(57)【要約】【課題】本発明は、回路規模の増大を抑えつつ、ランダムノイズを解消することが可能な光電変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る光電変換装置は、フォトダイオードＰＤ１がリセットされてから所定の露光期間に生じた光電流量に応じてその充電電圧が一周期毎に更新されるキャパシタＣＬ１と、フォトダイオードＰＤ１がリセットされた直後の非露光期間に生じた暗電流量に応じて各々の充電電圧が隔周期毎に更新されるキャパシタＣＤ１及びキャパシタＣＤ２と、を有して成り、一のリセット後の露光期間に生じた光電流量を保持しているキャパシタＣＬ１と、同リセット直後の非露光期間に生じた暗電流量を保持しているキャパシタＣＤ１及びＣＤ２のいずれか一方と、を一組として、各々の充電電圧が読み出される。【選択図】図１
2009253929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周期で出力信号がリセットされる光電変換素子と、前記光電変換素子の出力信号を保持して出力する信号保持回路と、を有して成り、前記信号保持回路の信号出力と並行して、前記光電変換素子の露光が行われる光電変換装置であって、
前記信号保持回路は、前記光電変換素子の出力信号がリセットされてから所定の露光期間に生じた光電流量に応じて、その充電電圧が一周期毎に更新される第１キャパシタと、前記光電変換素子の出力信号がリセットされた直後の非露光期間に生じた暗電流量に応じて、各々の充電電圧が隔周期毎に更新される第２キャパシタ及び第３キャパシタと、を有して成り、その信号出力に際しては、一のリセット後の露光期間に生じた光電流量を保持している第１キャパシタと、同リセット直後の非露光期間に生じた暗電流量を保持している第２キャパシタ及び第３キャパシタのいずれか一方と、を一組として、各々の充電電圧が読み出されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置を複数並べて成るセンサ部と；前記複数の光電変換装置に共通して接続される共通信号線と；前記共通信号線を介して供給される前記センサ部の出力信号にアナログ信号処理を施す共通アナログ回路と；を有して成ることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
第２キャパシタに接続されるリード用スイッチと、第３キャパシタに接続されるリード用スイッチは、一の共通ジャンクションを共有しており、前記共通ジャンクションを介して前記共通信号線に接続されていることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記共通アナログ回路は、前記共通信号線を介して入力される前記光電変換装置の出力信号を差動増幅する差動アンプを有して成ることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のイメージセンサと、前記イメージセンサを制御する制御回路と、を有して成ることを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置、イメージセンサ、及び、画像処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、イメージセンサの一従来例を示す回路図であり、図６は、図５に示すイメージセンサの動作タイミングチャートである。なお、図６では、上から順に、スタートパルス信号ＳＰ、ライト信号ＷＴＬ、リセット信号ＶＢ、ライト信号ＷＴＤ、リード信号ＲＤ、及び、フォトダイオード１０１のカソード電圧が示されている。
【０００３】
周期Ｔ１において、スタートパルス信号ＳＰにパルスが立ち上げられた後、ライト信号ＷＴＬにパルスが立ち上げられる。これにより、スイッチ１０６がオンされ、信号読出回路１０３から出力される電流信号によってキャパシタ１０９が充電される。なお、フォトダイオード１０１のカソード電圧は、フォトダイオード１０１の受光量（前周期Ｔ０の露光期間に生じた光電流量）が大きいほど低下する。従って、信号読出回路１０３から出力される電流信号は、フォトダイオード１０１の受光量が大きいほど小さくなり、延いてはキャパシタ１０９の充電電圧が低くなる（図６の白丸を参照）。
【０００４】
このように、フォトダイオード１０１の受光量は、信号読出回路１０３の電流信号として読み出され、キャパシタ１０９の充電電圧として保持される。
【０００５】
キャパシタ１０９が充電された後、リセット信号ＶＢにパルスが立ち下げられる。これにより、スイッチ１０２がオンされ、フォトダイオード１０１のカソード電圧が所定のバイアス電圧ＢＩＡＳまで引き上げられる。
【０００６】
フォトダイオード１０１のカソード電圧がリセットされた後、ライト信号ＷＴＤにパルスが立ち上げられる。これにより、スイッチ１０４がオンされ、信号読出回路１０３から出力される電流信号によってキャパシタ１０８が充電される。なお、フォトダイオード１０１のカソード電圧は、理想的には、リセットによってバイアス電圧ＢＩＡＳまで引き上げられるが、実際には、フォトダイオード１０１の非露光期間に生じる暗電流の分だけ、バイアス電圧ＢＩＡＳよりも低くなる。従って、信号読出回路１０３から出力される電流信号は、フォトダイオード１０１の暗電流量が大きいほど小さくなり、延いては、キャパシタ１０８の充電電圧が低くなる（図６の黒丸を参照）。
【０００７】
このように、フォトダイオード１０１の暗電流量は、信号読出回路１０３の電流信号として読み出され、キャパシタ１０８の充電電圧として保持される。
【０００８】
キャパシタ１０８、１０９への信号保持動作が完了した後、リード信号ＲＤにパルスが立ち上げられる。これにより、スイッチ１０５、１０７がいずれもオンされるので、キャパシタ１０８、１０９の充電電圧が差動アンプ１１０に各々入力され、その差動増幅出力が行われる。また、差動アンプ１１０の差動増幅出力と並行して、フォトダイオード１０１の露光が行われる。
【０００９】
以降の周期においても、上記と同様の動作が繰り返される。
【００１０】
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００６−１０９５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
確かに、上記従来のイメージセンサであれば、キャパシタ１０８の充電電圧（フォトダイオード１０１の暗電流量に相当する電圧信号）と、キャパシタ１０９の充電電圧（フォトダイオード１０１の受光量に相当する電圧信号）との差動増幅出力を行うことにより、フォトダイオード１０１の暗電流に起因するノイズをキャンセルして、イメージセンサの精度を高めることが可能となる。
【００１２】
しかしながら、上記従来のイメージセンサでは、キャパシタ１０８、１０９の信号出力と並行してフォトダイオード１０１の露光を行うために、リセットの直前に得られた光電流量（前周期の露光期間に生じた光電流量）と、リセットの直後に得られた暗電流量（現周期の非露光期間に生じた暗電流量）との差分増幅出力が行われていた。
【００１３】
そのため、上記従来のイメージセンサでは、バイアス電圧ＢＩＡＳのばらつきや、スイッチ１０２によるフィードスルーのばらつきにより、周期毎に暗電流量の検出レベルがずれてしまい、いわゆるランダムノイズが生じていた（図６のΔＶ１〜ΔＶ３を参照）。
【００１４】
なお、特許文献１の従来技術は、光電変換手段（図５の１０１〜１０３に相当）とノイズ信号除去手段（図５の１０４〜１１０に相当）との間に、ソースフォロワ、スイッチ、及び、キャパシタから成るノイズ信号保持手段を挿入することで、上記のランダムノイズを解消する構成とされていたが、このような構成では、図５の従来構成と比べて、ソースフォロワを１段余分に追加しなければならず、回路規模（チップサイズ）や消費電流が大きくなってしまうため、必ずしも最善の構成とは言えなかった。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、回路規模の増大を抑えつつ、ランダムノイズを解消することが可能な光電変換装置、イメージセンサ、及び、画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明に係る光電変換装置は、所定の周期で出力信号がリセットされる光電変換素子と、前記光電変換素子の出力信号を保持して出力する信号保持回路と、を有して成り、前記信号保持回路の信号出力と並行して、前記光電変換素子の露光が行われる光電変換装置であって、前記信号保持回路は、前記光電変換素子の出力信号がリセットされてから所定の露光期間に生じた光電流量に応じて、その充電電圧が一周期毎に更新される第１キャパシタと、前記光電変換素子の出力信号がリセットされた直後の非露光期間に生じた暗電流量に応じて、各々の充電電圧が隔周期毎に更新される第２キャパシタ及び第３キャパシタと、を有して成り、その信号出力に際しては、一のリセット後の露光期間に生じた光電流量を保持している第１キャパシタと、同リセット直後の非露光期間に生じた暗電流量を保持している第２キャパシタ及び第３キャパシタのいずれか一方と、を一組として、各々の充電電圧が読み出される構成（第１の構成）とされている。
【００１７】
また、本発明に係るイメージセンサは、上記第１の構成から成る光電変換装置を複数並べて成るセンサ部と；前記複数の光電変換装置に共通して接続される共通信号線と；前記共通信号線を介して供給される前記センサ部の出力信号にアナログ信号処理を施す共通アナログ回路と；を有して成る構成（第２の構成）とされている。
【００１８】
なお、上記第２の構成から成るイメージセンサにおいて、第２キャパシタに接続されるリード用スイッチと、第３キャパシタに接続されるリード用スイッチは、一の共通ジャンクションを共有しており、前記共通ジャンクションを介して前記共通信号線に接続されている構成（第３の構成）にするとよい。
【００１９】
また、上記第３の構成から成るイメージセンサにおいて、前記共通アナログ回路は、前記共通信号線を介して入力される前記光電変換装置の出力信号を差動増幅する差動アンプを有して成る構成（第４の構成）にするとよい。
【００２０】
また、本発明に係る画像処理装置は、上記第４の構成から成るイメージセンサと、前記イメージセンサを制御する制御回路と、を有して成る構成（第５の構成）とされている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る光電変換装置、イメージセンサ、及び、画像処理装置によれば、回路規模の増大を抑えつつ、ランダムノイズを解消することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明に係るイメージセンサの一実施形態を示す回路図である。
【００２３】
本実施形態のイメージセンサは、第１〜第ｘ（例えばｘ＝８６４）の光電変換装置を一列に複数並べて成るラインセンサ部（ただし、図１では、説明を簡単とするために、第１の光電変換装置のみを描写）と、第１〜第ｘの光電変換装置に共通して接続される共通信号線Ｄ１、Ｌ１と、共通信号線Ｄ１、Ｌ１を介して供給される前記ラインセンサ部の出力信号にアナログ信号処理を施す共通アナログ回路（図１の例では、アンプＡＭＰ１Ｄ、ＡＭＰ１Ｌ、ＡＭＰ２Ａ、ＡＭＰ２Ｂ、ＡＭＰ３、及び、出力スイッチＳＷ１を含む）と、を有して成る。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のイメージセンサにおいて、第１の光電変換装置は、フォトダイオードＰＤ１と、Ｐチャネル型ＭＯＳ［Metal-Oxide-Semiconductor］電界効果トランジスタＰ１と、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＮ１〜Ｎ７と、定電流源Ｉ１と、キャパシタＣＬ１、ＣＤ１、ＣＤ２と、を有して成る。
【００２５】
トランジスタＰ１のソースは、バイアス電圧ＢＩＡＳの印加端に接続されている。トランジスタＰ１のドレインは、フォトダイオードＰＤ１のカソードに接続されている。フォトダイオードＰＤ１のアノードは、接地端に接続されている。トランジスタＰ１のゲートは、リセット信号ＶＢの印加端に接続されている。トランジスタＰ１のバックゲートは電源端に接続されている。トランジスタＮ１のドレインは、電源端に接続されている。トランジスタＮ１のゲートは、フォトダイオードＰＤ１のカソードに接続されている。トランジスタＮ１のソースは、定電流源Ｉ１の電流引込端に接続されている。トランジスタＮ１のバックゲートは、接地端に接続されている。
【００２６】
トランジスタＮ２のドレインは、トランジスタＮ１のソースに接続されている。トランジスタＮ２のソースは、キャパシタＣＤ１の一端に接続されている。キャパシタＣＤ１の他端は、接地端に接続されている。トランジスタＮ２のゲートは、ライト信号ＷＴＤ１の印加端に接続されている。トランジスタＮ２のバックゲートは接地端に接続されている。トランジスタＮ３のドレインは、キャパシタＣＤ１の一端に接続されている。トランジスタＮ３のソースは、共通信号線Ｄ１に接続されている。トランジスタＮ３のゲートは、リード信号ＲＤＤ１＿１の印加端に接続されている。トランジスタＮ３のバックゲートは、接地端に接続されている。
【００２７】
トランジスタＮ４のドレインは、トランジスタＮ１のソースに接続されている。トランジスタＮ４のソースは、キャパシタＣＤ２の一端に接続されている。キャパシタＣＤ２の他端は、接地端に接続されている。トランジスタＮ４のゲートは、ライト信号ＷＴＤ２の印加端に接続されている。トランジスタＮ４のバックゲートは接地端に接続されている。トランジスタＮ５のドレインは、キャパシタＣＤ２の一端に接続されている。トランジスタＮ５のソースは、共通信号線Ｄ１に接続されている。トランジスタＮ５のゲートは、リード信号ＲＤＤ２＿１の印加端に接続されている。トランジスタＮ５のバックゲートは、接地端に接続されている。
【００２８】
トランジスタＮ６のドレインは、トランジスタＮ１のソースに接続されている。トランジスタＮ６のソースは、キャパシタＣＬ１の一端に接続されている。キャパシタＣＬ１の他端は、接地端に接続されている。トランジスタＮ６のゲートは、ライト信号ＷＴＬの印加端に接続されている。トランジスタＮ６のバックゲートは、接地端に接続されている。トランジスタＮ７のドレインは、キャパシタＣＬ１の一端に接続されている。トランジスタＮ７のソースは、共通信号線Ｌ１に接続されている。トランジスタＮ７のゲートは、リード信号ＲＤＬ＿１の印加端に接続されている。トランジスタＮ７のバックゲートは、接地端に接続されている。
【００２９】
上記構成から成る第１の光電変換装置において、フォトダイオードＰＤ１は、所定の周期で出力信号がリセットされる光電変換素子に相当する。また、トランジスタＮ１と定電流源Ｉ１によって、フォトダイオードＰＤ１の出力信号を読み出す信号読出回路（ソースフォロワ）が形成されている。また、キャパシタＣＬ１、ＣＤ１、ＣＤ２とトランジスタＮ２〜Ｎ７によって、フォトダイオードＰＤ１の出力信号を保持して後段に出力する信号保持回路が形成されている。
【００３０】
なお、第１〜第ｘの光電変換装置は、いずれも同様の構成から成り、合計でｘ個（例えばｘ＝８６４個）のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、…、ＰＤｘが一列に配列されたレイアウトとなっている。ただし、第１〜第ｘの光電変換装置に各々入力されるリード信号ＲＤＬ＿１〜ＲＤＬ＿ｘ、ＲＤＤ１＿１〜ＲＤＤ１＿ｘ、及び、ＲＤＤ２＿１〜ＲＤＤ２＿ｘについては、互いにパルス生成タイミングの異なる個別の信号とされている（後出の図２を参照）。
【００３１】
また、図１には明示していないが、上記構成から成るイメージセンサを搭載した画像処理装置には、上記のリード信号ＲＤＬ＿１〜ＲＤＬ＿ｘ、ＲＤＤ１＿１〜ＲＤＤ１＿ｘ、及び、ＲＤＤ２＿１〜ＲＤＤ２＿ｘなど、種々の制御信号を生成して、イメージセンサを制御する制御回路（マイコンなど）や、原稿を照明する光源（例えば、白色やＲＧＢのＬＥＤ［Light Emitting Diode］光源）が当然に搭載されている。なお、上記構成から成るイメージセンサを搭載した画像処理装置としては、ファクシミリ、プリンタ複合機、デジタル複写機、スキャナなどを一例に挙げることができる。
【００３２】
図２は、上記構成から成るイメージセンサの動作（特に、スキャン解像度１２００［ｄｐｉ］の場合）を説明するためのタイミングチャートであり、図３は、ランダムノイズが解消されている様子を説明するためのタイミングチャートである。
【００３３】
図２では、上から順番に、スタートパルス信号ＳＰ、基準クロック信号ＣＬＫ、定電流制御信号ＩＳＥＬ、ライト信号ＷＴＬ（光電流用）、リセット信号ＶＢ、ライト信号ＷＴＤ１（暗電流用）、リード信号ＲＤＬ＿１〜ＲＤＬ＿８６４、ＲＤＤ２＿１〜ＲＤＤ２＿８６４、リードイネーブル信号ＲＤ＿ＥＮＡ、及び、出力信号ＶＯＵＴが示されている。なお、図２は、図３の周期Ｔ１や周期Ｔ３における信号波形を示したものであり、図３の周期Ｔ０や周期Ｔ２では、括弧付きの符号で示したように、ライト信号ＷＴＤ１がライト信号ＷＴＤ２と読み替えられるとともに、リード信号ＲＤＤ２＿１〜ＲＤＤ２＿８６４が各々リード信号ＲＤＤ１＿１〜ＲＤＤ１＿８６４と読み替えられるものとする。
【００３４】
一方、図３では、上から順番に、スタートパルス信号ＳＰ、ライト信号ＷＴＬ（光電流用）、リセット信号ＶＢ、ライト信号ＷＴＤ１、ＷＴＤ２（暗電流用）、リード信号ＲＤＬ＿１（光電流用）、リード信号ＲＤＤ１＿１、ＲＤＤ２＿１（暗電流用）、及び、フォトダイオードＰＤ１のカソード電圧が示されている。
【００３５】
以下では、第１〜第ｘの光電変換装置の各動作に関して、特に断らない限り、図２の描写に沿いつつ、図１や図３を適宜参照しながら、第１の光電変換装置の動作を例に挙げて詳細な説明を行う。
【００３６】
基準クロック信号ＣＬＫの１パルス目に同期して、スタートパルス信号ＳＰにパルスが立ち上げられると、これに同期して定電流制御信号ＩＳＥＬがローレベルとされ、定電流源Ｉ１がオンされる。なお、定電流制御信号ＩＳＥＬは、後述するキャパシタＣＬ１、ＣＤ１、ＣＤ２への信号保持動作が完了した後に、基準クロック信号ＣＬＫの７５パルス目に同期してハイレベルとされ、定電流源Ｉ１がオフされる。このような構成であれば、不要な電流を消費せずに済む。
【００３７】
定電流制御信号ＩＳＥＬがローレベルとされた後、基準クロック信号ＣＬＫの５パルス目に同期して、リードイネーブル信号ＲＤ＿ＥＮＡがハイレベルとされ、出力スイッチＳＷ１がオンされる。これにより、イメージセンサは、出力信号ＶＯＵＴを後段に出力可能な状態となる。
【００３８】
リードイネーブル信号ＲＤ＿ＥＮＡがハイレベルとされた後、基準クロック信号ＣＬＫの２５パルス目に同期して、ライト信号ＷＴＬがハイレベルとされる。これにより、トランジスタＮ６がオンされ、ソースフォロワから出力される電流信号によってキャパシタＣＬ１が充電される。なお、フォトダイオードＰＤ１のカソード電圧は、フォトダイオードＰＤ１の受光量（露光期間に生じた光電流量）が大きいほど低下する。従って、ソースフォロワから出力される電流信号は、フォトダイオードＰＤ１の受光量が大きいほど小さくなり、延いては、キャパシタＣＬ１の充電電圧が低くなる（図３の周期Ｔ１〜Ｔ３における白丸マークを参照）。
【００３９】
このように、フォトダイオードＰＤ１の受光量は、ソースフォロワの電流信号として読み出され、キャパシタＣＬ１の充電電圧として保持される。なお、ライト信号ＷＴＬは、基準クロック信号ＣＬＫの３７パルス目に同期して、ローレベルとされる。
【００４０】
キャパシタＣＬ１が充電された後、基準クロック信号ＣＬＫの４３パルス目に同期してリセット信号ＶＢがローレベルとされる。これにより、トランジスタＰ１がオンされて、フォトダイオードＰＤ１のカソード電圧が所定のバイアス電圧ＢＩＡＳまで引き上げられる。なお、リセット信号ＶＢは、基準クロック信号ＣＬＫの５５パルス目に同期して、ハイレベルとされる。
【００４１】
フォトダイオードＰＤ１のカソード電圧がリセットされた後、第１の周期（例えば図３の周期Ｔ１）においては、基準クロック信号ＣＬＫの６１パルス目に同期して、ライト信号ＷＴＤ１がハイレベルとされる。これにより、トランジスタＮ２がオンされて、ソースフォロワから出力される電流信号によってキャパシタＣＤ１が充電される。なお、フォトダイオードＰＤ１のカソード電圧は、理想的には、バイアス電圧ＢＩＡＳまで引き上げられるが、実際には、フォトダイオードＰＤ１の非露光期間に生じる暗電流の分だけ、バイアス電圧ＢＩＡＳよりも低くなる。従って、ソースフォロワから出力される電流信号は、フォトダイオードＰＤ１の暗電流量が大きいほど小さくなり、延いては、キャパシタＣＤ１の充電電圧が低くなる（図３の周期Ｔ１における黒丸マークを参照）。
【００４２】
このように、第１の周期におけるフォトダイオードＰＤ１の暗電流量は、ソースフォロワの電流信号として読み出され、キャパシタＣＤ１の充電電圧として保持される。
【００４３】
キャパシタＣＬ１、ＣＤ１への信号保持動作が完了された後、基準クロック信号ＣＬＫの８３パルス目に同期して、リード信号ＲＤＬ＿１とリード信号ＲＤＤ２＿１にパルスが立ち上げられる。これにより、トランジスタＮ５、Ｎ７がいずれもオンされるので、キャパシタＣＤ２の充電電圧は、共通信号線Ｄ１を介して、アンプＡＭＰ１Ｄに入力され、また、キャパシタＣＬ１の充電電圧は、共通信号線Ｌ１を介して、アンプＡＭＰ１Ｌに入力される。このとき、キャパシタＣＤ２には、前周期（図３の周期Ｔ０）のリセット直後に得られたフォトダイオードＰＤ１の暗電流量に応じた電荷が蓄積されている。
【００４４】
なお、共通信号線Ｄ１、Ｌ１の配線レイアウトに関しては、各々に付随する寄生容量の大きさが等しくなるように、互いに対称性を持たせることが望ましい。
【００４５】
また、図１の例では、第１〜第ｘの光電変換装置を全て共通信号線Ｄ１、Ｌ１に接続する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、第１〜第８６４の光電変換装置を２つのグループに区分した上で、第１のグループ（第１〜第４３２の光電変換装置）が接続される第１の共通信号線Ｄ１、Ｌ１と、第２のグループ（第４３３〜第８６４の光電変換装置）が接続される第２の共通信号線Ｄ２、Ｌ２とを選択的に用いる構成としても構わない。このような構成とすることにより、共通信号線に付随する寄生容量を低減して、信号ロスを抑制することが可能となる。
【００４６】
アンプＡＭＰ１Ｄは、キャパシタＣＤ２の充電電圧を緩衝増幅して、アンプＡＭＰ２Ａの非反転入力端（＋）に出力する。アンプＡＭＰ１Ｌは、キャパシタＣＬ１の充電電圧を緩衝増幅して、アンプＡＭＰ２Ｂの反転入力端（−）に出力する。
【００４７】
アンプＡＭＰ２Ａは、ＡＭＰ１Ｄを介して入力されるキャパシタＣＤ２の充電電圧（一のリセット直後の非露光期間に生じた暗電流量に相当する電圧信号）と、ＡＭＰ１Ｌを介して入力されるキャパシタＣＬ１の充電電圧（同リセット後の露光期間に生じた光電流量に相当する電圧信号）との差分を取り、これを所定のゲインで増幅してアンプＡＭＰ２Ｂに出力する。このような構成とすることにより、フォトダイオードＰＤ１の暗電流に起因するノイズをキャンセルして、イメージセンサの精度を高めることが可能となる。
【００４８】
アンプＡＭＰ２Ｂは、アンプＡＭＰ２Ａの出力信号を所定のゲインで増幅して、アンプＡＭＰ３に出力する。なお、アンプＡＭＰ２Ｂのゲインは、原稿のスキャン速度に応じて可変制御される。具体的には、原稿のスキャン速度が速いほど、フォトダイオードＰＤ１の露光時間が短くなり、出力信号ＶＯＵＴが低レベルとなることに鑑み、アンプＡＭＰ２Ｂのゲインが大きい値に設定される。このような構成とすることにより、原稿のスキャン速度に依らず、常に所望レベルの出力信号ＶＯＵＴを得ることが可能となる。
【００４９】
アンプＡＭＰ３は、アンプＡＭＰ２Ｂの出力信号を緩衝増幅し、これを出力信号ＶＯＵＴとして、後段に出力する。
【００５０】
その後も、リード信号ＲＤＬ＿２〜ＲＤＬ＿８６４、及び、リード信号ＲＤＤ２＿２〜ＲＤＤ２＿８６４に順次パルスが立ち上げられて、出力信号ＶＯＵＴが順次生成される。
【００５１】
第１の周期におけるスキャン動作が完了した後、第２の周期（図３の周期Ｔ２）においては、キャパシタＣＬ１への信号保持動作（周期Ｔ１の露光期間に生じた光電流量の保持動作であり、図３の周期Ｔ２における白丸マークを参照）と、フォトダイオードＰＤ１のリセット動作が順次行われた後、基準クロック信号ＣＬＫの６１パルス目に同期して、ライト信号ＷＴＤ２がハイレベルとされる。これにより、トランジスタＮ４がオンされて、ソースフォロワから出力される電流信号によってキャパシタＣＤ２が充電される（図３の周期Ｔ２における黒丸マークを参照）。
【００５２】
このように、第２の周期におけるフォトダイオードＰＤ１の暗電流量は、ソースフォロワの電流信号として読み出され、キャパシタＣＤ２の充電電圧として保持される。
【００５３】
キャパシタＣＬ１、ＣＤ２への信号保持動作が完了された後、基準クロック信号ＣＬＫの８３パルス目に同期して、リード信号ＲＤＬ＿１とリード信号ＲＤＤ１＿１にパルスが立ち上げられる。これにより、トランジスタＮ３、Ｎ７がいずれもオンされるので、キャパシタＣＤ１の充電電圧は、共通信号線Ｄ１を介して、アンプＡＭＰ１Ｄに入力され、また、キャパシタＣＬ１の充電電圧は、共通信号線Ｌ１を介して、アンプＡＭＰ１Ｌに入力される。このとき、キャパシタＣＤ１には、前周期（図３の周期Ｔ１）のリセット直後に得られたフォトダイオードＰＤ１の暗電流量に応じた電荷が蓄積されている。
【００５４】
従って、アンプＡＭＰ２Ａでは、ＡＭＰ１Ｄを介して入力されるキャパシタＣＤ１の充電電圧（一のリセット直後の非露光期間に生じた暗電流量に相当する電圧信号）と、ＡＭＰ１Ｌを介して入力されるキャパシタＣＬ１の充電電圧（同リセット後の露光期間に生じた光電流量に相当する電圧信号）との差動増幅出力が行われる。
【００５５】
その後も、リード信号ＲＤＬ＿２〜ＲＤＬ＿８６４、及び、リード信号ＲＤＤ１＿２〜ＲＤＤ１＿８６４に順次パルスが立ち上げられて、出力信号ＶＯＵＴが順次生成される。
【００５６】
第２の周期におけるスキャン動作が完了した後、以降の周期においても、上記第１の周期におけるスキャン動作と第２の周期におけるスキャン動作が交互に繰り返される。
【００５７】
上記したように、本実施形態の光電変換装置において、フォトダイオードＰＤ１の出力信号を保持して出力する信号保持回路は、フォトダイオードＰＤ１の出力信号がリセットされてから所定の露光期間に生じた光電流量に応じて、その充電電圧が一周期毎に更新されるキャパシタＣＬ１と、フォトダイオードＰＤ１の出力信号がリセットされた直後の非露光期間に生じた暗電流量に応じて、各々の充電電圧が隔周期毎に更新されるキャパシタＣＤ１及びＣＤ２と、を有して成り、その信号出力に際しては、一のリセット後の露光期間に生じた光電流量を保持しているキャパシタＣＬ１と、同リセット直後の非露光期間に生じた暗電流量を保持しているキャパシタＣＤ１及びＣＤ２のいずれか一方と、を一組として、各々の充電電圧が読み出される構成とされている。
【００５８】
すなわち、本実施形態の光電変換装置では、フォトダイオードＰＤ１のリセット直前に得られる光電流量とリセット直後に得られる暗電流量との差動増幅を行う従来構成と異なり、フォトダイオードＰＤ１のリセット直後の非露光期間に生じた暗電流量と、その後の露光期間に生じた光電流量との差動増幅を行う構成とされている。
【００５９】
このような構成とすることにより、フォトダイオードＰＤ１のカソード電圧をリセットするに際して、バイアス電圧ＢＩＡＳのばらつきや、トランジスタＰ１によるフィードスルーのばらつきが生じた場合であっても、純粋に光入射によるフォトダイオードＰＤ１のカソード電位変化分（図３のΔＶ１、ΔＶ２を参照）のみを取り出すことができるので、いわゆるランダムノイズを解消して、均一な画像出力を得ることが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態の光電変換装置であれば、上記の効果を奏する手段として、ソースフォロワの追加を必要としないため、先述の従来構成に比べて、回路規模（チップサイズ）や消費電流を低減することが可能となる。
【００６１】
なお、イメージセンサのスキャン解像度を６００［ｄｐｉ］に切り替える場合には、隣接する光電変換装置を２つずつ同時に選択して信号を読み出せばよい。より具体的には、リード信号ＲＤＬ＿１〜ＲＤＬ＿ｘを（ＲＤＬ＿１、ＲＤＬ＿２）組、（ＲＤＬ＿３、ＲＤＬ＿４）組、…、（ＲＤＬ＿（ｘ−１）、ＲＤＬ＿ｘ）組というように区分し、各組毎に同じタイミングでパルスを立ち上げる構成とすればよい。リード信号ＲＤＤ１＿１〜ＲＤＤ１＿ｘ、及び、リード信号ＲＤＤ２＿１〜ＲＤＤ２＿ｘについても、上記と同様である。なお、スキャン解像度６００［ｄｐｉ］では、１ライン毎に４３２ビットの出力信号ＶＯＵＴが生成される。
【００６２】
また、イメージセンサのスキャン解像度を３００［ｄｐｉ］に切り替える場合には、隣接する光電変換装置を４つずつ同時に選択して信号を読み出せばよい。より具体的には、リード信号ＲＤＬ＿１〜ＲＤＬ＿ｘを（ＲＤＬ＿１〜ＲＤＬ＿４）組、（ＲＤＬ＿５〜ＲＤＬ＿８）組、…、（ＲＤＬ＿（ｘ−３）〜ＲＤＬ＿ｘ）組というように区分し、各組毎に同じタイミングでパルスを立ち上げる構成とすればよい。リード信号ＲＤＤ１＿１〜ＲＤＤ１＿ｘ、及び、リード信号ＲＤＤ２＿１〜ＲＤＤ２＿ｘについても、上記と同様である。なお、スキャン解像度３００［ｄｐｉ］では、１ライン毎に２１６ビットの出力信号ＶＯＵＴが生成される。
【００６３】
また、本実施形態のイメージセンサにおいて、キャパシタＣＤ１に接続されるリード用スイッチ（第１の光電変換装置については、トランジスタＮ３）と、キャパシタＣＤ２に接続されるリード用スイッチ（第１の光電変換装置については、トランジスタＮ５）は、図４に示すように、一の共通ジャンクション（ソース領域ｃ１）を共有しており、この共通ジャンクションを介して共通信号線Ｄ１に接続されている。なお、図４の符号ａ１、ａ２は、トランジスタＮ３、Ｎ５のゲート領域を示しており、符号ｂ１、ｂ２は、トランジスタＮ３、Ｎ５のドレイン領域を示している。
【００６４】
このような構成とすることにより、共通信号線Ｌ１に接続されるリード用スイッチのジャンクション数と、共通信号線Ｄ１に接続されるリード用スイッチのジャンクション数とを一致させることができるので、両信号線の寄生容量値を等しくすることが可能となる。
【００６５】
なお、上記の実施形態では、ファクシミリ、プリンタ複合機、デジタル複写機、スキャナなどの画像処理装置に搭載されるイメージセンサ（ラインセンサ）に本発明を適用した構成を例示して説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の光電変換装置、固体撮像装置、画像入力装置にも広く適用することが可能である。
【００６６】
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、光電変換装置の回路規模を抑えつつ、ランダムノイズの解消を図る上で有用な技術であり、例えば、ファクシミリ、プリンタ複合機、デジタル複写機、スキャナなどに好適な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】は、本発明に係るイメージセンサの一実施形態を示す回路図である。
【図２】は、本発明に係るイメージセンサの動作タイミングチャートである。
【図３】は、ランダムノイズが解消されている様子を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】は、トランジスタＮ３、Ｎ５のレイアウト図である。
【図５】は、イメージセンサの一従来例を示す回路図である。
【図６】は、従来のイメージセンサの動作タイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
ＰＤ１    フォトダイオード（光電変換素子）
Ｐ１    Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｎ１〜Ｎ７    Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｉ１    定電流源
ＣＬ１、ＣＤ１、ＣＤ２    キャパシタ
Ｄ１、Ｌ１    共通信号線
ＡＭＰ１Ｄ、ＡＭＰ１Ｌ、ＡＭＰ２Ａ、ＡＭＰ２Ｂ、ＡＭＰ３    アンプ
ＳＷ１    出力スイッチ
ａ１、ａ２    ゲート領域
ｂ１、ｂ２    ドレイン領域
ｃ１    ソース領域（共通ジャンクション）
【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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