JPH02280563A - Matrix drive type image sensor - Google Patents

Matrix drive type image sensor

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Publication number
JPH02280563A
JPH02280563A JP1101966A JP10196689A JPH02280563A JP H02280563 A JPH02280563 A JP H02280563A JP 1101966 A JP1101966 A JP 1101966A JP 10196689 A JP10196689 A JP 10196689A JP H02280563 A JPH02280563 A JP H02280563A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image sensor
capacitance
block
photodiode
blocks
Prior art date
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Pending
Application number
JP1101966A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Watanabe
英生 渡辺
Katsuaki Komatsu
克明 小松
Atsushi Takahashi
厚 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP1101966A priority Critical patent/JPH02280563A/en
Publication of JPH02280563A publication Critical patent/JPH02280563A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an excellent gradation characteristic by selecting a block number (n) and a capacitance ratio (x) between a photodidode and a blocking diode so as to limit a current from a block other than that for reading. CONSTITUTION:A coefficient A representing the gradation characteristic is a function of a block number (n) and a capacitance ratio (x) of capacitors. Thus, an image sensor with a desired characteristic is realized by deciding the n, x to satisfy the A gradation. For example, in the case of block number n=128, Cp=2pF, CB=0.2pF, the relation of A=9.8 is obtained. Thus, crosstalk between blocks is less and 8-gradation number is sufficiently satisfied, where CB is a capacitance of a blocking diode, CP is a capacitance of a photodiode and A=(n-1+x)/(nx+1-x).

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は画像読取り用のマトリクス駆動型イメージセン
サに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a matrix-driven image sensor for reading images.

(発明の背景) ファクシミリやイメージスキャナ等の画像読取装置にフ
ォトダイオードアレイからなるイメージセンサが使用さ
れている。
(Background of the Invention) Image sensors made of photodiode arrays are used in image reading devices such as facsimiles and image scanners.

また、光電変換材料としてのアモルファスシリコンは優
れた特性を有しており、フォトダイオードの材料として
使用されている。
Furthermore, amorphous silicon as a photoelectric conversion material has excellent properties and is used as a material for photodiodes.

ところで、イメージセンサの駆動方法として、画素数の
割に駆動IC数が少ないマトリクス駆動がよく使用され
る。このマトリクス駆動は、フォトダイオードアレイを
複数のブロックに分割しておき、読取り時は、各ブロッ
クを順次切り換えながら各ブロック毎にフォトダイオー
ドに当たった光量に応じた信号を順次読出すものである
Incidentally, as a method for driving an image sensor, matrix driving is often used, in which the number of driving ICs is small relative to the number of pixels. In this matrix drive, the photodiode array is divided into a plurality of blocks, and during reading, each block is sequentially switched and signals corresponding to the amount of light hitting the photodiode are sequentially read out for each block.

第2図はマトリクス駆動型イメージセンサを実際に基板
に配置した場合の概略構成を示す説明図である。図にお
いて、1はガラスやセラミックで構成された基板、2は
フォトダイオードPD、ブロッキングダイオードBDが
配置されるダイオード部、Lは下部電極であり、LLl
〜Lnwはそれぞれダイオード部2の各フォトダイオー
ドPDIJの出力を導く下部電極である。Uは上部電極
であり、U、〜U■ (第2図ではU+からU6まで示
した)は下部電極り、〜Logからの出力を読取り用I
C4に導く上部電極である。尚、下部電極り、上部電極
Uは、Al、Cr、TL、Mo等の金属で構成されてい
る。3は下部電極りと上部電極Uとの間に絶縁のために
SiO,、SiN、ポリイミド等が塗布された絶縁膜で
ある。尚、下部電極りと上部電極Uとの接続箇所はコン
タクトホールによる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration when a matrix-driven image sensor is actually arranged on a substrate. In the figure, 1 is a substrate made of glass or ceramic, 2 is a diode part where a photodiode PD and a blocking diode BD are arranged, L is a lower electrode, and LLl
˜Lnw are lower electrodes for guiding the output of each photodiode PDIJ of the diode section 2, respectively. U is the upper electrode, U, ~U■ (shown from U+ to U6 in Figure 2) is the lower electrode, and I is used to read the output from ~Log.
This is the upper electrode leading to C4. The lower electrode and the upper electrode U are made of metal such as Al, Cr, TL, Mo, etc. 3 is an insulating film coated with SiO, SiN, polyimide, etc. for insulation between the lower electrode layer and the upper electrode U. Note that the connection point between the lower electrode and the upper electrode U is through a contact hole.

このように上部電極υと下部電極りとは絶縁膜3により
絶縁されており、必要な接続箇所はコンタクトホールに
より接続されている。
In this way, the upper electrode υ and the lower electrode are insulated by the insulating film 3, and necessary connection points are connected through contact holes.

(発明が解決しようとする課題) 従来からのマトリクス駆動型の読取り回路の電気的構成
を第3図に示す。
(Problems to be Solved by the Invention) The electrical configuration of a conventional matrix drive type reading circuit is shown in FIG.

この図において、m個の光電変換素子(等価回路で示し
た)を有するブロックがn個接続されている。Bは各ブ
ロックの共通接続端子であり、スイッチSBを介してバ
イアス電圧−■(ブロック選択時)若しくはアース(非
選択時)に接続される。尚、B1はl  (1<l <
n)番目のブロックの共通電極であり、SBIは!  
(1<I <n)番目のブロックのスイッチである。各
光電変換素子は、ブロッキングダイオードBDと、フォ
トダイオードPDと、フォトダイオードPDと並列に接
続されると考えられる蓄積用コンデンサCPと、ブロッ
キングダイオードBDと並列に接続されると考えられる
コンデンサCBとでなる等価回路で示される。尚、BD
iJ、PDljはl  (1<l <n)ブロックのj
  (1<j <m)番目の素子であることを表してい
る。破線で囲まれた部分Mはマトリクス配線部である。
In this figure, n blocks each having m photoelectric conversion elements (shown as an equivalent circuit) are connected. B is a common connection terminal for each block, and is connected to the bias voltage -■ (when the block is selected) or to the ground (when the block is not selected) via the switch SB. In addition, B1 is l (1<l<
n) is the common electrode of the block, and SBI is!
This is the switch of the (1<I<n)th block. Each photoelectric conversion element includes a blocking diode BD, a photodiode PD, a storage capacitor CP considered to be connected in parallel with the photodiode PD, and a capacitor CB considered to be connected in parallel with the blocking diode BD. The equivalent circuit is shown below. In addition, BD
iJ, PDlj is l (1<l<n) j of block
This indicates that it is the (1<j<m)th element. A portion M surrounded by a broken line is a matrix wiring portion.

CRは各光電変換素子に接続された読取り用コンデンサ
で、その容量値は蓄積用コンデンサCPより充分太き(
選ばれている。
CR is a reading capacitor connected to each photoelectric conversion element, and its capacitance value is sufficiently thicker than the storage capacitor CP (
selected.

SRは読出し用スイッチである。尚、CRj、Sj、A
j、sRJはそれぞれJ  (1<j <m)番目の素
子であることを表している。
SR is a read switch. Furthermore, CRj, Sj, A
j and sRJ each represent the J (1<j<m)-th element.

第4図は上述の読取り回路を駆動する際の共通電極Bl
に供給される電圧のタイミングを示したタイミング図で
ある。共通電極Bl  (1<1 <n)には順次−■
なる電圧が与えられる。そして、1ラインの読取り周期
で一巡する。
FIG. 4 shows the common electrode Bl when driving the above reading circuit.
FIG. 3 is a timing diagram showing the timing of voltages supplied to the 1. The common electrode Bl (1<1<n) is sequentially -■
A voltage of Then, one cycle is completed in one line reading cycle.

第5図は共通電極B、に−Vなる電圧が与えられている
ときのブロック内の読出しを行う際のスイッチS、SR
のオン/オフのタイミングを示すタイミング図である。
FIG. 5 shows the switches S and SR when reading within a block when a voltage of -V is applied to the common electrode B.
FIG. 3 is a timing diagram showing on/off timing of the .

この図に示すように、共通電極B、に一■が印加されて
いる期間に5RI−SR2→・・・→SR−の順にオン
される。すなわち、SRのオンは各ブロックの読出しく
第5図(す))及びコンデンサCRをリセットするため
である。
As shown in this figure, 5RI-SR2→...→SR- are turned on in the order of 5RI-SR2->...->SR- during the period when 12 is applied to the common electrode B. That is, turning on SR is for reading out each block (see FIG. 5) and resetting the capacitor CR.

そして、信号はSRiの先につながったアンプにより読
取られる。
The signal is then read by an amplifier connected to the end of SRi.

このような読取り回路を用いれば、ブロック選択時にフ
ォトダイオードPDに入射した光量に応じた電流がコン
デンサCRに充電されるので、光信号をコンデンサCR
の両端電圧として順次取り出すことができる。
If such a reading circuit is used, the capacitor CR is charged with a current corresponding to the amount of light incident on the photodiode PD when a block is selected, so the optical signal is transferred to the capacitor CR.
can be taken out sequentially as the voltage across both ends.

ところで、この様な駆動方法では、以下のような問題が
発生する。すなわち、第3図の等価回路において、リセ
ット時に流れる電荷ΔQ、は次式ここで、T;−周期の
時間 n;ブロック数 x;CB/Cp CB;ブロッキングダイオードの容量 CP ;フォトダイオードの容量 τ;ブロック選択から読取り用 スイッチSRを閉じるまで の時間 i、1;注目画素に流れる光電流 ikl;他のフォトダイオードPDII。
However, in such a driving method, the following problems occur. That is, in the equivalent circuit of FIG. 3, the charge ΔQ flowing at the time of reset is expressed by the following formula: where T; - period time n; number of blocks x; CB/Cp CB; capacitance of blocking diode CP; capacitance of photodiode τ ; Time i, 1 from block selection to closing of reading switch SR; Photocurrent ikl flowing to the pixel of interest; Other photodiode PDII.

(k =1〜n、 h ≠9 、11 *1に流れる光
電流。
(Photocurrent flowing in k = 1 to n, h ≠ 9, 11 *1.

以上の式の第1項目は注目しているgブロックの注目画
素の電流、第2項目は1つ前のN−1ブロツクの対応す
る画素の電流、第3項目はそれ以外のブロックの対応す
る画素の電流である。
The first item in the above equation is the current of the pixel of interest in the g block of interest, the second item is the current of the corresponding pixel in the previous N-1 block, and the third item is the current of the corresponding pixel in the other blocks. This is the pixel current.

従って、ΔQ、は、他のブロックの対応する)オドダイ
オードPD  J  (b−1〜n、  h≠g。
Therefore, ΔQ, corresponds to the corresponding) odd diodes PD J (b-1 to n, h≠g) of other blocks.

h#−9−1)の光電流の影響を受ける。h#-9-1) is affected by the photocurrent.

一般に、実用的な光センサは8階調程度の階調特性が要
求されるが、以上のような問題点により、要求される階
調特性を満足することが困難であった。
Generally, a practical optical sensor is required to have gradation characteristics of about 8 gradations, but due to the above-mentioned problems, it has been difficult to satisfy the required gradation characteristics.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、良好な階調特性が得られるイメージセ
ンサを提供することにある。
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide an image sensor that can obtain good gradation characteristics.

(課題を解決するための手段) 前記した課題を解決する本発明は、m個の光電変換素子
からなるブロックがn個配置された光電変換手段を備え
、この光電変換手段の出力が各ブロック毎に、マトリク
ス駆動により外部に読出されるマトリクス駆動型イメー
ジセンナにおいて、各光電変換素子が容量C,のフォト
ダイオード及び容量CBのブロッキングダイオードとか
ら構成され、CB/CP−Xとしたときに、を満足する
ようにブロック数n及びフォトダイオードとブロッキン
グダイオードとの容量比Xを選択して構成したことを特
徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention for solving the above-mentioned problems includes a photoelectric conversion means in which n blocks each consisting of m photoelectric conversion elements are arranged, and the output of the photoelectric conversion means is divided for each block. In a matrix drive type image sensor which is read out externally by matrix drive, each photoelectric conversion element is composed of a photodiode with a capacitance of C and a blocking diode with a capacitance of CB, and when CB/CP-X is used, The structure is characterized in that the number of blocks n and the capacitance ratio X between the photodiode and the blocking diode are selected to satisfy the requirements.

(作用) 本発明のイメージセンサにおいて、ブロック数n及びフ
ォトダイオードとブロッキングダイオードとの容量比X
を選択して構成することにより、所望の階調特性が得ら
れる。
(Function) In the image sensor of the present invention, the number of blocks n and the capacitance ratio X between the photodiode and the blocking diode
By selecting and configuring these, desired gradation characteristics can be obtained.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明のイメージセンサの概略構成の等価回路
を示した回路図である。図において、第3図と同一物に
は同一番号を付し、説明は省略する。尚、Aは読出され
た信号を受けるためのバッファアンプである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a schematic configuration of an image sensor of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 3 are designated by the same numbers, and the explanation will be omitted. Note that A is a buffer amplifier for receiving the read signal.

この第1図の回路において、リセット時に流れる電荷Δ
Q、は次式で表せる。
In the circuit shown in Figure 1, the charge Δ flowing at the time of reset is
Q can be expressed by the following formula.

ΔQ# 従って、上式の第1項が、第2項と第3項との和に比較
してA倍以上であれば、A階調の特性をクリアすること
になる。
ΔQ# Therefore, if the first term in the above equation is A times greater than the sum of the second and third terms, the characteristics of the A gradation will be cleared.

すなわち、 ここで、T;−周期の時間 n;ブロック数 X;CB/CP C11+ブロツキングダイオードの容量C1;フォトダ
イオードの容量 τ;ブロック選択から読取り用 スイッチSRを閉じるまで の時間 ljl;注目画素に流れる光電流 i、B他のフォトダイオードPDh。
That is, here, T; - period time n; number of blocks Photocurrent i flowing through the pixel, B and other photodiodes PDh.

(−−1〜n、   h≠l   b≠g −1)に流
れる光電流。
(--1 to n, h≠l b≠g -1).

以上の式の第1項目は注目しているgブロックの注目画
素の電流、第2項目は1つ前のN−1ブロツクの対応す
る画素の電流、第3項目はそれ以外のブロックの対応す
る画素の電流である。
The first item in the above equation is the current of the pixel of interest in the g block of interest, the second item is the current of the corresponding pixel in the previous N-1 block, and the third item is the current of the corresponding pixel in the other blocks. This is the pixel current.

従って、ΔQ、は、他のブロックの対応するフォトダイ
オードPD  jl  (b=1〜n、  b−1−1
゜h≠1−1)の光電流の影響を受けている。ここで、
τ(Tであり、τ/T−0と近似すると、上述の 式は以下のようになる。
Therefore, ΔQ is the corresponding photodiode PD jl (b=1~n, b-1-1
It is affected by a photocurrent of ゜h≠1-1). here,
When τ(T) is approximated as τ/T−0, the above equation becomes as follows.

従って、階調特性を示す係数Aは、ブロック数nとコン
デンサの容量比Xの関数になる。このため、A階調を満
たすように、nとXとを定めることにより、所望の特性
のイメージセンサを実現することができる。
Therefore, the coefficient A indicating the gradation characteristic becomes a function of the number of blocks n and the capacitance ratio X of the capacitor. Therefore, by determining n and X so as to satisfy the A gradation, an image sensor with desired characteristics can be realized.

上記の式を展開すると、 nx+1−x となる。Expanding the above formula, we get nx+1-x becomes.

例えば、ブロック数n = 128.  CI+ −2
1) F。
For example, the number of blocks n = 128. CI+ -2
1) F.

CB =0.2pFとすると、上述の式よりA−9゜2
8になる。従って、ブロック間のクロストークが少なく
、8階調を十分クリアする。
If CB = 0.2pF, then A-9゜2 from the above formula.
It becomes 8. Therefore, there is little crosstalk between blocks, and 8 gradations are sufficiently cleared.

また、A4サイズ(216ms)幅の読取りを行う場合
、8画素/msとして、1792画素を128ブロツク
(各ブロック内14画素)にブロック分けすると、コン
デンサの容量比Xが0.1のときに、A−9,28で8
階調を満足する。
In addition, when reading an A4 size (216 ms) width, if 1792 pixels are divided into 128 blocks (14 pixels in each block) at 8 pixels/ms, when the capacitance ratio X of the capacitor is 0.1, A-9, 8 at 28
Satisfy the gradation.

尚、所望の階調特性が決まっている場合に、ブロック数
nを先に決定してからコンデンサの容量比Xを求めても
、また、コンデンサの容量比Xを先に決定してからブロ
ック数nを求めるようにしても良い。
Note that when the desired gradation characteristics have been determined, it is also possible to first determine the number of blocks n and then determine the capacitance ratio X of the capacitor. You may also calculate n.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明では、ブロック数n
及びフォトダイオードとブロッキングダイオードとの容
量比Xを選択することで、読取り中量外のブロックから
の電流を制限するようにした。従って、良好な階調特性
が得られるマトリクス駆動型イメージセンサを実現する
ことができる。
(Effect of the invention) As explained in detail above, in the present invention, the number of blocks n
By selecting the capacitance ratio X between the photodiode and the blocking diode, the current from the blocks outside the reading range is limited. Therefore, it is possible to realize a matrix-driven image sensor that provides good gradation characteristics.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の構成を示す構成図、第2図
はイメージセンサの基板上の回路パターン例を示すパタ
ーン図、第3図はイメージセンサの回路例を示す回路図
、第4図はブロック選択信号のタイミングを示すタイミ
ング図、第5図は従来の駆動方法により駆動したときの
駆動波形を示すタイミング図である。 SB・・・ブロック選択スイッチ BD・・・ブロッキングダイオード PD・・・フォトダイオード CP・・・フォトダイオードの容量 CB・・・ブロッキングダイオードの容量CR・・・読
取り用コンデンサ SR・・・読取り用スイッチ
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a pattern diagram showing an example of a circuit pattern on a substrate of an image sensor, and Fig. 3 is a circuit diagram of an image sensor. A circuit diagram showing an example, FIG. 4 is a timing diagram showing the timing of the block selection signal, and FIG. 5 is a timing diagram showing the driving waveform when driving by a conventional driving method. SB...Block selection switch BD...Blocking diode PD...Photodiode CP...Photodiode capacitance CB...Blocking diode capacitance CR...Reading capacitor SR...Reading switch

Claims (1)

【特許請求の範囲】 m個の光電変換素子からなるブロックがn個配置された
光電変換手段を備え、この光電変換手段の出力が各ブロ
ック毎に、マトリクス駆動により外部に読出されるマト
リクス駆動型イメージセンサにおいて、 各光電変換素子が静電容量C_Pのフォトダイオード及
び静電容量C_Bのブロッキングダイオードとから構成
され、C_B/C_P=xとしたときに、(1/n)+
(1/[1+x])(1−[2/n])>8([1/n
]+{x/[1+x]}×{[n−2]/n})を満足
するようにブロック数n及びフォトダイオードとブロッ
キングダイオードとの容量比xを選択して構成したこと
を特徴とするマトリクス駆動型イメージセンサ。
[Scope of Claims] A matrix drive type device comprising photoelectric conversion means in which n blocks each consisting of m photoelectric conversion elements are arranged, and the output of the photoelectric conversion means is read out to the outside for each block by matrix drive. In an image sensor, each photoelectric conversion element is composed of a photodiode with a capacitance C_P and a blocking diode with a capacitance C_B, and when C_B/C_P=x, (1/n)+
(1/[1+x])(1-[2/n])>8([1/n
]+{x/[1+x]}×{[n-2]/n}) The number of blocks n and the capacitance ratio x between the photodiode and the blocking diode are selected to satisfy Matrix-driven image sensor.
JP1101966A 1989-04-21 1989-04-21 Matrix drive type image sensor Pending JPH02280563A (en)

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