JP2001177697A

JP2001177697A - 光電変換装置

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Publication number: JP2001177697A
Application number: JP35864099A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Tomita; 法行冨田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP3332026B2

Abstract

(57)【要約】【課題】暗出力ばらつきを補正するとともにととも
に、暗出力の温度変化を相殺して読取画像の品質を向上
させる。【解決手段】照射光を光電変換し検出信号を生成する
第１のフォトダイオードからなる光電変換回路と、非照
射時における光電変換回路の検出信号を生成する参照回
路と、参照回路の検出信号に基づき光電変換回路の検出
信号の暗補正を行う補正回路とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光電変換装置に係
り、さらに詳しくは、画像読取装置などに用いられる光
電変換装置であって、光電変換素子の暗電流特性を補正
する光電変換装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５は、従来の光電変換装置の構成を
示した図である。この光電変換装置は、例えば、紙原稿
で反射したＬＥＤの反射光に基づき原稿画像を読み取る
画像読取装置などに用いられる。この光電変換装置は、
破線で囲まれた多数の光電変換回路１１、１２、１３…
と、出力トランジスタＶｏｔと、Ａ／Ｄ変換回路４と、
ＣＰＵ等のデジタル処理回路５により構成される。各光
電変換回路の検出信号は、出力トランジスタＶｏｔで増
幅され、Ａ／Ｄ変換回路２でデジタルデータに変換され
た後に、デジタル処理回路３へ入力される。

【０００３】光電変換回路１１は、フォトダイオードセ
ンサＳ１と、初期化スイッチＡＳＷ１、出力スイッチＳ
Ｗ１、トランジスタＴＲ１及び定電流源Ｉ１により構成
されれる。センサＳ１は、アノード端子が接地され、カ
ソード端子がトランジスタＴＲ１のゲート端子に接続さ
れるとともにスイッチＡＳＷ１を介して電源ＰＳに接続
される。トランジスタＴＲ１は、ドレイン端子が電源Ｐ
Ｓに接続され、ソース端子がＳＷ１を介し出力トランジ
スタＶｏｔのゲートに接続されるとともに、接地された
電流源Ｉ１に接続される。光電変換回路１２、１３…も
光電変換回路１１と同一の回路として構成される。

【０００４】この光電変換装置の動作について説明す
る。まず、フォトダイオードセンサＳ１に光を照射する
前に、初期化スイッチＡＳＷ１をＯＮしてセンサＳ１に
リセット電圧を印加する。その後、初期化スイッチＡＳ
Ｗ１をＯＦＦした後、センサＳ１に光を当てると、光電
効果により光強度に応じた電荷が蓄積される。この電荷
の蓄積によりトランジスタＴＲ１のゲート電圧が変化
し、トランジスタＴＲ１のソース端子に電圧が与えられ
る。この時、電流源Ｉ１によりゲート端子からソース端
子へのレベルシフト電圧が決められている。

【０００５】そして、出力スイッチＳＷ１をＯＮする
と、光電変換回路１１の検出信号を出力トランジスタＶ
ｏｔのゲート電圧として与えることができる。この結
果、光情報を反映した光電変換後の電圧をＡ／Ｄ変換回
路４を介してデジタル処理回路５に出力することができ
る。この光電変換装置では、各光電変換回路１１、１
２、１３…が出力トランジスタＶｏｔを共用しており、
各光電変換回路の出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３
…を順次ＯＮさせることで各光電変換回路（各ｂｉｔ）
の検出信号を順に読み出すことができる。

【０００６】次に、デジタル処理回路５がＡ／Ｄ変換後
の検出信号について行うシェーディング補正について説
明する。まず、各光電変換回路（各画素）ごとにＡ／Ｄ
変換された暗出力レベルＶｄ（ｎ）及び明出力レベルＶ
ｐ（ｎ）を予め測定し、次の式により各画素ごとの補正
係数Ｋ（ｎ）を予め求めておく。Ｋ（ｎ）＝２^m／｛Ｖｐ（ｎ）−Ｖｄ（ｎ）｝×２^(m-1)

【０００７】ここで、図中のＶｄ（ｎ）は、光照射用Ｌ
ＥＤ（不図示）をＯＦＦした非照射時における検出信号
であり、Ｖｐ（ｎ）は、光照射用ＬＥＤをＯＮして白基
準原稿を読み取った時の検出信号である。また、ｍはＡ
／Ｄ変換回路４の有効出力ビット数であり、２^(m-1)≦
Ｋ（ｎ）≦２^mが成り立っている。この様にして求めら
れた暗出力レベルＶｄ（ｎ）及び補正係数Ｋ（ｎ）がメ
モリ（不図示）に予め記憶されている。

【０００８】光照射用ＬＥＤ（不図示）をＯＮして原稿
を読み取る場合に、各画素ごとの検出信号をＶｇ（ｎ）
とすると、デジタル処理回路５が、次の式に基づき演算
を行って、各画素ごとに補正された画像データＤｇ
（ｎ）を求める。Ｄｇ（ｎ）＝｛Ｖｇ（ｎ）−Ｖｄ（ｎ）｝×Ｋ（ｎ）／
２^(m-1) つまり、Ａ／Ｄ変換後の検出信号Ｖｇ（ｎ）に基づき、
メモリ上の暗出力Ｖｄ（ｎ）及び補正係数Ｋ（ｎ）を用
いて、ｍビット精度の画像データＤｇ（ｎ）を求めてい
る。

【０００９】なお、従来の光電変換装置の一例が、特開
平３−５８２２９号にも開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の光電変換装置は
以上のように構成され、光電変換素子が半導体で作り込
まれるため製造ばらつきを有している。すなわち、光電
変換素子の特性、例えばフォトダイオードセンサＳ１の
特性がばらつくという問題点を有していた。

【００１１】また、光電変換素子としてフォトダイオー
ドを用いる場合、暗出力のばらつき自体や暗出力の温度
変化により、検出信号がデジタル処理回路５の補正可能
範囲をはずれてしまう場合があり、この様な場合に十分
な補正がからず画像品質を劣化させるという問題点も有
していた。

【００１２】図１６は、フォトダイオードセンサの温度
−暗出力特性の一例を示した図であり、温度の上昇に伴
ない暗出力が増大していくことがわかる。図１７は、異
なる温度Ｔ０、Ｔ１における検出信号の一例を示した図
である。温度Ｔ０においては、検出信号が補正範囲内で
あるが、より高い温度Ｔ１においては、検出信号が補正
範囲からはずれているため、デジタル処理回路３の演算
範囲を超え、デジタル信号の桁落ちが発生する。この様
にして温度変化による画質劣化が生じていた。

【００１３】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので画像読取装置の画像品質の向上
を図ることができるとともに、温度変化に対しても画像
品質を維持できる装置を得ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による光電変換装
置は、照射光を光電変換し検出信号を生成する第１のフ
ォトダイオードからなる光電変換回路と、非照射時にお
ける光電変換回路の検出信号を生成する参照回路と、参
照回路の検出信号に基づき光電変換回路の検出信号の暗
補正を行う補正回路とを備えて構成される。

【００１５】また、本発明による光電変換装置は、補正
回路が、光電変換回路の検出信号及び参照回路の検出信
号が入力される差動回路を備え、光電変換回路及び参照
回路が検出信号を同期して出力するように構成される。

【００１６】また、本発明による光電変換装置は、参照
回路が、第１のフォトダイオードと略同一特性を有する
第２のフォトダイオードと、第２のフォトダイオード上
に形成された遮光膜からなる。

【００１７】また、本発明による光電変換装置は、光電
変換回路が、第１のフォトダイオードを初期化する第１
のスイッチ手段を備え、参照回路が、第２のフォトダイ
オードと、第２のフォトダイオードを初期化する第２の
スイッチ手段とを備え、第１及び第２のスイッチ手段の
動作タイミングを異ならせ、第２のフォトダイオードの
光電変換期間を第１のフォトダイオードの光電変換期間
よりも短くなるように構成される。

【００１８】また、本発明による光電変換装置は、第２
のフォトダイオードの光電変換期間が、第１のフォトダ
イオードの光電変換期間の０．０１％未満であるように
構成される。

【００１９】また、本発明による光電変換装置は、検出
信号の出力タイミングの異なる光電変換回路を２以上備
え、補正回路が、参照回路の検出信号に基づき、これら
の光電変換回路の検出信号の暗補正を順次に行うように
構成される。

【００２０】また、本発明による光電変換装置は、光電
変換回路を複数備え、第１のフォトダイオードを略直線
状に配置し、１０以上５０以下の光電変換回路ごとに参
照回路を配置して構成される。

【００２１】また、本発明による光電変換装置は、光電
変換回路及び参照回路が電流信号として検出信号を生成
し、補正回路が、参照回路の電流信号に等しい電流値を
カレントミラー回路を介して光電変換回路の電流信号か
ら減算するように構成される。

【００２２】また、本発明による光電変換装置は、検出
信号の出力タイミングの異なる光電変換回路を２以上備
え、補正回路が、１つの参照回路からの電流信号を増幅
し、２以上の光電変換回路の電流信号から減算する様に
構成される。

【００２３】また、本発明による光電変換装置は、光電
変換回路を複数備え、第１のフォトダイオードを略直線
状に配置し、４以上１６以下の光電変換回路ごとに上記
参照回路を配置して構成される。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明に
よる光電変換装置の一構成例を示した図である。この光
電変換装置は、光電変換回路１と、その出力トランジス
タＶｏｔ１と、参照回路２と、その出力トランジスタＶ
ｏｔ２と、差動回路３と、Ａ／Ｄ変換回路４と、デジタ
ル処理回路５により構成される。補正回路としての差動
回路３では、光電変換回路１の検出信号と、参照回路２
の出力信号との差分が求められ、この差分信号がＡ／Ｄ
変換回路４でデジタルデータに変換された後に、デジタ
ル処理回路５へ入力される。

【００２５】光電変換回路１の構成は、図１５に示した
光電変換回路１１と同一である。また、参照回路２の構
成も同一であるが、参照センサＳＲの受光面が遮光され
ている点で光電変換回路１の読取センサＳとは異なる。
差動回路３は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びＯＰアンプＡ１によ
り構成される一般的な差動増幅器である。

【００２６】この光電変換装置の動作について説明す
る。まず、初期化スイッチＡＳＷとＡＳＷＲをともにＯ
Ｎし、読取センサＳと参照センサＳＲに同じ初期化電圧
を印加した後、初期化スイッチを同じタイミングでＯＦ
Ｆする。

【００２７】初期化スイッチＡＳＷのＯＦＦ後に読取セ
ンサＳに光を当てると、光強度に応じた電荷が蓄積さ
れ、トランジスタＴＲ１のゲート電圧が変化し、トラン
ジスタＴＲのソース端子に電圧が与えられる。すなわ
ち、電圧電流変換手段としてのトランジスタＴＲがゲー
ト電圧を電流に変換し、この変換された電流が電流源Ｉ
へ流れ込む。トランジスタＴＲのゲート端子からソース
端子へのレベルシフト電圧は電流源Ｉによって規定さ
れ、トランジスタＴＲのソース端子に電圧が与えられ
る。

【００２８】一方、参照センサＳＲは光が当たらない状
態においても常に微少電流をリークしている。このた
め、初期化スイッチＡＳＷＲのＯＦＦ後に参照センサＳ
Ｒには光が当らないが、トランジスタＴＲＲのゲート電
圧は変動する。そして、光電変換回路１の場合と同様、
電流源ＩＲによって決まるゲート端子からソース端子へ
のレベルシフト電圧により、トランジスタＴＲＲのソー
ス端子に電圧が与えられる。

【００２９】次に、出力スイッチＳＷとＳＷＲを同じタ
イミングでＯＮする。この時、光電変換回路１の出力信
号が出力トランジスタＶｏｔ１のゲート電圧として与え
られ、増幅された信号が差動回路３の一方の入力端子へ
入力される。また、参照回路２の出力信号が出力トラン
ジスタＶｏｔ２のゲート電圧として与えられ、増幅され
た信号が差動回路３の他方の入力端子へ入力される。そ
して、差動回路３で、これらの増幅信号の電圧差が求め
られる。

【００３０】本実施の形態によれば、参照回路２が光電
変換回路１の非照射時における検出信号（すなわち、暗
出力）を生成することにより、リアスタイムに暗出力特
性を補正することができる。また、検出信号をＡ／Ｄ変
換する前のアナログ信号の状態で、暗出力補正を行って
いるため、検出信号が予め定められている補正範囲をは
ずれ、デジタル処理回路における桁落ち等の影響を受け
ることがない。さらに、光電変換回路１及び参照回路２
に同一特性又は略同一特性の光電変換素子を用い、両セ
ンサの出力信号の差分を求めることにより、光電変換素
子の温度特性を相殺することができる。

【００３１】実施の形態２．本実施の形態では、複数の
光電変換回路と複数の参照回路とを備えた光電変換装置
について説明する。図２及び図３は、本発明による光電
変換装置の一構成例を示した図である。図２は、ｎ個
（ｎは２以上）の読取センサＳ１〜Ｓｎが直線状に配置
され、これらの読取センサに１対１に対応する複数の参
照センサＳＲ１〜ＳＲｎが、各読取センサの近傍に直線
状に配置された様子を示した図であり、図３はその回路
構成を示した図である。

【００３２】破線で囲まれた光電変換回路１１は、図１
の光電変換回路１に相当し、この様な光電変換回路が読
取センサＳ１〜Ｓｎごとに設けられている。各光電変換
回路１１〜１ｎの出力する検出信号は、共通の出力トラ
ンジスタＶｏｔ１のゲート端子に入力される。

【００３３】また、破線で囲まれた参照回路２１は、図
１の参照回路２に相当し、この様な参照回路が参照セン
サＳＲ１〜ＳＲｎごとに設けられている。各参照回路２
１〜２ｎの出力信号は、共通の出力トランジスタＶｏｔ
２のゲート端子に入力される。

【００３４】各光電変換回路１１〜１ｎは、出力スイッ
チＳＷ１〜ＳＷｎを同時にＯＮさせない様にタイミング
を異ならせて順次にＯＮし、出力トランジスタＶｏｔ１
が各光電変換回路１１〜１ｎの検出信号を順次に増幅し
て出力する。同様にして、各参照回路２１〜２ｎは、出
力スイッチＳＷＲ１〜ＳＷＲｎを同時にＯＮさせない様
にタイミングを異ならせて順次にＯＮし、出力トランジ
スタＶｏｔ２が各参照回路２１〜２ｎの出力信号を順次
に増幅して出力する。この時、読取センサと参照センサ
の対応関係に基づき、光電変換回路の出力スイッチＳＷ
ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、対応する参照回路の出力スイッチ
ＳＷＲｉとを同一タイミングでＯＮすることにより、差
動回路３におけるアナログ差分演算により暗補正を行う
ことが出来る。

【００３５】本実施の形態によれば、複数の光電変換回
路と複数の参照回路とを備えた光電変換装置において、
より少ない出力トランジスタとＡ／Ｄ変換回路を用いて
も、読取センサＳ１の出力電圧と、その暗出力に相当す
る参照センサＳＲ１の出力電圧との差分を求めることが
でき、読取センサＳ１の暗補正が可能となる。また、読
取センサＳ１の温度変化も差分をとることで相殺でき
る。

【００３６】実施の形態３．本実施の形態では、複数の
光電変換回路と、光電変換回路よりも数の少ない参照回
路を備えた光電変換装置について説明する。図４は、本
発明による光電変換装置の一構成例を示した図であり、
ｎ個（ｎは２以上）の読取センサＳ１〜Ｓｎが直線状に
配置され、ｍ個（ｍ＜ｎ）の参照センサＳＲ１〜ＳＲｍ
が、各読取センサの近傍に直線状に配置された様子を示
した図である。なお、回路図は、ｎ個の光電変換回路１
１〜１ｎに対し、ｍ個の参照回路２１〜２ｍを備えてい
る点を除き、実施の形態２（図３）の場合と同様であ
る。

【００３７】各光電変換回路１１〜１ｎは、実施の形態
２の場合と同様、出力スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを同時に
ＯＮさせない様にタイミングを異ならせて順次にＯＮ
し、検出信号を順次に出力する。一方、参照回路２１〜
２ｍは必要に応じてそれぞれが複数回の出力を行い、総
出力回数がｎ回となる様にＳＷＲ１からＳＷＲｍをＯＮ
する。参照回路２１〜２ｍの各出力は、光電変換回路１
１〜１ｎの出力タイミングに同期して行われる。

【００３８】図５は、ｎ＝６、ｍ＝２の場合の光電変換
回路１１〜１６の出力タイミングと、参照回路２１、２
２の出力タイミングの一例を示した図である。この場
合、参照回路２１及び２２をそれぞれ３回ずつ出力させ
ればよい。すなわち、光電変換回路１１〜１３の出力ス
イッチＳＷ１〜ＳＷ３と同じタイミングで、参照回路２
１の出力スイッチＳＷＲ１をＯＮし、光電変換回路１４
〜１６の出力スイッチＳＷ４〜ＳＷ６と同じタイミング
で、参照回路２２の出力スイッチＳＷＲ２をＯＮすれば
よい。

【００３９】出力トランジスタＶｏｔ１は、光電変換回
路１１〜１６で共通し、出力トランジスタＶｏｔ２は、
参照回路２１、２２で共通しているため、差動回路３に
おいて、出力トランジスタＶｏｔ１、Ｖｏｔ２の出力電
圧差を求めれば、各読取センサＳ１〜Ｓ６について暗補
正を行うことができ、読取センサＳ１〜Ｓ６の温度変化
も相殺することができる。

【００４０】本実施の形態によれば、暗補正、温度補正
を行いつつ、参照センサの数ｍを読取センサの数ｎより
も少なくすることが出来る。このため、光電変換装置自
体のサイズを小さくすることができる。

【００４１】実施の形態４．本実施の形態では、実施の
形態３の光電変換装置における参照回路の数及びその配
置について更に説明する。図６は、暗出力のばらつきに
関する説明図である。図中の（ａ）は、９６個の読取セ
ンサＳ１〜Ｓ９６と２個の参照センサＳＲ１、ＳＲ２の
配置例を示しており、（ｂ）は読取センサの位置と暗出
力信号のばらつきの関係を示した図である。

【００４２】（ｂ）は、読取センサＳ１とＳ９６の暗出
力信号の間にΔＶのばらつきがあることを示している。
参照センサが１個（ＳＲ１のみ）の場合、同一参照セン
サＳＲ１の出力で全読取センサＳ１〜Ｓ９６の出力を暗
補正することになり、読取センサＳ１、Ｓ９６間の暗出
力のばらつきΔＶの影響を軽減することはできない。従
って、暗補正後の信号、すなわち、差動回路３の出力信
号は暗出力のばらつきΔＶに基づく誤差を含んでいる。

【００４３】ところが、２個の参照センサＳＲ１、ＳＲ
２を読取センサＳ１〜Ｓ９６に略均等に配置すると、暗
出力ばらつきは最大ΔＶ／２となる。このため、参照セ
ンサＳＲ１の出力で読取センサＳ１〜Ｓ４８の出力信号
を補正し、参照センサＳＲ２の出力で読取センサＳ４９
〜Ｓ９６の出力信号を補正すれば、全体として暗出力ば
らつきをΔＶ／２に縮小したのと等価になる。つまり、
参照センサを増加すると、暗出力ばらつきの影響を軽減
することができる。ただし、参照センサの増加は光電変
換装置全体の回路規模を増大させるため、暗出力のばら
つき軽減と回路規模の縮小とは相反する。

【００４４】図７は、参照回路の数ｍに対する光電変換
回路の数ｎの比（回路比）を変化させた場合における、
暗出力ばらつきと回路規模の変化の一例を示した図であ
る。横軸に回路比ｎ／ｍの対数をとり、回路規模を白丸
（○印）、暗出力ばらつきを黒丸（●印）でプロットし
ている。なお、読取センサを直線状に一列に配置し、参
照センサをその近傍に等間隔で配置した場合の例であ
る。

【００４５】この図では、回路比が１の場合に、回路規
模が最大となり、暗出力ばらつきが最小となっている。
そして、回路比が１０以上になると、回路規模は飽和す
る傾向にある。これに対し、暗出力ばらつきは増大しつ
づける。このため、回路比が１０以上の場合、望ましく
は、１０以上５０以下の場合に回路規模と暗出力ばらつ
きとが両立することがわかる。この範囲内で少なくとも
２以上の参照センサを配置すればよい。この様にすれ
ば、例えば、参照センサを２〜８個を配置することによ
り、読取センサが２０〜４００個の光電変換装置にまで
対応することができる。

【００４６】実施の形態５．本実施の形態では参照セン
サの受光部を遮光する構造について説明する。図８は、
読取センサ及び参照センサの配置例を示した図であり、
ｎ個の読取センサＳ１〜Ｓｎが略直線状に一列に配置さ
れ、これに平行となるようにｎ個の参照センサＳＲ１〜
ＳＲｎが略直線状に一列に配置されている。また、対応
する読取センサＳｉと参照センサＳＲｉが近接するよう
に配置されている（ｉ＝１〜ｎ）。

【００４７】これらの読取センサ及び参照センサは１つ
の半導体チップとして提供され、この半導体チップ表面
の参照センサＳＲ１〜ＳＲｎの配置部分に遮光膜を形成
することにより、参照センサＳＲ１〜ＳＲｎのみをマス
クすることができる。なお、本実施の形態では、実施の
形態２の場合を例に説明したが、他の実施の形態の場合
についても同様に適用できることはもちろんである。

【００４８】実施の形態６．本実施の形態では、参照回
路の動作タイミングの制御により、遮光膜を用いること
なく暗出力が得られる光電変換装置について説明する。
図９は、本発明による光電変換装置の動作の一例を示し
たタイミングチャートであり、ｎ個の光電変換回路及び
ｎ個の参照回路を備えた光電変換装置において、各光電
変換回路の初期化スイッチＡＳＷ１〜ＡＳＷｎと出力ス
イッチＳＷ１〜ＳＷｎ、各参照回路の初期化スイッチＡ
ＳＷＲ１〜ＡＳＷＲｎと出力スイッチＳＷＲ１〜ＳＷＲ
ｎの動作を示している。

【００４９】この図では、参照回路の出力スイッチＳＷ
Ｒ１〜ＳＷＲｎは、光電変換回路の出力スイッチＳＷ１
〜ＳＷｎに同期しているが、参照回路の初期化スイッチ
ＡＳＷＲ１〜ＡＳＷＲｎは光電変換回路の初期化スイッ
チＡＳＷ１〜ＡＳＷｎに同期していない。

【００５０】まず、光電変換回路１１の動作について説
明する。初期化スイッチＡＳＷ１が高レベルの期間に読
取センサＳ１へリセット電圧が印加される。その後に出
力スイッチＳＷ１が高レベルになるまでの期間が、光強
度に応じた電荷が読取センサＳ１に蓄積される蓄積期間
（光電変換期間）ｔｃである。蓄積された電荷は、出力
スイッチＳＷ１が高レベルの期間に検出信号として出力
トランジスタＶｏｔ１へ出力される。同様にして、出力
期間が重複しない様に光電変換回路１２〜１ｎの初期
化、蓄積、出力が順次に行われる。

【００５１】次に、参照回路２１の動作について説明す
る。出力スイッチＳＷＲ１は、対応する光電変換回路１
１の出力スイッチＳＷ１と同じタイミングで高レベルに
変化する。従って、参照回路２１は、光電変換回路１１
と同じタイミングで信号出力を行う。しかし、参照回路
２１では、出力スイッチＳＷＲ１が高レベルに変化する
直前に、初期化スイッチＡＳＷＲ１が高レベルに変化し
ているため、その蓄積時間（光電変換期間）ｔｃｒが、
光電変換回路の蓄積時間ｔｃに比べて十分に短い。

【００５２】この様に、初期化スイッチの動作タイミン
グのみを異ならせ、参照回路の蓄積時間ｔｃｒを極端に
短くすることにより、参照センサの受光部を遮光するこ
となく、等化的に暗出力を得て、暗補正動作を行わせる
ことができる。例えば、参照回路の蓄積時間ｔｃｒが、
蓄積時間ｔｃの約０．０１％以下まで短くすればよい。

【００５３】本実施の形態によれば、遮光膜を使用する
ことなく、暗出力を得ることができるため、光電変換装
置の製造工程を１工程減らすことができる。また、遮光
膜の形成位置のずれ等による不具合が発生しないので、
歩留まりを向上できる。なお、本実施の形態では、実施
の形態２の場合を例に説明したが、他の実施の形態の場
合についても同様に適用できることはもちろんである。

【００５４】実施の形態７．本実施の形態では、カレン
トミラー回路を用いて電流信号の差分演算を行う光電変
換装置について説明する。図１０は、本発明による光電
変換装置の一構成例を示した図である。図中の１１が光
電変換回路、２１が参照回路、３１が補正回路、Ａがア
ンプである。この光電変換装置が、光電変換回路、参照
回路及び補正回路のセットを複数備える場合には、各光
電変換回路の出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２…が共通のア
ンプＡに入力される。

【００５５】光電変換回路１１は、電圧電流変換手段と
してのトランジスタＴＲ１によって、フォトダイオード
センサＳ１からの電圧信号が電流信号に変換され、その
一部はトランジスタＴＲａ、ＴＲｂからなるカレントミ
ラー回路へ入力される。トランジスタＴＲｃはダイオー
ド接続された電流電圧変換手段であり、カレントミラー
回路の電流信号を電圧信号に変換する。Ｃ１は蓄積コン
デンサであり、蓄積スイッチＳＷｃがＯＮの場合にトラ
ンジスタＴＲｃの出力電圧に基づき電荷が蓄積され、出
力スイッチＳＷ１がＯＮの場合にアンプＡへ電圧信号を
出力する。

【００５６】図１１は、この光電変換回路１１の動作の
一例を示したタイミングチャートである。初期化スイッ
チＡＳＷ１をＯＮして読取センサＳ１にリセット電圧を
印加した後、初期化スイッチＡＳＷ１をＯＦＦして読取
センサＳ１に光を照射すると、光電効果が生じてトラン
ジスタＴＲ１のゲート電圧が変動する。

【００５７】トランジスタＴＲ１はゲート電圧の変動に
応じてドレイン電流を変化させ、ダイオード接続されて
いるトランジスタＴＲａに電流を与える。トランジスタ
ＴＲａとトランジスタＴＲｂはゲートを共通化してカレ
ントミラー接続されているため、トランジスタＴＲａの
ドレイン−ソース間に流れる電流とトランジスタＴＲｂ
のドレイン−ソース間に流れる電流は等しくなる。

【００５８】トランジスタＴＲｂに流れる電流はダイオ
ード接続されたトランジスタＴＲｃによって電流電圧変
換され、光照射前にＯＮされた蓄積スイッチＳＷｃを介
して蓄積コンデンサＣ１に電圧として保持される。蓄積
期間の経過後に蓄積スイッチＳＷｃをＯＦＦすることに
より、コンデンサＣ１がトランジスタＴＲｃから切り離
され、出力スイッチＳＷ１をＯＮすることにより蓄積コ
ンデンサＣ１に保持された電圧がアンプＡに出力され
る。

【００５９】この様な光電変換回路が複数ある場合に
は、各光電変換回路の出力スイッチＳＷ１、ＳＷ２…を
順次にＯＮすることで、共通のアンプＡ及びＡ／Ｄ変換
回路４を介して、各光電変換回路の検出信号をデジタル
処理回路５へ出力することできる。

【００６０】参照回路２１は、遮光されたフォトダイオ
ードセンサＳＲ１と、初期化スイッチＡＳＷＲ１と、電
圧電流変換手段としてのトランジスタＴＲＲ１とを備え
て構成される。初期化スイッチＡＳＷＲ１は、光電変換
回路１１の初期化スイッチＡＳＷ１と同一タイミングで
動作し、トランジスタＴＲＲ１が、参照センサＳＲ１の
生成する電圧信号（暗出力）を電流信号に変換して補正
回路３へ出力する。

【００６１】補正回路３１は、トランジスタＴＲｘ１、
ＴＲｙ１のカレントミラー接続を備え、光電変換回路１
１の電流値から参照回路２の電流値を引き算する様に、
光電変換回路１１と参照回路２１に接続される。すなわ
ち、ダイオード接続されたトランジスタＴＲｘ１のゲー
ト端子と、トランジスタＴＲｙ１のゲート端子を接続し
て構成されるカレントミラー回路を備え、トランジスタ
ＴＲｘ１のドレイン端子へ参照回路２１の電流信号が流
れ込み、この電流信号と電流値の等しい電流を光電変換
回路１１からトランジスタＴＲｙのドレイン端子へ流し
込む。このため、トランジスタＴＲ１、ＴＲＲ１の出力
電流の差分が、カレントミラー回路ＴＲａ、ＴＲｂへ入
力されることになる。

【００６２】本実施の形態では、電圧信号である読取セ
ンサＳ１及び参照センサＳＲ１の出力信号を電流信号に
変換し、電流信号の差分演算として暗補正処理を行って
いる。この様にして暗補正時の出力信号を電流で扱うこ
とにより、電圧で扱う場合に比べ、動作速度を高めるこ
とができ、光電変換装置の読取時間を短縮することが出
来る。

【００６３】実施の形態８．本実施の形態では、実施の
形態７の光電変換装置において、１つの参照センサを用
いて２以上の読取センサの暗補正を行う場合について説
明する。図１２は、本発明による光電変換装置の一構成
例を示した図である。図中の１１、１２、１３、１４…
は光電変換回路、２１、２２…は参照回路、３１、３２
は補正回路であり、２つの光電変換回路に対して１つの
参照回路及び１つの補正回路が配置されている。

【００６４】光電変換回路１１、１２の初期化スイッチ
ＡＳＷ１、ＡＳＷ２は、同一タイミングでＯＮ、ＯＦＦ
され、対応する参照回路１１の初期化スイッチＡＳＷＲ
１もこれらと同一タイミングでＯＮ、ＯＦＦされる。参
照センサＳＲ１は遮光されているため、初期化スイッチ
ＡＳＷＲ１のＯＦＦ後、トランジスタＴｒｘ１には暗レ
ベルのドレイン電流が流れる。

【００６５】ここでは、２つの光電変換回路１１、１２
（２画素の読取センサＳ１、Ｓ２）に対し１つの参照回
路２１（１画素の参照センサＳＲ１）が配置されてい
る。このため、トランジスタＴＲｙ１に流れる電流が、
参照センサＳＲ１の暗レベル電流（すなわち、ＴＲｘ１
のドレイン電流）の約２倍となる様にトランジスタＴＲ
ｙ１の電流増幅率を設定すれば、読取センサＳ１、Ｓ２
の明レベル電流を流すトランジスタＴＲ１、ＴＲ２のド
レイン電流から、それぞれ暗電流分ＩＭＳ１、ＩＭＳ２
（ＩＭＳ１＝ＩＭＳ２）をそれぞれ引算し、暗補正を行
うことができる。

【００６６】図１３は、本発明による光電変換装置の他
の構成例を示した図である。この光電変換装置は、４つ
の光電変換回路に対して１つの参照回路を配置してい
る。読取センサの４画素毎に参照センサを１画素配置す
る場合、カレントミラー接続されたトランジスタＴＲｙ
１の電流増幅率をトランジスタＴＲｘ１の電流増幅率の
４倍に設定すれば、光電変換回路１１〜１４の明レベル
電流を流すトランジスタ（不図示）のドレイン電流から
ＩＭＳ１〜ＩＭＳ４（ＩＭＳ１＝ＩＭＳ２＝ＩＭＳ３＝
ＩＭＳ４）をそれぞれ引算することで暗補正を行うこと
ができる。

【００６７】つまり、読取センサとこれに対応する参照
センサの比率に応じて、各補正回路３１、３２…のトラ
ンジスタＴＲｙ１、ＴＲｙ２…の電流増幅率を設定する
ことにより、暗補正動作が可能となる。

【００６８】本実施の形態によれば、複数の光電変換回
路に１つの参照回路及び補正回路を対応させて配置し、
補正回路におけるカレントミラー接続されたトランジス
タの電流増幅率を参照回路と光電変換回路の比より決定
することにより、少ない参照回路を用いて暗補正を行う
ことができる。

【００６９】実施の形態９．本実施の形態では、実施の
形態８の光電変換装置における参照回路の数及びその配
置について更に説明する。図１４は、参照回路の数ｍに
対する光電変換回路の数ｎの比（回路比）を変化させた
場合における、暗出力ばらつきと回路規模の変化の一例
を示した図である。横軸に回路比ｎ／ｍの対数をとり、
回路規模を白丸（○印）、暗出力ばらつきを黒丸（●
印）でプロットしている。なお、読取センサを直線状に
一列に配置し、参照センサをその近傍に等間隔で配置し
た場合の例である。

【００７０】この図では、回路比が１の場合に、回路規
模が最大となり、暗出力ばらつきが最小となっている。
そして、回路規模が大きくなるほど、暗出力ばらつきが
増大する一方、回路規模は、回路比が８以上で飽和し、
回路比が４の場合にその約５０％まで減少する傾向があ
る。このため、回路比が４以上の場合、望ましくは、４
以上１６以下の場合に回路規模と暗出力ばらつきとが両
立することがわかる。つまり、光電変換センサ４〜１６
画素ごとに参照センサ１画素を配置すればよい。

【００７１】

【発明の効果】本発明による光電変換装置は、参照回路
の検出信号に基づき光電変換回路の検出信号の暗補正を
行う補正回路を備えることにより、暗出力ばらつきを補
正することができる。また、暗出力の温度変化を相殺す
るので画像品質を維持することができる。

【００７２】また、本発明による光電変換装置は、２以
上の光電変換素子より少なく参照画素を設けることによ
り、光電変換装置（半導体装置の場合にはチップサイ
ズ）を小型化でき、歩留まりを向上させることができ
る。

【００７３】また、本発明による光電変換装置は、１０
以上５０以下の光電変換回路ごとに参照回路を配置する
ことにより、暗出力ばらつきと回路規模とを両立させる
ことができる。

【００７４】また、本発明による光電変換装置は、参照
回路の光電変換期間を光電変換回路の光電変換期間より
も短くすることにより、参照画素を遮光する工程を削減
することができる。また、遮光膜の位置ずれ等による不
具合が発生しないため、歩留まりを向上させることがで
きる。

【００７５】また、本発明による光電変換装置は、光電
変換回路及び参照回路の電流信号の差分により暗補正を
行うため、動作速度を高めることができ、光電変換装置
の読取時間を短縮することが出来る。

【００７６】また、本発明による光電変換装置は、４以
上１６以下の光電変換回路ごとに参照回路を配置するこ
とにより、暗出力ばらつきと回路規模とを両立させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光電変換装置の一構成例を示し
た図である。（実施の形態１）

【図２】本発明による光電変換装置の一構成例を示し
た図であり、読取センサ及び参照センサの配置を示した
図である。（実施の形態２）

【図３】図２に示した光電変換装置の回路構成例を示
した図である。

【図４】本発明による光電変換装置の一構成例を示し
た図であり、読取センサと、これよりも少ない参照セン
サの配置を示した図である。（実施の形態３）

【図５】６個の光電変換回路と、これに対応する２個
の参照回路の出力タイミングの一例を示した図である。

【図６】暗出力のばらつきに関する説明図であり、
（ａ）は、読取センサと参照センサの配置例を示してお
り、（ｂ）は読取センサの位置と暗出力信号のばらつき
の関係を示した図である。（実施の形態４）

【図７】参照回路に対する光電変換回路の比を変化さ
せた場合における、暗出力ばらつきと回路規模の変化の
一例を示した図である。

【図８】受光部が遮光された参照センサの一例を示し
た図である。（実施の形態５）

【図９】遮光膜を用いない本発明による光電変換装置
の動作の一例を示したタイミングチャートである。（実
施の形態６）

【図１０】カレントミラー回路を用いた本発明による
光電変換装置の一構成例を示した図である。（実施の形
態７）

【図１１】図１０に示した光電変換回路１の動作の一
例を示したタイミングチャートである。

【図１２】カレントミラー回路を用い、読取センサよ
りも少ない参照センサを備えた本発明による光電変換装
置の一構成例を示した図でありる。（実施の形態８）

【図１３】本発明による光電変換装置の他の構成例を
示した図である。

【図１４】カレントミラー回路を用いた本発明による
光電変換装置において、参照回路に対する光電変換回路
の比を変化させた場合における、暗出力ばらつきと回路
規模の変化の一例を示した図である。（実施の形態９）

【図１５】従来の光電変換装置の構成を示した図であ
る。

【図１６】フォトダイオードセンサの温度−暗出力特
性の一例を示した図である。

【図１７】異なる温度Ｔ０、Ｔ１における検出信号の
一例を示した図である。

【符号の説明】

１１〜１ｎ光電変換回路Ｓ１〜Ｓｎ第１のフォトダイオード（読取セ
ンサ）ＡＳＷ１〜ＡＳＷｎ初期化スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ出力スイッチ２１〜２ｎ参照回路ＳＲ１〜ＳＲｎ第２のフォトダイオード（参照セ
ンサ）ＡＳＷＲ１〜ＡＳＷＲｎ初期化スイッチＳＷＲ１〜ＳＷＲｎ出力スイッチ３１〜３ｎ補正回路４Ａ／Ｄ変換回路５デジタル処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射光を光電変換し検出信号を生成する
第１のフォトダイオードからなる光電変換回路と、非照
射時における光電変換回路の検出信号を生成する参照回
路と、参照回路の検出信号に基づき光電変換回路の検出
信号の暗補正を行う補正回路とを備えた光電変換装置。
【請求項２】上記補正回路が、光電変換回路の検出信
号及び参照回路の検出信号が入力される差動回路を備
え、光電変換回路及び参照回路が検出信号を同期して出
力する請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】上記参照回路が、第１のフォトダイオー
ドと略同一特性を有する第２のフォトダイオードと、第
２のフォトダイオード上に形成された遮光膜からなる請
求項１又は２に記載の光電変換装置。
【請求項４】上記光電変換回路が、第１のフォトダイ
オードを初期化する第１のスイッチ手段を備え、上記参
照回路が、第２のフォトダイオードと、第２のフォトダ
イオードを初期化する第２のスイッチ手段とを備え、第
１及び第２のスイッチ手段の動作タイミングを異なら
せ、第２のフォトダイオードの光電変換期間を第１のフ
ォトダイオードの光電変換期間よりも短くする請求項２
に記載の光電変換装置。
【請求項５】第２のフォトダイオードの光電変換期間
が、第１のフォトダイオードの光電変換期間の０．０１
％以下である請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】検出信号の出力タイミングの異なる上記
光電変換回路を２以上備え、上記補正回路が、上記参照
回路の検出信号に基づき、これらの光電変換回路の検出
信号の暗補正を順次に行う請求項１から５のいずれかに
記載の光電変換装置。
【請求項７】上記光電変換回路を複数備え、第１のフ
ォトダイオードを略直線状に配置し、１０以上５０以下
の光電変換回路ごとに上記参照回路を配置する請求項６
に記載の光電変換装置。
【請求項８】上記光電変換回路及び参照回路が電流信
号として検出信号を生成し、上記補正回路が、参照回路
の電流信号に等しい電流値をカレントミラー回路を介し
て光電変換回路の電流信号から減算する請求項１から５
のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項９】検出信号の出力タイミングの異なる上記
光電変換回路を２以上備え、上記補正回路が、１つの参
照回路からの電流信号を増幅し、２以上の光電変換回路
の電流信号から減算する請求項８に記載の光電変換装
置。
【請求項１０】上記光電変換回路を複数備え、第１の
フォトダイオードを略直線状に配置し、４以上１６以下
の光電変換回路ごとに上記参照回路を配置する請求項９
に記載の光電変換装置。