JP5716346B2 - 信号バッファ回路とセンサ制御基板と画像読取装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
このようなスキャナで使用されるセンサ制御基板において、CCDからの出力信号はエミッタフォロワ回路を用いた信号バッファ回路(以下「エミッタフォロワ回路」ともいう)でバッファされ、AC結合を介してアナログ処理回路(AFE:Analog−Front−End)に入力される。このとき、電源のオン(ON)又はオフ(OFF)や、クロックの投入又は遮断等の一連の過渡動作時には、CCDから過大又は過小出力や、信号暴れが発生し、AFEへの過電圧又は過電流が問題となっていた。
例えば、特許文献1には、AFEへの過電圧を抑制するため、エミッタフォロワ回路の電源を遅延させることでトランジスタを遮断状態とし、CCDからの出力信号をAFEに伝えないことで過電圧を防止するようにした構成について開示されている。
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、CCD等の負荷からの過大又は過小出力や信号の暴れに起因して発生するエミッタフォロワ回路等を用いた信号バッファ回路への過電圧および後段のAFEへの過電圧・過電流を同時に防止することを目的とする。
(1)信号を後段に伝達するバッファ動作を行うバッファを有する信号バッファ回路であって、上記バッファの入力部と出力部との間に接続された抵抗手段と、上記出力部に直列に接続され、上記バッファが上記バッファ動作を行っている場合には低インピーダンス状態、上記バッファ動作を行っていない場合には高インピーダンス状態となるインピーダンス可変手段とを設けたものである。
(3)信号を後段に伝達するバッファ動作を行うバッファを有する信号バッファ回路であって、上記バッファの入力部と出力部との間に接続され、上記バッファが上記バッファ動作を行っている場合には高インピーダンス状態、上記バッファ動作を行っていない場合には低インピーダンス状態となる第1のインピーダンス可変手段と、上記出力部に直列に接続され、上記バッファが上記バッファ動作を行っている場合には低インピーダンス状態、上記バッファ動作を行っていない場合には高インピーダンス状態となる第2のインピーダンス可変手段とを設けたものである。
(5)光電変換を行うイメージセンサと、そのイメージセンサの出力信号を受けて信号を後段に伝達する(2)又は(4)の信号バッファ回路と、その信号バッファ回路の出力信号を入力して信号増幅およびA/D変換を含むアナログ処理を行うアナログ処理回路とを有するセンサ制御基板において、上記エミッタフォロワ回路のオン/オフ制御を行うバッファ制御回路を設けたものである。
(7)(5)のセンサ制御基板において、上記バッファ制御回路を、上記エミッタフォロワ回路への電源の供給をオン/オフ制御する第1のスイッチと、該第1のスイッチをオン/オフ制御する第2のスイッチとによって構成し、上記第2のスイッチを任意のタイミングで制御可能な信号の遅延信号によってオン/オフ制御するものである。
(10)(5)〜(9)のいずれかのセンサ制御基板において、上記エミッタフォロワ回路への電源供給端とグランドとの間に電気抵抗器を接続したものである。
(12)(2)の信号バッファ回路において、上記電気抵抗器および上記ダイオードを同一の半導体チップ上に形成したものである。
(13)(4)の信号バッファ回路において、上記各ダイオードを同一の半導体チップ上に形成したものである。
(15)(14)の画像読取装置を備え、その画像読取装置によって読み取られた画像データに基づいて画像形成処理を行う画像形成装置である。
以下の実施形態は、CCD/信号バッファ回路/AFEを有するセンサ制御基板において、以下の特徴を有する。
すなわち、エミッタフォロワ等の信号バッファ回路への過電圧(逆バイアス)を防止しながら、信号バッファ回路を遮断状態にできる構成とすることが特徴になっている。
図19は、従来のセンサ制御基板の構成例を示す回路図である。
AFE6は、入力されるアナログ画像信号に対して種々のアナログ処理を行う。つまり、サンプル・ホールド、クランプ動作、オフセット補正、信号増幅などを行い、最終的にA/D変換し、デジタル画像データを出力する。ここで、TG1から出力される信号(xshd)がDRV2を介してサンプル・ホールド信号(SHD)としてAFE6に供給される。また、TG1から出力されるマスタクロックMCLKがAFE6に供給される。
CCD3の信号バッファ回路4は、一般にエミッタフォロワ回路が用いられるが、中でもインピーダンスを十分に下げる目的で、例えば図20に示すように、npnトランジスタ411とpnpトランジスタ421を順に用いた2段構成のEF(エミッタフォロワ回路)41,42が用いられる。
このセンサ制御基板における動作シーケンスでは、まずCCD3,DRV2,TG1,およびAFE6の電源がオンになると、その電源(ここでは10Vのオン)を検知してtPOR期間後にリセット信号(XRESET)が解除される。ここで、XRESETはLow(ローレベル)がリセット状態、High(ハイレベル)がリセット解除状態を示し、TG1およびAFE6に入力されている(図示省略)。
その後、ソフト(CPUからの通信)によって再度リセットを入れる(ソフトリセット)。これは、電源が瞬断された場合にリセットが掛からないことを避けるために行うソフト制御のリセットである。
ソフトリセットが解除されると、TG1およびAFE6を通常動作にするため、レジスタを設定する(初期設定)。その後、AFE6のゲイン調整などの自動調整を行い、システムは読取待機状態に移行する。
一方、リセット期間中はTG1からCCDクロックが出力されないが、XRESET解除後はレジスタ初期状態(ハードデフォルト)で決まったCCDクロックが出力される。ソフトリセット期間中もクロックは出力されない。その後、初期設定で通常使用するクロックの位相/幅に設定され、通常状態のクロックとなり、読取待機状態に移行する。
電源オフ時は、リセットがかかるまでクロックを出力し、リセットが掛かるとクロックは出力停止となり、電源はオフになっていく。
XRESET解除後は、CCD3の出力信号が暴れる(図21のPOR期間)。これは、出力信号が通常のオフセットレベル(ここでは5V程度)になるとともに、リセット中に蓄積した電荷分を信号として吐き出すためである。この変化は大振幅・高速の立下り変化となるが、EF41の応答は早いため、エミッタ電圧Ve1はベース電圧Vb1に追従し、EF41のベース−エミッタ間に逆バイアスは掛からない。
読取待機状態(通常状態)では通常、過電圧は問題にならないが、外部から不意に光が入射された場合などでは、想定していた以上の出力(大振幅・高速の立下り変化)がCCD3から出力されることになるため、これがAFE6への過電圧となる(図21の通常状態期間)。このとき、EF41,42では立上り/立下り応答性は確保されているため、逆バイアスは掛からない。
AFE6の過電圧を防止する従来技術としては、例えば図22に示すように、EF42の電源(10V)を遅延する構成が知られている(特許文献1参照)。
なお、EFは通常、CCD出力信号数(ex.RGB,Even/Odd)分だけ必要となり、図22のVcc_efはそれら複数チャネルに接続されている。したがって、各チャネル間の電気的クロストークを避けるために、OVP43をダーリントン接続のエミッタフォロワ構成とすることで、Vcc_efの出力インピーダンスを十分に下げて使用する。
図23の例では、電源オン〜POR期間にかけてVcc_efを変化させているため、この期間のAFE6への過電圧は低減する。しかしこの場合、意図的にEF42を構成するトランジスタ421のベース−エミッタ間に逆バイアスを掛けてEF42を遮断状態としているため、EF42ではこれ自体による過電圧が掛かるという問題がある。特に、高速信号用途のトランジスタの場合、寄生容量やベース抵抗を低減する目的でベース幅を小さくしているため、ベース−エミッタ間の逆バイアスに対する耐圧は一般に数Vと低いため、上記逆バイアスが即座に問題となる。
さらに、EF42を遮断状態(Vb2>Ve2)にすることでAFE6への信号を遮断しているが、Vb2<Ve2の場合は、その差分の信号変化を伝えてしまうことになる。すなわち、完全に信号を遮断するためには、Vcc_efの遅延時間を長くしてEF42を遮断する期間を長くする必要があるが、この場合、遅延時間のバラツキも大きくなるため、本来、自動調整時にVcc_efが通常の電圧に立ち上がってなければならないものが、個体によっては立ち上がらないものが発生し、最悪システムがダウンしてしまう。したがって、上記遅延時間を長くすることは困難となり、結果的にソフトリセットや初期設定といった電源オン時後半で行う制御で発生する過電圧は抑えることができない。
この例のEF42′では、図22のEF42の逆バイアスを回避するため、例えば図24に示すように、ダイオードクランプを使用するのが最も一般的である。つまり、図22に示した回路から抜き出したEF42を構成するトランジスタ421のベース−エミッタ間にダイオード423が追加されている。このEF42′の回路構成では、トランジスタ421のベース−エミッタ間に逆バイアスが掛かる場合、ダイオード423がオンになるため、そのベース−エミッタ間は順方向電圧(Vf)となり、逆バイアスをVf程度に抑えることができる。
図1は、この発明による信号バッファ回路の一部の第1構成例を示す回路図である。
この信号バッファ回路では、逆バイアスを防止するため、バッファ11の入力部(IN)と出力部(OUT)との間(以下「入力−出力間」または「入出力間」ともいう)に高抵抗の抵抗手段である抵抗器(R)12を接続し、出力部には直列にインピーダンスが可変するインピーダンス可変手段であるインピーダンス可変素子(VZ)13を接続する構成としている。
図2は、そのEFの構成例を示す回路図であり、図24と同じ部分には同一符号を付している。
図2に示すEF420は、図22に示した信号バッファ回路4にEF42の代わりに備えるものである。
EF420では、トランジスタ421のベース−エミッタ間に並列に抵抗器424が入っているため、そのベース−エミッタ間に逆バイアスが掛かっている場合のインピーダンスは、抵抗器424の抵抗Rとトランジスタ421のベース−エミッタ間の絶縁抵抗Rebとの合成となる。
なお、ここではインピーダンス可変素子としてダイオードを例に説明したが、トランジスタやMOSFET等のスイッチを用いても同様の効果が得られる。また、ここでは、pnpトランジスタによるエミッタフォロワ回路を例に説明したが、npnトランジスタでも同様である。
図3の例は、図22に示した回路のEF42を図2のEF420に変更したセンサ制御基板における各部の電圧の様子を示しており、図23に対し、ダイオード425のアノード電圧Va2が追加されている。
図2に示したEF420の回路構成では、逆バイアスを回避することができるが、CCD3(図22参照)から定常的な大電圧が出ている場合、又は緩やかに信号が変化している場合に限られる。これは、図2の回路構成の場合、逆バイアス発生時のトランジスタ421のベースに対するエミッタの応答性が制限されるためである。
図5は、そのEFの構成例を示す回路図であり、図2と対応する部分には同一符号を付している。
図5に示すEF420′は、図22に示した信号バッファ回路4にEF42の代わりに備えるものである。
EF420′の基本的な動作は図2によって説明したEF420の動作と同様であり、図2の高抵抗の抵抗器424が図5ではダイオード426に置き換わっている。
このため、トランジスタ421のベース−エミッタ間のインピーダンスは、図2で高抵抗R(数十〜数百kΩ)となっていたのが、ダイオード426のオン抵抗程度(〜数Ω)となる点が異なる。
なお、ここでもインピーダンス可変素子としてダイオードを例に説明したが、トランジスタやMOSFET等のスイッチを用いても同様の効果が得られる。また、ここでは、pnpトランジスタによるエミッタフォロワ回路を例に説明したが、npnトランジスタでも同様である。
図6の例は、図22に示した回路のEF42を図5のEF420′に変更したセンサ制御基板における各部の電圧の様子を示している。
なお、図7のEF420′を図2に示したEF420に変更することもできる。
上述したEF420′の直線性が劣化するという課題は、図7に示したように、逆バイアス防止用のダイオード425の順方向電圧によって抵抗Re2のエミッタ抵抗器422の両端の電圧差が小さくなるために発生し、OVP43がダーリントン接続のエミッタフォロワ構成であることにも起因している(Vcc_efが10Vに対してトランジスタ421のベース−エミッタ間電圧(一般に0.6〜0.8V程度)2段分電圧降下した電圧となるため)。
また、図7のOVP43のダーリントン接続エミッタフォロワ構成の場合と同様に、チャネル間のクロストークを防止するため、通常、トランジスタ431は飽和状態としインピーダンスを下げて使用する。
EF420′への過電圧およびAFE6への過電圧・過電流の抑制効果は、図6で示したものと同じである。
さらに、トランジスタ431がトランジスタ432からの制御信号の遅延信号でオン/オフ制御することにより、回路規模を増大させることもなくなり、また個体バラツキを低減することもできる。
図6に示したように、EF41およびEF420′の逆バイアスについては電源オン〜電源オフまでの一連の動作において全て回避することができるが、POR期間以降のAFE6への過電圧については依然として回避できていない。これは、EF420′のオン/オフをRC回路440等の遅延回路によって制御しているためであり、図23の説明で述べたように、遅延時間を長くすることに限界があるためである。
図9において、xovpは負極性の信号であり、Lowの場合にはトランジスタ431,432をオフ状態(過電圧保護モード)とし、Highの場合にはトランジスタ431,432はオン状態(通常動作モード)であり、信号としてはTG汎用ポート出力などを使えば任意のタイミングでVcc_ef、つまりEF420′のオン/オフ制御を行うことができる。
さらに、トランジスタ431がトランジスタ432からの制御信号の遅延信号でオン/オフ制御することにより、回路規模を増大させることもなくなり、また個体バラツキを低減することもできる。
図10のOVP430′では、ハイサイド・スイッチのトランジスタ431にpnpトランジスタを用いている例であるが、トランジスタ431のベース電圧の変化を遅延させる(トランジスタ431をオン/オフ制御するための遅延信号を生成する)RC回路(R1,C1)の容量C1のコンデンサ442は電源(10V)に対して接続している。
このように、抵抗器441とコンデンサ442とからなり、上記第1のスイッチをオン/オフ制御するための遅延信号を生成するRC回路を設け、トランジスタ431を、pnpトランジスタ(PMOSでもよい)によって構成し、コンデンサ442を電源10Vに接続することにより、電源投入直後からEF420′を確実にオフ状態にできる。
通常、Vcc_efの出力端には図7に示したデカップ容量Cdのコンデンサ7が接続されるため、Vcc_efの電圧を下げるにはコンデンサ7に蓄積された電荷を放電する必要があるが、その放電パスはEF420′のトランジスタ421のエミッタ→ベース→エミッタ抵抗器412(抵抗Re1)→GNDとなる。したがって、例えば10Vがオンになっている状態でCCD3が5Vの信号を出している場合、Vcc_efは5Vまで低下するまでは上記放電パスが存在するため放電が行われるが、5Vに到達すると、放電パスがなくなり放電しなくなる。
そのため、図9,図10に示したOVP430,430′では、Vcc_efの電源供給端に抵抗Rbの抵抗器であるブリーダ抵抗器435を接続した構成とすることで、トランジスタ431をオフにした際に、図7に示したEF420′を確実にオン状態からオフ状態にできるようにしている。
図11に示す主要回路を含むセンサ制御基板では、xovpを初期設定後に解除することで、電源オン〜初期設定までの一連の動作におけるEF420′への過電圧、AFE6への過電圧・過電流を防止することができる。
なお、図11のEF420′を図2に示したEF420に変更することもできる。
図12の例は、図11に示した主要回路を含むセンサ制御基板における各部の電圧の様子を示している。
なお、図13のEF450を図2に示したEF420に変更し、そのコレクタとGNDとの間に抵抗Rc2の抵抗器427を介挿することもできる。
図14の例は、図11に示した主要回路を含むセンサ制御基板における各部の電圧の様子を示している。
なお、抵抗Rc2の電流制限抵抗器427による電流制限はAFE6への−側の過電圧・過電流に対して有効であり、+側には効果がない。しかし、+側の過電流はEF450の抵抗Re2(〜1kΩ)のエミッタ抵抗器422により制限されるため、AFE6への+側の過電圧・過電流は構成上問題にならない。
図2に示したEF420および図5に示したEF420′はそれぞれ、例えば図15,図16に示すように、同一の半導体チップ470上に形成して集積化することにより、省スペース・低コストを実現することができる。なお、図15,図16は、pnpトランジタを内蔵した例であるが、npnトランジスタでも同様である。
このスキャナ100は、フラットベッド方式のものであり、本体上面に、原稿が載置される原稿ガラスであるコンタクトガラス101が設置されている。
コンタクトガラス101の下方には、第1キャリッジ106と第2キャリッジ107が2対1の速度で矢印A方向(副走査方向)に移動するように配置されている。
ハロゲンランプ102によって照射された原稿からの反射光は、第1ミラー103、第2ミラー104、および第3ミラー105によって反射されて結像レンズ108に入射し、その結像レンズ108で集光され、CCD(リニアイメージセンサ)3の結像面に結像し、CCD3で光電変換されたアナログ電気信号がこの発明によるセンサ制御基板109でデジタル画像データ(原稿の画像データ)に変換され、後段に送られる。
シェーディング補正を行うためには、原稿の画像読み取り前に、ハロゲンランプ102による照明により、基準白板111の表面が読み取られ、その読み取り結果(読み取りデータ)に基づいて原稿の画像読み取り時のシェーディング補正が行われる。
また、コンタクトガラス101の上面を覆うように圧板110が開閉可能に設けられ、コンタクトガラス101上に原稿が載置されたとき、外部からの光がCCD3に入射しないようにしている。なお、圧板110に代えてADF(自動原稿給送装置)あるいはARDFなどを設け、原稿を自動的に給送できるように構成することも可能である。
画像形成装置200は、スキャナ100とプリンタ120とを備えている。
スキャナ100は、前述のようにTG1、CCDドライバ2、CCD3、信号バッファ回路4、AFE6、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)112を含むこの発明によるセンサ制御基板を備え、AFE6から10ビットのデジタル画像データがLVDS112に送られる。
制御部122は、CPU124、画像処理回路125、およびLVDS126を備えている。
CPU124は、TG1と相互に通信可能に接続し、LVDS126を介して入力されるデジタル画像データに基づいてプリンタエンジン121を制御し、記録紙等の媒体に画像を形成させる。プリンタエンジン121の画像形成プロセスは種々あり、いずれの形式のプリンタエンジンでも使用できるので、プリンタエンジンに関する説明は省略する。
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となることは言うまでもない。
4:信号バッファ回路 5,7,442:コンデンサ
6:AFE(アナログ処理回路) 11:バッファ
12,412,422,424,427,433〜435,441:抵抗器
13,14:インピーダンス可変素子
41,42,420,450:EF(エミッタフォロワ回路)
43,43′,430,430′:OVP(過電圧保護用の遅延回路)
62,63,423,425,426:ダイオード 100:スキャナ
109:センサ制御基板 200:画像形成装置
411,421,431,432:トランジスタ 440:CR回路
470:半導体チップ
Claims (15)
- 信号を後段に伝達するバッファ動作を行うバッファを有する信号バッファ回路であって、
前記バッファの入力部と出力部との間に接続された抵抗手段と、
前記出力部に直列に接続され、前記バッファが前記バッファ動作を行っている場合には低インピーダンス状態、前記バッファ動作を行っていない場合には高インピーダンス状態となるインピーダンス可変手段とを設けたことを特徴とする信号バッファ回路。 - 請求項1に記載の信号バッファ回路において、
当該信号バッファ回路はエミッタフォロワ回路であり、前記抵抗手段および前記インピーダンス可変手段は電気抵抗器およびダイオードであることを特徴とする信号バッファ回路。 - 信号を後段に伝達するバッファ動作を行うバッファを有する信号バッファ回路であって、
前記バッファの入力部と出力部との間に接続され、前記バッファが前記バッファ動作を行っている場合には高インピーダンス状態、前記バッファ動作を行っていない場合には低インピーダンス状態となる第1のインピーダンス可変手段と、
前記出力部に直列に接続され、前記バッファが前記バッファ動作を行っている場合には低インピーダンス状態、前記バッファ動作を行っていない場合には高インピーダンス状態となる第2のインピーダンス可変手段とを設けたことを特徴とする信号バッファ回路。 - 請求項3に記載の信号バッファ回路において、
当該信号バッファ回路はエミッタフォロワ回路であり、前記第1のインピーダンス可変手段および前記第2のインピーダンス可変手段はいずれもダイオードであることを特徴とする信号バッファ回路。 - 光電変換を行うイメージセンサと、該イメージセンサの出力信号を受けて信号を後段に伝達する請求項2又は4に記載の信号バッファ回路と、該信号バッファ回路の出力信号を入力して信号増幅およびA/D変換を含むアナログ処理を行うアナログ処理回路とを有するセンサ制御基板において、
前記エミッタフォロワ回路のオン/オフ制御を行うバッファ制御回路を設けたことを特徴とするセンサ制御基板。 - 前記バッファ制御回路は、前記エミッタフォロワ回路への電源の供給をオン/オフ制御する第1のスイッチと、該第1のスイッチをオン/オフ制御する第2のスイッチとによって構成され、前記第2のスイッチは前記電源の遅延信号によって制御されることを特徴とする請求項5に記載のセンサ制御基板。
- 前記バッファ制御回路は、前記エミッタフォロワ回路への電源の供給をオン/オフ制御する第1のスイッチと、該第1のスイッチをオン/オフ制御する第2のスイッチとによって構成され、前記第2のスイッチは任意のタイミングで制御可能な信号の遅延信号によってオン/オフ制御されることを特徴とする請求項5に記載のセンサ制御基板。
- 前記バッファ制御回路は、前記エミッタフォロワ回路への電源の供給をオン/オフ制御する第1のスイッチと、該第1のスイッチをオン/オフ制御する第2のスイッチとによって構成され、前記第2のスイッチは任意のタイミングで制御可能な信号でオン/オフ制御され、前記第1のスイッチは前記第2のスイッチからの制御信号の遅延信号でオン/オフ制御されることを特徴とする請求項5に記載のセンサ制御基板。
-
請求項8に記載のセンサ制御基板において、
電気抵抗器とコンデンサとからなり、前記第1のスイッチをオン/オフ制御するための遅延信号を生成するRC回路を設け、
前記第1のスイッチは、pnpトランジスタ又はPMOSトランジスタによって構成され、
前記コンデンサは、前記電源に接続されていることを特徴とするセンサ制御基板。 - 前記エミッタフォロワ回路への電源供給端とグランドとの間に電気抵抗器が接続されていることを特徴とする請求項5乃至9のいずれか一項に記載のセンサ制御基板。
- 請求項5乃至10のいずれか一項に記載のセンサ制御基板において、
前記アナログ処理回路の入出力電流の電流量を制限する電流制限回路を設けたことを特徴とするセンサ制御基板。 - 前記電気抵抗器および前記ダイオードが同一の半導体チップ上に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の信号バッファ回路。
- 前記各ダイオードが同一の半導体チップ上に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の信号バッファ回路。
- 請求項2,4,12,又は13に記載の信号バッファ回路、あるいは請求項5乃至11のいずれか一項に記載のセンサ制御基板を備えていることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項14に記載の画像読取装置を備え、該画像読取装置によって読み取られた画像データに基づいて画像形成処理を行うことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
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