(57)【要約】  固体撮像装置（５０）は、入射光を光電変換して電荷を出力する光電変換素子（１）、それぞれの一端が光電変換素子（１）の出力に接続される信号用スイッチ（７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ）、および、信号用コンデンサ（８ａ、８ｂ、・・・、８ｎ）を備える。信号用コンデンサ（８ａ、８ｂ、・・・、８ｎ）は、互いに異なる信号用スイッチ（７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ）の他端に接続され、光電変換素子（１）で生成され、信号用スイッチ（７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ）を介して転送される電荷を蓄積する。複数の信号用スイッチ（７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ）のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、複数の信号用スイッチ（７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ）の少なくとも一部が順次オン状態となる。
2018070283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して、電荷を出力する光電変換素子と、
それぞれの一端が前記光電変換素子の出力に接続される複数の信号用スイッチと、
前記複数の信号用スイッチに対応して設けられ、互いに異なる前記信号用スイッチの他端に接続され、前記光電変換素子で生成され、前記信号用スイッチを介して転送される電荷を蓄積する複数の信号蓄積部と、
前記複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、前記複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とするスイッチ制御部と、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
複数の前記光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の出力を合成して合成出力する合成部と、を備え、
前記合成部の合成出力が前記信号用スイッチに入力される、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、前記入射光の点灯情報に基づき、前記光電変換素子への前記入射光の入射期間内に、前記複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切替える、
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、前記入射期間内で前記複数の信号用スイッチを互いに異なるタイミングで順次オン状態とする、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記入射光の消灯後に、前記複数の信号蓄積部に蓄積された前記電荷を合成して出力する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射してきた光を光電変換して電気信号に変換する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像読取装置の露光時間制御機能（露光期間制御機能）として電子シャッター機能がある。電子シャッターは、１画素の読取期間内のタイミングで画素をリセットすることにより、画素の露光時間（露光期間）を制御している。従来の電子シャッター機能では１回の読取期間内で１回の露光しか出来ず、非露光時間（非露光期間）が長くなった場合に、一部の連続する時間の画像データが取得できないという課題があった。そのため、１回の読取期間内において断続的に露光が可能である方式が求められている。【０００３】
原稿の画像を読み取るのに必要な光量が得られる一定の読取期間内において、発光時間と非発光時間を制御することで、読取期間内で断続的に画像を読み取る例が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。また特許文献３に記載の発明は、読取期間内でセンサ内の電子シャッターを用いて露光時間を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４６７２３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７５９１０号公報
【特許文献３】特開２００５−２６８９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および特許文献２に記載の発明は、１ライン中に複数回に亘り光源を点灯させて画像を取得している。このため、画像取得にあたり、光源の点灯制御が必要であるという課題がある。【０００６】
特許文献３の電子シャッター機能では、画素１つの読取期間内で１回の露光時間しか使用できない。そのため、光源の光強度が非常に強い場合は露光時間を極めて短くするしかなく、読取期間内で連続した非露光時間が長くなってしまう。また、低速動作時も読取期間が延びるため、非露光時間が長くなってしまう。非露光時間に通過した異物は発見できないため、特許文献３に記載の発明は異物を見落とすという課題がある。そのため、副走査方向の解像度が低くなってしまう。【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、読取期間内における、非露光期間を短くした固体撮像装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子、複数の信号用スイッチ、複数の信号蓄積部、およびスイッチ制御部を備える。光電変換素子は、入射光を光電変換して、電荷を出力する。複数の信号用スイッチのそれぞれの一端は、光電変換素子の出力に接続される。複数の信号蓄積部は、複数の信号用スイッチに対応して設けられ、互いに異なる信号用スイッチの他端に接続される。信号蓄積部は、光電変換素子で生成され、信号用スイッチを介して転送される電荷を蓄積する。スイッチ制御部は、複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る固体撮像装置によれば、光電変換素子、複数の信号蓄積部、および複数の信号蓄積部に対応する複数の信号用スイッチを設け、複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とすることで、非露光期間が短くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】固体撮像装置の機能ブロック図
【図２】固体撮像装置の回路図
【図３】固体撮像装置の読取動作を示すタイミングチャート
【図４】実施の形態１に係る固体撮像装置の機能ブロック図
【図５】実施の形態１に係る固体撮像装置の回路図
【図６】実施の形態１に係る固体撮像装置のタイミングチャート
【図７】実施の形態１に係る固体撮像装置の副走査方向ＭＴＦチャートを読み取った例
【図８】実施の形態１に係る固体撮像装置においてカラー画像を読取る場合の固体撮像装置のタイミングチャート
【図９】実施の形態２に係る固体撮像装置のタイミングチャート
【図１０】実施の形態３に係る固体撮像装置のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。まず、後述する実施の形態１に係る固体撮像装置５０との比較のため、比較例である固体撮像装置６０について説明する。図１は、固体撮像装置の機能ブロック図である。図２は、固体撮像装置の回路図である。図３は、固体撮像装置の読取動作を示すタイミングチャートである。比較例である固体撮像装置６０は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子であるフォトダイオード回路（ＰＤ）１と、フォトダイオード回路１で光電変換によって生成された電気信号を増幅するソースフォロア回路（ＳＦ）２と、ソースフォロア回路２で増幅された電気信号を光電変換信号として蓄積するサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）１０３およびソースフォロア回路２で増幅された電気信号をリセットレベル信号として蓄積するサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）４を備えている。
【００１２】
フォトダイオード回路１は、アノードが接地されカソードから電気信号を出力するフォトダイオード（ＰＤ）５と、フォトダイオード５のカソードにソースが接続され基準電圧（ＶＤＤ）がドレインに接続されたリセットトランジスタ（ＲｅｓｅｔＴｒ）６を備えている。フォトダイオード５のカソードは、ソースフォロア回路２の入力に接続されている。
【００１３】
サンプルホールド回路１０３は、信号用コンデンサ（Ｃｓｉｇ）１０８と、一端がソースフォロア回路２の出力に接続され他端が信号用コンデンサ１０８に接続された信号用スイッチ（ＳＷ）１０７と、を備えている。信号蓄積部である信号用コンデンサ１０８は、ソースフォロア回路２で増幅された電気信号である光電変換信号に相当する電荷を蓄積する。信号用コンデンサ１０８には、信号用スイッチ１０７がオン状態となっている間に、フォトダイオード５における光電変換によって生成された電荷が蓄積される。信号用コンデンサ１０８は、一端が信号用スイッチ１０７の他方に接続され、他端が接地されている。
【００１４】
サンプルホールド回路４は、リセット用コンデンサ（Ｃｒｓ）１０と、一端がソースフォロア回路２の出力に接続され他端がリセット用コンデンサ１０に接続されたリセット用スイッチ（ＳＷ）９と、を備えている。リセット用コンデンサ１０は、ソースフォロア回路２で増幅された電気信号であるリセットレベル信号に相当する電荷を蓄積する。リセット用コンデンサ１０には、リセット用スイッチ９がオン状態となっている間に、フォトダイオード５における光電変換によって生成された電荷が蓄積される。リセット用コンデンサ１０は、一端がリセット用スイッチ９の他方に接続され、他端が接地されている。
【００１５】
なお、信号用スイッチ１０７とリセット用スイッチ９は同時にオン状態となることはない。
【００１６】
サンプルホールド回路１０３の出力には、信号出力用スイッチ１１を介して信号用アンプ１２が接続されている。サンプルホールド回路４の出力には、リセット出力用スイッチ１３を介してリセット用アンプ１４が接続されている。
【００１７】
固体撮像装置６０の動作について図３を用いて説明する。まず、フォトダイオード５に光を照射する前に、リセットトランジスタ６を所定期間オン状態にし、基準電圧（ＶＤＤ）によりフォトダイオード５を初期化する。このときのフォトダイオード５の端子電圧が基準信号となる。この基準信号は、ソースフォロア回路２で増幅され、リセット用スイッチ９を所定期間オン状態にすることにより、この基準信号に相当する電荷がリセット用コンデンサ１０に蓄積される（初期状態の取り込み）。このとき、信号用スイッチ１０７はオフ状態である。
【００１８】
リセット用コンデンサ１０への初期状態の取り込み後、リセット用スイッチ９をオフ状態とし、フォトダイオード５へ光を照射し始める。１回の読取期間１５において、読取対象物へ光を照射する光源（図示無し）は、１回点灯する。この光源の点灯期間を含むように信号用スイッチ１０７をオン状態としておく。この信号用スイッチ１０７をオン状態とした期間を露光期間１６という。このようにしておくと、フォトダイオード５が光電変換を行って、出力した電気信号に基づく光電変換信号に相当する電荷が、信号用コンデンサ１０８に蓄積される。
【００１９】
すなわち、リセット用スイッチ９がオフ状態となると共に光源（図示無し）は点灯を始め、フォトダイオード５は光電変換により電荷を生成する。
【００２０】
信号用コンデンサ１０８に蓄積される電荷の量は、読取対象物からの光の強度によって増減する。例えば、読取対象物の色が、白色／灰色／黒色の場合について説明する。読取対象物が白色の場合、読取対象物からの光の強度は強いので、フォトダイオード５で光電変換された電気信号のレベルは大きくなり、信号用コンデンサ１０８に蓄積される電荷の量は多くなる（Ｈレベル（Ｈｉｇｈレベル））。読取対象物が灰色の場合、読取対象物からの光の強度は読取対象物が白色の場合より弱い中レベルとなる。したがって、信号用コンデンサ１０８に蓄積される電荷の量は、Ｈレベル（Ｈｉｇｈレベル）より小さいＭレベル（Ｍｉｄｄｌｅレベル）となる。読取対象物が黒色の場合、読取対象物からの光の強度は読取対象物が灰色の場合より更に弱い弱レベルとなる。したがって、信号用コンデンサ１０８に蓄積される電荷の量は、Ｍレベルより更に小さいＬレベル（Ｌｏｗレベル）となる。このように、読取対象物からの光の強弱（明暗）によって、信号用コンデンサ１０８に蓄積される電荷の量が増減する。
【００２１】
露光期間１６の終了時に信号用スイッチ１０７をオフ状態とする。また、読取期間１５の終了時にリセットトランジスタ６のゲートにリセット信号を入力し、リセットトランジスタ６をオン状態として、フォトダイオード５を初期化する。なお、フォトダイオード５の初期化時は、フォトダイオード５へ光は照射されていない。
【００２２】
読取期間１５が終了し、リセットトランジスタ６をオン状態とするまでのタイミングで信号出力用スイッチ１１をオン状態とする。信号出力用スイッチ１１をオン状態とするタイミングでは、信号用スイッチ７はオフ状態である。よって、信号用コンデンサ１０８に蓄積された電荷は、信号出力用スイッチ１１をオン状態とすることで、信号用アンプ１２に伝送され、信号用アンプ１２で増幅されて、読取った画像信号（ＳＩＧ）として出力される。同様に、読取期間１５が終了し、リセットトランジスタ６をオン状態とするまでのタイミングでリセット出力用スイッチ１３をオン状態とする。リセット出力用スイッチ１３をオン状態とするタイミングでは、リセット用スイッチ９はオフ状態である。よって、リセット用コンデンサ１０に蓄積された電荷は、リセット出力用スイッチ１３をオン状態とすることで、リセット用アンプ１４に伝送され、リセット用アンプ１４で増幅されて、基準信号（ＲＳ）として出力される。
【００２３】
その後は、再び、リセットトランジスタ６を所定期間オン状態にし、フォトダイオード５の初期化を実施する。フォトダイオード５の初期化が完了すると、リセットトランジスタ６をオフ状態とする。すると、フォトダイオード５の光電変換動作が再開し、次の読取期間１５が開始する。
【００２４】
フォトダイオード５に接続された信号用コンデンサ１０８は１個であるため、１回の読取期間１５における読取回数は１回となり、該読取期間１５において再度信号用スイッチ１０７をオン状態としても、信号用コンデンサ１０８には電荷が蓄積されているため、あらたな光電変換信号に相当する電荷を信号用コンデンサ１０８に蓄積することはできない。したがって、信号用スイッチ１０７をオフ状態とした後は、次の読取期間１５になるまで光電変換信号に相当する電荷を信号用コンデンサ１０８に蓄積することはできない。このため、信号用スイッチ１０７をオフ状態とした後から次の読取期間１５になるまでは、光電変換信号の無い空白期間となり、この空白期間に固体撮像装置６０を通過した読取対象物の画像信号を得ることはできない。すなわち、固体撮像装置６０では、露光期間１６は読取期間１５の一極に集中するため、非露光期間が連続してかつ長くなり、非露光期間内に固体撮像装置６０を通過した不具合画像が検出できない。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態１に係る固体撮像装置５０について説明する。なお、実施の形態１に係る固体撮像装置５０において、図１から図３に示す固体撮像装置６０と同一もしくは同等の構成要素には同一符号を付しており、その説明を省略する。図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の機能ブロック図である。図５は、実施の形態１に係る固体撮像装置の回路図である。図６は、実施の形態１に係る固体撮像装置の読取動作を示すタイミングチャートである。固体撮像装置５０は、入射光を電気信号に変換する光電変換素子であるフォトダイオード回路（ＰＤ）１と、フォトダイオード回路１で光電変換された電気信号を増幅するソースフォロア回路（ＳＦ）２と、ソースフォロア回路２で増幅された電気信号を光電変換信号として蓄積する複数のサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）３ａ、３ｂ、・・・、３ｎおよびソースフォロア回路２で増幅された電気信号をリセットレベル信号として蓄積するサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）４を備えている。
【００２６】
サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎはそれぞれ、信号用コンデンサ（Ｃｓｉｇ）８ａ、８ｂ、・・・、８ｎと、信号用スイッチ（ＳＷ７）７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを備えている。信号用スイッチ（ＳＷ７）７ａ、７ｂ、・・・、７ｎはそれぞれ、一端がソースフォロア回路２の出力に分岐部３１を介して共通接続され、他端が信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・８ｎに接続される。信号蓄積部である信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎは、ソースフォロア回路２で増幅された電気信号である光電変換信号に相当する電荷を蓄積する。信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎはそれぞれ、一端が対応する信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎに接続され、他端が接地されている。この複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎが、ソースフォロア回路２の出力に分岐部３１を介して共通に接続されている。すなわち、分岐部３１でソースフォロア回路２の出力をｎ個に分岐して、それぞれサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎに接続している。信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態となっている間に、対応するそれぞれの信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・８ｎに、フォトダイオード５における光電変換によって生成され、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを介して転送された電荷が蓄積される。スイッチ制御部５１は、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎの少なくとも一部をオン状態とする。例えば、スイッチ制御部５１は、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを互いに異なるタイミングで順次オン状態とする。実施の形態１の例では、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎは、読取期間１５において、同時にオン状態となることはない。すなわち、読取期間１５において、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎのそれぞれがオン状態となる期間は重複せず、読取期間１５において、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎのいずれか１つのみがオン状態となる。
【００２７】
複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの出力は全て合成部３２で合成される。サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの出力が共通して接続する共通接続部である合成部３２の出力に、信号出力用スイッチ１１を介して信号用アンプ１２が接続されている。
【００２８】
つまり、それぞれの信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎの一端は、全て合成部３２に共通接続されている。合成部３２の合成出力に信号出力用スイッチ１１の一端が接続されている。信号出力用スイッチ１１の他端は信号用アンプ１２の入力側に接続されている。
【００２９】
実施の形態１に係る固体撮像装置５０の動作について図６を用いて説明する。なお、図６において、リセット用スイッチ（ＳＷ）９、リセット用コンデンサ（Ｃｒｓ）１０、リセット出力用スイッチ（ＳＷｒｓ）１３およびリセット用アンプ１４の動作は固体撮像装置６０と同じにつき、タイミングチャートの記載を省略している。
【００３０】
１回の読取期間１５において、読取対象物へ光を照射する光源（図示無し）は、読取期間１５の全ての期間において点灯する。スイッチ制御部５１は、例えば、光源の点灯期間を含む、入射光の点灯情報に基づき、光源の点灯期間、すなわち、入射光の入射期間に信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを順次オン状態とする。この信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎをオン状態とした期間を露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎという。なお、それぞれの露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎは、タイミングが重複することが無いように、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを順次オン状態とする。すなわち、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎは、読取期間１５において、オン状態である期間が重複することが無いように、いずれか１つの信号用スイッチが順次オン状態となるように動作する。このようにしておくと、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態としている期間だけ、フォトダイオード（ＰＤ）５における光電変換によって生成された電気信号に基づく光電変換信号に相当する電荷は、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎに対応するそれぞれの信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに分散して蓄積される。信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに蓄積された電荷は、複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの出力が合成部３２で合成されて信号出力用スイッチ１１に接続されているので、信号出力用スイッチ１１をオン状態とすることで、全ての信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに蓄積された電荷が一斉に信号用アンプ１２に入力されて増幅されて、読取った画像信号（ＳＩＧ）として出力される。例えば、入射光の消灯後に、全ての信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに蓄積された電荷が合成されて、出力される。
【００３１】
このとき、複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの出力は合成部３２で合成されるため、信号用アンプ１２に入力される電荷のレベルは、信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに蓄積された電荷のレベルの平均値となる。すなわち、複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの出力が共通接続される合成部３２と信号出力用スイッチ１１とで、平均化回路を構成しているともいえる。
【００３２】
このように、フォトダイオード５（フォトダイオード回路１）に対して複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎを備えたので、フォトダイオード５（フォトダイオード回路１）の１回の読取期間１５において複数回の露光が可能となり、連続する非露光時間を短くすることが出来る。したがって、固体撮像装置５０を通過した不具合画像の検出確率が向上する。サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの配置数は、固体撮像装置５０の１回の読取期間１５において露光期間１６を分割できる最大数で規定される。
【００３３】
たとえば、読取期間Ｔ内の全露光期間をＴ１、全非露光期間をＴ２とする。すなわち、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２である。固体撮像装置６０では、読取期間Ｔ内に１回の露光期間１６があるので、全露光期間Ｔ１＝１回の露光期間１６である。実施の形態１において、サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎを３回路（３ａ、３ｂ、３ｃ）とし、各サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれに電荷が蓄積される露光期間１６は全露光期間Ｔ１の１／３とする。したがって、各サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、３ｃの１回の露光期間１６は１／３×Ｔ１となる。同様に、各サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれの露光期間１６の間の非露光期間は、均等間隔とすると１／３×Ｔ２となり、非露光期間は固体撮像装置６０の１／３となる効果がある。
【００３４】
実施の形態１に係る固体撮像装置５０の効果の例として、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態１に係る固体撮像装置５０の副走査方向ＭＴＦ（Modulation Transfer Function：変調伝達関数）チャートを読み取った例である。前述した動作から、この発明により、連続する非露光期間を短くすることで、副走査方向の解像度低下を抑制することができる。これにより、読取範囲内に入ったゴミの影響を、もらさずに取得することが出来る。例えば、白黒白と変化するＭＴＦチャートを読み取った場合、光源の光量が多く、信号が飽和しないように露光期間１６を読取期間１５の１／３程度と設定したとする。固体撮像装置６０の露光タイミングでは、露光期間１６が１回のみであるので、前半の白部分を読み取り、黒の部分はほとんど読み取れていない。それに対し、固体撮像装置５０の露光タイミングでは、露光期間１６を読取期間１５内に断続的に配置することで、白黒白の３部分を読み取ることが出来る。図７の例では、露光期間１６を３回に分割し、露光期間１６の時間は、露光期間１６ａ、１６ｂ、１６ｃの合算に等しいとしている。固体撮像装置６０では、ほぼ白と同じ信号出力になってしまうのに対し、固体撮像装置５０では、黒部分を読み取った結果を含むことが出来る。
【００３５】
カラー等の複数色を読み取る場合、固体撮像装置５０を複数個使用することになる。例えば、カラーの場合、Ｒｅｄ（Ｒ）、Ｇｒｅｅｎ（Ｇ）、Ｂｌｕｅ（Ｂ）に応じて、３個の固体撮像装置５０を使用する。色毎に、フォトダイオード５の特性が異なるので、図８に示すように、各色の信号出力レベルに合わせた、適切な露光期間１６、露光タイミングを設けることが出来る。
【００３６】
実施の形態１、図５ではフォトダイオード５（フォトダイオード回路１）が１つの場合について図示しているが、光電変換によって得られる光量を増加するため複数のフォトダイオード５（フォトダイオード回路１）が１つのソースフォロア回路２に接続されていても良い。この場合、複数のフォトダイオード５（フォトダイオード回路１）の出力を合成してソースフォロア回路２に入力するＰＤ合成部が、フォトダイオード５（フォトダイオード回路１）とソースフォロア回路２との間に設けられる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、信号用スイッチが１つずつオン状態／オフ状態を切替える例について説明した。実施の形態２では、信号用スイッチが２つずつオン状態／オフ状態を切替える例について説明する。
【００３８】
実施の形態２に係る固体撮像装置５０の動作について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態２に係る固体撮像装置５０のタイミングチャートである。なお、図９において、リセットトランジスタ６、リセット用スイッチ（ＳＷ）９、リセット用コンデンサ（Ｃｒｓ）１０、信号出力用スイッチ（ＳＷｓｉｇ）１１、信号用アンプ１２、リセット出力用スイッチ（ＳＷｒｓ）１３およびリセット用アンプ１４の動作は実施の形態１に係る固体撮像装置５０と同じにつき、タイミングチャートの記載を省略している。
【００３９】
図９は、光源（図示無し）、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、・・・、７ｎ−１、７ｎ及び信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、・・・、８ｎ−１、８ｎのタイミングチャートを示している。
【００４０】
１回の読取期間１５において、読取対象物へ光を照射する光源（図示無し）は、該読取期間１５の全ての期間において点灯する。この光源の点灯期間に信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを順次オン状態／オフ状態とする。この信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎをオン状態とした期間を露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎという。なお、それぞれの露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎは、露光期間１６ａと１６ｂで同時露光、露光期間１６ｃと１６ｄで同時露光、・・・、露光期間１６ｎ−１と１６ｎで同時露光する。但し、同時露光同士の露光期間１６のタイミングが重複することが無いように、信号用スイッチ７ａと７ｂを同時オン状態／オフ状態、信号用スイッチ７ｃと７ｄを同時オン状態／オフ状態、・・・、信号用スイッチ７ｎ−１と７ｎを同時オン状態／オフ状態としつつ、同時オン状態／オフ状態の信号用スイッチの組を順次オン状態／オフ状態とする。すなわち、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎは、読取期間１５において、組をなす信号用スイッチのオン状態である期間が重複することが無いように、いずれか一つの組の信号用スイッチが順次オン状態となるように動作する。このようにしておくと、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態としている期間だけ、フォトダイオード（ＰＤ）５における光電変換によって生成された電気信号に基づく光電変換信号に相当する電荷は、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎに対応するそれぞれの信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに分散して蓄積される。信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに蓄積された電荷は、複数のサンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの出力が共通接続されているので、信号出力用スイッチ１１をオン状態とすることで、全ての信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎに蓄積された電荷が一斉に信号用アンプ１２に入力されて増幅されて、読み取った画像信号（ＳＩＧ）として出力される。
【００４１】
信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎの中の組単位で信号用スイッチのオン状態／オフ状態が切り替わるので、フォトダイオード５で光電変換された電気信号である電荷は、信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎの中の組単位で電荷が蓄積される。
【００４２】
実施の形態２では、２つずつの信号用スイッチのオン状態／オフ状態を同時に切り替えるので、信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎの静電容量が、実施の形態と同じであれば、２倍の電荷を蓄積することができる。これは、白色体のように光の反射率が高く、輝度の高い光がフォトダイオード５に入射する場合、サンプルホールド回路３ａ、３ｂ、・・・、３ｎの飽和を防止する効果がある。
【００４３】
実施の形態２では、２つずつの信号用スイッチのオン状態／オフ状態を同時に切り替える例を示したが、これに限らず、３以上の信号用スイッチのオン状態／オフ状態を同時に切り替えても良い。また、単一の読取期間１５内で、オン状態／オフ状態を同時切換する信号用スイッチの数を変化させても良い。また、読取期間１５の相互間で、オン状態／オフ状態を同時切換する信号用スイッチ７の数を変化させても良い。
【００４４】
実施の形態３．
実施の形態１では、非露光期間を固体撮像装置６０よりも短くした固体撮像装置５０について説明した。実施の形態３では、非露光期間の無い固体撮像装置５０について説明する。
【００４５】
実施の形態３に係る固体撮像装置５０の動作について図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態３に係る固体撮像装置のタイミングチャートである。なお、図１０において、リセットトランジスタ６、リセット用スイッチ（ＳＷ９）９、リセット用コンデンサ（Ｃｒｓ）１０、信号出力用スイッチ（ＳＷｓｉｇ）１１、信号用アンプ１２、リセット出力用スイッチ（ＳＷｒｓ）１３およびリセット用アンプ１４の動作は実施の形態１に係る固体撮像装置５０と同じにつき、タイミングチャートの記載を省略している。
【００４６】
図１０において、信号用スイッチは、ｎ個の信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎを有している。信号用コンデンサは、ｎ個の信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎを有している。信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎは、信号用スイッチ７ａ、信号用スイッチ７ｂ、信号用スイッチ７ｃの順に１つずつ順次にオン状態／オフ状態が切り替わるものとする。
【００４７】
ここで、読取期間１５をＴとし信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態となる期間、すなわち露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎを全て等しくＴ／ｎとする。図１０において、光源の点灯と同時に信号用スイッチ７ａがオン状態となり、露光期間１６ａを経過時に信号用スイッチ７ａがオフ状態となる。信号用スイッチ７ａがオフ状態となると同時に信号用スイッチ７ｂがオン状態となり、露光期間１６ｂを経過時に信号用スイッチ７ｂがオフ状態となる。同様に、信号用スイッチ７ｃ、７ｄ、・・・、７ｎもオン状態／オフ状態が切り替わる。
【００４８】
信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態となる期間、すなわち露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎにそれぞれの信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎに対応する信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎにフォトダイオード５における光電変換によって生成された電気信号に基づく光電変換信号に相当する電荷が蓄積される。信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがｎ個設けられ、それぞれの信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎの露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎはＴ／ｎであるので、読取期間１５内において、常に信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎのいずれかに電荷が蓄積されることとなる。したがって、読取期間１５内において非露光期間が存在しない固体撮像装置５０が得られる。
【００４９】
このように、信号用コンデンサの静電容量が限られている場合においても、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ及びこれに対応する信号用コンデンサ８ａ、８ｂ、・・・、８ｎを複数設けることにより、読取期間１５内において非露光期間が存在しない固体撮像装置５０が得られる。
【００５０】
実施の形態３では、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態となる期間、すなわち露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎを全て等しくＴ／ｎとした場合について説明した。これに限らず、信号用スイッチ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎがオン状態となる期間、すなわち露光期間１６ａ、１６ｂ、・・・、１６ｎがそれぞれ異なっていても、合算が読取期間１５と等しければ同様の効果が得られる。
【００５１】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【００５２】
本出願は、２０１６年１０月１３日に出願された、日本国特許出願特願２０１６−２０１８４９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１６−２０１８４９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１  フォトダイオード回路、２  ソースフォロア回路、３ａ，３ｂ，３ｎ，４，１０３  サンプルホールド回路、５  フォトダイオード、６  リセットトランジスタ、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｎ−１，７ｎ，１０７  信号用スイッチ、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｎ−１，８ｎ，１０８  信号用コンデンサ、９  リセット用スイッチ、１０  リセット用コンデンサ、１１  信号出力用スイッチ、１２  信号用アンプ、１３  リセット出力用スイッチ、１４  リセット用アンプ、１５  読取期間、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｎ−１，１６ｎ  露光期間、３１  分岐部、３２  合成部、５０，６０  固体撮像装置、５１  スイッチ制御部。
【図１】
2018070283.tif 000003
【図２】
2018070283.tif 000004
【図３】
2018070283.tif 000005
【図４】
2018070283.tif 000006
【図５】
2018070283.tif 000007
【図６】
2018070283.tif 000008
【図７】
2018070283.tif 000009
【図８】
2018070283.tif 000010
【図９】
2018070283.tif 000011
【図１０】
2018070283.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月20日(2018.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子、複数の信号用スイッチ、複数の信号蓄積部、およびスイッチ制御部を備える。光電変換素子は、入射光を光電変換して、電荷を出力する。複数の信号用スイッチのそれぞれの一端は、光電変換素子の出力に接続される。複数の信号蓄積部は、複数の信号用スイッチに対応して設けられ、互いに異なる信号用スイッチの他端に接続される。信号蓄積部は、光電変換素子で生成され、信号用スイッチを介して転送される電荷を蓄積する。スイッチ制御部は、複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とする。固体撮像装置は、入射光の消灯後に、複数の信号蓄積部に蓄積された電荷を合成して出力する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して、電荷を出力する光電変換素子と、
それぞれの一端が前記光電変換素子の出力に接続される複数の信号用スイッチと、
前記複数の信号用スイッチに対応して設けられ、互いに異なる前記信号用スイッチの他端に接続され、前記光電変換素子で生成され、前記信号用スイッチを介して転送される電荷を蓄積する複数の信号蓄積部と、
前記複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、前記複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とするスイッチ制御部と、
を備え、
前記入射光の消灯後に、前記複数の信号蓄積部に蓄積された前記電荷を合成して出力する、
固体撮像装置。
【請求項２】
複数の前記光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の出力を合成して合成出力する合成部と、を備え、
前記合成部の合成出力が前記信号用スイッチに入力される、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、前記入射光の点灯情報に基づき、前記光電変換素子への前記入射光の入射期間内に、前記複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切替える、
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、前記入射期間内で前記複数の信号用スイッチを互いに異なるタイミングで順次オン状態とする、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月2日(2018.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子、複数の信号用スイッチ、複数の信号蓄積部、およびスイッチ制御部を備える。光電変換素子は、入射光を光電変換して、電荷を出力する。複数の信号用スイッチのそれぞれの一端は、光電変換素子の出力に接続される。複数の信号蓄積部は、複数の信号用スイッチに対応して設けられ、互いに異なる信号用スイッチの他端に接続される。信号蓄積部は、光電変換素子で生成され、信号用スイッチを介して転送される電荷を蓄積する。スイッチ制御部は、複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、読取期間内で複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とする。固体撮像装置は、入射光の消灯後に、複数の信号蓄積部に蓄積された電荷を合成して出力する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して、電荷を出力する光電変換素子と、
それぞれの一端が前記光電変換素子の出力に接続される複数の信号用スイッチと、
前記複数の信号用スイッチに対応して設けられ、互いに異なる前記信号用スイッチの他端に接続され、前記光電変換素子で生成され、前記信号用スイッチを介して転送される電荷を蓄積する複数の信号蓄積部と、
前記複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることで、読取期間内で前記複数の信号用スイッチの少なくとも一部を順次オン状態とするスイッチ制御部と、
を備え、
前記入射光の消灯後に、前記複数の信号蓄積部に蓄積された前記電荷を合成して出力する、
固体撮像装置。
【請求項２】
複数の前記光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の出力を合成して合成出力する合成部と、を備え、
前記合成部の合成出力が前記信号用スイッチに入力される、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、前記入射光の点灯情報に基づき、前記光電変換素子への前記入射光の入射期間内に、前記複数の信号用スイッチのオン状態とオフ状態とを切替える、
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、前記入射期間内で前記複数の信号用スイッチを互いに異なるタイミングで順次オン状態とする、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【国際調査報告】
2018070283.tif 000013
2018070283.tif 000014