(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出装置において、
光検出器の複数のサブセットで構成された複数の光検出器であって、各光検出器は、自身と関連するシフトレジスタ段を有しており、各サブセットにおける少なくとも１つの光検出器は、自身と関連するシフトレジスタ段が作動されていることに応答して共通ビデオラインに信号を出力する、前記複数の光検出器と、
光検出器のあるサブセットと関連する複数のシフトレジスタ段を作動させる共通シフトレジスタラインと、
光検出器の各サブセットにつき、局所クロックドライバとフリップフロップとを備え、
前記局所クロックドライバは、前記シフトレジスタ段に接続されたエネーブル増幅器を有し、前記フリップフロップは、前記各サブセットの最初と最後の光検出器と関連付けられ、前記最初の光検出器に信号が与えられたとき及び前記最後の光検出器から信号が出力されたときに前記エネーブル増幅器にエネーブル信号を出力するものであり、前記エネーブル増幅器は、前記最初の光検出器に信号が与えられたときに前記フリップフロップから出力されたエネーブル信号に応答してクロックラインから前記シフトレジスタ段へクロックパルスを次々に渡し、前記最後の光検出器に信号が与えられたときに前記フリップフロップから出力されたエネーブル信号に応答して止まることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光検出装置において、更に、シーケンス手段を備え、該シーケンス手段は、第１の局所クロックドライバが光検出器のそのサブセット内の複数のシフトレジスタを作動させることを終了した結果として、第２の局所クロックドライバに光検出器のそのサブセット内の複数のシフトレジスタ段を逐次作動させ始める、前記光検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の光検出装置において、前記シーケンス手段は、第１の局所クロックドライバと関連するフリップフロップを備えており、該フリップフロップは、光検出器の前記サブセットにおける第１のシフトレジスタ段と関連するセット入力と、光検出器の前記サブセットにおける最後のシフトレジスタ段と関連するリセット入力とを有している、前記光検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の光検出装置において、前記フリップフロップは、光検出器の前記サブセット内の前記複数のシフトレジスタ段を逐次作動させることを可能にするような出力を有する、前記光検出装置。
【請求項５】
請求項３記載の光検出装置において、前記第１の局所クロックドライバと関連する前記最後のシフトレジスタ段は、前記第２の局所クロックドライバと関連する第１のシフトレジスタ段と直列に接続されている、前記光検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の光検出装置において、光検出器の第１のサブセットは、隣接する複数の光検出器の第１の線形アレイを形成し、光検出器の第２のサブセットは、隣接する複数の光検出器の第２の線形アレイを形成する、前記光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、入力スキャナ若しくはデジタルカメラで使用される画像センサアレイ（配列）に関する。特に、本発明は、各光検出器がそれ自身の個々の伝達回路を有しているような光検出チップに関する。
【０００２】
（発明の背景）
画像センサアレイは、一般に、文書が記載されている画像をラスタスキャンして各光検出器によって見られた微小画像領域を画像信号電荷に変換するような複数の光検出器から成る１つの線形アレイを備える。積分期間に続いて、画像信号電荷は増幅され、アナログビデオ信号として共通の出力ライン（伝送路）若しくはバスへ連続駆動型多重トランジスタを通じて伝達される。
【０００３】
高性能画像センサアレイに関し、ある１つの設計は、スキャンされるページ幅に匹敵する幅の複数の光検出器から成る１つのアレイを有し、これによって、一般には還元オプチックス（光学素子）を使用せずに、１対１の画像形成を可能とする。このような「全幅」アレイを提供するには、多数の光検出器を形成するために比較的多数のシリコン構造物を使用しなければならない。このような大きなアレイを作成するための１つの技術は、幾つかの突き合せ型シリコンチップからそのアレイを形成するというものである。提案された１つの設計は、１つのアレイを、両端を突き合わせた２０個のシリコンチップから形成しようというものであり、各シリコンチップは、１インチあたり４００個の光検出器で離間された２４８個の能動（アクティブ）光検出器を有している。
【０００４】
図２は、例えば、ＣＭＯＳ光検出デバイス上で見られる、線形アレイ状の複数の光検出器１０ａ〜１０ｚから成る１つのセットを示す概略図である。一般にはフォトダイオード若しくはフォトゲート（減損型ゲート光検出器）の形態である光検出器１０ａ〜１０ｚは、共通ビデオライン１２に動作的に接続されている。この共通ビデオライン上に、各光検出器１０ａ〜１０ｚは、ある特定の時間においてその上に入射する光を表す電圧を出力する。参照によって組み入れられている特許等、従来知られているように、各光検出器１０ａ〜１０ｚは更に、フォトダイオードに加えて、個々の伝達回路若しくは増幅器のような、どのような数の補助デバイスを含んでいてもよい。
【０００５】
各光検出器１０ａ〜１０ｚは、本明細書では１４として示されている個々のトランジスタスイッチを介して、共通ビデオライン１２に接続されている。光検出器に関連するトランジスタスイッチ１４は、例えば、電圧をトランジスタのゲートに付与することによって個々に制御することができる。このゲート電圧はスイッチ１４を閉じることから、この結果、ある特別の光検出器１０は、所望の時間においてコヒーレントな（整合のとれた）読出ルーチンのために電圧信号を共通ビデオライン１２へ出力することができる。
【０００６】
画像処理装置にとって適当な方法で光検出器１０ａ〜１０ｚのシーケンス（順序）から画像信号を読み出すために、好ましくは各トランジスタチップ１４と関連付けられた１つのシフトレジスタ（このシフトレジスタは「段（ステージ）」２０として知られるセットを備える）が存在する。これらの段２０は、ライン２２に沿って直列に配列されており、ピクセルクロックライン２４を介して制御可能である。
【０００７】
シフトレジスタの動作に似た方法に従って、ライン２２沿いの各段２０は、１つの光検出器１０ａ〜１０ｚと関連するある特別なトランジスタスイッチ１４を作動させることができる。通常、各段２０は、一般的には１サイクル電圧パルスであるデジタル１がライン２２に沿ってその特別の段２０へ入らない場合には、及び、入るまでは、論理学上のデジタル０を「保持する」。単一のデジタル１は、１つの段２０から次の段へライン２２に沿って伝播される。その「１」がある特別な段２０を作動させたとき、関連するトランジスタスイッチ１４が、関連する光検出器１０と共通ビデオライン１２との間を接続させる。ライン２２沿いのデジタル１の反復を動作させるのは、ライン２４上に現れる所定周波数の方形波の形態のピクセルクロックである。このピクセルクロック信号Φｓは、ライン２２沿いの１つの段２０をその各オン及びオフサイクルを用いて作動させる。この方法で、光検出器１０ａ〜１０ｚはコヒーレントなシーケンスで作動される。
【０００８】
図に示されているシステムの実際の使用時には、シフトレジスタとそれに関連する回路の性能は、デバイスの全長が増加するにつれてかなり下がることが分かった。概して、Φｓのようなピクセルクロック信号を伝送するための長いラインは、寄生抵抗と共に、大きな寄生キャパシタンスを有し、ライン上の信号の立上り−立下り時間に悪影響を与える。本発明はこの問題を回避して、設計図やポスターのような大きなハードコピー文書をスキャンできる非常に長いデバイスを製造可能とする設計に向けられたものである。
【０００９】
（従来技術の記述）
上に参照によって組み入れられた米国特許第５、０８１、５３６号及び５、６３８、１２１号はそれぞれ、各光検出器が伝達回路と関連づけられている光検出チップの実施、および複数の伝達回路のセットから複数の画像信号を読み出すために使用されるシフトレジスタの実施を示す。
【００１０】
単一チップ上の１つの集積回路内で複数の局所クロックを使用する概念は、デジタルデバイスの技術で知られているが、光検出デバイスにおいて光検出器から画像信号を伝達するといった特別の状況では、これについて発明者の知識はあまりない。
【００１１】
（発明の概要）
本発明によれば光検出装置が提供される。この光検出装置は、光検出器の複数のサブセットで構成された複数の光検出器を備えており、各光検出器は、自身と関連するシフトレジスタ段を有しており、各サブセットにおける少なくとも１つの光検出器は、自身と関連するシフトレジスタ段が作動されていることに応答して共通ビデオラインに信号を出力する。共通シフトレジスタラインは、光検出器のあるサブセットと関連する複数のシフトレジスタ段を作動させる。複数の局所クロックドライバが設けられており、各局所クロックドライバは、光検出器の１つのサブセットと関連する前記共通シフトレジスタラインと関連付けられており、各局所クロックドライバは、光検出器の前記サブセット内の複数のシフトレジスタ段を作動させる。
【００１２】
（好適な実施例の詳細な説明）
図１は、本発明の基本素子を示す図であり、これら基本素子は、複数の光検出器から成る１つの線形アレイが画像関連信号をビデオライン上へ出力するような光検出デバイスに関連付けられている。光検出器の１つの線形アレイが図に示されているが、この基本原理は更に例えば光検出器の３つの線形アレイを有するデバイス（各アレイは１つの原色に対して影響され易い（敏感である）ようにフィルタされる）に、若しくは、また二次元画像を記録するのに適したデバイスに、適用することもできる。図１に示した構造は、単一のシリコンチップ上に、若しくは、全ページ幅スキャナにおけるように幾つかのそのようなチップにわたって、存在し得る。
【００１３】
図１において、参照番号は、図２に示した基本の従来技術装置に示された類似素子に関連付けられている。例えば、図１のデバイスは、例えばフォトダイオードやフォトゲートとすることもできる複数の光検出器の線形アレイを有しており、これらの光検出器は概して１０として示されている。各光検出器１０に関連付けられているのは、各々において概して１４として示された伝達回路であって、これは従来技術で知られた様々な構成のいずれとしてもよい。重要なことは、各伝達回路１４が、作動時に、それに関連する光検出器から本源的に（最終的に）引き出されたビデオ信号をビデオライン１２上に出力することである。各伝達回路１４に更に関連付けられているのは、概して２０として示されたシフトレジスタ段である。これらのシフトレジスタ段は、シフトレジスタライン２２上に直列に配置されている。図２の簡易ケースで上述したように、デジタル１は、ある段２０から次の段へ逐次ハンドオフされ（受け渡され）、このデジタル１がある特別のシフトレジスタ段２０に入ったとき、この段２０はそれに関連する伝達回路１４を作動させ、その伝達回路１４にビデオライン１２上に信号を出力させる。簡単に言えば、デジタル１をデバイスにわたってある段２０から次の段へ移動させることにより、様々な伝達回路１４が逐次的に（連続的に）作動され、これにより、ビデオ信号を様々な伝達回路１４からビデオライン１２上へ逐次出力させる。
【００１４】
シフトレジスタ段２０の動作を本源的に（最終的に）制御するのは、一般には方形波の形態の、システム内の基本クロックジェネレータ（図示されていない）からライン２４上に付与される、クロック信号である。図２の従来技術装置では、ライン２４上のクロック信号は、シフトレジスタ段２０を直接的に動作させる。しかしながら、物理的に大きなデバイスでは、単一の直接ライン２４を使用すると実際上の困難を伴うことが分かった。基本的に、比較的長いライン２４は、比較的大きな寄生キャパシタンスや抵抗と関連しており、これはライン２４に置かれる方形波の立上り−立下り特性を劣化させてしまう傾向がある。
【００１５】
特に、単一のデバイス内に複数の局所「クロックドライバ」を設けることによって、２４のような非常に長いシフトレジスタの問題を克服することが、本願発明の重要な目的である。ここで、各クロックドライバは、デバイス全体におけるシフトレジスタ段２０の比較的小さなサブセットのみを動作させる小さな回路である。換言すれば、２４のような１つの（単一の）シフトレジスタにデバイス上の各シフトレジスタ段を直接動作させる代わりに、シフトレジスタ段２０を作動させる機能が一連の局所クロックドライバ（駆動装置）同士の間で分割されるということである。各局所クロックドライバは、寄生キャパシタンスに関連する問題を回避するのに十分小さい。
【００１６】
図１において、光検出器１０は、光検出器のサブセットと呼ぶことができるものに分割されており、これらのサブセットは１１ａ、１１ｂ…１１ｙ、１１ｚとして示されている。特に示した実施形態では、これらのサブセット１１は、線形アレイにおける光検出器の同一直線上の隣接する（連続する）複数のセットに対応するが、光検出器の並列の線形アレイ、光検出器の非隣接（非連続）サブセット、各サブセットがある特別な原色に対して影響され易い（敏感である）ようにフィルタされた光検出器のサブセット、及び／又は、二次元アレイのような光検出器の他のサブセットの形態とすることもできると考えられる。様々に規定されたサブセットが、より大きなデバイス内の異なるシリコンチップに対応する必要はなく、実際は、１つの多重チップデバイスの各チップに多数のサブセット１１が存在するのが好ましい。
【００１７】
各サブセット１１内では、各光検出器とその伝達回路１４がシフトレジスタ段２０に関連付けられている。光検出器と関連回路の各サブセット１１は３０として示された１つの（単一の）リセットフリップフロップの存在によって規定されていることに言及しておく。この実施形態における、光検出器のある特別のサブセットの境界は、フリップフロップ３０がシフトレジスタライン２２と接続されているノードによって規定されている。
【００１８】
図示実施形態において、フリップフロップ３０は、２つの入力Ｓ及びＲと、１つの出力ラインＱとを有したリセットタイプである。パルスがセット入力Ｓによって受けとられたとき、出力Ｑは高に反転し、パルスがリセット入力Ｒによって受け取られたとき、出力Ｑは０に反転する。フリップフロップ３０の出力Ｑは、「エネーブル（起動）増幅器」３２（ＥＮ）と呼ばれ得るものと関連付けられている。エネーブル増幅器３２は、エネーブル入力が高（状態）のとき機能して、クロックライン２４から、フリップフロップ３０が関連付けられたシフトレジスタ段２０上へ、つまり、サブセット１１の光検出器１０と関連するシフトレジスタ段２０上へクロックパルスを次々に渡していく。しかしながら、フリップフロップＱからの入力が０のとき、エネーブル増幅器３２は止まる。
【００１９】
例えば、図１のサブセット１１ａを参照すれば、本発明のシステムは以下のように動作する。いずれかの源（ソース）からデジタル１がライン２２上で受け取られ、図の第１のシフトレジスタ段２０に入ったとき、デジタル１は、サブセット１１ａに関連するフリップフロップ３０上のＳによってセット入力上にもパルスを作り出させる。このパルスが受け取られると、フリップフロップ３０は出力Ｑを高とし、これによってエネーブル増幅器３２を作動させる。増幅器３２がエネーブル（可能化、使用可に）されたとき、クロックライン２４上のクロックパルスが増幅器３２に送られて、増幅器３２は、その特別のサブセット１１ａ内で、あるシーケンスで、デジタル１をシフトレジスタ段２０を通じて通過させる。最後のとき、即ち、この場合は右手側において、シフトレジスタ段２０に到達したとき、デジタル１によってパルスはフリップフロップ３０のリセット入力Ｒによって受け取られる。これが生じると、フリップフロップ３０の出力は０に向かい、これによって、エネーブル増幅器３２をディスエーブル（使用不可に）し、サブセット１１ａにおけるいずれの活動をも効率的に止める。サブセット１１ａの最も右の段２０からサブセット１１ｂの最も左の段２０へのデジタル１の終了（イグジット、出口）は、同様に、サブセット１１ｂに関連するフリップフロップ３０の入力Ｓ上にパルスを作り出し、こうして、あるサブセット１１ａから次のものへのデジタル１の「ハンドオフ（受け渡し）」を実行する。このハンドオフは、デバイス全体にわたって、この場合はサブセット１１ｚの最も右のシフトレジスタ段まで継続する。
【００２０】
本明細書のクレームで使用されている用語を参照すれば、用語「クロックドライバ」は、デバイスにおける光検出器のある特別のサブセットに関する読み出しを可能とするようなどのようなタイプのハードウェアをも意味するものとして広く解釈されるべきである。図示実施形態では、例えば、フリップフロップ３０と増幅器３２の各組み合わせが、それに関連する光検出器のサブセット１１ａ、１１ｂ等のためにこの機能を実行するのであるが、異なるハードウェアのセットが類似の機能を他の設計のデバイスにおいて実行できることは明らかであろう。用語「シーケンス手段」は、光検出器のあるサブセットの読出し機能の結論、若しくは、良く似た結論（near-conclusion）によって光検出器の他のサブセットを開始させるようなハードウェア、及び／又は、ソフトウェアにおけるどのような構成をも含むものとして広く解釈されるべきである。この実施形態では、これは、光検出器の第１のサブセットのためのフリップフロップ３０のリセット入力に向かうラインが光検出器の第２のサブセットのためのフリップフロップ３０のセット入力に向かうラインに接近しているか、若しくは、交差するといった事実によって成される。もう１度言えば、類似する機能を実行するための様々な構成が明らかであろうということである。
【００２１】
デバイスにわたる様々なサブセット間における一連のエネーブル増幅器３２へのパルスの本源的な（根本的な）源はクロックライン２４である。図２の従来システムでは、クロックライン２４は、シフトレジスタ段２０において全デバイスのあらゆる光検出器に対して直接的に動作するのであるが、本発明のこの実施形態では、クロックライン２４は光検出器の各サブセット１１について１つの（単一の）ラインにのみ接続される。クロックライン２４におけるノードおよびラインの数のこの相対的な減少によって寄生キャパシタンスは小さなくなる。更に、光検出器１０の各サブセットはデバイス全体よりも物理的に小さいことから、各個々のサブセットに関連する寄生キャパシタンスは、デバイス全体に比べて小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み入れた光検出デバイスの概略図である。
【図２】従来技術で知られているような、複数の光検出器のセットに関連する一連の伝達回路から複数の画像信号を読み出すためにシフトレジスタを用いる基本原理を示す図である。
【図１】
0003973925.tif 000002
【図２】
0003973925.tif 000003