JPS5845828B2 - Hand-made construction work - Google Patents
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- JPS5845828B2 JPS5845828B2 JP50069796A JP6979675A JPS5845828B2 JP S5845828 B2 JPS5845828 B2 JP S5845828B2 JP 50069796 A JP50069796 A JP 50069796A JP 6979675 A JP6979675 A JP 6979675A JP S5845828 B2 JPS5845828 B2 JP S5845828B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多数個の光検出手段とこれらをサンプル作動に
よって走査する電気的走査回路を単一の半導体基板内に
集積化してなる低雑音化された半導体光像検出装置に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a low-noise semiconductor optical image detection device in which a large number of photodetection means and an electrical scanning circuit for scanning these by sample operation are integrated on a single semiconductor substrate. It is related to.
現在主に検討されている半導体光像検出装置はホトダイ
オードを感光素子とし、これにスイッチング素子として
MO8電界効果トランジスタ(以下MO8Tと略記する
)を接続した光検知器を集積化してなるものである。The semiconductor optical image detection device currently under consideration is one in which a photodiode is used as a photosensitive element, and a photodetector is integrated with an MO8 field effect transistor (hereinafter abbreviated as MO8T) connected as a switching element.
かかる光像検出装置の実用化にあたっては読出出力から
の雑音成分の除去ということが非常に大きな問題となっ
ている。In putting such an optical image detection device into practical use, the removal of noise components from the readout output is a very important problem.
光像検出装置の雑音には種々のものがあるが、そのうち
代表的なものとして次の2つがあげられる。There are various types of noise in optical image detection devices, and the following two are the most representative ones.
すなわち、第1は、MO8Tをスイッチさせるためにゲ
ートに印加する信号読出し用電圧パルスがゲート・ドレ
イン間容量あるいはゲート・ソース間容量を通してビデ
オ出力ラインに漏れることに起因するスパイクノイズ、
あるいは桁送り計数器に印加されるクロックパルスの加
わるラインとビデオ出力ライン間の寄生容量等に起因す
るスパイクノイズである。That is, the first is spike noise caused by the signal readout voltage pulse applied to the gate to switch the MO8T leaking to the video output line through the gate-drain capacitance or gate-source capacitance.
Alternatively, it is spike noise caused by parasitic capacitance between the line to which the clock pulse applied to the shift counter is applied and the video output line.
第2は受光窓あるいは受光窓以外から入射した光によっ
て励起されたキャリアの拡散によってスイッチングMO
8Tのドレイン部で感知されるノイズ成分(以後擬信号
と呼ぶ)である。The second is switching MO due to the diffusion of carriers excited by light incident from the light receiving window or other than the light receiving window.
This is a noise component (hereinafter referred to as a pseudo signal) sensed by the drain section of 8T.
これらの雑音成分のうちスパイクノイズのみの消去につ
いては、いろいろ検討されているが、究極、オンチップ
での差動増幅方式が有効である。Various studies have been made to eliminate only spike noise among these noise components, but an on-chip differential amplification method is ultimately effective.
第1図は上記のノイズすなわちスパイクノイズとMO8
Tのドレイン部の擬信号を差動増幅器を用いて消去する
ようにした従来の光像検出装置の回路図である。Figure 1 shows the above noise, that is, spike noise and MO8.
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional optical image detection device that uses a differential amplifier to eliminate a pseudo signal at the drain portion of T.
第1図においてPD1〜PDnは信号検出用ホトダイオ
ードであり、信号用スイッチングMO8TM1〜Mnの
ソースに接続される。In FIG. 1, PD1 to PDn are signal detection photodiodes, which are connected to the sources of signal switching MO8TM1 to Mn.
雑音検出用スイツチングMO8T RM1〜RMnの
ソースに接続された雑音検出用ホトダイオードRD1〜
RDnは雑音成分の検出に用いられるもので、常に暗状
態を保つように光学的にじゃへいされている。Noise detection switching MO8T Noise detection photodiode RD1 connected to the source of RM1 to RMn
RDn is used to detect noise components, and is optically shielded so as to always maintain a dark state.
ここで、雑音検出用ホトダイオードRD1〜RDn及び
雑音検出用スイッチングMO8T RM1〜RMnは
それぞれ対応する信号検出用ホトダイオードPD1〜P
Dn及び信号検出用スイッチングMO8T M、〜M
oと形状・構造が全く同じで、対称的(こ配置される。Here, the noise detection photodiodes RD1 to RDn and the noise detection switching MO8T RM1 to RMn are the corresponding signal detection photodiodes PD1 to P, respectively.
Dn and signal detection switching MO8T M, ~M
It has exactly the same shape and structure as o, and is arranged symmetrically.
SP、〜SPnは走査パルス印加ラインであり、2つの
スイッチングMO8Tの各組M1− RM、 、・・
・・・・2Mn−RMnのゲートを共通駆動するもので
、桁送り計数器5に接続される。SP, ~SPn are scanning pulse application lines, and each set of two switching MO8Ts M1-RM, ,...
. . . Commonly drives the gates of 2Mn-RMn, and is connected to the shift counter 5.
信号検出用スイッチングMO8T M1〜Mnの各ドレ
インを共通接続する信号出力線1には信号用負荷抵抗R
1が接続され、雑音検出用スイッチングMO8T R
M、〜RMnの各ドレインを共通接続する雑音出力線2
には、雑音用負荷抵抗R2が接続される。Switching MO8T for signal detection A signal load resistor R is connected to the signal output line 1 that commonly connects the drains of M1 to Mn.
1 is connected, switching MO8T R for noise detection
Noise output line 2 that commonly connects the drains of M and ~RMn
A noise load resistor R2 is connected to.
2つの抵抗には直流電源Bから負電位が与えられ、岡山
力線1及び2からの読出出力は差動増幅器3に入力され
る。A negative potential is applied to the two resistors from the DC power supply B, and the read outputs from the Okayama power lines 1 and 2 are input to the differential amplifier 3.
次に第1図の装置の回路動作を説明する。Next, the circuit operation of the device shown in FIG. 1 will be explained.
例えば走査パルス印加ラインSP1に電圧パルスが印加
され、2つのスイッチングMO8T M、 、 RM
lは導通状態となる。For example, a voltage pulse is applied to the scanning pulse application line SP1, and two switching MO8TM, , RM
l becomes conductive.
その時、信号出力線1に現れる信号は、信号検出用ホト
ダイオードの接合が負荷抵抗R1、信号検出用スイッチ
ングMO8T Mlを通じて、電源Bと殆んど同じ電
位まで充電されるときの充電々流である。At that time, the signal appearing on the signal output line 1 is a charging current when the junction of the signal detection photodiode is charged to almost the same potential as the power supply B through the load resistor R1 and the signal detection switching MO8T Ml.
しかして、この充電々流は1走査周期内にホトダイオー
ドがその入射光量に比例して放電した電荷量を補うもの
であり、したがってホトダイオードの入射光量に比例し
たものである。Therefore, this charging current supplements the amount of charge discharged by the photodiode within one scanning period in proportion to the amount of light incident on the photodiode, and is therefore proportional to the amount of light incident on the photodiode.
さらに、この信号出力線1(こ現われる。Furthermore, this signal output line 1 appears.
信号にはホトダイオードから読み出される入射光量に比
例した光信号の他に信号検出用スイッチングMO8Tか
ら発生するスパイクノイズ及びスイッチング’MO8T
のドレイン部で感知される擬信号の和も含まれる。In addition to the optical signal proportional to the amount of incident light read out from the photodiode, the signal includes spike noise generated from the switching MO8T for signal detection and the switching 'MO8T.
It also includes the sum of the pseudo signals sensed at the drain of.
一方、雑音出力線2には、スパイクノイズ及びスイッチ
ングMO8Tのドレイン部の擬信号の和が現われる。On the other hand, on the noise output line 2, the sum of the spike noise and the pseudo signal of the drain section of the switching MO8T appears.
第1図から明らかなように上記2つの出力線1,2に接
続される素子の形状・構造が全く同じであるから、上記
2つの出力線1,2に現われる雑音成分、すなわち、ス
パイクノイズとスイッチングMO8Tのドレイン部の擬
信号の和は殆んど等しく、したがって、差動増幅器3(
こよって上記2つの雑音成分は、原理的にはほぼ完全に
消去されるはずである。As is clear from FIG. 1, since the shapes and structures of the elements connected to the two output lines 1 and 2 are exactly the same, the noise components appearing in the two output lines 1 and 2, that is, spike noise, The sum of the pseudo signals at the drain of the switching MO8T is almost equal, so the differential amplifier 3 (
Therefore, in principle, the above two noise components should be almost completely eliminated.
しかし、かかる方式を半導体の1チツプ上に設計した場
合、走査パルス印加ラインSP1〜SPnを信号検出用
スイッチングMO8T M1〜Mnおよび雑音検出用
スイッチング’MO8T RM1〜RMnのゲートま
で長く配線しなければならず、両スイッチングMO8T
のゲート・ソース間の重なり容量が犬ぎくなり、大きな
スパイクノイズをひきおこす。However, if such a system is designed on one semiconductor chip, the scanning pulse application lines SP1 to SPn must be wired long to the gates of the signal detection switching MO8T M1 to Mn and the noise detection switching MO8T RM1 to RMn. Both switching MO8T
The overlapping capacitance between the gate and source becomes too large, causing large spike noise.
また、受光部から入射された光によって励起されたキャ
jアが拡散し励起キャリアが雑音検出用ホトダイオード
に蓄積され、飽和光量以上の光を信号検出用ホトダイオ
ードにあてると、信号検出用ホトダイオードから読み出
される信号は一定値を示すが、雑音検出用ホトタイオー
ドから読み出される信号は入射光量に比例して大きくな
る。In addition, the carriers excited by the light incident from the light receiving section are diffused, and the excited carriers are accumulated in the noise detection photodiode. The signal read out from the noise detection photodiode shows a constant value, but the signal read out from the noise detection photodiode increases in proportion to the amount of incident light.
その結果、差動増幅器の出力は、本来、飽和光量以上の
光入射に対して、一定の飽和値を示さねばならないが、
かかる方式では一定の飽和値を示さず、入射光量に比例
して徐々に減少し、誤動作し、通常の使用に耐え難いも
のであった。As a result, the output of the differential amplifier should originally show a certain saturation value when the amount of light incident on it exceeds the saturation amount.
This method does not exhibit a constant saturation value, but gradually decreases in proportion to the amount of incident light, causes malfunctions, and is difficult to withstand in normal use.
すなわち、従来の低雑音半導体光像検出装置には上記し
たような雑音面での不都合があった。That is, the conventional low-noise semiconductor optical image detection device has the above-mentioned disadvantages in terms of noise.
本発明は上述の諸点に鑑みて種々の雑音成分をほぼ完全
に消去するべくなされたもので、多数の接合感光素子な
らびに同接合感光素子からの信号を読み出すためのスイ
ッチング素子からなる光検出回路部と、上記感光素子に
対応して、その接合の面積が上記感光素子のそれより著
しく小で、かつ、光じゃへいされた接合素子ならび(こ
同接合素子からの信号を読み出すためのスイッチング素
子からなる雑音検出回路部とを互いに対称的に配置し、
上記両スイッチング素子の制御電極である駆動ゲート電
極を共通接続して、これに読出し走査パルスを印加する
とともに、上記光検出回路部からの光信号と上記雑音検
出回路部からの発生信号とを差動増幅器へ導いて、同差
動増輻器からの光体信号を検出するように構成したこと
を特徴としている。In view of the above-mentioned points, the present invention has been made in order to almost completely eliminate various noise components. and corresponding to the photosensitive element, the area of the junction is significantly smaller than that of the photosensitive element, and the junction element is shielded from light (from the switching element for reading out the signal from the junction element). The noise detection circuit section and the noise detection circuit section are arranged symmetrically to each other,
The drive gate electrodes, which are the control electrodes of both of the switching elements, are commonly connected, and a readout scanning pulse is applied thereto, and the optical signal from the photodetection circuit section and the signal generated from the noise detection circuit section are differentiated. It is characterized in that it is configured to lead to a dynamic amplifier and detect the optical signal from the differential amplifier.
以下、図面とともに本発明の一実施例について詳述する
。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
説明はpnホトダイオード−pチャンネルMO8Tにつ
いて行なうが、npホトダイオードnチャンネルMO8
Tでも本質的動作は同じである。The explanation will be given for pn photodiode-p channel MO8T, but np photodiode n-channel MO8
The essential operation is the same for T.
第2図において、破線内は単一の半導体基板内に作り込
まれており、破線上の丸印は外部入出力端子である。In FIG. 2, the parts inside the broken line are built into a single semiconductor substrate, and the circles on the broken line are external input/output terminals.
また走査パルス発生装置である桁送り計数器5はダイナ
ミックなものであり、公知の装置である。Further, the shift counter 5, which is a scanning pulse generator, is a dynamic one and is a known device.
M1〜Mnは信号検出用スイッチングMO8Tであり、
同MO8Tのソース部分と半導体基板間を信号検出用ホ
トダイオードPD1〜PDnとし光検出回路部を構成し
である。M1 to Mn are switching MO8T for signal detection,
A photodetection circuit section is constructed by using signal detection photodiodes PD1 to PDn between the source portion of the MO8T and the semiconductor substrate.
信号検出用スイッチング゛MO8T M1〜Mnのドレ
インは互いに共通接続し、信号出力線1を介して、差動
増幅器3の一方の入力端子につなぐ。The drains of the signal detection switching MO8T M1 to Mn are commonly connected to each other and connected to one input terminal of the differential amplifier 3 via the signal output line 1.
RM1〜RMnは雑音検出用スイッチング’MO8Tで
あり、同MO8Tのソース部分と半導体基板間を雑音検
出用ホトダイオードRD1〜RDnとしており、雑音検
出回路部を構成している。RM1 to RMn are switching MO8Ts for noise detection, and noise detection photodiodes RD1 to RDn are connected between the source portion of the MO8T and the semiconductor substrate, and constitute a noise detection circuit section.
雑音検出用ホトダイオードRD、〜RDnは雑音成分の
検出に用いられるもので、常に暗状態に保たれており、
受光窓又は受光窓以外より入射した光によって励起され
たキャリアの拡散による光ノイズが雑音検出用ホトダイ
オードRD、〜RDnに蓄えられないよう、ソース部(
雑音検出用ホトダイオードRD1〜RDn)を極力小さ
くする。The noise detection photodiodes RD and ~RDn are used to detect noise components and are always kept in a dark state.
The source section (
The noise detection photodiodes RD1 to RDn) are made as small as possible.
雑音検出用ホトダイオードRD1〜RDnの面積は信号
検出用ホトダイオードRD1〜RDnの面積より著しく
小さく、通常10分の1以下、好ましくは50分の1〜
1000分の1にするのがよい。The area of the noise detection photodiodes RD1 to RDn is significantly smaller than the area of the signal detection photodiodes RD1 to RDn, usually 1/10 or less, preferably 1/50 to 1/50.
It is better to reduce it to 1/1000.
雑音検出用MO8T RM、〜RMnのドレインは互
いに共通接続され、雑音出力線2を介して差動増幅器3
の他方の入力端子につなぎ、さらに信号出力線1及び雑
音出力線2はそれぞれ負荷抵抗R1,R2を介して電源
Bに接続される。The drains of the noise detection MO8T RM, ~RMn are commonly connected to each other, and are connected to the differential amplifier 3 via the noise output line 2.
Further, the signal output line 1 and the noise output line 2 are connected to the power supply B via load resistors R1 and R2, respectively.
両スイッチングMO8T M1〜Mn、RMl−RMn
はソース部の面積が異なること以外形状構造は全く同じ
ものである。Both switching MO8T M1-Mn, RMl-RMn
The shapes and structures are exactly the same except that the area of the source portion is different.
さらに両スイッチングMO8Tの組M、−RMn、−、
−、Mn−RMnの制御電極としてのゲートをそれぞれ
共通接続し、それぞれに走査パルス印加ラインSP1〜
S PnGこつなぐ。Furthermore, both switching MO8T sets M, -RMn, -,
-, Mn-RMn gates as control electrodes are commonly connected, respectively, and scanning pulse application lines SP1 to
Connect S PnG.
次に第2図の装置の回路動作を説明する。Next, the circuit operation of the device shown in FIG. 2 will be explained.
信号検出用ホトダイオードPD1〜PDnに光情報を入
射し、蓄積した後、桁送り計数器5を動作させ、まず第
1の走査パルス印加ラインSP1に負の電圧パルスを印
加すると、信号検出用スイッチングMO3T M、およ
び雑音検出用スイッチングMO8TRM1が導通状態と
なる。After optical information is incident on the signal detection photodiodes PD1 to PDn and accumulated, the shift counter 5 is operated and a negative voltage pulse is first applied to the first scanning pulse application line SP1. M and the noise detection switching MO8TRM1 become conductive.
このとき信号用負荷抵抗R1には信号検出用ホトダイオ
ードPD1に蓄積された光情報に対応する信号、及び信
号検出用スイッチングMO8T Mlから発生するス
パイクノイズ、さらには同スイッチングMO8T M
lのドレイン部にて感知される擬信号の和の出力信号が
現われる。At this time, the signal load resistor R1 contains a signal corresponding to the optical information accumulated in the signal detection photodiode PD1, spike noise generated from the signal detection switching MO8T Ml, and further the same switching MO8T M1.
An output signal appears which is the sum of the pseudo signals sensed at the drain of 1.
一方、雑音用負荷抵抗R2には雑音検出用ホトダイオー
ドRD、が暗状態にあるため、スパイクノイズ及び擬信
号の和が現われる。On the other hand, since the noise detection photodiode RD is in a dark state in the noise load resistor R2, the sum of spike noise and pseudo signal appears.
ここで第2図から明らかなように上記2つの出力線1゜
2に接続される素子は両ホトダイオードPD1゜RDl
の面積が異なる以外、形状、構造、数が同じであり、さ
らに、2つの出力線1,2を半導体のチップの短軸方向
にできる限り近づけており、その結果、上記の2つの負
荷抵抗R,、R2に現われる雑音成分、すなわちスパイ
クノイズ、擬信号の和は殆んど等しい。Here, as is clear from FIG. 2, the elements connected to the two output lines 1゜2 are both photodiodes PD1゜RDl.
are the same in shape, structure, and number except for the difference in area, and furthermore, the two output lines 1 and 2 are placed as close as possible to the short axis direction of the semiconductor chip, and as a result, the above two load resistances R , , the sum of the noise components appearing in R2, that is, the spike noise and the pseudo signal, is almost equal.
したがって差動増幅器3によって雑音成分はほぼ完全に
消去され、増幅器3の出力端子4からの光情報に対応し
た信号のみが増幅されて出力される。Therefore, the noise component is almost completely canceled by the differential amplifier 3, and only the signal corresponding to the optical information from the output terminal 4 of the amplifier 3 is amplified and output.
次に走査パルスが走査パルス印加ラインSP2に移ると
スイッチングMO8T M2.RM2が導通状態となり
、前段の動作と同様にして信号検出用ホトダイオードP
D2に蓄積された情報信号の増幅された出力パルスのみ
が差動増幅器3の出力端子4に現われる。Next, when the scan pulse is transferred to the scan pulse application line SP2, the switching MO8T M2. RM2 becomes conductive, and the signal detection photodiode P is activated in the same manner as in the previous stage.
Only the amplified output pulses of the information signal stored in D2 appear at the output terminal 4 of the differential amplifier 3.
このようにして信号検出用ホトダイオードPD1〜PD
nに入射した光情報に対応する出力電圧パルス列を雑音
成分が完全に消去された状態で順次読み出すことができ
る。In this way, the signal detection photodiodes PD1 to PD
The output voltage pulse train corresponding to the optical information incident on n can be sequentially read out with noise components completely eliminated.
以上の説明から、本実施例による装置によれば、大きさ
を極力小さくした雑音検出用ホトダイオードをソース部
とするMO8T1個分の幅をチップの短軸方向に付加す
るだけで、はぼ等しい雑音成分が信号、雑音の岡山力線
に現われ、差動増幅器における雑音成分の相殺がほぼ完
全になされ、その結果チップの短軸方向の長さが短かく
なることと、雑音検出用ホトダイオードのチップの短軸
方向の長さが短かくなることから両スイッチング″MO
8Tのゲートを接続する走査パルス印加ラインが短かく
なり、MO8Tのゲート・ソース間の重なり容量に起因
するスパイクノイズを極力おさえることができる。From the above explanation, according to the device according to this embodiment, by simply adding a width equivalent to one MO8T in the short axis direction of the chip, which uses a noise detection photodiode with a minimized size as the source part, approximately the same noise can be generated. components appear in the Okayama force lines of the signal and noise, and the noise components in the differential amplifier are almost completely cancelled. As a result, the length of the chip in the short axis direction is shortened, and the length of the photodiode chip for noise detection is reduced. Since the length in the short axis direction is shortened, both switching ``MO''
The scanning pulse application line connecting the gates of the 8T is shortened, and spike noise caused by the overlapping capacitance between the gate and source of the MO8T can be suppressed as much as possible.
第3図は第2図で説明した光像検出装置をシリコン基板
上にて構成した光検出部の部分的平面図である。FIG. 3 is a partial plan view of a photodetecting section in which the optical image detecting device explained in FIG. 2 is constructed on a silicon substrate.
第3図において区分45は第2図における桁送り計数器
5の相応部を示し、ホトダイオードとスイッチング’M
O8Tとからなる光検知アレイが上下2段に対をなして
並んでいる。In FIG. 3, section 45 indicates the corresponding part of the shift counter 5 in FIG.
A photodetector array consisting of O8T is arranged in pairs in two stages, upper and lower.
以下の説明では多数の対をなす光検知部の1構戒単位に
ついて詳述する。In the following description, one structural unit of a large number of pairs of photodetecting sections will be explained in detail.
n型半導体基板とp十拡散領域21からなるp 十n接
合を光情報用ホトダイオードとして用い、また、同p十
拡散領域21はソースとしても用い、導通電極24を有
する他のp十拡散領域(ドレイン)23、ゲート部22
と共に1個の信号検出用スイッチングMO8Tを構成し
ている。A p10n junction consisting of an n-type semiconductor substrate and a p10 diffusion region 21 is used as a photodiode for optical information, and the same p10 diffusion region 21 is also used as a source, and another p10 diffusion region ( drain) 23, gate part 22
Together, they constitute one switching MO8T for signal detection.
同様(こして雑音検出円ホトダイオードとしても用いて
いるp十拡散領域(ソース)31は導通電極34を有す
る他のp十拡散領域(ドレイン)33、ゲート部32と
共に雑音検出用MO8Tを構成している。Similarly, the p1 diffusion region (source) 31, which is also used as a noise detection circle photodiode, constitutes a noise detection MO8T together with another p1 diffusion region (drain) 33 having a conductive electrode 34 and the gate part 32. There is.
両スイッチングMO8Tのゲート、ドレインの形状・構
造が全く同じで、ソース部のみ異っている。The gate and drain shapes and structures of both switching MO8Ts are exactly the same, and only the source portions are different.
すわなち、雑音検出用スイッチングMO8Tのソース部
31の面積が信号検出用スイッチングMO8Tのソース
部21の面積に比べ著しく小さくなっている。That is, the area of the source section 31 of the switching MO8T for noise detection is significantly smaller than the area of the source section 21 of the switching MO8T for signal detection.
導通路41は走査パルス印加ラインに相当し、かつ、信
号用及び雑音用スイッチングMO8Tのゲート22.3
2を共通接続するものである。The conductive path 41 corresponds to the scanning pulse application line, and is connected to the gate 22.3 of the signal and noise switching MO8T.
2 are commonly connected.
また信号検出用スイッチングMO8Tのドレイン23は
導通電極24を通じて信号用出力線25に結合し、雑音
検出用スイッチング゛MO8Tのドレイン33は導通電
極34を通じて雑音用出力線35と結合している。Further, the drain 23 of the switching MO8T for signal detection is coupled to the signal output line 25 through the conduction electrode 24, and the drain 33 of the switching MO8T for noise detection is coupled to the noise output line 35 through the conduction electrode 34.
光の入射を許す受光領域60(これは通常酸化膜でおお
われている)は信号検出用ホトダイオードの上に設け、
p十拡散領域21のほぼ中央に位置せしめる。A light-receiving region 60 (usually covered with an oxide film) that allows light to enter is provided above the signal detection photodiode,
It is located approximately at the center of the p10 diffusion region 21.
さらに受光領域60以外のチップ上は入出力線等の配線
上支障のない限り、光じゃへい効果のある被膜61でお
おう。Further, the top of the chip other than the light receiving area 60 is covered with a film 61 having a light blocking effect unless there is any problem with wiring such as input/output lines.
そして、常に暗状態を保った雑音検出用ホトダイオード
31はもちろん、信号用及び雑音用スイッチングMO8
T部も確実に光じゃへいする。In addition to the noise detection photodiode 31 that is always kept in a dark state, there is also a signal and noise switching MO8.
The T section also definitely blocks light.
またアレイのないチップの周囲の部分もできる限り光じ
ゃへいし、受光窓以外から入射する光をできる限り小さ
くする。In addition, the area around the chip without the array is also shielded from light as much as possible, and the light that enters from other than the light-receiving window is minimized as much as possible.
アルミ蒸着膜を光じゃへい膜とした被膜61において留
意すべきことは、スイッチングMO8Tのドレイン23
から信号出力線25に近接して伸びた被膜61の終端6
2までの長さであり、出力線25と被膜61の終端62
との間にある開口領域63から入射する光が直接ドレイ
ン部23で感知される度合を極力抑える距離が必要で、
本実施例では励起キャリアのライフタイムおよび素子構
成の密度性から80μmとしている。What should be noted in the film 61 that uses an aluminum vapor-deposited film as a light-shielding film is that the drain 23 of the switching MO8T
The terminal end 6 of the coating 61 extends from the signal output line 25 in close proximity to the signal output line 25.
2, the output line 25 and the termination 62 of the coating 61
A distance is required to minimize the degree to which the light entering from the aperture area 63 between the drain part 23 and the drain part 23 is directly sensed.
In this example, the thickness is set to 80 μm due to the lifetime of excited carriers and the density of the element structure.
また雑音発生部においても同様80μmとしている。The thickness of the noise generating section is also 80 μm.
方、受光窓60の幅は光像検出装置の解像度特性等によ
りホトダイオードのピッチ幅に等しく50μmとしてい
る。On the other hand, the width of the light receiving window 60 is set to 50 μm, which is equal to the pitch width of the photodiodes, depending on the resolution characteristics of the optical image detection device.
また信号検出用ホトダイオードのp十拡散領域21は電
荷蓄積モードで働かすのに必要な犬ぎな面積を備えてい
る。Further, the p1 diffusion region 21 of the signal detection photodiode has a large area necessary to operate in the charge accumulation mode.
第3図に示すパターンを持つ光像検出装置は第1図にお
いて説明した従来の技術の光像検出装置を作るのに必要
なMO8技術を利用して、1個のシリコンチップ上に製
作でき、光じゃへい用の被膜にはアルミ蒸着膜を用いる
のが最も簡便である。The optical image detecting device having the pattern shown in FIG. 3 can be manufactured on a single silicon chip by using the MO8 technology necessary for manufacturing the conventional optical image detecting device explained in FIG. It is most convenient to use an aluminum vapor-deposited film as the light blocking film.
また、第3図の回路では光検知素子の1構戒単位当り大
きなソース部を持つ1個のMO8Tと、チップの短軸方
向に小さなソース部を持つ1個pMO8Tを付加するだ
けでよく、従来例に比べて短軸方向の長さが短かくなり
、多ビット化する場合にも製作技術的に有利である。Furthermore, in the circuit shown in Fig. 3, it is only necessary to add one MO8T with a large source part and one pMO8T with a small source part in the short axis direction of the chip per unit of photodetection element. The length in the minor axis direction is shorter than that in the example, which is advantageous in terms of manufacturing technology when using multiple bits.
実際第3図に示すパターンを持つ64ビツトの光像検出
装置を試作したところ、雑音検出用ホトダイオードの面
積が小さくても(信号検出用ホI・ダイオードの面積は
雑音検出用ホトダイオードの面積の800倍とした)充
分低雑音化の効果を発揮シ、スパイクノイズ、ドレイン
部の擬信号がほぼ完全に消去され、ホトダイオードが飽
和する数倍の光入射に対しても、光学的配置も充分に考
慮した本装置は誤動作が少なく安定に動作した。In fact, when we prototyped a 64-bit optical image detection device with the pattern shown in Figure 3, we found that even though the area of the noise detection photodiode was small (the area of the signal detection photodiode was 800 times the area of the noise detection photodiode) Spike noise and pseudo-signals in the drain section are almost completely eliminated, and the optical arrangement is fully considered even for light incidence several times higher than the photodiode saturation. This device operated stably with few malfunctions.
また暗状態に近い低レベルの光入力の場合−ども雑音成
分が殆んど含まれない均一な光信号パルス波形が得られ
、信号対雑音比(S/N比)も確実に50dB以上のも
のが得られた。In addition, in the case of low-level optical input close to the dark state, a uniform optical signal pulse waveform containing almost no noise components can be obtained, and the signal-to-noise ratio (S/N ratio) is reliably over 50 dB. was gotten.
なお、上記の実施例では感光素子としてホトダイオード
を用いたが、ホトトランジスタ等を用いた場合にも全く
同様な効果が期待されることはいうまでもない。Although a photodiode was used as the photosensitive element in the above embodiment, it goes without saying that the same effect can be expected when a phototransistor or the like is used.
以上詳述したように、雑音検出回路部の接合素子の接合
部面積が、光検出回路部の接合感光素子の接合部面積よ
りも著しく小さいことを特徴とする本発明の半導体光像
検出装置は、雑音検出回路部の接合素子の接合面積が小
さいために、またその結果パルス印加ラインが短かくな
るために、入射光により励起されたキャリヤの拡散によ
る光ノイズが雑音検出用ホトダイオードに蓄えられず、
またゲート・ソース間の重なり容量に起因するスパイク
ノイズも極力抑圧でき、差動増幅器から出力される信号
は雑音成分がほとんど完全に消去されることになり、実
用的効果の非常に高いものである。As detailed above, the semiconductor optical image detection device of the present invention is characterized in that the junction area of the junction element of the noise detection circuit section is significantly smaller than the junction area of the junction photosensitive element of the photodetection circuit section. , because the junction area of the junction element in the noise detection circuit is small, and as a result the pulse application line is short, optical noise due to the diffusion of carriers excited by the incident light is not stored in the noise detection photodiode. ,
In addition, spike noise caused by overlapping capacitance between the gate and source can be suppressed as much as possible, and the noise component of the signal output from the differential amplifier is almost completely eliminated, making it extremely effective in practical use. .
第1図は従来の低雑音半導体光像検出装置の回路図、第
2図は本発明にかかる低雑音半導体光像検出装置の回路
図、第3図は本発明にかかる低雑音半導体光像検出装置
の部分平面図である。
PD1〜PDn・・・・・・信号検出用ホトダイオード
、M1〜Mn・・・・・・信号検出用スイッチングMO
S T 。
RM1〜RMn・・・・・・雑音検出用スイッチング1
!viO8T。
RD1〜RDn・・・・・・雑音検出用ホトダイオード
、SP1〜SPn・・・・・・走査パルス印加ライン、
R1・・・・・・信号用負荷抵抗、R2・・・・・・雑
音用負荷抵抗、B・・・・・・電源、1・・・・・・信
号出力線、2・・・・・・雑音出力線、3・・・・・・
差動増幅器、4・・・・・・差動増幅器の出力端子、5
・・・・・・桁送り計数器、21・・・・・・信号検出
用ソース部、22・・・・・・信号検出用ゲート部、2
3・・・・・・信号検出用ドレイン部、31・・・・・
・雑音検出用ソース部、32・・・・・・雑音検出用ゲ
ート部、33・・・・・・雑音検出用ドレイン部、60
・・・・・・受光窓、61・・・・・・光しやへい用被
膜。FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional low-noise semiconductor optical image detection device, FIG. 2 is a circuit diagram of a low-noise semiconductor optical image detection device according to the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of a low-noise semiconductor optical image detection device according to the present invention. FIG. 2 is a partial plan view of the device. PD1 to PDn...Photodiode for signal detection, M1 to Mn...Switching MO for signal detection
S.T. RM1 to RMn...Switching 1 for noise detection
! viO8T. RD1 to RDn... Photodiode for noise detection, SP1 to SPn... Scanning pulse application line,
R1...Load resistance for signal, R2...Load resistance for noise, B...Power supply, 1...Signal output line, 2...・Noise output line, 3...
Differential amplifier, 4... Output terminal of differential amplifier, 5
... Digit counter, 21 ... Source section for signal detection, 22 ... Gate section for signal detection, 2
3... Drain section for signal detection, 31...
・Source part for noise detection, 32... Gate part for noise detection, 33... Drain part for noise detection, 60
......Light receiving window, 61......Light shielding coating.
Claims (1)
接続される第1のスイッチング素子との接続体を複数個
並べてなる光検出回路部と、前記接合感光素子の接合部
面積より著しく小さい接合部面積を有しかつ光じゃへい
された接合素子と、該接合素子に主電極の一方が接続さ
れる第2のスイッチング素子との接続体を複数個並べて
なり、かつ前記光検出回路部と同一横取で前記光検出回
路部と対称配置された雑音検出回路部と、前記第1およ
び第2のスイッチング素子の共通接続された制御電極に
つながる走査パルス発生装置部と、前記光検出回路部と
前記雑音検出回路部とにそれぞれ接続された差動増幅器
とを備えたことを特徴とする半導体光像検出装置。1. A photodetection circuit section formed by arranging a plurality of connected bodies of a junction photosensitive element and a first switching element having one of its main electrodes connected to the junction photosensitive element, and a junction that is significantly smaller in area than the junction area of the junction photosensitive element. a plurality of connected bodies each including a junction element having a certain area and shielded from light and a second switching element to which one of the main electrodes is connected to the junction element, and which is the same as the photodetection circuit section. a noise detection circuit section disposed symmetrically with the photodetection circuit section, a scanning pulse generator section connected to commonly connected control electrodes of the first and second switching elements, and the photodetection circuit section. A semiconductor optical image detection device comprising: a differential amplifier connected to the noise detection circuit section, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50069796A JPS5845828B2 (en) | 1975-06-09 | 1975-06-09 | Hand-made construction work |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50069796A JPS5845828B2 (en) | 1975-06-09 | 1975-06-09 | Hand-made construction work |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS51145289A JPS51145289A (en) | 1976-12-14 |
| JPS5845828B2 true JPS5845828B2 (en) | 1983-10-12 |
Family
ID=13413051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50069796A Expired JPS5845828B2 (en) | 1975-06-09 | 1975-06-09 | Hand-made construction work |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5845828B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61124171A (en) * | 1984-11-20 | 1986-06-11 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Semiconductor device |
| JPS61203664A (en) * | 1985-03-07 | 1986-09-09 | Fuji Electric Co Ltd | 1-dimensional visual sensor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5062314A (en) * | 1973-10-01 | 1975-05-28 |
-
1975
- 1975-06-09 JP JP50069796A patent/JPS5845828B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS51145289A (en) | 1976-12-14 |
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