JPS6126361A - イメ−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 情報処理機器の進展に伴なって、その入力装置としての
イメージセンサの重要性は高１っている０　゛本発明は
原稿情報を高速、高解像度で読み取ることを可能にした
バイポーラＩＣ技術によるリニアイメージセンサに関す
る。

従来例の構成とその問題点 集積回路技術を用い、Ｓｉ結晶上に形成させたイメージ
センサとしてはＣＯＤイメージセンサ。

ＭＯＳイメージセンサがある。一般に、イメージセンサ
は俤数個の光検出素子と走査回路からなシ、ＣＣＤイメ
ージセンサは検出素子にフォトダイオード、走査回路に
ＣＯＤ　（電荷転送素子）を用い、ＭＯＳイメージセン
サは検知素子にフォトダイオード、走査回路にＭＯＳ　
）ランジスタによるシフトレジスタを用いている。これ
らは共に、ＭＯ８集積回路技術をベースとした光センサ
部と走査回路部からなシ、高解像度ではあるが次のよう
な欠点もある。ＣＣＤイメージセンサの場合、元来、熱
的に非平衡状態にある電荷を信号媒体としているため、
高温では熱電荷による暗信号が大きくなり、使いにくい
。また、縮小結像して読み取る場合にはＣＯＤの電荷井
戸のサイズは小さく　（約７又は１４μｍ）高速走査が
可能であるが、等倍像で読取る場合、必要な電荷井戸の
サイズは大きく（ＳＯ〜１２５μｍ）走査速度が遅くな
る。従って、読取り速度が小さくなる。

一方、ＭＯＳイメージセンサの場合、やはり高解像度で
はあるが、走査速度はｋＯｓシフトレジスタの最高クロ
ック周波数に限界があるため小さく、かつ映像信号が小
さく、走査用デジタル信号の映像信号線への混入によっ
て、ＳＺＮ比が悪い０昨今、原稿読取りスキャナーの小
形化、高解像度化、調整の容易化のために、原稿の等倍
像を読取る密着型イメージセンサの開発が盛んである。

これには、検知素子のピッチは比較的大きい（例えば解
像度１６ドツ）７ｍｍでピッチ６２．５μｍ。

解像度８トノ）　／　ｍｍでピッチ１２５μｍ）が、原
稿の幅に相当する長尺イメージセンサが必要である。こ
れには、検知部を簿膜、長尺状で一体化しその周辺に駆
動用ＬＳＩチップを多数マウントしたアモルファスシリ
コンイメージセンサや、ＣＣＤイメージセンサを複数個
、千鳥状に基板上に配列させたＣＯＤマルチチップイメ
ージセンサ等がある。現状のアモルファスシリコンイメ
ージセンサは検知部と駆動部が別々のデバイスであるた
め相互の結線数が多く、信頼性にも問題があると考えら
れる。ＣＯＤマルチチップイメージセンサは千鳥状配列
のため、読出し後、ラインの再配列処理が必要なこと、
およびポテンシャル井戸が大きいため転送速度が低下す
ること、転送りロックラインを含め駆動回路の容量負荷
が大きくなるという欠点がある。

発明の目的 本発明はセンサ部と走査部を同一チップ上に形成するこ
とができ、高速、高感度、高解像度で原稿情報を読み取
ることができ、かつチップからの引出し端子の数（ポン
ディングパッドの数）を少なくしたイメージセンサを提
供することを特徴とする特に、複数個のイメージセンサ
チップを基板上に配列し、原稿情報の等倍像を読み取る
密着型イメージセンサに最適のイメージセンサを提供す
ることを目的とする。

発明の構成 本発明のイメージセンサはフォトトランジスタのアレイ
からなる検知素子部、樹状に接続した電流のスイッチ群
からなる複数個のデコーダ、デコーダに電流を供給する
スイッチ機能を付けた電流源、電流源からの電流を順次
オンまたはオフするための信号を発生させるシフトレジ
スタ、デコーダからの出力電流を検知して、その有無に
従ってフォトトランジスタへの充電電流をオンオたはオ
フさせるためのアクセス回路等か・ら構成される。

走査機能のためのデコーダ回路は複数個の樹状に接続し
た電流スイッチからなり、スイッチ動作させるのに必要
な走査用入力信号の振幅は０・５ｖ程度で小さく、スイ
ッチ機能のための各トランジスタは能動状態で動作する
ため高速走査が可能である。イメージセンサの場合、検
知素子のアレイの規模が犬きくな°っても、各読み取り
タイミングにおいて、−個の検知素子に充電電流を流せ
ばよく、そのために本発明の樹状に接続した電流スイッ
チ群からなるデコーダによる走査方法によれはアレイの
規模によらず消費電流を小さくすることができる。５１
２ドツトのアレイを備えたイメージセンサにおいて、各
デコーダが５人力３２出力タイプの場合、１６個のデコ
ーダと各々のデコーダへの電流源、電流源をオン、オフ
させるための１６段のシフトレジスタが必要となる０シ
フトレジスタの数はアレイの規模に比べて充分小さい０
走査機能に必要な選択入力信号のための端子数は７本（
デコーダ用・・・・・・５本、′シフトレジスタ用・・
・・・・２本）で充分である。

走査用入力信号の映像信号出力端子（フォトトランジス
タのアクセス端子と反対側の電極を共通に接続した端子
）への混入によるノイズを最小限に押えるため、電流ス
イッチは各走査ステップで走査用入力信号の変化ビット
数が１で動作するような結線になっている。つまり、隣
接のフォトトランジスタの走査に際し、１ビットのみが
変化する走査用入力信号で走査するデコード回路になっ
ている。

以上の説明は検知素子としてフォトトランジスタを用い
た場谷についてであったが、検知素子としてフォトダイ
オードを用いても、映像信号出力が低下することを除き
、同様の機能を果すことができる。

実施例の説明 本発明の内容を図面に従って説明する。第１図は本発明
によるイメージセンサのブロック図である。１は電流源
、２は電流源とデコーダ９の間に介在させた電流源スイ
ッチ、３は２の電流スイッチをコントロールするための
信号を発生させるシフトレジスタで、外部からのスター
ト信号（４はスタート信号入力端子）およびシフトクロ
ック信号（５はシフトクロック信号入力端子）を受けて
動作をする。６はロジック基準電圧の入力端子であるｏ
７は入力信号変換回路、８は選択入力信号の入力端子、
９は入力信号変換回路からの信号および電流源からの電
流を受けて動作をするデコーダ群である。１０はデコー
ダの出力端子で、各端子は電流スイッチアレイ１１の制
御端子に接続されている。電流スイッチアレイの各出力
はフォトトランジスタアレイ１２の各々アクセス端子に
接続され、フォトトランジスタの他方の電極はフォトト
ランジスタ間で共通に接続して映像信号出力端子１３を
形成する。

第２図は第１図を少し変更したものである。シフトレジ
スタとデコーダの間に介在させた電流スイッチの構成が
第１図のものと異なり、ロジック基準電圧入力端子６お
よびそのためのトランジスタがない、捷だ電流源の代り
に抵抗１４を使っている。

第３図は入力信号変換回路であって、選択入力信号を入
力端子１６に受けて、これを直流レベルの異なる相補信
号１７に変換する回路である。電流源１８ａ、１８ｂ、
１８Ｃからの電流が電流スイッチを構成するトランジス
タ対１９，２０，２１によって、選択入力信号を入力端
子１６に受けてロジンクスレシホールド電圧Ｖｔｈとの
比較に従って、トランジスタ１９２Ｌまたは１９ｂ側、
　　２０２Ｌ−ｉたは２Ｏｂ側、２１ｔ’ｊたは２Ｉｂ
側に切換えられる。電流スイッチの出力電流、抵抗対２
２う２３　＋　　２４　ｓ　直流レベル設定用トランジ
スタ２５゜２６．２７によって、変換信号出力端子１７
に直流レベルの異なる相補信号が得られる。

第４図は入力信号変換回路からの相補信号を入力端子２
８に受け、電流源スイッチからの出力電流を電流入力端
子２９に受けて、電流源スイッチで選択された電流を相
補信号によって選ばれた枝路へ導き、そこに接続された
フォトトランジスタをアクセスつやり読取状態にするデ
コーダ回路であって、樹状に接続した電流スイッチ群か
らなる。

トランジスタ対３０ｒ　　３１　＊　　３２，３３，３
４゜３５．３６は各々のトランジスタ対のエミッタに注
がれる電流を相補入力信号に従って切換えるための電流
スイッチとして接続され、電流モードで動作をするデコ
ーダ回路を構成する。シフトレジスタ３の出力信号によ
って選ばれた電流源からの電流が樹状に接続した電流ス
イッチにより、相補信号によって選ばれた一つの枝路へ
流れ、デコーダの出力端子に接続した負荷抵抗３７ａ、
３７ｂ。

３８ａ、３８ｂ、３９ａｌ　　３９ｂ、４０ａ、４０ｂ
のいずれかに電位差を発生させる。ＰＮＰ　トランジス
タ４’１　ａ、４１　ｂｔ　　４２ａ、４２ｂ、４３ａ
。

４３ｂ、４４１Ｌ、４４ｂは負荷抵抗の両端の電位差の
有無に従って、オンまたはオフするスイッチングトラン
ジスタであシ、その出力端子は各フォトトランジスタ４
５　ｉＬｙ　　４５　ｂ＋　　４６　ａｌ　　４６　ｂ
＋４７２Ｌ、４７ｂ、４Ｂ＆、４８ｂのコレクタに接続
されている。４９はフォトトランジスタのエミツタを共
通に接続したラインであり、映像出力線を形成する。検
知素子としてフォトダイオードを用いる場合はＰＮＰス
イッチングトランジスタの各出力端子をフォトダイオー
ドのカソードに、フォトダイオードの各アノードを共通
に接続して映ず家出力線を形成する。

端子２９に電流が現われて、このデコーダが能動状態に
なった場合の具体的な動作について説明する。相補信号
Ａ、　　Ｂ、　　Ｇが共に“Ｏ”であるとき、電流スイ
ッチ３０〜３６の動作により、端子２９に現れた電流は
負荷抵抗３７ａのみに流れ、その他の負荷抵抗には流れ
ない。その結果、スイッチングＰＮＰ　）ランジスタ４
１ａのベース電位のみが低下し、このトランジスタはオ
ンになり、フォトトランジスタ４５２Ｌにのみ充電電流
が流ね、読取状態（アクセス状態）になる。その他のフ
ォトトランジスタには電、流は流れず、電荷蓄積モード
における積分期間となる。シフトレジスタからのシフト
信号、相補入力信号の変化に伴なって、任意のフォトト
ランジスタを読取状態にして、その映像信号を取出すこ
とができる。

第５図はＤ型フリップフロップで構成した公知のシフト
レジスタの一例を示す。５０は外部からのスタート信号
の入力端子、５１は外部からのシフトクロックの入力端
子であり、５１はこの電流スイッチを動作させるための
信号の出力端子である。走査回路をデコーダ回路とシフ
トレジスタ回路で構成することにより、シフトレジスタ
のみで走査回路を構成した場合に比べてシフトレジスタ
の段数を大幅に削減できる。例えば５１２ドツトのイメ
ージセンサで、５人力３２出力のデコーダと併用した場
合、シフトレジスタの段数は１６段でよい。その結果、
消費電力の低減とイメージセンサチップからの引出し線
の数の削減が可能になる。このシフトレジスタはＩＬ回
路により極めて容易に作成することができる。バイポー
ラＩＣとＭＯ３ＩＣの共存プロセスを使えば、このシフ
トレジスタｆ、ＨＭ　ＯＳ形回路で形成し、その他の走
査回路やフォトトランジスタを単一シリコン基板上に作
成することも可能になる。

第６図は本発明のイメージセンサの駆動回路を示す。タ
イミングコントローラ、カウンタ、エクスクル−シブＯ
Ｒゲート等から構成する。エクスクル−シブＯＲゲート
は自然２進信号をグレイコードまたはそれに類似のコー
ドに変換するためのもので、この変換信号によって、内
部のデコーダの結線方法と相捷って、すべての１４接検
知素子の走査に際して入力デジタル信号の変化ビット数
は１に押えらｒ１ノイズの低減に有効である。シフトレ
ジスタはこの場合、３２クロツク毎にシフトするシフト
クロックおよび駆動側からのスタートパルス（Ｓ　Ｔ）
によって動作をする。なお、映像信号出力は電流モード
であるため、オペアンプ等で電流−電圧変換することに
より、より使い易い出力信号として取出すことができる
。

発明の効果 本発明によれば、高速、高感度、低消費電力。

低ノイズ、高解像度のイメージセンサを実現できるｏｆ
だ、通常のバイポーラ集積回路技術により、イメージセ
ンサとして必要な殆んどの全機能をシリコンチップ上に
形成することか可能であり、信頼性も良好である。従っ
て、本発明（ｄ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きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるイメージセンサのブロック図、第
２図は本発明によるイメージセンサの第２のブロック図
、第３図は入力信号変換回路図、第４図はテコーダ回路
図、第５図はシフトレジスタ回路図、第６図は本発明の
イメージセンサの駆動回路図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹状に接続した電流スイッチからなる複数個のデ
   コーダ、デコーダ用選択入力信号を受けて前記のデコー
   ダを動作させるための直流レベルの異なる相補信号を発
   生させる回路、複数個のデコーダのうちの１個を順次ア
   クティブ状態にするためのシフトレジスタ、電流源、デ
   コーダの出力信号の有無によってオンまたはオフする電
   流スイッチアレイ、電流スイッチアレイの各々の出力電
   流によって読み取り状態になるように接続したフォトト
   ランジスタアレイ、またはフォトダイオードアレイフォ
   トトランジスタの他方の電極を共通に接続してなる映像
   出力端子を有することを特徴とするイメージセンサ。
2. （２）デコーダ用選択入力信号は走査用２進信号の下位
   の所望のビット数（デコーダの選択入力信号のビット数
   プラス１）をエクスクルーシブＯＲゲート列でコード変
   換することによって形成し、シフトレジスタは所望のビ
   ット（デコーダの入力ビット数）の桁上げ毎にシフトす
   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）シフトレジスタがＩＬ回路で構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のイメージセンサ。