(57)【要約】【課題】性能を低下させることなく光センサの小型化を図る。【解決手段】フォトダイオードＰＤ１は、Ｐ基板１上に形成されたＮ拡散層１２の表面（受光面）に、Ｐ拡散層（不純物拡散層）からなる抵抗１５とＮ拡散層からなるカソード１３とを形成する。この抵抗１５は、屈曲したジグザグの帯状に形成されている。この抵抗１５により、フォトダイオードＰＤ１を流れる光電流を電圧に変換する。このように、電流−電圧変換用の抵抗１５をフォトダイオードＰＤ１上に形成することにより、フォトダイオードＰＤ１を含む光センサを小型化することができる。また、抵抗１５の一端を接地することにより、抵抗１５を電磁シールドとして機能させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと、該フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換する抵抗とを備えた光センサにおいて、
上記電流をｎ倍（ｎ＞１）に増幅して前記抵抗に流す電流増幅手段を備え、
上記抵抗は、上記フォトダイオード上に形成された不純物拡散層からなり、その一端が接地されていることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
上記抵抗は屈曲した形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
上記抵抗の屈曲した部分の間をシールドするシールド部が上記フォトダイオード上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
上記フォトダイオード上に形成されたＰ拡散層と上記フォトダイオードにおけるＮ拡散層からなるカソードとのＰＮ接合により容量が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項５】
上記抵抗と上記容量とが直列に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光センサを備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検知や物理量検出を光学的に行なうための受光回路を有する光センサおよびその光センサを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体検知に用いられるフォトンタラプタ等の光センサは、装置において、検知対象に向けて必要数配置されている。例えば、複写機では、機内のさまざまな箇所を移動する用紙を検知するため、光センサが数十個と多数使用されている。したがって、装置の小型化や動作の安定化を図るため、小型且つ安価で高性能な光センサが求められる。
【０００３】
その解決策として、小型化については、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。特許文献１には、フォトダイオードと高利得アンプとを１チップ化した受光ＩＣが開示されている。この受光ＩＣは、サイズを小さくするために、フォトダイオード上に酸化膜を介して透光性のポリシリコンからなる抵抗をアンプの帰還抵抗として形成している。
【０００４】
また、高性能化については、特許文献２〜４に開示されている技術が挙げられる。
【０００５】
特許文献２には、フォトダイオードの表面領域に形成されたＰ＋拡散層（Ｐ型不純物）が電磁ノイズを除去する電磁シールドとして機能することが記載されている。また、特許文献２には、上記のＰ＋拡散層を設けることにより形成された新たなフォトダイオードと、すでにＰ基板上に形成されているフォトダイオードとを並列接続することにより、フォトダイオード部の受光電流を増加させることが記載されている。
【０００６】
図８は、特許文献１に開示されているフォトダイオードと類似する構造を有するフォトダイオードの断面構造を示している。
【０００７】
例えば、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤ１０１は、Ｐ基板１０１上にＮ拡散層１０２が形成されることにより構成されている。フォトダイオードＰＤ１０１において、Ｎ拡散層１０２の周辺部には、カソードを構成するＮ拡散層１０３が形成される一方、Ｐ基板１０１におけるＮ拡散層１０２の周囲には、アノード１０４がＰ拡散層により形成され、接地電位ＧＮＤに固定されている。また、フォトダイオードＰＤ１０１の受光表面となるＮ拡散層１０２の上面には、Ｐ拡散層からなる電磁シールド１０５が形成され、ＧＮＤ電位に固定されている。
【０００８】
特許文献３には、受光部の表面領域に形成されたＰ型不純物領域によって電磁ノイズを除去するシールド部が、受光部の表面領域を部分的に覆うように形成されていることが記載されている。これにより、シールド部と受光部との接触に起因して生じる自発ノイズが過度に生じることがなく、光検出感度を向上させることができる。
【０００９】
特許文献４には、ＰＮ接合を構成する表面側の半導体領域の導伝型（例えばＮ型）と逆の導伝型の半導体領域（例えばＰ型不純物）が、フォトダイオードの表面に格子状もしくはストライプ状に形成されていることが記載されている。これにより、フォトダイオードの表面に形成された半導体領域が電磁シールドとして機能する。また、この半導体領域が格子状もしくはストライプ状に形成されることにより、ＰＮ接合の面積を縮小することができる。これにより、接合容量の増大を抑制し、Ｓ／Ｎの低下を抑制するので、効果的に電磁シールドを行なうことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５-２５９４９８号公報（１９９３年１０月８日公開）
【特許文献２】特開平７−３０１４３号公報（１９９５年１月３１日公開）
【特許文献３】特開平１０−３０３４５０号公報（１９９８年１１月１３日公開）
【特許文献４】特開平９−２３０２３号公報（１９９７年１月２１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載されたような抵抗を形成するには、拡散工程だけでなく、ポリシリコン抵抗を形成する工程が必要である。しかも、抵抗を透光性のある材料を使って形成したとしても、反射や屈折などによる光量の低下が懸念される。
【００１２】
また、フォトダイオード上に抵抗と特許文献２〜４に記載されたような電磁シールドとを形成しようとすると、それぞれが異なる領域に形成されるので、フォトダイオードの面積が大きくならざるを得ない。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、性能を低下させることなく光センサの小型化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光センサは、上記の課題を解決するために、フォトダイオードと、該フォトダイオードに流れる電流を電圧に変換する抵抗とを備えた光センサにおいて、上記の課題を解決するために、上記電流をｎ倍（ｎ＞１）に増幅して前記抵抗に流す電流増幅手段を備え、上記抵抗が上記フォトダイオード上に形成された不純物拡散層からなり、その一端が接地されていることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成では、抵抗の一端が接地されていることにより、受光素子として通常アノードが接地されるフォトダイオードと抵抗とが並列となる。これにより、カレントミラー回路等で構成される電流増幅手段を用いて、フォトダイオードに流れる電流がｎ倍に増幅され、この増幅後の電流が抵抗によって電圧に変換される。それゆえ、電流−電圧変換用の抵抗がフォトダイオードと異なる領域に形成される従来の光センサと比べて、面積を小さくすることができる。また、抵抗は、不純物拡散層（例えばＰ拡散層）からなるので、光量の低下を招くことがないし、その一端が接地されていることにより、電磁シールドとしても機能する。
【００１６】
上記光センサにおいて、上記抵抗は屈曲した形状に形成されていることが好ましい。これにより、抵抗が高抵抗に形成されることから、十分な光信号を得ることができる。
【００１７】
上記抵抗が屈曲していることから、その屈曲した部分の不純物拡散層が近接する状態となり、電位反転が生じやすくなる。そこで、屈曲した部分の間をシールドするシールド部が上記フォトダイオード上に形成されていることにより、屈曲した部分の間がシールドされるので、電位反転を防止することができる。
【００１８】
また、上記光センサにおいて、上記フォトダイオード上に形成されたＰ拡散層と上記フォトダイオードにおけるＮ拡散層からなるカソードとのＰＮ接合により容量が形成されていることが好ましい。このように容量をフォトダイオード上に形成することにより、容量がフォトダイオードと異なる領域に形成される従来の光センサと異なり、光センサの面積を大きくすることなく容量を形成できる。
【００１９】
上記抵抗と上記容量とが直列に接続されていることにより、その合成容量が抵抗と並列に接続されることになる。これにより、光センサの周波数特性をコントロールできるだけでなく、ノイズ除去率を調整することができる。
【００２０】
本発明に係る電子機器は、上記のいずれかの光センサを備えていることを特徴としている。これにより、回路規模が小さく、且つ高性能の光センサを電子機器に配置することができる。したがって、電子機器における光センサの占有容積を小さくし、且つ電子機器の機能を向上させることができるので、有益である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、上記のように構成されることにより、回路規模が小さく、且つ高機能の光センサを実現することができるという効果を奏する。また、本発明により、光センサを備える電子機器の大型化の抑制および高機能化を容易に図ることができ、特に、当該光センサを多数備える電子機器においては、その効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。
【図２】（ａ）は上記光センサにおけるフォトダイオード（第１のフォトダイオード）の構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】（ａ）は上記光センサにおける他のフォトダイオード（第２のフォトダイオード）の構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る光センサの受光回路の構成を示す回路図である。
【図６】（ａ）は図５の光センサにおけるフォトダイオード（第３のフォトダイオード）の構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る複写機の内部構成を示す正面図である。
【図８】（ａ）は背景技術に係るフォトダイオードの構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［実施形態１］
本発明の実施形態１について図１〜図３に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００２４】
〔光センサの構成〕
図１は、本実施形態の光センサ１の受光回路の構成を示す。
【００２５】
光センサ１は、図１に示す受光回路を備えている。光センサ１の受光回路は、フォトダイオードＰＤ１（またはフォトダイオードＰＤ２）、ｐｃｈＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２（以降、単にｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と称する）、ｎｃｈＭＯＳトランジスタＴｒ３（以降、単にｎｃｈトランジスタＴｒ３と称する）、抵抗Ｒ０およびコンデンサＣ１を備えている。
【００２６】
なお、光センサ１は、フォトダイオードＰＤ１の代わりにフォトダイオードＰＤ２を備えていてもよい。しかしながら、光センサ１の説明においては、便宜上、フォトダイオードＰＤ１についてのみ記載するものとし、フォトダイオードＰＤ２についての記載は省略する。
【００２７】
フォトダイオードＰＤ１は、入射光の強度に応じた光電流を出力電流として発生する。フォトダイオードＰＤ１のアノードは接地電位ＧＮＤが付与されるグランドに接続され、カソードはｐｃｈトランジスタＴｒ１のドレインに接続される。抵抗Ｒ０は、後述するようにフォトダイオードＰＤ１上に形成され、一端がグランドに接続されている。また、抵抗Ｒ０にはコンデンサＣ１が並列に接続されている。コンデンサＣ１は、動作周波数特性の調整やノイズ除去のために設けられている。
【００２８】
ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のソースは、ともに基準電位Ｖｒｅｆが付与される電源ラインに接続され、ゲートが互いに接続されている。また、ｐｃｈトランジスタＴｒ１は、ドレインとゲートとが互いに接続されている。さらに、ｐｃｈトランジスタＴｒ２のドレインは抵抗Ｒ０の他端およびｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲートに接続されているに接続されている。
【００２９】
上記のように接続されるｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、カレントミラー回路を構成している。ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のサイズ（チャネル幅）比が１：ｎ（１＜ｎ）に設定されていることにより、ｐｃｈトランジスタＴｒ２には、ｐｃｈトランジスタＴｒ１に流れる電流Ｉ１のｎ倍の値の電流Ｉ２が流れる。
【００３０】
ｎｃｈトランジスタＴｒ３のドレインは電源ラインに接続され、ソースがグランドに接続されている。また、ｎｃｈトランジスタＴｒ３のドレインから出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００３１】
〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ１においては、受光時に、微小な電流Ｉ１（光電流，フォトダイオード電流）がフォトダイオードＰＤ１に流れる。この微小な電流Ｉ１は、ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２からなるカレントミラー回路によりｎ倍の大きさの電流Ｉ２となって抵抗Ｒ０に流れ、抵抗Ｒ０により電圧に変換されて、ｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲートに入力される。ｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲート電圧がスレッシュホールドレベルを越える電圧値を示す電流Ｉ１が流れた時点で、ｎｃｈトランジスタＴｒ３がＯＮして出力が反転することにより、光検知信号として出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００３２】
上記の光センサ１では、フォトダイオードＰＤ１と抵抗Ｒ０とが並列に設けられている。これにより、それぞれにカレントミラー回路を構成するｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を接続できるので、上記のように電流を増幅することが可能となる。
【００３３】
また、フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ１上に形成される抵抗Ｒ０との間には、寄生フォトダイオードＰＤ０が生じている。この寄生フォトダイオードＰＤ０に流れる電流は、電流Ｉ２に合流して、抵抗Ｒ０で電圧に変換される電流量を増大させる。したがって、Ｓ／Ｎを上昇させることができ、有益である。
【００３４】
〔第１のフォトダイオードの詳細〕
ここで、上記のフォトダイオードＰＤ１について詳細に説明する。
【００３５】
図２（ａ）は、本実施形態のフォトダイオードＰＤ１の平面構造を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面構造を示す。
【００３６】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤ１は、Ｐ基板１１上に形成されており、Ｎ拡散層１２と、カソード１３と、アノード１４と、抵抗１５とを備えている。
【００３７】
Ｎ拡散層１２は、Ｐ基板１１上に形成されており、Ｐ基板１１とでＰＮ接合を形成している。Ｎ拡散層１２の表面（受光面）には、Ｐ拡散層からなる抵抗１５とＮ拡散層からなるカソード１３とが形成されている。カソード１３は、抵抗１５を取り囲むように形成されている。
【００３８】
Ｐ基板１１には、Ｐ拡散層によりアノード１４が形成されている。このアノード１４は、Ｎ拡散層１２を取り囲むように形成されており、電気的には接地電位ＧＮＤに固定されている。
【００３９】
抵抗１５は、光センサ１における抵抗Ｒ０を構成しており、Ｐ拡散層（不純物拡散層）によってＮ拡散層１２において形成されている。この抵抗１５は、屈曲したジグザグの帯状に形成されている。また、抵抗１５は、図示はしないが櫛状に形成されていてもよい。
【００４０】
上記のように構成されるフォトダイオードＰＤ１では、フォトダイオードＰＤ１上に部分的に形成されたＰ拡散層によって抵抗１５を形成している。このように、Ｐ拡散層を回路素子として利用することにより、受光ＩＣとして構成される光センサ１の面積を縮小することができる。具体的には、受光回路を含めて０．５ｍｍ角で光センサ１を形成することができる。
【００４１】
このように小型化された光センサ１は、１チップで形成することができるので、耐ノイズ性を向上させることができ、有益である。また、抵抗１５は、フォトダイオードＰＤ１上にＰ拡散層により形成されるので、電磁シールドとしても機能する。
【００４２】
また、特許文献１でも記載されているように、フォトダイオードに流れる光電流は微小であり、数ＭΩの抵抗にて電圧変換し、光検知を行なう必要がある。このため、上記のように、フォトダイオードＰＤ１上に形成された抵抗１５を電流−電圧変換に用いることにより、抵抗をフォトダイオードと別の領域に形成する構成と比べて、面積効率が非常に向上するので、有益である。しかも、抵抗１５は、屈曲した形状により高抵抗に形成されるので、フォトダイオード面積に対する抵抗１５の面積比率から、１０ＭΩ程度の抵抗値を有することが可能である。したがって、十分な光信号を得ることができる。
【００４３】
但し、抵抗１５を形成するＰ拡散層は、カソード１３（Ｎ拡散層）の電位より低いことが必要である。これは、前述の寄生フォトダイオードＰＤ０においてフォトダイオードＰＤ１のカソード１３へ電流が流れることを防止するためである。また、光入射により、抵抗１５とカソード１３との間のＰＮ接合において微小の受光電流が流れることに注意して用いる必要がある。これらは、後述する第２のフォトダイオードでも同様である。
【００４４】
〔第２のフォトダイオードの詳細〕
続いて、上記の光センサ１に適用できる他のフォトダイオードについて詳細に説明する。
【００４５】
図３（ａ）は、本実施形態のフォトダイオードＰＤ２の平面構造を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面構造を示す。
【００４６】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤ２は、Ｐ基板２１上に形成されており、Ｎ拡散層２２と、カソード２３と、アノード２４と、抵抗２５と、電磁シールド２６とを備えている。
【００４７】
Ｎ拡散層２２は、Ｐ基板２１上に形成されており、Ｐ基板２１とでＰＮ接合を形成している。Ｎ拡散層２２の表面（受光面）には、Ｐ拡散層からなる抵抗２５とＮ拡散層からなるカソード２３とが形成されている。カソード２３は、矩形状に形成されるＮ拡散層２２の一辺側の端部に配置されている。
【００４８】
Ｐ基板２１には、Ｐ拡散層によりアノード２４が形成されている。このアノード２４は、Ｎ拡散層２２を取り囲むように形成されており、電気的には接地電位ＧＮＤに固定されている。
【００４９】
抵抗２５は、光センサ１における抵抗Ｒ０を構成しており、Ｐ拡散層（不純物拡散層）によってＮ拡散層２２において形成されている。この抵抗２５は、前述のフォトダイオードＰＤ１における抵抗１５と同様、屈曲したジグザグの帯状に形成されている。
【００５０】
電磁シールド２６は、Ｐ拡散層によってＮ拡散層２２において形成されている。この電磁シールド２６は、外周部２６ａと突出部２６ｂ（シールド部）とを有している。外周部２６ａは、抵抗２５の周囲をカソード２３が配置されている側を除いた三方で取り囲むようにして帯状に形成されている。突出部２６ｂは、屈曲した抵抗２５のコ字状に形成される凹部より内側の領域に、当該凹部と間隔をおいて外周部２６ａから突出するように帯状に伸びて形成されている。
【００５１】
上記のように構成されるフォトダイオードＰＤ２では、フォトダイオードＰＤ２上に部分的に形成されたＰ拡散層によって抵抗２５を形成している。このように、Ｐ拡散層を回路素子として利用することにより、受光ＩＣとして構成される光センサ１の面積を縮小することができ、有益である。
【００５２】
また、フォトダイオードＤ２上に形成された抵抗２５を電流−電圧変換に用いることにより、フォトダイオードＰＤ１と同様、面積効率が非常に向上するので、有益である。しかも、抵抗２５は、屈曲した形状により高抵抗に形成されることから、フォトダイオードＰＤ１と同様、フォトダイオード面積に対し、１０ＭΩ程度の抵抗値を有する形成することが可能である。したがって、十分な光信号を得ることができる。
【００５３】
さらに、フォトダイオードＤ２は、抵抗２５の凹部に電磁シールド２６の突出部２６ｂが配置されている。これにより、抵抗２５の凹部で近接しているＰ拡散層間で生じる電磁ノイズを突出部２６ｂから外周部２６ａへ逃がすので、Ｐ拡散層間の電位反転の発生を防止することができる。この結果、抵抗２５内のチャンネル反転による抵抗値の変動を抑制することが可能となる。
【００５４】
［実施形態２］
本発明の実施形態２について図４に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００５５】
なお、本実施形態において、実施形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記して、その説明を省略する。
【００５６】
〔光センサの構成〕
図４は、本実施形態の光センサ２の受光回路の構成を示す。
【００５７】
光センサ２は、図４に示す受光回路を備えている。光センサ２の受光回路は、光センサ１と同様、フォトダイオードＰＤ１（またはフォトダイオードＰＤ２）、抵抗Ｒ０、コンデンサＣ１、ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２およびｎｃｈトランジスタＴｒ３を備えている。また、上記の受光回路は、ダミーフォトダイオードＰＤ１１、抵抗Ｒ１０、コンデンサＣ１１、ｐｃｈＭＯＳトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２（以降、単にｐｃｈトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２と称する）およびｎｃｈＭＯＳトランジスタＴｒ１３（以降、単にｎｃｈトランジスタＴｒ１３と称する）を備えている。さらに、上記の受光回路は差動増幅器２１を備えている。
【００５８】
なお、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２、抵抗Ｒ０、コンデンサＣ１、ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２およびｎｃｈトランジスタＴｒ３については、光センサ１において対応する回路素子と同様に接続される。したがって、ここでは、その接続構成についての説明を省略する。
【００５９】
ダミーフォトダイオードＰＤ２は、迷光によるノイズの発生を防止するために、迷光によるノイズ成分を相殺する目的で設けられている。ダミーフォトダイオードＰＤ１０のアノードはグランドに接続され、カソードはｐｃｈトランジスタＴｒ１１のドレインに接続される。抵抗Ｒ１０は、抵抗Ｒ０がフォトダイオードＰＤ１上に形成されるのと同様に、ダミーフォトダイオードＰＤ１１上に形成され、一端がグランドに接続されている。また、抵抗Ｒ１０にはコンデンサＣ１１が並列に接続されている。コンデンサＣ１１は、コンデンサＣ１と同様、動作周波数特性の調整やノイズ除去のために設けられている。
【００６０】
ｐｃｈトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のソースは、ともに電源ラインに接続され、ゲートが互いに接続されている。また、ｐｃｈトランジスタＴｒ１１は、ドレインとゲートとが互いに接続されている。さらに、ｐｃｈトランジスタＴｒ１２のドレインは抵抗Ｒ１０の他端およびｎｃｈトランジスタＴｒ１３のゲートに接続されている。ｎｃｈトランジスタＴｒ１３のドレインは電源ラインに接続され、ソースがグランドに接続されている。
【００６１】
上記のように接続されるｐｃｈトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２は、カレントミラー回路（電流増幅手段）を構成している。ｐｃｈトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のサイズ（チャネル幅）比が１：ｎ（１＜ｎ）に設定されていることにより、ｐｃｈトランジスタＴｒ１２には、ｐｃｈトランジスタＴｒ１１に流れる電流Ｉ１１のｎ倍の値の電流Ｉ１２が流れる。
【００６２】
差動増幅器２１は、ｐｃｈＭＯＳトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２（以降、単にｐｃｈトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２と称する）、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３および定電流源ＣＳ２１，ＣＳ２２を有している。この差動増幅器２１は、ｎｃｈトランジスタＴｒ３の出力電圧とｎｃｈトランジスタＴｒ１３の出力電圧との差を増幅して差動出力電圧を出力する。
【００６３】
ｐｃｈトランジスタＴｒ２１は、ゲートがｎｃｈトランジスタＴｒ３のドレインに接続され、ドレインが抵抗Ｒ２１を介して接地され、ソースが定電流源ＣＳ２１を介して電源ラインに接続される。一方、ｐｃｈトランジスタＴｒ２２は、ゲートがｎｃｈトランジスタＴｒ１３のドレインに接続され、ドレインが抵抗Ｒ２２を介して接地され、ソースが定電流源ＣＳ２２を介して電源ラインに接続される。
【００６４】
定電流源ＣＳ２１とｐｃｈトランジスタＴｒ２１のソースとの接続点、および定電流源ＣＳ２２とｐｃｈトランジスタＴｒ２２のソースとの接続点の間には、抵抗Ｒ２３が接続されている。また、定電流源ＣＳ２３は、電源ラインとｎｃｈトランジスタＴｒ３のドレインとの間に接続され、当該ドレインおよび抵抗Ｒ０に定電流を流す。また、定電流源ＣＳ２４は、電源ラインとｎｃｈトランジスタＴｒ１３のドレインとの間には接続され、当該ドレインおよび抵抗Ｒ１０に定電流を流す。
【００６５】
上記の差動増幅器において、ｐｃｈトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２のゲートがそれぞれ差動入力部となっている。また、抵抗Ｒ２１とｐｃｈトランジスタＴｒ２１のドレインとの間から、差動出力電圧として正の値の出力電圧Ｖｏｕｔ１が出力される。一方、抵抗Ｒ２２とｐｃｈトランジスタＴｒ２２のドレインとの間から、差動出力電圧として負の値の出力電圧Ｖｏｕｔ２が出力される。
【００６６】
〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ２においては、前述の光センサ１と同様に、受光時に、微小な電流Ｉ１がフォトダイオードＰＤ１に流れると、カレントミラー回路により流れるｎ倍の大きさの電流Ｉ２が抵抗Ｒ０により電圧に変換される。この電圧がｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲートに入力されることで、ｎｃｈトランジスタＴｒ３から出力された出力電圧は差動増幅器２１のｐｃｈトランジスタＴｒ２１のゲートに入力される。
【００６７】
一方、受光時に、迷光による微小な電流Ｉ１１がフォトダイオードＰＤ１１に流れると、カレントミラー回路により流れるｎ倍の大きさの電流Ｉ１２が抵抗Ｒ１０により電圧に変換される。この電圧がｎｃｈトランジスタＴｒ１３のゲートに入力されることで、ｎｃｈトランジスタＴｒ１３から出力された出力電圧は差動増幅器２１のｐｃｈトランジスタＴｒ２２のゲートに入力される。
【００６８】
差動増幅器２１では、ｐｃｈトランジスタＴｒ２１，Ｔｒ２２の差動トランジスタ対により、２つの入力電圧に対して差動増幅動作が行なわれる。この結果、出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２が得られる。
【００６９】
上記の光センサ２でも、光センサ１と同様、フォトダイオードＰＤ１と抵抗Ｒ０とが並列に設けられている。これにより、それぞれにカレントミラー回路を構成するｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を接続できるので、上記のように電流を増幅することが可能となる。
【００７０】
また、ダミーフォトダイオードＰＤ１１とフォトダイオードＰＤ１１上に形成される抵抗Ｒ１０との間には、寄生フォトダイオードＰＤ０と同様な寄生フォトダイオードＰＤ１０が生じている。この寄生フォトダイオードＰＤ１０に流れる電流も、電流Ｉ２と同様に電流Ｉ１２に合流して、抵抗Ｒ１０で電圧に変換される電流量を増大させる。したがって、Ｓ／Ｎを上昇させることができる。
【００７１】
さらに、光センサ２では、フォトダイオードＰＤ１側の出力電圧とダミーフォトダイオードＰＤ１１側の出力電圧との差動増幅を行なうことにより、ノイズ成分を除去することができる。
【００７２】
［実施形態３］
本発明の実施形態３について図５，図６に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００７３】
〔光センサの構成〕
図５は、本実施形態の光センサ３の受光回路の構成を示す。
【００７４】
図５に示すように、光センサ３の受光回路は、光センサ１と同様に、ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、ｎｃｈトランジスタＴｒ３および抵抗Ｒ０を備えているが、フォトダイオードＰＤ１の代わりにフォトダイオードＰＤ３を備えている。また、光センサ３はコンデンサＣ０を備えている。
【００７５】
フォトダイオードＰＤ３も、フォトダイオードＰＤ１と同様、入射光の強度に応じた光電流を出力電流として発生する。フォトダイオードＰＤ３のアノードはグランドに接続され、カソードはｐｃｈトランジスタＴｒ１のドレインに接続される。抵抗Ｒ０は、後述するようにフォトダイオードＰＤ３上に形成され、一端がグランドに接続されている。
【００７６】
ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、フォトダイオードＰＤ１におけるｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と同様に接続されてカレントミラー回路を構成している。したがって、光センサ３においても、ｐｃｈトランジスタＴｒ１に流れる電流のｎ倍の値の電流が抵抗Ｒ０に流れる。
【００７７】
また、コンデンサＣ０は、一端がｐｃｈトランジスタＴｒ１のドレインに接続され、他端がｐｃｈトランジスタＴｒ２のドレインに接続されている。このコンデンサＣ０は、抵抗Ｒ０と同様、後述するようにフォトダイオードＰＤ３上に形成されている。コンデンサＣ０は、動作周波数特性の調整やノイズ除去のために設けられている。
【００７８】
〔光センサの動作〕
上記のように構成される光センサ３においては、前述の光センサ１と同様に、受光時に、微小な電流がフォトダイオードＰＤ１に流れると、カレントミラー回路により流れるｎ倍の大きさの電流が抵抗Ｒ０により電圧に変換される。この電圧がｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲートに入力されることで、光検知信号として出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００７９】
上記の光センサ３でも、光センサ１と同様、フォトダイオードＰＤ３と抵抗Ｒ０とが並列に設けられている。これにより、それぞれにカレントミラー回路を構成するｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を接続できるので、上記のように電流を増幅することが可能となる。
【００８０】
また、ダイオードＰＤ３とフォトダイオードＰＤ３上に形成される抵抗Ｒ０との間には、寄生フォトダイオードＰＤ０と同様な寄生フォトダイオードＰＤ０１が生じている。一方、ダイオードＰＤ３とフォトダイオードＰＤ３上に形成されるコンデンサＣ０との間には、寄生フォトダイオードＰＤ０２が生じている。これらの寄生フォトダイオードＰＤ０１，０２に流れる電流も、ｐｃｈトランジスタＴｒ２に流れる電流に合流して、抵抗Ｒ０で電圧に変換される電流量を増大させる。したがって、Ｓ／Ｎを上昇させることができる。
【００８１】
さらに、光センサ３では、コンデンサＣ０がフォトダイオードＰＤ３の有する容量と直列に接続されると、その合成容量が抵抗Ｒ０と並列に接続されることになる。これにより、光センサ３の周波数特性をコントロールできるだけでなく、ノイズ除去率を調整することも可能となり、有益である。
【００８２】
〔第３のフォトダイオードの詳細〕
続いて、上記の光センサ３に適用できるフォトダイオードについて詳細に説明する。
【００８３】
図６（ａ）は、本実施形態のフォトダイオードＰＤ３の平面構造を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面構造を示す。
【００８４】
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤ３は、Ｐ基板３１上に形成されており、Ｎ拡散層３２と、カソード３３と、アノード３４と、抵抗３５と、容量電極３６とを備えている。
【００８５】
Ｎ拡散層３２は、Ｐ基板３１上に形成されており、Ｐ基板３１とでＰＮ接合を形成している。Ｎ拡散層３２の表面（受光面）には、Ｐ拡散層からなる抵抗３５と、容量電極３６と、カソード３３とが形成されている。カソード３３は、抵抗３５および容量３６を取り囲むようにＮ拡散層により形成されている。
【００８６】
Ｐ基板３１には、Ｐ拡散層によりアノード３４が形成されている。このアノード３４は、Ｎ拡散層３２を取り囲むように形成されており、電気的には接地電位ＧＮＤに固定されている。
【００８７】
抵抗３５は、光センサ３における抵抗Ｒ０を構成しており、Ｐ拡散層（不純物拡散層）によってＮ拡散層３２において形成されている。この抵抗３５は、前述のフォトダイオードＰＤ１における抵抗１５と同様、屈曲したジグザグの帯状に形成されている。
【００８８】
容量電極３６は、Ｐ拡散層（不純物拡散層）によってＮ拡散層３２において形成されている。この容量電極３６は、カソード３３（Ｎ拡散層）との間で容量を形成しており、この容量が光センサ３におけるコンデンサＣ０を構成している。また、容量電極３６は、抵抗３５と間隔をおいて隣接して配置されており、矩形状に形成されている。
【００８９】
上記のように構成されるフォトダイオードＰＤ３でも、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２と同様、フォトダイオードＰＤ３上に部分的に形成されたＰ拡散層によって抵抗３５を形成している。このように、Ｐ拡散層を回路素子として利用することにより、受光ＩＣとして構成される光センサ３の面積を縮小することができ、有益である。
【００９０】
また、フォトダイオードＤ３上に形成された抵抗３５を電流−電圧変換に用いることにより、フォトダイオードＰＤ１と同様、面積効率が非常に向上するので、有益である。しかも、抵抗３５は、屈曲した形状により高抵抗に形成されることから、フォトダイオードＰＤ１と同様、十分な光信号を得ることができる。
【００９１】
さらに、フォトダイオードＰＤ３においては、カソード３３と容量電極３６とのＰＮ接合により容量が形成される。そこで、容量電極３６を矩形状に形成してその面積を大きくすることにより、フォトダイオードＰＤ３の面積に対し、数十ｐＦ程度の十分な容量値を得ることができる。従来の受光ＩＣでは、容量がフォトダイオード外に形成されるので、数ｐＦでも受光ＩＣに対する容量の面積比率が非常に大きいため、全体の面積が大きくなっていた。これに対し、上記のように容量をフォトダイオードＰＤ３上に形成することは、光センサ３の面積を大きくすることなく容量を形成でき、有益である。
【００９２】
しかも、フォトダイオードＰＤ３においては、カソード３３を形成するＮ拡散層が容量の一部を兼ねている。そこで、容量電極３６を形成するＰ拡散層と抵抗３５を形成するＰ拡散層の一端とを接続して、さらに抵抗３５を形成するＰ拡散層の他端を接地することにより、図５に示すような回路が構成される。これにより、容量（コンデンサＣ０）に流れる微小フォトダイオード電流も抵抗３５（抵抗Ｒ０）により光電変換できるので、有益である。
【００９３】
さらに、フォトダイオードＰＤ３が本来有する容量と上記の容量との合成容量、および抵抗３５により周波数特性やノイズ除去特性を調整できるので、有益である。
【００９４】
［実施形態４］
本発明の実施形態４について図７に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００９５】
〔光センサの電子機器への適用〕
実施形態１〜３の光センサ１〜３は、物体の検知や各種の物理量の検出を光学的に行なう必要がある各種の電子機器に適用可能である。例えば、物体検知や物体動作速度を検出する装置として、高感度が必要とされるフォトインタラプタを用いている複写機、プリンタ、携帯機器、モーターを用いた電気製品等に光センサ１〜３を用いると好適である。また、煙センサ、近接センサ、測距センサ等で高感度を要するもの、もしくは光センサにおいて、十分な容積を確保できないもの等に光センサ１〜３を用いても好適である。
【００９６】
〔複写機の構成〕
ここで、光センサを用いた電子機器の具体例として複写機について説明する。図７は、当該複写機の内部構成を示す正面図である。
【００９７】
図７に示すように、複写機４１は、本体４２の上部に設けられる原稿台４３に載置された用紙に光源ランプ４４の光を照射し、原稿からの反射光をミラー群４５およびレンズ４６を介して帯電された感光体ドラム４７に照射して露光する。また、複写機４１は、露光により感光体ドラム４７に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。さらに、複写機４１は、手差し給紙トレイ４８や給紙カセット４９，５０から搬送系５１を介して供給される用紙に感光体ドラム４７上のトナー像を転写させ、さらに定着装置５２にてトナー像を定着させた後、本体４２の外部に排出する。
【００９８】
上記のように構成される複写機４１においては、各部の位置や用紙の通過を検出するために光センサＳ１〜Ｓ１２が配置されている。
【００９９】
光センサＳ１〜Ｓ４は、原稿の光走査方向に移動するミラー群４５の一部の位置を検出するために配置されている。光センサＳ５，Ｓ６は、ミラー群４５の一部とともに移動するレンズ４６の位置を検出するために配置されている。光センサＳ７は、感光体ドラム４７の回転位置を検出するために配置されている。
【０１００】
光センサＳ８は、手差し給紙トレイ４８上の用紙の有無を検出するために配置されている。光センサＳ９は、上段の給紙カセット４９から給紙された用紙の搬送の有無を検出するために配置されている。光センサＳ１０は、下段の給紙カセット５０から給紙された用紙の搬送の有無を検出するために配置されている。
【０１０１】
光センサＳ１１は、感光体ドラム４７からの用紙の分離を検出するために配置される。光センサＳ１２は、複写機４１の外部への用紙の排出を検出するために配置される。
【０１０２】
上記のように、複写機４１は、多数の光センサＳ１〜Ｓ１２を有している。そこで、これらの光センサＳ１〜Ｓ１２として、前述の各実施形態の光センサ１〜４を用いることにより、光センサＳ１〜Ｓ１２による複写機４１の大型化抑制および高機能化を図ることができる。
【０１０３】
なお、上記の例では、便宜上、光センサＳ１〜Ｓ１２を挙げて説明したが、実際の複写機には、より多数の光センサが用いられていることが多い。したがって、このような電子機器には、上記の効果がより顕著となる。
【０１０４】
［実施形態の総括］
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、物体検出、物体動作速度を検出する装置として、高感度が必要とされるフォトインタラプタを用いている複写機、プリンタ、携帯機器、モーターを用いた電気製品等に好適に利用することができる。また、本発明は、煙センサ、近接センサ、測距センサ等で高感度が必要なもの、もしくは光センサにおいて、十分な容積を確保できないもの等にも好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１〜３        光センサ
１１            Ｐ基板
２１            Ｐ基板
３１            Ｐ基板
１２            Ｎ拡散層
２２            Ｎ拡散層
３２            Ｎ拡散層
１３            カソード
２３            カソード
３３            カソード
１４            アノード
２４            アノード
３４            アノード
１５            抵抗（不純物拡散層）
２５            抵抗（不純物拡散層）
３５            抵抗（不純物拡散層）
２６            電磁シールド
２６ｂ          突出部
３６            容量電極
４１            複写機（電子機器）
Ｃ０            コンデンサ（容量）
Ｉ１            電流
Ｉ２            電流
ＰＤ１          フォトダイオード
ＰＤ２          フォトダイオード
ＰＤ３          フォトダイオード
Ｒ０            抵抗
Ｓ１〜Ｓ１２    光センサ
Ｔｒ１，Ｔｒ２  ｐｃｈＭＯＳトランジスタ（電流増幅手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012104657.tif 000009
【図８】
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