CN1411266A - 图像传感装置以及读取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感装置，特别是提供在高速驱动(5MHz以上)的贴紧式图像传感器中得到良好的模拟图像输出信号的布线条件。为了达到该目的，在CIS基板中，在CCD芯片2－2中进行传输的信号线φM、φRS、φTR为数字信号线Dn，从CCD芯片到射极跟随器输入以及射极跟随器输出线为模拟信号线An，而且，如果来自CCD的模拟信号线为模拟信号线A1，数字信号线为数字信号线D1，则模拟信号线A1与数字信号线D1布线在不同的层上。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感装置以及读取装置，特别是以高速(5MHz以上)驱动的贴紧式图像传感器的布线构造为对象。
背景技术
贴紧式图像传感器(以下称为CIS：Contact Image Sensor)根据其构造，能够小型化、低功耗化，但是，由于需要把光电变换芯片(以下称为CCD芯片)做成读取图像尺寸大小，因此具有把多个CCD芯片排成一列的构造。进而，由于光电变换芯片的低电压化，对于驱动信号的电压(通常是5V逻辑)，作为模拟信号的图像信号的范围是1V，一般在用8位256灰阶表现黑白图像的情况下，分辨率需要是1LSB位＝大约4mV这样的高精度。由此，以往的CIS难以进行高速驱动，CCD芯片的驱动频率一般是1～2MHz。
当前，提高图像读取装置的性能的要求(高分辨率化、高速读取的要求)高涨，在CIS中，已需要提高CCD芯片的分辨率(600dpi以上)和高速驱动(5MHz以上)。另外，人们预测对应于更进一步的高速化(10MHz以上)，通过进行多条模拟输出使实际的读取速度提高的方法将成为主流。这时，逻辑信号的噪声对于模拟信号的影响将成为不能够忽视的状态。
进而，CIS在其结构上作为读取光源大多使用LED，另外一般是芯片本身和驱动用的布线形成在同一个基板上。这时，LED光源的驱动控制通过电流与点亮时间调制(PWM控制)的组合来进行，而该驱动电流在大多数情况下比CCD驱动电流大(1倍以上)，可以预测进行PWM驱动时的开关噪声将对于CCD模拟输出信号带来影响。
在以往的技术中，作为使来自CCD芯片的模拟信号的S/N提高的方法，提出了涉及开关元件的电极配置及伴随着其配置的布线构造等的技术(参照日本专利申请公开特开平4-68571公报，特开平5-14598公报)。
但是，为了实现CCD的进一步高分辨率化、高速化，如上述那样，需要减少多级输出的串扰，防止数字噪声叠加在模拟信号上，在以往的布线技术中，设计CIS基板是非常困难的。
发明内容
本发明是为解决上述问题而产生的，目的在于在图像传感装置，特别是高速驱动(5MHz以上)的贴紧式图像传感器中，提供防止光源驱动以及光电变换驱动用的数字信号的噪声叠加在模拟信号上，降低各信号的串扰，确立抑制信号电平的变动的良好的布线图形，能够输出良好的图像信号的图像传感装置以及具备了该装置的高可靠性地读取装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种图像传感装置，其特征在于：包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形与驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形分别形成在不同的层上。
此外，本发明提供一种图像传感装置，其特征在于：包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形与驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形分别形成在不同的层上使得两者的上述布线图形在上下成为非邻接状态。
此外，本发明提供一种图像传感装置，其特征在于：包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形的宽度不小于驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形的宽度。
此外，本发明提供一种图像传感装置，其特征在于：包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形与驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一层上，同时，把上述布线图形之间的接地宽度至少不小于数字信号的上述布线图形的宽度。
此外，本发明提供一种图像传感装置，其特征在于：包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，并构成为具有与上述光电变换芯片相同数量或者其以下的多个模拟输出级，来自上述光电变换芯片的输出信号经由多个上述模拟输出级输出到该图像传感装置的外部，按每个上述模拟输出级设置模拟输出电路，上述各模拟输出电路用一个元件构成。
此外，本发明提供一种图像传感装置，其特征在于：包括多层构造基板，其中光电变换芯片、驱动上述光电变换芯片的数字信号的第1布线图形、以及驱动作为读取光源的LED光源的驱动信号的第2布线图形布线在同一个基板上，上述第1布线图形和包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的第3布线图形形成为以下所示的(1)～(3)中的一个或者多个布线状态，上述第2布线图形从上述第1以及第3布线图形电分离，
(1)上述第1布线图形和上述第3布线图形分别形成在不同的层上的布线状态；
(2)上述第1布线图形和上述第3布线图形形成在同一层上，同时上述第1布线图形与上述第3布线图形之间的接地宽度至少等于或大于上述第2布线图形的宽度以上的布线状态；
(3)在驱动LED光源的驱动信号的接地部位插入高频去除器件的布线状态。
此外，本发明提供一种读取原稿的图像的读取装置，其特征在于：包括上述图像传感装置；设置在上述图像传感装置的前后，用于配置上述原稿的原稿输送装置；用于使上述原稿接触上述图像传感装置的接触装置；以及处理来自上述图像传感装置的输出信号并进行装置控制的控制装置。
附图说明
图1是示出具有实施了本发明的布线图形的贴紧式图像传感器的基板(CIS基板)的斜视图。
图2是CIS基板的布线结构图。
图3A、图3B是贴紧式图像传感器的模拟图像信号的波形图。
图4是示出贴紧式图像传感器的构造的概略斜视图。
图5是CIS的时序图。
图6是模拟信号波形的测定用的电路图。
图7是本发明的原稿图像读取装置的概略结构图。
图8是示出用于详细地说明图7的控制电路的电结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明应用了本发明的理想实施形式。1.贴紧式图像传感器的总体结构
使用图4说明在本实施形式中使用的贴紧式图像传感器的总体结构。
4-1是线状光源单元，由配置在光源单元的端部的LED光源单元2-1，使从光源单元发出的光沿着读取主扫描方向均匀扩散的导光体4-1-2构成。
从导光体4-1-2照射的照射光由原稿台玻璃上的原稿反射，该反射光通过自聚焦透镜阵列4-2在固定于基板4-3上的感光元件(CCD)2-3上成像。
成像了的光由CCD2-3进行光电变换，作为图像信号顺序输出。2.CCD电路基本结构
图2示出CCD基板上的电路结构框图。
首先，作为读取光源连接着RGB各颜色的LED单元2-1，该单元驱动用的布线在CIS基板上布线安装。在本实施形式中，读取光源使用端面LED光源，实际上采用LED本体安装在其它的电路板上，只有布线存在于CIS基板上的结构。
CCD芯片2-2，作为例子4个芯片沿着读取主扫描方向排成一列，把芯片1和芯片2的输出作为OS1(输出信号1)，把芯片3和芯片4的输出作为OS2，各个信号连接到作为模拟输出电路的2个射极跟随器电路2-3。在该射极跟随器电路的晶体管基极上连接各芯片的输出部分，通过切换输出芯片，所连接的芯片的所有像素的模拟图像信号从射极跟随器电路2-3输出。由该电路输出的信号都是振幅最大约1V的模拟信号，输出信号的振幅dV表示反射光量(与原稿浓度等价)(参照图5)。
在后级的处理电路中用通常的8位的分辨率把该输出的模拟信号的电位差进行AD变换。
作为用于驱动芯片1～芯片4的信号，提供有像素时钟φM，把各像素的电荷复位的φRS，图像读取时的水平同步信号，对应于CCD的存储时间的周期信号的φTR。上述时钟(φM，φRS，φTR)是振幅5V的数字信号。图5中示出φM，φRS，OS的时序图。
图5中，各时钟在其两侧布置着接地线。由此，降低信号传送时的时钟的噪声及串扰以及强化CIS侧的接地。另外，芯片的个数以及输出个数不限定本发明。3.实施了本发明的CIS基板上的布线图形。
以下，使用图1，图2说明本发明的图像传感装置的具体构造。图1是实施了本发明的CS基板的剖面图，作为说明例使用双层板。
在图2的CIS基板中，在CCD芯片2-2中进行传送的信号线φM，φRS，φTR成为数字信号线Dn，从CCD芯片到射极跟随器输入以及射极跟随器输出线成为模拟信号线An。在图1中如果把来自CCD模拟信号线作为模拟信号线A1，把数字信号线作为数字信号线D1，则模拟信号线A1与数字信号线D1布线在不同的层上。
当布线在不同的层上时，不在模拟信号线A1的正下方布线数字信号线D1。模拟信号线A1与数字信号线D1的距离x1取为“0”以上，在x1进行接地布线。
通过实现以上2种布线状态，能够降低2种布线图形的相互干扰(串扰)。
进而，数据信号线D1的图形宽度d，模拟信号线A1的图形宽度a在基板上的任意位置一定做成a＞d，能够降低模拟信号A1的传输阻抗，强化对于外来噪声的干扰。
另外，CIS在大多情况下根据小型化要求而基板空间有限，存在把模拟信号线与数字信号线布线在同一层的区域。在这样的情况下如图1所示，进行布线使得在任一个区域模拟信号线A1与数字信号线D2之间的接地距离x2都成为x2＞d。
另外，在同一个基板上排布着LED驱动用的图形的情况下，如图2所示，把时钟序列(模拟，数字双方)的线与LED驱动布线分离数字图形宽度d以上，进而，通过在接地点与连接在LED阳极上的防止静电破坏用的齐纳二极管的阴极之间插入高频成分去除用的滤波元件(铁氧体磁环等)2-4，防止数字信号的回波进入到LED，反之，抑制LED的开关噪声进入到模拟信号中。
进而，作为图像读取速度，在要求比该CCD芯片的驱动频率快的频率的情况下，上述模拟输出级需要多个输出。这种情况下，如图2所示，需要根据模拟输出数量设置模拟输出电路(在图中是射极跟随器电路)。这时，可以在1个IC中使用多个元件来实现，而如果是该结构，其结果是从各芯片到模拟输出电路的布线以及从模拟输出电路到CIS外部的布线都要变长，另外发生串扰的可能性将增加。因此，如图2所示，必须用1个元件构成1个模拟输出电路，通过把来自该模拟输出电路的输出信号也根据上述形态进行布线，能够极力缩短模拟布线长度。
图3A、B示出了根据本发明者等的实验得到的模拟输出信号波形测定数据，是利用图6所示的驱动电路进行CIS的驱动的。
图6中，CIS单元是与图2所示的CIS等同的样品。在测定板中安装着LED光源的光量调整电路6-1，生成基于图5所示的时序的时钟的时钟生成电路6-2，接收来自CCD的模拟图像信号的AD变换器6-3，该板和CIS单元用大约400mm的FFC线缆连接。图3A、B的测定条件全部都相同，使用相同驱动电路，相同线缆，相同频率以及具有相同特性的CCD芯片进行测定。在测定板上的端子中测定了各波形(参照图6)。
图3A是没有实施本发明的CIS的输出波形。具体地讲，是模拟信号线与数字信号线布线在同一层上，而且，进行没有采用本发明的接地距离x2＞d的布线的状态。观察该图，在模拟信号中叠加有数字噪声，产生了基于高频噪声的电平变动。在该信号状态下实验地进行了图像读取时，是读取图像的恶化显著的状态。
与此不同，图3B是施行全部实施了本发明的布线的CIS，数字信号的噪声叠加大量减少，大幅度地降低了由高频噪声引起的电平变动。在该状态下进行了图像读取时，可以得到灰阶再现性非常高的图像。4.具有本发明的贴紧式图像传感器的原稿图像读取装置的总体结构
根据图7以及图8，详细地叙述把本发明的贴紧式图像传感器适用在纸张送入式的原稿图像记录装置中的一实施形式。
图7是读取原稿图像的原稿图像读取装置的概略结构图。
101是上述的本发明的贴紧式图像传感器(以下也称为“CIS”)，由固体摄像元件102，自聚焦透镜阵列103，LED阵列104以及接触玻璃105构成。
输送锟106配置在CIS101的前后，用于配置原稿。接触板107用于使原稿接触CIS101。110是控制电路，进行来自CIS101的信号的处理。
原稿检测杆108是用于检测插入了原稿的杆，如果检测到插入了原稿，则通过原稿检测杆108倾斜，原稿检测传感器109的输出发生变化，把该状态传递到控制电路110内的CPU215，判断为插入了原稿，通过驱动原稿输送锟106的驱动电机(未图示)，开始原稿输送，进行读取动作。
图8是示出用于详细地说明图7的控制电路的电结构的框图。以下使用图8说明其电路动作。
图8中，201是图像传感器(图7的CIS101)，作为光源的各颜色R、G、B的LED202也被一体化，在CIS101的接触玻璃5上输送原稿的同时，通过用LED的控制(驱动)电路203，按每一行切换并点亮各颜色R、G、B的LED202，能够读取R、G、B线顺序的彩色图像。
AMP204是放大从CIS201输出的信号的放大器，205是进行该放大输出的A/D变换，例如得到8位的数字输出的A/D变换器。黑点RAM206通过预先读取校正用的纸张，存储黑点校正用的数据，黑点校正电路207根据上述黑点RAM206的数据进行所读取的图像信号的黑点校正。峰值检测电路208是按每一行检测所读取的图像数据中的峰值的电路，用于检测原稿的前端。
γ变换电路209根据由主机预先设定的γ曲线进行读取的图像数据的γ变换。
缓冲RAM210是为了使实际的读取动作与主机的通信中的定时相符合，用于一次性地存储图像数据的RAM，压缩/缓冲RAM控制电路211进行遵从由主机设定的图像数据输出模式(2值，4位多值，8位多值，24位多值)的压缩处理后，使得把其数据写入到缓冲RAM210中，并使得从缓冲RAM210读入图像数据后输出到接口电路212。
接口电路212在与个人计算机等成为本实施形式的原稿图像读取装置的主装置的外部装置之间，进行控制信号的收发或者图像信号的输出。
215是例如微机形态的CPU，具有存储处理顺序的ROM215A以及工作用的RAM215B，根据存储在ROM215A中的顺序进行各部分的控制。
216例如是晶体振荡器，214是根据CPU215的设定把振荡器216的输出分频，生成成为动作基准的各种定时信号的定时信号发生电路。213是经由接口电路212与控制电路连接的外部装置，作为外部装置的一例，可以举出个人计算机等。
如果依据上述的实施形式，则可以实现能防止数字信号噪声叠加到模拟噪声上，能够输出良好的图像信号的图像传感装置。
进而如果依据上述的实施形式，则可以实现具备上述结构的图像传感装置的可靠性高的原稿图像读取装置。
Claims (8)
1.一种图像传感装置，其特征在于：
包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形与驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形分别形成在不同的层上。
2.一种图像传感装置，其特征在于：
包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形与驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形分别形成在不同的层上使得两者的上述布线图形在上下成为非邻接状态。
3.一种图像传感装置，其特征在于：
包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形的宽度不小于驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形的宽度。
4.一种图像传感装置，其特征在于：
包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，其中包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的布线图形与驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一层上，同时，
把上述布线图形之间的接地宽度至少不小于数字信号的上述布线图形的宽度。
5.一种图像传感装置，其特征在于：
包括光电变换芯片和驱动上述光电变换芯片的数字信号的布线图形布线在同一个基板上的多层构造基板，并构成为具有与上述光电变换芯片相同数量或者其以下的多个模拟输出级，来自上述光电变换芯片的输出信号经由多个上述模拟输出级输出到该图像传感装置的外部，
按每个上述模拟输出级设置模拟输出电路，上述各模拟输出电路用一个元件构成。
6.一种图像传感装置，其特征在于：
包括多层构造基板，其中光电变换芯片、驱动上述光电变换芯片的数字信号的第1布线图形、以及驱动作为读取光源的LED光源的驱动信号的第2布线图形布线在同一个基板上，
上述第1布线图形和包含从上述光电变换芯片输出的图像信息的模拟信号的第3布线图形形成为以下所示的(1)～(3)中的一个或者多个布线状态，上述第2布线图形从上述第1以及第3布线图形电分离，
(1)上述第1布线图形和上述第3布线图形分别形成在不同的层上的布线状态；
(2)上述第1布线图形和上述第3布线图形形成在同一层上，同时上述第1布线图形与上述第3布线图形之间的接地宽度至少等于或大于上述第2布线图形的宽度以上的布线状态；
(3)在驱动LED光源的驱动信号的接地部位插入高频去除器件的布线状态。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的图像传感装置，其特征在于：
由5MHz以上的高频电源进行驱动。
8.一种读取原稿的图像的读取装置，其特征在于：包括
权利要求1～6的任一项所述的图像传感装置；
设置在上述图像传感装置的前后，用于配置上述原稿的原稿输送装置；
用于使上述原稿接触上述图像传感装置的接触装置；以及
处理来自上述图像传感装置的输出信号并进行装置控制的控制装置。
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