CN1595959A - 图象传感器 - Google Patents

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Abstract

即使采用了由单电源驱动的外部放大器，也能减少图象传感器中每个部件模块的输出跳变差并增加每次高速驱动时输出电压的均匀性。将其设计为通过参考电压电路或者外部提供的参考电压能够使对IC内的光接收元件进行初始化的复位电压恒定，由此提高了该该接收元件的输出信号的均匀性。

Description

图象传感器
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种一维图象传感器，该传感器接收来自受照射原物的反射光并将光信号转换为电信号。
2.相关技术
如图6所示，传统的图象传感器IC采用的方法是通过将开关SW2n到SW2(n+1)+1依次接通而将光电转换元件的输出数据读入第三公用线SL3。第三公用线SL3连接到复位门RG的第一端，该复位门RG的第二端连接到GND(接地)端。复位门RG依照控制电路CC的控制信号Q2将第三公用线SL3钳位在GND电位(参见JP02-262760A)。
在一维图象传感器中，多个图象传感器IC在基板上安装成一直线，输出端的公用线为一条长布线。因而，输出端的电容和电阻元件作为负载，这减少了输出信号的信号电平。上述一维图象传感器具有内置(built-in)放大器，可抑制输出信号的信号电平的下降。
当IC受单电源驱动时，使得连接放大器输入端的信号线处于该放大器的线性区，将光接收元件复位到参考电压值，或者将公用信号线复位。因此要提供一个偏置值，由此调整输入电压范围。
然而，在上述传统的方法中，晶片表面内的加工偏差导致各IC偏置电压的偏差，因此这使得每个部件模块的IC输出电压不同，并且产生输出电压发生跳变这样的问题。
图7是采用传统图象传感器的电路示例。部件模块25的多个图象传感器IC彼此连接。各个时钟信号端CLK连接到CLK公用线19，图象信号端SIG连接到SIG公用线20，SIG公用线20通过外部图象输出端SIG连接到运算放大器21的同相(non-inversion)输入端，该运算放大器21采用的是图象传感器GND电源标准下的单电源。然后，按照电阻22的电阻值R3和电阻23的电阻值R4之间的比率，图象信号SIG实现同相放大，并且从VOUT端输出。电容24是CLK公用线19和SIG公用线20间的伪电容CCPL。
图8示出采用图7所示的图象传感器得到的输出波形。如果为了避免出现上述输出电压的跳变情形而不把放大电路内置于IC中，因为受到基板布线的影响，在输出信号的时候就会出现高阻态。特别是，当位于CLK控制信号线和SIG公用线之间的伪电容CCPL较大时，图象信号端SIG的电位VSIG会受到CLK信号的下冲噪音(under-shoot-noise)的影响，因此它很可能等于或者小于0V的GND电压。
当在这种条件下使用外部放大器(其GND电压由公用单电源驱动)时，上述电位VSIG的下冲噪音将等于或者小于外部放大器的输入电压范围，且因为电路设置的缘故，响应信号产生延时，特别是，这产生运算速度越快图象信号受到影响越大的问题。
发明概述
本发明解决上述常规问题。因此本发明的目的是减少图象传感器每个部件模块的输出跳变差以及提高高度驱动时输出电压的均匀性，即使使用了由单电源驱动的外部放大器也是如此。
依照本发明的图象传感器包括：光接收元件电路阵列，它由多个基于光接收量产生输出信号的光接收元件组成而；开关元件电路阵列，由多个用于读出所述输出信号的开关元件组成；控制电路，用于驱动开关元件、读出输出信号、以及使所述光接收元件回到初始状态；第一公用信号线，用于将所读出的输出信号传输到图象信号输出端；以及参考电压端，用于将参考电压提供给第一公用信号线，其中：第一公用信号线通过第一复位开关连接到所述参考电压端；所述控制电路控制开关元件，将光接收元件的所述输出信号读入所述公用信号线，然后启动第一复位开关以将来自所述参考电压端的参考电压提供给第一公用信号线，并使所述光接收元件回到初始状态。
因此，即使伪电容使CLK信号中产生下冲噪音，从而图象信号等于或者小于0v的GND电压值，也能在不会使所述外部放大器的输出信号产生任何延时的情况下防止波形损耗，该外部放大器由单电源驱动。
此外，该放大器不必内置于该IC内。因而，可以消除输出电压的跳变差，其中晶片表面内的加工偏差导致各IC偏置电压产生偏差，因此这使得每个部件模块的IC输出电压不同。
如上所述，本发明可以提供如下设计的图象传感器：成一直线地布置并安装多个线性图象传感器IC，在该IC内没有任何放大器或者缓冲放大器，对于将IC内的光接收元件初始化的复位电压以及将该公用信号线或者图象输出端初始化的复位电压，因为该参考电压电路配置在IC内或者由外部提供参考电压，所以能够将该图象信号(由于在图象信号SIG线和CLK导线之间存在的、较长IC所特有的伪电容，该图象信号受到CLK信号下冲噪音的影响)设置得不等于或者小于0V的GND电压，这样就能够使得在采用了由单电源驱动的外部放大器的情况下输出具有出色的均匀性。
附图简述
在附图中：
图1是依照本发明第一实施例的图象传感器IC的电路图；
图2是依照本发明第一实施例的图象传感器IC的时序图；
图3是依照本发明第二实施例的图象传感器IC的电路图；
图4是依照本发明第二实施例的图象传感器IC的时序图；
图5是采用本发明的图象传感器IC的图象传感器的电路示例；
图6是传统图象传感器IC的电路图；
图7是采用传统的图象传感器IC的图象传感器的电路示例；
图8示出图7中的图象传感器的波形。
优选实施例的描述
[第一实施例]
图1是依照本发明第一实施例的图象传感器IC的完整电路图。光电转换元件A1，A2到An的输出端分别连接到读出开关元件S1，S2到Sn的输入端。各个读出开关元件的控制端分别连接到扫描电路阵列1的输出端Q1，Q2到Qn，且各个读出开关元件的输出端连接到第一公用信号线2。
第一公用信号线2连接到控制电路3的第一输入端，控制电路3的输出端连接到第二公用信号线4，并且第二公用信号线4连接到芯片选择开关元件5的输入端和第一钳位开关元件7的输出端。该芯片选择开关元件5的输出端连接到图象信号输出端6。
控制电路3的第二输入端和第一钳位开关元件7的输入端相互短接，且将其连接到提供复位电势的参考电压输出端10以及电阻8的第一端，电阻8的第二端连接到参考电压产生电路9的输出端。
图2是本发明第一实施例中的图象传感器IC的时序图。符号CLK表示时钟脉冲，符号SI表示启动信号，符号Q1，Q2，Q3到Qn分别表示用于控制读出开关元件的信号。自然，扫描电路阵列产生扫描信号，从而在由n个或者更多触发器(flip-flop)构成的移位寄存器中读出开关元件依次逐个接通。
符号SO表示下一阶段部件模块中图象传感器的启动信号，符号CS表示芯片选择开关元件的控制信号，它在由启动信号所选择的图象传感器完成n位图象信号输出的时间内一直是导通(conductive)的。所有这些信号都是在高电平处导通而在低电平处不导通。符号VSIG表示经过光电转换后的图象信号输出。符号VREF表示由图象传感器的参考电压产生电路产生的参考电压或者是通过参考电压端口VREF从外部提供的参考电压。
各个开关元件以上述方式操作，因而，例如当第一开关元件S1接通时，从第一光电转换元件A1获得的图象信号可以读入第一公用信号线。在图象信号有效地读出后，由复位/控制电路3通过读出开关元件S1在CLK的高电平期内将其复位到参考电压VREF。此外，由第二公用信号线上的钳位开关元件7在CLK的高电平期内将其钳位于参考电压VREF。
随后重复这个操作，并且控制多个读出开关元件，将图象信号读出，其中将暗时间输出定义为参考电压VREF标准。这样线型图象传感器就得以运转。
[第二实施例]
图3是依照本发明第二实施例的图象传感器的完整电路图。和图1相同的符号代表其中相同的元件。在这个图象传感器中，光电转换元件的输出端A1，A2到An的输出端分别连接到读出开关元件S1，S2到Sn的输入端，各个读出开关元件的控制端分别连接到扫描电路阵列1的输出端Q1，Q2到Qn，各个开关元件的输出端连接到第一公用信号线2。
第一公用信号线2连接到控制电路3的第一输入端，控制电路3的输出端连接到第二公用信号线4，第二公用信号线4连接到芯片选择开关元件5的输入端和第一钳位开关元件7的输出端。芯片选择开关元件5的输出端连接到图象信号输出端口6。
控制电路3的第二输入端和第一钳位开关元件7的输入端相互短接，且连接到提供复位电势的参考电压输出端10和电阻8的第一端，电阻8的第二端连接到参考电压产生电路9的输出端。芯片选择开关元件5的输出端连接到第二钳位开关元件11。
图4是本发明第二实施例中图象传感器IC的时序图。符号CLK表示时钟脉冲，符号SI表示启动信号，符号Q1，Q2，Q3到Qn分别表示用于控制读出开关元件的信号。自然，扫描电路阵列产生扫描信号，从而在由n个或者多个触发器构成的移位寄存器中使读出开关元件依次逐个接通。
符号SO表示下一阶段部件模块中图象传感器的启动信号，符号CS表示芯片选择开关元件的控制信号，它在由启动信号所选择的图象传感器完成n位图象信号输出的时间内一直是导通(conductive)的。所有这些信号都是在高电平处导通而在低电平处不导通。符号VSIG表示经过光电转换后的图象信号输出。符号VREF表示由图象传感器的参考电压产生电路产生的参考电压或者是通过参考电压端口VREF从外部提供的参考电压。
各个开关元件以上述方式操作，因而，例如当第一开关元件S1接通时，从第一光电转换元件A1获得的图象信号可以读入第一公用信号线。在图象信号有效地读出后，由复位/控制电路3通过读出开关元件S1在CLK的高电平期内将其复位到参考电压VREF。此外，由第二公用信号线上的钳位开关元件7和11在CLK的高电平期内将其钳位于参考电压VREF。因此，在芯片选择开关元件5和图象信号输出端口6甚至和它们相连的导线之间的布线能够设置为恒定的参考电压VREF。
随后重复这个操作，并且控制多个读出开关元件，将图象信号读出，其中将暗时间输出定义为参考电压VREF标准。甚至在回扫期内(其中完成了n位的图象信号的输出)，在CLK的高电平期内图象信号输出端也钳位于参考电压VREF。这样线型图象传感器就得以运转。
图5是使用本发明图象传感器IC的图象传感器的电路示例。将本发明的图象传感器IC表示为部件模块。为了方便起见，除了SIG输出端和REF输出端之外，省去了包括电源在内的输入/输出端。部件模块内的多个图象传感器IC相互连接在一起。
各个参考电压端VREF连接到公用线11，公用线11连接到电容器12的第一端和外部端口REF，电容器12的第二端连接到GND。由于连接了电容器12，就可以对电压反馈，即对参考电压端口VREF的、在各个图象传感器内部产生的参考电压平均。也可通过外部端口REF，将来自外部电源13的电压提供给各个图象传感器的参考电压端VREF。
各个图象信号端SIG连接到公用线14，公用线14通过外部图象输出端SIG连接到运算放大器15的同相输入端。
运算放大器15的操作采用的是图象传感器共有的GND电源标准下的单电源。具有电阻值R1的电阻16的第一端和具有电阻值R2的电阻17的第一端连接到运算放大器15的倒相输入端，电阻16的第二端连接到运算放大器参考电压源18上。电压VAREF提供给运算放大器参考电压源18。电阻17的第二端连接到运算放大器15的输出端OUT。
如上所述，设置图象传感器使得图象信号同相放大了(R1+R2)/R1倍，且运算放大器15的偏置电压补偿了VAREF×(R1+R2)/R1倍，并且经输出端OUT将其输出。

Claims (9)

1.一种图象传感器，包括：光接收元件电路阵列，它由多个光接收元件组成，用于输出基于光接收量而产生的输出信号；开关元件电路阵列，由多个用于读出所述输出信号的开关元件组成；控制电路，用于驱动开关元件、读出输出信号、以及使所述光接收元件回到初始状态；公用信号线，用于将所述读出输出信号传输到图象信号输出端；和参考电压端，用于将参考电压提供给所述公用信号线，其中：在所述公用信号线和所述参考电压端之间放置第一复位开关；所述控制电路在驱动开关元件并从光接收元件将所述输出信号读入所述公用信号线之后启动第一复位开关，将来自所述参考电压端口的参考电压提供给所述公用信号线，并使所述光接收元件回到初始状态。
2.根据权利要求1所述的图象传感器，其中在所述公用信号线和所述图象信号输出端口之间放置芯片选择开关，且将所述图象信号输出到所述图象信号输出端口。
3.根据权利要求1所述的图象传感器，其中在所述图象信号输出端口和所述参考电压端口之间放置第二复位开关。
4.根据权利要求1所述的图象传感器，其中将参考电压产生电路的参考电压经过一个电阻提供给所述参考电压端。
5.根据权利要求1所述的图象传感器，其中：该部件模块至少包括所述光接收元件电路阵列，所述开关元件电路阵列，所述控制电路，所述公用信号线，所述第一复位开关，所述图象信号输出端，和所述参考电压端；设置多个该部件模块；并且所述各个部件模块的所述参考电压端连接在一起。
6.根据权利要求5所述的图象传感器，其中所述部模件块构成IC，并且这些IC被串联设置。
7.根据权利要求5所述的图象传感器，其中在所述参考电压端和接地电位之间形成了电容。
8.根据权利要求5所述的图象传感器，其中在所述参考电压端和电源电位之间形成了电容。
9.根据权利要求6所述的图象传感器，其中将参考电压从所述IC外部提供给所述参考电压端。
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