专利名称：光电转换设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于根据入射光输出输出电压的光电转换设备。
技术背景当前，存在一种用于图像读取器的光电转换设备，例如传真设备，图像扫描设备，数字复印机，x射线图像拾取设备。使用单晶硅晶片制造光电转换设备，作为例子，接触式图像传感器(CIS)是公知的。在这种情况中，将描述根据相关现有技术的光电转换设备。 光电转换设备包括多个光电二极管，读取来自每一个光电二极管的 噪声信号并且保持读取的噪声信号的噪声信号保持设备，和读取来自每 一个光电二极管的光信号并且保持读取的光信号的光信号保持设备。该 光电转换设备还包括连接每一个光电二极管的噪声信号公共输出线路， 用于输出噪声信号，和连接每一个光电二极管的光信号公共输出线路， 用于输出光信号。光电转换设备还包括读取装置，其通过在与噪声信号 公共输出线关联的电容和与光信号公共输出线关联的电容之间的电容划 分，读取由噪声信号保持装置所保持的噪声信号和由光信号保持装置所 保持的光信号。该光电转换器件进一步包括设置在噪声信号公共输出线 与光信号公共输出线之间的开关，并且该开关开启以消除噪声信号公共 输出线上的电压与光信号公共输出线上的电压之间的不平衡，从而高精度地校正光信号(例如参见JP10-191U3A)。在上述结构中，实现了集成度更高的单晶硅芯片以及实现了更高密 度的每一元件和金属布线，即使当噪声信号公共输出线和光信号公共输 出线由于掩模布图设计而失去平衡，也可以消除噪声信号公共输出线与 光信号公共输出线之间的电压不平衡，并且可以高精度地校正该光信号。然而，设置在噪声信号公共输出线与光信号公共输出线之间用于高 精度地校正光信号的开关被开启，然后再被关闭。此后，就分别通过噪 声信号公共输出线和光信号公共输出线读取噪声信号和光信号。结果， 用于读取噪声信号和光信号的时间减少了用于操作开关所需要的时间量。因此，该光电转换器件难以实现高速操作。 发明内容考虑到上述该情况，已经做出了本发明，并且因此，本发明的目的 是提供一种能够高精度地修正光信号并且更加适合高速操作的光电转换器件。为了解决上述问题，根据本发明，提供一种用于根据入射光来输出一个输出电压的光电转换器件，包括多个光电转换单元，其每一个包括光信号输出装置，其根据该入射光输出光信号；复位装置，其与该光信号输出装置的输出端连接，并且其将该光信 号输出装置的输出端上的电压复位到预定的初始电压；放大装置，其与光信号输出装置的输出端连接，并且其放大该光信 号以输出所放大的光信号，以及放大该初始电压以输出所放大的初始电压；光信号保持装置，其与放大装置的输出端连接，并且其保持所放大 的光信号；以及初始电压保持装置，其与放大装置的输出端连接，并且其保持所放 大的初始电压；光信号公共输出线，其公共连接到全部的多个光电转换单元，用于 按时间顺序从多个光电转换单元的每一个输出所放大的光信号，并且具 有第一寄生电容；初始电压公共输出线，公共连接到全部的多个光电转换单元，用于 按时间顺序从多个光电转换单元的每一个输出所放大的初始电压，并且 具有第二寄生电容；调节电容器，公共连接光信号公共输出线和初始电压公共输出线之 一，其具有基本上等于第一寄生电容和第二寄生电容之间的差分电容值 的电容值；以及减法放大器(substraction amplifier ),用于从所放大的光信号中 减去戶斤;改大的初始电压。在本发明中，具有基本上等于与光信号公共输出线关联的第一寄生 电容和与初始电压公共输出线关联的第二寄生电容之间的差分电容值的 电容值的调节电容器连接到光信号公共输出线或初始电压公共输出线。 相应地，与光信号公共输出线关联的寄生电容和与初始电压公共输出线 关联的寄生电容彼此相等。于是，就消除了寄生电容对光信号的影响，并高精度地校正了该光信号。进一步，该调节电容器连接到光信号公共输出线或者连接到初始电 压公共输出线。另外，没有通过信号来控制该调节电容器，于是不需要 用于控制调节电容器的时间。相应地，没有减少用于读取光信号和初始 电压的时间。于是，该光电转换器件更加适合于高速操作。
在下面的附图中图1的电路图所示为光电转换器件；图2的电路图所示为光电转换器件的前置级部分；图3的电路图所示为光电转换器件的后置级部分；图4的简图所示为第一电容器组；以及图5的简图所示为第二电容器组。
具体实施方式
此后，将参照这些附图详细描述本发明的实施例。首先，给出安装到根据入射光来输出一个输出电压的光电转换器件 上的光电转换单元的结构描述。图1的电路图所示为光电转换单元。光电转换单元30包括光电二极管1、复位开关2、緩冲放大器3、开 关14、开关15、电容器12、电容器13、开关16、以及开关17。复位开关2和緩沖放大器3分别都连接到光电二极管1的输出端。 电容器12通过开关14连接到緩沖放大器3的输出端，并且电容器13通 过开关15连接到緩冲放大器3的输出端。而且，电容器12通过开关16 连接到光信号公共输出线10,并且电容器13通过开关17连接到初始电 压公共输出线11。光电二极管1根据入射光产生光电电荷，并根据该光电电荷输出光 信号。复位开关2将光电二极管1的输出端上的电压复位到预定初始电 压。緩沖放大器3放大光信号以输出放大的光信号，并且放大初始电压， 以输出放大的初始电压。电容器12保持所放大的光信号，并且电容器13 保持所放大的初始电压。接下来，给出光电转换器件的前置级部分的结构描述。图2的电路 图所示为光电转换器件的前置级部分。光电转换器件的前置级部分包括多个光电转换单元30、光信号公 共输出线IO、初始电压公共输出线ll、开关18、开关19、电容器组20、金属布线20z、第一寄生电容器31、以及第二寄生电容器32。光信号公共输出线10公共连接到全部的光电转换单元30并且具有 第一寄生电容器31。初始电压公共输出线ll公共连接到全部的光电转换 单元30并且具有第二寄生电容器32。电压Vclampl通过开关18施加到 光信号7>共输出线10。电压Vclampl通过开关19施加到初始电压z^共输 出线11。电容器组20连接到光信号公共输出线10或者连接到初始电压 公共输出线11上。光信号公共输出线10按时间顺序从每一个光电转换单元30输出所 放大的光信号。初始电压公共输出线11按时间顺序从每一个光电转换单 元30输出所放大的初始电压。电容器组20具有基本上等于第一寄生电 容器31与第二寄生电容器32之间的差分电容值的电容值。接下来，给出光电转换器件的后置级部分的结构描述。图3的电路 图所示为光电转换器件的后置级部分。光电转换器件的后置级部分包括緩沖放大器22、緩冲放大器23、减 法放大器24、箝位电路25、緩沖放大器26、采样保持电路27、緩沖放 大器28、以及传输门29。光信号公共输出线10通过緩沖放大器22与减法放大器24连接，并 且初始电压公共输出线11通过緩冲放大器23与减法放大器24连接。减 法放大器24的输出端连接到箝位电路25,并且箝位电路25的输出端连 接到緩沖放大器26。緩沖放大器26的输出端连接到采样保持电路27, 并且采样保持电路27的输出端连接緩沖放大器28。緩沖放大器28的输 出端连接传输门29。接下来，给出关于光电转换单元30的操作的描述。当该复位开关2响应于信号0R而开启时，光电二极管1的输出端上 的电压Vdi净皮设置为复位电压V复位。此后，当开关2响应于信号0R而关 闭时，电压Vdi被设置为通过将与光电二极管1关联的噪声电压Voff加 上复位电压V ^而得到的电压(此后，称之为"初始电压，，)。紧接着在 复位开关2关闭之后，开关15响应于信号0RIN而开启，并且初始电压 通过响应于信号0SEL而受控的緩冲放大器3 ^L设置为放大的初始电压 VBITR,从而由电容器13读取所放大的初始电压VBITR。在从复位开关2 关闭直到开关15关闭的时间里读取该放大的初始电压VBITR。之后，光电二极管1根据入射光产生光电电荷并保持所产生的光电电荷，并且电压Vdi根据光电电荷的数量而波动。然后，电压Vdi^皮设 置为通过将与光电二极管1关联的噪声电压Voff和根据由光电二极管1 保持的光电电荷的数量的电压加上复位电压V复位而得到的电压(此后， 称之为"光信号")。开关14响应于信号0SIN而开启，并且光信号通过 緩沖放大器3变为放大的光信号VBITS,从而由电容器12读取放大的光 信号。在从复位开关2关闭直到开关14关闭的时间里读取放大的光信号 VBITS。开关16和开关17响应于信号0SCH而同时开启。另外，当满足预定 条件时，分别通过光信号公共输出线10和初始电压公共输出线11读取 放大的光信号VBITS和初始电压VBITR。后置级电路从放大的光信号 VBITS中减去初始电压VBITR，从而根据对应于入射光的光电电荷的数量 获取输出电压。重复执行通过电容器13读取放大的初始电压VBITR的操作和通过电 容器12读取放大的光信号VBITS的操作。接下来，给出关于光电转换器件的前置级部分的操作描述。在这种情况下，每一个光电转换单元30按时候顺序输出放大的光信 号VBITS和;改大的初始电压VBITR。当信号0SCH变为高电平并且信号0clampl变为低电平(此后称之 为"第一半周期")时，开关16和开关17开启，并且开关18和开关19 关闭。相应地，来自预定光电转换单元30的被保持在电容器12中的放 大的光信号VBITS根据电容器12与第一寄生电容31之间的分压比被读 取到光信号公共输出线10。同时，来自预定光电转换单元30的^皮保持在 电容器13中的放大的初始电压VBITR根据电容器13与第二寄生电容32 之间的分压比被读取到初始电压公共输出线11。当信号0SCH变为高电平并且信号0clampl也变为高电平(此后称 之为"第二半周期")时，该开关16和开关17开启，并且开关18和开 关19也开启。相应地，光信号公共输出线IO和初始电压公共输出线11 上的电压分别净皮初始4b为电压Vclampl。光信号公共输出线IO具有第一寄生电容器31,并受第一寄生电容器 31的影响。初始电压公共输出线11具有第二寄生电容器32，并受第二 寄生电容器32的影响。光信号公共输出线IO或初始电压公共输出线11 具有电容器组20，并受电容器组20的影响，该电容器组20具有基本上等于第一寄生电容器31和第二寄生电容器32之间的差分电容值的电容 值。相应地，光信号公共输出线IO上的电容器的影响等于初始电压公共 输出线11上的电容器的影响。在这种情况下，例如緩沖放大器3、緩冲放大器以及緩沖放大 器23分别都具有大约为1的放大系数，减法放大器24具有大约为4的 放大系数，并且緩沖放大器26和緩冲放大器28分别都具有大约为2的 放大系数。在放大的光信号VBITS和放大的初始电压VBITR -陂显著放大 之前，光信号公共输出线IO上的电容器的影响等于初始电压公共输出线 11上的电容器的影响。接下来，给出关于光电转换器件的后置级的操作的描述。在这种情况下，每一个光电转换单元30按时间顺序输出放大的光信 号VBITS和放大的初始电压VBITR。在第一半周期中，来自预定光电转换单元30的放大的光信号VBITS 通过緩冲放大器22输入到减法放大器24,并且来自预定光电转换单元 30的放大的初始电压VBITR通过緩沖放大器23也输入到减法放大器24。 减法放大器24从放大的光信号VBITS中减去放大的初始电压VBITR，从 而除去了放大的光信号VBITS的噪声电压Voff 。减法放大器24在第一半 周期中的输出信号变为从放大的光信号VBITS中减去放大的初始电压 VBITR并将结果乘以增益以便与参考电压VREF相加而得到的信号。进一步，在第二半周期中，电压Vclampl通过緩沖放大器22和緩沖 放大器23输入到减法放大器24。相应地，减法放大器24的两个输入端 没有电压差，并且结果是减法放大器24在在第二半周期中的输出信号变 为参考电压VREF。在这种情况下，在第一半周期和第二半周期中，緩沖放大器22、緩 冲放大器23、以及减法放大器24中的每一个的偏移量都被加到减法放大 器24的输出信号上。减法放大器24的输出信号输入到箝位电路25。在第二半周期中，基于输入到箝位电路25的箝位脉沖0CLAMP，参 考电压VREF所施加到的端子(未示出)连接到箝位电路25的输出端上。 相应地，箝位电路25的输出信号在第二半周期中被箝位到参考电压 VREF。在第一半周期中，基于箝位脉沖0CLAMP，参考电压VREF所施加到 的端子(未示出)没有连接到箝位电路25的输出端上。相应地，在箝位电路25的输入端及其输出端之间设置电容器，并且该箝位电路25的输 出信号在第一半周期中变为从在第一半周期中在输入端处该减法放大 器24的输出信号中减去在第二半周期中的前一周期中在输出端处被箝制 到参考电压VREF的箝位电路25的输出信号并将结杲与该参考电压VREF 相加而得到的信号。结果，箝位电路25在第一半周期中的输出信号变为 从放大的光信号VBITS中减去放大的初始电压VBITR并将结杲乘以增益 以便与参考电压VREF相加而得到的信号。注意，在第一半周期中，緩沖 放大器22、緩沖放大器23、以及减法放大器24中的每一个的偏移量都 被加到箝位电路25的输出信号上。将箝位电路25的输出信号输入到緩沖放大器26。緩沖放大器26的 输出信号输入到采样保持电路27。在第一半周期中，根据到采样保持电路27的采样保持脉沖0SH，采 样保持电路27采样緩沖放大器26的输出信号，其对应于在第一半周期 中箝位电路25的输出信号。进一步，在第二半周期中，采样保持电路27根据采样保持脉沖0SH 保持所采样的信号，并且采样保持电路27的输出信号维持较长的时间。采样保持电路27的输出信号输入到緩冲放大器28。緩沖放大器28 的输出信号输入到传输门29。传输门29根据与入射光对应的光电电荷的 数量输出一个输出电压V0UT。在上述结构中，电容器组20具有基本上等于与光信号公共输出线10 关联的第一寄生电容器31和与初始电压公共输出线11关联的第二寄生 电容器32之间的差分电容值的电容值，电容器组20与光信号公共输出 线10或者与初始电压公共输出线11连接。相应地，与光信号公共输出 线10关联的寄生电容等于与初始电压公共输出线11关联的寄生电容。 因此，消除了寄生电容对光信号的影响，并且高精度地校正了该光信号。进一步，电容器组20与光信号公共输出线10或者与初始电压公共 输出线ll连接，并且该电容器组20并不是被信号控制。另外，用于控 制电容器组20的时间是不必要的。相应地，没有减少用于读取光信号和 初始电压的时间。结果，光电转换器件更适合于高速操作。即使在光电二极管1和光电转换单元30的数量分别都增加或都减少 的情况下，在这样的情况下，与光信号公共输出线10关联的寄生电容等 于与初始电压公共输出线11关联的寄生电容。结果，不管光电二极管1和光电转换单元30的数量分别为多少，都可以消除寄生电容对光信号的 影响，并可以高精度的校正该光信号。接下来，给出电容器组20的描述。图4的简图所示为第一电容器组。 如图4中所示，电容器组20包括多个电容器20a和多个金属布线 20b。可以提供具有相同电容值的多个电容器20a,或者可以提供具有不 同电容值的多个电容器20a。在每一个电容器中，电容器20a通过对应的 金属布线20b分别连接到光信号公共输出线10或者连接到初始电压公共 输出线11上。在上述结构中，当改变用于产生半导体器件的掩模并且改变金属布 线20b时，要连接到光信号公共输出线IO或连接到初始电压公共输出线 11上的电容器20c的数量将改变，电容器组20的电容值也调整。相应地， 容易实现基本上等于第一寄生电容器31与第二寄生电容器32之间的差 分电容值的电容值。接下来，给出不同于上面所述的电容器组20的描述。图5的简图所 示为第二电容器组。如图5中所示，电容器组20包括多个电容器20c以及多个开关20d。 可以提供具有相同电容值的多个电容器20c，或者可以提供具有不同电容 值的多个电容器20c。在每一个电容器中，电容器20c通过对应的开关 2Od分别连接到光信号公共输出线10或者连接到初始电压公共输出线11 上。在上述结构中，当控制开关20d以进行开启和关闭时，要连接到光 信号公共输出线10或连接到初始电压公共输出线11上的电容器20c的 数量将改变，从而调整了电容器组20的电容值。相应地，容易实现基本 上等于第一寄生电容器31与第二寄生电容器32之间的差分电容值的电容值。注意，电压Vclampl通常是緩沖放大器22和緩冲放大器23中的每 一个的电源电压。在图2中，电容器组20连接着初始电压公共输出线11，但是也可以 连接光信号公共输出线10。在这种情况下，电容器组20连接到光信号公 共输出线IO和初始电压公共输出线11之一并具有更小的寄生电容。在图4中，电容器20连接到光信号公共输出线10或者连接到初始 电压公共输出线ll。可选择地，电容器20a的一部分可以与其连接。在这种情况下，电容器20a与其连接，使得该电容器组20的电容值变为基 本上与第一寄生电容器31和第二寄生电容器32之间的差分电容值相等 的电容值。在图1中，使用了光电二极管，但是也可以使用光电晶体管。
权利要求
1.一种用于根据入射光来输出输出电压的光电转换器件，包括多个光电转换单元，每一个光电转换单元包括光信号输出装置，其根据入射光输出光信号；复位装置，其与光信号输出装置的输出端连接并且将光信号输出装置的输出端上的电压复位到预定的初始电压；放大装置，其与光信号输出装置的输出端连接并且放大光信号以输出放大的光信号，和放大初始电压以输出放大的初始电压；光信号保持装置，其与放大装置的输出端连接并且保持放大的光信号；以及初始电压保持装置，其与放大装置的输出端连接并且保持放大的初始电压；光信号公共输出线，其公共连接到全部的多个光电转换单元，用于按时间顺序从多个光电转换单元的每一个输出放大的光信号，并且具有第一寄生电容；初始电压公共输出线，其公共连接到全部的多个光电转换单元，用于按时间顺序从多个光电转换单元的每一个输出放大的初始电压，并且具有第二寄生电容；调节电容器，其公共连接光信号公共输出线和初始电压公共输出线之一，该调节电容器具有基本上等于第一寄生电容和第二寄生电容之间的差分电容值的电容值；以及减法放大器，用于从放大的光信号中减去放大的初始电压。
2. 根据权利要求1的光电转换器件，其中 调节电容器包括多个电容器；以及多个电容器的每一个都通过金属布线与光信号公共输出线和初始电 压公共输出线之一连接。
3. 根据权利要求1的光电转换器件，其中 调节电容器包括多个电容器；以及多个电容器的每一个都通过开关电路与光信号公共输出线和初始电 压公共输出线之一连接。
全文摘要
提供一种能够高精度地校正光信号并更适于高速操作的光电转换器件，包括光信号公共输出线(10)，其公共连接到全部的多个光电转换单元(30)，其按时间顺序从多个光电转换单元的每一个输出所放大的光信号，并具有第一寄生电容器(31)；初始电压公共输出线(11)，其公共连接到全部的多个光电转换单元(30)，其按时间顺序从多个光电转换单元的每一个输出所放大的初始电压，并具有第二寄生电容器(32)；以及电容器组(20)，其公共连接到光信号公共输出线(10)和初始电压公共输出线(11)之一，其具有基本上等于第一寄生电容器(31)和第二寄生电容器(32)之间的差分电容值的电容值。
文档编号H04N5/378GK101257573SQ20081008251
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月27日 优先权日2007年2月27日
发明者冈野大辅, 村冈大介, 横道昌弘, 町田聪 申请人:精工电子有限公司