(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリニアイメージセンサーＩＣを直線状に配置実装して構成されるイメージセンサーにおいて、単位受光回路を、受光素子となるフォトダイオードと、そのフォトダイオードの信号を増幅する第１アンプと、そのアンプの出力信号を保持する第１保持手段と、その第１保持手段に保持された画像信号電荷を読み出すための第１読み出しスイッチと、前記フォトダイオードを初期状態に戻すリセットスイッチと、前記フォトダイオードの初期状態に戻った時の、初期信号を保持する第２保持手段と、その第２保持手段に保持された初期信号電荷を読み出すための第２読み出しスイッチと前記第１読み出しスイッチ及び前記第２読み出しスイッチから出力される信号を増幅する第２アンプから構成し、フォトダイオードの第１電極は固定電位にし、受光量に応じて変化するフォトダイオードの他の片側の第２電極を、前記リセットスイッチの第１電極に接続し、前記リセットスイッチの第２電極を初期電位となる基準電極に接続し、また前記フォトダイオードの第２電極をさらに前記第１アンプの入力端子に接続し、第１アンプの出力端子を前記第１保持手段の入力端子と前記第２保持手段の入力端子に接続し、それぞれの保持手段に保持された信号を読み出せるように、前記第１保持手段に前記第１読み出しスイッチの入力端子を接続し、また前記第２保持手段に前記第２読み出しスイッチの入力端子を接続し、それぞれの読み出しスイッチの出力端子を、前記第２アンプの入力端子に接続し、前記第２アンプの出力を読み出すようにして、単位受光回路を構成し、この単位受光回路を複数個直線状に配置して、それぞれの単位受光回路の初期信号と受光量に応じた画像信号とを単位受光回路の配置順に順次、外部へ読み出すように、前記第１保持手段及び第２保持手段と前記リセットスイッチと前記第１読み出しスイッチ及び第２読み出しスイッチと前記第２アンプとを走査する走査回路とを少なくとも具備したリニアイメージセンサーＩＣを有し、
受光量に応じた画像信号を前記第１保持手段に保持する際に、前記第１読み出しスイッチを非導通状態にし、初期信号を前記第２保持手段に保持する際に、前記第２読み出しスイッチを導通状態にしたことを特徴とするイメージセンサー。
【請求項２】
複数のリニアイメージセンサーＩＣを直線状に配置実装して構成されるイメージセンサーにおいて、単位受光回路を、受光素子となるフォトダイオードと、そのフォトダイオードの信号を増幅する第１アンプと、そのアンプの出力信号を保持する第１保持手段と、その第１保持手段に保持された画像信号電荷を読み出すための第１読み出しスイッチと、前記フォトダイオードを初期状態に戻すリセットスイッチと、前記フォトダイオードの初期状態に戻った時の、初期信号を保持する第２保持手段と、その第２保持手段に保持された初期信号電荷を読み出すための第２読み出しスイッチと前記第１読み出しスイッチ及び前記第２読み出しスイッチから出力される信号を増幅する第２アンプから構成し、フォトダイオードの第１電極は固定電位にし、受光量に応じて変化するフォトダイオードの他の片側の第２電極を、前記リセットスイッチの第１電極に接続し、前記リセットスイッチの第２電極を初期電位となる基準電極に接続し、また前記フォトダイオードの第２電極をさらに前記第１アンプの入力端子に接続し、第１アンプの出力端子を前記第１保持手段の入力端子と前記第２保持手段の入力端子に接続し、それぞれの保持手段に保持された信号を読み出せるように、前記第１保持手段に前記第１読み出しスイッチの入力端子を接続し、また前記第２保持手段に前記第２読み出しスイッチの入力端子を接続し、それぞれの読み出しスイッチの出力端子を、前記第２アンプの入力端子に接続し、前記第２アンプの出力を読み出すようにして、単位受光回路を構成し、この単位受光回路を複数個直線状に配置して、それぞれの単位受光回路の初期信号と受光量に応じた画像信号とを単位受光回路の配置順に順次、外部へ読み出すように、前記第１保持手段及び第２保持手段と前記リセットスイッチと前記第１読み出しスイッチ及び第２読み出しスイッチと前記第２アンプとを走査する走査回路とを少なくとも具備したリニアイメージセンサーＩＣを有し、
初期信号を前記第２保持手段に保持する際に、前記第２読み出しスイッチを導通状態し、かつ前記第２アンプも増幅動作をさせることを特徴とするイメージセンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射された原稿からの反射光を受けて電気信号に変換する一次元イメージセンサーに関し、ＦＡＸやスキャナー等の画像読み取り装置に適用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＦＡＸの読み取り装置に用いられている密着型一次元イメージセンサーＩＣの回路図を図９に示す。図９に示すように、フォトトランジスタＰＴＲの出力をスイッチＳ１からＳｎを順次オンして、共通信号線ＬＳＩＧに読み出す方式である。
【０００３】
以上のような密着型フォトトランジスタ一次元イメージセンサーについては特開昭６１−１２４１７１号に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様な一次元イメージセンサーにおいては、フォトトランジスタＰＴＲのベースに残存するキャリアをエミッタを通じて除去するため、十分にベース電位を初期状態にリセットできず、残像が大きいという問題点があった。
また、実効的な明時出力を得るには、原稿を読み取る前に、光源をＯＦＦ状態にし暗い状態にして、暗時出力を読み取り、その値を記録した後、光源をＯＮ状態にし原稿に光を照射し、明時出力を読取り、先に記録した暗時出力との差分を求め、実効的な明時出力を得ていた。しかしながら、この方式では暗時出力を記録するメモリーを持たなければならずコストアップになるという課題があった。また先の暗時出力は、常時でなく、ファクシミリ等の最終製品に組み込まれて、工場からの出荷段階で１度だけ設定されるだけの場合も多く、暗時出力に温度特性があった場合には、工場出荷時に記録した暗時出力と、実際に原稿を読む時の暗時出力が異なり、実効明時出力が正しく求まらず、再現した画質が劣ってくる問題点もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、従来のこのような問題点を解決するために、低コストで、残像の小さいイメージセンサーを供給することと、実効明時出力を精度良く求める事を目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明はイメージセンサーを以下のように構成した。すなわち、複数のリニアイメージセンサーＩＣを直線状に配置実装して構成されるイメージセンサーにおいて、単位受光回路を、受光素子となるフォトダイオードと、そのフォトダイオードの信号を増幅する第１アンプと、そのアンプの出力信号を保持する第１保持手段と、その第１保持手段に保持された画像信号電荷を読み出すための第１読み出しスイッチと、前記フォトダイオードを初期状態に戻すリセットスイッチと、前記フォトダイオードの初期状態に戻った時の、初期信号を保持する第２保持手段と、その第２保持手段に保持された初期信号電荷を読み出すための第２読み出しスイッチと前記第１読み出しスイッチ及び前記第２読み出しスイッチから出力される信号を増幅する第２アンプから構成し、
ォトダイオードの第１電極は固定電位にし、受光量に応じて変化するフォトダイオードの他の片側の第２電極を、前記リセットスイッチの第１電極に接続し、前記リセットスイッチの第２電極を初期電位となる基準電極に接続し、また前記フォトダイオードの第２電極をさらに前記第１アンプの入力端子に接続し、第１アンプの出力端子を前記第１保持手段の入力端子と前記第２保持手段の入力端子に接続し、それぞれの保持手段に保持された信号を読み出せるように、前記第１保持手段に前記第１読み出しスイッチの入力端子を接続し、また前記第２保持手段に前記第２読み出しスイッチの入力端子を接続し、それぞれの読み出しスイッチの出力端子を、前記第２アンプの入力端子に接続し、前記第２アンプの出力を読み出すようにして、単位受光回路を構成し、この単位受光回路を複数個直線状に配置して、それぞれの単位受光回路の初期信号と受光量に応じた画像信号とを単位受光回路の配置順に順次、外部へ読み出すように、前記第１保持手段及び第２保持手段と前記リセットスイッチと前記第１読み出しスイッチ及び第２読み出しスイッチと前記第２アンプとを走査する走査回路とを少なくとも具備したリニアイメージセンサーＩＣを有するイメージセンサーとした。特に、
（１）受光量に応じた画像信号を前記第１保持手段に保持する際に、前記第１読み出しスイッチを非導通状態にし、初期信号を前記第２保持手段に保持する際に、前記第２読み出しスイッチを導通状態にした。また、
（２）初期信号を前記第２保持手段に保持する際に、前記第２読み出しスイッチを導通状態し、かつ前記第２アンプも増幅動作をさせることにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、単位受光回路の受光素子にフォトダイオードを用い、かつそのブロック内でそのフォトダイオードにアンプを接続し、受光量に応じて変化するフォトダイオードの端子電圧をそのアンプを介して出力するようにするとともに、各フォトダイオードを初期状態にリセットする為のＭＯＳスイッチもその単位ブロック内に設け、受光素子のリセット前後の端子電圧をアンプを介してそれぞれ保持し、その後に順次し読み出し、複数のブロックのそれぞれ受光素子の信号を、順次、外部へ出力するようにした。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を図面を用いて説明する。
図１は本発明のイメージセンサーを構成する単位受光回路の第１実施例である。
単位受光回路１は次のように構成されている。受光素子となるフォトダイオード２と、そのフォトダイオード２の信号を増幅する第１アンプ６と、その第１アンプ６の出力信号を保持する第１保持手段８と、その第１保持手段に保持された画像信号電荷を読み出すための第１読み出しスイッチ１０と、フォトダイオード２を初期状態に戻すリセットスイッチ４と、フォトダイオード２の初期状態に戻った時の、初期信号を保持する第２保持手段１１と、その第２保持手段１１に保持された初期信号電荷を読み出すための第２読み出しスイッチ１３と第１読み出しスイッチ１０、及び第２読み出しスイッチ１３から出力される信号を増幅する第２アンプ１６から構成し、フォトダイオード２の第１電極のＮ領域を電源電位ＶＤＤに接続し、フォトダイオード２の第２電極のＰ領域が、フォトダイオードを初期状態に戻すリセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタ４の第１電極のドレイン、及びフォトダイオードの信号を増幅する第１アンプ６の入力端子へ接続している。
【０００９】
フォトダイオードを初期状態に戻すリセットスイッチとなるＭＯＳトランジスタ４の第２電極のソースには、フォトダイオードの初期電位となる基準電圧ＶＲＥＦ５が与えられている。第１アンプ６の出力端子を、第１保持手段８の入力端子と第２保持手段１１の入力端子に接続し、それぞれの保持手段に保持された信号を読み出せるように、第１保持手段８に第１読み出しスイッチ１０を接続し、また第２保持手段１１に第２読み出しスイッチ１３を接続し、それぞれの読み出しスイッチの出力端子を、第２アンプ１６の入力端子に接続し、第２アンプ６の出力信号を読み出すようにして、単位受光回路１を構成している。この単位受光回路１のブロックと同じ構成のブロックが、１つのリニアーイメージセンサーに複数個並んで入いっている。ここでは、便宜上Ｎビットのブロックがリニアーイメージセンサーに入っているとして説明する。
【００１０】
図２は図１に示した単位受光回路１の動作を示すタイミング図である。
図１にはクロックφＣＬＫを記載していないが、動作の基準信号となるクロックφＣＬＫに同期して、各種の駆動信号が入力される。原稿からの反射光を受けてフォトダイオード２の電位が変わり、その電位を画像信号として保持する動作から説明する。原稿からの反射光を受けて変化したフォトダイオード２の電位は、第１アンプを介して増幅さる。増幅された画像信号は、パルスφＳＨ１が第１保持手段８に印加されると、第１保持手段８に保持される。
【００１１】
ここでは保持手段を１つのＭＯＳスイッチと１つのコンデンサーから構成した。画像信号を第１保持手段に保持した後、フォトダイオード２を初期状態に戻すために、リセットスイッチ４を導通状態にするために、パルスφＲＳＴを印加し、基準電圧５の電位でフォトダイオード２を初期状態に戻す。その後、初期状態に戻した時のフォトダイオード２の初期電位を、第１アンプを介して初期信号として、第２保持手段１１に保持するために、パルスφＳＨ２を印加する。
【００１２】
ここまでで、第１保持手段８及び第２保持手段１１にそれぞれ画像信号と初期信号が保持される。その後所望のタイミングで保持した信号を外部へ読み出す動作に続く。第１保持手段８に保持した画像信号を読み出すために、第１読み出しゲート１０を導通させるように、パルスφＲＯ１を印加し、画像信号を第１保持手段８から読み出すとともに、第２アンプ１６を介して増幅し、信号φＳＩＧを出力する。その後、半クロック遅れて、第２保持手段１１に保持した初期信号を読み出すために、第２読み出しゲート１３を導通させるように、パルスφＲＯ２を印加し、初期信号を第１保持手段８から読み出すとともに、第２アンプ１６を介して増幅し、信号φＳＩＧを出力する。原稿が黒で反射光がほとんど無い場合、画像信号は、初期信号とほぼ同じになり、初期信号を暗時信号とみなすことができる。よって各画素ごとに画像信号と暗時信号とみなせる初期信号がが出力される。
【００１３】
図２のタイミングチャートに従う動作でも信号を読み出せるが、初期信号を読み出す場合、第２アンプ１６の入力容量やノード１４の浮遊容量等で、その直前の画像信号の残留電荷の影響をわずかながら受け、本来の初期信号より、わずかに大きな信号となる。そのわずかな量は、原稿の反射光量に依存するため、読み出される初期信号も、原稿の反射光量により変動する。そこで、この影響を抑えた動作方法を図３で示す。
【００１４】
図３は、本発明のイメージセンサーを構成する単位受光回路の第１実施例を動作させる他のタイミング図である。
図２と図３の違いは、第１読み出しゲート１０と第２読み出しゲート１３の導通のさせ方である。図３では、初期信号を第２保持手段１１に保持する際に、第２アンプ１６の入力容量とノード１４へも初期信号を与えるようにパルスφＳＨ２と同期して、第２読み出しゲート１３も導通させるようにパルスφＲＯ２も印加し、保持動作をする。そののち所望のタイミングで、保持された信号を読み出す際に、第２読み出しゲート１３を先に導通させるようにパルスφＲＯ２を印加し、第２保持手段１１に保持されていた初期信号を、第２アンプ１６を介して外部へ信号φＳＩＧとしてまずは読み出す。その後、第二読み出しゲート１３を非導通にすると同時に、第１読み出しゲート１０を導通状態にしするようパルスφＲＯ１を印加し、第１保持手段８に保持された画像信号を読み出し、第２アンプ１６を介して信号φＳＩＧとして出力する。このような動作にすることで、原稿の反射光量に依存せずに、いつも一定な初期信号を出力する。
【００１５】
図１の本発明では、図９従来例に比べ、受光素子１つに対し、アンプが２個付加されており、一般的に要求される低消費電流化の観点では、従来例に比べ劣っている。それを抑える構成にした回路を次に示す。
図４は本発明のイメージセンサーを構成する単位受光回路の第２実施例である。第１アンプ６を選択的に動作させるようにＭＯＳスイッチ１７を接続しパルスφＡ１で制御する。また同様に第２アンプ１６を選択的に動作させるようにＭＯＳスイッチ１８を接続しパルスφＡ２で制御する。
【００１６】
図５は、本発明のイメージセンサーを構成する単位受光回路の第２実施例を動作させるタイミング図である。
さきの図４の回路の動作をタイミング図５とともに説明する。フォトダイオード２の画像信号や初期信号を保持手段に保持する際と、フォトダイオード２を初期状態に戻す際にノード３が第１アンプ６の影響を受けないように、第１アンプ６が動作するように、パルスφＡ１を印加する。また、第２アンプ１６については、図３でも説明したように、フォトダイオード２の初期信号を第２保持手段１１に保持する際に、第２読み出しゲートも導通状態となりノード１４および第２アンプ１６の入力ゲートへも初期信号が印加されるから、信号の読み出し時と同じ状態になるように第２アンプ１６も動作状態となるように、初期信号を保持する際にパルスφＡ２を印加する。さらに、第１保持手段８および第２保持手段１１から画像信号と初期信号を読み出す際も、第２アンプ１６が動作するようパルスφＡ２を印加する。このような動作をさせることで、消費電流を低減した。
【００１７】
図６は本発明のイメージセンサーを構成する単位受光回路を使ったリニアイメージセンサーＩＣの実施例を示すブロック図である。単位受光回路１を複数個直線状にならべ、走査回路２０とを少なくとも含むリニアイメージセンサーＩＣ１００とした。図６では、便宜上ｎ個の単位受光回路１を並べ、それら複数個の単位受光回路へ、走査回路２０から各種パルスを印加し、複数個の単位受光回路で得られた画像信号と初期信号を順次読み出す構成にした。走査回路２０へは走査動作に必要な入力信号２１が入力され、またこのリニアイメージセンサーＩＣ１００を複数個直線状に配列した時の動作に必要な、走査用の出力信号２２が出力される。
【００１８】
図７に図６のブロック図の動作の一部を示すタイミングチャートを示す。全ての単位受光回路でのそれぞれの画像信号と初期信号は同じタイミングのパルスφＳＨ１（ａｌｌ）とパルスφＳＨ２（ａｌｌ）で保持され、それぞれのフォトダイオードをリセットするタイミングもパルスφＲＳＴ（ａｌｌ）で同時になされる。またこれらの動作が正常になされるように、おのおのの第１アンプもパルスφＡ１（ａｌｌ）が印加されて動作し、それぞれの第２アンプもパルスφＡ２（ｉ）で同時に動作する。
【００１９】
保持された信号を外部へ読み出す際には、直線状に配置されたおのおのの単位受光回路から初期信号と画像信号を配置順に順次読み出すように、走査回路から信号を与える。便宜上、ｉ番目と（ｉ＋１）番目の単位受光回路からの信号を読み出す場合を説明する。ｉ番目の単位受光回路に保持させていた信号を外部へ読み出すためにパルスφＳＷ（ｉ）を印加し、そのパルスの前半で、パルスφＲＯ２（ｉ）に同期させて、ｉ番目の単位受光回路の初期信号を読み出す。その後パルスφＳＷ（ｉ）の後半でパルスφＲＯ１（ｉ）に同期させて、ｉ番目の単位受光回路の画像信号を出力する。このようにして、ｉ番目の単位受光素子からの画像信号を外部へ出力させ終わると、次の（ｉ＋１）番目の単位受光回路に保持させていた信号を外部へ読み出すためにパルスφＳＷ（ｉ＋１）を印加する。そのパルスの前半で、パルスφＲＯ２（ｉ＋１）に同期させて、（ｉ＋１）番目の単位受光回路の初期信号を読み出す。その後パルスφＳＷ（ｉ＋１）の後半でパルスφＲＯ１（ｉ＋１）に同期させて、（ｉ＋１）番目の単位受光回路の画像信号を出力させる。これら一連の動作を、１番目の単位受光回路からｎ番目の単位受光回路まで実施すると、ｎビット分のリニアイメージセンサーとしての画像信号を得る。
【００２０】
図８は本発明のイメージセンサーの実施例を示す。図６で示したリニアイメージセンサーＩＣ１００を複数個直線状に配置し、原稿を等倍で読み取るイメージセンサー２００を形成する。便宜上、左端に配置したリニアイメージセンサーＩＣに走査用の入力信号２１を入力し、走査用の出力信号２２を、次に配置された左から２番目のリニアイメージセンサー１００へ入力信号２１として入力する。同様にして複数個のリニアーイメージセンサーを結線し、さらに、画像信号をφＳＩＧとして読み出せるよう、各リニアイメージセンサーの信号出力端子を結線する。
【００２１】
このように、受光素子にフォトダイオードを用い、受光量に応じて電位が変化する側の第二電極を、信号を読み出した後に、リセットスイッチを介して初期電位を与え、初期状態に戻す事により、従来例のフォトトランジスタを受光素子としたイメージセンサーに見られた残留電荷による残像等の画質の劣化が、大幅に改善され、良好な画質を得た。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、残像の少ないイメージセンサーを供給することと、動作時に常時、暗時出力電圧と同程度のフォトダイオードを初期化した時の電位となる基準電圧と、明時出力電圧が各受光素子毎に出力される為に、簡単な外部回路で、ほとんど外部メモリーを要せず、または小容量の外部メモリーで実効明時出力を精度良く求めることのできるイメージセンサーを供給することとができた。また、高速動作も可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のイメージセンサーを構成する第１実施例の単位受光回路図である。
【図２】図２は、本発明のイメージセンサーを構成する第１実施例の単位受光回路のタイミング図である。
【図３】図３は、本発明のイメージセンサーを構成する第１実施例の単位受光回路の他のタイミング図である。
【図４】図４は、本発明のイメージセンサーを構成する第２実施例の単位受光回路のタイミング図である。
【図５】図５は、本発明のイメージセンサーを構成する第２実施例の単位受光回路のタイミング図である。
【図６】図６は、本発明のイメージセンサーを構成するリニアイメージセンサーＩＣのブロック図である。
【図７】図７は、本発明のイメージセンサーを構成するリニアイメージセンサーＩＣの実施例のタイミング図である。
【図８】図８は、本発明のイメージセンサーのブロック図である。
【図９】図９は、従来のイメージセンサーの回路図である。
【符号の説明】
１      単位受光回路
２      フォトダイオード
４      リセットスイッチ
６      第１アンプ
８      第１保持手段
１０    第１読み出しスイッチ
１１    第２保持手段
１３    第２読み出しスイッチ
１６    第２アンプ
【図１】
0003571934.tif 000002
【図２】
0003571934.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003571934.tif 000005
【図５】
0003571934.tif 000006
【図６】
0003571934.tif 000007
【図７】
0003571934.tif 000008
【図８】
0003571934.tif 000009
【図９】
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