JP4124203B2

JP4124203B2 - リニアイメージセンサの光電変換回路

Info

Publication number: JP4124203B2
Application number: JP2005029110A
Authority: JP
Inventors: 浩作山縣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: JP2006217361A

Description

この発明は、スキャナ、ファクシミリ、コピー機等の画像読取に用いられる画像読取装置に関するものであり、さらに詳しくは、外部からの制御信号により、読取解像度が切り替え可能なリニアイメージセンサの光電変換回路に関するものである。

例えば、特開平５−２２７３６２号公報図１（特許文献１参照）には、各フォトセル１ａ〜１ｌが出力する電流を順次共通の信号ライン７ａ，７ｂを介して画像信号出力端子１１から出力すべく、各チャンネルセレクトスイッチ３ａ〜３ｌを順次クロックパルスの周期に合わせてオン，オフ制御するシフトレジスタ群４を有し、アナログスイッチ１０ａが外部から入力されるコントロール信号を受けることによって、上記フォトセル１ａ〜１ｌから上記画像信号出力端子１１へ出力される電流を選択的に切り替え出力し、読み取り密度を制御させる密着型イメージセンサ用集積回路が提案されている。

また、特開２００３−２４４３９７号公報図２（特許文献２参照）には、受光量に応じた出力信号を出力する複数の受光素子の出力端子間を接続するスイッチ素子を設け、最高解像度からその１／ｎの解像度に応じてスイッチ素子を任意に導通し、その平均値の出力は各々のサンプル＆ホールド回路に複数同電位で保持することで、読出し時には解像度に応じて任意のデータのみ読み出し、不要なデータがある場合は読み飛ばして、読み取り速度も速くするようにし、かつ受光素子の出力信号のデータ抜けのないことを特徴とするイメージセンサが開示されている。

特開平５−２２７３６２号公報(第１図)

特開２００３−２４４３９７号公報（第２図）

しかしながら、特許文献１の場合、解像度を粗くするとデータを間引くため読み飛ばされた受光素子の出力信号のデータ抜けが発生する。

また、特許文献２の場合、受光素子の出力にスイッチ素子を接続するため、スイッチ素子の寄生容量やそれに伴う配線容量が受光素子の容量に加わる形となるため、受光素子の感度が低下するという問題があった。また、スイッチ素子の寄生容量や配線容量のばらつきにより感度に差が発生することになり、感度偏差を増大させる原因となるという問題点もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、受光素子の出力信号のデータ抜けがないようにすると共に受光素子の容量変化による感度の低下を防止したリニアイメージセンサの光電変換回路を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るリニアイメージセンサの光電変換回路は、被写体からの光を光電変換する複数の受光素子回路と、個々の前記受光素子回路に接続され、外部から入力されるスタートパルス信号を受けて開閉動作する第１のスイッチと、この第１のスイッチの他端に、前記受光素子回路で光電変換された電荷を蓄積するコンデンサと、このコンデンサの端子電圧を電流増幅するＭＯＳトランジスタのゲート電極とを接続すると共に隣接する前記コンデンサ間に配設した第２のスイッチを接続し、電流増幅された前記ＭＯＳトランジスタ出力に接続された第３のスイッチと、この第３のスイッチの他端同士を共通接続し、この共通線を通して前記スタートパルス信号に同期して流れ込むＭＯＳトランジスタの出力電流を電圧変換する出力段回路とを備え、外部から入力される平均化制御信号により、前記第２のスイッチを選択的に閉とすることで導通された隣接するコンデンサ間の端子電圧を平均化すると共に外部から入力される解像度制御信号により、前記第３のスイッチを選択的に開とすることで当該第３のスイッチを介して前記共通線に流入するＭＯＳトランジスタの出力を制御するようにしたものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、隣接するコンデンサの端子電圧を平均化することで、受光素子回路の出力信号のデータ抜けがないようにすることが可能である。

また、隣接するコンデンサの端子電圧を平均化しても受光素子回路のそれぞれに接続されたスイッチを介してコンデンサと接続するので受光素子回路に影響を与える容量変化が少ないため安定した受光感度を維持する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるリニアイメージセンサの光電変換回路の要部回路図であり、図１において１は原稿などの被写体からの光を受光する受光素子回路群、３は各受光素子回路１に直列に設けられたアナログスイッチなどで構成された第１のスイッチ群、４は第１のスイッチ間に設けられた第２のスイッチ群、５は受光素子回路１からの電荷を一時的に蓄積するコンデンサ群、６はコンデンサ５の端子に発生した電圧を電流増幅するＭＯＳトランジスタ、７はＭＯＳトランジスタ６の出力電流を開閉するアナログスイッチなどで構成された第３のスイッチ群、８は外部論理信号に基づき第２のスイッチを制御するセレクタなどで構成された平均化制御回路、９は外部論理信号に基づき第３のスイッチを制御するセレクタなどで構成された読出制御回路、１０はＭＯＳトランジスタ出力を電圧変換する出力段回路である。

なお、第１のスイッチ３、第２のスイッチ４、コンデンサ５、ＭＯＳトランジスタ６及び第３のスイッチ７を含めてＳ／Ｈ回路（サンプル／ホールド回路）２と呼称する。また、ＣＬＫは本実施の形態１において信号をコントロールするクロック信号、ＳＩはクロック信号（ＣＬＫ）に同期した一連の動作を開始させるスタートパルス信号である。また、ＳＯは次段とシリアルに接続されるスタートパルス信号端子であり、ＳＩＧは読み取り出力であり、次段とパラレルに接続される。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

図２は、図１におけるＳ／Ｈ回路２の構成要素であるコンデンサ５及び第２のスイッチ４のみを８回路分について表示した等価回路である。また、図３は、図２に示したコンデンサ５の端子に発生する期間Ｔ１に第１のスイッチ３を閉（ＯＮ）した場合のコンデンサ５の端子に発生する電圧の変化を示すタイミングチャートであり、加えてあらかじめ設定した第２のスイッチ４の開閉指示により、期間Ｔ２に第２のスイッチ４を閉（ＯＮ）した場合のコンデンサ５の端子電圧の収束状態（平均化電圧）を示すタイミングチャートである。なお、解かりやすくするため図３では期間Ｔ１を除く任意の期間Ｔ２に第２のスイッチ４を閉（ＯＮ）した場合について図示した。また、図３では隣接するコンデンサ５を４個まとめて共通接続した。（平均化個数４と呼ぶ）。従って２グループであり、解像度は１／４となる。（読出解像度１／４倍と呼ぶ）。

次に動作について説明する。図１において複数の受光素子回路１に入射した光は光電変換され、入射光量に応じた電圧として出力される。それら受光素子回路１の出力電圧を第１のスイッチ３を導通することで、コンデンサ５に受光素子回路１からの電荷を蓄積する。蓄積された電荷によるコンデンサ５における端子電圧の変化は図３におけるＴ１の期間に相当する。また、第２のスイッチ４の内、あらかじめ設定した所定の第２のスイッチ４を導通することで、コンデンサ５間の電圧が平均化され、平均化された電圧が各コンデンサに保持される。図３では便宜上期間Ｔ２の収束状態で表示した。第２のスイッチ４の制御は平均化制御回路８によって行なわれ、外部からの平均化制御信号ＣＴＬ３〜４の論理で、Ｔ２の期間に導通させる任意の第２のスイッチ４を決定する。すなわち、図４では２値の論理信号をマルチプレクサを用いた平均化制御回路８で、８個の第２のスイッチ４をそれぞれ制御する。

コンデンサ５に保持された平均化された電圧はＭＯＳトランジスタ６において電流変換され、出力段回路１０に伝達される。出力段回路１０では再度電圧変換され外部もしくは次段回路に出力される。なお、電流変換されたＭＯＳトランジスタ６の出力は第３のスイッチ７を介してそれぞれ共通線に接続されており、第３のスイッチ７をＯＮ／ＯＦＦ（開閉）することにより、所望の読出しを行なう。この制御は、読出制御回路９によっておこなわれ、平均化制御回路同様、外部からの解像度制御信号ＣＴＬ１〜２の論理で、導通又は開放させる任意の第３のスイッチの状態を決定する。図５では２値の論理信号をマルチプレクサを用いた読出制御回路９で８個の第３のスイッチ７をそれぞれ制御している。

また、共通線を通して流れるＭＯＳトランジスタ６の出力電流はスタートパルス信号に同期して先頭から順番に送出され、所定の読取解像度での信号読み出しが行なわれる。

以上から平均化する受光素子の個数は平均化制御信号ＣＴＬ３〜４で、読み出す解像度は解像度制御信号ＣＴＬ１〜２で、それぞれ独立して決定することができるため、これらの組合せによって、有効領域を任意に選択することが可能であり、使用目的に見合った出力画像が得られる。

次に有効領域について説明する。図６及び図７は、リニアイメージセンサとしての出力画像の状態を説明する図であり、図６は解像度１／８で平均化個数１であり、図７は解像度１／８であり、平均化個数８の場合の出力データの一例である。図６の動作状態は、図７に比べて有効受光領域が狭いため、出力（画像）データに抜けが発生し、実画像に存在する黒点が検出できていない。

次に図６及び図７とは異なる実画像場合について説明する。図８及び図９は、リニアイメージセンサの出力画像の状態を説明する図であり、図８は解像度１／８で平均化個数１であり、図９は解像度１／８であり、平均化個数８の場合の出力データの一例である。なお、動作状態は図６及び図７と同一である。図９の出力データは図８と同一実画像にも拘らず出力データは図８に示すものに比べて白黒のエッジ部に中間出力（グレー出力）が発生しやすくなっており、結果、エッジがなまった画像となる。

以上から比較的粗い文字画像などを読み取る目的で使用する場合には、有効受光領域の狭い図８もしくは図６で示した動作状態を使用することが望ましい場合がある。

この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の要部回路図である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路のＳ／Ｈ回路の構成要素であるコンデンサ５及び第２のスイッチ４のみを８回路分について表示した等価回路である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路のコンデンサの端子電圧の変化を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の平均化制御回路の論理表である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の読出制御回路の論理表である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の実画像に対するイメージセンサ出力との関係を説明する図である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の実画像に対するイメージセンサ出力との関係を説明する図である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の実画像に対するイメージセンサ出力との関係を説明する図である。この発明の実施の形態１に示すリニアイメージセンサの光電変換回路の実画像に対するイメージセンサ出力との関係を説明する図である。

符号の説明

１受光素子回路（受光素子）、２サンプル／ホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）、３第１のスイッチ（スイッチ素子３）、４第２のスイッチ（スイッチ素子４）、５コンデンサ、６ＭＯＳトランジスタ、７第３のスイッチ、８平均化制御回路、９読出制御回路、１０出力段回路、ＣＴＬ１〜２解像度制御信号、ＣＴＬ３〜４平均化制御信号、ＣＬＫクロック信号、ＳＩスタートパルス信号。

Claims

被写体からの光を光電変換する複数の受光素子回路と、個々の前記受光素子回路に接続され、外部から入力されるスタートパルス信号を受けて開閉動作する第１のスイッチと、この第１のスイッチの他端に、前記受光素子回路で光電変換された電荷を蓄積するコンデンサと、このコンデンサの端子電圧を電流増幅するＭＯＳトランジスタのゲート電極とを接続すると共に隣接する前記コンデンサ間に配設した第２のスイッチを接続し、電流増幅された前記ＭＯＳトランジスタ出力に接続された第３のスイッチと、この第３のスイッチの他端同士を共通接続し、この共通線を通して前記スタートパルス信号に同期して流れ込むＭＯＳトランジスタの出力電流を電圧変換する出力段回路とを備え、外部から入力される平均化制御信号により、前記第２のスイッチを選択的に閉とすることで導通された隣接するコンデンサ間の端子電圧を平均化すると共に外部から入力される解像度制御信号により、前記第３のスイッチを選択的に開とすることで当該第３のスイッチを介して前記共通線に流入するＭＯＳトランジスタの出力を制御するリニアイメージセンサの光電変換回路。