JP2823578B2 - 光電変換装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光電変換装置及びその駆動方法に関し、特
に、光電変換によりイメージ読取りを行なうイメージセ
ンサチップを複数個配列したマルチチップ型の光電変換
装置、及びその駆動方法に関する。

［従来の技術］ 従来、光電変換装置として、リニアイメージセンサは
ファクシミリ、スキャナ等に読取り装置として多用され
ている。これらのリニアイメージセンサは、シリコンウ
エハー上に作成されるため、そのセンサ長はウエハーサ
イズにより制限を受け、原稿と同一長さのリニアイメー
ジセンサチップを作ることは困難であり、センサ長の短
かいものしか得られないことが多い。

このため、原稿からの反射光を光学系を用いて縮小
し、リニアイメージセンサ上に縮小投影して画像を読取
っている。しかし、このような縮小光学系を使用する読
取り装置では、光学系のスペースを大きく取らねばなら
ず、また、解像度も充分ではない。そこで、これを解決
するためにリニアイメージセンサを複数個直線上に並べ
たマルチチップ型イメージセンサが用いられている。

第３図は従来のイメージセンサチップを用いたマルチ
チップ型イメージセンサの構成を示し、第４図は動作波
形（タイミングチャート）を示す図である。

第３図において、１−１、１−２、・・・・、１−ｍ
はそれぞれイメージセンサチップであり、各々のチップ
（以下イメージセンサチップを略してチップと言うこと
がある。）は接続されてマルチチップ型イメージセンサ
を構成している。イメージセンサチップ１−１におい
て、２−１−１〜２−１−ｎは受光要素であり、入力さ
れる光信号を電気信号に変換する。本マルチチップ型イ
メージセンサは受光要素を２−１−１から２−ｍ−ｎま
で配列して接続することにより、センサ長を長くとり、
大きな原稿サイズにも対応可能としている。

本マルチチップ型センサは、クロック端子９からのク
ロック信号により同期を取り、第１番目のチップ１−１
に対してスタート端子８からスタート信号が入力される
ことにより、動作が開始される。このスタート信号を受
けてシフトレジスタ４−１−１〜４−１−ｎはクロック
信号に同期して、順次MOSスイッチ３−１−１〜３−１
−ｎをONとし、各MOSスイッチに接続されている受光要
素２−１−１〜２−１−ｎを作動させて、光信号を読出
す。

この光信号は光信号出力増幅器６−１により増幅さ
れ、出力端子７に光出力信号として出力される。

また、５−１は光出力信号増幅器６−１の定電流回路
を動作状態と非動作状態とに切換えるための制御回路で
あり、最初のシフトレジスタ４−１−１がスタート信号
を受けると、ほぼ同時に定電流回路を動作状態として、
光信号出力増幅器６−１を作動可能とする。

また、チップ１−１の最終段のシフトレジスタ４−１
−ｎからの出力は、最終段のMOSスイッチ３−１−ｎをO
Nすると同時にチップ１−１の外部に出力され、次のチ
ップ１−２の最初のシフトレジスタ４−２−１にスター
ト信号として入力される。

次段のチップ１−２でも上述したチップ１−１と同様
の動作が行なわれ、更に次段のチップ１−３（不図示）
にスタート信号が出力される。このように順次次段のチ
ップにスタート信号を出力することにより、センサ長の
光信号の読取り動作が実行されていく。

第４図は上述したマルチチップ型イメージセンサの動
作波形（タイミングチャート）を示す図である。同図に
おいて、チップ１−２に対するスタート信号の出力から
時間Ｓの後にチップ１−２の受光要素２−２−１による
光信号が読出されており、チップ１−２は、この時間Ｓ
の間に増幅器の定電流回路を立ち上げねばならないこと
がわかる。また、クロック周波数を高くすると時間Ｓも
小さくなるため、定電流回路の立ち上げ時間も短かい時
間で行わなければならなくなる。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明した様に、上記従来例では、スタート信号の
入力による受光要素２−１−１からの光信号読出しと、
その光信号を増幅する光信号出力増幅器６−１の定電流
回路の立ち上げが、ほぼ同時であるため、定電流回路が
完全に立ち上がった後に光信号の読出しを行なうために
は、クロック信号の周波数を低くして１画素当たりの受
光要素の読出し時間を十分長くとる必要がある。

これは読出し時間を短縮して高速化するために、クロ
ック信号の周波数を高くしようとすると、定電流回路が
完全に立ち上がらず、即ち光信号増幅器６−１が完全に
動作状態に入る前に受光要素からの光信号が出力されて
しまい、正確な信号増幅を行なうことができないという
問題点がある。

この対策としては、各チップの最初の受光要素に対す
るクロックのみ、周波数を遅くするという方法もある
が、これには外部に複雑な回路を設けなければならず、
コストアップの要因になるという問題点がある。

このため、マルチチップイメージセンサの光信号読出
し時間を短縮して高速な読出しをするため、クロック信
号の周波数を高くしようとしても、定電流回路の立ち上
がり時間によって制限されていた。

本発明の目的は上述した外部の複雑な回路によるコス
トアップを必要とせず、クロック信号の周波数を上げ
て、読出し時間の短縮による高速な読出しの可能なマル
チチップ型光電変換装置を実現することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前記課題を解決するための手段として、 複数の受光要素、 該受光要素の読み出し動作を順次行なうためのシフト
レジスタ、 該シフトレジスタから前記読み出し動作の途中で出力
される信号を出力するための信号出力端子、 該受光要素からの出力信号を増幅するための増幅器、 該受光要素の読み取り動作に係わるスタート信号を入
力するためのスタート端子、 該スタート端子と接続され、該受光要素の読み取り動
作の開始の信号を該読み出し用のシフトレジスタに遅延
して出力するために、該シフトレジスタの前に設けられ
たスタート信号遅延用シフトレジスタ、 該遅延用のシフトレジスタが該読み取り動作の開始の
信号を出力する前に、その遅延動作の途中で出力される
信号が入力される、該増幅器の動作を制御する制御回
路、 を有するイメージセンサチップの複数が配列されてお
り、 該イメージセンサチップの一つの該信号出力端子から
の信号は、その次段に配されたイメージセンサチップの
スタート端子に入力されるように該信号出力端子と該次
段に配されたイメージセンサチップの該スタート端子が
電気的に接続されている光電変換装置を提供するもので
ある。

また、複数の受光要素からシフトレジスタを用いて順
次読み出し動作を行い、読み出された出力を増幅器を介
して出力するイメージセンサチップを複数配列した光電
変換装置の駆動方法において、 隣接する前記イメージセンサチップの内、前段のイメ
ージセンサチップにおける前記受光要素からの読み出し
動作途中における該シフトレジスタからの信号を、次段
の前記イメージセンサチップに入力し、該信号を次段の
イメージセンサチップの増幅器の動作開始のための信号
に利用し、該増幅器を次段のイメージセンサチップの受
光要素の読み出し動作前に動作状態にする光電変換装置
の駆動方法でもある。

また、上記前段のイメージセンサチップからの上記増
幅器の動作開始のための信号の出力から前段のイメージ
センサチップの上記受光要素の読取り終了までの期間
は、次段のイメージセンサチップの増幅器の動作開始の
ための信号の入力から次段のイメージセンサチップの受
光要素の読取り開始までの期間と、実質的に等しい、光
電変換装置の駆動方法でもある。

［作用］ 各イメージセンサチップの内蔵する受光要素の最終画
素の読取り動作が終了する前に、次段のイメージセンサ
チップにスタート信号を出力し、このスタート信号を受
けた次段のチップは、内蔵する光信号出力増幅器の定電
流回路を予め立ち上げ、また遅延手段により、受光要素
の読出し動作を前段のチップの読出し動作が終了するま
で待っていることが可能となる。これにより、クロック
周波数を高くしても定電流回路の立ち上がり時間を確保
することができる。

また、シフトレジスタ回路を遅延手段として各チップ
に内蔵することにより、外部の複雑な遅延回路を必要と
しない。

［実施例］ 以下，本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明によるイメージセンサチップ及び、そ
れを用いた光電変換装置の一実施例であるマルチチップ
型イメージセンサの構成を示す図である。

同図において、１−1,1−２、・・・１−ｍは各イメ
ージセンサチップであり、第３図と同一部分には同一番
号が付されている。また、各チップの最初の（図におい
て左方）シフトレジスタ４−１−ｉ、４−１−ｊ、また
４−２−ｉ、４−２−ｊ、・・・また４−ｍ−ｉ、４−
ｍ−ｊはスタート信号を遅延させるためのシフトレジス
タである。

本実施例のマルチチップ型イメージセンサのセンサ動
作としては、まず光信号蓄積を行なった後、クロック端
子９から各チップにクロック信号を入力し、第１番目の
チップ１−１に対してスタート信号をスタート端子８か
ら入力する。このスタート信号は、遅延用シフトレジス
タ４−１−ｉを介して制御回路５−１へ入力する。制御
回路５−１は光信号出力増幅器６−１の不図示の定電流
回路をONとし、これにより、光信号出力増幅器６−１が
作動可能となる。スタート信号は更に遅延用のシフトレ
ジスタ４−１−ｊを介して、シフトレジスタ４−１−１
に入力され、これにより、受光要素切換えMOSスイッチ
３−１−１がONとされ、受光要素２−１−１から光信号
が読出され、光信号出力増幅器６−１により増幅されて
出力端子７に出力される。以下順次、クロック信号に同
期してシフトレジスタを介して、受光要素２−１−ｎま
で光信号の読出し動作が行なわれる。

この順次行なわれる読出し動作中において、４−１−
ｌのシフトレジスタの出力信号は、２−１−ｌの受光要
素の読出しと同時にチップ１−１の外部にも出力され、
次段のチップ１−２のスタート信号となる。

このスタート信号を受けた次段のチップ１−２は遅延
用レジスタ４−２−ｉを介して、制御回路５−２に入力
され、制御回路５−２はこれにより、光信号出力増幅器
６−２の定電流回路を予めONとする。

チップ１−１ではその後、シフトレジスタ４−１−
（ｌ＋１）〜４−１−ｎがクロック信号により作動さ
れ、残りの受光要素２−１−（ｌ＋１）〜２−１−ｎま
での読出しが行なわれる。

この間、チップ１−２の内部では遅延用シフトレジス
タ４−２−ｉ、４−２−ｊにより、受光要素２−２−１
に対する読出し動作が遅延される。この遅延動作は、チ
ップ１−１の読出し動作が終了すると同時に終了し、シ
フトレジスタ４−２−１によりMOSスイッチ３−２−１
がONとされ、受光要素２−２−１の光信号の読出しが開
始される。この時点ではチップ１−２の光信号出力増幅
器６−２の定電流回路は十分動作可能となっているた
め、正確な信号増幅を実行することができる。

本実施例では上述の様に、チップ１−１のシフトレジ
スタ４−１−ｌから４−１−ｎの動作時間とチップ１−
２の遅延用シフトレジスタ４−２−ｉから４−２−ｊま
での動作時間を調整することにより、チップ１−１の読
出し動作の終了後、すぐにチップ１−２の読出し動作が
開始され、且つ、チップ１−２の定電流回路が立ち上が
るに十分な時間が確保されるように設計されている。

第２図は本実施例の上述した動作を示す動作波形図
（タイミングチャート）であり、同図において、チップ
１−２に対するスタート信号はチップ１−１のシフトレ
ジスタ４−１−ｌの出力信号と同時に出力され、チップ
１−２の定電流回路を立ち上げる（不図示）。また、こ
のスタート信号はシフトレジスタ４−２−ｉと不図示の
４−２−ｊにより時間Ｔだけ遅延された後、シフトレジ
スタ４−２−１により、受光要素２−２−１の光信号出
力の読出しが行なわれている。クロック周波数を上げて
も時間Ｔを定電流回路が立ち上がるのに十分な時間とな
るように設計することにより、正確な光信号の増幅が可
能となる。

本実施例ではシフトレジスタを受光要素に合わせて一
直線に配置したが、これは配線可能であればチップ内の
どこに配置してもかまわない。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明はマルチチップ型イメージ
センサを構成する各チップに光信号の読出し動作の途中
で次段のチップに対するスタート信号を出力する手段
と、該スタート信号が入力した時に光信号増幅回路の定
電流回路を立ち上げ、前段のチップの読出し動作が完全
に終了するまで、読出し動作を遅延させる手段と、を具
備することにより、クロック周波数を高くしても、各チ
ップの有する増幅回路を予め立ち上げておくことができ
る。そのため、高速な読取り動作と、正確な光信号出力
が得られる効果がある。

また、遅延手段としてシフトレジスタを用いることに
より、複雑な回路を外部に配置することもなくなり、小
型で信頼性の高い、コストアップの少ないマルチチップ
型イメージセンサとしての光電変換装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイメージセンサチップ及びそれを用い
た光電変換装置の一実施例としてのマルチチップ型イメ
ージセンサの構成を示す図。 第２図は第１図の実施例の動作波形（タイミングチャー
ト）を示す図。 第３図は従来のマルチチップ型イメージセンサの構成を
示す図。 第４図は第３図の従来例の動作波形（タイミングチャー
ト）を示す図。 １−１〜１−ｍ……イメージセンサチップ ２−１−１〜２−ｍ−ｎ……受光要素 ３−１−１〜３−ｍ−ｎ……受光要素切り換えMOSスイ
ッチ ４−１−１〜４−ｍ−ｎ……シフトレジスタ ４−１−ｉ〜４−ｍ−ｉ……遅延用シフトレジスタ ４−１−ｊ〜４−ｍ−ｊ……遅延用シフトレジスタ ５−１〜５−ｍ……制御回路 ６−１〜６−ｍ……光信号出力増幅器 ７……光信号出力端子 ８……スタート信号入力端子 ９……クロック信号入力端子

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の受光要素、 該受光要素の読み出し動作を順次行なうためのシフトレ
   ジスタ、 該シフトレジスタから前記読み出し動作の途中で出力さ
   れる信号を出力するための信号出力端子、 該受光要素からの出力信号を増幅するための増幅器、 該受光要素の読み取り動作に係わるスタート信号を入力
   するためのスタート端子、 該スタート端子と接続され、該受光要素の読み取り動作
   の開始の信号を該読み出し用のシフトレジスタに遅延し
   て出力するために、該シフトレジスタの前に設けられた
   スタート信号遅延用のシフトレジスタ、 該遅延用のシフトレジスタが該読み取り動作の開始の信
   号を出力する前に、その遅延動作の途中で出力される信
   号が入力される、該増幅器の動作を制御する制御回路、 を有するイメージセンサチップの複数が配列されてお
   り、 該イメージセンサチップの一つの該信号出力端子からの
   信号は、その次段に配されたイメージセンサチップのス
   タート端子に入力されるように該信号出力端子と該次段
   に配されたイメージセンサチップの該スタート端子が電
   気的に接続されている光電変換装置。
2. 【請求項２】複数の受光要素からシフトレジスタを用い
   て順次読み出し動作を行い、読み出された出力を増幅器
   を介して出力するイメージセンサチップを複数配列した
   光電変換装置の駆動方法において、 隣接する前記イメージセンサチップの内、前段のイメー
   ジセンサチップにおける前記受光要素からの読み出し動
   作途中における該シフトレジスタからの信号を、次段の
   前記イメージセンサチップに入力し、該信号を次段のイ
   メージセンサチップの増幅器の動作開始のための信号に
   利用し、該増幅器を次段のイメージセンサチップの受光
   要素の読み出し動作前に動作状態にする光電変換装置の
   駆動方法。
3. 【請求項３】上記前段のイメージセンサチップからの上
   記増幅器の動作開始のための信号の出力から前段のイメ
   ージセンサチップの上記受光要素の読取り終了までの期
   間は、次段のイメージセンサチップの増幅器の動作開始
   のための信号の入力から次段のイメージセンサチップの
   受光要素の読取り開始までの期間と、実質的に等しい、
   請求項２に記載の光電変換装置の駆動方法。