JP6766560B2 - 画像読取装置及び半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像読取装置及び半導体装置に関する。
コンタクトイメージセンサーを用いた画像読取装置(スキャナー)や、これに印刷機能を加えたコピー機や複合プリンターなどが開発されている。画像読取装置に用いられるコンタクトイメージセンサーとしては、半導体基板に設けられたフォトダイオードを用いる構成が用いられている。一般にスキャナー等の画像読取装置は、1又は複数のフォトダイオードを有する画素部が1方向に多数並んで配置されたセンサーチップ(画像読取チップ)を複数有している。
例えば、特許文献1には、光電素子と、光電素子で発生する電荷を蓄積する蓄積容量素子と、蓄積容量素子に蓄えられた電荷を順次出力するためバッファ回路と、バッファ回路の信号を出力する出力アンプを含む光電変換装置、及び光電変換装置が複数接続されたマルチチップセンサ装置が開示されている。この光電変換装置を画像読取チップに適用することができ、マルチチップセンサ装置を画像読取装置に含まれるイメージセンサーモジュールに適用することができる。
特開平4―177984号公報
しかし、マルチチップセンサ装置(イメージセンサーモジュール)において、光電変換装置(画像読取チップ)間の特性のばらつきに起因して、特に複数の画像読取チップの境界において読取画像に欠陥が生じる恐れがあり、改善の余地がある。
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、画像読取チップが複数並べられたイメージセンサーモジュールを含む画像読取装置においても、画像読取チップ間の特性のオフセットを補正し、読取画質を向上させることが可能な画像読取装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、オフセットを補正することが可能な半導体装置を提供することができる。
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例に係る画像読取装置は、画像を読み取るための複数の画像読取チップを含む画像読取装置であって、前記複数の前記画像読取チップの各々は、前記画像からの光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、前記画素信号を出力する出力回路と、第一の端子が前記転送配線と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、を備え、前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される。
本適用例に係る画像読取装置によれば、キャパシターの第一の端子が定電圧出力部と出力回路を介して接続されているとき、定電圧出力部から出力される一定の電圧信号に応じたオフセット成分を含む電荷を蓄えることが可能である。また、キャパシターの第一の端子が転送配線と接続され、第二の端子が出力回路と接続されているとき、キャパシターに蓄えられたオフセット成分を含む電荷により、オフセット成分を補正することが可能である。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画像読取チップ間のばらつきは抑制可能であり、複数の画像読取チップの境界における読取画像の欠陥を防止することが可能となる。
[適用例2]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記転送配線に前記画素信号が転送される際に、前記キャパシターの前記第一の端子は前記転送配線と接続され、前記キャパシターの前記第二の端子は前記出力回路に接続されても良い。
本適用例に係る画像読取装置によれば、転送配線に画素信号が転送されるときには、電荷が蓄えられたキャパシターの第一の端子は転送配線と接続され、第二の端子は出力回路に接続されている。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画素信号に対し、オフセット成分を補正することが出来る。
[適用例3]
本適用例に係る画像読取装置は、画像を読み取るための複数の画像読取チップを含む画像読取装置であって、前記複数の前記画像読取チップの各々は、前記画像からの光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、前記画素信号を出力する出力回路と、第一の入力端子と前記転送配線が接続され、出力端子が前記出力回路に接続される演算増幅器と、第一の端子が前記演算増幅器の第二の入力端子と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、を備え、前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される。
本適用例に係る画像読取装置によれば、キャパシターの第一の端子が定電圧出力部と出力回路を介して接続されているとき、定電圧出力部から出力される一定の電圧信号に応じたオフセット成分を含む電荷を蓄えることが可能である。また、キャパシターの第一の端子が転送配線と演算増幅器の電気的に接続され(バーチャルショート)、第二の端子が出力回路と接続されているとき、キャパシターに蓄えられたオフセット成分を含む電荷により、オフセット成分を補正することが可能である。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画像読取チップ間のばらつきは抑制可能であり、複数の画像読取チップの境界における読取画像の欠陥を防止することが可能となる。
さらに、本適用例に係る画像読取装置によれば、画素信号を転送する転送配線に演算増幅器を備え、演算増幅器によりインピーダンス変換される為、出力回路のインピーダンス特性の変動に影響されない。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画像読取チップ間のばらつきはさらに抑制可能であり、複数の画像読取チップの境界における読取画像の欠陥を、より確実に防止することが可能となる。
[適用例4]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記転送配線に前記画素信号が転送される際に、前記キャパシターの前記第一の端子は前記演算増幅器の第二の入力端子と接続され、
前記キャパシターの前記第二の端子は前記出力回路に接続されてもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、転送配線に画素信号が転送されるときには、電荷が蓄えられたキャパシターの第一端子は演算増幅器を介し転送配線と接続され(バーチャルショート)、第二の端子は出力回路に接続されている。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画素信号に対し、オフセット成分を補正することが出来る。
[適用例5]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記定電圧出力部は、前記転送配線に前記画素信号が転送される前に、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と接続されてもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、定電圧出力部は、転送配線に画素信号が転送される前に、出力回路を介してキャパシターと第一の端子と接続され電荷を蓄える。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、キャパシターに蓄えられる電荷は、画素信号に寄与することなく、出力回路を介した定電圧出力部から供給される電圧に起因する為、補正精度を向上することが出来る。
[適用例6]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記定電圧出力部が出力する前記電圧信号は、第一の基準電圧に基づいて生成され、前記第一の基準電圧は、前記複数の前記画像読取チップ間で共通の電圧であってもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、定電圧出力部が出力する電圧は、複数の画像読取チップ間で共通の第一の基準電圧に基づいて生成されている。即ち、複数の画像読取チップの各々のキャパシターに蓄えられる電荷は、複数の画像読取チップ間で共通の電圧信号に基づき蓄えられる。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画像読取チップ間における補正のばらつきはさらに抑制でき、複数の画像読取チップの境界における読取画像の欠陥を防止することができる。
[適用例7]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記キャパシターの前記第二の端子は、前記転送配線に前記画素信号が転送される前に、第二の基準電圧と選択的に接続されてもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、キャパシターの第二の端子は、転送配線に画素信号が転送される前に、第二の基準電圧と接続される為、キャパシターに蓄える電荷は、定電圧出力部から出力される一定の電圧信号と第二の基準電圧とで定まる。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、キャパシターに蓄えられるオフセット成分を含む電荷の精度が向上し、補正精度をより高めることが出来る。
[適用例8]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記第二の基準電圧は、前記複数の前記画像読取チップ間で共通の電圧であってもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、キャパシターの第二の端子は、転送配線に画素信号が転送される前に、複数の画像読取チップ間で共通の第二の基準電圧に接続される為、複数の画像読取チップの各々のキャパシターに蓄えられる電荷は、定電圧出力部から出力される一定の電圧信号と、複数の画像読取チップ間で共通の第二の基準電圧により決定される。従って、本適用例に係る画像読取装置によれば、複数の画像読取チップ間におけ
る補正のばらつきをさらに抑制でき、複数の画像読取チップの境界における読取画像の欠陥を防止することができる。
[適用例9]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記第一の基準電圧と前記第二の基準電圧とは、同じ電圧であってもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、第一の基準電圧と第二の基準電圧が同じ電圧である為、キャパシターに加えられる両端電圧の電位差は小さく、複数の画像読取チップ間のばらつきを補正する為に必要な電荷を少なくできる。
[適用例10]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記出力回路は、ソースフォロワー回路であってもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、出力回路をソースフォロワー回路とすることで、回路の簡略化が可能であり、実装面積を削減でき、画像読取チップの小型化が実現できる。
[適用例11]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記読出回路部、及び前記定電圧出力部は、各々がソースフォロワー回路であってもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、読出回路部、及び定電圧出力部をソースフォロワー回路とすることで、転送配線のインピーダンスの影響を小さくでき、読取画像の品質劣化を抑制できる。
さらに、本適用例に係る画像読取装置によれば、読出回路部、及び定電圧出力部の双方を同一構成のソースフォロワー回路とすることで、読出回路部、及び定電圧出力部の複数の画像読取チップ間における補正のばらつきをさらに抑制でき、複数の画像読取チップの境界における読取画像の欠陥を防止することができる。
[適用例12]
上記適用例に係る画像読取装置において、前記ソースフォロワー回路は、デプレッション型の電界効果トランジスターを含む構成でもよい。
本適用例に係る画像読取装置によれば、ソースフォロワー回路は、デプレッション型の電界効果トランジスターとすることで、各々の閾値電圧による電圧降下は小さくなる。その為、ソースフォロワー回路の出力のダイナミックレンジを広くすることができ、読取画質の向上にも有効である。
[適用例13]
本適用例に係る半導体装置は、光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、前記画素信号を出力する出力回路と、第一の端子が前記転送配線と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、を備え、前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される。
本適用例に係る半導体装置によれば、キャパシターの第一の端子が定電圧出力部と出力回路を介して接続されているとき、定電圧出力部から出力される一定の電圧信号に応じたオフセット成分を含む電荷を蓄えることが可能である。また、キャパシターの第一の端子が転送配線と接続され、第二の端子が出力回路と接続されているとき、キャパシターに蓄えられたオフセット成分を含む電荷により補正された信号を、出力回路を介し出力する。従って、本適用例に係る半導体装置によれば、半導体装置に含まれるオフセット成分を補正した信号を出力することが可能となる。
[適用例14]
本適用例に係る半導体装置は、光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、前記画素信号を出力する出力回路と、第一の入力端子と前記転送配線が接続され、出力端子が前記出力回路に接続される演算増幅器と、第一の端子が前記演算増幅器の第二の入力端子と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、を備え、前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される。
本適用例に係る半導体装置によれば、キャパシターの第一の端子が定電圧出力部と出力回路を介して接続されているとき、定電圧出力部から出力される一定の電圧信号に応じたオフセット成分を含む電荷を蓄えることが可能である。また、キャパシターの第一の端子が転送配線と演算増幅器の電気的に接続され(バーチャルショート)、第二の端子が出力回路と接続されているとき、キャパシターに蓄えられたオフセット成分を含む電荷により補正された信号を、出力回路を介し出力する。従って、本適用例に係る半導体装置によれば、半導体装置に含まれるオフセット成分を補正した信号を出力することが可能となる。
さらに、本適用例に係る半導体装置によれば、画素信号を転送する転送配線に演算増幅器を備え、演算増幅器によりインピーダンス変換される為、出力回路のインピーダンス特性の変動に影響されず、オフセット成分を補正することが可能である。
本実施形態に係る複合機を示した外観斜視図である。 スキャナーユニットの内部構造を示した斜視図である。 イメージセンサーモジュールの構成を模式的に示す分解斜視図である。 画像読取チップの配置を模式的に示す平面図である。 スキャナーユニットの機能構成例を示す図である。 画像読取チップの機能構成例を示す図である。 第一実施例に係るタイミングチャート図である。 画素回路の回路構成例を示す図である。 読出回路部の回路構成例を示す図である。 第一実施例に係る定電圧出力部、補正回路、及び出力回路の回路構成を示す図である。 第二実施例に係る定電圧出力部、補正回路、及び出力回路の回路構成を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
以下、添付した図面を参照して、本発明の画像読取装置を適用した複合機1(複合装置)について説明する。
1.第一の実施形態
1.1 複合機(複合装置)の構造
図1は、第一の実施形態にかかる複合機1を示した外観斜視図である。図1に示すように、複合機1は、装置本体であるプリンターユニット2(画像記録装置)と、プリンターユニット2の上部に配設されたアッパーユニットであるスキャナーユニット3(画像読取装置)と、を一体に備えている。なお、以下、図1においての前後方向をX軸方向とし、左右方向をY軸方向として説明する。
一方、図1に示すように、プリンターユニット2は、枚葉の記録媒体(印刷用紙や単票紙)を送り経路に沿って送る搬送部(不図示)と、送り経路の上方に配設され、記録媒体にインクジェット方式で印刷処理を行う印刷部(不図示)と、前面に配設されたパネル形式の操作部63と、搬送部、印刷部および操作部63を搭載した装置フレーム(不図示)と、これらを覆う装置ハウジング65と、を備えている。装置ハウジング65には、印刷を終えた記録媒体が排出される排出口66が設けられている。また、図示省略するが、後面下部には、USBポートおよび電源ポートが配設されている。すなわち、複合機1は、USBポートを介してコンピューター等に接続可能に構成されている。
スキャナーユニット3は、後端部のヒンジ部4を介してプリンターユニット2に回動自在に支持されており、プリンターユニット2の上部を開閉自在に覆っている。すなわち、スキャナーユニット3を回動方向に引き上げることで、プリンターユニット2の上面開口部を露出させ、当該上面開口部を介して、プリンターユニット2の内部を露出させる。一方、スキャナーユニット3を回動方向に引き降ろし、プリンターユニット2上に載置することで、スキャナーユニット3によって当該上面開口部を閉塞する。このように、スキャナーユニット3を開放することで、インクカートリッジの交換や紙詰まりの解消等が可能な構成となっている。
図2は、スキャナーユニット3の内部構造を示した斜視図である。図1および図2に示されるように、スキャナーユニット3は、筐体であるアッパーフレーム11と、アッパーフレーム11に収容された画像読取部12と、アッパーフレーム11の上部に回動自在に支持された上蓋13と、を備えている。図2に示すように、アッパーフレーム11は、画像読取部12を収容する箱型の下ケース16と、下ケース16の天面を覆う上ケース17と、を備えている。上ケース17には、ガラス製の原稿載置板(原稿台;不図示)が広く配設されており、被読取面を下にした被読取媒体(原稿)をこれに載置する。一方、下ケース16は、上面を開放した浅い箱状に形成されている。
図2に示されるように、画像読取部12は、ラインセンサー方式のセンサーユニット31と、センサーユニット31を搭載したセンサーキャリッジ32と、Y軸方向に延在し、センサーキャリッジ32をスライド自在に支持するガイド軸33と、センサーキャリッジ32をガイド軸33に沿って移動する自走式のセンサー移動機構34と、を備えている。センサーユニット31は、X軸方向に延在したCMOS(Complementary metal−oxide−semiconductor)ラインセンサーであるイメージセンサーモジュール41を有し、モーター駆動のセンサー移動機構34により、ガイド軸33に沿ってY軸方向に往復動する。これにより、原稿載置板上の被読取媒体(原稿)の画像を読み取るようになっている。なお、センサーユニット31に搭載のイメージセンサーモジュール41は、CCD(Charge Coupled Device)ラインセンサーであってもよい。
図3は、イメージセンサーモジュール41の構成を模式的に示す分解斜視図である。図3に示される例では、イメージセンサーモジュール41は、ケース411、光源412、レンズ413、モジュール基板414および画像を読み取るための画像読取チップ415(半導体装置)を含んで構成されている。光源412、レンズ413、および画像読取チップ415は、ケース411とモジュール基板414との間に収容されている。ケース411にはスリットが設けられている。光源412は、例えば、R,G,Bの各発光ダイオード(LED:Light emitting diode)を有し、R,G,Bの各発光ダイオード(赤色LED、緑色LED、青色LED)を高速に切り換えながら順番に発光させる。光源412が発する光は、当該スリットを介して被読取媒体へ照射され、被読取媒体からのは当該スリットを介してレンズ413に入力される。レンズ413は、入力された光を画像読取チップ415へと導く。
図4は、画像読取チップ415の配置を模式的に示す平面図である。図4に示されるように、複数の画像読取チップ415が、モジュール基板414上に1次元方向(図4においてはX軸方向)に並べて配置されている。複数の画像読取チップ415は、一列に配置された多数の受光素子111を各々有しており(図6、図8参照)、複数の画像読取チップ415が有する受光素子111の密度が高いほど、画像を読み取る解像度が高いスキャナーユニット3を実現することができる。また、画像読取チップ415の数が多いほど、大きな画像も読み取ることが可能なスキャナーユニット3を実現することができる。
1.2 スキャナーユニット(画像読取装置)の機能構成
図5は、スキャナーユニット3の機能構成図である。図5に示される例では、スキャナーユニット3は、制御部200、アナログフロンエンド(AFE)202、光源412、複数の画像読取チップ415、基準電圧生成部416を含んで構成されている。前述したように、光源412は赤色LED412R、緑色LED412G、及び青色LED412Bを備えており、複数の画像読取チップ415は、モジュール基板414上に並べて配置されている。基準電圧生成部416は、第一の基準電圧生成部416−1、第二の基準電圧生成部416−2を含み、複数の画像読取チップ415で共通に供給する電圧を生成し出力する。また、赤色LED412R、緑色LED412G、及び青色LED412Bは、それぞれ複数個存在してもよい。さらに、制御部200、アナログフロンエンド(AFE)202、及び基準電圧生成部416は、モジュール基板414あるいはモジュール基板414とは異なる不図示の基板に備えられてもよく。制御部200、アナログフロンエンド(AFE)202、及び基準電圧生成部416は、それぞれ、集積回路(IC:Integrated Circuit)で実現されてもよい。
制御部200は、画像の読取周期をTとしたとき、赤色LED412Rに対して3T毎に一定の露光時間Δtだけ駆動信号DrvRを供給し、赤色LED412Rを発光させる。同様に、制御部200は、緑色LED412Gに対して3T毎に露光時間Δtだけ駆動信号DrvGを供給して緑色LED412Gを発光させ、青色LED412Bに対しても3T毎に露光時間Δtだけ駆動信号DrvBを供給して青色LED412Bを発光させる。制御部200は、読取周期Tにおいて、赤色LED412R、緑色LED412G、及び青色LED412Bのいずれか1つのみを発光させる。
また、制御部200は、複数の画像読取チップ415に対して、クロック信号CLK、解像度設定信号RESを共通に供給する。クロック信号CLKは画像読取チップ415の動作クロック信号であり、解像度設定信号RESは、スキャナーユニット3による画像の読取解像度を設定するための信号である。以下では、解像度設定信号RESは2ビットの信号であり、”00”のときは1200dpi、”01”のときは600dpi、”10”のときは300dpiの各解像度に設定されるものとする。
複数の画像読取チップ415は、チップイネーブル信号CEi(i=1〜m)がアクティブ(本実施形態ではハイパルス)になると、クロック信号CLKに同期して動作し、赤色LED412R、緑色LED412G、又は青色LED412Bの発光によって、受光素子111が被読取媒体に形成されている画像から受けた光に基づき、解像度設定信号RESによって設定された解像度の画像情報を有する画像信号Voを生成し、出力する。
基準電圧生成部416は、第一の基準電圧生成部416−1、第二の基準電圧生成部416−2を含み構成される。第一の基準電圧生成部416−1は、第一の基準電圧Vref1を生成し、複数の画像読取チップ415間に共通に供給する。また、第二の基準電圧生成部416−2も、第二の基準電圧Vref2を生成し、複数の画像読取チップ415−i間に共通に供給する。第一の実施形態では、第一の基準電圧Vref1、および第二の基準電圧Vref2は、複数の画像読取チップ415−i間の出力特性のばらつき補正に用いられる。尚、ばらつき補正の方法については、後述の詳細な回路構成、及び動作の説明に併せ行う。
アナログフロンエンド(AFE)202は、複数の画像読取チップ415−iが出力する画像信号Voを受け取り、画像信号Voに対して、増幅処理やA/D変換処理を行って、受光素子111の受光量に応じたデジタル値を含むデジタル信号に変換し、各デジタル信号を順番に制御部200に送信する。
制御部200は、アナログフロンエンド(AFE)202から順次送信される各デジタル信号を受け取り、イメージセンサーモジュール41の読取画像情報を生成する。
1.3 画像読取チップ(半導体装置)の回路構成及び動作
図6は、画像読取チップ415の機能構成図である。また、図7は、スキャナーユニット3による画像の読み取りの解像度が1200dpiに設定された場合の、複数の画像読取チップ415の動作と関係する信号のタイミングチャート図である。尚、本実施形態において、解像度は1200dpiで説明を行うが、600dpi、300dpiの解像度でもよく、また他の解像度を用いてもよい。
図6に示される画像読取チップ415は、タイミング制御回路100、駆動回路101、水平走査回路102、複数の画素回路110−j(j=1〜n)(本実施形態における画素部)、複数の読出回路120−j(j=1〜n)(本実施形態における読出回路部)、出力回路140、補正回路150、補正制御回路160、及び定電圧出力回路170(本実施形態における定電圧出力部)を備えている。
タイミング制御回路100は、クロック信号CLKのパルスをカウントし、読取周期T毎にカウント値を初期化する不図示のカウンターを有し、当該カウンターの出力値(カウント値)に基づいて、駆動回路101の動作を制御する制御信号、水平走査回路102の動作を制御する制御信号、及び補正制御回路160の動作を制御する制御信号を生成する。
また、タイミング制御回路100は、画像読取チップ415に入力されるチップイネーブル信号CE_Iがアクティブ(ハイパルス)を受けて、一定時間アクティブ(選択信号ハイレベル)となる選択信号SEL−1を生成し出力する。さらに、最後の選択信号SEL−nを出力するときに、次の画像読取チップ415に対しチップイネーブル信号CE_Oがアクティブ(ハイパルス)を出力する。
駆動回路101は、タイミング制御回路100からの制御信号に基づいて、画像の読取
周期Tにおいて、赤色LED412R、緑色LED412G又は青色LED412Bが発光する前の所定のタイミングで一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となるクロック信号CLKに同期した第一のリセット信号RST1、及び第二のリセット信号RST2を発生させる(図7参照)。この第一のリセット信号RST1は、複数の画素回路110−j(j=1〜n)の全てに、第二のリセット信号RST2は、複数の読出回路120−j(j=1〜n)の全てに各々が共通に供給される。
また、駆動回路101は、タイミング制御回路100からの制御信号に基づいて、読取周期Tにおいて、赤色LED412R、緑色LED412G又は青色LED412Bが発光を終えた後の所定のタイミングで一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる、クロック信号CLKに同期した読出信号READを発生させる(図7参照)。この読出信号READは、複数の読出回路120−j(j=1〜n)の全てに共通に供給される。
複数の画素回路110−j(j=1〜n)は、それぞれ、駆動回路101からの第一のリセット信号RST1によって初期化され、その後、赤色LED412R、緑色LED412G又は青色LED412Bの発光によって露光時間Δtの間に被読取媒体から受けた光に応じた複数の画素信号Vs−j(j=1〜n)を出力する。
複数の読出回路120−j(j=1〜n)は、それぞれ、駆動回路101からの第二のリセット信号RST2によって初期化され、その後、駆動回路101から供給された読出信号READがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)となるとき、複数の画素回路110−j(j=1〜n)から読み出した複数の画素信号Vs−j(j=1〜n)に応じた電荷を保持する。
さらに、複数の読出回路120−j(j=1〜n)に保持された複数の画素信号Vs−j(j=1〜n)に応じた電荷は、水平走査回路102から入力される複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)に従い、複数の画素信号Vt−j(j=1〜n)として転送配線180に出力される。
水平走査回路102は、タイミング制御回路100からの制御信号と解像度設定信号RESとに基づいて、読取周期Tにおいて、それぞれ読出信号READがアクティブ(ハイレベル)になる前(1つ前の読取周期Tにおいて読出信号READがアクティブ(ハイレベル)から非アクティブ(ローレベル)に変わる後)の所定のタイミングで一定時間アクティブ(本実施形態ではハイレベル)となる、クロック信号CLKに同期した複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)を順次発生させる(図7参照)。この水平走査回路102は、解像度設定信号RESが”00”のとき(1200dpi設定時)は、クロック信号CLKの1周期分だけ1つずつ順番にアクティブ(ハイレベル)となる複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)を発生させる(図7参照)。また、図示しないが、水平走査回路102は、解像度設定信号RESが”01”のとき(600dpi設定時)は、クロック信号CLKの2周期分だけ2つずつ同時に順番にアクティブ(ハイレベル)となる複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)を順次発生させ、解像度設定信号RESが”10”のとき(300dpi設定時)は、クロック信号CLKの4周期分だけ4つずつ同時に順番にアクティブ(ハイレベル)となる複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)を順次発生させる。
出力回路140は、タイミング制御回路100から入力される出力イネーブル信号ENがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)であり、転送配線180に複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)が順次転送されたとき、複数の画素信号Vt−j(j=1〜n)を順次増幅し、増幅された複数の画素信号Vt−j(j=1〜n)を含む画像信号Voを
出力する。尚、出力イネーブル信号ENは、クロック信号CLKに同期し、後述する補正信号CALが少なくとも非アクティブ(本実施形態ではローレベル)のときに、アクティブ(ハイレベル)となり、最後の選択信号SEL−nがアクティブ(ハイレベル)から非アクティブ(ローレベル)になるとき、非アクティブ(ローレベル)となる。(図7参照)
補正回路150は、補正信号CALがアクティブ(本実施形態ではハイレベル)の期間に、補正出力電圧Vo_0、第二の基準電圧Vref2を基に補正成分を蓄え、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の期間に、補正成分を加味した信号を出力回路140に出力する。
補正制御回路160は、補正回路150及び定電圧出力回路170を制御するための補正信号CALを出力する。例えば補正信号CALは読出信号READがアクティブ(ハイレベル)に変わるとき、アクティブ(ハイレベル)となる。また、補正信号CALは、少なくとも最初の選択信号SEL−1がアクティブ(ハイレベル)になる前に、非アクティブ(ローレベル)となる。(図7参照)
定電圧出力回路170は、第一の基準電圧Vref1を基にダミー電圧Vdを生成し転送配線180に出力する。ここで、定電圧出力回路170は少なくとも補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の期間に、ダミー電圧Vdを転送配線180に供給する。
1.4 回路構成及び動作
図6に示した複数の画素回路110−j(j=1〜n)はすべて同じ回路構成であり、以下では、複数の画素回路110−j(j=1〜n)をすべて画素回路110と表記し、複数の画素回路110−j(j=1〜n)の各複数の画素信号Vs−j(j=1〜n)をすべて画素信号Vsと表記し、その構成及び動作について説明する。
図8は、画素回路110(本実施形態における画素部)の構成図である。図8に示されるように、画素回路110は、受光素子111、反転増幅部112、スイッチ113及び容量114を備えている。
受光素子111は、光(本実施形態では、被読取媒体に形成されている画像からの光)を受けて電気信号に変換(光電変換)する。本実施形態では、受光素子111は、フォトダイオードで構成されており、アノードは接地され、カソードは反転増幅部112の入力端子と電気的に接続されている。
反転増幅部112は、受光素子111に電気的に接続され、受光素子111による光電変換により生成された信号を増幅する。具体的には、反転増幅部112は、入力端子が受光素子111のカソードと電気的に接続され、反転増幅部112の入力端子の電圧を−G倍した電圧を出力端子から出力する。この反転増幅部112の出力電圧が、画素回路110の画素信号Vsとなる。
スイッチ113は、反転増幅部112と並列に、反転増幅部112の両端(入力端子及び出力端子)に電気的に接続されている。このスイッチ113の制御端子には、第一のリセット信号RST1が入力され、第一のリセット信号RST1がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときにスイッチ113の両端が導通し、第一のリセット信号RST1が非アクティブ(本実施形態ではローレベル)のときにスイッチ113の両端が非導通となる。前述の通り、第一のリセット信号RST1は、赤色LED412R、緑色LED412G、又は青色LED412Bが発光する前(露光時間Δtの前)の所定のタイミングで一定時間アクティブ(ハイレベル)となる。このとき、スイッチ113の両端が導通するため、容量114は、その両端がショートされて蓄積された電荷がリセットされる。
また、スイッチ113は、例えば、ゲート端子に第一のリセット信号RST1が入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が反転増幅部112の入力端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が反転増幅部112の出力端子と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
容量114は、反転増幅部112と並列に、反転増幅部112の両端(入力端子及び出力端子)に電気的に接続されている。すなわち、容量114は、反転増幅部112の出力端子から入力端子への信号帰還経路に設けられた帰還容量として機能する。
図6に戻り複数の読出回路120−j(j=1〜n)はすべて同じ回路構成であり、以下では、複数の読出回路120−j(j=1〜n)をすべて読出回路120と表記し、複数の読出回路120−j(j=1〜n)の複数の画素信号Vt−j(j=1〜n)をすべて、画素信号Vtと表記し、複数の選択信号SEL−j(j=1〜n)をすべて選択信号SELと表記し、その構成及び動作について説明する。
図9は、読出回路120(本実施形態における読出回路部)の構成図である。図9に示されるように、読出回路120は、ノイズ低減回路121と、メモリー回路131を備える。
ノイズ低減回路121は、容量122、反転増幅部123、スイッチ124、容量125、スイッチ126、及びスイッチ127を備える。
容量122は、画素回路110と接続されている。具体的には、容量122は、一端が反転増幅部112の出力端子と電気的に接続されており、他端が反転増幅部123の入力端子と電気的に接続されている。
反転増幅部123は、入力端子が容量122の他端と接続され、入力端子の電圧を−G倍した電圧を出力端子から出力する。この反転増幅部123の出力電圧が、ノイズ低減回路121から出力される画素信号Vcdsとなる。
スイッチ124は、反転増幅部123と並列に、反転増幅部123の両端(入力端子及び出力端子)と電気的に接続されている。
容量125は、一端が反転増幅部123の入力端子と電気的に接続され、他端がスイッチ126の一端と電気的に接続されている。
スイッチ126は、一端が容量125の他端と電気的に接続され、他端が反転増幅部123の出力端子と電気的に接続されている。
スイッチ127は、一端が容量125の他端と電気的に接続され、他端には所定の電圧Va(例えば、2.4V)が供給される。
このように構成されているノイズ低減回路121は、画素回路110の画素信号Vsを容量122によってノイズキャンセルし、さらに反転増幅部123によって反転増幅するCDS(Correlated Double Sampling)回路として機能する。
2つのスイッチ124,スイッチ127の各制御端子には、第二のリセット信号RST2が共通に入力され、第二のリセット信号RST2がアクティブ(本実施形態ではハイレベル)のときにスイッチ124,スイッチ127の両端が導通し、第二のリセット信号RST2が非アクティブ(本実施形態ではローレベル)のときにスイッチ124,スイッチ
127の両端は非導通となる。また、スイッチ126の制御端子には、第二のリセット信号RST2が、論理反転素子128を介し入力される。即ち第二のリセット信号RST2がアクティブ(ハイレベル)の時、スイッチ126の制御端子には非アクティブ(ローレベル)が入力され、スイッチ126の両端は非導通となり、第二のリセット信号RST2が非アクティブ(ローレベル)の時、スイッチ126の制御端子にはアクティブ(ハイレベル)が入力され、スイッチ126の両端は導通となる。
前述の通り、第二のリセット信号RST2は、赤色LED412R、緑色LED412G、又は青色LED412Bが発光する前(露光時間Δtの前)の所定のタイミングで一定時間アクティブ(ハイレベル)となる。このとき、スイッチ124,スイッチ127の両端が導通し、スイッチ126の制御端子には、第二のリセット信号RST2の論理反転素子128により論理が反転され、スイッチ126の両端は非導通となる。これにより、反転増幅部123の入出力間がショートされ、反転増幅部123の入力端子が所定の電圧Vbとなり、容量125は、その両端にVb−Vaの電位差が生じ、この電位差に応じた電荷が蓄積される(リセットされる)。
その後、第二のリセット信号RST2が非アクティブ(ローレベル)となると、スイッチ126の両端が導通し、スイッチ124,スイッチ127の両端は非導通となる。このとき、容量125は、それぞれ、反転増幅部123の両端と電気的に接続され、帰還容量として機能する。
また、スイッチ124は、例えば、ゲート端子に第二のリセット信号RST2が入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が反転増幅部123の入力端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が反転増幅部123の出力端子と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
また、スイッチ126は、例えば、ゲート端子に第二のリセット信号RST2の反転信号が入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が容量125の他端と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が反転増幅部123の出力端子と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
また、スイッチ127は、例えば、ゲート端子に第二のリセット信号RST2が入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が容量125の他端と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方に所定の電圧Va(例えば、2.4V)が供給されるNMOSトランジスターであってもよい。
メモリー回路131は、スイッチ132、容量133、スイッチ134、NMOSトランジスター135、及び定電流源136を備えている。
スイッチ132は、ノイズ低減回路121と電気的に接続されている。具体的には、スイッチ132は、一端が反転増幅部123の出力端子(ノイズ低減回路121の出力端子)と電気的に接続されており、他端が容量133の一端と電気的に接続されている。
容量133は、一端がスイッチ132の他端と電気的に接続され、他端には所定の基準電位(例えば接地電位(0V))が供給される。
NMOSトランジスター135は、ゲート端子がスイッチ132の他端と電気的に接続され、ドレイン端子は、任意の定電圧(例えば3.3V)と接続され、さらにソース端子は、定電流源136の一端と電気的に接続される。
尚、NMOSトランジスター135は、デプレッション型の電界効果トランジスターが望ましく、デプレッション型の電界効果トランジスターを使用することで、NMOSトランジスター135のゲート端子―ソース端子間の電圧降下が小さくなり、ダイナミックレンジを広くとることができ、結果、読出精度の向上につながる。
スイッチ134は、一端がNMOSトランジスター135のソース端子と電気的に接続され、他端が転送配線180と電気的に接続されている。このスイッチ134が導通時に出力する電圧が、メモリー回路131から出力される電圧、即ち読出回路120の画素信号Vtとなる。
定電流源136は、一端がNMOSトランジスター135のソース端子と電気的に接続され、他端には所定の基準電位(例えば接地電位(0V))が供給される。即ち、NMOSトランジスター135と定電流源136はソースフォロワー回路を形成し、スイッチ134を介し、画素信号Vtを出力する。
スイッチ132の制御端子には、読出信号READが入力され、読出信号READがアクティブ(ハイレベル)のときにスイッチ132の両端が導通し、読出信号READが非アクティブ(本実施形態ではローレベル)のときにスイッチ132の両端が非導通となる。前述の通り、読出信号READは、赤色LED412R、緑色LED412G、又は青色LED412Bが発光を終えた後の所定のタイミングで一定時間アクティブ(ハイレベル)となる。このとき、スイッチ132の両端が導通し、容量133と、ノイズ低減回路121が電気的に接続され、画素信号Vcdsに応じた電荷が、容量133に蓄えられる。
また、スイッチ134の制御端子には、選択信号SELが入力され、選択信号SELがアクティブ(ハイレベル)のときにスイッチ134の両端が導通し、選択信号SELが非アクティブ(本実施形態ではローレベル)のとき、スイッチ134の両端が非導通となる。
尚、前述の通り、選択信号SELは、読出信号READがアクティブ(ハイレベル)から非アクティブ(ローレベル)に変わった後の所定のタイミングで、順次、一定時間アクティブ(ハイレベル)となる。そして、選択信号SELがアクティブ(ハイレベル)のとき、容量133の一端が、NMOSトランジスター135を介して転送配線180と電気的に接続され、画素信号Vtが出力される。
ここで、スイッチ132は、例えば、ゲート端子に読出信号READが入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方に画素信号Vcdsが供給され、ソース端子及びドレイン端子の他方が容量133の一端と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
また、スイッチ134は、例えば、ゲート端子に選択信号SELが入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方がNMOSトランジスター135のソース端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が転送配線180と電気的に接続されるNMOSトランジスターであってもよい。
図10は、出力回路140、補正回路150、及び定電圧出力回路170の構成図である。
図10に示されるように、定電圧出力回路170は、容量171、NMOSトランジスター172、スイッチ173、定電流源174を備える。
容量171は、一端が第一の基準電圧Vref1と電気的に接続され、他端には所定の基準電位(例えば接地電位(0V))が供給される。
NMOSトランジスター172は、ゲート端子が第一の基準電圧Vref1と電気的に接続され、ドレイン端子は、任意の定電圧(例えば3.3V)が供給され、ソース端子は、定電流源174と電気的に接続される。
ここで、NMOSトランジスター172は、デプレッション型の電界効果トランジスターが望ましく、デプレッション型の電界効果トランジスターを使用することで、NMOSトランジスター172のゲート端子―ソース端子間の電圧降下が小さくなり、ダイナミックレンジを広くとることができ、結果、読出精度の向上につながる。
スイッチ173は、一端がNMOSトランジスター172のソース端子と電気的に接続され、他端が転送配線180と電気的に接続されている。
スイッチ173の制御端子には、補正信号CALが入力される。補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)のとき、スイッチ173の両端は導通し、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)のとき、スイッチ173の両端は非導通となる。前述のとおり、例えば補正信号CALは読出信号READがアクティブ(ハイレベル)に変わるとき、アクティブ(ハイレベル)となる。また、補正信号CALは、少なくとも最初の選択信号SEL−1がアクティブ(ハイレベル)になる前に、非アクティブ(ローレベル)となる。これにより、スイッチ173は補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の期間において導通し、第一の基準電圧Vref1より生成されたダミー電圧Vdを転送配線180に出力する。
定電流源174は、一端がNMOSトランジスター172のソース端子と電気的に接続され、他端には所定の基準電位(例えば接地電位(0V))が供給される。即ち、NMOSトランジスター172と定電流源174はソースフォロワー回路を形成し、スイッチ173を介し、ダミー電圧Vdを出力する。
ここで、定電圧出力回路170は、メモリー回路131と、同じ回路構成、同様の部品特性であることが好ましく、同じ回路構成、同様の部品特性とすることで、画像信号Voをより高い精度で補正することができる。さらに、第一の基準電圧Vref1は、暗時の画素信号Vcdsと同等の値とすることが好ましく、第一の基準電圧Vref1を暗時の画素信号Vcdsと同等とすることで、読取画像の品質劣化(特に暗時)を抑制できる。
また、スイッチ173は、例えば、ゲート端子に補正信号CALが入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方がNMOSトランジスター172のソース端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が転送配線180と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
図10に示されるように補正回路150は、容量151、スイッチ152、スイッチ153、スイッチ154、スイッチ155、スイッチ156を備える。
容量151(本実施形態におけるキャパシター)の第一の端子がスイッチ154と電気的に接続され、第二の端子がスイッチ155と電気的に接続される。また、容量151の第一の端子はスイッチ153とも電気的に接続され、第二の端子は、スイッチ156とも電気的に接続される。
スイッチ152は一端が転送配線180と電気的に接続され、他端は出力回路140に電気的に接続される。
スイッチ153は、一端が容量151の第一端子と電気的に接続され、他端に出力回路140から入力される補正出力電圧Vo_0が供給される。
スイッチ154は、一端が容量151の第一の端子に電気的に接続され、他端は転送配線180に電気的に接続される。
スイッチ155は、一端が容量151の第二の端子に電気的に接続され、他端は出力回路140に接続される。
スイッチ156は、一端が容量151の第二の端子に電気的に接続され、他端は第二の基準電圧Vref2が供給される。
また、スイッチ152、スイッチ153、及びスイッチ156の制御端子には、補正信号CALが入力され、スイッチ154、スイッチ155の制御端子には、補正信号CALが論理反転素子157を介して入力される。これより、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時、スイッチ152、スイッチ153、及びスイッチ156は導通し、論理反転素子157を介し、補正信号CALの論理反転信号が入力されるスイッチ154、スイッチ155は非導通となる。また、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の時、スイッチ152、スイッチ153、及びスイッチ156は非導通となり、論理反転素子157を介し、補正信号CALの論理反転信号が入力されるスイッチ154、スイッチ155は導通となる。
即ち、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時は、容量151の第一の端子は、スイッチ153を介して補正出力電圧Vo_0と電気的に接続され、容量151の第二の端子は、スイッチ156を介して第二の基準電圧Vref2に電気的に接続される。この時、転送配線180と出力回路140はスイッチ152を介し電気的に接続される。また、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の時、容量151の第一の端子は、転送配線180と電気的に接続され、容量151の第二の端子は、出力回路140と電気的に接続される。即ち、容量151(本実施形態のキャパシター)は、第一の端子が転送配線180と選択的に接続され、第二の端子が出力回路140と選択的に接続される。
尚、前述のとおり、補正信号CALは少なくとも読出信号READがアクティブ(ハイレベル)に変わるとき、アクティブ(ハイレベル)となり、補正信号CALは、少なくとも最初の選択信号SEL−1がアクティブ(ハイレベル)になる前までに、非アクティブ(ローレベル)となる。即ち、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の期間において、選択信号SELは非アクティブであり、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の期間において、転送配線180に画素信号Vtは供給されない。
一方で、前述のとおり、定電圧出力回路170は、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の期間において、スイッチ173は導通しており、第一の基準電圧Vref1より生成されたダミー電圧Vdを転送配線180に供給している。
即ち、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時は、転送配線180の電圧は、第一の基準電圧Vref1より生成されたダミー電圧Vdであり、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の時の転送配線180の電圧は、読出回路120から出力された画素信号Vtとなる。
ここで、スイッチ152は、例えば、ゲート端子に補正信号CALが入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が転送配線180と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が出力回路140と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
また、スイッチ153は、例えば、ゲート端子に補正信号CALが入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が容量151の第一の端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方に補正出力電圧Vo_0が供給されるNMOSトランジスターであってもよい。
ここで、スイッチ154は、例えば、ゲート端子に補正信号CALの反転信号が入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が容量151の第一の端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が転送配線180と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
ここで、スイッチ155は、例えば、ゲート端子に補正信号CALの反転信号が入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が容量151の第二の端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が出力回路140と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
ここで、スイッチ156は、例えば、ゲート端子に補正信号CALが入力され、ソース端子及びドレイン端子の一方が容量151の第二の端子と電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が第二の基準電圧Vref2と電気的に接続されたNMOSトランジスターであってもよい。
図10に示されるように、出力回路140は、NMOSトランジスター141、スイッチ142、定電流源143を備える。
NMOSトランジスター141は、ゲート端子が補正回路150と電気的に接続される。即ち、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時は、補正回路150のスイッチ152を介し転送配線180と電気的に接続され、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の時は、補正回路150のスイッチ155を介し容量151の第二の端子に電気的に接続される。また、ドレイン端子は、任意の定電圧(例えば3.3V)が供給され、ソース端子は、定電流源143と電気的に接続される。
ここで、NMOSトランジスター141は、デプレッション型の電界効果トランジスターが望ましく、デプレッション型の電界効果トランジスターを使用することで、NMOSトランジスター141のゲート端子―ソース端子間の電圧降下が小さくなり、ダイナミックレンジを広くとることができ、結果、読出精度の向上につながる。
スイッチ142は、一端がNMOSトランジスター141のソース端子に電気的に接続され、他端は、画像信号Voを出力する。
スイッチ142の制御端子には、出力イネーブル信号ENが入力され、出力イネーブル信号ENがアクティブ(ハイレベル)の時にスイッチ142の両端は導通し、出力イネーブル信号ENが非アクティブ(本実施形態ではローレベル)の時にスイッチ142の両端は非導通となる。また前述のとおり、出力イネーブル信号ENは、補正信号CALが少なくとも非アクティブ(ハイレベル)のときに、アクティブ(ハイレベル)となり、最後の選択信号SEL−nがアクティブ(ハイレベル)から非アクティブ(ローレベル)になるとき、非アクティブ(ローレベル)となる。
定電流源143は、一端がNMOSトランジスター141のソース端子と電気的に接続され、他端には所定の基準電位(例えば接地電位(0V))が供給される。即ち、NMOSトランジスター141と定電流源143はソースフォロワー回路を形成し、スイッチ142を介し、画像信号Voを出力する。
また、本実施形態では、NMOSトランジスター141を用いて出力回路140を構成しているが、オペアンプ等で構成されてもよい。
これより、図10に示す、出力回路140、補正回路150、及び定電圧出力回路170による、画像信号Voの補正は、以下のように実施される。
補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時は、転送配線180には、定電圧出力回路170より出力されたダミー電圧Vdのみが供給される。この時、補正回路150のスイッチ152、スイッチ153、及びスイッチ156は導通し、補正信号CALが論理反転素子157を介し、論理反転信号が入力されるスイッチ154、スイッチ155は非導通となる。よってダミー電圧Vdは、補正回路150のスイッチ152を介し出力回路140のNMOSトランジスター141のゲート端子に供給され、ソース端子から出力される。補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時、出力イネーブル信号ENは、非アクティブ(ローレベル)であり、出力回路140のスイッチ142は非導通であり、加えて、補正回路150のスイッチ153が導通である為、ダミー電圧Vdは出力回路140のNMOSトランジスター141、及びスイッチ153を介し、補正回路150の容量151の第一端子に電気的に接続される。即ち、定電圧出力回路170は、出力回路140を介してキャパシターの第一の端子と選択的に接続される。また、容量151の第二の端子は、補正回路150のスイッチ156を介して第二の基準電圧Vref2に接続される。
これにより、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時、補正回路150の容量151には、ダミー電圧Vdが出力回路140のNMOSトランジスター141、及びスイッチ153を介し、供給される補正出力電圧Vo_0と、第二の基準電圧Vref2の差分の電荷が蓄えられる。
補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の時は、転送配線180には、読出回路120から選択信号SELに従い出力された画素信号Vtが供給される。この時、補正回路150のスイッチ152、スイッチ153、及びスイッチ156は非導通し、論理反転素子157を介し、論理反転信号が入力されるスイッチ154、スイッチ155は導通となり、転送配線180は、容量151の第一の端子に接続される。また、容量151の第二の端子は、スイッチ155を介し出力回路140のNMOSトランジスター141と接続され、この時、NMOSトランジスター141のゲート電圧は、画素信号Vtを容量151に蓄えられた電荷により補正された電圧となる。尚、本実施形態における画像信号Voの補正のメカニズムは後述する。
1.5 画像読取チップ間の画像信号補正方法
第一の実施形態に係る画像読取チップ415の補正のメカニズムについて、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間と、非アクティブ(ローレベル)な期間に分け、図6、図9、及び図10を用いて説明する。
前述のとおり、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)の時、補正回路150の容量151には、ダミー電圧Vdがスイッチ152、出力回路140のNMOSトランジスター141、及びスイッチ153を介し、容量151の第一の端子に接続されることで供
給される補正出力電圧Vo_0と、スイッチ156を介し容量151の第二の端子に供給される第二の基準電圧Vref2との差分の電荷が蓄えられる。
ここで、出力回路140のNMOSトランジスター141のゲート電圧は、ダミー電圧Vdであり、ダミー電圧Vdは、第一の基準電圧Vref1に基づき、定電圧出力回路170のNMOSトランジスター172のソースフォロワー回路の出力である。
これより、補正回路150の容量151の容量をC、定電圧出力回路170のNMOSトランジスター172の閾値電圧をVth1、出力回路140のNMOSトランジスター141の閾値電圧をVth2、その他の回路ばらつきをVαとすると、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間において、補正回路150の容量151に蓄えられる電荷q1は式(1)により得られる。
Figure 0006766560
又、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)の時は、転送配線180には、読出回路120から選択信号SELに従い出力された画素信号Vtが供給される。この時、補正回路150のスイッチ152、スイッチ153、及びスイッチ156は非導通であり、論理反転素子157を介し、論理反転信号が入力されるスイッチ154、スイッチ155は導通となり、転送配線180は、容量151の第一の端子に電気的に接続される。また、容量151の第二の端子は、スイッチ155を介し出力回路140のNMOSトランジスター141と接続され、この時、NMOSトランジスター141のゲート電圧は、画素信号Vtを容量151に蓄えられた電荷により補正された電圧となる。
これより、補正回路150の容量151をC、また、容量151に蓄えられている電荷をq2、メモリー回路131のNMOSトランジスター135の閾値電圧をVth3、出力回路140のNMOSトランジスター141の閾値電圧をVth2、またその他のばらつきをVβとすると、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)な期間における、出力回路140から出力される画像信号Voは式(2)により得られる。
Figure 0006766560
補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間に、補正回路150の容量151に電荷を蓄え、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)な期間に補正回路150の容量151の電荷を用い補正を行う為、容量151に蓄えられる電荷q1とq2は等しい。これより、式(1)、式(2)より本実施形態による出力回路140から出力される画像信号Voは式(3)により得られる。
Figure 0006766560
メモリー回路131と定電圧出力回路170が同じ回路構成、同様の部品特性であるなら、Vth1≒Vth3となり、さらに、その他のばらつきであるVα及びVβは同一チップ内の同等の電流経路である為、Vα≒Vβとすると、出力回路140から出力される画像信号Voは式(4)となる。
Figure 0006766560
上記、式(4)より、画像信号Voは本実施形態において複数の画像読取チップ415間で共通に与える第一の基準電圧Vref1、第二の基準電圧Vref2、及び画素回路110において被読取媒体に形成されている画像からの光から光電変換され、ノイズ低減回路121によりノイズを低減した画素信号Vcdsのみから画像信号Voは得られ、複数の画像読取チップ415間での特性のばらつきが補正される。
なお、上記、式(4)において、第一の基準電圧Vref1、第二の基準電圧Vref2は同じ電圧値が好ましく、これにより補正回路150の容量151に蓄えられる電荷を少なくすることがでる。さらに第一の基準電圧Vref1、第二の基準電圧Vref2を同じ基準電圧Vrefから分岐し生成してもよく、これにより第一の基準電圧Vref1、または第二の基準電圧Vref2の各々の温度特性、経年変化などの経時的変動に対しても正確な補正が可能となる。
さらに、前述のとおり、第一の基準電圧Vref1は、暗時の画素信号Vcdsと同等の値であることが好ましく、第一の基準電圧Vref1、第二の基準電圧Vref2は同じ電圧値を用いる際には、第二の基準電圧Vref2においても、画素信号Vcdsと同等の値であることが好ましい。
1.6 作用効果
以上に説明したように、第一の実施形態によるスキャナーユニット3では、複数の画像読取チップ415の各々が、補正信号CALにより選択的に接続される容量151を含み、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間においては、複数の画像読取チップ415に共通に与えられる第一の基準電圧Vref1、及び第二の基準電圧Vref2に基づき、補正回路150の容量151にオフセット成分を含む電荷を蓄え、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)な期間においては、容量151に蓄えた電荷を基づき、補正された画像信号Voを出力する。これにより、複数の画像読取チップ415間の特性のばらつきを抑制でき、画質の劣化を抑制することができる。
2.第二の実施形態
以下、第二の実施形態の画像読取装置を適用した複合機1(複合装置)について、第一の実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第一の実施形態と重複する説明を省略し、主に第一の実施形態と異なる内容について説明する。
第二の実施形態の画像読取装置を適用した複合機1の構造は、第一の実施形態(図1〜図4)と同様である為、その図示、及び説明を省略する。また、第二の実施形態のスキャナーユニット3の機能構成図(図5)は、第一の実施形態と同様である為、その図示、及び説明を省略する。また、第二の実施形態の画像読取チップ415の機能構成図(図6)は、第一の実施形態と同様である為、その図示、及び説明を省略する。また、第二の実施形態のタイミングチャート図(図7)は、第一の実施形態と同様である為、その図示、及び説明を省略する。また、第二の実施形態の画素回路110の構成図(図8)は、第一の実施形態と同様である為、その図示、及び説明を省略する。また、第二の実施形態の読出回路120の構成(図9)は、第一の実施形態と同様である為、その図示、及び説明を省略する。また、第二の実施形態の定電圧出力回路170、出力回路140の回路構成(図10)は、第一の実施形態と同様である為、その説明を省略する。ただし、第二の実施形態における補正回路150の回路構成図(図10)は、第一の実施形態と異なる。
図11は、第二の実施形態における画像読取チップ415の出力回路140、補正回路150、及び定電圧出力回路170の回路構成図である。尚、出力回路140、定電圧出力回路170の回路構成は、第一の実施形態(図10)と同様である為、説明を省略する。
第二の実施形態における補正回路150は、第一の実施形態と同様に、容量151、5つのスイッチ152、スイッチ153、スイッチ154、スイッチ155、スイッチ156を含んで構成さる。
容量151は第一の実施形態と同様、第一の端子がスイッチ153の一端、及びスイッチ154の一端と電気的に接続される。また、第二の端子は、スイッチ155の一端、及びスイッチ156の一端に電気的に接続される。
5つのスイッチ152、スイッチ153、スイッチ154、スイッチ155、スイッチ156は、各々の制御端子に入力される補正信号CAL(または補正信号CALの論理反転信号)により各スイッチの導通・非導通が制御されることは、制御のタイミングを含め第一の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
第二の実施形態における補正回路150は、第一の実施形態における補正回路150に対し、転送配線180に演算増幅器158が追加されている。演算増幅器158は、第一の入力端子が転送配線180に電気的に接続され、第二の入力端子が、スイッチ152の他端、及びスイッチ154の他端に電気的に接続され、出力端子が出力回路140に電気的に接続される。ここで、演算増幅器158の第一の入力端子は非反転入力端子であり、第二の入力端子は反転入力端子であってもよく、この時、演算増幅器158はボルテージフォロワとして動作する。
補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間において、第一の実施形態と同様、スイッチ152、スイッチ153、スイッチ156は導通し、スイッチ154、スイッチ155は非導通となる。この為、演算増幅器158の第一の入力端子には、転送配線180からダミー電圧Vdが入力され、演算増幅器158の第二の入力端子に等しい電圧が生じる(バーチャルショート)。演算増幅器158の第二の入力端子に生じた電圧は、スイッチ152、出力回路140、スイッチ153を介し、容量151の第一の端子に接続され、容量151に電荷を蓄える。この際、容量151の第二の端子は、第一の実施形態と同様、スイッチ156を介し第二の基準電圧Vref2に接続される。詳細は第一の実施形態と同じであり省略する。
補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)な期間において、第一の実施形態と同様、スイッチ154、スイッチ155は導通し、スイッチ152、スイッチ153、スイッチ156は非導通となる。この際、演算増幅器158の第一の入力端子には、転送配線180から画素信号Vtが入力され、第二の入力端子に等しい電圧が生じる。第二の入力端子に生じた電圧は、スイッチ154、容量151、スイッチ155を介し、出力回路140に出力される。出力回路140は、入力された信号はNMOSトランジスター141を介し画像信号Voとして出力する。この際、第一の実施形態と同様に、容量151には、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間において電荷が蓄えられており、蓄えられた電荷により画像信号Voは補正される。即ち、第一の入力端子と転送配線180が接続され、出力端子が出力回路140に接続される演算増幅器158と、第一の端子が演算増幅器158の第二の入力端子と選択的に接続され、第二の端子が出力回路140と選択的に接続されるキャパシターと、一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、を備え、定電圧出力部は、出力回路140を介してキャパシターの第一の端子と選択的に接続され
る。
第一の実施形態においては、出力回路140に設けられたNMOSトランジスター141には、図示しないがゲート容量などのわずかな寄生容量があり、第一の実施形態では補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間と、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)な期間とで、NMOSトランジスター141のゲート電圧が若干変動する。これは、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)から補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)となるとき、NMOSトランジスター141の寄生容量Cpのとの間で電荷が移動する為である。ここで、画像信号Voの補正成分をΔV、容量151の容量をCcal、NMOSトランジスター141の寄生容量をCpとすると、NMOSトランジスター141のゲート端子の補正電圧は、ΔV−Cp/(Cp+Ccal)×ΔVとなり、Cp/(Cp+Ccal)×ΔVだけばらつきが発生し、画質の劣化の要因となる。特に暗状態においては、信号成分が非常に小さく、わずかな雑音成分においても、画質の劣化への影響は顕著となる。
しかし、第二の実施形態によれば、演算増幅器158は負帰還をかけており、演算増幅器158の第一の入力端子と第二の入力端子の電圧は等しくなる(バーチャルショート)。また、前述のとおり、第一の基準電圧Vref1、及び第二の基準電圧Vref2が、暗時の画素信号Vtと同様のレベルであれば、補正信号CALがアクティブ(ハイレベル)な期間においても、補正信号CALが非アクティブ(ローレベル)な期間においても暗時の演算増幅器158の第二の入力端子の電圧は等しくなる。よってNMOSトランジスター141の寄生容量の影響を最小限に抑えることができる。
以上に説明した第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏し、さらに、演算増幅器158が設けられているため、出力回路140に設けられたNMOSトランジスター141の寄生容量による影響を低減でき、読取画像の画質をさらに向上させることができる。
以上、第一の実施形態あるいは第二の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上記の各々の実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…複合機(複合装置)、2…プリンターユニット(画像記録装置)、3…スキャナーユニット(画像読取装置)、4…ヒンジ部、11…アッパーフレーム、12…画像読取部、13…上蓋、16…下ケース、17…上ケース、31…センサーユニット、32…センサーキャリッジ、33…ガイド軸、34…センサー移動機構、41…イメージセンサーモジュール、63…操作部、65…装置ハウジング、66…排出口、100…タイミング制御回路、101…駆動回路、102…水平走査回路、110…画素回路、111…受光素子、112…反転増幅部、113…スイッチ、114…容量、120…読出回路、121…ノイズ低減回路、122,125…容量、123…反転増幅部、124,126,127…スイッチ、128…論理反転素子、131…メモリー回路、132,134…スイッチ
、133…容量、135…NMOSトランジスター、136…定電流源、140…出力回路、141…NMOSトランジスター、142…スイッチ、143…定電流源、150…補正回路、151…容量、152,153,154,155,156…スイッチ、157…論理反転素子、158…演算増幅器、160…補正制御回路、170…定電圧出力回路、171…容量、172…NMOSトランジスター、173…スイッチ、174…定電流源、180…転送配線、200…制御部、202…アナログフロンエンド(AFE)、411…ケース、412…光源、412B…青色LED、412G…緑色LED、412R…赤色LED、413…レンズ、414…モジュール基板、415…画像読取チップ(半導体装置)、416…基準電圧生成部、416−1…第一の基準電圧生成部、416−2…第二の基準電圧生成部、CAL…補正信号、CE_I…チップイネーブル信号、CE_O…チップイネーブル信号、CE…チップイネーブル信号、CLK…クロック信号、DrvB…駆動信号、DrvG…駆動信号、DrvR…駆動信号、EN…出力イネーブル信号、READ…読出信号、RES…解像度設定信号、RST1…第一のリセット信号、RST2…第二のリセット信号、SEL…選択信号SEL、Vcds…画素信号、Vd…ダミー電圧、Vo…画像信号、Vo_0…補正出力電圧、Vref…基準電圧、Vref1…第一の基準電圧、Vref2…第二の基準電圧、Vs…画素信号、Vt…画素信号

Claims (14)

  1. 画像を読み取るための複数の画像読取チップを含む画像読取装置であって、
    前記複数の前記画像読取チップの各々は、
    前記画像からの光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、
    前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、
    前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、
    前記画素信号を出力する出力回路と、
    第一の端子が前記転送配線と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、
    一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、
    を備え、
    前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される、
    ことを特徴とする画像読取装置。
  2. 前記転送配線に前記画素信号が転送される際に、
    前記キャパシターの前記第一の端子は前記転送配線と接続され、前記キャパシターの前記第二の端子は前記出力回路に接続される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
  3. 画像を読み取るための複数の画像読取チップを含む画像読取装置であって、
    前記複数の前記画像読取チップの各々は、
    前記画像からの光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、
    前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、
    前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、
    前記画素信号を出力する出力回路と、
    第一の入力端子と前記転送配線が接続され、出力端子が前記出力回路に接続される演算
    増幅器と、
    第一の端子が前記演算増幅器の第二の入力端子と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、
    一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、
    を備え、
    前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される、
    ことを特徴とする画像読取装置。
  4. 前記転送配線に前記画素信号が転送される際に、
    前記キャパシターの前記第一の端子は前記演算増幅器の第二の入力端子と接続され、前記キャパシターの前記第二の端子は前記出力回路に接続される、
    ことを特徴とする請求項3に記載の画像読取装置。
  5. 前記定電圧出力部は、前記転送配線に前記画素信号が転送される前に、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と接続される、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  6. 前記定電圧出力部が出力する前記電圧信号は、第一の基準電圧に基づいて生成され、
    前記第一の基準電圧は、前記複数の前記画像読取チップ間で共通の電圧である、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  7. 前記キャパシターの前記第二の端子は、前記転送配線に前記画素信号が転送される前に、第二の基準電圧と選択的に接続される、
    ことを特徴とする請求項に記載の画像読取装置。
  8. 前記第二の基準電圧は、前記複数の前記画像読取チップ間で共通の電圧である、
    ことを特徴とする請求項7に記載の画像読取装置。
  9. 前記第一の基準電圧と前記第二の基準電圧とは、同じ電圧である、
    ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の画像読取装置。
  10. 前記出力回路は、ソースフォロワー回路である、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  11. 前記読出回路部、及び前記定電圧出力部は、各々がソースフォロワー回路である、
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の画像読取装置。
  12. 前記ソースフォロワー回路は、デプレッション型の電界効果トランジスターを含む、
    ことを特徴とする請求項10または請求項11に記載の画像読取装置。
  13. 光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、
    前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、
    前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、
    前記画素信号を出力する出力回路と、
    第一の端子が前記転送配線と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、
    一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、
    を備え、
    前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択
    的に接続される、
    ことを特徴とする半導体装置。
  14. 光を受けて光電変換する受光素子を含み、画素信号を出力する画素部と、
    前記画素部から出力された前記画素信号を読み出す読出回路部と、
    前記読出回路部により読み出された前記画素信号を転送する転送配線と、
    前記画素信号を出力する出力回路と、
    第一の入力端子と前記転送配線が接続され、出力端子が前記出力回路に接続される演算増幅器と、
    第一の端子が前記演算増幅器の第二の入力端子と選択的に接続され、第二の端子が前記出力回路と選択的に接続されるキャパシターと、
    一定の電圧信号を出力する定電圧出力部と、
    を備え、
    前記定電圧出力部は、前記出力回路を介して前記キャパシターの前記第一の端子と選択的に接続される、
    ことを特徴とする半導体装置。
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