JP2001148768A - 感光デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定の光センサを一時的に不活性化しても、
装置のオフセット制御に影響を及ぼさない感光装置を提
供する。 【解決手段】 感光デバイスであって、１組の光センサ
とビデオラインとを含み、この光センサは蓄積信号に応
答した蓄積時間を有し、又読出し信号に応答してビデオ
信号のビデオラインへの読出しを行う。このデバイスが
読出し信号を受信せずに所定数の蓄積信号を受信すると
き、ビデオライン上のオフセットはリセットされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラスタ入力スキャ
ナに用いる画像センサアレイに関する。特に、本発明
は、各光センサが共通ビデオラインに信号を出力する、
感光チップに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、画像センサアレイは、画像を有
するドキュメントをラスタ走査し、各光センサが捕捉し
た画像領域からの光を画像信号電荷に変換する、光セン
サの線型アレイを含む。画像信号電荷は蓄積時間を経て
増幅され、順次起動される多重トランジスタを通ってア
ナログビデオ信号として共通出力ライン又はバスへ転送
される。

【０００３】高性能画像センサアレイのための好適なデ
ザインとしては、縮小光学系を用いずに一対一の画像形
成を可能とする、走査されるページの幅と同じ幅を有す
る光センサのアレイが挙げられる。このような「全幅」
アレイを形成するには、数多くの光センサを画成するた
めの比較的大きいシリコン構造体を用いなければならな
い。このような大型のアレイを作るのに好適な技術は、
数個の突合せシリコンチップを用いてアレイを形成する
ものである。提案されているあるデザインでは、１つの
アレイは端と端とを突合せた２０のシリコンチップから
できており、各チップには２４８の活性光センサがイン
チ当たり４００個となるよう離間され配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】走査装置のあるデザイ
ンによれば、大きい装置の中のある組の光センサが時に
より、一時的に不活性となる。大きいスキャナのうちの
一定の光センサが一時的に不活性になる様々な理由があ
ろう。例えば、異なる組の光センサが、異なる原色にそ
れぞれ感光性を有するフルカラー装置では、１つの特定
の色に対し感光性を有する光センサの組は、別の色に用
いる光センサが使用されている際、一時的に不活性とな
る場合もある。又、大規模な工学型入力スキャナでは、
比較的小さいサイズの原稿文書を走査対象とする場合な
どには、光センサの長いアレイのうち一定部分を不活性
とすることが望ましい場合もある。大きい装置内のある
特定の光センサが用いられていないこのような状況の場
合、不活性化された光センサは、（センサに入射する光
に応答して電荷を生成するという意味において）なお光
センサとしての機能を有するが、得られる電圧信号は感
光チップから読み出されない。この状況では、使用され
ていない光センサの電気的活性により、ビデオラインと
関連するオフセット制御にドリフトが生じたり、或いは
予測できない結果を生ずるという実用上の問題が生じ
る。本発明の目的の一つは、ある特定の光センサを一時
的に不活性化しても、装置のオフセット制御に影響を及
ぼさない感光装置を提供することである。

【０００５】米国特許第５，６５４，７５５号は、暗い
(dark)光センサの出力に基づき、１組の活性光センサの
ビデオ出力のオフセットを補正するための回路について
記載している。ビデオラインに並列の平均化ＲＣ回路
が、暗い光センサからの数多くの読出しに基づいた平均
信号を蓄積する。平均信号はビデオライン上に直列の補
正コンデンサに周期的にクランプされる。充電された補
正コンデンサは、ビデオライン順次通過する後続の活性
光センサ信号に対するオフセットを調整する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によると、感光デ
バイス及びその使用方法が提供される。このデバイス
は、１組の光センサとビデオラインとを含み、この光セ
ンサは蓄積信号に応答した蓄積時間を有し、又読出し信
号に応答してビデオ信号のビデオラインへの読出しを行
う。このデバイスが読出し信号を受信せずに所定数の蓄
積信号を受信すると、ビデオライン上のオフセットはリ
セットされる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、１つの光センサチップ１
００上の光センサの構成を示す、簡略化した平面図であ
る。このようなチップは、デジタルコピー機或いはスキ
ャナなどに用いられているような光センサの線型アレイ
を有するラスタ入力スキャナなどに利用されている。周
知のように、オリジナルハードコピー画像はチップに対
して移動し、チップ上の各個々の光センサは、一連の小
面積のオリジナル画像の光を受ける。一般的なラスタ入
力スキャナは、縮小光学系と組み合わされて、走査され
るページの全幅の光を受ける１つのチップを含むことが
できる。或いは、全体で光センサの１つのページ幅の線
型アレイを形成する、端部同士を突合せた複数のこのよ
うなチップを含んでいてもよい。

【０００８】図１の平面図では、Ｄ１−Ｄ４で個別に示
された複数の「暗い光センサ」である光センサ１１０と
共通ビデオライン１０８を共用する活性（即ち、感光性
の）光センサ１０２の長いアレイが示されている。更
に、光センサ１０２及び１１０には、一連のシフトレジ
スタ選択スイッチ１１４を接続したシフトレジスタライ
ン１１２が接続されている。シフトレジスタ選択スイッ
チ１１４には、一連のトランジスタスイッチ１１６が接
続されている。各トランジスタスイッチ１１６が起動さ
れると、トランジスタスイッチは、各々に接続された個
々の光センサ１０２又は１１０からの電荷がスイッチ１
１６を通って共通ビデオライン１０８へ読み出される。
従って、ライン１１２上のシフトレジスタスイッチ１１
４のラインを、「１」が１つ入った０の形のデジタル情
報が通る。数字の列がライン１１２に沿ってシフトレジ
スタスイッチ１１４を通る際、１つの「１」が入力ライ
ン１１２を下流方向へ移動することで光センサを順次起
動し、これにより光センサ１０８と１０２がビデオライ
ン１１０へ信号を順次出力する。

【０００９】図１の特定のデザインでは、各走査によっ
て駆動される第１の光センサは暗い光センサ１１０であ
り、これに次いで活性光センサ１０２が駆動される。上
述の如く、暗い光センサ１１０は、光を受けない点を除
けば、典型的には活性光センサ１０２と概ね同一の構造
を有する。一般的には、暗い光センサ１１０はアルミニ
ウム層などにより遮光されている。暗い光センサ１１０
と活性光センサ１０２が同一チップ上に形成されている
ため、これらは物理的に可能な限りの類似性を有し、こ
のため活性光センサ１０２におけるあらゆる体系的プロ
セス過程は、暗い光センサ１１０におけるのと見かけ上
同じである。このようにすると、ビデオ信号の各走査毎
に、暗い光センサは光センサに入射する光がないことと
一致するビデオ信号を確立することにより、事実上チッ
プの再較正を行う。このオフセットが決定されると、活
性光センサの出力の全体的誤差が補償され得る。

【００１０】ビデオライン１０８へ読み出される次の活
性光センサのためのオフセットを暗い光センサが決定す
る動作を行うための簡単な装置を図２に示す。図２の
「オフセット補正デバイス」回路はビデオライン１０８
上の活性光センサの直接下流に置かれるものとする。ビ
デオライン１０８上には、単一利得増幅器１２８を通る
経路に続いて、ここでは特に「補正コンデンサ」１３０
と呼ばれるコンデンサ１３０がある。補正コンデンサ１
３０はその中に電荷を保持し、この電荷が、ビデオライ
ン１０８を通って読み出される活性光センサからの電圧
信号の大きさに影響を及ぼす。各走査毎の活性光センサ
の読出しは比較的高速で行われるため、補正コンデンサ
１３０上の電荷は総ての読出しシーケンスを通じて適度
に一定のままである。補正コンデンサ１３０にオリジナ
ル電荷、即ち、所望の方法で電圧信号の大きさに影響を
及ぼす補正コンデンサ１３０上の電荷を与えるために、
暗い光センサ１１０がビデオライン１０８を通って読み
出されると、補正コンデンサ１３０上の補正電荷は各走
査毎に固定される。

【００１１】４つの暗い光センサ１１０を備えるチップ
１００のような一般的なチップの態様においては、４つ
の暗い光センサの選択は標準的な工学的方法により主と
して決められる。典型的には、活性光センサの次の読出
しのためのオフセットの決定には、このような暗い光セ
ンサのうちの１つ（例えば、暗い光センサＤ３）のみが
使用される。各読出しの開始時には、暗い光センサＤ３
が暗い光センサ信号をビデオライン１０８へ出力する番
であるとき、スイッチ１３４によって、ビデオライン１
０８と並列の電源１３２からの基準電圧が与えられる。
補正コンデンサ１３０の反対側に基準電圧Ｖ_REFを印加
すると同時に、暗い光センサ１１０のうちの暗い光セン
サＤ３の出力は、補正コンデンサ１３０上に暗い光セン
サ信号とＶ_REFの両方を表す電荷（「補正電荷」）を与
える作用を有する。ビデオライン１０８に沿って他の回
路が存在してもよい。本文中ではこの回路について、付
加的な単一利得増幅器１３６の影響として要約する。

【００１２】図３は、図１及び図２に示したような感光
デバイスの多数の基本的素子を、本発明に特に関連させ
て示す、簡略化したシステム図である。上述の如く、特
定のスキャナデザインにより、大きい感光デバイスの中
の特定の組の光センサ（１組のチップのうちの１つのチ
ップなど）を一時的に不活性とするための根拠があろ
う。デバイス中の異なる組の光センサを選択的に活性化
或いは不活性化することに関する詳細は、本発明とは直
接関係がない。しかし、感光デバイスの動作の過程で、
特定の組の光センサが一時的に不活性化されるという事
実によって、ビデオライン１０８に沿って補正コンデン
サ１３０上に与えられた補正電荷の完全性に影響を与え
ることができる。ビデオライン１０８に信号を出力して
いる１組の光センサを一時的に不活性化することによ
り、補正コンデンサ１３０上の補正電荷が時間と共にド
リフトし、或いは予測不能となることがあり、これによ
りその組の光センサがビデオライン１０８上に再び信号
を出力すると、信号にひずみが生じる。本発明は、特定
のビデオライン１０８が一時的に不活性化される条件を
決定し、有効ビデオ信号がビデオライン１０８に再び出
力されると、この決定に応答して補正コンデンサ１３０
上の補正電荷をリセットする。

【００１３】図３に関して概説すると、感光デバイスの
多くのデザインには、感光デバイスを動作させる２つの
タイプの外部信号を扱うための手段がある。一方のタイ
プの信号は「蓄積信号」と呼ぶことができ、他方を「読
出し信号」と呼ぶことができる。蓄積信号は、デバイス
中の１組の光センサ１０２が蓄積時間を有するようにす
る。即ち、画像の特定部分と関連する明瞭に規定された
時間内で、光センサ上に生成される電荷を決定させる。
前記請求の範囲の用語に関しては、このような蓄積信号
は、光センサが、蓄積時間を「持つ」ようにする。パル
スの前縁又は後縁とすることができる蓄積信号は、特定
のデザインに応じて、蓄積時間を開始或いは終了させる
ことができる。感光デバイス１００のような感光デバイ
スを制御するための他のタイプの信号が読出し信号であ
る。読出し信号は、感光デバイス１００に供給されると
きに、１組の光センサ上に蓄積された電荷を、並列、直
列、或いはこの２つの組み合わせで、１つ又はそれ以上
のビデオラインへ読み出すようにする信号である。一般
に、ＣＭＯＳ感光デバイスでは、蓄積信号は１組の光セ
ンサ上の電荷を各光センサと接続されたリセットノード
（図示せず）へ転送させる。一方、読出し信号は各リセ
ットノード上の蓄積電荷をビデオラインへ読み出させ
る。しかしながら、本文中に概説する原理は他のデザイ
ンの感光デバイス、特には電荷結合デバイスにも同様に
適用できることを理解されたい。

【００１４】概説すると、本発明は感光デバイス中の特
定の組の光センサが使用されていない状況を検出し、ビ
デオ信号がビデオラインへ再び出力され始めると、補正
コンデンサ（或いは、これとほぼ同等のオフセット補正
デバイス）をリセットする。図３に示す如く、これらの
ステップを実行するためのシステムはオフセット制御部
２００として概略的に示されている。オフセット制御部
２００は光センサ１０２と同一のチップ上にあってもな
くてもよい。概説すると、オフセット制御部２００はチ
ップ１００などの特定のデバイスへ入る蓄積信号と読出
し信号の両方をモニターし、所定数の蓄積信号が対応す
る読出し信号なしでデバイス１００に送られる状態を検
出する。感光デバイス１００のデザインによるが、この
「応答のない」蓄積信号の所定数とは１、２或いはこれ
より幾分大きい数である。顕著な点は、デバイス１００
中の特定の組の光センサ１０２がビデオ信号の読出しを
行わない特定数の蓄積時間を持つようにするならば、ビ
デオ信号の読出しが再開されると、オフセット補正デバ
イス（補正コンデンサ１３０を含む）は「誤った」補正
電荷を持つようになる点である。

【００１５】本発明の一態様によると、オフセット制御
部２００は読出し信号なしで感光デバイス１００が受け
取った、所定数の蓄積信号を検出し、このような状態の
検出結果に応じて、オフセット補正デバイスをビデオラ
インのオフセット上で「リセット」させる。一般に、こ
のリセットは、感光デバイスの特定のデザインに適した
任意の技術により既知の大きさのオフセットをビデオラ
インと関連させるなどして、ビデオライン上のオフセッ
トに対する一時的な制御の任意の再設定を含むことがで
きる。オフセット補正デバイスが補正コンデンサ１３０
のような補正コンデンサを含むならば、オフセット補正
デバイス２００は所定の既知の大きさの電荷を補正コン
デンサ１３０に置くことでこのリセットを実行すること
ができる。このオフセットのリセットは、一連の「応答
のない」蓄積信号に続いて感光デバイス１００が読出し
信号を受信することに応答して行われる。

【００１６】以下の議論は、特に図１及び図２に示した
光センサデザインに関連して、図３に概略的に示された
システムの特定の実施形態について行う。

【００１７】図４は、所定のオフセットによりリセット
できる暗い光センサオフセット回路の単純な実施形態の
概略図である。この回路は相互参照する同時係属中の米
国特許出願第０９/１３９，０７７号（１９９８年８月
２４日出願）に開示されたものと同様のものである。図
４の回路は図２のサンプル回路と主要部分において同一
であることに留意されたい。図４の回路は、ビデオライ
ン１０８の端部に配置され、暗い光センサ１１０と活性
光センサ１０２のいずれからも信号を受信する。又、ビ
デオライン上には単一利得増幅器１２８と補正コンデン
サ１３０がある。図２の回路と同様に、基準電圧Ｖ_REF
がトランジスタ１３４を通ってビデオライン１０８に供
給される。

【００１８】図４の回路の重要な特徴は、参照数字１４
０で表される、ビデオライン１０８に並列のＲＣ回路の
存在である。このＲＣ回路はスイッチ手段１４４により
起動されると、平均電圧ライン１４２（図示される如
く、単一利得増幅器を含むことができる）を通って接続
され、平均電圧Ｖ_AVEをビデオライン１０８に選択的に
印加する。又、図示される如く、図４の回路には、補正
コンデンサ１３０に電圧が印加されるとコンデンサ１３
０をビデオライン１０８上にバイパスさせるバイパスス
イッチ１４８が設けられている。

【００１９】ＲＣ回路１４０は、ビデオライン１０８上
の各走査毎に暗い光センサＤ２と暗い光センサＤ３の両
方からのビデオをサンプリングする、平均回路として機
能する。ＲＣ回路１４０のＲとＣの値は、比較的多数の
走査について、暗い光センサＤ２と暗い光センサＤ３か
らのビデオ信号のサンプルが蓄積されるように設定され
なくてはならない。即ちＲとＣは、ＲＣ回路１４０に加
えられる暗い光センサＤ２及びＤ３を多数回にわたり走
査する影響によって、多数の走査線について、ＲＣ回路
１４０が暗い光センサＤ２及びＤ３の出力の移動平均を
維持する、時定数を与える。例えば、１００本の走査線
の移動平均を維持することが望ましい場合、ＲＣの値は
各走査毎のサンプルクロックの持続時間の１００倍に設
定されなければならない。一般的には、平均の暗い光セ
ンサ信号を得るためには、ＲＣは少なくとも１０本、好
ましくは約１００本の走査線をサンプリングするよう選
択されるべきである。

【００２０】上記説明した図４の基本的素子に加え、参
照数字１５０で示す「バイパストランジスタ」或いはバ
イパススイッチがある。図４示す如く、バイパススイッ
チ１５０は、起動されると、平均回路１４０の抵抗Ｒ
_AVE形成部分をバイパスするトランジスタである。この
ようにバイパストランジスタ１５０が起動されると、ビ
デオライン１０８からの電圧（暗い光センサにより得ら
れる信号などを指すが、これに限定されない）が平均回
路１４０のコンデンサＣ_AVEに比較的高速で印加される
ことがわかる。起動されたトランジスタ１５０が抵抗の
ない完全なトランジスタであったとすると、恐らくは暗
い光センサの電荷の全量が非常に迅速にコンデンサＣ
_AVEに加えられるが、起動されたトランジスタ１５０は
トランジスタに伴う若干の抵抗を有するので、暗い光セ
ンサからの暗いオフセット値の概ね範囲内の電位でコン
デンサＣ_AVEに「負荷」を与えるためには、一般的に多
数回にわたる光センサ読出しサイクルが必要である。

【００２１】図４に示した回路の詳細な動作は本文中に
参照として援用した特許に開示されている。本発明の本
実施形態によれば、バイパススイッチ１５０を制御する
ために用いられるΦ_DCRBPのための入力、又は「直流回
復バイパス信号」が与えられる。バイパストランジスタ
１５０へのΦ_DCRBPの印加は、トランジスタ１５０上の
抵抗を著しく小さくするために、平均回路１４０の抵抗
器Ｒ_AVEをバイパスするように、補正コンデンサ１３０
をバイパスし、信号を平均回路１４０に印加するために
利用される。このことは、信号がＲ_AVEを通過しなけれ
ばならない場合に比べて著しく高速で、所定の電位をＣ
_AVEに印加するという作用を有する。つまり、バイパス
トランジスタ１５０の使用により、図４の回路におい
て、平均回路１４０のＣ_AVEへ電位を印加する際に「ジ
ャンプスタート」が可能となり、従って平均回路１４０
がより迅速に有効信号を出力できる。本発明のこの実施
形態では、Ｃ_AVEに加えられた、従って補正コンデンサ
に加えられた所定の電荷は、暗い光センサからの信号か
ら得られた平均オフセットと関連しているが、補正コン
デンサ１３０を、典型的なオフセット値に近い値として
既知の、又は何らかの他の技術により得られる固定電位
へバイアスすることが可能である。

【００２２】図３に示す如く、本発明の全般的な原理を
図１及び図４に相当する本発明の実施形態に関連付ける
と、図３に示したようなオフセット制御デバイス２００
のための必須の入力はΦ_F又はフェンスクロック（蓄積
信号である）と、出力可能信号又はＯＥ信号（読出し信
号として機能する）である。図４の実施形態に対応させ
ると、オフセット制御部２００の必要な出力は、バイパ
ストランジスタ１５０に印加されるパルスΦ_DCRBPであ
る。上述の如く、このようなΦ_DCRBPを図４の回路のバ
イパストランジスタ１５０へ印加することより、適切な
大きさの補正電荷が補正コンデンサ１３０に与えられ、
これによりビデオライン１０８上の次のビデオ信号に影
響を与える。

【００２３】更に、本発明の本実施形態に関して、参照
として本文中に援用した特許に開示されているようなΦ
_DCR1及びΦ_DCR2パルスの印加と組み合わせてΦ_DCRBPパ
ルスを印加することは、Ｃ_AVE上の電圧を補正コンデン
サ１３０へ伝達する作用を有することがわかる。Ｃ_AVE
上の電圧は、図１に関して上述したように、暗い光セン
サＤ１乃至Ｄ４からの読出しの平均に関連している。こ
のようにすると、補正コンデンサ１３０上に与えられた
リセット電荷は暗い光センサからの出力の移動平均と関
連付けられる。移動平均はチップ１００上の総ての光セ
ンサについての平均オフセットを表す。別の実施形態で
は、例えば必要に応じてオフセット補正デバイスをリセ
ットするためのオフセットを決定する機能のみを有す
る、特別な、使用されない暗い光センサ又は光センサの
組があってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】共通ビデオラインへ読出しを行う暗い光センサ
と活性光センサとを有する活性感光デバイスの関連部分
の平面図である。

【図２】暗い光センサ信号が、次の活性光センサビデオ
信号のためのオフセットを決定するようにするための簡
単な回路の概略図である。

【図３】本発明の機能を示す簡略図である。

【図４】暗い光センサ信号からのビデオラインに対する
オフセットを決定するための回路を示す、本発明の好適
な実施形態に従った回路の概略図である。

【符号の説明】

１０２、１１０ 光センサ １０８ 共通ビデオライン １３０ 補正コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット エル．テウィンクル アメリカ合衆国 14519 ニューヨーク州 オンタリオ バーグ ロード 193

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １組の光センサと、 ビデオラインと、 蓄積信号に応答して、前記１組の光センサ内の光センサ
   が蓄積時間を持つようにするための蓄積手段と、 読出し信号に応答して、前記１組の光センサ内の光セン
   サがビデオ信号をビデオラインへ読み出すようにするた
   めの読出し手段と、 デバイスが読出し信号を受信することなく所定数の蓄積
   信号を受信したとき、ビデオライン上のオフセットをリ
   セットするためのオフセット制御部と、を含む、 感光デバイス。
2. 【請求項２】 前記オフセット制御部が、所定の大きさ
   のオフセットを前記ビデオラインと関連させることによ
   り、前記ビデオライン上のオフセットをリセットし、 所定の大きさのオフセットが暗い光センサからの出力に
   関連している、 請求項１に記載の感光デバイス。
3. 【請求項３】 前記ビデオラインと関連した補正コンデ
   ンサを更に含み、前記補正コンデンサは光センサからの
   電位信号に影響を与えるための補正電荷を前記補正コン
   デンサに保持するように構成されており、 前記オフセット制御部が、所定の大きさのオフセットが
   前記補正コンデンサ上に与えられるようにする、 請求項１に記載の感光デバイス。