JPH03218165A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 原稿情報等を読み取る画像人力装置の基幹デバイスとし
てイメージセンサが利用されている。本発明は原稿情報
を高感度かつ高解像度で読み取ることを可能にするイメ
ージセンサに関するものである。

従来の技術 集積回路技術を用いたイメージセンサは光検知素子とし
てフォトダイオードまたはフォトトランジスタを用いて
いる。フォトダイオードの光電流感度は１平方センチメ
ートルの受光面積において照度１ルクス当り約１００ｎ
Ａ程度であり、これにｈＦＥを乗じたものがフォトトラ
ンジスタの光電流感度となる。つまりフォトトランジス
タは検知素子自体で増幅機能を有しているためフォトダ
イオードよりも高感度の読み取りが可能で、イメージセ
ンサの高解像度化に伴って受光部面積の縮小化が進んだ
場合もフォトダイオードに比較して感度の点で有利な検
知素子といえる。

ところで上記の受光素子の持つ光情報の読みだし方は次
のように行われる。フォトダイオードを受光素子に用い
た場合はアノード・カソード間接合容量に一定値の逆方
向電圧を加えた後の或る瞬間に一方の端子をフローティ
ングな電位状態としておく。この瞬間からこのフォトダ
イオードでは入射してくる光強度に比例して生じる光電
流力（上記接合に一定値で存在していた電荷を放電して
、逆方向電圧が時間と共に次第に減衰してくる。

そして次に再度アノード・カソード間に前記のごとく一
定値の逆方向電圧を印加する。このとき光電流によって
失われた放電電荷を補うための充電電流が流れ　この電
流またはその総量たる電荷量を検知して映像信号を得る
。ここで大切なのは再び一方の端子をフローティング状
態にして光情報を検知する状態とする際番ミ　　常に完
全に同一一定値の逆方向電圧が前記のように容量にかか
っていなければならないことである。これが不十分であ
れば　直前に受けた光により打ち消された電荷量の履歴
が残り上記接合容量間の電圧値が完全に元の一定値にな
るに至るまでには復帰しないという即ち充電不十分なる
現象が生改　その後に入射した光量が全く零でも映像信
号読みだし時に前回充電が不十分だったところを更に充
電することになり、出力を生じる。この現象を残像とよ
，Ｓ％発明が解決しようとする課題 現実にはフォトダイオードを受光素子として用いる際に
は　フォトダイオードがアノード領域とカソード領域と
のみからなり基本的にフォトトランジスタのベース領域
のような浮遊領域をもたないた数　上記の残像は問題に
ならな（℃　しかしフォトダイオードでは光電流が小さ
く高速読みだしになると蓄積時間も減少してくるので光
電流が不足する。従って感度向上のためにフォトトラン
ジスタを受光素子として用いることが考えられる力ｔこ
の場合はこの残像現象は極めて顕著となり、高速読みだ
し時には充電時間が短くなるので、益々残像の点で不利
である。このようにフォトトランジスタにおいて残像が
大きい主たる原因は　コレクタ・エミッタ間を充電する
につれてベースの対エミッタ電位差が小さくなり、充電
電流たるコレクタ電流自体がだんだんと小さくなってき
て、結局一定の充電時間内においては充分に充電しきれ
なくなることにある。従ってフォトトランジスタを受光
素子として用いることにより感度向上を企図すれば残像
という副作用をもたらすことになム本発明の目的はこの
フォトトランジスタを光検知素子として使用した際の残
像を低減することにより、高感度で低残像なイメージセ
ンサを実現することである。

課題を解決するための手段 上記の問題ではフォトトランジスタのベースを常に浮遊
状態で扱っていて、その電位が映像信号を読みだし充電
する際に低下していも　この低下の度合が前の蓄積時間
内の露光量に依存し　このフォトトランジスタを読みだ
し充電するときにベース電位引き上げのし易さのばらつ
きとなるので残像となる。従ってフォトトランジスタの
ベース領域にスイッチを接続し　読みだし充電されるタ
イミング迄にこのスイッチを介してフォトトランジスタ
のベース電位を一定値に戻してやることにより、前の蓄
積時間内の露光量に依存したベース電位に残る履歴が解
消されるので、残像を低減することができる。

作用 本発明は上記した構成によって、必ずフォトトランジス
タのベース電位を一定値に戻してからアクセス読みだし
を行うことによって、フォトトランジスタを受光素子と
して用いて、高感度であるだけでなく低残像でもあるイ
メージセンサを実現するものである。

実施例 以下本発明の実施例のイメージセンサについて図面を参
照しながら説明する。第２図は従来例におけるイメージ
センサの構成図である。　１ａ，１ｂ，ｌｃ，ｌｄは画
素単位である受光素子のフオトトランジス久　２は映像
信号を読みだす画素を選択する走査回格　３は走査回路
により選択された画素であるフォトトランジスタのコレ
クタの電位を一定電圧まで充電できるようにスイッチし
ていくアクセススイッチ列である。７は各フォトトラン
ジスタからの映像信号を順次読みだす映像信号出力端子
である。８及び９は走査回路２のスタート信号人力端子
及びクロック信号入力端子である。スタート信号及びク
ロック信号を受けて走査回路２はスイッチ列のオン状態
を走査して順次フォトトランジスタ１ａ、　Ｉｂ，　　
Ｉｃ，　　Ｉｄのコレクタ電位を一定電圧源と導通させ
てフォトトランジスタのコレクタ・ベース間接合容量を
充電してい《。そして次に充電が行われるまでのいわゆ
る蓄積時間内にフォトトランジスタに入射した光量に比
例した電荷量だけを失（＼　コレクタ・ベース間の電位
差が低下する。これが次の充電時に元の充電状態に戻る
際番ミ　　前記の放電電荷量を補うだけの充電電流がフ
ォトトランジスタによって増幅されて映像信号出力端子
７から取り出されａ　しかしこのようにフォトトランジ
スタを画素として用いる場合には　コレクタ・エミッタ
間を充電するにつれてベースの対エミッタ電位差が小さ
くなり、充電電流たるコレクタ電流自体がだんだんと小
さくなってきて、結局一定の充電時間内においては充分
に充電しきれなくなり、結果として大きな残像を生じる
ことになる。つまり入射光量が明から暗に変化する際に
　明出力読みだし時の充電が不十分であるために　暗出
力を得る際にも前回の充電不十分の分を補うべく充電が
生じて、結果的に誤った映像出力を得てしまう。この種
の残像を立ち下がり残像という。また逆に入射光量が暗
から明に変化する際に（よ　暗出力読みだし時の充電が
充分過ぎるため置　ベース電位がエミッタに対して極め
て低くなり、次に明出力を得る際？Ｑ充電電流の一部が
フォトトランジスタを動作可能状態にするためにベース
電位を引き上げるために使われて、本来よりも明出力が
小さくなってしまう。この種の残像を立ち上がり残像と
いう。これらの残像は原稿情報の忠実な読み取りを損な
し＼高速読み取り時に一段と顕著になる。高速読み取り
はこれから益々要求される性能項目であり、従来例のよ
うな構成ではフォトトランジスタを用いたイメージセン
サはその高感度性という特徴を活かすことができな（〜 第１図は本発明によるフォトトランジスタを用いたイメ
ージセンサの構成図である。４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは
各々フォトトランジスタｌａ，ｌｂ，ｌｃ，ｌｄの各ベ
ースとベース電位リセット用定電圧ライン５とを導通状
態にするためのベース電位リセットスイッチであり、　
６は上記のベース電位リセットスイッチのオン／オフを
制御するコントロール端子である。本図において他の第
２図と同一番号を付けたものは第２図で説明したものと
同一の働きをする。な抵　映像信号出力端子７はその電
位変動を抑制するために低入力インピーダンス回路で受
けも　以上の構成により、フォトトランジスタのベース
を完全には浮遊状態にはせず、ブランキング時間内にコ
ントロール端子６をオン状態にして、ベース電位を一定
状態に戻すことにより前回の読み取り充電時のベースの
電位状態が次回の読み取り充電時に持ち越されることが
無いようにでき、残像が抑制される。な抵　光情報は各
フォトトランジスタのコレクタ・ベース間の電位差にの
み蓄積され　ベース自体の電位は光情報の読み取りには
直接的には全く影響しないので、このようにベース電位
を制御することは原稿読み取りに何等本質的な悪影響を
与えな（−第３図は本発明の実施例によるイメージセン
サの駆動の様子を示すタイミングチャートである。

（ａ）及び（ｂ）は走査回路であるシフトレジスタの走
査用スタート及びクロック信号であも　このシフトレジ
スタの走査が行われている間が映像信号出力期間であり
、走査が終了してから（ａ）の走査用スタート信号が再
び入力されて走査が開始されるまでの期間をブランキン
グ期間とよび、これらの期間を示したのが（Ｃ）である
。　（ｄ）は映像信号出力端子から取り出される映像信
号を示したものであ＆（ｅ）がフォトトランジスタのベ
ース電位リセットスイッチを導通させるパルスタイミン
グを示したものであり、ブランキング期間内の一部の期
間にベース電位をリセットさせる。

第４図（Ａ）、　（Ｂ）は第１図に示したベース電位リ
セットスイッチとしてｐチャネルＭＯＳトランジスタを
用いた場合のフォトトランジスタとベース電位リセット
スイッチとの組合せを、その回路記号と断面構造図とし
て各々描いたものである。両図ｃｌ＝（　　１０はフォ
トトランジスタのコレクタ端子であり、信号読みだし時
にここに対して充電が行われる。　１１はフォトトラン
ジスタのエミッタ端子であり、　この端子は他のフォト
トランジスタのエミッタと共通接続されて映像信号出力
端子を形成する。　１２はｐチャネルＭＯＳトランジス
タのゲート端子であり、受光素子毎の他のｐチャネルＭ
ＯＳトランジスタのゲートと共通接続して第１図の７に
示すコントロール端子を形成する。

１３は第１図の５に示すベース電位リセット用電圧ライ
ンに接続される。　１４はｐ型半導体基板１５はフォト
トランジスタのコレクタ領域をなすｎ型半導体領ｊｔ　
　１６はフォトトランジスタのｐ型ベース領坂　１７は
フォトトランジスタのｐ型ベース領域１６をＭＯＳトラ
ンジスタのドレイン領域とした場合のソース領域を形成
するｐ型半導体領壊　１８はフォトトランジスタのコレ
クタを引き出すための低抵抗ｎ型半導体領壊　１９はフ
ォトトランジスタのエミッタ領域を形成する低抵抗ｎ型
半導体領坂　２３はｐ型半導体基板上の各種の素子を互
いに分離するためのｐ型半導体領域である。この構造で
はフォトトランジスタのベース領域をフォトトランジス
タのベースｉ位リセットスイッチであるＭＯＳ｝ランジ
スタのドレイン領域と共有できるので極めてコンパクト
に受光部が形成できる。また本説明における半導体の型
でｎ型をｐ型に　ｐ型をｎ型に入れ換えても同等の効果
を得４　な耘　光電流により放電する電荷量の大小によ
りフォトトランジスタのコレクタ電位は変動する戟　こ
の変動に基づ＜ＭＯＳ｝ランジスタに対する基板バイア
ス効果ｉ；ｔ．，ＭＯＳ｝ランジスタのゲート振幅が大
きいので、ＭＯＳ｝ランジスタのオン／オフに対する影
響は殆どな（一第５図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）は第
１図に示したベース電位リセットスイッチとしてｐチャ
ネル接合型電界効果トランジスタを用いた場合のフォト
トランジスタとベース電位リセットスイッチとの組合せ
を、その回路記号と断面構造図２例として各々描いたも
のであ４　両図１＝ｌ＝Ｉ，　　１０、　ｌ１、１３、
　１４、　１５、　１６、　ｌ８、　１９、　２３は第
４図における同一番号のものと等し（−　２２はｐチャ
ネル接合型電界効果トランジスタのゲート端子であり、
受光素子毎の他のｐチャネル接合型電界効果トランジス
タのゲートと共通接続して第１図の７に示すコントロー
ル端子を形成する。　２４はフォトトランジスタのベー
ス領域１６を接合型電界効果トランジスタのドレイン領
域とした場合のソース領域を形成するｐ型半導体領ｖＡ
２０、２ｌは連続したｐ型半導体領域である１６及び２
７を各々が接合型電界効果トランジスタのドレイン及び
ソースとして使用する際に両者を空乏層の広がりで分離
できるようにするための接合ゲートをなすｎ型半導体領
域である。この構造ではフォトトランジスタのベース領
域をフォトトランジスタのベース電位リセットスイッチ
である接合型電界効果トランジスタのドレイン領域と共
有できるので極めてコンパクトに受光部が形成できも　
また本説明における半導体の型でｎ型をｐ型へ　ｐ型を
ｎ型に入れ換えても同等の効果を得も　なお本図（Ｃ）
の構造例では縦型接合型電界効果トランジスタをフォト
トランジスタのベース電位リセットスイッチとして用い
ているので、オン／オフ特性は１３のソース電位と２２
のゲート電位で決まるため本図＜Ｂ）の構造に比べて基
板バイアス効果の影響はな（〜 発明の効果 以上説明したよう低　フォトトランジスタを光検知素子
として用いたイメージセンサにおいて、フォトトランジ
スタのベース電位をスイッチ電界効果トランジスタを介
してリセットすることにより、残像を大幅に低減するこ
とができ、さらにフォトトランジスタのベース領域を上
記スイッチ電界効果トランジスタのドレイン領域と兼用
することにより、極めて簡易でコンパクトな構成で残像
を低減することが可能になり、フォトトランジスタの高
感度性能を活かして、高速化や原稿の高忠実読み取り等
の高性能化を実現できる。従って、産業上の効果は極め
て犬であム

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるイメージセンサの構成タイミン
グは　第４図（Ａ）、　（Ｂ）はそれぞれベース電位リ
セットスイッチとしてｐチャネルＭＯＳトランジスタを
用いた場合のフォトトランジスタとベース電位リセット
スイッチとの組合せへ回路記号図及び断面構造＠　第５
図（Ａ）、　（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれベース電位リセッ
トスイッチとしてｐチャネル接合型電界効果トランジス
タを用いた場合のフォトトランジスタとベース電位リセ
ットスイッチとの組合せへ　回路記号図及び２種類の断
面構造図である。 １　ａ，　　１　ｂ，　　１　ｃ，　　１　ｄ　・・・
フォトトランジス久　２・・・走査回絡　３・・・アク
セススイッチタＩｆ　　４ａ，　　４ｂ，　　４ｃ，　
　４ｄ・・・ベース電位リセットスイッチ、　５・・・
ベース電位リセット用電圧ライン、　６・・・リセット
スイッチのオン／オフコントロール端子、　７・・・映
像信号出力端子、　８・・・スタート信号入力端子、　
９・・クロック信号入力端子、　１０・・・フォトトラ
ンジスタのコレクタ端子、　１１・・・フォトトランジ
スタのエミッタ端子、　１２・・・ＭＯＳ｝ランジスタ
のゲート端子、　１３・・・ベース電位リセット用電圧
ライン接続端子、　１４・・・半導体基，Ｋ　　１５−
−−フォトトランジスタのコレクタ領壊　１６・・・フ
ォトトランジスタのベース領＠．　１７・・・ＭＯＳ｝
ランジスタのソース領壊１８・・・コレクタ引出し用低
抵抗半導体領壊１９・・・フォトトランジスタのエミッ
タ領壊２０．２１・・・接合ゲート半導体領壊　２２・
・・接合型電界効果トランジスタのゲート端子、２３・
・・分離領坂　２４・・・接合型電界効果トランジスタ
のソース領境

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光素子列としてフォトトランジスタ列を用いた
   イメージセンサにおいて、各フォトトランジスタの各ベ
   ースをスイッチを介して一定電圧供給ラインに接続する
   ことによって、ブランキング時間内に各フォトトランジ
   スタのベース電位を一定電位にリセットすることを特徴
   とするイメージセンサ。
2. （２）フォトトランジスタのベースに接続するスイッチ
   がＭＯＳトランジスタまたは接合型電界効果トランジス
   タからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のイメージセンサ。
3. （３）フォトトランジスタのベースに接続するスイッチ
   が、フォトトランジスタのベース領域を形成する半導体
   の導電型のキャリヤがチャネルを形成するＭＯＳトラン
   ジスタまたは接合型電界効果トランジスタであり、フォ
   トトランジスタのベース領域がスイッチ用のＭＯＳトラ
   ンジスタまたは接合型電界効果トランジスタのドレイン
   領域を兼ねていることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載のイメージセンサ。