JP2010166162A - リニアセンサ及び画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力信号の線形性が低下することを防止することができるリニアセンサ及びそれを備えた画像読み取り装置を提供すること。
【解決手段】所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレインを有し、光が入射しない状態であっても光電変換部１０の光電変換時間以下の時間で前記所定電荷量の信号電荷が蓄積される基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃと、基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃから出力される信号電荷を第２転送部１３ｂに出力する複数の第２の垂直転送部１７と備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、１次元的な画像情報を時系列的な電気信号として出力するＣＣＤ（charge coupled device）型のリニアセンサ及びそれを備えた画像読み取り装置に関する。

従来より、入射光に応じた量の信号電荷を蓄積する光電変換部が１次元方向に配列されたセンサ列を有し、各光電変換部からの信号電荷をＣＣＤ電荷転送方式によって出力部に転送する水平転送部を有するＣＣＤリニアセンサが知られている。このＣＣＤリニアセンサは、ラインセンサとも呼ばれ、１次元的な画像情報を時系列的な電気信号として出力するセンサであり、コピー、ファクシミリ、パターン認識及び各種計測などに内蔵される画像読み取り装置に組み込まれる。

以下、図面を用いて従来のＣＣＤリニアセンサを説明する。図８は従来のＣＣＤリニアセンサの構造を示す図である。

図８に示す従来のＣＣＤリニアセンサ１００では、複数の光電変換部を有するセンサ列１０２、読み出しゲート１０３、水平転送部１０４、出力部１０５を有しており、ドキュメント等の読み取り対象の読み取りをセンサ列１０２により１ライン毎に行う。すなわち、読み取り対象に対してＣＣＤリニアセンサ１００の位置をずらしながら、読み取り対象の１ライン毎に、読み出しゲート１０３を動作させてセンサ列１０２から信号電荷を水平転送部１０４を介して出力部１０５に転送して電気信号に変換し出力している。また、出力部１０５では、信号電荷を電圧信号に変換する電荷−電圧変換部に加え、さらに、電荷−電圧変換部から出力される電圧信号を基準電圧でクランプして光学的黒レベルを再生するクランプ部及び基準電圧を生成する基準電圧生成部が設けられている。

ところで、画像読み取り装置では小型化が図られており、ＣＣＤリニアセンサに対する小型化の要請も強い。そこで、従来のＣＣＤリニアセンサでは、ＣＣＤエリアセンサなどのような光学的黒画素を設ける代わりに、ダミーレジスタが設けられている（特許文献１参照）。すなわち、図８に示すように、読み出しゲート１０３に隣接した第１転送部１０４ａの一端に第２転送部１０４ｂを連結し、第２転送部１０４ｂのレジスタ（ダミーレジスタ）で生じる電荷に応じた電圧信号(ダミーレジスタ信号)に基づいて基準電圧を生成している。

特開平６−２２５２２１号公報

しかし、従来のＣＣＤリニアセンサでは、光学的黒画素を設けていないために、センサ列の光電変換部で発生する暗時出力成分を加味できない。従って、クランプ部の基準電圧がずれてしまい、クランプ部での飽和出力のマージンが少なくなり、線形性が悪くなってしまっていた。

そこで、本発明は、出力信号の線形性が低下することを防止することができるリニアセンサ及びそれを備えた画像読み取り装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１次元方向に配列された複数の光電変換部を有するセンサ列と、前記センサ列の光電変換部毎に設けられ、当該光電変換部から出力される信号電荷を前記センサ列の配列方向と直交する方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部に隣接した第１転送部と、前記第１転送部の一端に連結された第２転送部とを備え、前記垂直転送部から出力された信号電荷を前記第１転送部を介して前記第２転送部から出力する水平転送部と、前記水平転送部から出力された信号電荷を電圧信号に変換して出力する電荷−電圧変換部と、所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレインを有し、光が入射しない状態であっても前記光電変換部の光電変換時間以下の時間で前記所定電荷量の信号電荷が蓄積される基準電圧用光電変換部と、前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記第２転送部に出力する第２の垂直転送部とを有するリニアセンサとした。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニアセンサにおいて、前記電荷−電圧変換部から出力される電圧信号を基準電圧でクランプして、前記電圧信号のオフセット電圧を前記基準電圧に合せるクランプ部と、前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を調整する基準電圧調整部と、を有することとした。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のリニアセンサにおいて、前記所定電荷量の異なる複数の前記基準電圧用光電変換部と複数の前記第２の垂直転送部とを備え、前記基準電圧生成部は、前記複数の基準電圧用光電変換部のうちいずれか一つから出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を生成することとした。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のリニアセンサにおいて、光学的黒レベルに対応した信号電荷を発生するために遮光された光学的黒レベル出力用光電変換部を備え、前記基準電圧生成部は、前記複数の基準電圧用光電変換部及び光学的黒レベル出力用光電変換部のうちいずれか一つから出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を生成することとした

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアセンサにおいて、前記第２転送部はＬ字状に形成され、前記基準電圧用光電変換部は、前記第１転送部と前記第２転送部との間隙に配置することとした。

また、請求項６に記載の発明は、リニアセンサと、前記リニアセンサを移動するセンサ駆動機構と、前記リニアセンサに制御信号を出力する制御部と、前記リニアセンサから出力される信号に基づいて画像データを生成する画像処理部とを備え、前記リニアセンサは、１次元方向に配列された複数の光電変換部を有するセンサ列と、前記センサ列の光電変換部毎に設けられ、当該光電変換部から出力される信号電荷を前記センサ列の配列方向と直交する方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部に隣接した第１転送部と、前記第１転送部の一端に連結された第２転送部とを備え、前記垂直転送部から出力された信号電荷を前記第１転送部を介して前記第２転送部から出力する水平転送部と、前記水平転送部から出力された信号電荷を電圧信号に変換して出力する電荷−電圧変換部と、所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレインを有し、光が入射しない状態であっても前記光電変換部の光電変換時間以下の時間で前記所定電荷量の信号電荷が蓄積される基準電圧用光電変換部と、前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記第２転送部に出力する第２の垂直転送部と、前記電荷−電圧変換部から出力される電圧信号を基準電圧でクランプして、前記電圧信号のオフセット電圧を前記基準電圧に合せるクランプ部と、前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を調整する基準電圧調整部とを有する画像読み取り装置とした。

本発明によれば、出力信号の線形性が低下することを防止することができることができるリニアセンサ及びそれを備えた画像読み取り装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における画像読み取り装置の概略構成例を示す図である。 リニアセンサの読み取り方向を説明するための図である。 リニアセンサの構成を示す図である。 基準電圧用光電変換部の構成を示す図である。 クランプ部及び基準電圧調整部の構成を示す図である。 基準電圧調整部の機能を説明するための図である。 他のＣＣＤリニアセンサの構成を示す図である。 従来のＣＣＤリニアセンサの構造を示す図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．画像読み取り装置の構成の概要
２．ＣＣＤリニアセンサの構成
３．出力回路のクランプ部及び基準電圧調整部の構成
４．クランプ部の基準電圧の調整方法
５．他のＣＣＤリニアセンサの実施形態

［１．画像読み取り装置の構成の概要］
まず、本実施形態の画像読み取り装置の概略構成について説明する。図１は本実施形態の画像読み取り装置の概略構成例を示す図、図２は本実施形態のリニアセンサの読み取り方向を説明するための図である。

図１に示すように、画像読み取り装置（スキャナ）Ｓは、ＣＣＤリニアセンサ１（以下、「リニアセンサ１」とする）、リニアセンサ駆動機構２、ガラス台３、画像処理部４、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路５、制御部６を備えている。また、図示しないが画像読み取り装置Ｓには、原稿８を連続的にガラス台３上に配置する自動給紙機構を備えている。

この画像読み取り装置Ｓには、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）７が接続ケーブルを介して接続されており、画像読み取り装置ＳはＰＣ７からの要求に応じてガラス台３に載置された原稿８の読み取りを行う。Ｉ／Ｆ回路５は、ＰＣ７との接続を可能にするものであり、本実施形態では、画像読み取り装置ＳからＰＣ７にデータを高速で転送するため、ＩＥＥＥ１３９４に対応したものが用いられるが、ＵＳＢに対応したものなどを用いてもよい。

ＰＣ７は、画像読み取り装置Ｓを制御するためのドライバソフトと、画像読み取り装置ＳからＰＣ７に対して転送される画像データを記憶し、当該画像データに基づき、画像を表示するためのアプリケーションソフトとが予めインストールされている。

そして、画像読み取り装置Ｓを利用するユーザは、ＰＣ７を用いて次のように原稿８を画像読み取り装置Ｓによって読み取る。

まず、自動給紙機構に画像を読み取る対象である原稿８を入れる。その後、ＰＣ７を制御して、ＰＣ７から画像読み取り装置Ｓへ制御信号を出力して画像読み取り装置Ｓに読み取り動作を開始させる。画像読み取り装置Ｓの制御部６は、自動給紙機構を制御して、原稿台であるガラス台３上に原稿８を載置する。また、画像読み取り装置Ｓの制御部６は、リニアセンサ１に転送パルスなどの制御信号を出力し、さらにリニアセンサ駆動機構２を動作させて、リニアセンサ１を副走査方向（Ｘ方向）に移動させる。

これにより、リニアセンサ１からは主走査方向（Ｙ方向）のライン（以下、「水平ライン」とする）の画像信号が画像処理部４に順次出力され、画像処理部４では水平ライン毎の画像信号に基づいて画像データを生成して、Ｉ／Ｆ回路５を介してＰＣ７へ出力する。なお、リニアセンサ１から出力される水平ライン毎の画像信号は、１次元的な画像情報を時系列的な電気信号としたものであり、リニアセンサ１の各光電変換部１０の信号電荷に応じた電圧信号である画素信号が１水平ライン分連続したものである。

そして、リニアセンサ１は、図２に示すように、副走査方向（Ｘ方向）にｔ１，ｔ２，ｔ３という様に移動しながら、水平ライン毎に信号電荷の蓄積、転送、出力という動作を繰り返して、原稿８全体の画像情報を取得する。

［２．リニアセンサ１の構成］
以下、リニアセンサ１についてその構成について説明する。図３は本実施形態におけるリニアセンサ１の構成を示す図、図４は基準電圧用光電変換部の構成を示す図である。

図３に示すように、リニアセンサ１は、センサ列１１、複数の第１垂直転送部１２、水平転送部１３、出力部１５を備えている。

センサ列１１は、１次元方向に配列された複数の光電変換部１０を有しており、入射する光を各光電変換部１０により信号電荷に変換して蓄積する。光電変換部１０は、例えばフォトダイオード、読み出しゲートなどを含んで構成され、制御部６から読み出しゲート信号φＲＯＧが入力されることによって、フォトダイオードに蓄積した信号電荷を出力する。

第１垂直転送部１２は、センサ列１１の光電変換部１０毎に設けられ、当該光電変換部１０から出力される信号電荷をセンサ列１１の配列方向（Ｙ方向）と直交する方向に転送する。各第１垂直転送部１２は、第１垂直転送レジスタ１２ａと、第２垂直転送レジスタ１２ｂとから構成され、第１及び第２垂直転送レジスタ１２ａ，１２ｂ上にはそれぞれ電極が形成されて制御部６から垂直転送パルスφＶ１，φＶ２が印加される。この垂直転送パルスφＶ１，φＶ２により第１及び第２垂直転送レジスタ１２ａ，１２ｂのポテンシャルが変化し、光電変換部１０からの信号電荷の読み出し及び水平転送部１３への転送が行われる。

水平転送部１３は、第１垂直転送部１２に隣接した第１転送部１３ａと、第１転送部１３ａの一端に連結された第２転送部１３ｂとを備え、第１垂直転送部１２で読み出した信号電荷を第１転送部１３ａを介して第２転送部１３ｂから出力する。水平転送部１３は、交互に配置される第１水平転送レジスタ１４ａと第２水平転送レジスタ１４ｂとから構成され、第１及び第２水平転送レジスタ１４ａ，１４ｂ上にはそれぞれ電極が形成されて制御部６から水平転送パルスφＨ１，φＨ２が印加される。この水平転送パルスφＨ１，φＨ２により第１及び第２水平転送レジスタ１４ａ，１４ｂのポテンシャルが変化し、出力部１５への転送が行われる。

また、第２転送部１３ｂは、Ｌ字状に形成される。すなわち、第２転送部１３ｂは、第１転送部１３ａの一端に連結され、第１転送部１３ａの延在方向（Ｙ方向）と略直交する転送部１３ｂ１と、第１転送部１３ａの延在方向と略平行に延在し、転送部１３ｂ１の一端と連結される転送部１３ｂ２とから構成される。

センサ列１１と水平転送部１３との間に第１垂直転送部１２を設け、第２転送部１３ｂをＬ字状に形成することによって、センサ列１１の長さ方向（Ｙ方向）のサイズとほぼ同じ長さでリニアセンサ１を形成することができ、リニアセンサ１の小型化を図っている。

出力部１５は、出力ゲート部２０、電荷−電圧変換部として機能するフローティングディフュージョン（ＦＤ）部２１、ＦＤ部２１に隣接して設けられたリセットゲート部２２及びリセットドレイン２３、ＦＤ部２１に接続された出力回路２４を有している。水平転送部１３から転送される信号電荷は、ＦＤ部２１によって電圧信号に変換され、出力回路２４により増幅され、さらに基準電圧でクランプされて画像信号として出力される。

以上のように構成されたリニアセンサ１は、制御部６から出力される制御信号φＲＯＧ，φＶ１，φＶ２，φＨ１，φＨ２に基づいて、出力部１５から画像信号が出力される。すなわち、制御部６は読み出しゲート信号φＲＯＧにより、センサ列１１の光電変換部１０から第１垂直転送部１２へ信号電荷を出力する。次に、制御部６は垂直転送パルスφＶ１，φＶ２により、第１垂直転送部１２で光電変換部１０から出力された信号電荷をセンサ列１１の配列方向（Ｙ方向）と直交する方向に転送する。次に、制御部６は水平転送パルスφＨ１，φＨ２により、第１垂直転送部１２から出力された信号電荷を水平転送部１３により出力部１５に転送し、出力部１５により光電変換し、増幅し、基準電圧でクランプして画像信号として出力する。

さらに、本実施形態におけるリニアセンサ１では、後述するクランプ用コンデンサＣ１に印加する差電圧を調整可能とするために、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃ、複数の第２垂直転送部１７、第３垂直転送部１８を設けている。

第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃは、所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレインを有し、光が入射しない状態であっても光電変換部１０の光電変換時間以下の時間で所定電荷量の信号電荷が蓄積される光電変換部である。なお、「光電変換部１０の光電変換時間」とは、リニアセンサ１が原稿８の１水平ライン分を読み取る時間である。

第１基準電圧用光電変換部１６ａは、図４（ａ）に示すように、フォトダイオード５０ａ、読み出しゲート（ＲＯＧ）５１ａ、オーバーフローバリア（ＯＦＢ）５２ａ、オーバーフロードレイン（ＯＦＤ）５３ａを有している。フォトダイオード５０ａは、ＦＤ部２１で電圧変換したときに、０．１Ｖとなる信号電荷を光電変換部１０の光電変換時間以下の時間で蓄積し、それ以上の信号電荷をオーバーフローバリア５２ａを介して、オーバーフロードレイン５３ａに掃き出す。すなわち、第１基準電圧用光電変換部１６ａは、ＦＤ部２１で電圧変換したときに、０．１Ｖとなる信号電荷を蓄積して出力する。

第２基準電圧用光電変換部１６ｂは、図４（ｂ）に示すように、フォトダイオード５０ｂ、読み出しゲート（ＲＯＧ）５１ｂ、オーバーフローバリア（ＯＦＢ）５２ｂ、オーバーフロードレイン（ＯＦＤ）５３ｂを有している。フォトダイオード５０ｂは、ＦＤ部２１で電圧変換したときに、０．３Ｖとなる信号電荷を光電変換部１０の光電変換時間以下の時間で蓄積し、それ以上の信号電荷をオーバーフローバリア５２ｂを介して、オーバーフロードレイン５３ｂに掃き出す。すなわち、第２基準電圧用光電変換部１６ｂは、ＦＤ部２１で電圧変換したときに、０．３Ｖとなる信号電荷を蓄積して出力する。

第３基準電圧用光電変換部１６ｃは、図４（ｃ）に示すように、フォトダイオード５０ｃ、読み出しゲート（ＲＯＧ）５１ｃ、オーバーフローバリア（ＯＦＢ）５２ｃ、オーバーフロードレイン（ＯＦＤ）５３ｃを有している。フォトダイオード５０ｃは、ＦＤ部２１で電圧変換したときに、０．５Ｖとなる信号電荷を光電変換部１０の光電変換時間以下の時間で蓄積し、それ以上の信号電荷をオーバーフローバリア５２ｃを介して、オーバーフロードレイン５３ｃに掃き出す。すなわち、第３基準電圧用光電変換部１６ｃは、ＦＤ部２１で電圧変換したときに、０．５Ｖとなる信号電荷を蓄積して出力する。

このように第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃによって、０．１Ｖ，０．３Ｖ，０．５Ｖとなる信号電荷を第２垂直転送部１７及び水平転送部１３を介して出力部１５に出力可能としている。

第２垂直転送部１７は、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃのぞれぞれに対して設けられ、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃから信号電荷を読み出す。各第２垂直転送部１７は、第１垂直転送レジスタ１７ａと、第２垂直転送レジスタ１７ｂとから構成され、第１及び第２垂直転送レジスタ１７ａ，１７ｂ上にはそれぞれ電極が形成されて制御部６から垂直転送パルスφＶ１，φＶ２が印加される。この垂直転送パルスφＶ１，φＶ２により第１及び第２垂直転送レジスタ１７ａ，１７ｂのポテンシャルが変化し、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃからの信号電荷の読み出し及び水平転送部１３への転送が行われる。

第３垂直転送部１８は、光電変換部１０にも第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃにも隣接していないダミーの垂直転送部である。第３垂直転送部１８は、第１垂直転送レジスタ１８ａと、第２垂直転送レジスタ１８ｂとから構成され、第１及び第２垂直転送レジスタ１８ａ，１８ｂ上にはそれぞれ電極が形成されて制御部６から垂直転送パルスφＶ１，φＶ２が印加される。この垂直転送パルスφＶ１，φＶ２により第１及び第２垂直転送レジスタ１８ａ，１８ｂのポテンシャルが変化し、第１及び第２垂直転送レジスタ１８ａ，１８ｂに生じた電荷を出力する。なお、第１垂直転送部１２、第２垂直転送部１７及び第３垂直転送部１８は同等の構成である。

［３．出力回路のクランプ部及び基準電圧調整の構成］
ここで、出力回路２４におけるクランプ部２４ａ及び基準電圧調整部２４ｂの構成を説明する。図５にクランプ部及び基準電圧調整部の構成を示す。

図５に示すように、出力回路２４は、リニアセンサ１から出力される電圧信号を基準電圧Ｖｒｅｆでクランプするクランプ部２４ａ、基準電圧Ｖｒｅｆを調整する基準電圧調整部４２ｂなどを有している。

クランプ部２４ａは、ソースフォロア（Ｓ／Ｆ）回路３１，３３、インバータ（ＩＮＶ）回路３２、クランプ用コンデンサＣ１が設けられる。そして、ＦＤ部２１から出力される電圧信号を入力端子Ｖｉｎから入力し、Ｓ／Ｆ回路３１で増幅した後、クランプ用コンデンサＣ１の両端に印加されている基準電圧Ｖｒｅｆで信号をクランプする（基準電圧Ｖｒｅｆに信号を重畳する）。また、基準電圧Ｖｒｅｆでクランプされた信号をＩＮＶ回路３２で反転した後、Ｓ／Ｆ回路３３で増幅し、出力端子Ｖｏｕｔから出力する。なお、Ｓ／Ｆ回路３１，３３、ＩＮＶ回路３２は、電源電圧ＶＤＤと接地電圧ＧＮＤに接続されて電源供給される。

基準電圧調整部２４ｂは、基準電圧供給用スイッチ４１と、バイアス供給回路４２とを有し、基準電圧供給用スイッチ４１を短絡状態にすることで、クランプ用コンデンサＣ１の両端に基準電圧Ｖｒｅｆを印加して、クランプ部２４ａのクランプレベルを調整する。

基準電圧供給用スイッチ４１は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタで構成されており、制御部６から出力されるクランプ信号φＣＬＰがＨｉｇｈレベルのときに、基準電圧供給用スイッチ４１が短絡状態となり、クランプ用コンデンサＣ１の電圧が調整される。

バイアス供給回路４２は、所定電圧Ｖｐ（ここでは、０．５Ｖとする）を生成し、この所定電圧Ｖｐを基準電圧供給用スイッチ４１の一端に供給する。このバイアス供給回路４２は、例えば、電源電圧ＶＤＤと接地電圧ＧＮＤとの間にＭＯＳトランジスタを複数直列に接続して形成することができる。

以上のように、出力回路２４は、ＦＤ部２１から出力される電圧信号を基準電圧Ｖｒｅｆでクランプして出力するクランプ部２４ａを有し、さらに、基準電圧Ｖｒｅｆを調整する基準電圧調整部２４ｂを有している。

基準電圧調整部２４ｂでは、ＦＤ部２１から出力される電圧信号に応じてＳ／Ｆ回路３１から出力される信号と所定電圧Ｖｐとの差電圧をクランプ用コンデンサＣ１に印加する。クランプ部２４ａではこの差電圧を基準電圧ＶｒｅｆとしてＦＤ部２１から出力される電圧信号をクランプできるようにしている。

なお、出力部１５の出力は、画像処理部４に入力される。画像処理部４には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路を備えている。このＣＤＳ回路は、出力部１５から出力される信号のうちＤ相出力とＰ相出力の差分を画像信号とする。Ｐ相出力は、リニアセンサ１のＦＤ部２１をリセットした後、信号電荷がＦＤ部２１に転送されるまでの間でリニアセンサ１から出力される電圧信号である。また、Ｄ相出力は光電変換部１０や第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃに蓄積された信号電荷をＦＤ部２１に転送したときにリニアセンサ１から出力される電圧信号である。Ｄ相出力とＰ相出力の差分を画像信号とすることで、光電変換部１０ごとの出力のＤＣ成分のばらつきだけでなく、ＦＤ部２１のＦＤリセットノイズも画像信号から除去することができる。

［４．クランプ部の基準電圧の調整方法］
以上のように構成された基準電圧調整部２４ｂによるクランプ部２４ａの基準電圧Ｖｒｅｆの調整方法について説明する。図６は基準電圧調整部２４ｂの機能を説明するための図である。なお、ここでは、クランプ部２４ａの最大出力電圧を１．７Ｖとしている。

図６（ａ）に、ＦＤ部２１から出力される電圧信号（以下、「ＣＣＤ出力信号」とする。）の例を示す。この図では、ＣＣＤ出力信号のうちＰ相のレベルが０．９Ｖとしている。

ＣＣＤ出力信号のうち、光電変換部なしのＤ相出力及び第１及び第２基準電圧用光電変換部１６ａ，１６ｂに対応するＤ相出力をクランプしたときのそれぞれのクランプ部２４ａの出力を図６（ｂ）〜（ｄ）に示す。なお、「光電変換部なしのＤ相出力」とは、光電変換部１０，１６ａ〜１６ｃに隣接していない第３垂直転送部１８から出力される電荷を電圧変換した信号である。

光電変換部なしのＤ相出力時に、制御部６からＨｉｇｈレベルのクランプ信号φＣＬＰを出力して基準電圧供給用スイッチ４１をオンにすると、クランプ用コンデンサＣ１の両端に０．４Ｖの電圧が印加される。

従って、バイアス供給回路４２とクランプ用コンデンサＣ１により、基準電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖｔ−Ｖｐ）は−０．４Ｖとなり、図６（ｂ）に示すように、ＣＣＤ出力信号のオフセットレベルは０．５Ｖとなる。

このように、クランプ部２４ａでは、バイアス供給回路４２が生成する所定電圧Ｖｐを基準としてＣＣＤ出力信号のオフセットレベルを調整することができ、クランプしない場合に比べ、飽和マージンを０．４Ｖ余分に持たせることができる。

なお、光電変換部なしのＤ相出力は、光電変換部１０の暗時出力成分を加味できないが、第１垂直転送部１２と同等の第３垂直転送部１８の暗時出力成分を加味することで、光学的黒レベルを再生している。

ＩＮＶ回路を含むクランプ部２４ａでは、基準電圧調整部２４ｂの出力電圧Ｖｐの電圧レベルが低いほど、線形性に有利な場合があるが、基準電圧調整部２４ｂは０．５Ｖ以下の低電圧が安定して発生できない場合がある。

そこで、本実施形態における画像読み取り装置Ｓでは、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃのＤ相出力時に、制御部６からＨｉｇｈレベルのクランプ信号φＣＬＰを出力して基準電圧供給用スイッチ４１をオンにする。これにより、クランプ用コンデンサＣ１の両端に０．５Ｖ，０．７Ｖ，０．９Ｖの電圧を印加して、基準電圧Ｖｒｅｆを−０．５Ｖ，−０．７Ｖ，−０．９Ｖとし、見せかけ上、基準電圧調整部２４ｂの出力電圧Ｖｐを０．４Ｖ，０．２Ｖ，０Ｖにできる。

図６（ｃ）に、第１基準電圧用光電変換部１６ａのＤ相出力時に基準電圧供給用スイッチ４１をオンにして、クランプ用コンデンサＣ１の両端電圧である基準電圧Ｖｒｅｆを０．５Ｖとしたときに、クランプ部２４ａから出力される信号の波形を示す。このとき、ＣＣＤ出力信号のオフセットレベルは０．４Ｖとなり、飽和マージンを０．５Ｖ余分に持たせることができる。

また、図６（ｄ）に、第２基準電圧用光電変換部１６ｂのＤ相出力時に基準電圧供給用スイッチ４１をオンにして、クランプ用コンデンサＣ１の両端電圧である基準電圧Ｖｒｅｆを０．７Ｖとしたときに、クランプ部２４ａから出力される信号の波形を示す。このとき、ＣＣＤ出力信号のオフセットレベルは０．２Ｖとなり、飽和マージンを０．７Ｖ余分に持たせることができる。

このように、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃによって、見せかけ上基準電圧調整部２４ｂの出力電圧Ｖｐを下げることができ、クランプ部２４ａの飽和マージンをより持たせてクランプ部２４ａの線形性を向上させることができる。

以上のように本実施形態におけるリニアセンサ１は、センサ列１１と、このセンサ列１１の各光電変換部１０からそれぞれ出力される信号電荷をセンサ列１１の配列方向（Ｙ方向）と直交する方向に転送する第１垂直転送部１２と、第１垂直転送部１２から出力された信号電荷を転送する水平転送部１３と、水平転送部１３から出力された信号電荷を電圧信号に変換して出力する出力部１５を有している。

特に、本実施形態におけるリニアセンサ１は、所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレイン５３ａ〜５３ｃを有して光が入射しない状態であっても光電変換部１０の光電変換時間以下の時間で所定電荷量の信号電荷が蓄積される第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃを有している。

従って、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃから出力される信号電荷に基づいて、クランプ部２４ａの基準電圧Ｖｒｅｆを調整することができる。

また、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃから出力される信号電荷を水平転送部１３に出力する複数の第２垂直転送部１７を有している。

従って、光電変換部１０の暗時出力成分を加味できないが、第１垂直転送部１２と同等の第２垂直転送部１７の暗時出力成分を加味することで、簡易的に光学的黒レベルを再生するとができる。

また、水平転送部１３は、第１垂直転送部１２に隣接した第１転送部１３ａと、第１転送部１３ａの一端に連結された第２転送部１３ｂとを備え、第１垂直転送部１２で読み出した信号電荷を第１転送部１３ａを介して第２転送部１３ｂから出力する。この第２転送部１３ｂは、Ｌ字状に形成される。すなわち、第２転送部１３ｂは、第１転送部１３ａの一端に連結され、第１転送部１３ａの延在方向と略直交する転送部１３ｂ１と、第１転送部１３ａの延在方向と略平行に延在し、転送部１３ｂ１の一端と連結される転送部１３ｂ２とから構成される。

そして、第１転送部１３ａとＬ字状の第２転送部１３ｂとの隙間に、第１〜第３基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃ及び第２垂直転送部１７を配置することにより、リニアセンサ１の小型化を図ることができる。

［５．他のＣＣＤリニアセンサの実施形態］
上述したリニアセンサ１に、さらに光学的黒レベル出力用光電変換部を設けるようにしてもよい。図７は光学的黒レベル出力用光電変換部１９を設けたリニアセンサ１’を示す図である。

図７に示すように、リニアセンサ１’では、光学的黒レベルに対応した電荷を発生するために遮光された光学的黒レベル出力用光電変換部１９を第３垂直転送部１８に隣接して備えている。

この光学的黒レベル出力用光電変換部１９の電荷を第３垂直転送部１８を介して出力して、当該電荷に応じた出力電圧でクランプ用コンデンサＣ１の両端電圧を調整することで、光電変換部１０の光学的黒レベルを精度よく再生できるようにしている。

このリニアセンサ１’では、制御部６からＨｉｇｈレベルのクランプ信号φＣＬＰを出力するタイミングを調整することにより、基準電圧用光電変換部１６ａ〜１６ｃ及び光学的黒レベル出力用光電変換部１９のうちいずれか一つから出力される信号電荷をＦＤ部２１で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを生成することができる。

従って、所望のモードでリニアセンサ１’を動作させることができ、リニアセンサの汎用性を向上させることができる。

なお、クランプ部２４ａと基準電圧調整部２４ｂはリニアセンサ１，１’内に形成することとしたが、画像処理部４に形成するようにしてもよい。

Ｓ 画像読み取り装置
１，１’ ＣＣＤリニアセンサ
２ リニアセンサ駆動機構
３ ガラス台
４ 画像処理部
４ａ クランプ部
４ｂ 基準電圧調整部
５ Ｉ／Ｆ回路
６ 制御部
１０ 光電変換部
１１ センサ列
１２ 第１垂直転送部
１２ａ，１７ａ 第１垂直転送レジスタ
１２ｂ，１７ｂ 第２垂直転送レジスタ
１３ 水平転送部
１３ａ 第１転送部
１３ｂ１，１３ｂ２ 第２転送部
１４ａ 第１水平転送レジスタ
１４ｂ 第２水平転送レジスタ
１５ 出力部
１６ａ 第１基準電圧用光電変換部
１６ｂ 第２基準電圧用光電変換部
１６ｃ 第３基準電圧用光電変換部
１７ 第２垂直転送部
２０ 出力部
２１ ＦＤ領域
２２ リセットゲート部
２３ リセットドレイン
２４ 出力回路
３１〜３４ ソースフォロア（Ｓ／Ｆ）回路
３５，３６ インバータ（ＩＮＶ）回路
４１ 基準電圧供給用スイッチ
４２ バイアス供給回路

Claims (6)

1. １次元方向に配列された複数の光電変換部を有するセンサ列と、
   前記センサ列の光電変換部毎に設けられ、当該光電変換部から出力される信号電荷を前記センサ列の配列方向と直交する方向に転送する複数の垂直転送部と、
   前記垂直転送部に隣接した第１転送部と、前記第１転送部の一端に連結された第２転送部とを備え、前記垂直転送部から出力された信号電荷を前記第１転送部を介して前記第２転送部から出力する水平転送部と、
   前記水平転送部から出力された信号電荷を電圧信号に変換して出力する電荷−電圧変換部と、
   所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレインを有し、光が入射しない状態であっても前記光電変換部の光電変換時間以下の時間で前記所定電荷量の信号電荷が蓄積される基準電圧用光電変換部と、
   前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記第２転送部に出力する第２の垂直転送部と、を有するリニアセンサ。
2. 前記電荷−電圧変換部から出力される電圧信号を基準電圧でクランプして、前記電圧信号のオフセット電圧を前記基準電圧に合せるクランプ部と、
   前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を調整する基準電圧調整部と、を有する請求項１に記載のリニアセンサ。
3. 前記所定電荷量の異なる複数の前記基準電圧用光電変換部と複数の前記第２の垂直転送部とを備え、
   前記基準電圧生成部は、前記複数の基準電圧用光電変換部のうちいずれか一つから出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を生成する請求項２に記載のリニアセンサ。
4. 光学的黒レベルに対応した信号電荷を発生するために遮光された光学的黒レベル出力用光電変換部を備え、
   前記基準電圧生成部は、前記複数の基準電圧用光電変換部及び光学的黒レベル出力用光電変換部のうちいずれか一つから出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を生成する請求項３に記載のリニアセンサ。
5. 前記第２転送部はＬ字状に形成され、
   前記基準電圧用光電変換部は、前記第１転送部と前記第２転送部との間隙に配置された請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアセンサ。
6. リニアセンサと、前記リニアセンサを移動するセンサ駆動機構と、前記リニアセンサに制御信号を出力する制御部と、前記リニアセンサから出力される信号に基づいて画像データを生成する画像処理部とを備え、
   前記リニアセンサは、
   １次元方向に配列された複数の光電変換部を有するセンサ列と、
   前記センサ列の光電変換部毎に設けられ、当該光電変換部から出力される信号電荷を前記センサ列の配列方向と直交する方向に転送する複数の垂直転送部と、
   前記垂直転送部に隣接した第１転送部と、前記第１転送部の一端に連結された第２転送部とを備え、前記垂直転送部から出力された信号電荷を前記第１転送部を介して前記第２転送部から出力する水平転送部と、
   前記水平転送部から出力された信号電荷を電圧信号に変換して出力する電荷−電圧変換部と、
   所定電荷量以上の信号電荷を吐き捨てるオーバーフロードレインを有し、光が入射しない状態であっても前記光電変換部の光電変換時間以下の時間で前記所定電荷量の信号電荷が蓄積される基準電圧用光電変換部と、
   前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記第２転送部に出力する第２の垂直転送部と、
   前記電荷−電圧変換部から出力される電圧信号を基準電圧でクランプして、前記電圧信号のオフセット電圧を前記基準電圧に合せるクランプ部と、
   前記基準電圧用光電変換部から出力される信号電荷を前記電荷−電圧変換部で電圧変換して生成される電圧信号に基づいて前記基準電圧を調整する基準電圧調整部と、を有する画像読み取り装置。