JPH0681282B2 - Photo detection circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、画像読取り装置等に適用される画像読取り用
のイメージセンサ等の構成要素たる光電変換素子、具体
的には、信号取出し電極を含む2つの電極間にて入射光
量に応じた電荷発生機能及び電荷蓄積機能を有した光電
変換素子を用いた光検出回路に係り、詳しくは、当該光
電変換素子電極間での基準バイアスの印加または遮断の
切換えを行なう基準バイアススイッチング素子と、光電
変換素子の電荷蓄積状態に基づく信号取出し電極の信号
出力に応じて、当該供給電圧範囲内のレベルにて信号出
力を行なうバッファアンプ回路とを備えた光検出回路に
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a photoelectric conversion element, which is a constituent element of an image reading image sensor or the like applied to an image reading apparatus, and more specifically, to a signal extraction electrode. The present invention relates to a photodetector circuit using a photoelectric conversion element having a charge generating function and a charge accumulating function according to the amount of incident light between two electrodes including, more specifically, application of a reference bias between the photoelectric conversion element electrodes or A reference bias switching element for switching the cutoff and a buffer amplifier circuit for outputting a signal at a level within the supply voltage range according to the signal output of the signal extraction electrode based on the charge storage state of the photoelectric conversion element are provided. The present invention relates to a photo detection circuit.
[従来の技術] アルモファスシリコン等の半導体材料にて構成されるイ
メージセンサの各セルは光電変換素子を構成し、その具
体的な構造は、例えば第6図に示すように、基板11上に
下層電極12を形成し、更に、光導電体13、上層透明電極
14が順次積層されたものとなっている。[Prior Art] Each cell of an image sensor made of a semiconductor material such as amorphous silicon constitutes a photoelectric conversion element, and its specific structure is, for example, as shown in FIG. A lower layer electrode 12 is formed, and a photoconductor 13 and an upper layer transparent electrode are formed.
14 are sequentially stacked.
このような構造となる光電変換素子は、上層透明電極14
を介して入射される光量に応じた電荷発生機能と、電荷
蓄積機能とを基本的に有している。そして、その等価的
な回路構成は第7図に示すように、電荷発生機能に対応
した光電流源15と電荷蓄積機能に対応した容量素子16と
が電極間(下層電極12と上層透明電極14間)に並列的に
接続されたものとなる。この光電変換素子の使用に際し
ては、下層電極12と上層透明電極14との間に基準となる
バイアスVbを印加することになる。この場合、下層電極
12の電位が高電位となるよう印加されるが、例えば、第
8図(a)に示すように、下層電極12をアースレベル
(0V)に保持して上層透明電極14に−5Vを印加した場合
(Vb=5V)、信号取出し電極としての下層電極12の出力
レベルは、光が入射しないときに0.8V程度降下して(暗
電流の影響)−0.8V程度となる一方、光が入射したとき
に発生した電荷の蓄積に起因して最大2V程度降下して−
2V程度となる。また、同第8図(b)に示すように、下
層電極12に5Vを印加して上層透明電極14をアースレベル
に保持した場合(Vb=5V)、下層電極14の出力レベルは
上記の場合と同程度降下し、光が入射しないときの同出
力レベルが4.2V程度となる一方、光が入射したときの最
大出力レベルが3V程度となる。The photoelectric conversion element having such a structure has an upper transparent electrode 14
Basically, it has a charge generation function according to the amount of light incident through the light source and a charge storage function. As shown in FIG. 7, the equivalent circuit configuration is such that the photocurrent source 15 corresponding to the charge generation function and the capacitance element 16 corresponding to the charge storage function are provided between the electrodes (the lower layer electrode 12 and the upper layer transparent electrode 14). Be connected in parallel. When using this photoelectric conversion element, a reference bias Vb is applied between the lower layer electrode 12 and the upper layer transparent electrode 14. In this case, the lower electrode
The potential of 12 is applied to be a high potential. For example, as shown in FIG. 8 (a), the lower layer electrode 12 is held at the ground level (0V) and -5V is applied to the upper layer transparent electrode 14. In the case (Vb = 5V), the output level of the lower layer electrode 12 as a signal extraction electrode drops by about 0.8V when no light is incident (effect of dark current) to about −0.8V, while light is incident. Due to the accumulated charge that sometimes occurs, the maximum voltage drops by about 2V −
It will be about 2V. Further, as shown in FIG. 8 (b), when 5V is applied to the lower layer electrode 12 and the upper layer transparent electrode 14 is held at the ground level (Vb = 5V), the output level of the lower layer electrode 14 is in the above case. The output level when the light is not incident is about 4.2V, while the maximum output level when the light is incident is about 3V.
上記のような特性を有する光電変換素子を用いた従来の
光検出回路は、光電変換素子自体での入射光量に対応し
た蓄積電荷が微小で、発生電荷に対応した電流を検出す
ることが困難であることから、光電変換素子からの出力
信号をバッファアンプにて増幅する構成としている(電
圧検出方式)。In the conventional photodetector circuit using the photoelectric conversion element having the above characteristics, the accumulated charge corresponding to the amount of incident light in the photoelectric conversion element itself is minute, and it is difficult to detect the current corresponding to the generated charge. Therefore, the output signal from the photoelectric conversion element is amplified by the buffer amplifier (voltage detection method).
具体的には、例えば、第9図に示すようになっている
(富士ゼロックステクニカルレポートNo.1 1986 19頁参
照)。この例では、光電変換素子に対するバイアス電圧
電源として−5V電源を使用している。Specifically, for example, it is as shown in FIG. 9 (see Fuji Xerox Technical Report No. 1 1986 page 19). In this example, a −5V power supply is used as the bias voltage power supply for the photoelectric conversion element.
第9図において、光電流源15及び容量素子16で構成され
た光電変換素子10の電極間にはスイッチング素子として
のFETゲート18を介して基準バイアスVb(=5V)が印加
するようになっている。このバイアス印加が光電変換素
子10の信号取出し電極となる下層電極12(以下、信号取
出し電極12という)にFETゲート18を介したアースレベ
ル(0V)が印加する一方、上層透明電極14に−5Vが印加
している。そして、光電変換素子10の信号取出し電極12
がオペアンプによるボルテージフォロアにて構成された
バッファアンプ20の入力端(+)に接続されている。こ
のような光電変換素子10とバッファアンプ20の接続構造
からバッファアンプ20の入力端子(+)には、第8図
(a)に示すようなレベル範囲(0〜−2V)の信号が入
力する。ここで、当該レベル範囲での信号の入力に対し
てバッファアンプ20の出力の直線性を保証するため、当
該入力信号レベル範囲がバッファアンプ20の供給電圧範
囲(電源電圧)の上限値に近付かないよう、例えば、−
5V〜+5vに設定される。これは、通常のアンプはその出
力レベルが供給される電源電圧に近付くとその直線性が
損われる性質に基づくものである。In FIG. 9, the reference bias Vb (= 5V) is applied between the electrodes of the photoelectric conversion element 10 composed of the photocurrent source 15 and the capacitive element 16 via the FET gate 18 as a switching element. There is. This bias application applies a ground level (0 V) via the FET gate 18 to the lower layer electrode 12 (hereinafter, referred to as the signal extraction electrode 12) which becomes the signal extraction electrode of the photoelectric conversion element 10, while the upper layer transparent electrode 14 has a voltage of -5 V. Is being applied. Then, the signal extraction electrode 12 of the photoelectric conversion element 10
Is connected to the input terminal (+) of the buffer amplifier 20 composed of a voltage follower by an operational amplifier. Due to such a connection structure of the photoelectric conversion element 10 and the buffer amplifier 20, a signal in the level range (0 to −2 V) as shown in FIG. 8A is input to the input terminal (+) of the buffer amplifier 20. . Here, in order to guarantee the linearity of the output of the buffer amplifier 20 with respect to the input of the signal in the level range, the input signal level range does not approach the upper limit value of the supply voltage range (power supply voltage) of the buffer amplifier 20. So, for example, −
Set to 5V to + 5v. This is because the normal amplifier loses its linearity when the output level approaches the supplied power supply voltage.
上記構成の光検出回路では、まず、FETゲート18をオン
状態にして光電変換素子10の容量素子16の信号取出し電
極12側を0Vにプリチャージし、その後、FETゲート18を
オフ状態にすると、入射光量に応じて発生した電荷(光
電流源15から供給されるものと等価)の容量素子16への
蓄積により当該信号取出し電極12のレベルが低下する。
そして、FETゲート18のオン・オフ制御に際してのオフ
時間を一定にすることによって光電変換素子10の信号取
出し電極12からの出力信号レベルが入射光量に対応した
ものとなる。In the photodetector circuit having the above configuration, first, the FET gate 18 is turned on to precharge the signal extraction electrode 12 side of the capacitive element 16 of the photoelectric conversion element 10 to 0 V, and then the FET gate 18 is turned off, The electric charge (equivalent to that supplied from the photocurrent source 15) generated according to the amount of incident light is accumulated in the capacitance element 16, and the level of the signal extraction electrode 12 is lowered.
The output signal level from the signal extraction electrode 12 of the photoelectric conversion element 10 corresponds to the amount of incident light by making the off time constant during the on / off control of the FET gate 18.
なお、上記スイッチング素子としてのFETゲート18及び
バッファアンプ20はイメージセンサ用LSI内の要素とし
て構成される。その基本的な構成例は、例えば、第10図
に示すようになっている。The FET gate 18 and the buffer amplifier 20 as the switching elements are configured as elements in the image sensor LSI. A basic configuration example thereof is, for example, as shown in FIG.
同図において、100は上述したような光電変換素子10が
単位セルとなって順次配列されるイメージセンサであ
り、200がイメージセンサ用LSIである。このイメージセ
ンサ用LSI200内では、イメージセンサ100の各光電変換
素子に対応して、上述した基準バイアスのスイッチング
素子18(1),18(2),…,18(n)(FETゲート)、
バッファアンプ20(1),20(2),…,20(n)の他、
各バッファアンプの出力切換用のスイッチング素子21
(1),21(2),…,21(n)及び各スイッチング素子
のオン・オフに関する切換え信号の供給制御を行なうア
ンドゲート22(1),22(2),…,22(n)が構成され
ると共に、制御入力端子IAからの上記アンドゲートに対
する切換え制御ビットをクロツクCLKに同期して順次シ
フトするシフトレジスタ23が構成されている。そして、
他の制御入力端子INHからの読出しパルスが入力する毎
に、当該読出しパルスがその時点でシフトレジスタ23内
の切換えビットの格納された位置に対応したアンドゲー
ト22を介してスイッチング素子21に切換え信号として供
給され、当該スイッチング素子21を介した光電変換素子
からの検出信号が出力端子OUTから出力されるようにな
っている。従って、シフトレジスタ23内での切換えビッ
トのシフト作動に伴い、イメージセンサ100の各セルで
の入射光量に対応した信号がシリアルに出力端子OUTか
ら出力されることになる。In the figure, 100 is an image sensor in which the photoelectric conversion elements 10 as described above are unit cells and are sequentially arranged, and 200 is an image sensor LSI. In the image sensor LSI 200, the reference bias switching elements 18 (1), 18 (2), ..., 18 (n) (FET gates) corresponding to the photoelectric conversion elements of the image sensor 100 are provided.
In addition to the buffer amplifiers 20 (1), 20 (2), ..., 20 (n),
Switching element 21 for switching the output of each buffer amplifier
, 21 (n) and AND gates 22 (1), 22 (2), ..., 22 (n) for controlling the supply of switching signals related to on / off of each switching element. A shift register 23 that is configured and sequentially shifts a switching control bit from the control input terminal IA to the AND gate in synchronization with the clock CLK is configured. And
Every time a read pulse from the other control input terminal INH is input, the read pulse is sent to the switching element 21 via the AND gate 22 corresponding to the position where the switch bit is stored in the shift register 23 at that time. , And the detection signal from the photoelectric conversion element via the switching element 21 is output from the output terminal OUT. Therefore, with the shift operation of the switching bit in the shift register 23, a signal corresponding to the amount of incident light in each cell of the image sensor 100 is serially output from the output terminal OUT.
また、イメージセンサ100には電源電圧として例えば−5
Vが印加される一方、当該イメージセンサ用LSI200には
電源電圧として±5Vが印加される。なお、CR端子は出力
のリセツト端子であり、VR端子はリセツト電圧の供給端
子である。The image sensor 100 has a power supply voltage of −5, for example.
While V is applied, ± 5V is applied as a power supply voltage to the image sensor LSI 200. The CR terminal is an output reset terminal, and the VR terminal is a reset voltage supply terminal.
[発明が解決しようとする問題点] ところで、上述したような従来の光検出回路では、単一
電源での駆動が困難である。即ち、光電変換素子に供す
べき基準バイアスとバッファアンプ回路に供給すべき電
源電圧を同一にすることができない。[Problems to be Solved by the Invention] By the way, in the conventional photodetector circuit as described above, it is difficult to drive with a single power source. That is, the reference bias to be supplied to the photoelectric conversion element and the power supply voltage to be supplied to the buffer amplifier circuit cannot be the same.
それは、光電変換素子の信号取出し電極を直接バッファ
アンプ回路の入力端に接続していることから、バッファ
アンプ回路には光電変換素子のバイアス電位に近いレベ
ルの信号が入力することになり、この入力信号に基づく
バッファアンプ回路の出力特性の直線性を保証するに
は、バッファアンプ回路への供給電源電圧を上記光電変
換素子のバイアス電圧以上のものとしなければならない
からである。Since the signal extraction electrode of the photoelectric conversion element is directly connected to the input terminal of the buffer amplifier circuit, a signal of a level close to the bias potential of the photoelectric conversion element is input to the buffer amplifier circuit. This is because in order to guarantee the linearity of the output characteristics of the buffer amplifier circuit based on the signal, the power supply voltage supplied to the buffer amplifier circuit must be higher than the bias voltage of the photoelectric conversion element.
そこで、本発明の課題は、光電変換素子の信号取出し電
極からの信号出力に応じたバッファアンプ回路に対する
入力レベルを低下させることである。Then, the subject of this invention is reducing the input level with respect to the buffer amplifier circuit according to the signal output from the signal extraction electrode of a photoelectric conversion element.
[問題点を解決するための手段] 本発明は、第1図に示すように、信号取出し電極1aを含
む2つの電極1a,1b間にて入射光量に応じた電荷発生機
能及び電荷蓄積機能を有する光電変換素子1と、光電変
換素子電極1a,1b間での基準バイアス電圧Vbの印加また
は遮断の切換えを行なう基準バイアススイッチング素子
2と、光電変換素子1の電荷蓄積状態に基づく信号取出
し電極1aの信号出力に応じて、当該供給電圧範囲内のレ
ベルにて信号出力を行なうバッファアンプ回路3を備え
た光検出回路を前提としており、当該光検出回路におい
て、上記課題を解決するための技術的手段は、光電変換
素子1の信号取出し電極1aとバッファアンプ回路3の入
力端との間に容量性素子4を直列接続配置すると共に、
バッファアンプ回路3の入力端に対するバイアスVo印加
または遮断の切換えを行なうバイアススイッチング素子
5と、バイアススイッチング素子5によるバイアス印加
状態にて、基準バイアススイッチング素子2をバイアス
印加状態から遮断状態に切換え、その後、バイアススイ
ッチング素子5をバイアス遮断状態に、基準バイアスス
イッチング素子2をバイアス印加状態に切換えるスイッ
チング制御手段6とを備えたものである。[Means for Solving the Problems] As shown in FIG. 1, the present invention provides a charge generation function and a charge storage function according to the amount of incident light between two electrodes 1a and 1b including a signal extraction electrode 1a. The photoelectric conversion element 1 which it has, the reference bias switching element 2 which switches the application or interruption of the reference bias voltage Vb between the photoelectric conversion element electrodes 1a and 1b, and the signal extraction electrode 1a based on the charge accumulation state of the photoelectric conversion element 1 It is premised on a photodetector circuit provided with a buffer amplifier circuit 3 that outputs a signal at a level within the supply voltage range in accordance with the signal output of 1. The means arranges the capacitive element 4 in series between the signal extraction electrode 1a of the photoelectric conversion element 1 and the input terminal of the buffer amplifier circuit 3, and
The bias switching element 5 that switches between applying and blocking the bias Vo with respect to the input end of the buffer amplifier circuit 3 and the bias application state of the bias switching element 5 switches the reference bias switching element 2 from the bias application state to the interruption state. The switching control means 6 switches the bias switching element 5 to the bias cutoff state and the reference bias switching element 2 to the bias application state.
[作用] バイアススイッチング素子5がバイアス印加状態となる
時には、バッファアンプ回路3の出力は当該バイアスVo
に基づいたレベルに固定される。この状態で、スイッチ
ング制御手段6が基準バイアススイッチング素子2をバ
イアス印加状態からバイアス遮断状態に切換えると、そ
の時点まで電荷蓄積機能に基づき当該基準バイアスVbに
てプリセットされた光電変換素子1の信号取出し電極1a
からの出力信号レベルが、当該光電変換素子1に対する
入射光量に応じて発生する電荷の蓄積作用によって変動
する。この変動がVsとなるとき、容量素子4の光電変換
素子1側端のレベルはVb−Vsとなっており、また、バッ
ファアンプ回路3側端のレベルはバイアス電圧Voに固定
されている。この状態で、スイッチング制御手段6がバ
イアススイッチング素子5をバイアス遮断状態に、基準
バイアススイッチング素子2をバイアス印加状態に夫々
切換えると、容量素子4の光電変換素子1側端のレベル
が基準バイアス電位Vbに固定される。すると、容量素子
4のバッファアンプ回路3側端のレベルは、容量素子4
自体での蓄積電荷を保持する作用により、 Vb−(Vb−Vs−Vo)=Vs+Vo となる。その結果、バッファアンプ回路3の入力レベル
はVs+Voとなる。[Operation] When the bias switching element 5 is in the bias applied state, the output of the buffer amplifier circuit 3 is the bias Vo
Fixed to a level based on. In this state, when the switching control means 6 switches the reference bias switching element 2 from the bias application state to the bias cutoff state, the signal extraction of the photoelectric conversion element 1 preset by the reference bias Vb based on the charge storage function until that point. Electrode 1a
The level of the output signal from V fluctuates due to the action of accumulating charges generated according to the amount of incident light on the photoelectric conversion element 1. When this variation becomes Vs, the level of the capacitive element 4 at the photoelectric conversion element 1 side end is Vb-Vs, and the level of the buffer amplifier circuit 3 side end is fixed to the bias voltage Vo. In this state, when the switching control means 6 switches the bias switching element 5 to the bias cutoff state and the reference bias switching element 2 to the bias application state, respectively, the level of the end of the capacitance element 4 on the photoelectric conversion element 1 side becomes the reference bias potential Vb. Fixed to. Then, the level of the end of the capacitive element 4 on the buffer amplifier circuit 3 side becomes
Vb− (Vb−Vs−Vo) = Vs + Vo due to the action of holding the accumulated charge by itself. As a result, the input level of the buffer amplifier circuit 3 becomes Vs + Vo.
ここで、光電変換素子1の信号取出し電極1aの変動値Vb
は、例えば、前記第8図に示すように基準バイアスVb=
5Vで最大Vs=2V程度のものとなる。従って、光電変換素
子1の性能及びバッファアンプ回路3の入力端に印加す
べきバイアス電圧Voを適当に選択することにより、バッ
ファアンプ回路3に入力する信号レベルは光電変換素子
1に対する基準バイアス電圧Vbより更に低位のものとな
る。Here, the fluctuation value Vb of the signal extraction electrode 1a of the photoelectric conversion element 1
Is, for example, as shown in FIG.
At 5V, the maximum Vs is about 2V. Therefore, by appropriately selecting the performance of the photoelectric conversion element 1 and the bias voltage Vo to be applied to the input terminal of the buffer amplifier circuit 3, the signal level input to the buffer amplifier circuit 3 is the reference bias voltage Vb for the photoelectric conversion element 1. It will be even lower.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第2図は本発明に係る光検出回路を用いた画像読取り装
置の基本構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration example of an image reading apparatus using the photodetector circuit according to the present invention.
光電変換素子にて構成される複数のセルを有したイメー
ジセンサ100とイメージセンサ100の各セルからの信号出
力をイメージ信号として処理するイメージセンサ用LSI2
00の接続関係は前記第10図に示すものと同様である。イ
メージセンサ用LSI200は前述したように、イメージセン
サ100の各セルに対応して、基準バイアスのスイッチン
グ素子、バッファアンプ、出力切換え用のスイッチング
素子、信号供給制御用のアンドゲート、アンドゲートの
ゲートコントロールビットを順次シフトするシフトレジ
スタ等の要素を有しており(第10図参照)、更に、後述
するような新たな機能に対応した要素が付加されたもの
となっている。Image sensor 100 having a plurality of cells composed of photoelectric conversion elements, and image sensor LSI for processing signal output from each cell of image sensor 100 as an image signal
The connection relationship of 00 is the same as that shown in FIG. As described above, the image sensor LSI 200 corresponds to each cell of the image sensor 100 and corresponds to the reference bias switching element, the buffer amplifier, the output switching switching element, the signal supply control AND gate, and the AND gate gate control. It has elements such as a shift register for sequentially shifting bits (see FIG. 10), and elements to which new functions as described later are added are added.
制御回路300からはイメージセンサ用LSI200に対して各
種制御信号INH,IA,及びクロツク信号CLKが供給されてお
り、イメージセンサ用LSI200は各供給信号の状態に応じ
てイメージセンサ100の各セルでの入射光量に対応した
イメージ信号を出力端子OUTから順次シリアルに出力す
るようになっている。Various control signals INH, IA and clock signal CLK are supplied from the control circuit 300 to the image sensor LSI 200, and the image sensor LSI 200 operates in each cell of the image sensor 100 according to the state of each supply signal. The image signal corresponding to the amount of incident light is output serially from the output terminal OUT.
イメージセンサ用LSI200には電源電圧として0〜+5Vが
印加されており、イメージセンサ100の各セル(光電変
換素子)の電極間にも同様に5Vの基準バイアス電圧が印
加されている。即ち、イメージセンサ100及びイメージ
センサ用LSI200が単一電源(+5V)にて駆動されてい
る。A power supply voltage of 0 to + 5V is applied to the image sensor LSI 200, and a reference bias voltage of 5V is similarly applied between electrodes of each cell (photoelectric conversion element) of the image sensor 100. That is, the image sensor 100 and the image sensor LSI 200 are driven by a single power source (+ 5V).
このように、イメージセンサ100の各セルの電極間バイ
アス電圧と同電圧の電源駆動を実現する要素がイメージ
センサ用LSI200に新たな要素として構成されている。そ
の具体的な構造は、例えば、第3図に示すようになって
いる。In this way, the element for realizing the power supply drive of the same voltage as the inter-electrode bias voltage of each cell of the image sensor 100 is configured as a new element in the image sensor LSI 200. The specific structure is, for example, as shown in FIG.
光電流源15と容量素子16で構成される光電変換素子10
(イメージセンサ100の各セル)の信号取出し電極と電
源+5Vラインとの間に従前同様スイッチング素子として
のFETゲート18が接続配置され、このFETゲート18を介し
て光電変換素子10の電極間に+5Vのバイアス電圧が印加
されるようになっている。また、上記光電変換素子10の
信号取出し電極とバッファアンプ20の入力端(+)との
間にコンデンサ25が直列接続配置されると共に、バッフ
ァアンプ20の入力端(+)がFETゲート26を介してアー
ス接続されている。Photoelectric conversion element 10 composed of photocurrent source 15 and capacitance element 16
A FET gate 18 as a switching element is similarly connected and arranged between the signal extraction electrode of each cell of the image sensor 100 and the power supply + 5V line, and + 5V is connected between the electrodes of the photoelectric conversion element 10 via the FET gate 18. Bias voltage is applied. Further, a capacitor 25 is arranged in series between the signal extraction electrode of the photoelectric conversion element 10 and the input terminal (+) of the buffer amplifier 20, and the input terminal (+) of the buffer amplifier 20 is connected via the FET gate 26. Grounded.
イメージセンサ用LSI200において、イメージセンサ100
のセル(光電変換素子)に対応した各バッファアンプ20
の前段は上記と同様の構成となっている。Image sensor 100 in image sensor LSI 200
Each buffer amplifier 20 corresponding to each cell (photoelectric conversion element)
The preceding stage has the same configuration as above.
次に、第4図に示すタイミングチャートに従って作動を
説明する。Next, the operation will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
制御回路300からのクロツク信号に同期して各FETゲート
18,26のオン・オフ切換え制御がなされる。Each FET gate is synchronized with the clock signal from the control circuit 300
18,26 ON / OFF switching control is performed.
FETゲート18がオン状態にされると、光電変換素子10の
電極間に基準バイアス+5Vが印加し、容量素子16に対す
る当該バイアスによるプリチャージによって、信号取出
し電極は略+5Vに固定される(コンデンサ25の光電変換
素子10側端A点の電圧レベル)。また、FETゲート26が
オン状態にされると、バッファアンプ20の入力端(+)
はアースレベル(0V)にバイアスされ、その出力は0Vに
固定される。この状態で、FETゲート18がオフ状態に切
換えられると(時刻t1)、光電変換素子10に対する入射
光量に応じて発生する電荷の容量素子16に対する蓄積作
用によって信号取出し電極の電圧レベルが順次低下して
いく。即ち、A点の電圧レベルが低下していく。ここ
で、時刻t2に達し、当該A点の電圧レベルが+5VからVs
だけ低下した状態(+5v−Vs)でFETゲート26がオフ状
態に、FETゲート18がオン状態にそれぞれ切換えられる
と、基準バイアスの印加によって、A点の電圧レベルが
強制的に+5Vに固定され、同時にコンデンサ25の端子間
電圧を保持すべくバッファアンプ20の入力端(+)の電
圧レベルは +5V−(+5v−Vs)=Vs に引上げられる。When the FET gate 18 is turned on, a reference bias of + 5V is applied between the electrodes of the photoelectric conversion element 10, and the signal extraction electrode is fixed at approximately + 5V by precharging the capacitance element 16 with the bias. Voltage level at the point A on the photoelectric conversion element 10 side). When the FET gate 26 is turned on, the input terminal (+) of the buffer amplifier 20
Is biased to ground level (0V) and its output is fixed at 0V. In this state, when the FET gate 18 is switched to the off state (time t1), the voltage level of the signal extraction electrode sequentially decreases due to the action of accumulating the charge generated in accordance with the amount of incident light on the photoelectric conversion element 10 in the capacitive element 16. To go. That is, the voltage level at point A decreases. At time t2, the voltage level at the point A changes from + 5V to Vs.
When the FET gate 26 is switched to the off state and the FET gate 18 is switched to the on state in the state of being lowered by only (+ 5v-Vs), the voltage level at the point A is forcibly fixed to + 5V by the application of the reference bias. At the same time, the voltage level of the input terminal (+) of the buffer amplifier 20 is raised to + 5V-(+ 5v-Vs) = Vs in order to hold the voltage across the terminals of the capacitor 25.
このバッファアンプ20の入力端(+)に印加する電圧レ
ベルVsは当該光電変換素子10に対する入射光量に対応し
たものであり、その値は、例えば第8図に示すように、
0.8V〜2V程度となる。これにより、バッファアンプ20の
出力電圧レベルは0.8(入射光なし)から2V(最大入射
光量)までの間のレベルとなる。これは、イメージセン
サ用LSI200の電源電圧、即ち、バッファアンプ20に対す
る供給電源電圧+5Vより低位となり、バッファアンプ20
の出力特性の直線性は充分確保されることになる。The voltage level Vs applied to the input terminal (+) of the buffer amplifier 20 corresponds to the amount of incident light to the photoelectric conversion element 10, and its value is, for example, as shown in FIG.
It will be about 0.8V to 2V. As a result, the output voltage level of the buffer amplifier 20 becomes a level between 0.8 (no incident light) and 2 V (maximum incident light amount). This is lower than the power supply voltage of the image sensor LSI 200, that is, the power supply voltage + 5V supplied to the buffer amplifier 20.
Therefore, the linearity of the output characteristics of is sufficiently secured.
なお、上記各切換え作動の同期信号となるクロツクCKL
の周波数は1MHz〜5MHz程度であり、イメージセンサ100
の一セルに対するサンプリング周期(時刻t1からt2まで
の間)は5msec.程度である。従って、この場合、イメー
ジセンサ用LSI200の出力端子OUTからは5msec.毎にイメ
ージセンサ100を構成する全セルに対応したイメージ信
号がシリアルに出力されることになる。The clock CKL that becomes the synchronization signal for each of the above switching operations.
The frequency of 1MHz ~ 5MHz, image sensor 100
The sampling cycle (between times t1 and t2) for one cell is about 5 msec. Therefore, in this case, the image signal corresponding to all the cells forming the image sensor 100 is serially output from the output terminal OUT of the image sensor LSI 200 every 5 msec.
上記のように本実施例によれば、イメージセンサ用LSI2
00においてコンデンサ25とスイッチング素子となるFET
ゲート26とを付加するだけでバッファアンプに対する入
力電圧レベルの低減を実現できる。また、イメージ信号
レベルのビット間のばらつきに影響を与える要素として
はコンデンサ25だけであることから、そのばらつきの程
度も充分小さなものとすることができる。As described above, according to this embodiment, the image sensor LSI 2
FET that becomes the capacitor 25 and switching element at 00
Only by adding the gate 26, the input voltage level to the buffer amplifier can be reduced. Further, since the capacitor 25 is the only element that affects the bit-to-bit variation in the image signal level, the degree of the variation can be made sufficiently small.
第5図は本発明の係る光検出回路の他の実施例を示す回
路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing another embodiment of the photodetector circuit according to the present invention.
この例は、LSI内において、寄生容量によるバッファア
ンプ20の入力信号レベルの低下を補償するものである。This example compensates for a decrease in the input signal level of the buffer amplifier 20 due to parasitic capacitance in the LSI.
バッファアンプ20の入力端(+)とアースライン間に寄
生容量がつくと、当該入力端(+)に入力する信号レベ
ルは点Aの電圧レベルがコンデンサ25と寄生容量とで分
圧されたものとなる。そこで、不明確な寄生容量をキャ
ンセルするような容量素子27をバッファアンプ20の入力
端(+)とアースラインとの間に接続配置し、当該入力
レベルが低下した分バッファアンプに適当なゲインをも
たせるべく抵抗素子R1,R2を接続配置する。なお、この
場合の当該ゲインG G=(R1+R2)/R1 となる。When a parasitic capacitance is formed between the input terminal (+) of the buffer amplifier 20 and the ground line, the signal level input to the input terminal (+) is the voltage level at point A divided by the capacitor 25 and the parasitic capacitance. Becomes Therefore, a capacitive element 27 that cancels unclear parasitic capacitance is connected and arranged between the input terminal (+) of the buffer amplifier 20 and the ground line, and an appropriate gain is provided to the buffer amplifier as the input level is reduced. The resistance elements R1 and R2 are connected and arranged so as to have the function. The gain GG in this case is (R1 + R2) / R1.
そして、バッファアンプ20に対する入力電圧レベルが C1/(C1+C2)・Vs となって、当該バッファアンプ20の出力電圧レベルが {C1/(C1+C2)・Vs}×{(R1+R2)/R1} となる。Then, the input voltage level to the buffer amplifier 20 becomes C1 / (C1 + C2) · Vs, and the output voltage level of the buffer amplifier 20 becomes {C1 / (C1 + C2) · Vs} × {(R1 + R2) / R1}.
[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、バッファア
ンプ回路に入力する信号レベルが低下することになり、
当該バッファアンプ回路に対する供給電源電圧を光電変
換素子の電極間に印加するバイアス電圧と同一にしても
バッファアンプ回路の出力特性の直線性を確保できるよ
うになる。従って、単一電源駆動が可能な光検出回路が
実現できる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the signal level input to the buffer amplifier circuit is lowered,
Even if the power supply voltage supplied to the buffer amplifier circuit is the same as the bias voltage applied between the electrodes of the photoelectric conversion element, the linearity of the output characteristic of the buffer amplifier circuit can be ensured. Therefore, a photodetector circuit capable of being driven by a single power source can be realized.
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図は本発
明の係る光検出回路が適用される画像読取り装置の基本
構成例を示すブロック図、第3図は本発明に係る光検出
回路の一例を示す回路図、第4図は第3図に示す回路の
作動を示すタイミングチャート、第5図は本発明に係る
光検出回路の他の一例を示す回路図、第6図は光電変換
素子の構造例を示す図、第7図は第6図に示す光電変換
素子の等価回路を示す回路図、第8図は光電変換素子の
出力レベルの特性例を示す図、第9図は従来の光検出回
路を示す回路図、第10図は従来の光検出回路の要素が構
成されるLSIの基本構造例を示す図である。 [符号の説明] 1,10…光電変換素子 1a…信号取出し電極 2…基準バイアススイッチング素子 3…バッファアンプ回路 4…容量素子 5…バイアススイッチング素子 6…スイッチング制御手段 15…光電流源 16…容量素子 18,26…FETゲート 20…バッファアンプ 25…コンデンサ 100…イメージセンサ 200…イメージセンサ用LSI 300…制御回路FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration example of an image reading apparatus to which a photo detection circuit according to the present invention is applied, and FIG. 3 is a photo detection according to the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the circuit, FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the circuit shown in FIG. 3, FIG. 5 is a circuit diagram showing another example of the photodetector circuit according to the present invention, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing a structure example of a conversion element, FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the photoelectric conversion element shown in FIG. 6, FIG. 8 is a diagram showing an example of output level characteristics of the photoelectric conversion element, and FIG. FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional photo detection circuit, and FIG. 10 is a diagram showing an example of a basic structure of an LSI in which elements of the conventional photo detection circuit are configured. [Explanation of Codes] 1, 10 ... Photoelectric conversion element 1a ... Signal extraction electrode 2 ... Reference bias switching element 3 ... Buffer amplifier circuit 4 ... Capacitance element 5 ... Bias switching element 6 ... Switching control means 15 ... Photocurrent source 16 ... Capacitance Element 18, 26 ... FET gate 20 ... Buffer amplifier 25 ... Capacitor 100 ... Image sensor 200 ... Image sensor LSI 300 ... Control circuit
Claims (1)
(1a,1b)間にて入射光量に応じた電荷発生機能及び電
荷蓄積機能を有する光電変換素子(1)と、 光電変換素子電極間での基準バイアス電圧(Vb)の印加
または遮断の切換えを行なう基準バイアススイッチング
素子(2)と、 光電変換素子(1)の電荷蓄積状態に基づく信号取出し
電極(1a)の信号出力に応じて、当該供給電圧範囲内の
レベルにて信号出力を行なうバッファアンプ回路(3)
とを備えた光検出回路において、 光電変換素子(1)の信号取出し電極(1a)とバッファ
アンプ回路(3)の入力端との間に容量性素子(4)を
直列接続配置すると共に、 バッファアンプ回路(3)の入力端に対するバイアス
(Vo)印加または遮断の切換えを行なうバイアススイッ
チング素子(5)と、 バイアススイッチング素子(5)によるバイアス印加状
態にて、基準バイアススイッチング素子(2)をバイア
ス印加状態から遮断状態に切換え、その後、バイアスス
イッチング素子(5)をバイアス遮断状態に、基準バイ
アススイッチング素子(2)をバイアス印加状態に夫々
切換えるスイッチング制御手段(6)とを備えたことを
特徴とする光検出回路。1. A photoelectric conversion element (1) having a charge generation function and a charge storage function according to the amount of incident light between two electrodes (1a, 1b) including a signal extraction electrode (1a), and a photoelectric conversion element electrode. Between the reference bias switching element (2) that switches between applying and blocking the reference bias voltage (Vb) between the two, and the signal output of the signal extraction electrode (1a) based on the charge accumulation state of the photoelectric conversion element (1). , Buffer amplifier circuit (3) for outputting a signal at a level within the supply voltage range
In the photodetector circuit including: a capacitive element (4) is connected in series between the signal extraction electrode (1a) of the photoelectric conversion element (1) and the input end of the buffer amplifier circuit (3), and a buffer is provided. A bias switching element (5) that switches between applying and blocking a bias (Vo) to the input terminal of the amplifier circuit (3) and a bias applying state by the bias switching element (5) biases the reference bias switching element (2). Switching control means (6) for switching from the applied state to the cutoff state, and thereafter switching the bias switching element (5) to the bias cutoff state and the reference bias switching element (2) to the bias application state, respectively. Photo detector circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62129835A JPH0681282B2 (en) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | Photo detection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP62129835A JPH0681282B2 (en) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | Photo detection circuit |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS63296480A JPS63296480A (en) | 1988-12-02 |
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Family Applications (1)
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- 1987-05-28 JP JP62129835A patent/JPH0681282B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPS63296480A (en) | 1988-12-02 |
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