JP3094503B2 - 画像読み取り装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリやスキャ
ナ等に用いられる画像読み取り装置に係り、特に画像を
高速かつ正確に読み取ることができる画像読み取り装置
及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像読み取り装置としては、受光
素子を含むセンサ部の集合体を原稿の幅と同程度の幅を
持つようにライン状に形成した１次元の受光素子アレイ
を有し、原稿と密着して用いられる１次元密着型イメー
ジセンサを用いた画像読み取り装置があった。

【０００３】このイメージセンサの構成単位であるセン
サ部は、図６のイメージセンサの断面説明図に示すよう
に、透明な基板１上に形成された光電変換部である受光
素子（フォトダイオード）２、スイッチング素子である
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３及び採光部４とから成
り、透明な基板１の裏側から採光部４を通って入射した
光が、原稿５の面で反射されて受光素子２の受光部に達
し、ここで反射光はその照度に応じて電気信号に変換さ
れ、薄膜トランジスタ３のＯＮ／ＯＦＦにより順次読み
出される読み出し方法となっていた（特開昭６３−９３
５８号公報参照）。

【０００４】上記のような１次元密着型イメージセンサ
における２次元の画像の読み取り動作（走査）は、セン
サの読み取り方向（主走査方向）に１次元センサを電気
的に走査し、この主走査方向と直交する副走査方向に機
械的手段にて１次元センサまたは読み取られる原稿５を
相対的に移動させて次の１ラインの読み取り（走査）を
行うようになっていた。１次元密着型イメージセンサの
機械的走査方法には主として、原稿５を移動するタイプ
とセンサユニットを移動するタイプがあり、原稿を搬送
するタイプはファクシミリ等に用いられ、センサユニッ
トを移動するタイプはスキャナ等に用いられている。

【０００５】また、従来の画像読み取り装置には、透明
基板上に受光素子が２次元のマトリクス状に配列され、
２次元の領域を順次１行毎に読み取ることができる２次
元密着型イメージセンサを用いたものも提案されてい
た。

【０００６】２次元密着型イメージセンサは、受光素子
を有するセンサ部を行方向と列方向の２次元に配置して
形成されたセンサ部エリアと各行または各列を選択的に
走査する走査回路から構成されている。センサ部の構成
及び作動原理は１次元密着型イメージセンサと同様のも
のである。そして、入射光の光量に応じて各受光素子に
発生した電荷は、駆動用ＩＣに転送され、電流値または
電圧値として読み取られ、画像信号として出力されるよ
うになっていた（特開昭６４−６２９８０号公報参
照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の１次元密着型イメージセンサを用いた画像読み取り
装置では、２次元の画像の読み取りを行う場合、副走査
方向の読み取りを、解像度に合わせたピッチで原稿また
はセンサユニットを移動させて行うため、読み取りに時
間が掛かってしまうという問題点があった。

【０００８】また、上記従来の２次元密着型イメージセ
ンサを用いた画像読み取り装置では、１度に読み取れる
受光素子の数、すなわち１本のゲート線に接続されたセ
ンサ部のセル数が、読み取ることのできる原稿の読み取
り幅に相当することになるが、駆動用ＩＣの端子数によ
り、１度に読み取れる受光素子数が限定されるため、原
稿の読み取り幅が狭くなり、従って幅の広い原稿の読み
取り方法が困難となって、読み取りに時間が掛かってし
まうという問題点があった。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、十分な読み取り幅（面積）を有し、高速度で原稿を
読み取ることができる画像読み取り装置及びその駆動方
法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、基板上に２次元のマトリクス状
に配置された複数の受光素子と、前記受光素子にそれぞ
れ接続して前記受光素子に発生した電荷を転送するスイ
ッチング素子と、前記スイッチング素子から引き出され
た配線を介して接続し前記受光素子で発生した電荷を読
み取って画像信号として出力する駆動用ＩＣとを有する
２次元イメージセンサを用いた画像読み取り装置におい
て、次の構成を含むことを特徴としている。前記２次元
イメージセンサを一単位として主走査方向に複数個連続
して配置する。前記スイッチング素子を制御する制御線
を、複数個の２次元イメージセンサの主走査方向のスイ
ッチング素子に対して共通線とする。前記複数個の２次
元イメージセンサを全て同じタイミングで駆動する駆動
用ＩＣとする。

【００１１】請求項２記載の発明方法は、基板上に２次
元のマトリクス状に配置された複数の受光素子と、前記
受光素子にそれぞれ接続して前記受光素子に発生した電
荷を転送するスイッチング素子と、前記スイッチング素
子から引き出された配線を介して接続し前記受光素子で
発生した電荷を読み取って画像信号として出力する駆動
用ＩＣとを有する２次元イメージセンサを用いた画像読
み取り装置の駆動方法において、前記２次元イメージセ
ンサを一単位として主走査方向に複数個連続して配置
し、前記スイッチング素子を制御する制御線を、複数個
の２次元イメージセンサの主走査方向のスイッチング素
子に対して共通線としておき、前記共通線としての制御
線に制御パルスを印加し、複数個の２次元イメージセン
サの主走査方向の受光素子で発生した電荷を同じタイミ
ングで各駆動用ＩＣに読み出すことを特徴としている。

【００１２】

【００１３】

【作用】本発明によれば、複数個の２次元イメージセン
サの主走査方向のスイッチング素子に対して共通線とな
る制御線に制御パルスを印加し、受光素子に発生した電
荷について、主走査方向の１行のラインを全て同じタイ
ミングで読み取って順次各行のラインを読み取るので、
読取対象となる原稿に対して単位時間当りの読み取り範
囲を大きくできる。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【実施例】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。図１は、本発明の一実施例に係る画像読み
取り装置のイメージセンサ部分の平面説明図、図２は、
図１の部分拡大図、図３は、図２のＡ−Ａ′部分の断面
説明図である。また、図６と同様の構成をとる部分につ
いては同一の符号を使って説明する。

【００１７】本実施例の画像読み取り装置は、説明を簡
単にするために図１に示すように、主走査方向に連続し
て配置された２個の２次元密着型イメージセンサとなる
よう構成されている。イメージセンサ１１ａは駆動用Ｉ
Ｃ１２ａで駆動され、イメージセンサ１１ｂは駆動用Ｉ
Ｃ１２ｂで駆動されるようになっている。

【００１８】ここで、イメージセンサ１１ａと１１ｂは
ゲート線１３を横方向に共通としており、ゲート線１３
は主走査方向に平行な配置となっている。また、駆動用
ＩＣ１２の入力端子に接続されるデータ線１４は副走査
方向に平行に配置され、図１に示すように、イメージセ
ンサ１１ａのそれぞれのデータ線は駆動用ＩＣ１２ａ
に、イメージセンサ１１ｂのそれぞれのデータ線は駆動
用ＩＣ１２ｂに接続されている。

【００１９】イメージセンサ１１は、ガラス等の絶縁性
の基板１上に形成された受光素子を含むセンサ部から成
るマトリクス状のセンサ部エリアと、それぞれのセンサ
部に配線部分を介して接続された駆動用ＩＣ１２とから
構成されている。各センサ部は、図２に示すように、光
電変換部である受光素子２と、スイッチング素子である
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３及び採光部４から構成さ
れ、受光素子２の透明電極は薄膜トランジスタ３のドレ
イン電極３１に接続されている。そして、薄膜トランジ
スタ３のゲート電極２４は行毎に共通のゲート線１３
に、ソース電極３２は列毎に共通のデータ線１４にそれ
ぞれ接続され、更にデータ線１４は駆動用ＩＣ１２に接
続されている。

【００２０】次に、本実施例におけるセンサ部の受光素
子と薄膜トランジスタの具体的構成について、図２のＡ
−Ａ′部分の断面説明図である図３を使って説明する。

【００２１】受光素子２は、図３の断面説明図に示すよ
うに、ガラス等の絶縁性の基板１上に窒化シリコン、水
素化アモルファスシリコン、ｎ+ 水素化アモルファスシ
リコンを順次積層して、その上に形成された下部共通電
極となるクロム（Ｃｒ）等による金属電極２１と、各受
光素子毎に分割形成された水素化アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）から成る光導電層２２と、同様に分割
形成された酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）から成る上
部透明電極２３とが順次積層するサンドイッチ型を構成
している。

【００２２】尚、ここでは下部の金属電極２１は列方向
に連続的に形成され、金属電極２１の上に光導電層２２
が離散的に分割して形成され、上部透明電極２３も同様
に離散的に分割して個別電極となるよう形成されること
により、光導電層２２を金属電極２１と透明電極２３で
挟んだ部分が各受光素子を形成している。

【００２３】また、薄膜トランジスタの構成は、図３に
示すように、前記基板１上にゲート電極２４としてのク
ロム（Ｃｒ１）層、ゲート絶縁層２５としてのシリコン
窒化膜（ＳｉＮx ）、半導体活性層２６としての水素化
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、ゲート電極
２４に対向するよう設けられたトップ絶縁層２７として
のシリコン窒化膜（ＳｉＮx ）、オーミックコンタクト
層２８としてのｎ+ 水素化アモルファスシリコン（ｎ+
ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、ドレイン電極３１とソース電極３２
としてのクロム（Ｃｒ２）層、その上に絶縁層としてポ
リイミド層３３、更にその上に配線層３０またはトップ
絶縁層２７の上部においてはａ−Ｓｉ：Ｈ層の遮光用と
してのアルミニウム（Ａｌ）の遮光層３０′とを順次積
層した逆スタガ構造のトランジスタである。

【００２４】本実施例では、説明を簡単にするために、
主走査方向に連続して配置する２次元密着型イメージセ
ンサの数を２個としたが、３個以上で構成し、原稿の読
み取り幅を大きくすることも可能である。

【００２５】そして、本実施例の画像読み取り装置は、
原稿固定型とし、図４の断面概略図に示すように、光源
１５とイメージセンサ１１とから成る読み取りユニット
が、駆動系１６に組み込まれたステージ１７に固定され
た構造となっている。このステージ１７が駆動系１６上
を移動することで、副走査方向にイメージセンサ１１を
移動させるものである。

【００２６】次に、本実施例の画像読み取り装置におけ
る原稿の読み取り方法について、図５の等価回路図を使
って具体的に説明する。

【００２７】イメージセンサ１１ａのセンサ部エリア
は、センサ部がｍ行×ｎ列のマトリクス状に配置されて
形成されていて、図５に示すように、各センサ部中の受
光素子２は、フォトダイオードＰａi,j (i=1〜m, j=1〜
n)と寄生容量により等価的に表すことができる。各受光
素子２は各薄膜トランジスタＴａi,j (i=1〜m, j=1〜n)
のドレイン電極にそれぞれ接続されている。そして、薄
膜トランジスタＴａi,jのソース電極はデータ線１４を
介して負荷容量Ｃａj (j=1〜n)にそれぞれ接続され、さ
らにデータ線１４は駆動用ＩＣ１２ａに接続されてい
る。

【００２８】また、イメージセンサ１１ｂはイメージセ
ンサ１１ａと同一形状で、ｍ行×ｎ列のセンサ部エリア
を持ち、各センサ部中のフォトダイオードはＰｂi,j (i
=1〜m, j=1〜n)と、薄膜トランジスタはＴｂi,j (i=1〜
m, j=1〜n)と表すことができる。そして、薄膜トランジ
スタＴｂi,j のソース電極は負荷容量Ｃｂj (j=1〜n)に
接続され、データ線は駆動用ＩＣ１２ｂに接続されてい
る。

【００２９】各薄膜トランジスタＴａi,j 及びＴｂi,j
のゲート電極には、行毎に導通するようにゲート線１３
を介してゲートパルス発生回路が接続されている。そし
て、薄膜トランジスタＴａi,j 及びＴｂi,j はゲート線
Ｇi (i=1〜m)を共通としており、ゲートパルスφGiによ
りイメージセンサ１１ａ，１１ｂのｉ行目の薄膜トラン
ジスタが全て同時にオンするようになっている。

【００３０】各受光素子に発生する光電荷は一定時間受
光素子の寄生容量と薄膜トランジスタのドレイン・ゲー
ト間のオーバーラップ容量に蓄積された後、薄膜トラン
ジスタＴａi,j 及びＴｂi,j を電荷転送用のスイッチと
して用いて、データ線に接続された負荷容量Ｃａj 、Ｃ
ｂj に転送蓄積される。

【００３１】次に、具体的動作について説明する。各受
光素子に電荷が発生すると、まず共通ゲート線Ｇ１にゲ
ートパルスφG1が印加される。これにより、イメージセ
ンサ１１ａ、１１ｂの１行目の各薄膜トランジスタＴａ
1,1 〜Ｔａ1,n 及びＴｂ1,1〜Ｔｂ1,n が一斉にオンと
なり、１行目の各受光素子Ｐａ1,1 〜Ｐａ1,n 及びＰｂ
1,1 〜Ｐｂ1,n で発生して寄生容量等に蓄積された電荷
が各負荷容量Ｃａj 、Ｃｂj に転送蓄積される。そし
て、各負荷容量に蓄えられた電荷によりデータ線１４の
電位が変化し、この電圧値を駆動用ＩＣ１２ａ、１２ｂ
内のアナログスイッチＳＷj (j=1〜n)をオンして読み出
し、出力線（ＣＯＭａ，ＣＯＭｂ）に抽出する。すなわ
ち、１回のゲートパルスで、イメージセンサ１１ａ，１
１ｂの１行目の受光ラインが同時に読み出されることに
なる。

【００３２】このようにして、ゲート線Ｇ２〜Ｇｍにゲ
ートパルスφG2〜φGmが順次印加されることにより、２
〜ｍ行目の薄膜トランジスタを各行毎にオンし、受光素
子に発生した電荷を転送し、読み出すことになる。本実
施例では主走査方向に共通なゲート線の本数をｍ本、デ
ータ線の本数をｎ本としているので、１回のスキャンに
よりｍ本のゲート線を順次オンすると、ｍライン分の長
さ×ｎライン分の幅に相当する大きな領域（面積）の読
み取りを行うことが可能である。

【００３３】１回のスキャンの読み取りが終了したら、
駆動系１６によりステージ１７を副走査方向にｍライン
分だけ移動させる。このときの精度は解像度に応じた画
素ピッチのｍ倍に対応したものであれば良い。そして、
ステージ１７が停止したら次のスキャンを始める。この
ようにして、画像読み取り装置が駆動される。

【００３４】本実施例の画像読み取り装置によれば、ゲ
ート線を共通線として、主走査方向に複数の２次元密着
型イメージセンサを連続して配置しているので、読み取
り幅（面積）を広くすることができ、また、各イメージ
センサの駆動用ＩＣが同時に駆動するようにしているの
で、単位時間当たりの読み取り範囲をイメージセンサの
数に比例して広くすることができ、原稿全体の読み取り
時間を短縮することができる効果がある。

【００３５】また、１回のスキャンに要する時間を長く
しても原稿の読み取り時間の短縮が可能であるため、１
スキャンに要する時間を長くすることにより、読み取り
感度を向上させることができる効果がある。

【００３６】本実施例の画像読み取り装置の駆動方法に
よれば、主走査方向に連続して配置された複数の２次元
密着型イメージセンサを、それぞれのイメージセンサに
対応した複数の駆動用ＩＣにより同時に駆動させるよう
にしているので、例えば、同一形状のｎ個のイメージセ
ンサを同時に駆動させると単位時間当たりの読み取り範
囲をｎ倍にすることができ、原稿の読み取り時間を短縮
させることができる効果がある。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、複数個の２次元イメー
ジセンサの主走査方向のスイッチング素子に対して共通
線となる制御線に制御パルスを印加し、受光素子に発生
した電荷について、主走査方向の１行のラインを全て同
じタイミングで読み取って順次各行のラインを読み取る
ので、読取対象となる原稿に対して単位時間当りの読み
取り範囲を大きくでき、その結果、原稿全体の読み取り
時間の短縮を図ることができる。

【００３８】

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る画像読み取り装置に
用いられる２次元密着型イメージセンサの平面概略図で
ある。

【図２】 図１の円内の拡大説明図である。

【図３】 図２のＡ−Ａ′部分の断面説明図である。

【図４】 本発明の一実施例に係る画像読み取り装置の
断面概略図である。

【図５】 本実施例の画像読み取り装置の等価回路図で
ある。

【図６】 従来のイメージセンサの断面説明図である。

【符号の説明】 １…基板、 ２…受光素子、 ３…薄膜トランジスタ、
４…採光部、 ５…原稿、 １１…イメージセンサ、
１２…駆動用ＩＣ、 １３…ゲート線、 １４…デー
タ線、 １５…光源、 １６…駆動系、 １７…ステー
ジ、 ２１…金属電極、 ２２…光導電層、 ２３…透
明電極、 ２４…ゲート電極、 ２５…ゲート絶縁層、
２６…半導体活性層、 ２７…トップ絶縁層、 ２８
…オーミックコンタクト層、 ３０…配線層、 ３０′
…遮光層、 ３１…ドレイン電極、 ３２…ソース電
極、 ３３…層間絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−283104（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−122261（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−97393（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−191565（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−125066（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/028 H04N 5/335

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に２次元のマトリクス状に配置され
   た複数の受光素子と、前記受光素子にそれぞれ接続して
   前記受光素子で発生した電荷を転送するスイッチング素
   子と、前記スイッチング素子から引き出された配線を介
   して接続し前記受光素子に発生した電荷を読み取って画
   像信号として出力する駆動用ＩＣとを有する２次元イメ
   ージセンサを用いた画像読み取り装置において、前記２次元イメージセンサを一単位として主走査方向に
   複数個連続して配置し、 前記スイッチング素子を制御する制御線を、複数個の２
   次元イメージセンサの主走査方向のスイッチング素子に
   対して共通線とし、 前記複数個の２次元イメージセンサを全て同じタイミン
   グで駆動する駆動用ＩＣとしたこと を特徴とする画像読
   み取り装置。
2. 【請求項２】基板上に２次元のマトリクス状に配置され
   た複数の受光素子と、前記受光素子にそれぞれ接続して
   前記受光素子で発生した電荷を転送するスイッチング素
   子と、前記スイッチング素子から引き出された配線を介
   して接続し前記受光素子に発生した電荷を読み取って画
   像信号として出力する駆動用ＩＣとを有する２次元イメ
   ージセンサを用いた画像読み取り装置の駆動方法におい
   て、 前記２次元イメージセンサを一単位として主走査方向に
   複数個連続して配置し、 前記スイッチング素子を制御する制御線を、複数個の２
   次元イメージセンサの主走査方向のスイッチング素子に
   対して共通線としておき、 前記共通線としての制御線に制御パルスを印加し、複数
   個の２次元イメージセンサの主走査方向の受光素子で発
   生した電荷を同じタイミングで各駆動用ＩＣに読み出す
   ことを特徴とする画像読み取り装置の駆動方法。