JP3232949B2 - センサ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は情報を読み取り、電気
信号に変換するセンサ回路並びにそのセンサ回路基板に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来のイメージセンサの搭載され
たプリント基板の断面図である。図７において、１は例
えば紙フェノール等を使用したプリント基板用に用いら
れる基材、２は光を受けてこの受けた光の強さに応じた
電気信号を出力する受光素子、３はこの受光素子を保護
する透明シリコン樹脂、４はこの受光素子を他の信号ラ
インと接続するワイヤ、５は基板１の上面及び下面上に
あって、例えば受光素子２やＩＣチップ等の各素子を接
続して電気信号を伝える信号ライン、６はグランド接地
されたグランドライン、７は例えば受光素子２やＩＣチ
ップ等の各素子に電源を供給する電源ライン、８は例え
ばシフトレジスタ等のイメージセンサを構成するＩＣチ
ップである。図８は図７に示したイメージセンサを駆動
するために必要な外部回路である。図８において、５１
は図７の信号ラインの一つであり受光素子２が出力した
電気信号を伝えるＳＩＧライン、５２はＳＩＧライン５
１上の信号を周期的にリセットするためのクロック信号
を伝えるＣＬＫライン、８はこのＣＬＫラインから供給
されるクロック信号にあわせて、ＳＩＧライン５１にの
っている信号をリセットする外部リセット回路、９はＳ
ＩＧライン５１に生じる高周波のノイズをグランドに逃
がして除去する負荷容量回路、１０はＳＩＧラインの信
号をＡ／Ｄ変換するために適切なレベルにまで増幅する
増幅回路、１１は増幅回路の出力の直流分を調整するオ
フセット回路、１２は増幅回路１０の増幅率を調整する
増幅率調整回路である。

【０００３】このような従来のイメージセンサ回路にお
いては、イメージセンサ回路内で発生する高周波のノイ
ズを除去するために、図８に示したイメージセンサの外
部回路において、ＳＩＧライン５１とグランドとの間に
負荷容量回路９を接続して、高周波のノイズを除去して
いた。

【０００４】また、図７のイメージセンサ回路内にある
図示しない内部リセット回路では、ＳＩＧライン５１の
リセット能力が不足であり十分にリセットをする事がで
きないため、図８に示した外部回路に外部リセット回路
８を設けて、ＳＩＧライン５１をリセットしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のセ
ンサ回路では、センサ回路だけでは信号線上のノイズを
除去することができなかった。そのため、センサ回路の
外部回路にノイズを除去する負荷容量回路９が必要であ
った。また、内部リセットスイッチ２０から発生するノ
イズを除去するために、外部リセット回路８が必要であ
った。

【０００６】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、負荷容量回路を除く事ができ、ま
た、外部リセット回路を除く事ができるセンサ回路基板
並びにセンサ回路を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るセンサ回
路においては、受けた光を電気信号に変換する複数の受
光素子と、各受光素子の電気信号を信号ラインに伝達す
る複数のスイッチ素子と、上記信号ラインの電気信号を
リセットするリセットスイッチとを有し、上記受光素
子、上記スイッチ素子及び上記リセットスイッチを基板
の一主面側に配置し、上記基板の一主面に隣接してグラ
ンドライン及びこのグランドラインを覆うように絶縁層
を設け、上記グランドライン上における上記絶縁層に隣
接して上記信号ラインを設けるとともに、上記グランド
ライン上における上記絶縁層上に上記スイッチ素子及び
上記リセットスイッチを配置する。

【０００８】

【作用】この発明に係るセンサ回路においては、基板の
一主面に隣接してグランドライン及び該グランドライン
を覆うように絶縁層を設け、当該グランドライン上にお
ける絶縁層に隣接して信号ラインを設けるとともに、当
該グランドライン上における絶縁層上にスイッチ素子及
びリセットスイッチを配置することで、スイッチ素子に
よるノイズ発生を除去するのみならず、リセットスイッ
チによるノイズをも除去する。

【０００９】

【実施例】実施例１． 図１はこの発明の一実施例であるイメージセンサ回路の
断面図を示したものである。図１において、図７と同一
の符号は同一又は相当の部分を表す。１３はグランドラ
イン６と信号ライン５を絶縁する絶縁層であり、例え
ば、ポリイミイド、アクリル樹脂等を用いる。

【００１０】図２は図１に示したイメージセンサ回路の
回路図であり、２ａ〜ｅは電源ライン７に接続され光を
検地すると電流（画像信号）を出力する受光素子であり
（以下、一つを特定しないときは受光素子２と呼ぶ）、
この受光素子２は例えばフォトトランジスタ等からな
る。１５ａ〜ｅはこの受光素子２ａ〜ｅの出力信号をそ
れぞれＳＩＧライン５１に出力するか否かでＯＮ／ＯＦ
Ｆするチャネルセレクトスイッチ（以下、一つを特定し
ないときはチャネルセレクトスイッチ１５と呼ぶ）、１
６ａ〜ｆはこのチャネルセレクトスイッチ１５をスイッ
チングするためのＯＮ／ＯＦＦ信号を出力するシフトレ
ジスタ（以下、一つを特定しないときはシフトレジスタ
１６と呼ぶ）、１７はＳＩＧライン５１とグランドライ
ン６間に接続され、ＣＬＫライン５２から送られるクロ
ックパルスに応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチ、１８は
スタートパルスＳＩにより起動された後、シフトレジス
タ１６が動作中（シフトレジスタ１６ａがスタートパル
スＳＩを受け取った後、シフトレジスタ１６ｆが前述の
スタートパルスを出力するまでの間）”Ｈ”レベルの信
号を連続して出力するフリップフロップ、１９はＳＩＧ
ライン５１上にあって、フリップフロップ１８の出力信
号を受け取ってＯＮ／ＯＦＦするチップセレクトスイッ
チ、２０はＣＬＫライン５２のクロックパルスに同期し
て、ＳＩＧライン５１の画像信号出力をリセットする内
部リセットスイッチである。

【００１１】次に、図２を用いてイメージセンサ回路の
動作を説明する。まず、受光素子２は、検知対象たるイ
メージ原稿からの光を受け、この光の強さに応じた電流
を画像信号としてＳＩＧライン５１に出力しようとす
る。しかし、読み取り動作が開始されていない初期の状
態において、この受光素子２とＳＩＧライン５１との間
に接続されたチャネルセレクトスイッチ１５はＯＦＦ状
態であるので、ＳＩＧライン５１には画像信号が出力さ
れない。

【００１２】読み取り動作は、スタートパルスＳＩによ
って開始される。連続的に接続された複数のシフトレジ
スタ１６ａ〜ｆの内の初段のシフトレジスタ１６ａは、
ＣＬＫライン５１のクロックパルスの立ち下がりエッジ
を検出すると、ＳＩ端子信号ライン５３を伝ってスター
トパルスＳＩを受け取る。そして、チャネルセレクトス
イッチ１５ａへ、受け取ったスタートパルスＳＩをチャ
ネルセレクト信号として出力する。このチャネルセレク
ト信号（ＯＮ信号）を受け取ったチャネルセレクトスイ
ッチ１５ａは、スイッチＯＮして受光素子２ａが出力し
た画像信号をＳＩＧライン５１に伝える。一方、チャネ
ルセレクト信号は、複数の受光素子２ａの内一つの受光
素子２のみをセレクトするように出力され、従って、他
のチャネルセレクトスイッチ１５はスイッチをＯＦＦし
た状態であるため、他の受光素子２が出力した画像信号
はＳＩＧライン５１に出力されず複数の画像信号がＳＩ
Ｇライン５１に同時に伝えられることはない。

【００１３】次に、クロックパルスが再び立ち上がる
と、スイッチ１７及びリセットスイッチ２０がＯＮとな
り、ＳＩＧライン５１の画像信号をグランドライン６に
逃がしリセットする。

【００１４】次に、クロックパルスの立ち下がりが再び
検知されると、シフトレジスタ１６ｂは、前段のシフト
レジスタ１６ａが出力していたチャネルセレクト信号を
取り込み、次段のチャネルセレクトスイッチ１５ｂへチ
ャネルセレクト信号（ＯＮ信号）を出力する。このチャ
ネルセレクト信号（ＯＮ信号）を受け取ったチャネルセ
レクトスイッチ１５ｂは、前段のチャネルセレクトスイ
ッチ１５ａと同様に、スイッチＯＮして画像信号をＳＩ
Ｇライン５１に伝える。このとき、前段のチャネルセレ
クトスイッチ１５ａは、ＯＦＦとなる。前述のクロック
パルスの立ち下がりにおいて、前段のシフトレジスタ１
６ａの入力端子であるＤ端子には、スタートパルスＳＩ
（チャネルセレクト信号（ＯＮ信号））が入力されてい
ないため、前段のシフトレジスタ１６ａはチャネルセレ
クト信号をＯＦＦ信号に切り替えるためである。

【００１５】以降、上述と同様に、クロックパルスの立
ち下がりでチャネルセレクトスイッチ１５ｃ→１５ｄ→
・・・→１５ｅが順にＯＮ状態となって、ＳＩＧライン
５１に各画像情報を伝え、そして、クロックパルスの立
ち上がりによって画像情報をリセットし、といった手順
を繰り返して、画像の読み取りを行う。

【００１６】このＳＩＧライン５１の画像信号は、各種
のスイッチ等（例えば、チャネルセレクトスイッチ１
５）を介して取り出される等の理由から、ノイズを含ん
だ信号となることが多い。このノイズを除去するため
に、従来は図８に示したように負荷容量回路９を接続し
て高周波ノイズを除去する方法をとっていた。これに対
し、この発明による実施例１では、図３に示すように負
荷容量回路を必要としない。図３は、この発明によるイ
メージセンサの外部回路の構成図である。図３におい
て、図８と同一の符号は同一又は相当の部分を表す。な
お、図３では、図８のオフセット回路１１が不要になっ
ているが、これについては後述する。

【００１７】次に、ノイズを除くために負荷容量回路を
削除することができる理由について説明する。図１に示
したように、グランドライン６は、絶縁層１３をは挟み
信号ライン５とわずかな間隔ｄ２だけ離れた位置に設置
されている。この間隔ｄ２は、例えばポリイミイド、ア
クリル樹脂等で薄い膜を作ることにより、例えば、２５
〜４０［μｍ］以下といったように狭くすることができ
る。図７に示したような従来のイメージセンサ回路で
は、基板１を挟むために信号ライン５とグランドライン
６と間隔ｄ１は、０.２［ｍｍ］以上あった。これは、
従来の基板上の回路では、基板自体の強度が必要である
ために、必然的にある程度の厚さを持つことが必要であ
ったためである。

【００１８】このように信号ライン５とグランドライン
６との間隔ｄ２を狭く構成すると、信号ラインとグラン
ドライン６との間に従来よりも非常に大きな浮遊容量を
発生させることができる。一例として従来のものと実施
例１のものを比較すれば、図７に示した従来のもののよ
うに、両面プリント基板１を用いた場合では、信号ライ
ン５とグランドライン６との間には約３０［ｐＦ］の浮
遊容量が発生していたが、同様の回路を図１に示したよ
うに構成した場合には、３８０［ｐＦ］もの浮遊容量が
発生した。通常、図２に示したようなＳＩＧライン５１
の高周波ノイズを取り除くには、図８に示したような１
００［ｐＦ］〜１０００［ｐＦ］の外部負荷容量９が用
いられるから、３８０［ｐＦ］もの浮遊容量が得られれ
ば、外部回路の負荷容量回路は取り除くことができる。

【００１９】さらに、内部リセット回路２０が接続され
ているＳＩＧライン５１直下の下層にも同様にグランド
ライン６が存在すれば、内部リセット回路２０から発生
するノイズを除去できる。また、図８に示した従来の外
部回路における外部リセット回路８は、この外部リセッ
ト回路８がリセットしようとするＳＩＧライン５１上の
信号の交流分が上記のようにグランドライン６に吸収さ
れるため、図３に示したように不要になる。ここで、リ
セットとは、ＳＩＧライン５１上の信号をグランドライ
ンにすべて逃がすことにより、ＳＩＧライン５１の電位
をゼロにすることである。

【００２０】以上のように、ノイズを除去するためにコ
ンデンサ等の負荷容量回路や、外部リセット回路回路を
省くことができるので、部品点数の削減やコストを抑え
ることができる等の効果がある。

【００２１】また、信号ライン５とグランドライン６間
の浮遊容量を増大させたいときには、信号ライン５とグ
ランドライン６が重なる面積を大きくするとよい。加え
て、信号ライン５とグランドライン６の間隔ｄ２がより
狭くなるように絶縁体１３を加工してもよい。

【００２２】図４は、この発明の実施例１にかかるイメ
ージセンサ回路に取付けるインターフェース回路を説明
する図である。図４において、２１は図３に示したイメ
ージセンサの外部回路、２２はこの外部回路２１が出力
する映像信号の交流成分を取り出すＣカット回路、２３
はこのＣカット回路２２から送られてくる信号が所定の
電圧以上になった場合に、入力電圧（Ｃカット回路２２
からの信号）に応じた電圧を出力するＣＬＡＭＰ回路、
２４はこのＣＬＡＭＰ回路２３の出力電圧を一定の時間
間隔で周期的にサンプリングし、サンプリングした時点
の電圧を次のサンプリングの時まで出力しつづけるサン
プルホールド回路、２５はこのサンプルホールド回路２
４の出力電圧を、この出力電圧のレベルに応じて増幅す
るオートゲインコントローラ回路（以下、ＡＧＣ回路と
呼ぶ）、２６はこのＡＧＣ回路２５において増幅された
アナログの映像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコ
ンバータ、２７は、Ａ／Ｄコンバータ２６にてデジタル
信号に変換された信号を、図示しないメモリに記憶させ
るために電圧レベルを補正する補正回路である。

【００２３】以上に説明したようなイメージセンサのイ
ンターフェース回路を搭載したスキャナ、複写機等で
は、Ｃカット回路２２が映像信号の直流分をカットする
ため、図８に示した従来のイメージセンサ外部回路のよ
うなオフセット回路１１は不要となり、また、ＡＧＣ回
路２５が自動的に受け取った映像信号レベルに応じた増
幅を行うため、増副率調整回路１２に設けられた増幅率
を調整するための可変抵抗器は不要となる。

【００２４】実施例２． 次に、この発明によるイメージセンサ回路の配線パター
ン平面図について説明する。図５は、この発明によるイ
メージセンサ回路のプリント基板に表された配線パター
ンを示した平面図である。図５において、図２と同一の
符号は同一又は相当の部分を表す。このプリント基板の
片側は、図１に示したように多層構造をなしている。図
１に示された配線パターンと図５に示された配線パター
ンは、異なっているが構造的な差異はなく、ただ配線の
パターンのみが異なる。３０はプリント基板１上の多層
のパターンのうち上層の配線パターンを表し、３１はプ
リント基板１上の多層パターンのうち下層の配線パター
ンを表している。５１ａは図２に示した受光素子２及び
チャネルセレクトスイッチ１５を含む（図示しない）Ｉ
Ｃの足を接続する端子であり、チャネルセレクトスイッ
チ１５からの信号線が接続される。

【００２５】図５に示したように、上層の配線パターン
に表されたＳＩＧライン５１直下の下層には、図１に示
したようにごく薄い（ｄ２）絶縁体を挟んでグランドラ
イン６が設けられている。このため、上層のＳＩＧライ
ン５１と下層のグランドライン６の間には、大きな浮遊
容量が発生し高周波のノイズを除去することができる。

【００２６】また、図８に示したように外部回路に負荷
容量回路９を接続するような場合には、ノイズの発生源
であるチャネルセレクトスイッチ１５から負荷容量回路
９までの距離が長くなり、ノイズを除去する能力が落ち
る。一方、この発明によるイメージセンサ回路では、ノ
イズの発生源に非常に近い信号線上にノイズを除去する
機能を持たせることができる。例えば、図５に示したイ
メージセンサ回路では、ＳＩＧラインの端子５１ａにノ
イズの発生源の一つであるチャネルセレクトスイッチ１
５が距離をあけないで接続されるため、チャネルセレク
トスイッチ１５から発生したノイズは、端子５１ａから
始まるＳＩＧライン上ですぐさまノイズの除去が行われ
る。特に、プリント基板の大きさが制限されるイメージ
センサ回路では、チャネルセレクトスイッチ１５の近傍
に、チャネルセレクトスイッチ１５ごとにコンデンサ等
の負荷容量回路を設けることはできないため、プリント
基板上信号線以外にプリント基板面積を必要せず、ま
た、小さなプリント基板でノイズ除去能力の高いイメー
ジセンサ回路を実現できるこの発明による効果は大き
い。

【００２７】ＳＩＧライン５１とグランドライン６の間
に発生する浮遊容量は、間隔ｄ２を狭くすればするほど
大きくなるが、ＳＩＧライン５１とグランドライン６が
ごく薄い絶縁体を挟んで重なっている面積を大きくする
ことによっても、大きな浮遊容量を得ることができる。
図５に示した配線パターンでは、上層のＳＩＧライン５
１は下層のグランドライン６によってすべてカバーされ
ているので、大きな浮遊容量を得ることができる。

【００２８】実施例３． 次に、配線パターンの異なる他の実施例について説明す
る。図６は、図５で説明したプリント基板と同様のもの
であるが、配線パターンの異なるものを説明した図であ
る。従って、図６において、図５と同一の符号は同一又
は相当の部分を表す。

【００２９】図６のプリント基板においては、下層に設
けられたグランドラインの配線パターンが異なる。図５
では、ＳＩＧライン５１をほとんどカバーするようにグ
ランドライン６が設けられていたが、図６のプリント基
板においては、ノイズが多く発生するチャネルセレクト
スイッチ１５の近傍のＳＩＧライン部分（５１ａの近傍
部分）をカバーするようにして、ＳＩＧライン５１全体
をカバーするようにしていない。ＳＩＧライン５１全体
をカバーするようにグランドライン６を設けると、上層
のＳＩＧライン５１と下層のグランドライン６の間に生
じる浮遊容量が大きくなるため、優れたノイズ除去能力
が得られる。このことは、前述の実施例２で述べた通り
だが、図６のプリント基板ではノイズ発生源に近い位置
（５１ａの近傍）にノイズを除去する大きな浮遊容量が
発生するようにしたので、ＳＩＧライン全体をカバーす
るようにしなくても十分にノイズを除去することができ
た。実施例１〜３のようにノイズ発生源の近くに浮遊容
量回路を設けた場合と、従来のイメージセンサ回路のよ
うに遠くに浮遊容量回路を設けた場合とでは、この距離
等の条件によってことなるが、ノイズを除去（抑制）す
る能力が例えば１０倍程も異なる。

【００３０】

【発明の効果】この発明によるセンサ回路は以下のよう
な効果を奏する。この発明に係るセンサ回路において
は、基板の一主面に隣接してグランドライン及び該グラ
ンドラインを覆うように絶縁層を設け、当該グランドラ
イン上における絶縁層に隣接して信号ラインを設けると
ともに、当該グランドライン上における絶縁層上にスイ
ッチ素子及びリセットスイッチを配置するので、スイッ
チ素子によるノイズ発生を除去するのみならず、リセッ
トスイッチによるノイズをも除去する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１によるイメージセンサ回
路の断面図である。

【図２】 この発明の実施例１によるイメージセンサの
回路図である。

【図３】 この発明の実施例１によるイメージセンサ回
路の外部回路の回路図である。

【図４】 この発明の実施例１によるイメージセンサの
外部インターフェース回路の回路図である。

【図５】 この発明の実施例２によるイメージセンサ回
路の配線パターン平面図である。

【図６】 この発明の実施例３によるイメージセンサ回
路の配線パターン平面図である。

【図７】 従来のイメージセンサ回路の断面図である。

【図８】 従来のイメージセンサ回路の外部回路の回路
図である。

【符号の説明】 １：基板、５：信号ライン、６：グランドライン、１
３：絶縁層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/14 H04N 1/028 H04N 5/335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受けた光を電気信号に変換する複数の受
   光素子と、各受光素子の電気信号を信号ラインに伝達す
   る複数のスイッチ素子と、上記信号ラインの電気信号を
   リセットするリセットスイッチとを有し、上記受光素
   子、上記スイッチ素子及び上記リセットスイッチを基板
   の一主面側に配置し、上記基板の一主面に隣接してグラ
   ンドライン及びこのグランドラインを覆うように絶縁層
   を設け、上記グランドライン上における上記絶縁層に隣
   接して上記信号ラインを設けるとともに、上記グランド
   ライン上における上記絶縁層上に上記スイッチ素子及び
   上記リセットスイッチを配置したことを特徴とするセン
   サ回路。