JPH03285451A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、複数のフォトダイオードをのこぎり波電圧
に基づいて順次に走査するイメージセンサに関する。

［従来の技術］ イメージセンサは、光情報を電気信号に変換するための
複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子を電気的に
走査して電気信号を選択的に得るためのアナログスイッ
チとを有している。アナログスイッチは例えば電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）から成り、複数の光電変換素子
の近傍に配置されている。

ところで、集積回路のイメージセンサにおいては、１つ
の光電変換素子即ち１つの画素の幅（例えば１２５μｍ
）に収まるように１つの電界効果トランジスタが配置さ
れなければならない。しかし、このように極めて狭い幅
に収まるように電界効果トランジスタを形成することは
容易でない。

また、電界効果トランジスタのドレインとソースとゲー
トのための３つの配線導体層を基板上の予め決められた
幅の中に設ける時には、３つの配線導体層の幅が例えば
１０μｍのように必然的に狭くなり、イメージセンサの
製造の歩留まりが低くなった。

この種の問題を解決するために、ダイオードの直列回路
を利用してフォトダイオードを走査する方式が、特願平
’１−１９８２７９号に開示されている。ここに開示さ
れているイメージセンサは配線導体の幅を約２０μｍと
することが可能になり、極めて容易に製造することがで
きる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ここに開示されているイメージセンサに第２図
（Ａ）に示すのこぎり波電圧を供給すると、フォトダイ
オードの駆動電圧（走査電圧）ＶｐＯ〜Ｖｐ３が第２図
（Ｃ）の点線で示すように完全に飽和せずに時間と共に
増大する。このような電圧変化は微小な光入力の検出を
不可能にする。

そこで、本発明の目的は検出精度（感度）を高めること
ができるイメージセンサを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、実施例を示す図面
の符号を参照して説明すると、時間と共に連続的又は階
段状に増大又は減少するのこぎり波を供給するための駆
動電圧源１又は１ａ、１ｂと、第１の電極と第２の電極
とをそれぞれ有する複数個の第１のダイオードＤ　ａｌ
　−Ｄ　ａ３が直列に接続された回路であり、その一端
が前記駆動電圧源１又は１　ａ　ｓ　１　ｂに接続され
ており、且つ前記複数個の第１のダイオードＤａ１〜Ｄ
ａ３は前記のこぎり波に基づいて順バイアスされる方向
性をそれぞれ有しており、且つ前記第１の電極が前記駆
動電圧源１側となるように前記複数個の第１のダイオー
ドＤａＬ〜Ｄａ３が配置されているダイオード直列回路
と、前記複数個の第１のダイオードＤａ１〜Ｄａ３の前
記第２の電極に一端がそれぞれ接続されている複数の第
１の抵抗Ｒａｌ　−Ｒａ３と、第１の電極と第２の電極
とをそれぞれ有し、前記複数の第１の抵抗Ｒａｔ−Ｒａ
３の他端にそれぞれの前記第１の電極が接続されており
、且つ前記のこぎり波に基づいて順バイアスされる方向
性をれぞれ有している複数個の第２のダイオードＤｂ１
〜Ｄｂ３と、前記複数個の第２のダイオードＤｂ１〜Ｄ
ｂ３の第２の電極を共通に接続する共通接続導体（例え
ばバイアス共通端子４）と、前記のこぎり波の傾斜電圧
の傾きと反対の傾きを有して変化するバイアス電圧を前
記複数個の第２のダイオードＤｂｌ−Ｄｂ３の前記第２
の電極に与えるように前記共通接続導体と前記駆動電圧
源１又は１ａ、１ｂの他端との間に接続された可変バイ
アス電圧源５又は５ａ、５ｂと、前記複数個の第１のダ
イオードＤａ１〜Ｄａ３の前記第２の電極と前記駆動電
圧源１又は１ａ１１ｂの他端との間にそれぞれ接続され
た第２の抵抗Ｒｂｌ〜Ｒｂ３と、共通の電流出力線３と
、前記複数の第１の抵抗Ｒａｔ〜Ｒａ３の他端と前記共
通の電流出力線３との間にそれぞれ接続され、且つ前記
のコキリ波電圧によって逆バイアスされる方向性を有し
ている複数個のフォトダイオード８１〜Ｓ３と、前記複
数個のフォトダイオード８１〜Ｓ３の相互干渉を防ぐた
めに前記フォトダイオード８１〜Ｓ３と逆の方向性を有
して前記フォトダイオード８１〜Ｓ３の電流が流れる通
路に接続された複数個のブロッキングダイオードＤｃｌ
〜Ｄｃ３と、前記共通の電流出力線３と前記駆動電圧源
１又は１ａ、１ｂの他端との間に接続された電流−電圧
変換回路２又は２ａ、２ｂとから成るイメージセンサに
係わるものである。

［作　用］ 本発明に従う可変バイアス電圧源５又は５ａ、５ｂはフ
ォトダイオード８１〜Ｓ８の駆動電圧（逆方向バイアス
）の飽和領域における電圧値の増大を抑えて感度を高め
る作用を有する。

［第１の実施例］ 第１図に示されている本発明の実施例に従う一次元イメ
ージセンサは、駆動電圧源１と、４つの画素即ちビット
に対応した４つの単位回路ＫＯ１Ｋｌ　、に２　、Ｋ８
と電流−電圧変換回路２とを有スル。この−次元イメー
ジセンサは４つよりも多い数の画素を検出することがで
きるように構成されている。しかし、この−次元イメー
ジセンサの全部の構成を図面に示すことは困難であるの
で、その一部のみが第１図に示されている。

互いに同一の３つの単位回路Ｋｌ　、　Ｋ２　、Ｋ３は
、第１のダイオードＤａＬ、Ｄａ２、Ｄａ３と、第２の
ダイオードＤｂｌ、Ｄｂ２、Ｄｂ３と、第１の抵抗Ｒａ
１ＳＲａ２、Ｒａ３と、第２の抵抗Ｒｂ１％Ｒｂ２、Ｒ
ｂ３と、光検出用のフォトダイオードＳＬ、Ｓ２、Ｓ３
と、ブロッキングダイオードＤｅｌ、Ｄｃ２、Ｄｃ３と
から成る。電圧源１と単位回路に１との間に配置された
もう１つの単位回路ＫＯは、第２のダイオードＤｂＯと
、第１の抵抗Ｒａｎと、フォトダイオードＳＯと、ブロ
ッキングダイオードＤｃＯとから成る。単位回路ＫＯは
、別の単位回路Ｋｌ　、Ｋ２、Ｋ３における第１のダイ
オードＤ　ａｌＳＤ　ａ２、Ｄａ３、及び第２の抵抗Ｒ
ｂＬ　Ｒｂ２、Ｒｂ３に対応するものを有していない。

しかし、単位回路ＫＯにも別の単位回路Ｋｌ　、Ｋ２　
、Ｋ３の第１のダイオードと第２の抵抗に対応するもの
を接続することができる。また、必要に応じて第１図の
イメージセンサから初段の単位回路ＫＯを省くことがで
きる。

アノード（第１の電極）とカソード（第２の電極）とを
有する３つの第１のダイオードＤａｌ、Ｄａ２、Ｄａ３
が互いに直列に接続された回路（第１の直列回路）の一
端（左端）は駆動電圧源１の一端に接続されている。第
１のダイオードＤ　ａｌＳＤ　ａ２、Ｄａ３は駆動電圧
源１の電圧によって順方向にバイアスされる方向性を有
している。即ち、第１のダイオードＤａ１〜Ｄａ３のア
ノード（第１の電極）が駆動電圧源１の側に配置されて
いる。なお、駆動電圧源１の上側の端子がマイナスの時
には、第１のダイオードＤａ１〜Ｄａ３のカソードが駆
動電圧源１の側に配置される。

第１のダイオードＤａｌ、Ｄａ２、Ｄａ３のカソード（
第２の電極）に第１の抵抗Ｒａｔ、Ｒａ２、Ｒａ３と第
２のダイオードＤｂｌ、Ｄｂ２、Ｄｂ３とを直列にそれ
ぞれ接続した回路（第２の直列回路）がそれぞれ接続さ
れている。単位回路ＫＯにおいては、駆動電圧源１の一
端と他端との間に第１の抵抗ＲａＯと第２のダイオード
ＤｂＯとの直列回路が接続されている。第２のダイオー
ドＤｂＬ、Ｄｂ２、Ｄｂ３は駆動電圧源１の電圧によっ
て順方向にバイアスされる方向性を有している。即ち、
第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３のアノードが駆動電圧
源１又は第１の抵抗ＲａＯ〜Ｒａ３を介して第１のダイ
オードＤａ１〜Ｄａ３のカソードに接続されている。第
２のダイオ−ドＤｂＯ〜Ｄｂ３のカソードは共通接続導
体としてのバイアス共通端子４に接続されている。この
バイアス共通端子４と駆動電圧源１の他端（グランド）
との間には本発明に従う可変バイアス電圧源５が接続さ
れている。この可変バイアス電圧源５は正のバイアス電
圧をバイアス共通端子４に与える。

第２の抵抗Ｒｂｌ〜Ｒｂ３は第１のダイオードＤａ１〜
Ｄａ３のカソードとグランドとの間に接続されている。

各単位回路ＫＯ、ＫＬ　、Ｋ２　、Ｋ８における第１の
抵抗ＲａｏＳＲａｌ、Ｒａ２、Ｒａ３と第２のダイオー
ドＤｂＯ，Ｄｂｌ、Ｄｂ２、Ｄｂ３の相互接続点ＰＯ１
ＰＩ　、Ｐ２　、Ｐ８にフォトダイオード５Ｏ１ＳＬ、
Ｓ２、Ｓ３とブロッキングダイオードＤｃＯ１Ｄｅｌ、
Ｄｃ２、Ｄｃ３との直列回路（第３の直列回路）か接続
されている。即ち、フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３のカソ
ードが点ＰＯ〜Ｐ３に接続され、アットがフォトダイオ
ードＳＯ〜Ｓ３の相互干渉を防ぐためのブロッキングダ
イオードＤｃＯ１Ｄｅｌ、Ｄｃ２、Ｄｃ３を介して共通
の電流出力線（共通接続導体）３に接続されている。

電流−電圧変換回路２は演算増幅器６と帰還用抵抗Ｒｆ
とから成る。演算増幅器６の反転入力端子は共通電流出
力線３に接続され、非反転入力端子は駆動電圧源１の他
端（グランド）に接続され、帰還用抵抗Ｒｆ’は反転入
力端子と出力端子との間に接続されている。演算増幅器
６の出力端子は反転増幅器７を介して出力端子８に接続
されている。

なお、フォトダイオードＳＯ〜Ｓ８は第２のダイオード
ＤｂＯ−Ｄｂ３に実質的に並列接続されている。

また、フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３は、駆動電圧源１の
のこぎり波電圧で逆バイアスされるように接続されてい
る。

第１図のイメージセンサの各部の詳細は次の通りである
。

駆動電圧源１はのこぎり波を発生する回路から成り、第
２図（Ａ）に示すのこぎり波即ち掃引信号を周期的に発
生する。第２図（Ａ）ののこぎり波の最大振幅値は第１
図の全部の第１及び第２のダイオードＤ　ａｏ　−Ｄ　
ａ３、ＤｂＯ〜Ｄｂ３をオン状態にすることかできる値
に設定されている。

フォトダイオードＳ　Ｏ〜Ｓ３、第１のダイオードＤ　
ａｌ　−Ｄ　ａ３、第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３、
ブロッキングダイオードＤｃ口〜Ｄｃ３は、それぞれＰ
ＩＮ接合ダイオードであって、水素化アルモファスシリ
コン半導体層と、この半導体層の下側に設けられた一方
の電極層と、半導体層の上側に設けられた他方の電極層
とから成り、共通の絶縁基板（図示せず）上に設けられ
ている。

フォトダイオード５Ｏ−３Ｓは逆バイアスされているの
で、第４図に示すキャパシタンスＣｓと光強度に比例す
る電流源Ｉｓとの並列回路で等価的に示される。なお、
フォトダイオードＳＯ−Ｓ３の等研キャパシタンスＣｓ
に流れる電流の値は極めて小さい。

第１のダイオードＤａ１〜Ｄａ３及び第２のダイオード
ＤｂＯ〜Ｄｂ３がオン状態になった時の両端電圧即ち順
方向電圧Ｖｆはほぼ０，８ｖである。第１の抵抗ＲａＯ
〜Ｒａ３はそれぞれ１００にΩであり、第２の抵抗Ｒｂ
ｌ〜Ｒｂ３はそれぞれ１にΩてあり、これ等は、ＴｉＯ
２、Ｔａ−３ｉ０２又はＮｉＣ「等の物質で形成されて
いる。

可変バイアス電圧源５は、第２図（Ｂ）に示すように第
２図（Ａ）ののこぎり波と同じ周期で傾斜電圧を発生す
る。この可変バイアス電圧ｖｈは、第２図（Ａ）ののこ
ぎり波の傾斜電圧期間Ｔａののこぎり波の傾きと逆の傾
きを有する。即ち、第２図（Ｂ）においてバイアス電圧
ｖｂは期間Ｔａて時間と共に減少している。このバイア
ス電圧Ｖｂは、第２図（Ｃ）に縦軸を第２図（Ａ）に比
べて拡大して示す点ＰＯ〜Ｐ３の電位ＶｐＯ〜Ｖｐ３の
飽和領域の電位の増大を抑えることができる値に設定さ
れている。

［動　作コ 第１図のイメージセンサにおいて、駆動電圧源１から第
２図（Ａ）に示すのこぎり波が発生すると、点ＰＯの電
位ＶｐＯが第２図（Ｃ）に示す如く徐々に高くなり、点
ＰＯの電位ＶｐＯが単位回路ＫＯの第２のダイオードＤ
ｂＯの順方向電圧Ｖｒになると、この第２のダイオード
ＤｂＯがオン状態になり、点ＰＯの電位ＶｐＯはほぼ一
定値（はぼＶｒ）即ち飽和電圧値になる。単位回路ＫＯ
の第２のダイオードＤｂＯのオン状態への転換とほぼ同
時に単位回路に１の第１のダイオードＤａｌもオン状態
に転換する。単位回路に１の第１のダイオードＤａｌが
非導通（オフ状態）の期間には、第１のダイオードＤａ
ｌのカソードはほぼ零ボルトであるが、第１のダイオー
ドＤａｌがオン状態になって更に駆動電圧源１ののこぎ
り波電圧Ｖｄが高くなると、第１のダイオードＤａｌの
カソード電位はのこぎり波電源電圧Ｖｄに追従して高く
なる。即ち、第１のダイオードＤａｌがオン状態になる
と、この両端電圧は順方向電圧Ｖｆにほぼ固定されるた
め、電源電圧ＶｄからダイオードＤａｌの順方向電圧Ｖ
ｆを差し引いた電圧が第２の抵抗Ｒｂｌの両端に加わる
。

また、単位回路に１の第２のダイオードＤｂｌが非導通
の期間には、点Ｐ１の電位が第２の抵抗Ｒｂｌの両端電
圧にほぼ等しくなる。従って、第１のダイオードＤａｌ
がオン状態になった後に、点Ｐ１の電位Ｖｐｌが第２図
（Ｃ）に示すように徐々に上昇する。点Ｐ１の電位Ｖｐ
ｌが第２のダイオードＤｂｌの順方向電圧Ｖｆになると
、これがオン状態になり、点Ｐｉの電位Ｖｐｌはほぼ一
定値（Ｖｆ’　）になる。単位回路に１の第２のダイオ
ードＤｂｌのオン状態への転換とほぼ同時に単位回路に
２の第１のダイオードＤａ２がオン状態に転換し、点Ｐ
２に第２図（Ｃ）に示すように電位Ｖｐ２が得られる。

駆動電圧源１から供給されているのこぎり波の傾斜電圧
が更に増大すると、単位回路に３の第１のダイオードＤ
ａ３がオン状態に転換し、点Ｐ８に第２図（Ｃ）の電位
Ｖｐ３が得られる。点ＰＯ〜Ｐ３の電位ＶｐＯ〜Ｖｐ３
が第２図（Ｃ）に示すように順次に変化すると、各点Ｐ
Ｏ〜Ｐ８とグランドとの間に電流−電圧変換回路２を介
して接続されたフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３が順次に駆
動される。即ち、フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３が電気的
に走査される。

第１図の回路においてフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３は一
次元的に配置されている。このフォトダイオード５Ｏ−
３３で光情報を読み取る時には、まず、第１のダイオー
ドＤａ１〜Ｄａ３及び第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３
の全部をオン状態にすることができる電圧を駆動電圧源
１から発生させる。なお、第１のダイオードＤａ１〜Ｄ
ａ３及び第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３の全部をオン
状態にするための電圧は、第２図（Ａ）に示すのこぎり
波で与えることができる。即ち、のこぎり波の最大値及
びこの近傍の電圧値は、第１及び第２のダイオードＤａ
１〜Ｄａ３、ＤｂＯ〜Ｄｂ３の全部をオンにすることか
でき石。

第１のダイオードＤａ１〜Ｄａ３及び第２のダイオード
ＤｂＯ−Ｄｂ３の全部がオン状態である期間には、点Ｐ
Ｏ〜Ｐ３に得られる第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３の
順方向電圧Ｖｆによって各フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３
が逆バイアスされ、第４図に等価的に示すキャパシタン
スＣｓが充電される。なお、等価キャパシタンスＣｓは
極めて小さいので、ブロッキングダイオードＤｃＯ〜Ｄ
ｃ３の順方向電流が急峻に立上る点よりも前の領域の微
小電流にょって等価キャパシタンスＣｓの充電を達成す
ることができる。

第１図のイメージセンサに対向配置されている例えばフ
ァクシミリの原稿のような被写体（図示せず）から得ら
れる光信号がフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３に入力される
と、光信号の有無及び大小に対応してフォトダイオード
ＳＯ〜Ｓ３の等価キャパシタンスＣｓの充電電荷量が変
化する。即ち、フォトダイオード５ｏ−８３の内で光信
号が人力したものにおいて等癌キャパシタンスＣｓの放
電が生じ、光信号が入力しなかったものでは等価キャパ
シタンスＣｓの放電が生しない。等価キャパシタンスＣ
ｓの放電の量は光量によって変化する。

フォトダイオードＳｏ〜Ｓ３に対して光入力を与える方
法は２つある。その１つはフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３
に常に光入力を与える方法であり、もう１つは予め決め
られた期間（例えば電圧源１の電圧Ｖｄが零ボルトの期
間）にのみ光入力を与える方法である。

電圧源１の電圧Ｖｄが第２図（Ａ）に示すように時間と
共に直線的に増大すると、点ＰＯ〜Ｐ３に第２図（Ｃ）
に示すように電位ＶｐＯ１ＶｐＬ、■ｐ２、Ｖｐ３が得
られ、これによって、フォトダイオードｓｏ〜Ｓ８が順
次に逆バイアスされる。換言すれば、第４図に示す等価
キャパシタンスＣｓを充電するための電圧がフォトダイ
オードＳＯ−５８に印加される。この時、フォトダイオ
ードＳＯ〜Ｓ８の等価キャパシタンスＣｓの内で光入力
で放電したものに対しては充電電流が流れるが、光入力
がなくて放電しなかったものに対しては充電電流が流れ
ない。フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３の等価キャパシタン
スＣｓの充電電流はブロッキングダイオードＤｃＯ−Ｄ
ｃ３と電流−電圧変換回路２とを通って流れるので、充
電電流の有無によって出力端子８の電圧Ｖ　ｏｕｔが変
化する。４つのフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３の全部に光
入力が与えられたために各等価キャパシタンスＣｓが放
電している状態において、第２図（Ｃ）に示す電位Ｖｐ
。

〜Ｖｐ３がフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３に順次に印加さ
れると、出力端子８の電圧Ｖ　ｏｕｔは第２図（Ｄ）に
示すようにフォトダイオードＳＯ〜Ｓ３に充電電流が流
れる毎に変化する。即ち、各点ＰＯ〜Ｐ３の電位ＶｐＯ
〜Ｖｐ３の増大につれて等価キャパシタンスＣｓの充電
電流が増大し、各点ＰＯ〜Ｐ８の電位ＶｐＯ〜Ｖｐ３が
飽和すると、充電電流が減少し、この充電電流の変化に
対応した出力電圧ｖ　ｏｕｔが得られる。なお、フォト
ダイオードＳＯ〜Ｓ３から選択された１つ又は複数に光
入力が与えられなかった場合には、第２図（Ｄ）に示す
電流変動が生じない。

今迄、第２図（Ｃ）の各点ＰＯ〜Ｐ３の電位ＶｐＯ〜Ｖ
ｐ３の飽和領域の値をほぼ一定として説明した。しかし
、本発明に従う可変バイアス電圧源５が設けられておら
ず、従来のイメージセンサと同様にバイアス共通端子４
がグランドに接続されているとすれば、第２図（Ｃ）の
電位ＶｐＯ〜Ｖｐ３は完全に飽和せずに点線で示すよう
に時間と共に増大する。電位ｖｐＯを例にとると、飽和
開始時点の電位Ｖｓとのこぎり波電圧の傾斜期間Ｔａの
終了時点の電位Ｖｒとの間に差が生じる。この差は飽和
開始時点からこぎり波傾斜電圧の終了時点までの時間が
長いほど大きくなる。この時間長はＶｐＯｌＶｐｌ、　
Ｖｐ２、Ｖ　ｐｇ（７）順に短くなる。第２図（Ｃ）に
示す電位ＶｐＯ〜Ｖｐ３は、フォトダイオードＳＯ〜Ｓ
３を逆バイアスするものであるので、この電位ＶｐＯ〜
Ｖｐ３が発生している期間にはフォトダイオードＳＯ〜
Ｓ３の等価容量Ｃｓの充電が継続される。

ところで、等価容量Ｃｓが予め充電されているフォトダ
イオードＳＯ〜Ｓ３に例えば１００ルクスのように大き
な光入力を与えることによってフォトダイオードＳＯ〜
Ｓ３の等価容量Ｃｓを放電させ、しかる後、第２図（Ａ
）に示すのこぎり波電圧ＶｄでフォトダイオードＳＯ〜
Ｓ３を順次に走査すると、第２図（Ｃ）で点線で示す飽
和領域の電位の上昇の有無にほとんど無関係に第３図（
Ａ）に示す各ビット間の分離性の良い、大きさに差のな
い出力電流１　ｏｕｔを得ることができる。

しかし、フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３の光入力が例えば
１０ルクスのように小さい場合には、第２図（Ｃ）に示
す電位ＶｐＯ〜Ｖｐ３の飽和領域の電位上昇が問題にな
る。即ち、複数のフォトダイオード５ｏ−ｓａの光情報
（光入力）に対応した信号を取り出すためには、フォト
ダイオードＳＯ〜Ｓ３に光情報の読み出しに必要な時間
だけ一定の電圧を印加することが理想である。しかし、
本発明に従うイメージセンサでは走査回路を簡略化する
ために、第２図（Ｃ）に示すような継続的に駆動電圧（
走査電圧）をフォトダイオードＳＯ−Ｓ３に与えている
。即ち、読み出しに必要な期間以外にも電圧がフォトダ
イオードＳＯ〜Ｓ３に加えられている。しかも、実際に
は、この電圧は、第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３の直
列抵抗のため、飽和開始後も上昇する。この結果、第２
のダイオードＤｂＯ−Ｄｂ３のターンオン時にはフォト
ダイオードＳＯ〜Ｓ３の光情報の一部のみに対応した出
力電流が流れ、ターンオン後の飽和領域において電位Ｖ
ｐＯ〜Ｖｐ３が上昇するあいたに、残りの光情報に対応
する電流が分散して流れる。ターンオン時に、光情報の
うちどれだけの割合に対応する出力電流を得られるかは
、飽和開始時点の電位Ｖｓとのこぎり波電圧の傾斜期間
Ｔａの終了時点の電位Ｖｒとの差に対応し、この差が小
さい程、その割合は大きい。つまり、前段のビット程、
ＶＳとＶｒの差が大きいので、ターンオフ時に出力電流
として光情報を取り出せる割合が小さい。従って、第３
図（Ｂ）で点線で示すように、前段のビット程電流のピ
ークが小さくなる。即ち、前段のビット程感度が低下す
る。このビット間感度の差は、低照度において顕著にな
る。

これに対して、本発明に従って可変バイアス電圧源５か
ら第２図（Ｂ）に示す時間と共に減少するバイアス電圧
ｖｂを与えると、フォトダイオード５ｏ−ｓａに対して
第２のダイオードＤｂＯ〜Ｄｂ３の両端電圧とバイアス
電圧ｖｂとの和が印加されることになり、第２のダイオ
ードＤｂＯ−Ｄｂ３の飽和領域の電圧上昇を打ち消すこ
とが可能になり、電圧上昇によりフォトダイオードＳＯ
〜Ｓ３に流れる不要な電流を除去することができる。即
ち、第２のダイオードＤｂＯ−Ｄｂ３のターンオン時に
フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３の光情報の大部分に対応し
た出力電流を得ることができる。従って、低レベル光人
力の場合であっても、第３１ｆｆｌ　（Ｂ）の実線で示
すようにビット間感度差のない出力電流Ｉ　ｏｕｔが得
られる。

なお、本実施例では第２図（Ｃ）においてＶｒがＶｓよ
りも僅かに低くなるようにバイアス電圧ｖｂが決定され
ているが、Ｖｒ−ＶＳになるようにバイアス電圧ｖｂを
設定してもよい。この実施例では光入力を与える前に要
求される全フォトダイオードＳＯ〜Ｓ３の等価容量Ｃｓ
の充電を第２図（Ａ）ののこぎり波電圧Ｖｄで行うため
に、Ｖｒをあまり低くすることはできない。

バイアス電圧ｖｂは、ダイナミックレンジ（光入力の読
み取り範囲）の拡大にも寄与する。即ち、バイアス電圧
ｖｂと第２のダイオードＤｂＯ−Ｄｂ３の和の電圧でフ
ォトダイオード５Ｏ−８８を駆動することになるので、
ダイナミックレンジが拡大される。

［第２の実施例］ 次に、第５図及び第６図を参照して本発明の第２の実施
例の一次元イメージセンサを説明する。

このイメージセンサは、第５図に示すように複数のセン
サ群Ｂｌ−Ｂｎを有している。各センサ群Ｂ１〜Ｂｎは
、例えばファクシミリのイメージセンサを構成する場合
には２０００個のフォトダイオードを幾何学的に一直線
上に配置し、これを数個〜数百個の群に分けたものであ
る。

各センサ群Ｂ１〜Ｂｎは第１図の単位回路ＫＯ１Ｋｌ　
、Ｋ２　、Ｋ３に相当するものをそれぞれ含み、第１図
から電圧源１と電流−電圧変換回路２と反転増幅器７と
、可変バイアス電圧源５を除いた回路に等価である。

各センサ群Ｂ１〜Ｂｎに駆動電圧Ｖｄを与えるために、
第１及び第２ののこぎり波発生回路１ａ、１ｂが設けら
れている。第１及び第２ののこぎり波発生回路１ａ、１
ｂはタイミング制御回路１０で制御されて、第６図（Ａ
）（Ｂ）に示す第１及び第２ののこぎり波電圧（三角波
）Ｖｌ　、Ｖ２を発生する。第１ののこぎり波発生回路
１ａは、ｔ１〜ｔ３期間でのこぎり波（三角波）を発生
した後にｔ３〜ｔ５の休止期間を有し、その後にｔ５〜
ｔ９て再びのこぎり波を発生する。即ち、周期Ｔを有し
てのこぎり波を繰返して発生する。

第２ののこぎり波発生回路１ｂは第６図（Ａ）の第１の
のこぎり波電圧ｖ１に対して位相差（遅れ時間）Ｔｄを
有する第６図（Ｂ）に示す第２ののこぎり波電圧Ｖ２を
周期Ｔを有して発生する。

即ち、この実施例では第１ののこぎり波電圧■１の傾斜
電圧区間ｔ１〜ｔ２、及びｔ５〜ｔ８の終了時点ｔ２、
ｔ８に同期して第２ののこぎり波電圧Ｖ２の傾斜電圧が
立上り、第１ののこぎり波電圧Ｖ１の立上り時点ｔ５、
ｔｌｏで傾斜電圧区間が終了している。

第１ののこぎり波発生回路１ａは、第１のマルチプレク
サ１１を介して奇数番目のセンサ群Ｂ１、Ｂ３・・・Ｂ
　ｎ−１の各電源端子に選択的に接続される。

即ち、第１のマルチプレクサ１１は、タイミング制御回
路１０に制御されて第６図（Ａ）の第１ののこぎり波電
圧ｖ１のｔ１〜ｔ５の区間を抽出して第１のセンサ群Ｂ
１に与え、ｔ５〜ｔｌＯの区間を抽出して第３のセンサ
群Ｂ３に与えるように、第６図（Ａ）ののこぎり波を奇
数番目のセンサ群Ｂｌ、Ｂ３・・・Ｂ　ｎ−１に分配す
る。

第２ののこぎり波発生回路１ｂは、第２のマルチプレク
サ１２を介して偶数番目のセンサ群Ｂ２、Ｂ４・・・Ｂ
ｎの電源端子に選択的に接続される。即ち、第２のマル
チプレクサ１２は、タイミング制御回路１０に制御され
て第６図（Ｂ）ののこぎり波電圧ｖ２のｔ２〜ｔ８区間
を抽出して第２のセンサ群Ｂ２に与え、ｔ８から発生す
るのこぎり波を第４のセンサ群Ｂ４に与えるように第６
図（Ｂ）ののこぎり波を偶数番目のセンサ群Ｂ２、Ｂ４
−９・Ｂｎに与える。

なお、第１のマルチプレクサ１１によって第６図（Ａ）
のｔ１〜ｔ２、ｔ５〜ｔ８等の傾斜電圧区間のみを抽出
し、第２のマルチプレクサ１２によって第６図（Ｂ）の
ｔ２〜ｔ５、ｔ８〜ｔｉｏの傾斜電圧区間のみを抽出し
て各センサ群Ｂｌ　−Ｂｎに分配することもてきる。

第５図の奇数番目のセンサ群Ｂｌ、Ｂ３・・・Ｂｎｌの
共通電流出力線３は、第１の合成電流出力線１３に接続
され、偶数番目のセンサ群Ｂ２、Ｂ４・・・Ｂｎの共通
電流出力線３は第２の合成電流出力線１４に接続されて
いる。

第１の電流−電圧変換回路２ａは、演算増幅器６ａと帰
還用抵抗Ｒｆとから成り、反転入力端子が第１の合成電
流出力線１３に接続されている。

第２の電流−電圧変換回路２ｂは、演算増幅器６ｂと帰
還用抵抗Ｒｆとから成り、反転入力端子は第２の合成電
流出力線１４に接続されている。

第１及び第２の電流−電圧変換回路２ａ、２ｂの出力端
子は第１及び第２の反転増幅器７ａ、７ｂを介して合成
回路としてのマルチプレクサコ５に接続されている。マ
ルチプレクサ１５はタイミング制御回路１０で制御され
て、第１及び第２の反転増幅器７ａ、７ｂの出力を交互
に抽出し、共通出力端子８にセンサ出力電圧Ｖ　ｏｕｔ
を送出する。

奇数番目のセンサ群Ｂｌ　、Ｂ３・・・Ｂ　ｎ−１の第
１図に示すバイアス共通端子４は、第５図の第１のバイ
アス共通端子４ａに接続され、偶数番［ｊのセンサ群Ｂ
２、Ｂ４・・・Ｂｎのバイアス共通端子４は第２のバイ
アス共通端子４ｂに接続されている。

第１及び第２のバイアス共通端子４ａ、４ｂは第１及び
第２の可変バイアス電圧源５ａ、５ｂに接続されている
。この第１及び第２の可変）くイアスミ圧源５ａ、５ｂ
は第１図の可変バイアス電圧源５に等価なものであり、
第６図（Ｃ）（Ｄ）にボす第１及び第２の可変バイアス
電圧ｖｂｔ、Ｖｂ２をタイミング制御回路１００制御の
ちとに周期的に発生する。この可変バイアス電圧Ｖｂｌ
、Ｖｂ２により、第１の実施例と同一の作用効果が得ら
れる。

ところで、第６図（Ａ）（Ｂ）ののこぎり波の正の傾斜
電圧が発生している期間には正方向の出力電流１　ｏｕ
ｔが流れる。また、第１図に示した第１のダイオードＤ
ａ１〜Ｄａ３、第２のダイオードＤｂｌ−Ｄｂ３、ブロ
ッキングダイオードＤｃｌ〜Ｄｃ３、フォトダイオード
８１〜Ｓ３はそれぞれＰＩＮ型ダイオードであり、等価
容量を有し、のこぎり波電圧の印加時に充電される。の
こぎり波電圧が零になると、各ダイオードの電荷の放出
が生じ、共通電流出力線３に正常時と逆向きの電流が流
れ、第６図（Ｅ）（Ｆ）に示すように逆向きの電圧が発
生する。この逆向きの電圧はセンサ群８１〜Ｂｎの出力
の合成において不都合なものである。しかし、本実施例
では、センサ群Ｂ１〜Ｂｎが奇数と偶数に分割されてい
るので、逆向きの電圧の影響を除去又は軽減することが
できる。

次に、この動作を説明する。

第１及び第２ののこぎり波発生回路１ａ、１ｂから発生
した第６図（Ａ）（Ｂ）に示す第１及び第２ののこぎり
波電圧Ｖｌ　、Ｖ２は第１及び第２のマルチプレクサ１
１．１２て奇数センサ群Ｂ１１Ｂ５・・・Ｂ　ｎ−１と
偶数センサ群Ｂ２、Ｂ４・・Ｂｎに分配される。第６図
のｔ１〜ｔ３区間ののこぎり波によって第１のセンサ群
Ｂ１が駆動されると、第１の反転増幅器７ａの出力段の
出力電圧Ｖａは第６図（Ｅ）のｔＸ〜ｔ２区間のように
変化した後、逆電圧がｔ２〜ｔ４の期間Ｔｂに発生する
。

しかし、第１ののこぎり波電圧Ｖｌはｔ３〜ｔ５の休止
期間（零ボルト期間）を有して次ののこぎり波を発生す
るために、第３のセンサ群Ｂ８の光情報の読み取りには
ｔ２〜ｔ４期間の逆方向電圧が影響しない。勿論、逆方
向電圧の発生期間Ｔｂがのこぎり波の期間Ｔａ及び休止
期間ｔ２〜ｔ５よりも長い場合には問題になるが、本実
施例ではＴｂがｔ２〜ｔ５よりも短くなるように各部の
回路定数が設定されている。なお、第６図のｔ４時点は
、Ｎ階調（Ｎ段階）の光入力の強弱を判別することが必
要なイメージセンサにおいては、ｔ４時点で、出力電圧
Ｖａ、Ｖｂの最大光入力時の振幅値と光入力遮断時の振
幅値との差（最大変化幅約１０００ｎＡ）の１ノＮの値
よりも小さい逆電圧値になる時点である。

第６図（Ａ）の第１ののこぎり波電圧Ｖｌによる走査が
休止している期間においては、第６図（Ｂ）に示す第２
ののこぎり波電圧■２による走査が行われ、偶数番目の
センサ群Ｂ２、Ｂ４・・・Ｂｎの走査に基づいて第６図
（Ｆ）に示す第２の出力電圧ｖｂを反転増幅器７ｂの出
力段に得ることができる。

出力合成用のマルチプレクサ１５は、第６図（Ｅ）の第
１の８カ電圧Ｖａのｔｌ　〜ｔ２、ｔ５〜ｔ８の区間及
び第６図（Ｆ）の第２の出力電圧ｖｂのｔ２〜ｔ５、ｔ
８〜ｔ１ｏ区間を抽出する。

これにより、出力端子８に第６図（Ｇ）に示す合成され
た出力電圧ｖ　ｏｕｔが得られる。なお、マルチプレク
サ１５は第６図（Ｅ）（Ｆ）の逆方向電圧を切り捨てて
いるので、第６図（Ｇ）の合成出力電圧Ｖ　ｏｕｔに逆
方向電圧は含まれていない。従って、各センサ群Ｂ１〜
Ｂｎのフォトダイオード８１〜Ｓ３の出力を正確且つ高
速に得ることができる。なお、演算増幅器６ａ、５ｂの
出力端子とグランドとの間に逆方向電圧を吸収するため
のダイオードを接続することができる。この場合にはマ
ルチプレクサ１５を加算回路に置き換えることができる
。

［変形例コ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　光電変換素子５０−５３の相互干渉を防ぐため
のブロッキングダイオードＤｃＯ−Ｄｃ３を第１の抵抗
Ｒａｏ　−Ｒａ３に直列に接続すること、又は、第２の
抵抗Ｒｂｌ〜Ｒｂ３と第１の抵抗Ｒａｌ　〜Ｒａ３との
間に接続することが可能である。

（２）　のこぎり波を第７図に示すような、階段状のこ
ぎり波とすること、及び第８図に示すように２次曲線的
に増大するのこぎり波とすることができる。

（３）　各ダイオードの極性、駆動電圧源１の極性を逆
にすることもてきる。この場合には、可変バイアス電圧
源５．５ａ、５ｂの極性も逆になる。

（４）　実施例ではダイオードＤａ１〜Ｄａ３、ＤｂＯ
−Ｄｂ３として水素化アルモファスシリコン（非晶質シ
リコン）を使用したが、非晶質シリコンカーバイト等を
使用することもできる。

（５）　　ダイオードＤ　ａｌ　−Ｄ　ａｎ、　Ｄ　ｂ
ｏ　〜Ｄ　ｂｎ。

ＤｃＯ〜ＤｅｎはＰＩＮＳ　ＰＩ、ＩＮ、　ショットキ
ー接合ダイオード等のいずれであってもよい。

（６）　第２の抵抗Ｒｂ１−Ｒｂ３の値を後段に向うに
従って大きくしてもい。

（７）　電流−電圧変換回路２を電流検出抵抗と増幅器
との組み合せて構成することが可能である。

（Ｓ）　　１１５図の変形として３つの以上ののこぎり
波発生回路を設け、センサ群Ｂ１〜Ｂｎを３つ以上のグ
ループに分けてもよい。

［発明の効果］ 上述から明らかなように本発明によれば低レベルの光情
報の読み取りが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるイメージセンサ
を示す回路図、 第２図は第１図の各部の状態を示す波形図、第３図は光
入力レベルの大小による出方電流の変化を示す波形図、 第４図はフォトダイオードの等価回路図、第５図は第２
の実施例のイメージセンサを示すブロック図、 第６図は第５図の各部の状態を示す図、第７図及び第８
図はのこぎり波の変形例を示す波形図である。 １・・・電圧源、Ｄａ１〜Ｄａ３・・・ダイオード、Ｒ
ａｔ〜Ｒａ３・・・第１の抵抗、Ｒｂｌ〜Ｒｂ８・・・
第２の抵抗、８１〜Ｓ８・・・フォトダイオード、２・
・・電流−電圧変換回路、５・・・可変バイアス電圧源
。 代　　理　　人　　　高　　野　　則　　次第７図 一一吋間 第８図 ｍ−や１１間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］時間と共に連続的又は階段状に増大又は減少する
   のこぎり波を供給するための駆動電圧源（１又は１ａ、
   １ｂ）と、 第１の電極と第２の電極とをそれぞれ有する複数個の第
   １のダイオード（Ｄａ１〜Ｄａ３）が直列に接続された
   回路であり、その一端が前記駆動電圧源（１又は１ａ、
   １ｂ）に接続されており、且つ前記複数個の第１のダイ
   オード（Ｄａ１〜Ｄａ３）は前記のこぎり波に基づいて
   順バイアスされる方向性をそれぞれ有しており、且つ前
   記第１の電極が前記駆動電圧源（１）側となるように前
   記複数個の第１のダイオード（Ｄａ１〜Ｄａ３）が配置
   されているダイオード直列回路と、 前記複数個の第１のダイオード（Ｄａ１〜Ｄａ３）の前
   記第２の電極に一端がそれぞれ接続されている複数の第
   １の抵抗（Ｒａ１〜Ｒａ３）と、第１の電極と第２の電
   極とをそれぞれ有し、前記複数の第１の抵抗（Ｒａ１〜
   Ｒａ３）の他端にそれぞれの前記第１の電極が接続され
   ており、且つ前記のこぎり波に基づいて順バイアスされ
   る方向性をそれぞれ有している複数個の第２のダイオー
   ド（Ｄｂ１〜Ｄｂ３）と、 前記複数個の第２のダイオード（Ｄｂ１〜Ｄｂ３）の第
   ２の電極を共通に接続する共通接続導体と、前記のこぎ
   り波の傾斜電圧の傾きと反対の傾きを有して変化するバ
   イアス電圧を前記複数個の第２のダイオード（Ｄｂ１〜
   Ｄｂ３）の前記第２の電極に与えるように前記共通接続
   導体と前記駆動電圧源（１又は１ａ、１ｂ）の他端との
   間に接続された可変バイアス電圧源（５又は５ａ、５ｂ
   ）と、前記複数個の第１のダイオード（Ｄａ１〜Ｄａ３
   ）の前記第２の電極と前記駆動電圧源（１又は１ａ、１
   ｂ）の他端との間にそれぞれ接続された第２の抵抗（Ｒ
   ｂ１〜Ｒｂ３）と、 共通の電流出力線（３）と、 前記複数の第１の抵抗（Ｒａ１〜Ｒａ３）の他端と前記
   共通の電流出力線（３）との間にそれぞれ接続され、且
   つ前記のこぎり波電圧によって逆バイアスされる方向性
   を有している複数個のフォトダイオード（Ｓ１〜Ｓ３）
   と、 前記複数個のフォトダイオード（Ｓ１〜Ｓ３）の相互干
   渉を防ぐために前記フォトダイオード（Ｓ１〜Ｓ３）と
   逆の方向性を有して前記フォトダイオード（Ｓ１〜Ｓ３
   ）の電流が流れる通路に接続された複数個のブロッキン
   グダイオード（Ｄｃ１〜Ｄｃ３）と、 前記共通の電流出力線（３）と前記駆動電圧源（１又は
   １ａ、１ｂ）の他端との間に接続された電流−電圧変換
   回路（２又は２ａ、２ｂ）とから成るイメージセンサ。