輸出端子，保持上 述放大初期電壓之初期電壓保持手段； 光信號共通輸出線，其係共通連接至全部的上述光電 變換單元，將來自各上述光電變換單元的各上述放大光信 號予以時間序列地輸出，具有第一寄生電容； 初期電壓共通輸出線，共通連接至全部的上述光電變 換單元，將來自各上述光電變換單元的各上述放大初期電 壓予以時間序列地輸出，具有第二寄生電容； 調整電容，其係連接至上述光信號共通輸出線或上述 初期電壓共通輸出線，具有和上述第一寄生電容與上述第 二寄生電容的差分電容値大致相等的電容値；及 減算放大器，其係從上述放大光信號減算上述放大初 期電壓。 〔發明的效果〕 在本發明中，由於具有和光信號共通輸出線之第一寄 生電容與初期電壓共通輸出線之第二寄生電容的差分電容 値大致相等的電容値之調整電容會被連接至光信號共通輸 出線或初期電壓共通輸出線，因此光信號共通輸出線之寄 -7- 200849984 生電容與初期電壓共通輸出線之寄生電容會形成相等。藉 此’可排除寄生電容對光信號的影響，高精度補正光信號 〇 並且，調整電容會被連接至光信號共通輸出線或初期 電壓共通輸出線，此調整電容是不根據信號來控制，不需 要調整電容的控制用時間，因此讀出光信號及初期電壓的 時間不會變短。藉此，光電變換裝置容易對應於高速化。 【實施方式】 以下參照圖面來詳細説明本發明的實施形態。 首先，說明有關根據入射光來將輸出電壓輸出之光電 變換裝置所搭載的光電變換單元的構成。圖1是表示光電 變換單元的電路圖。 光電變換單元3 0是具有：發光二極體1、復位開關2 、緩衝放大器3、開關14、開關1 5、電容1 2、電容1 3、 開關1 6及開關1 7。 復位開關2及緩衝放大器3是被連接至發光二極體1 的輸出端子。電容1 2是經由開關1 4來連接至緩衝放大器 3的輸出端子，電容1 3是經由開關1 5來連接至緩衝放大 器3的輸出端子。並且，電容1 2是經由開關1 6來連接至 光信號共通輸出線1 0，電容1 3是經由開關1 7來連接至初 期電壓共通輸出線1 1。 發光二極體1是根據入射光來產生光電荷，根據光電 荷來輸出光信號。復位開關2是將發光二極體1的輸出端 -8- 200849984 子的電壓復位成所定的初期電壓。緩衝放大器3是放大光 信號而輸出放大光信號，放大初期電壓而輸出放大初期電 壓。電容12是保持放大光信號，電容13是保持放大初期 電壓。 其次’說明有關光電變換裝置的前段部份的構成。圖 2是表示光電變換裝置的前段部份的電路圖。 光電變換裝置的前段部份是具有：複數的光電變換單 元3 0、光信號共通輸出線1 〇、初期電壓共通輸出線1 1、 開關18、開關19、電容群20、金屬配線20z、第一寄生 電容31及第二寄生電容32。 光信號共通輸出線1 0是被共通連接至所有的光電變 換單元3 0，具有第一寄生電容3 1。初期電壓共通輸出線 11是被共通連接至所有的光電變換單元30，具有第二寄 生電容。並且，光信號共通輸出線1 0是經由開關1 8來施 加電壓Vclampl。初期電壓共通輸出線1 1是經由開關19 來施加電壓Vc lamp 1。電容群20是被連接至光信號共通 輸出線1 〇或初期電壓共通輸出線1 1。 光信號共通輸出線1 0是時間序列地輸出來自各光電 變換單元3 0的各放大光信號，初期電壓共通輸出線1 1是 時間序列地輸出來自各光電變換單元3 0的各放大初期電 壓。電容群20是具有和第一寄生電容31與第二寄生電容 3 2的差分電容値大致相等的電容値。 其次，說明有關光電變換裝置的後段部份的構成。圖 3是表示光電變換裝置的後段部份的電路圖。 -9- 200849984 光電變換裝置的後段部份是具有：緩衝放大器22、緩 衝放大器23、減算放大器24、箝位電路25、緩衝放大器 2 6、取樣保持電路2 7、緩衝放大器2 8及傳輸閘2 9。 光信號共通輸出線1 0是經由緩衝放大器22來連接至 減算放大器2 4，初期電壓共通輸出線丨丨是經由緩衝放大 器23來連接至減算放大器24。減算放大器24的輸出端子 是被連接至箝位電路25，箝位電路25的輸出端子是被連 接至緩衝放大器26。緩衝放大器26的輸出端子是被連接 至取樣保持電路2 7，取樣保持電路2 7的輸出端子是被連 接至緩衝放大器2 8，緩衝放大器2 8的輸出端子是被連接 至傳輸閘29。 其次，說明有關光電變換單元3 0的動作。 根據信號Φ R來開啓復位開關2。如此一來，發光二 極體1的輸出端子的電壓Vdi是形成復位電壓Vreset。然 後，根據信號 Φ R來關閉復位開關2。如此一來，電壓 Vdi是形成對復位電壓Vre set加算發光二極體1的雜訊電 壓Voff之電壓（以下稱爲初期電壓）。復位開關2關閉 後，緊接著根據信號 Φ RIN來開啓開關1 5，初期電壓會 經由根據信號Φ SEL所控制的緩衝放大器3來形成放大初 期電壓VBITR，此放大初期電壓VBITR會被讀出至電容 13。放大初期電壓VBITR是從復位開關2關閉起到開關 1 5關閉爲止被讀出。 然後，發光二極體1會根據入射光來產生光電荷而保 持，根據光電荷的量來變動電壓 Vdi。如此一來，電壓 -10- 200849984
Vdi是形成對復位電壓Vre set加算發光二極體1的雜訊電 壓Voff及根據藉由發光二極體1所保持的光電荷的量的 電壓之電壓（以下稱爲光信號）。根據信號Φ SIN來開啓 開關1 4，光信號會經由緩衝放大器3來形成放大光信號 VBITS，此放大光信號VBITS會被讀出至電容12。放大光 信號VB ITS是從復位開關2關閉起到開關14關閉爲止被 讀出。 根據信號Φ SCH來同時開啓開關1 6及開關1 7，且一 旦所定的條件成立，則放大光信號 VBITS及初期電壓 VBITR會分別被讀出至光信號共通輸出線10及初期電壓 共通輸出線11。後段的電路會從放大光信號VBITS減算 初期電壓VBITR，藉此取出根據光電荷（根據入射光）的 輸出電壓。 上述放大初期電壓VBITR被讀出至電容13的動作及 放大光信號VBITS被讀出至電容12的動作是重複進行。 其次，說明有關光電變換裝置的前段部份的動作。 在此，各光電變換單元3 0是時間序列地依序輸出放 大光信號VBITS及放大初期電壓VBITR。 一旦信號 Φ SCH變高，信號φ clamp 1變低（以下稱 爲前半期間），則開關1 6及開關1 7會開啓，開關1 8及 開關1 9會關閉。藉此，被保持於電容1 2之來自所定的光 電變換單元30的放大光信號VBITS會根據電容12與第一 寄生電容3 1的分壓比，被讀出至光信號共通輸出線1 〇， 同時被保持於電容1 3之來自所定的光電變換單元3 〇的放 -11 - 200849984 大初期電壓VBITR會根據電容13與第二寄生電容32的 分壓比，被讀出至初期電壓共通輸出線1 1 ° 並且，一旦信號6SCH變高，信號</)clampl變高（ 以下稱爲後半期間），則開關1 6及開關1 7會開啓’開關 1 8及開關1 9也會開啓。藉此’光信號共通輸出線1 〇及初 期電壓共通輸出線11的電壓會被初期化成電壓VdamP1 的電壓。 光信號共通輸出線10具有第一寄生電容31，受到第 一寄生電容31的影響。並且，初期電壓共通輸出線11具 有第二寄生電容32，受到第二寄生電容32的影響。而且 ，光信號共通輸出線1 〇或初期電壓共通輸出線1 1具備具 有和第一寄生電容31與第二寄生電容32的差分電容値大 致相等的電容値之電容群20，受到電容群20的影響。因 此，電容對光信號共通輸出線1 〇的影響是與電容對初期 電壓共通輸出線1 1的影響相等。 在此，例如緩衝放大器3、緩衝放大器22及緩衝放大 器23的放大率是約1倍，減算放大器24的放大率是約4 倍，緩衝放大器26及緩衝放大器28的放大率是約2倍。 在放大光信號VBITS及放大初期電壓VBITR被大幅度放 大之前的階段，電容對光信號共通輸出線1 〇的影響是與 電容對初期電壓共通輸出線1 1的影響相等。 其次，說明有關光電變換裝置的後段部份的動作。 在此，各光電變換單元3 0是時間序列地依序輸出放 大光信號VBITS及放大初期電壓VBITR。 -12- 200849984 在前半期間，來自所定的光電變換單元3 0之放大光 信號VB ITS是經由緩衝放大器22來輸入至減算放大器24 ，來自所定的光電變換單元30之放大初期電壓VBITR亦 經由緩衝放大器23來輸入至減算放大器24。減算放大器 24是從放大光信號VBITS減算放大初期電壓VBITR，藉 此除去放大光信號VBITS的雜訊電壓Voff。減算放大器 24的前半期間的輸出信號是形成從放大光信號VBITS減 算放大初期電壓VBITR而增益倍後加算基準電壓VREF的 信號。. 並且，在後半期間，電壓Vclampl是經由緩衝放大器 22及緩衝放大器23來輸入至減算放大器24。因此，減算 放大器24的2個輸入端子不具有電壓差，所以減算放大 器24的後半期間的輸出信號是形成基準電壓VREF。 在此，於前半期間及後半期間，緩衝放大器22、緩衝 放大器23及減算放大器24的關閉設定會載於減算放大器 24的輸出信號。此減算放大器24的輸出信號是輸入至箝 位電路25。 在後半期間，根據往箝位電路 25的箝位脈衝 φ CLAMP，雖未圖示，但實際被施加基準電壓VREF的端 子會經由開關電路來連接至箝位電路25的輸出端子。藉 此’箝位電路25的後半期間的輸出信號會箝位於基準電 壓 VREF。 並且’在前半期間，根據箝位脈衝 φ CLAMP，雖未 圖示，但實際被施加基準電壓VREF的端子會被連接至箝 -13- 200849984 位電路2 5的輸出端子。因此，在箝位電路2 5的輸入端子 與輸出端子之間設有電容，箝位電路2 5的前半期間的輸 出信號是形成從輸入端子的減算放大器24的前半期間的 輸出信號減算被箝位於輸出端子的基準電壓VREF的箝位 電路2 5的1期間前的後半期間的輸出信號’加算基準電 壓VREF的信號。因此，箝位電路25的前半期間的輸出 信號是形成從放大光信號 VBITS減算放大初期電壓 VBITR而增益倍後力□算基準電壓VREF的信號。另外，緩 衝放大器22、緩衝放大器23及減算放大器24的關閉設定 不會載於該箝位電路25的前半期間的輸出信號。 箝位電路25的輸出信號是輸入至緩衝放大器26。緩 衝放大器26的輸出信號是輸入至取樣保持電路27。 在前半期間，取樣保持電路27是根據往取樣保持電 路27的取樣保持脈衝φ SH，取樣根據箝位電路25的前 半期間的輸出信號之緩衝放大器26的輸出信號。 並且，在後半期間，取樣保持電路27是根據取樣保 持脈衝Φ SH，保持所被取樣的信號，取樣保持電路27 .的 輸出信號會被長期間維持。 取樣保持電路27的輸出信號是輸入至緩衝放大器28 。緩衝放大器 28的輸出信號是輸入至傳輸閘（ transmission gate) 29。傳輸鬧29是輸出根據光電荷（根 據入射光）的輸出電壓VOUT。 如此一來，具有和光信號共通輸出線1 〇之第一寄生 電容31與初期電壓共通輸出線11之第二寄生電容32的 •14- 200849984 差分電容値大致相等的電容値之電容群20會被連接至光 信號共通輸出線1 〇或初期電壓共通輸出線1 1，因此光信 號共通輸出線1 〇之寄生電容與初期電壓共通輸出線1 1之 寄生電容會形成相等。藉此，可排除寄生電容對光信號造 成的影響，高精度補正光信號。 並且，電容群20會被連接至光信號共通輸出線10或 初期電壓共通輸出線1 1，此電容群20是不根據信號來控 制，不需要電容群20控制用的時間，因此讀出光信號及 初期電壓的時間不會變短。藉此，光電變換裝置容易對應 於高速化。 而且，即使發光二極體1的數量増減或光電變換單元 3 〇的數量増減，還是會根據當時的狀態，光信號共通輸出 線1 〇之寄生電容與初期電壓共通輸出線11之寄生電容形 成相等。因此，無關於發光二極體1的數量及光電變換單 元3 0的數量，可排除寄生電容對光信號的影響，高精度 補正光信號。 其次，說明有關電容群20。圖4是表示第一電容群。 電容群20是如圖4所示，具有複數的電容20a及複 數的金屬配線20b。可準備複數同電容値的電容20a，或 準備複數不同電容値的電容20a。在各電容中，電容20a 是經由所對應的金屬配線20b來連接至光信號共通輸出線 1 〇或初期電壓共通輸出線1 1。 如此一來，爲了製造半導體裝置而變更所使用的光罩 ，變更金屬配線2 Ob，藉此變更連接至光信號共通輸出線 -15- 200849984 1 〇或初期電壓共通輸出線1 1的電容20c的數量’調整電 容群20的電容値。因此，容易實現和第一寄生電容31與 第二寄生電容32的差分電容値大致相等的電容値。 其次，說明有關與上述不同的電谷群2〇°圖5是表不 第二電容群。 電容群20，如圖5所示，具有複數的電容20c及複數 的開關20d。可準備複數同電容値的電容20c，或準備複 數不同電容値的電容2〇c。在各電容中，電容20c是經由 對應的開關2 0d，連接至光信號共通輸出線1 0或初期電壓 共通輸出線1 1。 如此一來，藉由控制開關20d的開啓關閉，變更連接 至光信號共通輸出線1 〇或初期電壓共通輸出線1 1的電容 2 0a的數量，調整電容群20的電容値。因此，容易實現和 第一寄生電容31與第二寄生電容32的差分電容値大致相 等的電容値。 另外，此電壓Vclampl通常是緩衝放大器22及緩衝 放大器2 3的電源電壓。 又，圖2中’電谷群20是被連接至初期電壓共通輸 出線1 1，但亦可連接至光fe號共通輸出線1 0。此時，電 容群20是被連接至光信號共通輸出線1〇及初期電壓共通 輸出線1 1之中寄生電容小的一方。 又，圖4中是所有的電容20a會被連接至光信號共通 輸出線1 〇或初期電壓共通輸出線1 1，但亦可爲一部份的 電容20a連接。此時’以電容群20的電容値能夠形成和 -16- 200849984 3 2的差分電容値大致相 ，但亦可使用發光電晶 第一寄生電容31與第二寄生電容 等的電容値之方式連接。 又，圖1中是使用發光二極1 體。 【圖式簡單說明】 路圖。 段部份的電路圖。 段部份的電路圖。 圖1是表示光電變換單元的電 圖2是表示光電變換裝置的前 圖3是表示光電變換裝置的後 圖4是表示第一電容群。 圖5是表示第二電容群。 【主要元件符號說明】 1 〇 :光信號共通輸出線 1 1 :初期電壓共通輸出線 1 8、1 9 :開關 2 0 :電容群 3 〇 :光電變換單元 3 1 :第一寄生電容 32 :第二寄生電容