JPH11326044A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ラインセンサなどのセンサ装置に於いて、受光
セルを選択して出力する選択回路が正常に動作するか否
かの検査を簡単な回路の追加で容易かつ確実に行うこと
ができるようにする。 【解決手段】入射する光によって光電変換する複数の受
光セルと、前記受光セルを選択して当該受光セルから信
号を受け取って順次外部に出力する選択回路と、複数の
前記受光セルを接続して、当該複数の受光セルの信号が
加算される検査用スイッチとを有する。検査時には、検
査用スイッチを動作させる。このようにすれば、検査用
スイッチと接続されていない受光セルと信号出力に差が
生じて、選択回路が正しく動作するか確実に確認でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ装置および
その検査方法に関し、例えばラインセンサあるいはエリ
アセンサとして使用され、複数の受光セルまたは画素を
有し、該複数の受光セルからの出力を選択出力する選択
回路を有するセンサ装置において、前記選択回路を含め
て回路が正常に機能していることを的確かつ容易に検査
できるようにする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の受光セルを備えたセンサ装置とし
ては、受光セルが一次元的に配置されたラインセンサあ
るいは受光セルが二次元的に配置されたイメージセンサ
などがあり、種々の用途に用いられている。このような
センサ装置は、シフトレジスタが信号電荷を受光セルか
ら受け取って外部に出力することを繰り返す単純な構成
のものと、より複雑な構成を有するものとがある。

【０００３】例えばエンコーダなどに用いられるライン
センサは、回転体上の所定のエンコードパターンを光学
的に検出して読み出すことにより、回転体の回転角度位
置、回転速度その他を検出する働きをなし、このために
は、シフトレジスタから信号電荷を出力させる単純な構
成では好ましくない。このようなエンコーダにおけるエ
ンコードパターンを読み出すラインセンサは、例えば図
５に示すように、２つの隣接する受光セルを１組とし
て、この受光セルの組が連続的に配列されて構成されて
いる。一方、読み取られるエンコードパターンの１ビッ
ト幅は、１組の受光セルの幅、すなわち２つの受光セル
の幅と同じに設定されている。そして、１組の隣接する
受光セルのうち、いずれか一方の受光セルからの出力の
うち信号レベルが適切な一方の出力を選択している。

【０００４】より詳細には、図５において、前記１組の
受光セルは、（Ａ１，Ｂ１）、（Ａ２，Ｂ２）、…、
（Ａ１３，Ｂ１３）などであり、前記受光セルの選択動
作によって、受光セルＡ１，Ａ２，…，Ａ１３、または
受光セルＢ１，Ｂ２，…，Ｂ１３のいずれかの受光セル
グループが選択される。これは、エンコードパターンと
受光セルとの位置関係がどのようにずれた場合でも、２
つの隣接する受光セルのいずれか一方が必ず、エンコー
ドパターンの１ビット幅内に位置することになる。従っ
て、１組の受光セルのうち、１ビット幅内に位置する受
光セルを選択することにより、エンコードパターンを確
実に検出できるようになる。

【０００５】例えば、図５において、エンコードパター
ンがαで示すように位置がずれた場合、受光セルＢ１，
Ｂ２，…，Ｂ１３が選択され、エンコードパターンＤ１
〜Ｄ１３を確実に検出することができる。なお、図５に
おいて、白地のエンコードビットは光を透過して受光セ
ルに光を多く照射するものを示し、黒地（斜線）のエン
コードビットは、光を透過せず受光セルに光が殆ど照射
されない状態を示している。

【０００６】以上のようなエンコーダに使用されるライ
ンセンサとしては、各々１対の受光セルからなる複数組
の受光セル群と、各対の受光セルのうち一方を選択する
選択回路が設けられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のラインセンサでは、シフトレジスタに異常が生
じても、これを検出することが困難であった。例えば、
単純なラインセンサにおいて、シフトレジスタの一段目
が不良であり常にこれに対応するフォトダイオードとシ
フトレジスタが接続されていれば、常にこのフォトダイ
オードの信号が出力されるので、異常を検出することが
困難であった。

【０００８】また、選択回路を有するラインセンサで
は、各組の１対の受光セルのうちのいずれか一方を適宜
選択する選択回路を含むラインセンサの回路が正常動作
しているか否かを検査するのが困難であった。すなわ
ち、このラインセンサに均一な光を照射すると、選択回
路によって各受光セルの組のうちのいずれの受光セルを
選択した場合にも、各受光セルからの出力は同じにな
る。すなわち、選択回路をいずれの受光セルから信号を
出力するよう選択しても、出力信号は変化せず、従って
選択回路が正常に切り替えられているか否かを判断する
ことは困難であった。

【０００９】特に、選択回路の内部で、信号線が電源ラ
インと短絡したり、あるいは断線したりして、回路の中
間ノードの電位が固定されていると、選択回路の選択入
力を切り替えても出力が切り替えられず、出力が変化し
ない。このため、このような選択回路の故障を検出する
ことはできなかった。ここで、スリット等を用いて各受
光セルに照射される光の強度を不均一にすれば正常動作
しているか否かを確認することは可能であると考えられ
る。しかしながら、受光セルの形状が微細になると、こ
の微細化に応じた微細なスリットを作製する必要があ
り、スリットの作製が困難になる。しかも、この微細な
スリットと受光セル群との位置合わせも難しくなるとい
う問題点もあった。

【００１０】そこで、本発明はかかる問題点を除去し、
センサ装置の検査を、簡単な回路の追加で容易かつ確実
に行なうことができるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１のセンサ装置は
「入射する光によって光電変換する複数の受光セルと、
前記受光セルを選択して当該受光セルから信号を受け取
って順次外部に出力する選択回路と、複数の前記受光セ
ルを接続して、当該複数の受光セルの信号が加算される
検査用スイッチとを有する」ことを特徴とする。

【００１２】また、請求項２は請求項１記載のセンサ装
置において「前記検査用スイッチは、受光セルの信号出
力に強制的出力差を生じさせ当該センサ装置の動作を検
査することを特徴とする。検査用スイッチは、例えば隣
接する二つの受光セルを接続する。即ち、受光セルを二
個ずつペアに接続するのである。検査用スイッチをオン
すると、この二つの受光セルが接続される。この状態で
信号を出力すると、受光面積が受光セルの数だけ積算さ
れたような信号が当該受光セルから出力される。検査す
る際に本発明の検査用スイッチをオンして信号を出力さ
せ、さらに検査用スイッチをオフして信号を出力すれ
ば、信号出力に強制的に差が生じて選択回路が正しく動
作するか否かを確実に確認することができる。

【００１３】請求項３のセンサ装置は「複数の系列によ
る受光セルを１組とした複数組の受光セル群と、該複数
組の受光セル群のそれぞれから所望の受光セルの出力を
選択する第１の選択回路と、前記複数組の受光セル群の
内から特定の組の受光セル群を選択する第２の選択回路
と、一端が一つの受光セルと接続され、他端が当該一つ
の受光セルとは別の受光セルであって且つ前記一つの受
光セルと同じ系列である受光セルに接続される検査用ス
イッチとを具備したこと」を特徴とする。

【００１４】この構成により、複数の受光セルで一組を
成した受光セル群のそれぞれの組から信号を選択するた
め第１、第２の選択回路を有するセンサ装置において
も、第１、第２の選択回路が正しく動作するか否かを確
実に確認することができる。請求項４のセンサ装置は
「ＸおよびＹの２系列の受光セルを１組とした複数組の
受光セル群と、該複数組の受光セル群のそれぞれからＸ
またはＹの受光セルの出力を選択するマルチプレクサか
らなる第１の選択回路と、前記複数組の受光セル群の内
から特定の組の受光セル群を選択するシフトレジスタか
らなる第２の選択回路とを備えたラインセンサであっ
て、一端が一つの受光セルに接続され、他端が前記一つ
の受光セルと同じ系列であり且つ前記一つの受光セルと
は別の受光セルに接続され、前記受光セルの信号出力に
強制的出力差を生じさせ当該センサ装置の動作を検査す
るための検査用スイッチとを具備したこと」を特徴とす
る。

【００１５】この構成により、２つの受光セルで一組を
成した受光セル群のそれぞれの組から信号を選択するた
め第１、第２の選択回路を有するセンサ装置において
も、第１、第２の選択回路が正しく動作するか否かを確
実に確認することができる。請求項５は請求項１から４
のいずれかに記載されたセンサ装置において「それぞれ
別の受光セルが接続される複数の検査用スイッチが配置
され、前記複数の検査用スイッチは、それぞれに設けら
れた制御電極に供給される信号によって同時に開閉され
る」ことを特徴とする。

【００１６】この請求項においては、複数の検査用スイ
ッチが準備され、各受光セルを順に（接続せず）（２個
の受光セルを接続）（３個の受光セルを接続）（接続せ
ず）…のように検査用スイッチによって受光セルの組み
合わせの数に変化を加える。そして、複数の検査用スイ
ッチを同時にオンにして各受光セルから順に信号を導き
外部に出力し、次の受光セルから再度信号を導き外部に
出力する。

【００１７】このような構成により、選択回路から出力
される信号は一定レベルではなく、特定の周期でもって
変化する。この変化の状態を観察することにより、検査
用スイッチをオフしたときの出力を計測しなくても選択
回路が正しく動作するか否かを確実に確認することがで
きる。請求項６は請求項１から５のいずれかに記載され
たセンサ装置において「前記センサ装置は、前記複数の
受光セルがライン状に配置されたラインセンサである」
ことを特徴とする。この態様では、前記センサ装置は、
前記複数の受光セルがライン状に配置されたラインセン
サによって構成する。

【００１８】センサ装置がラインセンサである場合は、
簡単な回路構成によって、選択回路および受光セルを含
む回路の動作を的確に検査することが可能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施
形態に係わるセンサ装置としてのラインセンサの構成を
示すブロック回路図である。図１において、ラインセン
サ１２は、フォトダイオード（受光セル）１、２、…、
６が１次元に配列され、各フォトダイオードの一端には
選択回路であるシフトレジスタＳＲが接続されている。
シフトレジスタＳＲは、外部からの信号Ｄataによっ
て、いづれかのフォトダイオードの出力を選択し、外部
からの信号Ｓｔによって、出力端子７にフォトダイオー
ドからの信号を導き外部に出力するようになっている。

【００２０】フォトダイオード１以外のフォトダイオー
ド２、３、…、６の他端には、検査用スイッチ８、９、
１０が接続される。検査用スイッチ８は、フォトダイオ
ード２、３の二つのフォトダイオードを接続し、検査用
スイッチ９、１０は、フォトダイオード４〜６を接続す
るようになっている。本実施形態に於いて、これらの検
査用スイッチは、ＭＯＳトランジスタを使用した。各々
のゲート電極（制御電極）は、共通接続されて制御端子
１１より制御信号ＴＥＳが導かれる。この制御信号ＴＥ
Ｓにより、各検査用スイッチ８、９、１０は同時にオン
されるようになっている。

【００２１】シフトレジスタＳＲが正しく動作するか否
かの検査は、検査用スイッチ８、９、１０をオンして行
われる。換言すれば、制御端子１１に制御信号が印加さ
れず、即ち各検査用スイッチ８、９、１０がオンにされ
ないと、本センサ装置は通常のラインセンサとしての動
作を行うことになる。検査時において、まず、均一な光
をラインセンサの各フォトダイオードに照射する。各フ
ォトダイオードはそれぞれ同じ受光面積を有しており、
同一量の信号が発生する。ここで、制御端子１１から各
検査用スイッチをオンにする電圧が印加されると、各検
査用スイッチはオンとなり、フォトダイオード２とフォ
トダイオード３が、また、フォトダイオード４とフォト
ダイオード５及びフォトダイオード６が接続される。フ
ォトダイオード２、３は、検査用スイッチ８がオンされ
る前に比べて、それぞれ２倍の信号を出力する。同様に
フォトダイオード４、５、６は、検査用スイッチ９、１
０がオンされる前に比べて、それぞれ３倍の信号を出力
する。

【００２２】この状態でシフトレジスタＳＲを動作させ
る。即ち、まず、信号Ｄataによって、フォトダイオー
ド１の出力を選択し、外部からの信号Ｓｔによって、端
子７にフォトダイオード１からの信号を導き外部に出力
する。一つのフォトダイオードの出力をＡとすれば、こ
のときに外部に出力される信号はＡとなる。次に、信号
Ｄataによって、フォトダイオード２の出力を選択し、
外部からの信号Ｓｔによって、端子７にフォトダイオー
ド２からの信号を導き外部に出力する。このときに外部
に出力される信号は、２Ａとなる。同様に、フォトダイ
オード３が選択されたときに出力される信号も２Ａとな
る。

【００２３】次に、信号Ｄataによって、フォトダイオ
ード４の出力を選択し、外部からの信号Ｓｔによって、
端子７にフォトダイオード４からの信号を導き外部に出
力する。このときに外部に出力される信号は、３Ａとな
る。同様に、フォトダイオード５、６が選択されたとき
に出力される信号も３Ａとなる。このように、検査用ス
イッチ８、９、１０がオンされたときに端子７から出力
される信号は、シフトレジスタが正常であるならば、
Ａ，２Ａ，２Ａ，３Ａ，３Ａ，３Ａとなる。換言すれ
ば、検査用スイッチは、フォトダイオードの信号出力に
強制的出力差を生じさせる作用を有するものである。こ
の結果、選択回路であるシフトレジスタＳＲが正常に選
択切換動作をしているか、及び、選択されたフォトダイ
オードの信号を正常に端子７へ転送動作をしているかを
確実に確認することができる。

【００２４】なお、本実施形態においては、各フォトダ
イオードを順に（接続せず）（２個のフォトダイオード
を接続）（３個のフォトダイオードを接続）とした。こ
のような構成により、シフトレジスタＳＲから出力され
る信号は一定レベルではなく、前記のように、Ａ，２
Ａ，３Ａの信号が出力される。このため検査用スイッチ
をオフしたときの出力を計測しなくてもシフトレジスタ
が正しく動作するか否かを確実に確認することができ
る。

【００２５】しかし、本発明はこれに限られるものでは
ない。例えば、フォトダイオード１と２、フォトダイオ
ード３と４、フォトダイオード５と６を接続する検査用
スイッチを準備して、二個ずつペアに接続してもよい。
この構成の場合、検査用スイッチをオンすると、二つの
フォトダイオードが接続される。この状態で信号を出力
すると、受光面積が２倍になったような信号が出力され
る。検査する際に本発明の検査用スイッチをオンして信
号を出力させ、さらに検査用スイッチをオフして信号を
出力すれば、信号出力に強制的に差が生じてシフトレジ
スタが正しく動作するか否かを確実に確認することがで
きる。

【００２６】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係わるライ
ンセンサの構成を示す。図２において、ラインセンサ２
０は、隣接する２つのフォトダイオード１−Ｘ，１−Ｙ
等を１組とする複数組のフォトダイオード群が１次元に
配列されて構成されている。各組のフォトダイオードの
一端は、それぞれ１つのマルチプレクサｍ１〜ｍｎ（第
１の選択回路）が接続され、外部からの切換信号ＳＷに
よって、各組のいづれかのフォトダイオードの出力が選
択出力される。

【００２７】例えば、シフトレジスタＳＲ（第２の選択
回路）からの制御信号Ｓ１〜Ｓｎの内「ハイ」になって
いる信号Ｓｉに接続されたマルチプレクサにおいて、切
換信号ＳＷが「ハイ」であれば、対応する組のフォトダ
イオードのうちの図上左側に位置するＸ系列のフォトダ
イオード、すなわちフォトダイオードＸｉが選択され
る。このとき、切換信号ＳＷが「ロー」であれば、対応
する組のフォトダイオードのうちの図上右側に位置する
Ｙ系列のフォトダイオード、すなわちフォトダイオード
Ｙｉが選択される。このようにして選択されたフォトダ
イオードの出力が端子２２から出力信号ＯＵＴとして外
部に出力される。これらの選択回路の選択により、図５
で既に示したように、エンコードパターンとの位置関係
が適切になり、エンコードパターンを確実に検出するこ
とができる。

【００２８】なお、シフトレジスタＳＲは、外部からの
信号ＳｔによってシフトデータＤateを順次シフトして
出力制御信号Ｓ１〜Ｓｎを順次「ハイ」にして出力す
る。Ｙ系列のフォトダイオードの他端には検査用スイッ
チ２３−１，２３−２、…、２３−ｎが接続され、Ｙ系
列のフォトダイオードは、２つで一組となるように接続
できるようになっている。即ち、検査用スイッチ２３−
１は、フォトダイオード１−Ｙ、２−Ｙの二つのフォト
ダイオードを接続し、検査用スイッチ２３−２（図示せ
ず）は、フォトダイオード３−Ｙ、４−Ｙを接続するよ
うになっている。本実施形態に於いて、これらの検査用
スイッチは、ＭＯＳトランジスタを使用した。各々のゲ
ート電極（制御電極）は、共通接続されて制御端子２１
より制御信号ＴＥＳが導かれる。この制御信号ＴＥＳに
より、各検査用スイッチ２３−１，２３−２、…、２３
−ｎは同時にオンされるようになっている。

【００２９】シフトレジスタＳＲが正しく動作するか否
かの検査は、検査用スイッチ２３−１，２３−２、…、
２３−ｎをオンして行われる。換言すれば、制御端子２
１に制御信号が印加されず、即ち各検査用スイッチ２３
−１、２３−２、…、２３−ｎがオンにされないと、本
センサ装置は通常のラインセンサとしての動作を行うこ
とになる。

【００３０】検査時において、まず、均一な光をライン
センサの各フォトダイオードに照射する。各フォトダイ
オードはそれぞれ同じ受光面積を有しており、同一量の
信号が発生する。ここで、制御端子２１から各検査用ス
イッチをオンにする電圧が印加されると、各検査用スイ
ッチはオンとなり、１−Ｙと２−Ｙのフォトダイオー
ド、３−Ｙと４−Ｙのフォトダイオード、…がそれぞれ
接続される。そして、Ｙ系列のフォトダイオードは、Ｘ
系列のフォトダイオードに比べて２倍の信号を出力す
る。よって、Ｘ系列のフォトダイオードの出力をＡとす
れば、Ｙ系列のフォトダイオードの出力は２Ａとなる。

【００３１】この状態でマルチプレクサ及びシフトレジ
スタＳＲを動作させる。このとき、マルチプレクサｍ１
〜ｍｎがＸ系列のフォトダイオードを選択すると出力端
子２２からはＡの信号が主力され、Ｙ系列のフォトダイ
オードを選択すると２Ａの信号が出力される。この結
果、マルチプレクサｍ１〜ｍｎ及びシフトレジスタＳＲ
が正常に選択切換動作をしているか否かを確実に確認す
ることができる。

【００３２】図３は、上記各センサ装置の受光セルとし
て使用されるフォトダイオードの一例を示す断面図であ
る。上記各センサ装置では、各フォトダイオードは通常
動作では、光検出動作を行う。このため、図３で示すフ
ォトダイオードの端子Ｔａ，Ｔｂには、常に逆バイアス
の電圧、すなわちｎ＋拡散層からｐ＋拡散層にかけて正
の電圧が印加され、入射光がｐ＋拡散層に照射されるこ
とにより、入射光の光量に応じた電流が流れ、この電流
を電圧信号に変換することにより出力電圧が得られる。

【００３３】なお、センサ装置のフォトダイオードの光
信号電流を出力電圧に変換するためには、例えば図４の
Ｉ−Ｖ変換回路が使用される。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ラインセンサまたはエリアセンサのような複数の
受光セルを有するセンサ装置において、検査する際に検
査用スイッチをオンすることによって、複数の受光セル
の出力を合算して出力すれば、合算しない受光セル又は
合算する前の信号出力と強制的に差が生じて選択回路が
正しく動作するか否かを確実に確認することができる。

【００３５】従って、本発明のセンサ装置は、選択回路
の検査を簡単な回路の追加で容易かつ確実に行なうこと
が可能になり、このため信頼性の向上や低コスト化など
の効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わるセンサ装置と
してのラインセンサの構成を示すブロック回路図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施形態に係わるセンサ装置と
してのラインセンサの構成を示すブロック回路図であ
る。

【図３】受光セルとして使用可能なフォトダイオードの
構成例を示す断面図である。

【図４】フォトダイオードの光電流を出力電圧に変換す
るＩ−Ｖ変換回路の一例を示す電気回路図である。

【図５】ラインセンサによるエンコードパターンを検出
要領を示す説明図である。

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６ フォトダイオード ７、２２ 出力端子 ８、９、１０、２３−１、…、２３−ｎ 検査用スイッ
チ １１、２１ 制御端子 １２、２０ センサ装置 ｍ１〜ｍｎ マルチプレクサ ＳＲ シフトレジスタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する光によって光電変換する複数の
   受光セルと、 前記受光セルを選択して当該受光セルから信号を受け取
   って順次外部に出力する選択回路と、 複数の前記受光セルを接続して、当該複数の受光セルの
   信号が加算される検査用スイッチとを有することを特徴
   とするセンサ装置。
2. 【請求項２】 前記検査用スイッチは、受光セルの信号
   出力に強制的出力差を生じさせ当該センサ装置の動作を
   検査することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装
   置。
3. 【請求項３】 複数の系列による受光セルを１組とした
   複数組の受光セル群と、 該複数組の受光セル群のそれぞれから所望の受光セルの
   出力を選択する第１の選択回路と、 前記複数組の受光セル群の内から特定の組の受光セル群
   を選択する第２の選択回路と、 一端が一つの受光セルと接続され、他端が当該一つの受
   光セルとは別の受光セルであって且つ前記一つの受光セ
   ルと同じ系列である受光セルに接続される検査用スイッ
   チとを具備したことを特徴とするセンサ装置。
4. 【請求項４】 ＸおよびＹの２系列の受光セルを１組と
   した複数組の受光セル群と、 該複数組の受光セル群のそれぞれからＸまたはＹの受光
   セルの出力を選択するマルチプレクサからなる第１の選
   択回路と、前記複数組の受光セル群の内から特定の組の
   受光セル群を選択するシフトレジスタからなる第２の選
   択回路とを備えたラインセンサであって、 一端が一つの受光セルに接続され、他端が前記一つの受
   光セルと同じ系列であり且つ前記一つの受光セルとは別
   の受光セルに接続され、前記受光セルの信号出力に強制
   的出力差を生じさせ当該センサ装置の動作を検査するた
   めの検査用スイッチとを具備したことを特徴とするセン
   サ装置。
5. 【請求項５】 それぞれ別の受光セルが接続される複数
   の検査用スイッチが配置され、前記複数の検査用スイッ
   チは、それぞれに設けられた制御電極に供給される信号
   によって同時に開閉されることを特徴とする請求項１か
   ら４のいずれかに記載されたセンサ装置。
6. 【請求項６】 前記センサ装置は、前記複数の受光セル
   がライン状に配置されたラインセンサであることを特徴
   とする請求項１から５のいずれかに記載されたセンサ装
   置。