CN1725504B - 光电转换器及图像传感器 - Google Patents

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CN1725504B CN2005100913805A CN200510091380A CN1725504B CN 1725504 B CN1725504 B CN 1725504B CN 2005100913805 A CN2005100913805 A CN 2005100913805A CN 200510091380 A CN200510091380 A CN 200510091380A CN 1725504 B CN1725504 B CN 1725504B
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Abstract

本发明涉及光电转换器、图像传感器和信号读出电路。本发明提供了一种具有切换分辨率功能的便宜的光电转换器。在包括多个光电转换电路、连接到光电转换电路输出的放大器电路和连接到部分光电转换电路输出的复位电路的光电转换器中，在光电转换电路中的相邻光电转换电路的输出之间安排有连接电路。

Description

光电转换器及图像传感器
技术领域
本发明涉及用于将接收的光信号转换为电信号的光电转换器、设有该光电转换器并用于图像阅读器的图像传感器和信号读出电路。
背景技术
图9是用于常规图像阅读器的图像传感器的电路框图。图10是该图像传感器的移位寄存器和光接收元件的电路框图。图11是光接收元件的等效电路。图12是图像传感器的操作时序图。
如图10所示，图像传感器通过基于模式(MODE)信号通断与移位寄存器的连接来改变分辨率。此外，如图11和12所示，在低分辨率模式，图像传感器同时将多个像素信号读入公共信号线。例如当分辨率为1/2时，图像传感器同时将两个像素信号读入公共信号线(参见JP 11-234473A：第7至11页和图1至4)。
然而，这样的常规图像阅读器需要多个元件来形成用于通断数据信号的开关电路并且造成芯片面积的增加。特别是，当切换三种或更多种分辨率时，还需要更多元件来通断数据信号。而且，当多个光接收元件的信号被同时读入公共信号线时，用于放大每一光接收元件输出的放大器的偏置彼此不同，所以将被读出的信号的电平变化依赖于分辨率。因此，就产生了必须使用用于校正变化量的电路的问题。
发明内容
本发明被用来解决这类常规问题并且目的是提供具有切换分辨率功能的便宜的光电转换器和图像传感器。
根据本发明的一个方面，提供光电转换器，包括：多个光电转换电路；与光电转换电路的输出相连的放大器电路；与部分光电转换电路的输出相连的复位电路；以及连接光电转换电路中相邻光电转换电路输出的连接电路。
而且，复位电路的数量被设置为等于或小于光电转换电路数量的一半，而且连接电路的数量被设置为小于光电转换电路的数量。此外，部分连接电路被接通以实现通过放大器电路输出相邻光电转换电路输出的平均值的功能。此外，全部或部分连接电路被接通并且全部或部分复位电路被接通以实现复位全部光电转换电路的功能。根据本发明的另一方面，提供信号读出电路，包括：多个保持电路；由多个触发器组成的移位寄存器；以及公共信号线，用于基于来自移位寄存器的信号顺序将多个保持电路保持的多个信号读入公共信号线，其中输入到触发器的时钟信号和部分时钟信号的反相信号都被设为Hi来实现跳转至读出部分信号的功能。
利用本发明的光电转换器，通过提供必需的最少数量的光接收元件之间的电路和复位电路，相邻光接收元件的输出能够以低分辨率模式被平均并且输出。
如上所述，能够提供具有分辨率切换功能的结构简单的光电转换器。此外，通过成直线地安装多个光电转换器来提供便宜的接触式图像传感器是可能的。
附图说明
在附图中：
图1是本发明的封闭式图像传感器的电路框图；
图2是示出根据本发明第一实施例的图像传感器的四位信号读出电路和光接收元件的电路图；
图3是根据本发明第一实施例以高分辨率模式操作图像传感器的时序图；
图4是根据本发明第一实施例以中等分辨率模式操作图像传感器的时序图；
图5是根据本发明第一实施例以低分辨率模式操作图像传感器的时序图；
图6是示出根据本发明第二实施例的图像传感器的四位信号读出电路和光接收元件的电路图；
图7是根据本发明第二实施例以高分辨率模式操作图像传感器的时序图；
图8是根据本发明第二实施例以低分辨率模式操作图像传感器的时序图；
图9是常规图像传感器的电路框图；
图10是常规图像传感器的移位寄存器和光接收元件的电路框图；
图11是常规图像传感器的光接收元件的等效电路；以及
图12是常规图像传感器的操作时序图。
具体实施方式
图1是本发明的封闭式图像传感器的电路框图。本发明的封闭式图像传感器安装有多个光电转换器21在其中。根据该实施方式，例如，11个光电转换器21被排列和安装成一条线来组成封闭式图像传感器。
光电转换器21包括多个光接收元件20、逻辑电路22、信号处理电路13、公共信号线11和控制信号线23。尽管没有显示，恒流源被连接到公共信号线11。被连接到所有光电转换器21的是用于驱动光电转换器的时钟起动脉冲分辨率切换信号
Figure G2005100913805D00033
和信号输出
Figure G2005100913805D00034
接触式图像传感器的起始信号连接到第一光电转换器21。
逻辑电路22接收输入信号
Figure G2005100913805D00036
和从上述信号产生用于控制光接收元件20的控制信号和下一个芯片的读出起始信号，并且分别读出和输出它们到控制信号线23和读出起始信号线24。信号处理电路13放大从光接收元件20输出到公共信号线11的信号并且输出放大的信号作为SIG信号。采用这种结构以根据
Figure G2005100913805D00038
的状态获得多种分辨率。
以下，将通过示出具体电路来说明本发明的实施例。
(第一实施例)
在第一实施例中，将描述具有切换三种分辨率功能的接触式图像传感器：1,200DPI的高分辨率模式、600DPI的中等分辨率模式和300DPI的低分辨率模式。采用这种结构以当
Figure G2005100913805D00039
处于高电平、处于低平和从高电平向低电平切换时分别获得高分辨率模式、中等分辨率模式和低分辨率模式。
图2是示出根据第一实施例的图像传感器的四位信号读出电路和光接收元件的电路图。其包括：四个光接收元件101、102、103和104作为光电转换电路，放大器2作为放大器电路例如源极跟随放大器，信号电压保持电容3，参考电压保持电容4，信号电压读出开关5，参考电压读出开关6，用于读出的源极跟随放大器7，读出选择开关10，信号电压读出开关8，参考电压读出开关9，公共信号线11，触发器19，三个光接收元件之间的开关15、16和17作为连接电路，两个复位开关14和18作为复位电路，等等。公共信号线11被连接到该四位电路的框外的恒流源12和信号处理电路13。
图1中的逻辑电路22产生控制信号输入到该框，即， K1、K2、和VRT表示光接收元件的复位电压并且产生在图1中的光电转换器21中。GND通常为0V。
以下将基于每一分辨率的时序图来说明本发明的接触式图像传感器的操作。
图3是根据本发明以高分辨率模式操作接触式图像传感器的时序图。这应用于所有位信号被读出的情况。
首先，将说明信号批量读出的操作。该操作用于将光接收元件的信号电压和参考电压读入各自的保持电容，该操作对于全部光电转换器的全部光接收元件是同时执行。
每一脉冲，
Figure G2005100913805D00041
和通过以在预定时刻生成的方式从输入起动脉冲
Figure G2005100913805D00043
产生，这对于全部光电转换器是同时执行。
通过
Figure G2005100913805D00044
根据分别进入光接收元件101至104的光产生的光信号被分别通过放大器2发送到信号电压保持电容3作为信号电压。其次，通过
Figure G2005100913805D00045
和
Figure G2005100913805D00046
复位开关14和18以及光接收元件之间的开关15和17被接通，从而从所有光接收元件101到104的输出被复位为VRT。之后，当
Figure G2005100913805D00047
为Lo并且光接收元件之间的开关15和17被断开时，光接收元件102和103的输出终端被复位为分别叠加光接收元件之间的开关15和17的开路噪声的电平。之后，当
Figure G2005100913805D00048
和
Figure G2005100913805D00049
为Lo并且复位开关14和18被断开时，光接收元件101和104的输出终端被复位为分别叠加光接收元件之间的开关14和18的开路噪声的电平。当光接收元件之间的开关和复位开关分别具有相同尺寸时，开路噪声基本相等。因此，所有光接收元件的复位电平基本相等。注意到，通过
Figure G2005100913805D000410
光接收元件之间的开关16总是保持接通。此后，开始积累根据进入每一光接收元件的光产生的电荷。
之后，通过所有光接收元件101到104的复位电平分别通过放大器2被作为参考电压发送到参考电压保持电容4。
之后，将说明信号读出的操作。该信号读出操作是用于将保持电容的电压顺序读入公共信号线，即，在读出第一光电转换器结束后，开始读出第二光电转换器。
Figure G2005100913805D000412
确定读出的起始，其通过读出起始信号和读出起始信号线24的输入信号产生在逻辑电路中。将被读出的位的数量根据分辨率而不同，因此用于输出
Figure G2005100913805D000414
的时序根据
Figure G2005100913805D000415
而改变。
此外，提供到移位寄存器的时钟信号，即，
Figure G2005100913805D000416
和同样在逻辑电路22中产生。
当被输入到第一位的触发器19时，通过
Figure G2005100913805D00053
和读出选择开关10和信号电压读出开关8被接通。然后，保持在信号电压保持电容3中的第一位的信号电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过
Figure G2005100913805D00055
和
Figure G2005100913805D00056
当信号电压读出开关8被断开并且其后参考电压读出开关9被接通时，保持在参考电压保持电容4中的第一位的参考电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过和第一位读出选择开关10被断开，第二位读出选择开关10被接通，从而开始读出第二位的信号电压。然后，类似地，开始读出第二位的信号电压和参考电压。
每一位的放大器2和7的偏置被叠加到每一位的信号电压和参考电压上。各位之间的固定模式噪声能够通过采用信号处理电路13中的箝位电路等等来提取信号电压和参考电压之间的差而被消除。
图4是根据本发明以中等分辨率模式操作接触式图像传感器的时序图。这适用于读出奇数位信号的情况。
首先，将说明信号批量读出的操作。
由于
Figure G2005100913805D00059
总是保持Hi，光接收元件之间的开关15和17保持接通。光接收元件101的输出与光接收元件102的输出相等并且输出值是这两个输出的平均值。这同样适用于光接收元件103和104的输出。
通过
Figure G2005100913805D000510
每一平均值的光信号被通过放大器2发送到信号电压保持电容3作为信号电压。其次，和成为Hi，复位开关14和18被接通，从而所有光接收元件101到104的输出被复位为VRT。之后，当和成为Lo并且复位开关14和18被断开时，光接收元件101和102的输出终端以及光接收元件103和104的输出终端被复位为分别叠加复位开关14和18的开路噪声的电平。当光接收元件之间的开关和复位开关分别具有相同尺寸时，开路噪声基本相等。因此，所有光接收元件的复位电平基本相等。此后，开始积累根据进入每一光接收元件的光产生的电荷。
之后，通过
Figure G2005100913805D000515
所有光接收元件101到104的复位电平分别通过放大器2被发送到参考电压保持电容4作为参考电压。
之后，将说明信号读出的操作。
在提供到移位寄存器的时钟信号(
Figure G2005100913805D00061
和)中，和
Figure G2005100913805D00064
总是保持Hi，数据跳过第二位和第四位的触发器并且不被读入其中。此时，通过设置K1为Hi，和
Figure G2005100913805D00066
成为Lo，从而避免了将被读入公共信号线的信号的短路。
当
Figure G2005100913805D00067
被输入到第一位的触发器19时，通过
Figure G2005100913805D00068
和
Figure G2005100913805D00069
读出选择开关10和信号电压读出开关8被接通，从而保持在信号电压保持电容3中的第一位的信号电压通过源极跟随放大器7被读入到公共信号线11。
之后，通过
Figure G2005100913805D000610
和
Figure G2005100913805D000611
当信号电压读出开关8被断开并且其后参考电压读出开关9被接通时，保持在参考电压保持电容4中的第一位的参考电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过和
Figure G2005100913805D000613
第一位读出选择开关10被断开，第三位读出选择开关10被接通，从而开始读出第三位的信号电压。然后，类似地，开始读出第三位的信号电压和参考电压。
图5是根据本发明以低分辨率模式(300DPI)操作接触式图像传感器的时序图。这是读出第(4N-3)位信号的情况(N是自然数)。
首先，将说明信号批量读出的操作。
由于和总是保持Hi，光接收元件之间的开关15、16和17保持接通。光接收元件101到104的输出相等并且输出值是这四个光接收元件输出的平均值。
通过
Figure G2005100913805D000616
根据分别进入光接收元件101到104的光所产生的光信号的平均值被通过放大器2传送到信号电压保持电容3作为信号电压。
其次，
Figure G2005100913805D000617
成为Hi，复位开关14被接通，从而所有光接收元件101到104的输出被复位为VRT。之后，当
Figure G2005100913805D000618
成为Lo并且复位开关14被断开时，光接收元件101到104的输出终端被复位为叠加了复位开关14的开路噪声的电平。当光接收元件之间的开关和复位开关分别具有相同尺寸时，开路噪声基本相等。因此，所有光接收元件的复位电平基本相等。此后，开始积累根据进入每一光接收元件的光产生的电荷。
之后，通过
Figure G2005100913805D000619
所有光接收元件101到104的复位电平分别通过放大器2被发送到参考电压保持电容4作为参考电压。
之后，将说明信号读出的操作。
在提供到移位寄存器的时钟信号(
Figure G2005100913805D00071
和)中，
Figure G2005100913805D00073
和总是保持Hi，数据跳过第二、第三和第四位触发器并且不读入其中。此时，通过设置K1和K2为Hi，和成为Lo，从而避免了将被读入公共信号线的信号短路。
当被输入到第一位的触发器19时，通过和
Figure G2005100913805D00079
读出选择开关10和信号电压读出开关8被接通，从而保持在信号电压保持电容3中的第一位的信号电压通过源极跟随放大器7被读入到公共信号线11。
之后，通过
Figure G2005100913805D000710
和
Figure G2005100913805D000711
当信号电压读出开关8被断开并且其后参考电压读出开关9被接通时，保持在参考电压保持电容4中的第一位的参考电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过和
Figure G2005100913805D000713
第一位读出选择开关10被断开，第五位读出选择开关10被接通，从而开始读出第五位的信号电压。然后，类似地，开始读出第五位的信号电压和参考电压。
(第二实施例)
在第二实施例中，将说明具有切换两种分辨率：1,200DPI和600DPI功能的接触式图像传感器。采用这样一种结构以当模式(MODE)处于高电平和处于低电平时分别获得高分辨率模式和低分辨率模式。
图6是示出根据第二实施例的图像传感器的四位信号读出电路和光接收元件的电路图。其包括：四个光接收元件101、102、103和104作为光电转换电路，放大器2作为放大器电路例如源极跟随放大器，信号电压保持电容3，参考电压保持电容4，信号电压读出开关5，参考电压读出开关6，用于读出的源极跟随放大器7，读出选择开关10，信号电压读出开关8，参考电压读出开关9，公共信号线11，触发器19，两个光接收元件之间的开关15和16作为连接电路，两个复位开关14和18作为复位电路，等等。公共信号线11被连接到该四位电路的框外的恒流源12和信号处理电路13。
图1中的逻辑电路22产生控制信号输入到该框，即，
Figure G2005100913805D000714
和VRT表示光接收元件的复位电压并且产生在图1中的光电转换器21和21′中。GND通常为0V。
以下将基于每一分辨率的时序图来说明本发明的接触式图像传感器的操作。
图7是根据本发明以高分辨率模式(1,200DPI)操作接触式图像传感器的时序图。这应用于所有位信号被读出的情况。
首先，将说明信号批量读出的操作。该操作用于将光接收元件的信号电压和参考电压读入各自的保持电容，这对于全部光电转换器的全部光接收元件是同时执行。
每一脉冲，
Figure G2005100913805D00081
和通过以在预定时刻生成的方式从输入起动脉冲
Figure G2005100913805D00083
产生，这对于全部光电转换器是同时执行。
通过
Figure G2005100913805D00084
根据分别进入光接收元件101至104的光产生的光信号被分别通过放大器2发送到信号电压保持电容3作为信号电压。其次，通过和复位开关14和18以及光接收元件之间的开关15和16被接通，从所有光接收元件101到104的输出被复位为VRT。之后，当为Lo并且光接收元件之间的开关15和16被断开时，光接收元件102和104的输出终端被复位为分别叠加光接收元件之间的开关15和16的开路噪声的电平。之后，当为Lo并且复位开关14和18被断开时，光接收元件101和103的输出终端被复位为分别叠加光接收元件之间的开关14和18的开路噪声的电平。当光接收元件之间的开关和复位开关分别具有相同尺寸时，开路噪声基本相等。因此，所有光接收元件的复位电平基本相等。此后，开始积累根据进入每一光接收元件的光产生的电荷。
之后，通过
Figure G2005100913805D00089
所有光接收元件101到104的复位电平分别通过放大器2被发送到参考电压保持电容4作为参考电压。
之后，将说明信号读出的操作。该信号读出操作是用于将保持电容的电压顺序读入公共信号线，即，在读出第一光电转换器结束后，开始读出第二光电转换器。确定读出的起始，其通过读出起始信号线24的输入信号产生在逻辑电路中。将被读出的位数量根据分辨率而不同，因此用于输出
Figure G2005100913805D000811
的时序根据
Figure G2005100913805D000812
而改变。
此外，提供到移位寄存器的时钟信号，即，
Figure G2005100913805D000813
和同样在逻辑电路22中产生。
当
Figure G2005100913805D000815
被输入到第一位的触发器19时，通过和
Figure G2005100913805D000817
读出选择开关10和信号电压读出开关8被接通。然后，保持在信号电压保持电容3中的第一位的信号电压通过源极跟随放大器7被读入到公共信号线11。
之后，通过
Figure G2005100913805D00091
和
Figure G2005100913805D00092
当信号电压读出开关8被断开并且其后参考电压读出开关9被接通时，保持在参考电压保持电容4中的第一位的参考电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过和第一位读出选择开关10被断开，第二位读出选择开关10被接通，从而开始读出第二位的信号电压。然后，类似地，开始读出第二位的信号电压和参考电压。
每一位的放大器2和7的偏置被叠加到每一位的信号电压和参考电压上。各位之间的固定模式噪声能够通过采用信号处理电路13中的箝位电路等等来提取信号电压和参考电压之间的差而被消除。
图8是根据本发明以低分辨率模式(600DPI)操作接触式图像传感器的时序图。这是读出奇数位信号的情况。
首先，将说明信号批量读出的操作。
由于
Figure G2005100913805D00095
总是保持Hi，光接收元件之间的开关15和16保持接通。光接收元件101的输出与光接收元件102的输出相等并且输出值是这两个输出的平均值。这同样适用于光接收元件103和104的输出。
通过
Figure G2005100913805D00096
每一平均值的光信号被通过放大器2传送到信号电压保持电容3作为信号电压。其次，
Figure G2005100913805D00097
成为Hi，复位开关14和18被接通，从而所有光接收元件101到104的输出被复位为VRT。之后，当成为Lo并且复位开关14和18被断开时，光接收元件101和102的输出终端以及光接收元件103和104的输出终端被复位为分别叠加复位开关14和18的开路噪声的电平。当光接收元件之间的开关和复位开关分别具有相同尺寸时，开路噪声基本相等。因此，所有光接收元件的复位电平基本相等。此后，开始积累根据进入每一光接收元件的光产生的电荷。
之后，通过
Figure G2005100913805D00099
所有光接收元件101到104的复位电平分别通过放大器2被发送到参考电压保持电容4作为参考电压。
之后，将说明信号读出的操作。
在提供到移位寄存器的时钟信号(
Figure G2005100913805D000910
和
Figure G2005100913805D000911
)中，和
Figure G2005100913805D000913
总是保持Hi，数据跳过第二位和第四位的触发器并且不读入其中。此时，通过设置K1为Hi，和
Figure G2005100913805D000915
成为Lo，从而避免了将被读入公共信号线的信号短路。
当
Figure G2005100913805D00101
被输入到第一位的触发器19时，通过和读出选择开关10和信号电压读出开关8被接通，从而保持在信号电压保持电容3中的第一位的信号电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过和当信号电压读出开关8被断开并且其后参考电压读出开关9被接通时，保持在参考电压保持电容4中的第一位的参考电压通过源极跟随放大器7被读入公共信号线11。
之后，通过和
Figure G2005100913805D00107
第一位读出选择开关10被断开，第三位读出选择开关10被接通，从而开始读出第三位的信号电压。然后，类似地，开始读出第三位的信号电压和参考电压。

Claims (4)

1.一种光电转换器，包括：
多个光电转换电路；
放大器电路，连接到所述光电转换电路的输出；
复位电路，连接到所述光电转换电路中部分光电转换电路的输出；以及
连接电路，连接在所述光电转换电路中相邻光电转换电路的输出之间，
其中，所述复位电路的数量等于或小于所述光电转换电路的数量的一半；并且
其中，所述连接电路的数量小于所述光电转换电路的数量。
2.根据权利要求1所述的光电转换器，其中，将所述连接电路中部分连接电路接通，以实现通过所述放大器电路输出所述相邻光电转换电路的输出的平均值的功能。
3.根据权利要求1所述的光电转换器，其中，将所述连接电路中全部或部分连接电路接通并将所述复位电路中全部或部分复位电路接通，以实现将所述光电转换电路中全部光电转换电路复位的功能。
4.一种图像传感器，包括多个如权利要求1所述的光电转换器。
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