(57)【要約】【課題】回路規模が小さく且つ高ゲインを確保できる光センサを実現する。【解決手段】光センサ１は、フォトダイオードＰＤ１と、ダミーフォトダイオードＰＤ２と、フォトダイオードＰＤ１およびダミーフォトダイオードＰＤ２の出力電流をそれぞれ電圧に変換するダイオードＤ１，ＰＤ２と、変換された電圧を差動演算する差動増幅器とを備えている。ダミーフォトダイオードＰＤ２は、フォトダイオードＰＤ１のリーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されている。ダミーフォトダイオードＰＤ２にリーク電流が流れることにより、ダイオードＤ２の電位が持ち上がるので、フォトダイオードＰＤ１側とダミーフォトダイオードＰＤ側との電位差が抑えられて、光センサ１の誤動作を抑制できる。また、フォトダイオードへＰＤ１の光入射時には、ダイオードＤ１により高ゲインが得られる。しかも、電流補償をすることなく特性を改善できるので、回路規模は増大しない。【選択図】図１
2012089738.tif 000002
【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のリーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されたダミーフォトダイオードと、
上記フォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第１ダイオードと、
上記ダミーフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第２ダイオードと、
上記第１ダイオードおよび上記第２ダイオードによって変換された電圧を差動演算する差動増幅器とを備えていることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
定電流が流れる第１ＭＯＳトランジスタおよび第２ＭＯＳトランジスタを備え、
上記フォトダイオードおよび上記ダミーフォトダイオードのアノードは接地され、
上記フォトダイオードおよび上記第１ダイオードのカソードは上記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと接続され、上記第１ダイオードのアノードは上記第１ＭＯＳトランジスタのドレインと接続され、
上記ダミーフォトダイオードおよび上記第２ダイオードのカソードは上記第２ＭＯＳトランジスタのゲートと接続され、上記第２ダイオードのアノードは上記第２ＭＯＳトランジスタのドレインと接続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】
上記第２ＭＯＳトランジスタのソースとグランドとの間に接続される抵抗を備え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】
上記第２ＭＯＳトランジスタに流れる定電流の値が上記第１ＭＯＳトランジスタに流れる定電流の値より大きいことを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項５】
上記第１ダイオードと並列に接続される第１コンデンサと、
上記第２ダイオードと並列に接続される第２コンデンサとを備え、
上記第１コンデンサおよび上記第２コンデンサがポリシリコン−拡散容量からなることを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
【請求項６】
上記ダミーフォトダイオードと並列に接続されるコンデンサを備え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７】
請求項１〜６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、装置の価格上昇を抑えるため、より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、特許文献１，２に開示されている技術が挙げられる。特許文献１，２に開示されている光センサは、受光回路において、２個のフォトダイオードを用い、各フォトダイオードからの受光電流を、ダイオードにて対数圧縮することで電圧に変換した後、差動比較することで、ゲインを確保している。この光センサでは、抵抗ではなく、ダイオードにて電流−電圧変換することにより、回路規模を縮小することができると考えられる。
【０００４】
また、性能の改善に関しては、ノイズを抑制する技術が特許文献３〜５に開示されているようにダミーフォトダイオードを用いることが考えられる。
【０００５】
特許文献３には、フォトダイオードに隣接するダミーフォトダイオード領域にポリシリコンによるＰＮ接合を形成し、ノイズ成分と成り得る光を吸収することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、画素部から溢れ出た電荷を隣接するダミー用フォトダイオードにより捕らえて放出し、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制することが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献５には、差動アンプの入力部とダミーフォトダイオードとの間にノイズ信号増幅用のアンプ回路を挿入して、ノイズ耐量を大きくすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６-２９４６８２号公報（２００６年１０月２６日公開）
【特許文献２】特開昭５７−１４２５２３号公報（１９８２年９月３日公開）
【特許文献３】特開２００６−１９０８５７号公報（２００６年７月２０日公開）
【特許文献４】特開２００９−１８２１２７号公報（２００９年８月１３日公開）
【特許文献５】特開平９−９２８７４号公報（１９９７年４月４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１，２に開示された光センサにおいては、両方のフォトダイオードに光が入り、ダイオードのインピーダンスが数ＭΩ以下になることを想定している。このため、片方のフォトダイオードを特許文献３〜５に開示されているようなダミーフォトダイオードとして用いると、逆にゲインが数十ＭΩ以上と高くなり過ぎることから、ノイズ等の誤動作や周波数特性の悪化をもたらす。
【００１０】
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、回路規模が小さく且つ高ゲインを確保できる光センサを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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のリーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されたダミーフォトダイオードと、上記フォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第１ダイオードと、上記ダミーフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する第２ダイオードと、上記第１ダイオードおよび上記第２ダイオードによって変換された電圧を差動演算する差動増幅器とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
回路規模を増大させずに、ダミーフォトダイオードへ接続されるダイオードのインピーダンスを下げるために、リーク電流を受ける位置に配置され且つ遮光されたダミーフォトダイオードを用いればよい。特許文献３，４には、フォトダイオード以外のＩＣやフォトダイオードへのリーク電流を防ぐために、その間にダミーフォトダイオードを設けることが開示されている。これに対し、本発明では、フォトダイオードに隣接するダミーフォトダイオードには、フォトダイオードからのリーク電流を受けて微小電流が流れることを利用する。特許文献３，４では、ダミーフォトダイオードに流れるリーク電流を利用することについては開示されていない。
【００１３】
このダミーフォトダイオードを用いることにより、光入力時にゲインを数ＭΩ程度に確保できるだけでなく、光入力時に第２ダイオードによるノイズ等の誤動作やゲインが高すぎることによる周波数特性の悪化を抑制できる。また、光ＯＮ／ＯＦＦ時に伝播遅延の発生を抑えるために、フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードによる両入力部に数ｎＡ程度の電流補償を行なっても良い。
【００１４】
ここでこのフォトダイオード電流は例えば約１０ｎＡであり、ダミーフォトダイオード電流は約１ｎＡ条件にて光検知すると想定する。１０ｎＡであれば第１ダイオードにより、約２．６ＭΩのゲインが得られる。また、１ｎＡのダミーフォトダイオード電流が流れることにより、図３に示すように、第２ダイオードの電圧は０バイアスから約０．４７Ｖまで電位が持ち上がり、フォトダイオード側との電位差が数十ｍＶに抑えられる。これにより、電位のアンバランスが解消されるので、ゲインが高すぎることによる光センサの誤動作等を抑制できる。また、両入力部に電流補償を実施した場合は、無入力時の電圧が電流補償分だけ持ち上がることになる。
【００１５】
上記光センサは、定電流が流れる第１ＭＯＳトランジスタおよび第２ＭＯＳトランジスタを備え、上記フォトダイオードおよび上記ダミーフォトダイオードのアノードが接地され、上記フォトダイオードおよび上記第１ダイオードのカソードは上記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと接続され、上記第１ダイオードのアノードが上記第１ＭＯＳトランジスタのドレインと接続され、上記ダミーフォトダイオードおよび上記第２ダイオードのカソードが上記第２ＭＯＳトランジスタのゲートと接続され、上記第２ダイオードのアノードが上記第２ＭＯＳトランジスタのドレインと接続されていることが好ましい。
【００１６】
特許文献３に開示されている回路では、ダイオードをバイポーラトランジスタに接続していることにより、ベース電流が流れるため、上記ダイオードは０バイアスとならずにゲインが低くなる。
【００１７】
これに対し、上記のように、第１および第２ダイオードをそれぞれ第１および第２ＭＯＳトランジスタと接続することにより、フォトダイオード電流の無入力時に０バイアスが実現できる。これにより、負帰還回路が構成されるので、第１ＭＯＳトランジスタのドレイン電圧が、フォトダイオード電流が第１ダイオードにて電圧変換された電圧変動のみをモニターすることになる。この結果、光電変換を適正に実現でき、有益である。
【００１８】
また、両入力部に電流補償を実施した場合は、電圧が０バイアスとはならず、電流補償分だけ持ち上がるので、電流補償を数ｎＡ程度に抑える必要がある。
【００１９】
上記第１および第２ＭＯＳトランジスタを備えた光センサにおいて、上記第２ＭＯＳトランジスタのソースとグランドとの間に接続される抵抗を備えていることが好ましい。
【００２０】
前述のフォトダイオード電流が約１０ｎＡであると想定された場合、ダミーフォトダイオード電流が１００ｐＡ以下とさらに微小となる場合、接続される差動演算器の入力電位差が大きくなりすぎ、光がほぼ無入力時にも検知信号を出力することが考えられる。この場合、上記のような抵抗（ここでは数十kΩ程度の抵抗値を有する）を導入することにより、ダミーフォトダイオード側の入力電圧を無入力時に増大させて、かさ上げしておくことができる。これにより、誤検知を抑制できるので、有益である。
【００２１】
特許文献５には、差動アンプへの入力部とダミーフォトダイオードとの間にノイズ信号増幅用アンプ回路を挿入することが開示されている。これに対し、上記のように抵抗を導入することにより、ダイオードを用いた電流−電圧変換器における能力を変更するものであり、ノイズ信号増幅用のアンプを導入するものではない。特許文献５に開示された回路では、電流−電圧変換器に抵抗を用いているため、上記のように抵抗を導入すると、電位変動が大きくなってしまい、光センサとしての動作範囲が大幅に狭くなって特性が悪化する。
【００２２】
上記第１および第２ＭＯＳトランジスタを備えた光センサにおいて、上記第２ＭＯＳトランジスタに流れる定電流の値が上記第１ＭＯＳトランジスタに流れる定電流の値より大きいことが好ましい。
【００２３】
上記の抵抗の代わりに、第１ＭＯＳトランジスタに流れる定電流の値を上記のように大きくすることで、ゲート−ソース間の電位が上がり、ダミーフォトダイオード側の入力電圧を無入力時に増大させて、かさ上げしておくことが可能となる。これにより、抵抗のバラツキを考慮する必要がなくなり、有益である。
【００２４】
本発明は、ダイオードを用いた電流−電圧変換器における能力を電流増加により変更するものであり、前述の特許文献５に開示されたノイズ信号増幅用アンプ回路を挿入するものとは異なる。特許文献５に開示された回路では、電流−電圧変換器に抵抗を用いており、上記のように定電流を大きくすると、電位変動が大きくなるため、光センサとしての動作範囲が大幅に狭くなり特性が悪化する。
【００２５】
上記第１および第２ＭＯＳトランジスタを備えた光センサにおいて、上記第１ダイオードと並列に接続される第１コンデンサと、上記第２ダイオードと並列に接続される第２コンデンサとを備え、上記第１コンデンサおよび上記第２コンデンサがポリシリコン−拡散容量からなることが好ましい。ポリシリコンは、ＭＯＳトランジスタで使われるゲート部に相当する。
【００２６】
０バイアスから光入力により変動させるダイオードは、光電流量により、大きく周波数特性が変動する。そこで、ポリシリコン−拡散容量からなる第１および第２コンデンサをそれぞれ第１および第２ダイオードと併置することで、第１および第２ダイオードの電位により、第１および第２コンデンサの容量値が変動する。これにより、周波数特性の変動を相殺できるので、有益である。
【００２７】
また、窒化膜容量などに対して、ポリシリコンおよびＰ拡散もしくはＮ拡散で容量を形成できることから、ＭＯＳトランジスタを形成する工程と同じ工程で形成できるため、光センサのＩＣを作製する工程を削減でき、有益である。
【００２８】
上記光センサは、上記ダミーフォトダイオードと並列に接続されるコンデンサを備えていることが好ましい。
【００２９】
フォトダイオード周囲を囲むダミーフォトダイオードはフォトダイオードの容量値と一致させるためには大きな面積が必要となる。このため、ダミーフォトダイオードと並列にコンデンサを設置することで、フォトダイオードとの容量値の整合を図ることが可能となり、ノイズ特性等の耐性を向上させることが可能となり、有益である。
【００３０】
容量形成には、他の素子との絶縁のため、容量周囲に分離用の拡散等の形成が必要である。したがって、分離部も含めた総面積を小さくするためには、分離面積を少なくするように、四角形にするなど簡易な形で、別素子で容量を形成することが望ましい。また、フォトダイオードを形成するＰＮ接合容量に対し、リーク電流が流れないことや、逆バイアスによる誤動作が発生しないことからも、ポリシリコン−拡散容量によって容量を形成することが望ましい。
【００３１】
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、回路規模がより小さく、高ゲインを確保することができる光センサを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】
【００３２】
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、かつ高ゲイン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】
【００３３】
【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）は図１の光センサを含む各実施形態の光センサが共通して有するフォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１の光センサを含む各実施形態の光センサにおける受光回路のダイオードの特性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は図１の光センサを含む各実施形態の光センサにおける受光回路の抵抗値−ダイオード電位異存特性を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフを拡大したグラフである。
【図５】（ａ）は図１の光センサを含む各実施形態の光センサにおける受光回路の容量値−ダイオード電位異存特性を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフを拡大したグラフである。
【図６】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７】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８】本発明の実施形態４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９】本発明の実施形態５に係る複写機の内部構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［実施形態１］
本発明の実施形態１について図１〜図５に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００３５】
〔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。
【００３６】
光センサ１は、発光回路（図示せず）および図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、ダミーフォトダイオードＰＤ２、ダイオードＤ１，Ｄ２、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，Ｔｒ４（以降、単にｎｃｈトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４と称する）、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンデンサＣ１，Ｃ２および定電流源ＣＳ１〜ＣＳ４を備えている。
【００３７】
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。ダミーフォトダイオードＰＤ２は、後に詳しく説明するが、ダミーフォトダイオードＰＤ２へ接続されるダイオードＤ２のインピーダンスを下げるために、直接の入射光によらず、フォトダイオードＰＤ１からの微小なリーク電流により光電流として出力電流を発生するように遮光されている。
【００３８】
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（接地され）、カソードはｎｃｈトランジスタＴｒ３（第１ＭＯＳトランジスタ）のゲートに接続される。同様に、ダイオードＤ１（第１ダイオード）のカソードもｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲートに接続される。ｎｃｈトランジスタＴｒ３のソースは接地され、ドレインはダイオードＤ１のアノードに接続される。ダイオードＤ１のアノードとカソードとの間にはコンデンサＣ１（第１コンデンサ）が接続される。また、定電流源ＣＳ３は、基準電位Ｖｒｅｆが付与される電源ラインと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ダイオードＤ１のアノードに定電流Ｉ１を流す。
【００３９】
ダイオードＤ１は、フォトダイオードＰＤ１の光電流を対数圧縮することにより、電圧に変換する。また、ｎｃｈトランジスタＴｒ３は、ダイオードＤ１で変換された電圧を増幅する。
【００４０】
一方、ダミーフォトダイオードＰＤ２のアノードは接地され、カソードはｎｃｈトランジスタＴｒ４（第２ＭＯＳトランジスタ）のゲートに接続される。同様に、ダイオードＤ２（第２ダイオード）のカソードもｎｃｈトランジスタＴｒ４のゲートに接続される。ｎｃｈトランジスタＴｒ４のソースは接地され、ドレインはダイオードＤ２のアノードに接続される。ダイオードＤ２のアノードとカソードとの間にはコンデンサＣ２（第２コンデンサ）が接続される。また、定電流源ＣＳ４は、電源ラインとｎｃｈトランジスタＴｒ４のドレインとの間には接続され、当該ドレインおよびダイオードＤ２のアノードに定電流Ｉ２（＝Ｉ１）を流す。
【００４１】
ダイオードＤ２は、ダミーフォトダイオードＰＤ２の光電流を対数圧縮することにより、電圧に変換する。また、ｎｃｈトランジスタＴｒ４は、ダイオードＤ２で変換された電圧を増幅する。
【００４２】
ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、定電流源ＣＳ１，ＣＳ２は、差動増幅器を構成している。この差動増幅器は、ｎｃｈトランジスタＴｒ３の出力電圧とｎｃｈトランジスタＴｒ４の出力電圧との差を増幅して差動出力電圧を出力する。
【００４３】
ｐｃｈトランジスタＴｒ１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Ｒ１を介して接地され、ソースが定電流源ＣＳ１を介して電源ラインに接続される。一方、ｐｃｈトランジスタＴｒ２は、ゲートがｎｃｈトランジスタＴｒ４のドレインに接続され、ドレインが抵抗Ｒ２を介して接地され、ソースが定電流源ＣＳ２を介して電源ラインに接続される。また、定電流源ＣＳ１とｐｃｈトランジスタＴｒ１のソースとの接続点、および定電流源ＣＳ２とｐｃｈトランジスタＴｒ２のソースとの接続点の間には、抵抗Ｒ３が接続されている。
【００４４】
上記の差動増幅器において、ｐｃｈトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のゲートがそれぞれ差動入力部となっている。また、抵抗Ｒ１とｐｃｈトランジスタＴｒ１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Ｒ２とｐｃｈトランジスタＴｒ２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。
【００４５】
〔フォトダイオードおよびダミーフォトダイオードの構造〕
図２（ａ）は、本実施形態を含む各実施形態の光センサ１〜４（図１、図６、図７および図８参照）に共通して含まれるフォトダイオードＰＤ１およびダミーフォトダイオードＰＤ２の断面構造を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面構造を示す。また、図３は、ダイオードＤ１，Ｄ２の特性（電圧−電流特性）を示す。
【００４６】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤ１およびダミーフォトダイオードＰＤ２は、Ｐ基板１１上に形成されており、ダミーフォトダイオードＰＤ２がフォトダイオードＰＤ１の周囲を取り囲むように配置されている。また、ダミーフォトダイオードＰＤ２は遮光層１２によって上部（受光面）が覆われているが、フォトダイオードＰＤ１は上部が遮光層１２に覆われておらず、光入射可能に形成されている。
【００４７】
上記の構造では、フォトダイオードＰＤ１への光入射によってＰ基板１１にキャリアＣＡが発生する。一方、ダミーフォトダイオードＰＤ２は、上部が遮光層１２によって遮光されていても、上記のキャリアＣＡにより、フォトダイオードＰＤ１側からの回り込み電流（リーク電流）を検出する。
【００４８】
上記のように構成される光センサ１では、ダイオードＤ１の順方向への電流の入力部はフォトダイオードＰＤ１のみと接続されているため、フォトダイオード電流の無入力時は、ダイオードＤ１の両端が０バイアスとなる。ここで、０バイアスとは０Ｖ〜数ｍＶ程度の電位差とする。このように、ダイオードＤ１で電流−電圧変換することにより、小面積にて適正なゲインを確保できるだけでなく、ノイズ等による光センサ１の誤動作を抑制できるので、有益である。また、電流補償をすることなく、特性を改善することができるので、補償用の電流を生成する必要がなく、さらに回路規模を増大させることがない。
【００４９】
ここで、このフォトダイオード電流は約１０ｎＡであり、ダミーフォトダイオード電流は約１ｎＡである条件にて光検知すると想定している。フォトダイオード電流が１０ｎＡであれば、ダイオードＤ１により、約２．６ＭΩのゲインが得られる。また、ダミーフォトダイオードＰＤ２に１ｎＡのダミーフォトダイオード電流が流れることで、図３に示すように、ダイオード電圧は０バイアスから約０．４７Ｖまで電位が上昇する。これにより、ダミーフォトダイオードＰＤ２側とフォトダイオードＰＤ１側との電位差が数十ｍＶに抑えられるので、電位のアンバランスが解消される。この結果、光センサ１の誤動作を抑制することができる。
【００５０】
しかも、ダミーフォトダイオードＰＤ２がフォトダイオードＰＤ１の周囲を囲むことで、周辺回路へのリーク電流の防止を図ることもできる。
【００５１】
なお、光ＯＮ／ＯＦＦ時に伝播遅延の発生を抑えるために、フォトダイオードＰＤ１およびダミーフォトダイオードＰＤ２による両入力部に数ｎＡ程度の電流補償を行なっても良い。また、両入力部に電流補償を実施した場合は、無入力時の電圧が電流補償分だけ持ち上がることになる。
【００５２】
上記のような効果は、後述する光センサ２〜４についても同様に得られることはもちろんである。
【００５３】
なお、フォトダイオードＰＤ１およびダミーフォトダイオードＰＤ２の構造は、ダミーフォトダイオードＰＤ２がフォトダイオードＰＤ１からのリーク電流を受けられるような形状や配置であれば良いことはいうまでもない。したがって、上記の例では、ダミーフォトダイオードＰＤ２がフォトダイオードＰＤ１の周囲を囲む構造となっているが、この構造に限定されることはない。例えば、ダミーフォトダイオードＰＤ２の一部が開放されることにより、コの字状やＬ字状に形成されていても良い。
【００５４】
〔負帰還回路の構成〕
光センサ１において、フォトダイオードＰＤ１のカソードと、ダイオードＤ１のカソードとがｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲートと接続され、ダイオードＤ１のアノードがｎｃｈトランジスタＴｒ３のドレインと接続されることにより、負帰還回路が構成される。一方、ダミーフォトダイオードＰＤ２のカソードと、ダイオードＤ２のカソードとがｎｃｈトランジスタＴｒ４のゲートと接続され、ダイオードＤ２のアノードがｎｃｈトランジスタＴｒ４のドレインと接続されることにより、負帰還回路が構成される。これにより、フォトダイオード電流の無入力時に０バイアスが実現できる。
【００５５】
また、ｎｃｈトランジスタＴｒ３のゲート−ドレイン間電圧を一定に保つために、定電流Ｉ１を流源ＣＳ３からドレインに供給する。同様に、ｎｃｈトランジスタＴｒ４のゲート−ドレイン間電圧を一定に保つために、定電流Ｉ２を流源ＣＳ４からドレインに供給する。
【００５６】
この結果、ドレイン電圧は、光電流がダイオードＤ１，Ｄ２にて変換された電圧の変動のみを適正にモニターできるので、有益である。
【００５７】
なお、後述する光センサ２〜４も、上記の負帰還回路を有するので、上記と同様の効果が得られる。
【００５８】
また、前述のように両入力部に電流補償を実施した場合は、電圧が０バイアスとはならず、電流補償分だけ持ち上がるので、電流補償を数ｎＡ程度に抑える必要がある。
【００５９】
〔コンデンサの構成〕
前述のコンデンサＣ１，Ｃ２の容量値と、ダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスとの積により、周波数特性が変動する。ダイオードＤ１，Ｄ２は、電流値によりインピーダンスが変動するため、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量値もダイオード電位により変動することで、周波数特性の変動を抑えることができる。このため、コンデンサＣ１，Ｃ２は、ポリシリコン−拡散容量の変化を利用した可変容量コンデンサ（可変容量ダイオード）により構成されている。
【００６０】
十分なゲインを確保するには、ダイオード電位を０．６Ｖ以下にする必要があり、その際のインピーダンス（抵抗）変動は図４（ｂ）に示すように、０．２Ｖ〜０．６Ｖで約５０％生じる。これに対し、ポリシリコン−拡散容量は、図５（ｂ）に示すように、約５０％変動する。このため、電位により相関は異なるものの、周波数変動を低く抑えることができるので、有益である。
【００６１】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２は、窒化膜容量などに対して、ポリシリコンおよびＰ拡散もしくはＮ拡散で容量を形成できることから、ＭＯＳトランジスタと同じ工程で形成することができるため、光センサ１のＩＣを作製する工程を削減できるので、有益である。
【００６２】
なお、後述する光センサ２〜４も、コンデンサＣ１，Ｃ２が同様に構成されているので、上記と同様の効果が得られる。
【００６３】
【表１】
2012089738.tif 000003
【００６４】
【表２】
2012089738.tif 000004
【００６５】
［実施形態２］
本発明の実施形態２について図３，図６に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００６６】
なお、本実施形態を含む以降の実施形態３，４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。
【００６７】
〔光センサの構成〕
図６は、本実施形態の光センサ２の受光回路の構成を示す。
【００６８】
図６に示すように、光センサ２は、光センサ１にさらに抵抗Ｒ４を加えた構成となっている。抵抗Ｒ４は、ｎｃｈトランジスタＴｒ４のソースとグランドとの間に接続されている。
【００６９】
実施形態１の光センサ１において、フォトダイオード電流が約１０ｎＡであり、ダミーフォトダイオード電流がさらに微小（１００ｐＡ以下）である場合、差動演算器の入力電位差が大きくなりすぎて（図３から１００ｍＶ以上）、フォトダイオードＰＤ１側とダミーフォトダイオードＰＤ２側との電位差が前述の数十ｍＶの場合と比べてさらに広がってしまう。このため、光がほぼ無入力時にも光検知信号を出力することが考えられ、受光回路の設計尤度が低くなるという不都合がある。
【００７０】
そこで、光センサ２においては、ｎｃｈトランジスタＴｒ４に定電流Ｉ２を数μＡ流すと想定すると、抵抗Ｒ４が数十ｋΩの抵抗値を有しておれば、抵抗Ｒ４において〜０．４Ｖ程度の電位が得られる。ダミーフォトダイオード電流が、上記のように、より微小である場合、抵抗Ｒ４により電位を高めることで、図３に示すように、フォトダイオードＰＤ１側とダミーフォトダイオードＰＤ２側との電位差が数十ｍＶに抑えられる。これにより、電位のアンバランスが解消されるので、光センサ２の誤動作を抑制することができる。
【００７１】
なお、抵抗Ｒ４の抵抗値は、上記の例に限らず、定電流Ｉ２の値に応じて適宜設定されることはもちろんである。
【００７２】
［実施形態３］
本発明の実施形態３について図７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７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７に示すように、光センサ３の受光回路は、光センサ１の受光回路と同等に構成されている。ただし、光センサ３においては、定電流源ＣＳ４は、定電流源ＣＳ３が流す定電流Ｉ１より大きい値の定電流Ｉ３を流すことが、光センサ１と異なる。
【００７５】
このように、ダミーフォトダイオードＰＤ２側の定電流Ｉ３を増大させることにより、ｎｃｈトランジスタＴｒ４のゲート−ソース間電位を〜０．４Ｖ程度上昇させることが可能となる。これにより、フォトダイオードＰＤ１側とダミーフォトダイオードＰＤ２側との電位差が数十ｍＶに抑えられる。この結果、電位のアンバランスが解消されるので、光センサ３の誤動作を抑制することができる。
【００７６】
定電流Ｉ３の値は、定電流Ｉ１の値より少しでも大きければ、ｎｃｈトランジスタＴｒ４のゲート−ソース間電位を持ち上げることができるが、より確実に持ち上げるためには２倍から７倍程度であることが好ましい。
【００７７】
また、前述の光センサ２のように抵抗Ｒ４を必要としないので、抵抗４のバラツキを考慮する必要がなくなり、有益である。
【００７８】
［実施形態４］
本発明の実施形態５について図８に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００７９】
〔光センサの構成〕
図８は、本実施形態の光センサ４の受光回路の構成を示す。
【００８０】
図８に示すように、光センサ４は、光センサ１にさらにコンデンサＣ３を加えた構成となっている。コンデンサＣ３は、ダミーフォトダイオードＰＤ２と並列に接続されている。
【００８１】
上記の構成では、フォトダイオードＰＤ１の周囲を囲むダミーフォトダイオードＰＤ２は、フォトダイオードＰＤ１と同等の容量値を有するには大きな面積が必要となる。容量形成には、他の素子との絶縁のため、容量周囲に分離用の拡散等の形成が必要である。したがって、分離部も含めた総面積を小さくするためには、分離面積を少なくするように、四角形にするなど簡易な形で、別素子で容量を形成することが望ましい。また、フォトダイオードＰＤ１を形成するＰＮ接合容量に対し、リーク電流が流れないことや、逆バイアスによる誤動作が発生しないことからも、ポリシリコン−拡散容量によって容量を形成することが望ましい。
【００８２】
そこで、ダミーフォトダイオードＰＤ２と並列にコンデンサＣ３を設けることで、フォトダイオードＰＤ１の容量値に近づけることが可能となる。このように、ダミーフォトダイオードＰＤ２と並列にコンデンサＣ３を設けることにより、フォトダイオードＰＤ１側とダミーフォトダイオードＰＤ２側とで容量値の整合を図ることが可能となる。この結果、光センサ４の応答特性の変動を抑えたり、ノイズ特性を向上させたりすることが可能となるので、有益である。
【００８３】
具体的には、例えば、フォトダイオードＰＤ１の容量値が１０ｐＦ前後であるとすると、ダミーフォトダイオードＰＤ２の容量値は数ｐＦとなるため、数ｐＦの容量値を有するコンデンサＣ３を併置して、その和として１０ｐＦとなるよう容量値を合わせる。
【００８４】
［実施形態５］
本発明の実施形態６について図９に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００８５】
〔光センサの電子機器への適用〕
実施形態１〜４の光センサ１〜４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１〜４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１〜４を用いても好適である。
【００８６】
〔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９は、当該複写機の内部構成を示す正面図である。
【００８７】
図９に示すように、複写機２１は、本体２２の上部に設けられた原稿台２３に載置された用紙に光源ランプ２４の光を照射し、原稿からの反射光をミラー群２５およびレンズ２６を介して帯電された感光体ドラム２７に照射して露光する。また、複写機２１は、露光により感光体ドラム２４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し、手差し給紙トレイ２８や給紙カセット２９，３０から搬送系３１を介して供給される用紙に感光体ドラム２７上のトナー像を転写させ、さらに定着装置３２にてトナー像を定着させた後、本体２２の外部に排出する。
【００８８】
上記のように構成される複写機２１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。
【００８９】
光センサＳ１〜Ｓ４は、原稿の光走査方向に移動するミラー群２５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２５の一部とともに移動するレンズ２６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２７の回転位置を検出するために配置されている。
【００９０】
光センサＳ８は、手差し給紙トレイ２８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２９からの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３０からの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。
【００９１】
光センサＳ１１は、感光体ドラム２７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２１の外部への用紙の排出を検出するために配置される。
【００９２】
上記のように、複写機２１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２１の大型化抑制および高機能化を図ることができる。
【００９３】
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。
【００９４】
［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】
【００９５】
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】
【００９６】
１〜４        光センサ
１２            遮光層
２１            複写機（電子機器）
Ｃ１            コンデンサ（第１コンデンサ）
Ｃ２            コンデンサ（第２コンデンサ）
Ｃ３            コンデンサ
ＣＳ１〜ＣＳ４  定電流源
Ｄ１            ダイオード（第１ダイオード）
Ｄ２            ダイオード（第２ダイオード）
Ｉ１〜Ｉ３      定電流
ＰＤ１          フォトダイオード
ＰＤ２          ダミーフォトダイオード
Ｓ１〜Ｓ１２    光センサ
Ｔｒ１，Ｔｒ２  ｐｃｈＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ３          ｎｃｈＭＯＳトランジスタ（第１ＭＯＳトランジスタ）
Ｔｒ４          ｎｃｈＭＯＳトランジスタ（第２ＭＯＳトランジスタ）
Ｒ１〜Ｒ４      抵抗
【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】
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【図８】
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【図９】
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