JPS6069969A

JPS6069969A - イメ−ジセンサ

Info

Publication number: JPS6069969A
Application number: JP58177378A
Authority: JP
Inventors: Kohei Suzuki; 公平鈴木; Tamio Saito; 斉藤　民雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1983-09-26
Publication date: 1985-04-20

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】［弁明の技術分野］この発明は、光電変換素子アレイを用いて原稿等の画像
面上の画像を電気信号として読取るイメージセンタに関
する。

［発明の技１４．ｉ的背川とその問題点］この種のイメ
ージセンタノは、基本的に第１図に示づように構成され
ている。すなわち、Ｄ１〜Ｄ１）はフォトダイオードあ
るいは非晶質また多結晶質膜等からなる電荷蓄積型の光
電変換素子（以下）Ａトタイオードという）であり、通
常、−列に配列されている。これらの、フォトダイオー
ドＤ１〜ＤＯは画像面からの大剣光量（）第１〜ン数）
に対応した電荷を発生して容ＪＩｆｉＣ１〜Ｃｎ　（電
極間容量、接合容量、配線浮遊容量等）に蓄、積するも
ので、その各一端は電源Ｅに接続され、各他端はＭＯ８
−ＦＥＴのようなスイッチング素子群８１〜３　ｎにそ
れぞれ接続されている。スイッチング素子群８１〜Ｓ　
１１はシフトレジスタＳＲにより順次駆動され、容量Ｃ
１〜Ｏｎに蓄積されている電荷信号を読出す。−リ゛な
わち、スイッチング素子群８１〜３ｎが順次オン状態と
なり、１ラインの読取りが終了した後再ひＡン状態どな
るまでの時間、光電変換素子群Ｄ１〜［）ｎの発生電荷
を容量Ｃ１〜Ｃｎに蓄積し、その蓄積電荷をスイッチン
グ素子群８１〜Ｓ　ｎのうらの対応するスイッチング素
子が再度Ａン状態になった時に読出ザのである。

そして、この読出し電荷が検出回路ＤＥ下を介して読み
取り出力として取出される。

しかしながら、この構成ではスイッチング素子群８１〜
３ｎのスイッチングノイズが読取り出力に重畳−すると
いう問題があった。このスイッチングノイズの電荷は、
第２図に示すＪ：うに１つのスイッチング素子（ＭＯＳ
　−Ｆ　Ｅ下）のソース・ゲート間容量をＣｓｇ、Ｆレ
イン・ゲート間容吊をＣｄ（］とし、グー１〜電圧をＶ
ＯとしてＱｎｏｉｓｅ　＝　（Ｃ３（ＩトＣｄ！Ｊ）Ｖ
ｇで近似される。このノイズ電荷か本来の人Ｑ・１光量
に応じた電荷（以下、信号型部という）より太きいと、
信号電荷の胱出しは不可能どなる。

［発明の目的］この発明の目的は、信号読出し用のスッヂング素子のス
イッチングノイズを確実に除去してＳ／間の良好な画像
読取り出力が得られるようにしたイメージセンイノを提
供づることにある。

この発明の他の目的は、信号読出し回路を複数個の集積
回路素子で構成した場合に各集積回路素子間でのオフセ
ット電圧のバラツキを少なくし、ｔｕ　Ｗ型イメージセ
ンリ＝のような長尺のイメージセンタにおいても高品質
の画像読取り出力が得られるＪζうにしたイメージセン
サを提供づることにある。

［発明の概要］この発明は、読取るべき画像面からの入射光を電気信号
に変換する複数個の光電変換素子と、これらの光電変換
素子にそれぞれ接続された前置増幅器と、これらの前置
増幅器の出力）３号を順次選択して読出づ゛第１のスイ
ッチング素子ｌ！Ｙど、これら第１のスイッチング素子
群ににつて読出された信号を順次一時記憶り−る記憶手
段と、この記憶手段か第１のスイッチング素子により読
出された信号を記憶した後に対応する前置増幅器の入力
端電位を初期状態にリゼッ１〜乃るリレン１〜手段と、
このリセット手段のりレフ１〜動作後同じ前置増幅器の
出力を再び読出す第２のスイッチング素子群と、この第
２のスイッチング素子群によって読出された信号と記憶
手段の出力信号との差を検出して画像読取り出力を得る
手段どを（１＾えたことを特数としている。

すなわち、光電変換素子からの信号を読出ずためのスイ
ッチング素子群の前段に前置増幅器をそれぞれ設（プる
ことによって、スイッチングノイズが読取り出力に現わ
れるのを防止するとともに、前置増幅器の入力端電位を
リセッ１〜する前と後の前置増幅器の出力信号の差を検
出りることで画像読取り出力を得るようにしたものであ
る。

［発明の効果コこの発明によれば、スイッチングノイズは低インピータ
ンスである前置増幅器の出力に吸収されるため、画像読
取り出力にはほと／Ｖど現われなくなる。

また、前置増幅器の入力端電位をリセッｌ−ｆｆる前と
後の出力信号の差をとることによって、信号成分のみが
検出され前置増幅器等のオフセラ１〜電圧力はキＡ７ン
セルされるので、例えば前置増幅器と第１．第２のスイ
ッチング素子群およびリセツ１〜手段ならびにこれらの
駆動手段を所定数個ずつまとめて同一の集積回路素子上
に形成した場合【こ各集積回路素子間でオフセット電圧
のバラツキがあっても、このＡフセツト電圧のバラツキ
の影響が画像読取り出力に現われることもない。

従って、光電変換素子の出力信号レベルが微小でもＳ／
Ｎが良好ひ、しかも直流分の均一な高品質の画１９読取
り出力を得ることが可能である。

［発明の実施例Ｊ第３図はこの発明の一実施例のイメージセン１すの回路
構成図である。

図において、光電変換素子Ｄ１〜Ｑｎの各一端は駆動電
源Ｅに接続され、各他端【ま前置増幅器Ａ１−八〇に接
続されている。前置増幅器Ａ１〜Ａ１１はこの例では高
入力インピータンス、低出力インピーダンスの差動増幅
器であり、その非反転）（万端に光電変換素子Ｄ１〜［
〕１）の出力信号か人力され、また反転入力端は出力端
と直結されている。

また前置増幅器Ａ１〜Ａｌｌの非反転入力端とアース間
には、リセツ１〜スーｒツチＳ１゛１〜３ｒ１１がそれ
ぞれ接続されている。

前置増幅器Ａ１〜Ａ　１１の出力端は第１および第２の
スイッチング素子群３１１〜Ｓ１＋＋、３２１〜５２１
１に接続されている。ここでリセットスイッチ３ｒｌ〜
３ｒ１５よび第１．第２のスイッチング素子１！ｌ’　
３１１〜５１１１．８２１〜Ｓ２【１はシフ１−レジス
タＳＲ（ＳＲ１、ＳＲＩ　−〜ＳＲｍ　、ＳＲｍ−ンに
よッテ駆動される。なおＳＲＩ〜Ｓ　Ｆ（ｍはＩＩ／Ｉ
ＩＩ段のシフ１〜レジスタであり、ＳＲＩ　−〜３　Ｒ
ｎｌ　−は１段のシフ１−レジスタである。

第１のスイッチング素子群３１１〜Ｓ１［１は第１の共
通出力線し１に接続され、第２のスイッチング素子群３
２１〜５２１１は第２の共通出力線し２にそれぞれ接続
されている。そして第１の共通出力線Ｌ１は記憶手段と
してのサンプルホール１〜回路Ｓ、・′Ｈを介して差動
増幅器ＡＯの非反転入力端に、また第２の共通出力線Ｌ
２は差動増幅器Ａｏの反転入力ｐ？ｌにそれぞれ接続さ
れ、この差動増幅器ＡＯの出力信号が画１象読取り出力
として出力端子ＯＵＴに取出されるようになっている。

なお、この実施例にＪ３いては前置増幅器Ａ１〜Ａ１１
．リセッ１〜スッチ３　ｒｌ　〜３　ｒｎ、第１．第２
のスイッチング素子群ｓｋｉ〜Ｓｌｎ、Ｓ２１〜＄２１
１は「１Ｉｍ個ずつまとめられて、対応するシフ１〜レ
ジスタＳＲＩ　、ＳＲ１′〜ＳＲｎ＋　、ＳＲｍ−とと
もにｍｌ［ｐの集積回路素子ＩＣ１〜ＩＣＩＩＩ上に形
成されている。また、これらの集積回路素子ＩＣＩ〜Ｉ
Ｃ１ｎは好ましくは光電変換素子Ｄ１〜［）ｎと同一基
板上に配設される。集積回路素子ＩＣ１〜ＩＣ１１１内
にはさらに第１．第２の出力スイッチ８３１〜３３＋１
１，３４１〜３４ｍが設けられており、各集積回路素子
ＩＣ１〜Ｉ　Ｃｎｌ　Ｊ＝の第゛１．第２のスイッチン
グ素子群３１１〜３Ｉｎ、３２１〜５２１１はそれぞれ
これらの出力スイッチ３３１〜３３１１１．３４１〜３
４ｍを介して第１．第２の共通出力線Ｌ１　、Ｌ２に接
続されている。

次に、この実施例の具体的な動作を説明リ−る。

シフ１〜レジスタＳＲは１ラインの読取り毎にその初段
にデータパ１°′を入力され、これを転送りロックψｃ
ｋにより転送す゛ることににって第１のスイッチング素
子群３７１〜５１１１を順次駆動゛りるどとちに、第２
のスイッチング素子？！Ｉ′Ｓ２１〜３２１１Ｊ７　Ｊ
：ひリセッ１〜スイッチ３ｒｌ〜Ｓｒｎを第１のスイッ
チング素子群８１１〜５１１）より１り］］ツタ分位）
■をずらせて順次駆動する。

今、光電変換素子Ｄ１の出力信号を読出ず場合に注目す
ると、まず第１のスイッチング素子Ｓ１１がオンになる
ことによって、前置増幅器Ａ１て増幅された光電変換素
子Ｄ１の出力１５号がこのスイッチング素子Ｓ１１を介
して読出され、８Ｉうにこのときオンとなっている第１
の出力スイッチ８３１を介して第１の共通出力線し１上
に導かれて、リーンプルホールド回路Ｓ／ト１により記
憶保持される。

次にシフ１−レジスタＳＲが１段転送動作を１１なうと
、リセッ１〜スイッチＳｒ１がオンどなって前置増幅器
Ａ１の非反転入力端の電位がアース電位にすレッ１〜さ
れると同時に、第２のスイッチング素子３２１がオンど
なり、このときの前回増幅器Ａ１の出力信号がこのスイ
ッチング素子Ｓ２１を介して読出され、さらに同時にオ
ンとなっている第２の出カスイツヂＳ４１を介して第２
の共通出力線Ｌ２上に導かれ、差動増幅器ＡＯの反転入
力端に与えられる。この結果、差動増幅器ＡＣ＋の出力
にはザンブルボールド回路Ｓ／ト１に記憶保持されてい
た前回増幅器Ａ１のオフセット電圧力を含んだ信号と共
通出力線Ｌ２から与えられる前置増幅器Ａ１１のオフセ
ラ１−電圧力のみの信号との差信号、すなゎ１５前向増
幅器Ａ１によってスイッチングノイズが除去され、しか
も前置増幅器Ａ１のオフセット電圧が除去された信号が
画１象読取り出力として得られることになる。

光電変換素子Ｄ１に対応するりセラ［・スイッチＳｒ１
と第２のスイッチング素子Ｓ２１かオンになった時点で
は、同時に光電変換素子Ｄ２に対応する第１のスイッチ
ング素子Ｓ１２がオンとなっているが、次にシフトレジ
スタＳＲがさらに１段転送動作を行なうとリセットスイ
ッチＳ１・２と第２のスイッチング素子Ｓ２２がオンと
なることにより、同様に今度は光電変換素子Ｄ２の出ツ
ノ信号が、スイッチングノイズおにび前置増幅器△２の
オフレット電圧の除去された画像読取り出力として差動
増幅器ＡＯから得られる。以下同様にして、シフ１〜レ
ジスクＳＲの転送動作に同期してスイッチングノイズお
よびオフセラ１〜電圧の除去されたＳ　、／　Ｎの良い
、また直流分の変動のない高品質な画像読取り出力を１
ｑることかできる。

前置増幅器Ａ１〜ＡｎのＡ）Ｌツ１〜電圧は個々の集積
回路素子ＩＣ１〜ＩｃＩＩＩ内でのバラツキは比較的小
さいが、読取り速度を高速化するため光電変換素子Ｄ１
〜ｌ）　ｎの電荷蓄積時間を短くした場合等のように光
電変換素子Ｄ１〜ｌ）　ｎの出ツノ信号レベルが微小に
なると、このバラツキが無視できなくなってくる。しか
し上記のような構成とすれば、各集積回路素子ＩＣＩ〜
ｌＣｎ＋間での前置増幅器のオフセット電圧の大きなバ
ラツキばかりでなく、各集積回路素子ＩＣ１〜ＩＣｍ内
での微小なハラツギをも除去できるという利点がある。

以上説明したように、この発明によればスイッチングノ
イズａ３　Ｊ：びオフセラ１〜電圧が効果的に除去され
ることによって微小レベルでも高品質な画像読取り出力
を得ることができるので、光電変換素子の電極面（＾が
小さくともよく高解像度であっ−Ｃ１入射光但も少なく
て済み、また電荷蓄積時間か短くてよいため高速動作の
可能なイメージセンサ−を提供づることができる。また
光電変換素子をアモルファスシリ」ン股等で形成した場
合、イメージセンサ−の長尺化、大面積化が容易であり
、光応答速度ム速くできるので、特に密着型イメージヒ
ン１すに好適ひある。

この発明は上記実茄例に限定されるものではなく、例え
ばこの発明は電荷蓄積モードで動作するイメージセンナ
以外にも適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第′１図は電荷蓄積型イメージセンサの基本構成を示９
図、第２図はその問題点を説明するための等価回路図、
第３図はこの発明の一実施例に係ゎるイメージセンサの
回路構成図である。Ｄ１〜Ｑｎ・・・光電変換素子、Ａ１〜Ａｌｌ・・・前
置増幅器、Ｓ１１〜３１ｎ・・・第１のスイッチング素
子群、８２１〜Ｓ２＋１・・・第２のスイッチング素子
群、Ｓｒ１〜ｓｒｎ・・・リセットスイッチ、Ｌｌ、ｌ
ｊ・・・共通出力線、ＳＲ・・・シフ１〜し“ジスタ（
駆動手段）、ＩＣ１〜ＩＣｎ１・・・集積回路素子、Ｓ
３１〜５３１ｎ、Ｓ４１〜Ｓ４ｍ・・・出力スイッチ、
Ｓ／１」・・・サンプルホールド回路（記憶手段）、Ａ
Ｏ・・・差動増幅器。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）読取るべき画像面からの入射光を電気信号に変換
する複数個の光電変換素子と、これらの光電変換素子に
それぞれ接続された前置増幅器と、これらの前置増幅器
の出力信号を順次選択して読出す第１のスイッチング素
子群と、これら第１のスイッチング素子群によって読出
された信号を順次一時記憶する記憶手段ど、この記憶手
段が前記第１のスイッチング素子により読出された１を
号を記憶した後に対応する前記前置増幅器の入力端電位
を初期状態にリセットするリセット手段と、このリセッ
ト手段のリセッ１−動作後同じ前記前置増幅器の出力信
号を再び読出ず第２のスイッチング素子群と、この第２
のスイッチング素子群によって読出された信号と前記記
憶手段の出力信号との差を検出して画像読取り出力を得
る手段とを備えたことを特徴とづるイメージセンサ。
（２）光電変換素子は読取るべき画像面からの入射光量
に応じた電荷を蓄積するものであ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）前置増幅器と第１．第２のスイッチング素子群ど
リセット手段Ｊ３　にびこれら第１．第２のスイッチン
グ素子群とリセット手段を駆動する駆動手段が所定数個
ずつまとめられて同一の集積回路素子上に形成されてい
ることを特徴とする特工Ｔ請求の範囲第１項記載のイメ
ージセン（）。
（４）前置増幅器と第１．第２のスイッチング素子群と
リセット手段Ｊ７よびこれら第１．第２のスイッチング
素子群とリセット手段を駆動する駆動手段が所定数個ず
つまとめられ−Ｃ同一の集積回路素子上に形成されると
ともに、これらの集積回路素子と光電変換素子とが同一
基板上に配設されてい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。