JPS5935281A

JPS5935281A - 光学式読取り装置

Info

Publication number: JPS5935281A
Application number: JP57146545A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Yamaguchi; 山口　和文; Takahiko Murata; 隆彦村田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1984-02-25
Also published as: JPH0449152B2

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ンピュータを始めとする情報処理機器の進展に伴って
、その入力装置としてのセンサの重要性は高まっている
。本発明はＩＣ化回路技術を駆使して情報を光学的に高
速かつ高精度で読取ることを可能にした光学式読取り装
置に関する。

従来例の構成とその問題点従来の光学式読取り装置としては、まず、シリコンビジ
コン、ＭＯＳターゲットビジコン等を挙げることができ
、これらは順次読出しのためのアクセス機能が電子ビー
ムの偏向によって行っているため、容易かつ高解像度で
行える長所があるが、全固体化でないため、小型化、低
消費電力化等に難点がある。

一方、全固体化光学式読取り装置としては、フォトダイ
オードアレイまたはマトリクス、フォトトランジスタア
レイまたはマトリクス、光導電体アレイまたはマトリク
ス、ＣＣＤアレイまたはマトリクス等があ之。順次、情
報を読取るためには、各アレイまたはマトリクス中のセ
ンサをアクセスする機能が必要となる。センサ群とスキ
ャンニング機能部を別々の部品として実装した場合、高
解像の装置では、特に相互の結線が複雑になる。そのた
め、センサ群とスキマンニング部を一体化してシリコン
チップ上に形成させた光学式読取り装置としては、ＭＯ
８形固体光学的読取り装置、ＣＣＩＤ（チャージ・カッ
プル・イメージ・デバイス）およびＢＢＩＤ　（パケッ
ト・ブリゲ′−ド・イメージ・デバイス）等がある。こ
れらはＭＯ５集積回路技術をベースとした光センサ部お
よびスキャンニング部からなり、高解像度ではあるが、
読取り速度が遅くコントラストが大きく取れないという
難点がある。

発明の目的本発明はセンサ部とスキャンニング部を同一チップ上に
形成することができ、かつ前記のＭＯ３形素子、ＣＣＩ
Ｄ　、　ＢＢＩＤ等の難点を除去した、高速、高解像度
でリニアリティの良好な光学式読取り装置を提供するこ
とを目的とし、主としてバイポーラ形集積回路技術をベ
ースとしている。イメージセンサのように、多数のフォ
トダイオードまたはフォトトランジスタが配列されてい
て、ある特定の素子の読取り時間が全走査時間に比べて
十分小さい場合、電荷蓄積モードで動作させることによ
って感度全大幅に向上できることは周知である。

電荷蓄積モードにおいて、電荷はフォトダイオードの場
合には逆方向接合容量に、フォトトランジスタｂ場合に
は、ベース・コレクタ逆方向接合容量に蓄積される。動
作のタイミングは光電流を時間に対して積分する期間（
非アクセス時）と読取り時間（アクセス時〕に分けられ
る。アクセス時に接合容量が充電され、非アクセス時に
は光電流によって充電電荷が放電され、次のアクセス時
において、その充電電荷量または充電電流のピーク値を
検知することによって光比例信号を得るものであり、積
分時間が長ければ感度が大幅に向上する。読取り速度の
律速はアクセス用のクロックパルスの最大可能周波数で
決まる。本発明は電荷蓄積モードで動作するフォトダイ
オードまたはフォトトランジスタを高速でアクセスする
ことを可能にする駆動回路に関するものである。高速化
のために、マルチスレシホールド論理回路および電流切
換え回路を使っている。そのために、アクセスのための
論理回路はすべて非飽和形として動作するため、アクセ
ス用のクロックパルスの周波数は１０ＭＨｚ以上でも誤
りなく読取ることが可能である。

発明の構成上記目的を達成するため、本発明の光学式読取り装置は
、外部からの入力選択信号を相補出力のマルチスレシホ
ールド論理信号に変換するマルチスレシホールド信号発
生回路と、定電流源と、カスケート接続されると共に前
記マルチスレシホールド論理信号を受けて複数個の光検
知系子の所定゛のものをアクセスする電流切換え回路と
を受け、アクセスされた前記光電変換素子の光比例信号
を順次読出す構成である。

実施例の説明以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明れを相補
出力（２）のマルチスレシホールド論理に変換する回路
である。定電流回路（３）からの電流が、電流切換え回
路を構成するトランジスタ対（４）　、（５）、（６）
によってロジック基準電圧端子ｖｔｈを入力選択信号（
１）との比較の結果に従って、トランジスタ（４ａ）ま
たは（４ｂ）側、（５ａ）または（５ｂ）側、（６ａ）
または（６ｂ）側に切換えられ、夫々の電流によって、
抵抗対（７）、（８）、（９）により相補的な８ビツト
の電圧が発生させられる。ダイオード列（１０，）はΦ
側室源αηから適当な電圧レベルシフトを得るためのも
のであり、これによって、前記相補水力に接続されるカ
スケード型電流回路を駆動するためのバイアス電圧が決
められる。なお、この電圧レベルシフト力端子（ｌａ　
）に“Ｈ″レベル信号が入力された時、相補出力（２）
のＡは“Ｈ”、Ｘは°゛Ｌ”になる。この論理振幅は前
記抵抗対（７）の値および定電流回路（３）の電流値で
決められる。トランジスタ対（４）　、（５）、（６）
は非飽和状態で動作するため、極めて高速となる。

第１図は８ビツトの場合であるが、これは同様の繰り返
しで更にビット数の多い場合へ拡張できる。

第２図は前記のマルチスレシホールド論理信号を入力端
子（ロ）に受けて、定電流源轡を所望のフォトダイオー
ド（２８ａ）〜（２８ｈ）　　（フォトトランジスタ〕
に導き、このフォトダイオード（２８ａ）〜（２８ｈ）
をアクセスするための回路であって、カスケード接続し
た電流切換え回路からなる。トランジスタ対（ロ）、（
至）、（至）、・・・、…は夫々のトランジスタ対のエ
ミッタ対に流れる電流を１理信号に従って切換えるため
の電流切換え回路を構成する、抵抗（２２ａ）〜（２２
ｈ）はトランジスタ対αη〜（転）のうちの通電状態に
あるトランジスタを検出する負荷抵抗である。

トランジスタ対ａ”ｈ、ＰＮＰ　）ランジスタ（２１ａ
）（２１ｂ）、負荷抵抗（２２ａ）（２２ｂ）およびフ
ォトトランジスタ（２８ａ）（２８ｂ）の場合を例に挙
げて説明すると、トランジスタ対ａ’ｔｔのトランジス
タのうち、ＰＮＰ　）ランジスタ（２１ａ）側のトラン
ジスタが通電状態にあれば、そのトランジスタのコレク
タ電圧が低下して、ＰＮＰ　）ランジスタ（２１ａ）が
ＯＮ状態となり、フォトトランジスタ（２８ａ　）に照
射光の強度に比例した充電電流が流れて読取り期間〔ア
クセス期間つとなる。これによって、充電電流に比例し
た出力がＶｏｕｔに得られる。トランジスタ対αηのう
ちの通電状態にないＰＮＰ　）ランジスタ（２１ｂ）側
のトランジスタのコレクタ電位はＶｃｃ　（Φ側電源電
圧）近傍の電圧となり、そこに接続したＰＮＰ　）ラン
ジスタ（２１ｂ）がＯＦＦ状態になり、フォトダイオー
ド（２８ｂ）はフローティング状態となり、積分期間（
非アクセス期間）となる。トランジスタ対に）〜（ホ）
の場合も同様である。また、入力端子（イ）の論理振幅
は０．６ボルトあれば充分に電流切換え回路を駆動でき
る。

従って本回路によれば、寄生容量に基づくアクセス時間
の遅れを最少限にすることができること、およびトラン
ジスタは非飽和状態で動、作すること等によって、高速
読取りが可能となる。

第８図はカスケード形電流切換え回路の他の実施例であ
って、仁の場合、電流切換え回路はＰＮＰトランジスタ
対で構成し、そのコレクタ電流で直接フォトダイオード
を駆動している。定電流源（ホ）からの電流がマルチス
レシホールド信号を入力端子（財）に受け、カスケード
形に接続した電流切換え回路として動作するトランジス
タ対＠＠、Ｃ４、ＯＤ。

に）、（至）、（財）によって、ある選択された枝路（
トランジスタのコレクタ）に流れる。トランジスタ対（
ロ）、に）、に）、（ロ）の各トランジスタの夫々コレ
クタにはダイオードアレイに）およびフォトダイオード
（至）を付け、フォトダイオード（至）のカソード側電
極は共通に接続して、ｖｏｕｔ　とグランド端子（２）
の間は共通の負荷抵抗−を接続する。読取り出力はＶｏ
ｕ　ｔから得られる。電流が流れているフォトダイオー
ドは読取り状態にあり、電流の流れていないフォトダイ
オードは積分状態にある。順次、電流の流れる枝路をス
キャンニングすることにより、順次、−次元の情報を読
取ることができる。

以上の各実施例では２３−８個のフォトダイオードアレ
イをアクセスする場合について説明したが、２ｎ個のフ
ォトダイオードをアクセスする場合には、第１図のマル
チスレシホールド論理回路をｎビット形に拡張し、第２
図または第８図のカスケード形電流切換え回路をｎ段に
拡張することによって実現できる。なお、本発明の回路
は電流源を分割する形で動作するため、バイポーラトラ
ン、ジスタが使用されているにもかかわらず、消費電力
を小さくできるという特徴を有している。

第４図は本発明による光学式読取り装置のブロック図で
ある。本装置はマルチスレシホールド信号発生回路に）
によって、入力選択信号をマルチスレシホールドの相補
型信号に変換し、この信号を電流切換え回路θ■に入力
し、フォトダイオードまたはフォトトランジスタアレイ
に）中のある特定のフォトダイオードまたはフォトトラ
ンジスタのみを充電状態にし、それによって時間によっ
て積分された光比例信号を負荷抵抗的の両端から取出す
ものである。以上の説明は光検知素子としてフォトダイ
・／１′で・ドタを使った場合について行ったが、２極
のフォトトランジスタについても全く同様に接続して使
用することが可能である。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高速
、高解像度でリニアリティの良好な光学式読取り装置を
実現し得るものである。また、通常のバイポーラプロセ
スによって、全機能をシリコンチップ上に形成すること
が可能である。従って、本発明は情報処理機器の入力装
置として極めて有用であり、その産業上の効果は大なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図はマ
ルチスレシホールド信号発生回路の構成図、第２図は電
流切換え回路の構成図、第８図は電流切換え回路の他の
実施例の構成図、第４図は本発明による光学式読取り装
置の全体のブロック図である。（１）−°・選択信号入力端子、

【２】・・・マルチス
レシホールド信号出力端子、（３〕・・・定電流回路、
（４Ｊ　（５）　（ａ）・・・電流切換え用トランジス
タ対、（７）　（８）　（９Ｊ・・−抵抗Ｈ１ａｎ・・
・レベルシフト用ダイオード列、（ロ）・・・入力端子
、四・・・定電流回路、圓（ト）ＣＩＩ　Ｑη（ト）ａ
ｅ四・・・電流切換え用トランジスタ対、（２１ａ）〜
（２１ｈ）−・・スイッチ用トランジスタ、四・・・負
荷抵抗、（２Ｂａ　）〜（２２１ｈ）・・・フォトダイ
オード、に）・・・マルチスレシホールド信号発生回路
、（ロ）・・・電流切換え回路、に）・・−フォトダイ
オードまたはフォトトランジスタアレイ、■・・・負荷
抵抗、−・・・出力信号端子代理人　森本義弘第ｆ因ｌ

Claims

【特許請求の範囲】１、外部からの入力選択信号を相補出力のマルチスレシ
ホールド論理信号に変換するマルチスレシホールド信号
発生回路と、定電流源と、カスケード接続されると共に
前記マルチスレシホールド論理信号を受けて複数個の光
検知素子の所定のものをアクセスする電流切換え回路と
を設け、アクセスされた前記光電変換素子の光比例信号
を順次読出すよう構成した光学式読取り装置。２、　マルチスレシホールード信号発生回路を、エミッ
タに定電流源を接続したトランジスタ差動対と、このト
ランジスタ差動対の各トランジスタに接続されたコレク
タ抵抗と、このコレクタ抵抗に印加する電圧を決定する
レベルシフト用ダイオード列とを有し、前記トランジス
タ差動対のコレクタから相補型のマルチスレシホールド
論理信号を取出すように構成した特許請求の範囲第１項
記載の光学式読取り装置。８、　マルチスレシホールド信号発生回路を、エミッタ
に定電流源を接続したトランジスタ差動対と、このトラ
ンジスタ差動対の各トランジスタに接続されたコレクタ
抵抗と、このコレクタ抵抗に印加する電圧を決定するレ
ベルシフト用抵抗とを有し、トランジスタ差動対のコレ
クタから相補型のマルチスレシホール°　ド論理信号を
取出すように構成した特許請求の範囲第１項記載の光学
式読取り装置。４、　電流切換え回路を、カスケードに接続されたＮＰ
Ｎ　）ランジスタ差動対と、前記カスケード回路に直列
に介装された負荷抵抗と、この負荷抵抗上の電流をセン
スするＰＮＰ　）−ランジスタとで構成し、前記ＰＮＰ
　）ランジスタに逆極性で接続されたフォトダイオード
またはフォトトランジスタをアクセス状態と非アクセス
状態に切換えるよう構成した特許請求の範間第１項記載
の光学式読取り装置。５．電流切換え回路を、カスケードに接続されたＰＮＰ
　）ランジスタ差動対とし、このカスケード回路に前記
ＰＮＰ　）ランジスタ差動対とは逆極性に接続されたフ
ォトダイオードまたはフォトトランジスタをアクセス状
態と非アクセス状態に切換える特許請求の範囲第１項記
載の光学式読取り装置。