JP2018152715A - 画像読取装置及び半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】縮小光学系のラインセンサーを使って、精度よく画像を読み取ることが可能な画像読取装置を提供する。【解決手段】複数の画像読取チップ415を主走査方向に一列に並べ、各チップは複数の反射鏡とレンズにより構成された縮小光学系により結像される各部分画像を取得する。各画像読取チップ415は、主走査方向に配置された第1および、第2受光素子を含み、各受光素子の出力は副走査方向に隣接した第1読出回路および第2読出回路にそれぞれ読み出される。各読出回路は副走査方向に増幅回路150、保持回路160、走査回路170が並んで配置されている。出力回路130を挟んで主走査方向左右に各読出回路が所定画素分並んでいる配置される。このような構成のラインイメージセンサを画像読取装置に備えることで、配線のインピーダンスを低減して精度良い読み取りが可能となる。【選択図】図11

Description

本発明は、画像読取装置及び半導体装置に関する。
ラインセンサーを用いた画像読取装置(スキャナー等)や、これに印刷機能を加えたコピー機や複合プリンターなどが開発されている。画像読取装置に用いられるラインセンサーとしては、半導体基板に設けられたフォトダイオードを用いる構成が用いられている。
スキャナー等の画像読取装置に用いられるラインセンサーは、1又は複数のフォトダイオードを有する画素が一方向に多数並んで配置された半導体チップにより構成されている。ラインセンサーに用いられる半導体チップには、画素の配置領域以外の領域に、入力パッド、出力パッド、電源パッド等の各種のパッド(端子)や、入出力回路、制御回路、画素駆動回路等の各種の回路が設けられる。
引用文献1には、固体撮像装置に用いられる半導体チップの、チップレイアウトが開示されている。
特開2012‐134257号公報
ラインセンサーを構成する半導体チップ内の回路や配線などのレイアウトは、スキャナー等の画像読取装置に用いられる光学系の構成により、自由度が制限される場合がある。その結果、半導体チップからの出力信号や半導体チップ内で転送される信号の精度が低下し、精度良く画像が読み取れなくなるおそれがある。
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、画像を縮小して半導体チップに結像させる光学系を有するラインセンサーにおいて、制御信号の配線のインピーダンスを低減することで、精度よく画像を読み取ることが可能な画像読取装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、精度よく画像を読み取ることが可能な半導体装置を提供することができる。
本発明は、前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例に係る画像読取装置は、画像を読み取る第1画像読取チップと、前記画像が縮小された像を前記第1画像読取チップに結像させる光学ユニットと、を備え、前記第1画像読取チップは、前記画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第1受光素子を含み、第1画素信号を生成する第1画素と、前記画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第2受光素子を含み、第2画素信号を生成する第2画素と、前記第1画素と電気的に接続され、前記第1画素信号に基づく第1読出信号を出力する第1読出回路と、前記第2画素と電気的に接続され、前記第2画素信号に基づく第2読出信号を出力する第2読出回路と、前記第1読出回路と、前記第2読出回路と、の動作を制御する制御回路と、を含み、
前記第1画像読取チップは、第1辺と、前記第1辺よりも短い第2辺と、を含む形状であり、前記第1画素と、前記第2画素と、は前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられ、前記第1読出回路と、前記第2読出回路と、前記制御回路と、は前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、第1読出回路と、第2読出回路と、第1読出回路と第2読出回路との動作を制御する制御回路とが、第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている。即ち、制御回路から出力される第1読出回路と第2読出回路とを制御するための制御信号は、第1辺が伸びる方向に設けるだけよく、配線の不要な引き回しなどが生じ難い。このため、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
また、本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、第1画素と第2画素とが、第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている。即ち、第1画素から出力された第1画素信号は、第2辺に沿って第1読出回路に伝送され、第2画素から出力された第2画素信号は、第2辺に沿って第2読出回路に伝送される。即ち、第1読出回路及び第2読出回路を制御するための制御信号を伝送する配線と、第1画素及び第2画素のそれぞれから、出力される第1画素信号及び第2画素信号を伝送する配線と、は並行して設けられない。これにより、配線間に生じる浮遊容量は低減される。このため、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
[適用例2]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記第1読出回路は、前記第1読出信号の出力のタイミングを制御する第1走査回路を含み、前記第2読出回路は、前記第2読出信号の出力のタイミングを制御する第2走査回路を含み、前記第1受光素子と、前記第2受光素子と、が前記画像の縮小された像の光を受けた後において、前記第1走査回路により前記第1読出信号が出力されるタイミングは、前記第2走査回路により前記第2読出信号が出力されるタイミングよりも早く、前記制御回路と前記第1走査回路との間の距離は、前記制御回路と前記第2走査回路との間の距離よりも短くてもよい。
第1走査回路及び第2走査回路は、シフトレジスターを含み構成されてもよい。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、第1読出信号の出力タイミングを制御する第1走査回路と、第2読出信号の出力タイミングを制御する第2走査回路とは、第1走査回路が動作し、第1読出信号を出力した後、第2走査回路が動作し、第2出力信号を出力する。さらに、第1走査回路は、第2走査回路に対し、制御回路に近い位置に配置される。第1読出回路に含まれる第1走査回路と、第2読出回路に含まれる第2走査回路とは、制御回路からの信号に従い動作する。即ち、先に動作する第1走査回路が、後に動作する第2走査回路に対し、制御回路に近い位置に配置される。これにより、第1走査回路及び第2走査回路を制御する制御信号を伝送する配線が、煩雑になることが抑制され、不用意な配線は減少する。よって、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
[適用例3]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記制御回路は、前記第1走査回路と前記第2走査回路との間には、設けられなくてもよい。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、制御回路は、第1走査回路と第2走査回路との間には、設けられていない。即ち、画像読取チップには、制御回路
、第1走査回路、第2走査回路の順で配置されている。このように配置することで、制御回路から出力された制御信号は、第1走査回路、第2走査回路と近くに設けられた構成から順に伝送されることが可能となる。よって、制御回路から出力される第1走査回路及び第2走査回路を制御する制御信号を伝送する配線は、煩雑にならず、制御信号の配線のインピーダンスをさらに低減することが可能となる。
[適用例4]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記第1読出回路は、前記第1画素信号を増幅して前記第1読出信号を生成する第1増幅回路を含み、前記第2読出回路は、前記第2画素信号を増幅して前記第2読出信号を生成する第2増幅回路を含み、前記第2辺と前記制御回路との間の距離は、前記第2辺と前記第1増幅回路との間の距離よりも短く、前記第2辺と前記制御回路との間の距離は、前記第2辺と前記第2増幅回路との間の距離よりも短くてもよい。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、制御回路は、第1増幅回路と第2増幅回路との間には、設けられていない。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、制御回路は、第1増幅回路と、第2増幅回路とに対し、第2辺側に設けられている。即ち、第1増幅回路と第2増幅回路との回路ブロックを分割することなく配置することが可能となり、画像読取チップの製造ばらつきによる特性のばらつきを含む、第1増幅回路と第2増幅回路の特性誤差を小さくすることが可能となる。これにより、信号の特性が安定し、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
[適用例5]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記第1画像読取チップは、一定の電圧が供給される一定電圧端子を含み、前記一定電圧端子と前記第1読出回路との間の距離は、前記一定電圧端子と前記制御回路との間の距離よりも短く、前記一定電圧端子と前記第2読出回路との間の距離は、前記一定電圧端子と前記制御回路との間の距離よりも短くてもよい。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、第1読出回路及び第2読出回路に供給される基準電圧等の電圧を生成するための、一定の電圧が供給される一定電圧端子は、第1読出回路及び第2読出回路に対し、制御回路から離れる側に設けられている。即ち、制御回路を動作させるための電圧を伝送する配線と、制御回路に入力される制御信号を伝送する配線と、を分離して配置することが可能となる。これにより、制御回路を動作させるための電圧と、制御回路に入力される制御信号と、基準電圧等を生成するための一定の電圧と、の相互干渉が低減され、各信号及び電圧の精度を向上させることができる。これにより、画像の読取精度が向上する可能性がある。
[適用例6]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記第1画像読取チップは、前記第1読出回路と前記第2読出回路との少なくとも一方から出力された信号を増幅して増幅信号を生成する第3増幅回路と、前記増幅信号に基づき、前記第1画像読取チップの外部へ出力される出力信号を生成する出力回路と、を含み、前記出力回路と前記第3増幅回路との間の距離は、前記出力回路と前記制御回路との距離よりも短くてもよい。
本適用例に係る画像読取装置では、画像読取チップにおいて、第1読出回路及び第2読出回路から出力された信号を増幅する第3増幅回路は、画像読取チップの外部に対し出力する出力回路の付近に設けられる。すなわち、第3増幅回路と出力回路との距離は、第3
増幅回路と制御回路との距離よりも短い。これにより、第3増幅回路で増幅された信号が、出力回路に入力されるまでの配線を短くすることが可能となり、当該配線のインピーダンスを低減することが可能となる。よって、出力回路から出力される信号の精度を向上させることが可能となる。
[適用例7]
上記適用例に係る画像読取装置において、第2画像読取チップを含み、前記画像は、第1部分画像と第2部分画像とを含み、前記光学ユニットは、前記第1部分画像が縮小された像を前記第1画像読取チップに結像させ、前記第2部分画像が縮小された像を前記第2画像読取チップに結像させてもよい。
本適用例に係る画像読取装置では、第1画像読取チップと、第2画像読取チップと、を含み、それぞれの画像読取チップにおいて、画像の一部が縮小された第1部分画像と、第2部分画像と、を読み取る。即ち、第1画像読取チップと、第2画像読取チップと、のそれぞれは、縮小光学系の画像読取装置を構成し、被写界深度の深い画像を読み取ることが可能となる。さらに、本適用例に係る画像読取装置では、画像読取装置は、一つの画像を分割し、複数の画像読取チップによって分割された画像の縮小された像を読み取るため、従来の縮小光学系の画像読取装置に対し、小さな縮小率で実現することが可能となり、画像を縮小するための光路長を短くすることが可能となる。
[適用例8]
本適用例に係る半導体装置は、画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第1受光素子を含み、第1画素信号を生成する第1画素と、前記画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第2受光素子を含み、第2画素信号を生成する第2画素と、前記第1画素と電気的に接続され、前記第1画素信号を読み出す第1読出回路と、前記第2画素と電気的に接続され、前記第2画素信号を読み出す第2読出回路と、前記第1読出回路と、前記第2読出回路との動作を制御する制御回路と、第1辺と、前記第1辺よりも短い第2辺と、を含み、前記第1画素と前記第2画素とは、前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられ、前記第1読出回路と前記第2読出回路と前記制御回路とは、前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている。
本適用例に係る半導体装置では、第1読出回路と、第2読出回路と、第1読出回路と第2読出回路との動作を制御する制御回路とが、第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている。即ち、制御回路から出力される第1読出回路と第2読出回路とを制御するための制御信号は、第1辺が伸びる方向に設けるだけよく、配線の不要な引き回しなどが生じにくい。このため、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
また、本適用例に係る半導体装置では、第1画素と第2画素とも、第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている。即ち、第1画素から出力された第1画素信号は、第2辺に沿って第1読出回路に伝送され、第2画素から出力された第2画素信号は、第2辺に沿って第2読出回路に伝送される。即ち、第1読出回路及び第2読出回路を制御するための制御信号を伝送する配線と、第1画素及び第2画素のそれぞれから、出力された第1画素信号及び第2画素信号を伝送するための配線とは、並行して設けられない。これにより、配線間に生じる浮遊容量が低減される。このため、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
本実施形態に係る複合機を示した外観斜視図である。 スキャナーユニットの内部構造を示した斜視図である。 イメージセンサーモジュールの構成を模式的に示す分解斜視図である。 画像読取チップの配置を模式的に示す平面図である。 イメージセンサーモジュールの光学部の構成を示す模式図である。 分割縮小光学系の説明をするための模式図である。 スキャナーユニットの機能構成を示すブロック図である。 画像読取チップの回路構成を示すブロック図である。 画素回路及び列処理回路の構成を示す回路構成図である。 信号処理回路の動作のタイミングを示すタイミングチャート図である。 本実施形態の画像読取チップのレイアウト構成を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
以下、添付した図面を参照して、本発明の画像読取装置を適用した複合機(複合装置)1について説明する。
1.複合機の概要
図1は、複合機1を示した外観斜視図である。図1に示すように、複合機1は、装置本体であるプリンターユニット(画像記録装置)2と、プリンターユニット2の上部に配設されたアッパーユニットであるスキャナーユニット(画像読取装置)3と、を一体に備えている。なお、以下、図1においての前後方向を主走査方向Xとし、左右方向を副走査方向Yとして説明する。また、主走査方向Xと副走査方向Yとは互いに直交するX,Yとして図面に記載する。
図1に示すように、プリンターユニット2は、枚葉の記録媒体(印刷用紙や単票紙)を送り経路に沿って送る搬送部(不図示)と、送り経路の上方に配設され、記録媒体にインクジェット方式で印刷処理を行う印刷部(不図示)と、前面に配設されたパネル形式の操作部63と、搬送部、印刷部及び操作部63を搭載した装置フレーム(不図示)と、これらを覆う装置ハウジング65と、を備えている。装置ハウジング65には、印刷を終えた記録媒体が排出される排出口66が設けられている。また、図示省略するが、後面下部には、USBポート及び電源ポートが配設されている。すなわち、複合機1は、USBポートを介してコンピューター等に接続可能に構成されている。
スキャナーユニット3は、後端部のヒンジ部4を介してプリンターユニット2に回動自在に支持されており、プリンターユニット2の上部を開閉自在に覆っている。すなわち、スキャナーユニット3を回動方向に引き上げることで、プリンターユニット2の上面開口部を露出させ、当該上面開口部を介して、プリンターユニット2の内部が露出させる。一方、スキャナーユニット3を回動方向に引き降ろし、プリンターユニット2上に載置することで、スキャナーユニット3によって当該上面開口部を閉塞する。このように、スキャナーユニット3を開放することで、インクカートリッジの交換や紙詰まりの解消等が可能な構成となっている。
図2は、スキャナーユニット3の内部構造を示した斜視図である。図1及び図2に示されるように、スキャナーユニット3は、筐体であるアッパーフレーム11と、アッパーフレーム11に収容された画像読取部12と、アッパーフレーム11の上部に回動自在に支持された上蓋13と、を備えている。アッパーフレーム11は、画像読取部12を収容する箱型の下ケース16と、下ケース16の天面を覆う上ケース17と、を備えている。上
ケース17には、ガラス製の原稿載置板(原稿台T:図5参照)が広く配設されており、被読取面を下にした被読取媒体(原稿P:図5参照)をこれに載置する。一方、下ケース16は、上面を開放した浅い箱状に形成されている。
図2に示されるように、画像読取部12は、ラインセンサー方式のセンサーユニット31と、センサーユニット31を搭載したセンサーキャリッジ32と、副走査方向Yに延在し、センサーキャリッジ32をスライド自在に支持するガイド軸33と、センサーキャリッジ32をガイド軸33に沿って移動する自走式のセンサー移動機構34と、を備えている。センサーユニット31は、主走査方向Xに延在したCMOS(Complementary metal−oxide−semiconductor)ラインセンサーであるイメージセンサーモジュール41を有し、モーター駆動のセンサー移動機構34により、ガイド軸33に沿って副走査方向Yに往復動する。これにより、原稿載置板上の被読取媒体の画像を読み取るようになっている。なお、センサーユニット31は、CCD(Charge Coupled Device)ラインセンサーであってもよい。
図3は、イメージセンサーモジュール41の構成を模式的に示す分解斜視図である。図3に示される例では、イメージセンサーモジュール41は、ケース411、光源412、光学部413、モジュール基板414及び画像を読み取るための画像読取チップ415(半導体装置)を含んで構成されている。光源412、光学部413及び画像読取チップ415は、ケース411とモジュール基板414との間に収容されている。ケース411にはスリットが設けられている。光源412は、被読取媒体に対し光を照射する。光源412が発する光は当該スリットを介して被読取媒体へ照射され、被読取媒体で反射した光は当該スリットを介して光学部413に入力される。光学部413は、入力された光を縮小しつつ結像するように画像読取チップ415へと導く。
図4は、画像読取チップ415の配置を模式的に示す平面図である。図4に示されるように、複数の画像読取チップ415が、モジュール基板414上に1次元方向(図4においては主走査方向X)に並べて配置されている。各画像読取チップ415は、一列に配置された多数の受光素子を有しており、各画像読取チップ415が有する受光素子の密度が高いほど、画像を読み取る解像度が高いスキャナーユニット3(画像読取装置)を実現することができる。また、画像読取チップ415の数が多いほど、大きな画像も読み取り可能なスキャナーユニット3(画像読取装置)を実現することができる。
本実施形態におけるイメージセンサーモジュール41及び光学部413の詳細の説明を、図5及び図6を用いて行う。
図5は、本実施形態におけるイメージセンサーモジュール41の内部の光路の一例を示す図であり、視線を主走査方向Xと平行にした状態(副走査方向Y断面図)で示している。なお、図5における破線は、光源412から照射された光の光路の一例を示す。
光学部413は、複数の反射鏡416とレンズ417を含み構成される。
光源412は、原稿Pに光を照射する。レンズ417は、原稿Pからの反射光を画像読取チップ415へ結像させる。反射鏡416は、原稿Pからの反射光をレンズ417が画像読取チップ415で結像させるために、反射光の光路を長くするためのものである。光路を長くできない場合、画角が広くなることになる。画像読取チップ415は、受けた光に応じた信号を出力する。なお、図5に記載の光学部413における反射鏡416及びレンズ417の配置および数は一例であり、光路、縮小率に応じ最適化されてもよい。
また、図6は、本実施形態におけるイメージセンサーモジュール41の内部の光路の一
例を示す図であり、視線を副走査方向Yと平行にした状態(主走査方向X断面図)で示している。なお、図6において、破線及び一点鎖線は、一つの画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)のそれぞれが、原稿Pからの受け取る反射光の光路の範囲を模式的に示したものである。
図6において、原稿Pにより反射した光は、光学部413を経て、画像読取チップ415に導かれる。前述のとおり、複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)は、主走査方向Xに並んで配置される。そして、複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)には、原稿Pの主走査方向Xにおいて、一部重複しながら隣接する部分毎の像が、光学部413により縮小されて結像される。
即ち、画像読取チップ415‐1(「第1画像読取チップ」の一例)には、原稿P(「画像」の一例)の一部(「第1部分画像」の一例)が光学部413(「光学ユニット」の一例)により縮小された像が結像される。また、画像読取チップ415‐2(「第2画像読取チップ」の一例)には、原稿Pの別の一部(「第2部分画像」の一例)が光学部413により縮小された像が結像される。
本実施形態における画像読取チップ415には、光学部413を介して、原稿Pが縮小された像が結像される。このため、画像読取チップ415に設けられる受光素子は、画像読取チップ415の端部にまで配する必要がない。そのため、本実施形態における画像読取チップ415は、解像度、画素数による回路配置の制限が少なく、スペースを有効に活用することができる。
本実施形態におけるイメージセンサーモジュール41は、光源412から出力された光を原稿Pに照射し、原稿Pにより反射した反射光を、光学部413に設けられた反射鏡416及びレンズ417より光路長の確保及び縮小を行い、画像読取チップ415に結像する、いわゆる縮小光学系の画像読取方式を複数含み構成されている。即ち、CIS(Contact Image Sensor)方式の画像読取装置と比較して、深い被写界深度を実現することができる。また、複数の画像読取チップ415を用いて構成されているため、従来の縮小光学系の画像読取装置に対し、画像読取チップ415毎において、画像の縮小率を小さくすることができる。そのため、原稿Pから得られる反射光の光路を短くすることが可能となり、イメージセンサーモジュール41の小型化が可能となる。なお、本実施形態に係るスキャナーユニット3は、一つの画像(原稿)が分割・縮小された複数の分割画像データを複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)で取得し、複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)が取得したデータに基づき、画像処理を行うことで一つの画像(原稿)を復元する画像読取方式であり、分割縮小光学系と称する。
2.画像読取装置の機能構成
図7は、スキャナーユニット3の機能構成図である。図7に示される例では、スキャナーユニット3は、読取制御回路200、アナログフロンエンド(AFE)202、光源412、複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)、第1電圧生成回路421、第2電圧生成回路422を含んで構成されている。また、読取制御回路200、アナログフロンエンド(AFE)202、第1電圧生成回路421及び第2電圧生成回路422は、モジュール基板414あるいはモジュール基板414とは異なる不図示の基板に備えられてもよく、また、読取制御回路200、アナログフロンエンド(AFE)202、第1電圧生成回路421及び第2電圧生成回路422のそれぞれが、集積回路(IC:Integrated Circuit)で実現されてもよい。
読取制御回路200は、画像の読取周期t毎に一定の露光時間Δtだけ駆動信号Drv
を供給し、光源412を発光させる。
また、読取制御回路200は、複数の画像読取チップ415に対して、クロック信号CLK及び解像度設定信号RESを共通に供給する。クロック信号CLKは画像読取チップ415の動作クロック信号であり、解像度設定信号RESは、スキャナーユニット3による画像の読取解像度を設定するための信号である。解像度設定信号RESは、例えば、2ビットの信号であり、”00”のときは1200dpi、”01”のときは600dpi、”10”のときは300dpiの各解像度に設定する方式であってもよい。
光源412は、読取制御回路200から出力される駆動信号Drvに従い発光する。光源412は、白色の光源を用い、不図示のフィルター等により分光されても良く、また赤色、緑色及び青色の3色の光源を含み構成されてもよい。
画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)は、モジュール基板414上にn個並べて配置されている。画像読取チップ415は、チップイネーブル信号CEi(i=1〜n)がアクティブ(本実施形態ではハイパルス)になると、クロック信号CLKに同期して動作する。画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)は、光源412が照射し被読取媒体で反射した光を、受光素子111(図10参照)で検出し、電気信号に変換する。そして、画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)は、解像度設定信号RESによって設定された解像度に基づき、画像情報を有する画像信号OSi(i=1〜n)を生成し出力する。
第1電圧生成回路421、第2電圧生成回路422は、画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)を動作させるための電源を供給する。
アナログフロンエンド(AFE)202は、複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)が出力する画像信号OSi(i=1〜n)を受信し、受信した画像信号OSi(i=1〜n)に対して、増幅処理やA/D変換処理を行って、受光素子111の受光量に応じたデジタル値を含むデジタル信号に変換する。そして、アナログフロンエンド(AFE)202は、各デジタル信号を順番に読取制御回路200に送信する。
読取制御回路200は、アナログフロンエンド(AFE)202から順次送信される各デジタル信号を受け取り、イメージセンサーモジュール41の読取画像情報を生成する。
3.画像読取チップの構成及び動作
本実施形態おける画像読取チップ415の構成及び動作を図8、図9、図10を用いて行う。なお、イメージセンサーモジュール41に構成される複数の画像読取チップ415(415‐1〜415‐n)は全て同じ構成であるため、画像読取チップ415として説明を行う。また、画像読取チップ415‐i(i=1〜n)に入力されるチップイネーブル信号CEi(i=1〜n)をチップイネーブル信号CE_inとして説明を行い、画像読取チップ415‐i(i=1〜n)から出力されるチップイネーブル信号CEi+1(i=1〜n)をチップイネーブル信号CE_outとして説明を行う。また、画像読取チップ415‐i(i=1〜n)から出力される画像信号OSi(i=1〜n)を画像信号OSとして説明を行う。
図8は、画像読取チップ415の回路構成を示す図である。図8に示される画像読取チップ415は、駆動制御回路310、2つの信号処理回路103−1,103―2、演算増幅器104及び出力走査回路180を備えており、これらの各回路は、画像読取チップ415の不図示の端子から入力される第1電圧Vin1及び第2電圧Vin2とそれぞれのグラウンド電位が供給されることで動作する。
駆動制御回路310は、タイミング制御回路100、駆動回路101を含み構成される。
タイミング制御回路100は、クロック信号CLKのパルスをカウントする不図示のカウンターを有し、当該カウンターの出力値(カウント値)に基づいて、駆動回路101の動作を制御する制御信号、出力走査回路180を制御する制御信号、及び後述する走査回路170の動作を制御する走査信号SCAを生成する。
また、タイミング制御回路100は、チップイネーブル信号CE_inが入力されたとき、画像読取チップ415の動作をアクティブとする。そして、タイミング制御回路100は、画像読取チップ415の処理が完了し、次段の画像読取チップ415又は読取制御回路200(図7参照)に対しチップイネーブル信号CE_outを出力した後、画像読取チップ415の動作を非アクティブとする。
駆動回路101は、タイミング制御回路100からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる、クロック信号CLKに同期したバイアス電流オン信号Ib_ONを発生させる。このバイアス電流オン信号Ib_ONは、2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するm個の画素回路110(110−1〜110−m)に共通に供給される。
また、駆動回路101は、タイミング制御回路100からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる、クロック信号CLKに同期した画素リセット信号RST_PIX及び列リセット信号RST_COLを発生させる。この画素リセット信号RST_PIXは、2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するm個の画素回路110(110−1〜110−m)に共通に供給される。また、列リセット信号RST_COLは、2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するm個の列処理回路120(120−1〜120−m)に共通に供給される。
また、駆動回路101は、タイミング制御回路100からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる、クロック信号CLKに同期した転送信号TX及び読み出し信号READを発生させる。転送信号TXは、2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するm個の画素回路110(110−1〜110−m)に共通に供給される。また、読み出し信号READは、2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するm個の列処理回路120(120−1〜120−m)に共通に供給される。
2つの信号処理回路103−1,103−2は、同じ構成であり、それぞれ、m個の画素回路110(110−1〜110−m)と、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)と、増幅回路130と、スイッチ140と、を含んで構成されている。
m個の画素回路110(110−1〜110−m)は、それぞれ、光源412の発光によって露光時間Δtの間に被読取媒体から受けた光に応じた電圧の画素信号PIXO1〜PIXOmを出力する。
例えば、画素回路110‐1は、光学部413により縮小された像の光を受けて光電変換する受光素子111(図9参照)(「第1受光素子」の一例)を含み、画素信号PIXO1(「第1画素信号」の一例)を生成し、画素回路110‐2は、光学部413により縮小された像の光を受けて光電変換する受光素子111(図9参照)(「第2受光素子」
の一例)を含み、画素信号PIXO2(「第2画素信号」の一例)を生成する。
m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、増幅回路150と、保持回路160と、走査回路170と、を含み構成される。
m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、m個の画素回路110(110−1〜110−m)のそれぞれから出力される画素信号PIXO1〜PIXOmを、増幅回路150で増幅し、増幅した電圧を、読み出し信号READに従い保持回路160に記憶する。そして、走査回路170に入力される走査信号SCAに基づき保持回路160に記憶された電圧に応じた画像信号VDO1〜VDOmを増幅回路130に順次出力する。
即ち、列処理回路120‐1(「第1読出回路」の一例)は、画素回路110‐1と電気的に接続され、画素回路110‐1から画素信号PIXO1を読出す。そして、列処理回路120‐1に含まれる増幅回路150(「第1増幅回路」の一例)により画素信号PIXO1を増幅する。列処理回路120‐1に含まれる走査回路170(「第1走査回路」の一例)は、画素信号PIXO1が増幅回路150により増幅された画像信号VDO1(「第1読出信号」の一例)の、出力タイミングを制御する。
また、列処理回路120‐2(「第2読出回路」の一例)は、画素回路110‐2と電気的に接続され、画素回路110‐2から画素信号PIXO2を読出す。そして、列処理回路120‐2に含まれる増幅回路150(「第2増幅回路」の一例)により画素信号PIXO2を増幅する。列処理回路120‐2に含まれる走査回路170(「第2走査回路」の一例)は、画素信号PIXO2が増幅回路150により増幅された画像信号VDO2(「第2読出信号」の一例)の、出力タイミングを制御する。
ここで、本実施形態では、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)のそれぞれに含まれる走査回路170は、タイミング制御回路100から入力される走査信号SCAにより順次動作する。具体的には、走査回路170は例えばシフトレジスターを含み構成される。そして、例えば、列処理回路120‐j(j=1〜m−1)に含まれる走査回路170に、走査信号SCAが入力されたとき、画像信号VDOj(j=1〜m−1)を増幅回路130に出力し、走査信号SCAを、列処理回路120‐j+1(j=1〜m−1)に対して出力する。そして、走査信号SCAは、列処理回路120‐j+1(j=1〜m−1)に含まれる走査回路170に入力され、列処理回路120‐j+1(j=1〜m−1)は、画像信号VDOj+1(i=1〜m−1)を増幅回路130に出力する。
本実施形態では、列処理回路120‐1に含まれる走査回路170により画像信号VDO1が出力されるタイミングは、列処理回路120‐2に含まれる走査回路170により画像信号VDO2が出力されるタイミングよりも早くなるように走査信号SCAが入力される。
増幅回路130(「第3増幅回路」の一例)は、列処理回路120‐1(「第1読出回路」の一例)から出力された画像信号VDO1と、列処理回路120‐2(「第2読出回路」の一例)から出力された画像信号VDO2と、の少なくとも一方から出力された信号を増幅して画像信号SO1(「増幅信号」の一例)を生成する。
増幅回路130は、演算増幅器131、コンデンサー132、スイッチ133、スイッチ134及びスイッチ135を含んで構成されている。
演算増幅器131は、例えば、複数のMOSトランジスターから構成されるソース接地
型の増幅器である。コンデンサー132は、演算増幅器131の帰還用コンデンサーである。スイッチ133は、演算増幅器131の帰還用スイッチである。スイッチ134は、演算増幅器131の帰還信号制御スイッチである。スイッチ135は、演算増幅器131の外部入力信号制御スイッチである。
演算増幅器131の入力端子には、スイッチ133の一端及びコンデンサー132の一端が接続されている。コンデンサー132の他端は、スイッチ134の一端と、スイッチ135の一端とに接続されている。
スイッチ133の他端及びスイッチ134の他端は、演算増幅器131の出力端子に接続されている。スイッチ135の他端には、基準電圧VREFが印加されている。基準電圧VREFは、例えば、図8では不図示の電圧発生部において生成されてもよく、また、画像読取チップ415の外部端子から供給されてもよい。
スイッチ133の制御端子及びスイッチ135の制御端子には、出力走査回路180からスイッチ制御信号SW1が共通に入力され、スイッチ133及びスイッチ135は、スイッチ制御信号SW1がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通する。また、スイッチ134の制御端子には、出力走査回路180からスイッチ制御信号SW2が共通に入力され、スイッチ134は、スイッチ制御信号SW2がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通する。スイッチ制御信号SW1とスイッチ制御信号SW2は、排他的にアクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる。
2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するスイッチ140の制御端子には、それぞれ、出力走査回路180から出力イネーブル信号OE1,OE2が入力される。そして、2つの信号処理回路103−1,103−2の各々が有するスイッチ140は、それぞれ、出力イネーブル信号OE1,OE2がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通する。
出力イネーブル信号OE1,OE2は、いずれか1つのみが順番にアクティブ(ハイレベル)となる信号であり、2つの信号処理回路103−1,103−2は、増幅回路130からスイッチ140を介して画像信号SO1,SO2を順番に出力する。
演算増幅器104(「出力回路」の一例)は、画像読取チップ415‐1(「第1画像読取チップ」の一例)の外部に出力される画像信号OS(「出力信号」の一例)を生成する。
演算増幅器104は、非反転入力端子に2つの信号処理回路103−1,103−2の各出力端子(各スイッチ140の他端)が共通に接続され、反転入力端子と出力端子が接続されている。この演算増幅器104は、ボルテージフォロワーであり、出力電圧は非反転入力端子の電圧と一致する。従って、演算増幅器104の出力信号は、画像信号SO1,SO2を順番に含む信号であり、画像信号OSとして画像読取チップ415から出力される。
以上より、駆動制御回路310(「制御回路」の一例)は、列処理回路120‐1,120‐2を含むm個の列処理回路120(120‐1〜120‐m)の動作を制御する。
また、図8に示したm個の画素回路110(110−1〜110−m)はすべて同じ構成である。同様に、m個の列処理回路120(120−1〜120−n)はすべて同じ構成である。そのため、m個の画素回路110(110−1〜110−m)を画素回路110として、m個の列処理回路120(120−1〜120−n)を列処理回路120とし
て、図9を用いて、その詳細の説明を行う。
図9は、画素回路110及び列処理回路120の回路構成を示す図である。図9に示すように、画素回路110は、受光素子111、NMOSトランジスター112、NMOSトランジスター113、NMOSトランジスター114、スイッチ115及び定電流源116を備えている。
受光素子111は、光(本実施形態では、被読取媒体に形成されている画像からの光)を受けて電気信号に変換(光電変換)する。本実施形態では、受光素子111は、フォトダイオードで構成されており、アノードにはグラウンド電位VSSが供給され、カソードはNMOSトランジスター112のソース端子と接続されている。
NMOSトランジスター112のゲート端子には転送信号TXが入力され、NMOSトランジスター112のドレイン端子はNMOSトランジスター114のゲート端子と接続されている。
NMOSトランジスター113は、ドレイン端子に電源電位VDDが供給され、ゲート端子に画素リセット信号RST_PIXが入力され、ソース端子はNMOSトランジスター114のゲート端子と接続されている。
NMOSトランジスター114のドレイン端子には電源電位VDDが供給され、NMOSトランジスター114のソース端子はスイッチ115の一端と接続されている。
スイッチ115の他端は定電流源116の一端と接続され、定電流源116の他端にはグラウンド電位VSSが供給される。また、スイッチ115の制御端子には、バイアス電流オン信号Ib_ONが入力される。このスイッチ115は、NMOSトランジスター114を駆動するための負荷電流を制御する役割を果たすスイッチであり、バイアス電流オン信号Ib_ONがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通し、NMOSトランジスター114のソース端子が定電流源116の一端と電気的に接続される。NMOSトランジスター114のソース端子から出力される信号は、画素信号PIXO(図8のPIXO1〜PIXOnのいずれか)として列処理回路120に入力される。
列処理回路120は、増幅回路150と、保持回路160と、走査回路170とを含み構成される。
増幅回路150は、演算増幅器121、コンデンサー122、スイッチ123、コンデンサー124を含み構成される。
コンデンサー124は、一端が画素回路110のNMOSトランジスター114のソース端子(画素回路110の出力端子)と接続され、他端が演算増幅器121の入力端子と接続されている。
演算増幅器121は、例えば、複数のMOSトランジスターから構成されるソース接地型の増幅器である。コンデンサー122は、演算増幅器121の帰還用コンデンサーである。スイッチ123は、演算増幅器121の帰還用スイッチである。コンデンサー122の一端及びスイッチ123の一端は演算増幅器121の入力端子と接続され、コンデンサー122の他端及びスイッチ123の他端は、演算増幅器121の出力端子と接続されている。
スイッチ123の制御端子には列リセット信号RST_COLが入力され、スイッチ1
23は、列リセット信号RST_COLがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通する。
即ち、増幅回路150には、演算増幅器121、コンデンサー122、スイッチ123及びコンデンサー124により、CDS(Correlated Double Sampling)回路が構成されている。増幅回路150は、画素回路110からの出力電圧Vpix(図10参照)をコンデンサー124によってノイズキャンセルし、さらに増幅する機能を果たしている。演算増幅器121の出力端子の電圧は、増幅回路150の出力信号CDSOとなる。
保持回路160は、スイッチ125、コンデンサー126を含み構成されている。
スイッチ125の一端は、増幅回路150に含まれる演算増幅器121の出力端子(増幅回路150の出力端子)と接続されている。スイッチ125の他端は、コンデンサー126の一端と接続されている。コンデンサー126の他端にはグラウンド電位VSSが供給される。スイッチ125の制御端子には読み出し信号READが入力され、スイッチ125は、読み出し信号READがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通し、演算増幅器121の出力端子がコンデンサー126の一端と電気的に接続される。これにより、増幅回路150の出力信号CDSOとグラウンド電位VSSとの電位差に応じた電荷がコンデンサー126に蓄積(保持)される。
走査回路170は、スイッチ127、シフトレジスター(SFR)171を含み構成される。
スイッチ127の一端は、保持回路160に含まれるコンデンサー126の一端に接続され、スイッチ127の他端は増幅回路130に含まれる演算増幅器131(増幅回路130の入力端子)と接続されている(図8参照)。また、スイッチ127の制御端子には、選択信号SELが入力される。スイッチ127は、列選択スイッチであり、選択信号SELがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに導通し、コンデンサー126の一端が演算増幅器131の入力端子(増幅回路130の入力端子)と電気的に接続される。コンデンサー126の一端の信号(コンデンサー126に蓄積された電荷に応じた電圧の信号)は、画像信号VDO(図8のVDO1〜VDOmのいずれか)として増幅回路130に入力される。
シフトレジスター171は、入力された走査信号SCAに基づきスイッチ127を制御する選択信号SELを出力する。そして、列処理回路120‐i+1(i=1〜m−1)に含まれる走査回路170に走査信号SCAを転送する。
即ち、走査回路170は、走査信号SCAに基づき、列処理回路120−1〜120−nのそれぞれの保持回路160に保持された信号(コンデンサー126に蓄積された電荷に応じた電圧の信号)を順次、増幅回路130に出力する。
図10は、図8に示した信号処理回路103−1の動作のタイミングを示すタイミングチャート図である。なお、m個の画素回路110(110−1〜110−n)の各々が有する受光素子111には受光量に応じた電荷(負の電荷)が蓄積されているものとする。
図10に示されるように、まず、バイアス電流オン信号Ib_ONがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)になり、m個の画素回路110において、スイッチ115が導通する。この状態で、画素リセット信号RST_PIXがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)になると、m個の画素回路110において、NMOSトランジスター113のソ
ース端子とドレイン端子とが導通し、NMOSトランジスター114のゲート端子に電源電位VDDが供給される。これにより、NMOSトランジスター114のソース端子とドレイン端子とが導通し、m個の画素回路110からそれぞれ出力される画素信号PIXO1〜PIXOnの電圧が電源電位VDDまで上昇する。このとき、列リセット信号RST_COLがアクティブ(ハイレベル)であるため、m個の列処理回路120において、スイッチ123は導通しており、コンデンサー122に蓄積されていた電荷がリセットされ、m個の増幅回路150の各出力信号CDSO1〜CDSOnが所定の電圧まで低下する。
次に、画素リセット信号RST_PIX及び列リセット信号RST_COLが非アクティブ(ローレベル)になった後、転送信号TXがアクティブ(ハイレベル)になると、m個の画素回路110において、NMOSトランジスター112のソース端子とドレイン端子とが導通し、NMOSトランジスター114のゲート端子は、受光素子111に蓄積されている電荷に応じた電圧となる。受光素子111の受光量が多いほど、受光素子111に蓄積されている電荷(負の電荷)が多いため、NMOSトランジスター114のゲート端子の電圧は低下し、これに応じて画素信号PIXO1〜PIXOmの電圧がそれぞれΔVpix1〜ΔVpixnだけ低下する。このとき、スイッチ123は非導通であるため、m個の増幅回路150が動作し、各出力信号CDSO1〜CDSOnは、それぞれΔVpix1〜ΔVpixnに比例して上昇する。
次に、m個の増幅回路150の出力信号CDSO1〜CDSOmの電圧が安定した後、読み出し信号READがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)になると、スイッチ125が導通し、m個のコンデンサー126に蓄積される電荷は、それぞれΔVpix1〜ΔVpixnに応じて変化する。
次に、バイアス電流オン信号Ib_ON、転送信号TX及び読み出し信号READが非アクティブ(本実施形態ではローレベル)になった後、出力イネーブル信号OE(図8のOE1〜OE2のいずれか)が一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる。また、出力イネーブル信号OEがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときに、スイッチ制御信号SW1がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)かつスイッチ制御信号SW2が非アクティブ(本実施形態ではローレベル)の状態とスイッチ制御信号SW1が非アクティブ(ローレベル)かつスイッチ制御信号SW2がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)の状態が交互に繰り返される。また、スイッチ制御信号SW1が非アクティブ(本実施形態ではローレベル)かつスイッチ制御信号SW2がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる毎に、m個の列処理回路120(120‐1〜120‐m)のそれぞれに設けられた走査回路170で制御されるm個の選択信号SEL(SEL1〜SELm)が順番にアクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる。
そして、m個の選択信号SEL(SEL1〜SELm)が順番にアクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる毎に、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)から、コンデンサー126に蓄積されている電荷に応じた電圧の画像信号VDO1〜VDOmが順番に出力される。この画像信号VDO1〜VDOmは、増幅回路130によって順番に増幅され、これにより画像信号SO1が生成される。
図8に示した信号処理回路103−2の動作のタイミングを示すタイミングチャート図も、図10と同様であるため、その図示及び説明を省略する。
4.画像読取チップの回路レイアウト
図11は、本実施形態における画像読取チップ415の回路レイアウトを模式的に示す図である。
画像読取チップ415は、長辺301(「第1辺」の一例)と、長辺302と、長辺301より短い短辺303(「第2辺」の一例)と、短辺304とを含み構成された略矩形の形状のシリコン基板300に形成される。
画像読取チップ415は、2つの信号処理回路103‐1,103‐2と、駆動制御回路310と、基準電圧生成回路320と、入出力部330と、を含み構成される。なお、画像読取チップ415に含まれる上述の構成は、不図示の配線により電気的に接続されている。本実施形態では、画像読取チップ415を構成する回路は、シリコン基板300上に、フォトリソ法を含む半導体プロセスによって一体に形成されている。つまり、画像読取チップ415は、1つのIC(Integrated Circuit)チップとして構成されている。
2つの信号処理回路103‐1,103‐2は、長辺301に沿って隣接して設けられ、短辺303側に信号処理回路103‐1が、短辺304側に信号処理回路103‐2が形成されている。
2つの信号処理回路103‐1,103‐2のそれぞれは、m個の画素回路110(110−1〜110‐m)と、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)と、増幅回路130と、を含み構成される。
m個の画素回路110(110−1〜110‐m)は、長辺301に沿って並んで設けられている。具体的には、m個の画素回路110(110−1〜110‐m)は、短辺303側から短辺304側に向かい長辺301(「第1辺」の一例)が伸びる方向に沿って、信号処理回路103‐1の画素回路110‐1(「第1画素」の一例)、110‐2(「第2画素」の一例)、…、110‐mの順に並んで設けられている。さらに、信号処理回路103‐1の画素回路110(110−1〜110‐m)と連続して、信号処理回路103‐2の画素回路110‐1、110‐2、…、110‐mが並んで設けられている。即ち、二つの信号処理回路103‐1,103‐2に含まれる2m個の画素回路110は、シリコン基板300の長辺301に沿って、短辺303側から短辺304側に向かい連続的に並んで設けられている。
m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、m個の画素回路110(110−1〜110‐m)の長辺302側に並んで設けられている。具体的には、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、m個の画素回路110(110−1〜110‐m)の長辺302側において、短辺303側から短辺304側に向かい、信号処理回路103‐1の列処理回路120‐1、120‐2、…、120‐mの順に並んで設けられている。さらに、信号処理回路103‐1の列処理回路120(120−1〜120‐m)に連続して、信号処理回路103‐2の列処理回路120‐1、120‐2、…、120‐mが並んで設けられている。即ち、2つの信号処理回路103‐1,103‐2に含まれる2m個の列処理回路120は、シリコン基板300において、長辺301に沿って並ぶ2m個の画素回路110の長辺302側に、短辺303側から短辺304側に向かい並んで設けられている。
また、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、m個の画素回路110(110−1〜110‐m)のそれぞれと、電気的に接続されている(図9参照)。具体的には、信号処理回路103‐1に含まれる画素回路110‐1と列処理回路120‐1(「第1読出回路」の一例)とが電気的に接続され、画素回路110‐2と列処理回路120‐2(「第2読出回路」の一例)とが電気的に接続され、画素回路110‐j(j=1〜m)と列処理回路120‐j(j=1〜m)とが電気的に接続されている。同様に、
信号処理回路103‐2に含まれる画素回路110‐j(j=1〜m)と列処理回路120‐j(j=1〜m)とは電気的に接続されている。
m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、それぞれが、増幅回路150、保持回路160、走査回路170を含み構成される。
増幅回路150は、列処理回路120において画素回路110側に設けられている。また、保持回路160は、増幅回路150の長辺302側に設けられ、走査回路170は、保持回路160の長辺302側に設けられている。即ち、列処理回路120には、増幅回路150と、保持回路160と、走査回路170とが、長辺301側から長辺302側に向かい順に設けられている。換言すれば、画像読取チップ415は、短辺303から短辺304方向に長辺301に沿って2m個の画素回路110(110‐1〜110‐m)が設けられている。そして、2m個の画素回路110(110‐1〜110‐m)の長辺302側に、2m個の増幅回路150が短辺303から短辺304方向に向かい、並んで設けられている。さらに、2m個の増幅回路150の長辺302側に2m個の保持回路160が短辺303から短辺304方向に向かい、並んで設けられている。さらに、2m個の保持回路160の長辺302側に2m個の走査回路170が短辺303から短辺304方向に向かい、並んで設けられている。
本実施形態における画像読取チップ415の信号処理回路103−1,103−2は、画素回路110が受光した光に基づき発生した電圧を、増幅回路150において増幅し、保持回路160で保持した後、走査回路170の動作に基づき画像信号SOとして出力する。即ち、画素回路110と、列処理回路120に含まれる増幅回路150と、保持回路160と、走査回路170とを、長辺301側から長辺302側に向かい、順に配置することで、画素回路110が検出した信号の流れに沿った回路配置が可能となり、煩雑な信号線の引き回しを削減でき、安定した画像信号SOを出力することが可能となる。
増幅回路130は、短辺303から短辺304方向に並び設けられたm個の列処理回路120(120−1〜120−m)の一部に並び設けられている。具体的には、増幅回路130は、列処理回路120‐j(j=1〜m−1)と列処理回路120‐j+1(j=1〜m−1)との間に設けられている。このように増幅回路130とm個の列処理回路120(120−1〜120−m)とを並べて設けることで、画像読取チップ415におけるシリコン基板300の面積を有効に活用することが可能となり、画像読取チップ415のチップサイズを小型化することが可能となる。
駆動制御回路310は、タイミング制御回路100と、駆動回路101とを含み構成される。
駆動制御回路310は、信号処理回路103‐1の短辺303側に並んで設けられている。即ち、駆動制御回路310(「制御回路」の一例)は、信号処理回路103‐1に含まれるm個の列処理回路120(120‐1〜120−m)と、長辺301が伸びる方向に沿って、並んで設けられている。
このとき、本実施形態では、信号処理回路103‐1に含まれるm個の列処理回路120(120‐1〜120−m)は、タイミング制御回路100から出力される走査信号SCAにより走査されるタイミングの早い列処理回路120‐1から順に、駆動制御回路310側に配置されている。即ち、駆動制御回路310(「制御回路」の一例)と、列処理回路120‐1に含まれる走査回路170(「第1走査回路」の一例)との間の距離は、駆動制御回路310と、列処理回路120‐2に含まれる走査回路170(「第2走査回路」の一例)との間の距離よりも短い。さらに、本実施形態における画像読取チップ41
5において、駆動制御回路310は、シリコン基板300の短辺303側の基板端に設けられていることが好ましい。即ち、駆動制御回路310(「制御回路」の一例)は、列処理回路120‐1に含まれる走査回路170(「第1走査回路」の一例)と、列処理回路120‐2に含まれる走査回路170(「第2走査回路」の一例)と、の間には設けられていない。このように配置することで、走査信号SCAを伝送する配線は、短辺303側に設けられた駆動制御回路310から順次隣接する列処理回路120−i(i=1〜m)に伝達されるように設ければよい。よって、シリコン基板300に形成される駆動制御回路310から列処理回路120−i(i=1〜m)に出力される制御信号の配線は、短辺303から短辺304に向かい、制御信号の数だけ設ければよく、容易に配線することが可能となり、他の信号の影響を受け難い配線とすることが可能となる。
また、本実施形態では、駆動制御回路310は、列処理回路120‐1に含まれる増幅回路150と、列処理回路120‐2に含まれる増幅回路150と、の間にも設けられていない。即ち、駆動制御回路310(「制御回路」の一例)と短辺303(「第2辺」の一例)との間の距離は、短辺303と列処理回路120‐1に含まれる増幅回路150(「第1増幅回路」の一例)の距離より短く、駆動制御回路310と短辺303との間の距離は、短辺303と列処理回路120‐2に含まれる増幅回路150(「第2増幅回路」の一例)の距離より短くなるように配置される。換言すれば、駆動制御回路310は、シリコン基板300の短辺303側の基板端に設けられている。
増幅回路150は、画素回路110から出力された微弱な信号を増幅する。そのため、製造ばらつき等に伴う、わずかな差により画像読取チップ415から出力される画像信号OSが変動してしまう可能性がある。本実施形態によれば、2つの信号処理回路103‐1,103‐2に含まれる、m個の列処理回路120(120‐1〜120−m)のそれぞれの増幅回路150の間には、他の構成要素が含まれないように配置することが可能となる。これにより、2つの信号処理回路103‐1,103‐2は、同じ構成でシリコン基板上に形成すればよく、製造ばらつきによる特性のばらつきを抑制することが可能となる。即ち、本実施形態における画像読取チップ415によれば、2つの信号処理回路103−1,103−2の製造ばらつきによる特性差を低減することが可能であり、よって、2m個の列処理回路120(120‐1〜120−m)の特性差を低減できる可能性がある。
基準電圧生成回路320は、信号処理回路103‐2の短辺304側に設けられている。基準電圧生成回路320は、後述する第2電圧入力電極337(「一定電圧端子」の一例)より入力された第2電圧Vin2に基づき、基準電圧等を生成する。基準電圧は、2m個の列処理回路120(120‐1〜120‐m)に共通に入力される。なお、基準電圧生成回路320は、例えばレギュレータ等で構成されて、複数種類の電位の基準電圧を生成する構成であってもよい。
入出力部330は、2つの信号処理回路103‐1,103‐2の長辺302側に設けられ、長辺302に沿って、複数の電極及び画像信号出力回路339を含み構成されている。具体的には、入出力部330は、短辺303側から短辺304側に向かい長辺302に沿って、チップイネーブル信号出力電極331、チップイネーブル信号入力電極332、解像度設定信号入力電極333、クロック信号入力電極334、第1電圧入力電極335、第1グランド電極336、画像信号出力回路339、第2電圧入力電極337、第2グランド電極338の順で併設されている。なお、入出力部330には、上記構成以外の複数の電極が含まれて構成されてもよい。
チップイネーブル信号出力電極331は、駆動制御回路310から出力されたチップイネーブル信号CE_outを次段に設けられた画像読取チップ415又は読取制御回路2
00(図7参照)に出力する。
チップイネーブル信号入力電極332は、前段の画像読取チップ415又は読取制御回路200から入力されたチップイネーブル信号CE_inを画像読取チップ415に入力する。チップイネーブル信号入力電極332から入力されたチップイネーブル信号CE_inは、前述のとおり駆動制御回路310に含まれるタイミング制御回路100に入力される(図8参照)。
解像度設定信号入力電極333は、読取制御回路200から伝送された解像度設定信号RESを、画像読取チップ415に入力する。解像度設定信号RESは、解像度設定信号入力電極333を介して、駆動制御回路310に含まれるタイミング制御回路100に入力される(図8参照)。
クロック信号入力電極334は、読取制御回路200から伝送されたクロック信号CLKを、画像読取チップ415に入力する。クロック信号CLKは、クロック信号入力電極334を介して、駆動制御回路310に含まれるタイミング制御回路100に入力される(図8参照)。
本実施形態において、入出力部330の短辺303側には、駆動制御回路310と送受信する信号であるチップイネーブル信号CE_out、チップイネーブル信号CE_in、解像度設定信号RES、クロック信号CLKのそれぞれが入出力される電極が設けられている。また、上記信号が入力される駆動制御回路310は、シリコン基板300の短辺303側のチップ端に形成されている。すなわち、駆動制御回路310と、駆動制御回路310に伝送される信号の電極とは、近くに配置することが可能である。よって、本実施形態における画像読取チップ415は、入出力部330から、駆動制御回路310に入力される信号の配線が、煩雑なレイアウトになることを抑制する。
第1電圧入力電極335及び第1グランド電極336は入出力部330において隣接し設けられ、画像読取チップ415に電圧(電位)を供給する電極である。具体的には、第1電圧生成回路421により生成された第1電圧Vin1を、第1電圧入力電極335及び第1グランド電極336を介して、画像読取チップ415に含まれる駆動制御回路310と、画像信号出力回路339と、に供給する。また、第1電圧入力電極335及び第1グランド電極336は、クロック信号入力電極334と画像信号出力回路339との間に設けられている。すなわち、本実施形態によれば、第1電圧入力電極335及び第1グランド電極336と駆動制御回路310との配線は、第1電圧入力電極305及び第1グランド電極336と画像信号出力回路339との配線と、交差せず短い配線により結線することが可能となる。
画像信号出力回路339は、画像読取チップ415の外部に画像信号OSを出力するための電極と、演算増幅器104(図8参照)により構成される。即ち、画像信号出力回路339は、画像読取チップ415において検出・生成された画像信号OSを、アナログフロンエンド(AFE)202に対し出力する(図7参照)。
本実施形態において、画像信号出力回路339は、入出力部330において、信号処理回路103‐1に含まれる増幅回路130の近傍に設けられている。即ち、画像信号出力回路339に含まれる演算増幅器104(「出力回路」の一例)と、信号処理回路103‐1に含まれる増幅回路130(「第3増幅回路」の一例)との間の距離は、画像信号出力回路339に含まれる演算増幅器104と駆動制御回路310との距離よりも短い。
画像信号出力回路339には、第1電圧入力電極335及び第1グランド電極336に
より第1電圧Vin1が供給される。このため、画像信号出力回路339は、第1電圧入力電極335及び第1グランド電極336の近傍に設けられていることが好ましい。
一方で、画像信号出力回路339は、2つの信号処理回路103‐1,103‐2のそれぞれに含まれる増幅回路130から、画像信号SO1,SO2を受け取り、画像信号OSを出力する。そのため、画像信号SO1,SO2を伝送する配線は、配線インピーダンスを抑制するためにも、極力短い配線で形成されていることが好ましく、よって、画像信号出力回路339は、2つの信号処理回路103‐1,103‐2のそれぞれに含まれる増幅回路130の、少なくともいずれか一方の近傍に設けられることが好ましい。
これより、画像信号出力回路339は、2つの信号処理回路103‐1,103‐2のうち、駆動制御回路310側に設けられた信号処理回路103‐1に含まれる増幅回路130の近くに設けることが好ましい。これにより、画像信号出力回路339は、入力される第1電圧Vin1と、画像信号SO1(又は画像信号SO2)と、を精度よく受け取ることが可能となる。
第2電圧入力電極337及び第2グランド電極338は隣接し設けられ、画像読取チップ415に電圧(電位)を供給する電極である。具体的には、第2電圧生成回路422により生成された第2電圧Vin2を、第2電圧入力電極337及び第2グランド電極338を介して、画像読取チップ415に含まれる2つの信号処理回路103−1,103−2のそれぞれに含まれる増幅回路130と、基準電圧生成回路320と、に供給する。
本実施形態では、第2電圧入力電極337及び第2グランド電極338は、第2電圧入力電極337(「一定電圧端子」の一例)と列処理回路120‐1(「第1読出回路」の一例)との距離は、第2電圧入力電極337と駆動制御回路310(「制御回路」の一例)よりも短く、第2電圧入力電極337と列処理回路120‐2(「第2読出回路」の一例)との距離は、第2電圧入力電極337と駆動制御回路310よりも短くなるように設けられている。
第2電圧Vin2は、第2電圧入力電極337及び第2グランド電極338を介し、2つの信号処理回路103−1,103−2のそれぞれに含まれる増幅回路130と、基準電圧生成回路320に入力される。また、一方で、前述のとおり、第1電圧Vin1は、駆動制御回路310と、画像信号出力回路339とに入力される。さらに、2つの信号処理回路103−1,103−2のそれぞれに含まれる増幅回路130と、基準電圧生成回路320とは、駆動制御回路310の短辺304側に設けられている。これより、第2電圧Vin2が入力される第2電圧入力電極337及び第2グランド電極338が、入出力部330において、シリコン基板300の短辺304側、即ち駆動制御回路310から離れる側に設けられることが好ましい。これより、第1電圧Vin1が供給される配線と、第2電圧Vin2が供給される配線とが、交差せず相互干渉が低減されことで、精度よく電源を供給することが可能となる。また、第2電圧Vin2が供給される配線を短くすることが可能となり、他の制御信号等との干渉を抑制することも可能となり、画像の読取精度を向上させることが可能となる。
5.作用・効果
以上説明したように、本実施形態のスキャナーユニット(画像読取装置)3では、画像読取チップ415において、列処理回路120‐1と列処理回路120‐2とを含むm個の列処理回路120(120−1〜120−m)と、駆動制御回路310とが、長辺301が伸びる方向にそって短辺303側から短辺304に向かい並んで設けられている。即ち、駆動制御回路310から出力されるm個の列処理回路120(120−1〜120−m)を制御するための制御信号(転送信号TX、読み出し信号READ等)は、長辺30
1が伸びる方向に設けるだけよく、配線の不要な引き回しなどが生じない。このため、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
また、本実施形態のスキャナーユニット(画像読取装置)3では、画像読取チップ415において、画素回路110‐1と画素回路110‐2とを含むm個の画素回路110(110−1〜110‐m)も、長辺301に沿って短辺303側から短辺304に向かい並んで設けられている。即ち、画素回路110‐1から出力された画素信号PIXO1は、長辺301側から長辺302側に向かい列処理回路120‐1に伝送され、画素回路110‐2から出力された画素信号PIXO2は、長辺301側から長辺302側に向かい列処理回路120‐2に伝送される。即ち、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)を制御するための制御信号を伝送する配線と、画素回路110−j(j=1〜m)で検出された画素信号PIXOj(j=1〜m)を伝送する配線とは並行して配線されない。これにより、配線間に生じる浮遊容量が低減される。このため、制御信号の配線の寄生インピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
また、本実施形態のスキャナーユニット(画像読取装置)3では、画像読取チップ415の、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)において、列処理回路120‐j(j=1〜m)が画像信号VDOj(j=1〜m)を出力した後、列処理回路120‐j+1(j=1〜m)が画像信号VDOj(j=1〜m)を出力するように動作する。また、m個の列処理回路120(120−1〜120−m)は、駆動制御回路310側から短辺304に向かい、列処理回路120‐1、120‐2、…、120‐mの順で配置される。即ち、先に動作する列処理回路120が駆動制御回路310側に設けられる。このように配置することで、駆動制御回路310から出力されるm個の列処理回路120(120−1〜120−m)を制御するための制御信号が伝送される配線が、煩雑になることを抑制し、不用意な配線が削減されるため、制御信号の配線のインピーダンスを低減することが可能となり、精度よく画像を読み取ることが可能となる。
また、本実施形態のスキャナーユニット(画像読取装置)3では、画像読取チップ415において、2つの信号処理回路103‐1,103‐2のそれぞれに設けられた増幅回路130の出力端子から、演算増幅器104の入力端子までの配線を短くすることが可能となり、当該配線のインピーダンスを低減することが可能となる。よって、出力回路から出力される信号の精度が向上する。
6.変形例
図1、図2に示されるように、本実施形態におけるスキャナーユニット3は、原稿台Tに載置された原稿Pを読み込む構成であったが、ADF(オートドキュメントフィーダー)等を備えた搬送型のスキャナーユニットであってもよい。さらに、原稿Pの表面と裏面の双方にイメージセンサーモジュール41を備えた構成であって、原稿Pの表面と裏面の双方を同時に読み込む両面読取のスキャナーユニット3であっても良い。
また、本実施形態においては、イメージセンサーモジュール41に複数の画像読取チップ415を搭載し、原稿Pの分割された画像を縮小し、複数の画像読取チップ415で読み込む分割縮小光学系のスキャナーユニット3であったが、一つの画像読取チップ415で、原稿Pを読み取る、いわゆる、縮小光学系のスキャナーユニット3であってもよい。
また、本実施形態において、画像読取チップに設けられたチップイネーブル信号CE_inとチップイネーブル信号CE_outとは、図11に示す画像読取チップ415のレイアウトにおいて、短辺303側に設けられているが、例えば、チップイネーブル信号C
E_inが、短辺303側に設けられ、チップイネーブル信号CE_outが短辺304側に設けられていても良い。
チップイネーブル信号CE_inは、前段の画像読取チップ415(又は読取制御回路200)から信号を受け取り、チップイネーブル信号CE_outは、後段の画像読取チップ415(又は読取制御回路200)に対し信号を出力する。本実施形態によれば、複数の画像読取チップ415が、モジュール基板414上に1次元方向に並べられる。そのため、チップイネーブル信号CE_inが、短辺303側に設けられ、チップイネーブル信号CE_outが短辺304側に設けることにより、異なる画像読取チップ415間の信号の伝達に用いる配線の煩雑さを抑制することが可能となり、モジュール基板414における配線のインピーダンスを低減することが可能となる。
このような変形例においても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上、本実施形態あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施形態あるいは変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記の実施形態及び各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…複合機、2…プリンターユニット、3…スキャナーユニット、4…ヒンジ部、11…アッパーフレーム、12…画像読取部、13…上蓋、16…下ケース、17…上ケース、31…センサーユニット、33…ガイド軸、34…センサー移動機構、41…イメージセンサーモジュール、63…操作部、65…装置ハウジング、100…タイミング制御回路、101…駆動回路、103…信号処理回路、104,121,131…演算増幅器、110…画素回路、111…受光素子、112,113,114…NMOSトランジスター、115,123,125,127,133,134,135,140…スイッチ、116…定電流源、120…列処理回路、122,124,126,132…コンデンサー、130…増幅回路、150…増幅回路、160…保持回路、170…走査回路、171…シフトレジスター、180…出力走査回路、200…読取制御回路、202…アナログフロンエンド、300…シリコン基板、301,302…長辺、303,304…短辺、310…駆動制御回路、320…基準電圧生成回路、330…入出力部、331…チップイネーブル信号出力電極、332…チップイネーブル信号入力電極、333…解像度設定信号入力電極、334…クロック信号入力電極、335…第1電圧入力電極、336…第1グランド電極、337…第2電圧入力電極、338…第2グランド電極、339…画像信号出力回路、411…ケース、412…光源、413…光学部、414…モジュール基板、415…画像読取チップ、416…反射鏡、417…レンズ、421…第1電圧生成回路、422…第2電圧生成回路、P…原稿、T…原稿台

Claims (8)

  1. 画像を読み取る第1画像読取チップと、
    前記画像が縮小された像を前記第1画像読取チップに結像させる光学ユニットと、
    を備え、
    前記第1画像読取チップは、
    前記画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第1受光素子を含み、第1画素信号を生成する第1画素と、
    前記画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第2受光素子を含み、第2画素信号を生成する第2画素と、
    前記第1画素と電気的に接続され、前記第1画素信号に基づく第1読出信号を出力する第1読出回路と、
    前記第2画素と電気的に接続され、前記第2画素信号に基づく第2読出信号を出力する第2読出回路と、
    前記第1読出回路と、前記第2読出回路と、の動作を制御する制御回路と、
    を含み、
    前記第1画像読取チップは、第1辺と、前記第1辺よりも短い第2辺と、を含む形状であり、
    前記第1画素と、前記第2画素と、は前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられ、
    前記第1読出回路と、前記第2読出回路と、前記制御回路と、は前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている、
    ことを特徴とする画像読取装置。
  2. 前記第1読出回路は、前記第1読出信号の出力のタイミングを制御する第1走査回路を含み、
    前記第2読出回路は、前記第2読出信号の出力のタイミングを制御する第2走査回路を含み、
    前記第1受光素子と、前記第2受光素子と、が前記画像の縮小された像の光を受けた後において、前記第1走査回路により前記第1読出信号が出力されるタイミングは、前記第2走査回路により前記第2読出信号が出力されるタイミングよりも早く、
    前記制御回路と前記第1走査回路との間の距離は、前記制御回路と前記第2走査回路との間の距離よりも短い、
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
  3. 前記制御回路は、前記第1走査回路と前記第2走査回路との間には、設けられていない、
    ことを特徴とする請求項2に記載の画像読取装置。
  4. 前記第1読出回路は、前記第1画素信号を増幅して前記第1読出信号を生成する第1増幅回路を含み、
    前記第2読出回路は、前記第2画素信号を増幅して前記第2読出信号を生成する第2増幅回路を含み、
    前記第2辺と前記制御回路との間の距離は、前記第2辺と前記第1増幅回路との間の距離よりも短く、
    前記第2辺と前記制御回路との間の距離は、前記第2辺と前記第2増幅回路との間の距離よりも短い、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  5. 前記第1画像読取チップは、一定の電圧が供給される一定電圧端子を含み、
    前記一定電圧端子と前記第1読出回路との間の距離は、前記一定電圧端子と前記制御回路との間の距離よりも短く、
    前記一定電圧端子と前記第2読出回路との間の距離は、前記一定電圧端子と前記制御回路との間の距離よりも短い、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  6. 前記第1画像読取チップは、
    前記第1読出回路と前記第2読出回路との少なくとも一方から出力された信号を増幅して増幅信号を生成する第3増幅回路と、
    前記増幅信号に基づき、前記第1画像読取チップの外部へ出力される出力信号を生成する出力回路と、
    を含み、
    前記出力回路と前記第3増幅回路との間の距離は、前記出力回路と前記制御回路との距離よりも短い、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  7. 第2画像読取チップを含み、
    前記画像は、第1部分画像と第2部分画像とを含み、
    前記光学ユニットは、
    前記第1部分画像が縮小された像を前記第1画像読取チップに結像させ、
    前記第2部分画像が縮小された像を前記第2画像読取チップに結像させる、
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  8. 画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第1受光素子を含み、第1画素信号を生成する第1画素と、
    前記画像が縮小された像の光を受けて光電変換する第2受光素子を含み、第2画素信号を生成する第2画素と、
    前記第1画素と電気的に接続され、前記第1画素信号を読み出す第1読出回路と、
    前記第2画素と電気的に接続され、前記第2画素信号を読み出す第2読出回路と、
    前記第1読出回路と、前記第2読出回路との動作を制御する制御回路と、
    第1辺と、前記第1辺よりも短い第2辺と、
    を含み、
    前記第1画素と前記第2画素とは、前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられ、
    前記第1読出回路と前記第2読出回路と前記制御回路とは、前記第1辺が伸びる方向に沿って並んで設けられている、
    ことを特徴とする半導体装置。
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