JPS6143065A - Contact type image sensor and its driving method - Google Patents

Contact type image sensor and its driving method

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JPS6143065A
JPS6143065A JP59164445A JP16444584A JPS6143065A JP S6143065 A JPS6143065 A JP S6143065A JP 59164445 A JP59164445 A JP 59164445A JP 16444584 A JP16444584 A JP 16444584A JP S6143065 A JPS6143065 A JP S6143065A
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ccd shift
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Abstract

PURPOSE:To attain low noise in a high speed by using plural CCD shift registers as drive circuits and adopting the CCD drive system where no field through noise is mixed from a transfer gate pulse at each driving integrated circuit device. CONSTITUTION:All MXN sets of transfer gates 52 in an M chip are connected in common and they are turned on twice consecutively by a gate pulse phiTG. A photoelectric converting element 54 corresponding to a bias electric charge stored in the CCD shift register 51 is injected at first. The photo signal charge and the bias charge are transferred from the photoelectric converting element 54 into the CCD shift register 51 at the 2nd time. Thus, as the output of the contact type image sensor, the photo signal charge and the bias charge are extracted sequentially in response to the arrangement of the photoelectric converting element 54, then a pure photo signal only is extracted.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ファクシミリ装置な−どの光電変換デバイス
として使われている密着形イメージセンサ。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a contact image sensor used as a photoelectric conversion device in facsimile machines and the like.

特に、CCDシフトレジスタを用いた低雑音な密着形イ
メージセンサとその駆動方法に関するものである。
In particular, the present invention relates to a low-noise contact image sensor using a CCD shift register and a method for driving the same.

(従来技術とその問題点) 密着形イメージセンサは1MO8型ICイメージセンサ
やCCDセンサ等と比較してレンズによる縮小光学系を
用いないため、小型、経済性に優れている。原稿幅と同
じ長さを有する光電変換素子列を備えた大判デバイスで
あり、例えばガラス基板上に形成されたA4判216龍
の読み取シ幅において8素子/lIIあるいは16素子
/1のセンサの全素子数は、  1728素子あるいは
3456素子となる。
(Prior Art and its Problems) Compared to 1MO8 type IC image sensors, CCD sensors, etc., contact type image sensors do not use a reduction optical system using lenses, so they are smaller and more economical. It is a large-sized device equipped with a photoelectric conversion element array having the same length as the document width. The number of elements is 1728 elements or 3456 elements.

これを順次走査駆動する回路として、第1図には、例え
ば64段/チ、プあるいは128段/チ、プの走査パル
ス発生回路1と、アドレス用MO8FETスイッチ2と
からなる駆動用集積回路を複数個前記ガラス基板上に、
光電変換素子4と共にノ・イプリ、ド実装して成る第一
の従来例が示されている。
As a circuit for sequentially scanning and driving this, FIG. 1 shows a driving integrated circuit consisting of, for example, a 64-stage/chip or 128-stage/chip scan pulse generation circuit 1 and an MO8FET switch 2 for addressing. on the glass substrate,
A first conventional example in which the photoelectric conversion element 4 and the photoelectric conversion element 4 are directly mounted is shown.

この光電変換素子4として例えばアモルファスシリコン
を用い蓄積モード動作で信号を読み取る場合、MO8F
ETスイッチ2のゲートドレイン重なシ容量3全通して
グーHC印加したパルスのスイッチング雑音や、シフト
レジスタ等の走査パルス発生回路lの制御に必要なりロ
ックパルスを供給するクロック入力線7.と出力線6間
の寄生結合容量8を通して現われるクロック雑音が問題
になる。
When using amorphous silicon as the photoelectric conversion element 4 and reading signals in accumulation mode operation, MO8F
A clock input line 7 that supplies lock pulses necessary to control the switching noise of pulses applied with GoHC through the gate-drain overlapping capacitance 3 of the ET switch 2 and the scanning pulse generation circuit 1 such as a shift register. Clock noise appearing through the parasitic coupling capacitance 8 between the output line 6 and the output line 6 becomes a problem.

特に密着形イメージセンサにおいてよく周込られる例え
ばLED等の光源の光強度では、ファクシミリ装置で要
求される5m5ec/ライン〜10m5ec/ラインあ
るいはそれ以上の・高速読み取りを行なう場合、光信号
の大きさが不充分となりB/Nを大きくとるためには、
何らかの雑音抑圧方式を採用しなければならないのが現
状である。
In particular, with the light intensity of a light source such as an LED, which is often used in contact type image sensors, when performing high-speed reading of 5 m5 ec/line to 10 m5 ec/line or higher required by facsimile machines, the magnitude of the optical signal is small. In order to increase B/N due to insufficient
The current situation is that some kind of noise suppression method must be adopted.

スイッチング雑音やクロ、り雑音等の固定パターン雑音
の抑圧方式を採用した第二の従来例は小池他による電子
通信学会論文誌1977年Vo1.J60−C113ペ
ージから120ページK「隣接ビット相関法によるMO
Sイメージセンサの改良」と題じて発表された論文に示
されてい否。第2図に示す様に1ビツトの光電変換素子
4に対して2個めMO8FETスイッチ2を設け、走査
回路1で発生した走査パルスで同時に隣シ合う2素子の
MO8FETスイッチ2t−オンし、信号十雑音が出力
される信号線22と雑音のみが出力される雑音線21の
差動をとル、雑音を抑圧する方式である。
A second conventional example that employs a method of suppressing fixed pattern noise such as switching noise and black and white noise is published by Koike et al. in the Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers, Vol. 1, 1977. J60-C Pages 113 to 120 K “MO using adjacent bit correlation method”
This is shown in a paper titled "Improvement of S image sensor". As shown in FIG. 2, a second MO8FET switch 2 is provided for a 1-bit photoelectric conversion element 4, and the scanning pulse generated by the scanning circuit 1 turns on the MO8FET switches 2t- of two adjacent elements at the same time. This is a method of suppressing noise by eliminating the differential between the signal line 22 where noise is output and the noise line 21 where only noise is output.

また同じく第3図に示す様に1例えば、萬村他によシ、
ナショナルテクニカルレポート1975年vO1,21
,A6,692ページから703ページに「低ノイズ−
次元MOSイメージセンサ」と題して発表された論文に
おりて、MO8FETスイッチ2の重な)容量と同じ容
量を持つダミーのキャパシタ33を設け、両者を同時に
スイッチングして信号線32と雑音線31の差動をと9
、両者に現われた雑音を抑圧する方式を採用したもので
ある。
Also, as shown in FIG. 3, for example, Yoshimura et al.
National Technical Report 1975 vO1, 21
, A6, pages 692 to 703, “Low Noise”
In a paper published under the title "Dimensional MOS Image Sensor," a dummy capacitor 33 with the same capacitance as the superimposed capacitance of the MO8FET switch 2 is provided, and both are switched simultaneously to reduce the signal line 32 and noise line 31. Differential and 9
, which employs a method to suppress the noise that appears in both.

この他、例えば、大場他によルテレピジヲン学会技術報
告1980年Vo1.4413.53 ヘージから58
ページK「二次元MO8型固体撮像素子の固定パターン
雑音と抑圧回路の提案」と題して発表された論文に示さ
れるように、1ビツトの光電変換素子を駆動する間に、
信号および雑音を積分することにより、駆動パルスの一
対の正負の雑音のみを打ち消すようにしたいわゆる積分
方式を採用したもの、ま之1例えば、斎藤他による電子
通信学会技術報告1983年10月ED83−64ra
 −8i:H膜高速A4−16ドツト/關密着イメージ
センサ」と題して発表された論文に示されるように、M
O8FETスイ、チ2としてP、N両チャンネルのCM
OSスイ、チを用い1両者のゲートに逆位相のパルスを
印加するととKより雑音を打ち消す方式を採用したもの
等がある。
In addition, for example, Ohba et al., Lutele Pigeon Society Technical Report 1980 Vo1.4413.53 From Hage, 58
As shown in the paper published on page K entitled "Proposal of fixed pattern noise and suppression circuit for two-dimensional MO8 type solid-state image sensor", while driving a 1-bit photoelectric conversion element,
A so-called integral method is adopted in which only the positive and negative noise of a pair of drive pulses is canceled by integrating the signal and noise. For example, IEICE technical report by Saito et al., October 1983 ED83- 64ra
-8i: H film high-speed A4-16 dot/contact image sensor"
CM for both P and N channels as O8FET switch and chi 2
There is a method that uses OS switch and switch and applies pulses of opposite phase to both gates to cancel out noise more than K.

ところがこの様な雑音抑圧を行なっても1個々のトラン
ジスタのばらつきやクロック雑音の飛び込み等によシ、
ある程度のレベルまでしか雑音を抑圧できない。密着形
イメージセンサの性能として、大4判、16累子/ 關
、 Q、 8771 see/ラインでS/Nが20d
Bの開発報告があるがさらに高速な0.5m5ec/ラ
イン以下で駆動しようとするとS/Nは悪化し、解像度
劣化にもつながる。また最近では中間調の要求も強く5
例えばS/Nとして40dB以上の高S/Nが望まれて
いるため、以上の様な雑音抑圧方式では、充分なイメー
ジセンサの性能が得られない。
However, even if such noise suppression is performed, there will be problems due to variations in individual transistors, intrusion of clock noise, etc.
Noise can only be suppressed up to a certain level. The performance of the contact image sensor is 20d S/N in large 4 format, 16 screen, Q, 8771 see/line.
There is a development report for B, but if you try to drive it at an even higher speed of 0.5 m5 ec/line or less, the S/N will deteriorate and this will lead to resolution deterioration. Also, recently there has been a strong demand for halftones.
For example, since a high S/N of 40 dB or more is desired, sufficient image sensor performance cannot be obtained with the above-described noise suppression method.

ところでCCDセンサでは、第4図(a)に示す様に。By the way, in a CCD sensor, as shown in FIG. 4(a).

フォトダイオード42に蓄積された光信号電荷をトラン
スファーゲート41を同時にオンして、CODシフトレ
ジスタ40内に転送し、このCODシフトレジスタ40
の走査により、出力アンプ43を通して時系列で光信号
出力SPが得られる。この時、第4図Φ)のタイミング
チャートに示した様に出力に現われる固定パターン雑音
としてトランスファーゲートパルスのフィードスルー雑
音Nfがあるが、これは1ラインの信号読み出し期間外
であシ後の信号処理によ勺取り除くことは簡単である。
The optical signal charge accumulated in the photodiode 42 is transferred to the COD shift register 40 by turning on the transfer gate 41 at the same time.
By scanning, an optical signal output SP is obtained in time series through the output amplifier 43. At this time, as shown in the timing chart of Fig. 4 Φ), there is transfer gate pulse feed-through noise Nf as a fixed pattern noise that appears in the output, but this is outside the signal readout period of one line and the signal after It is easy to remove the spores through processing.

以上の様にCCDセンサではMO8型ICイメージセン
サで発生する様な固定パターン雑音の問題は無い。
As described above, the CCD sensor does not have the problem of fixed pattern noise that occurs with the MO8 type IC image sensor.

また現在のCCDセンサでは、転送用クロックとして1
0&程度あるいはそれ以上の駆動が可能であり、従って
MO8型駆動集積回路を密着形イメージセンサに適用し
た様に、CCDセンサのフォトダイオード42を除いた
CCD駆動集積回路を用いて例えばA4判、16素子/
、、3456素子の密着形イメージセンサをするとした
場合、Q、4 @see/ライン。
In addition, in the current CCD sensor, 1 is used as the transfer clock.
Therefore, just as an MO8-type drive integrated circuit is applied to a contact type image sensor, a CCD drive integrated circuit without the photodiode 42 of a CCD sensor can be used to produce, for example, A4 size, 16 element/
,,If we assume a contact type image sensor with 3456 elements, then Q,4 @see/line.

交互リード引き出しで読み取ると0.2 m5ec/ラ
イン程度あるいはそれ以上、の高速性が期待できる。さ
らに、その出力方式として、フローティングゲートアン
プにより高感度、化がはかられるため、MO8型ICイ
メージセンサとし較し、て高S/Nである。しかしこの
場合CCD駆動集積回路は当然複数個必要となる。従っ
て、この密着形イメージセンサを走査し、元信号出力を
得ようとすると、複数個の集積回路の切シ換えのところ
で前述またトランスファーゲートパルスのフィードスル
ー雑音が、lラインの読み出し期間中に光信号内に混入
する。
When reading with alternate lead extraction, high speeds of about 0.2 m5ec/line or higher can be expected. Furthermore, as its output method uses a floating gate amplifier to achieve high sensitivity, it has a high S/N compared to an MO8 type IC image sensor. However, in this case, a plurality of CCD driving integrated circuits are naturally required. Therefore, when scanning this contact type image sensor and trying to obtain the original signal output, the feed-through noise of the transfer gate pulse at the switching of the plurality of integrated circuits is generated during the readout period of the l line. mixed into the signal.

また、各CCD駆動集積回路の出力方式として前に述べ
た様にフローティングゲートアンプを採用するとしても
、その複数個のゲートアンプの出力をそのまま接続する
と短絡状態が発生する。従って、密着形イメージセンサ
の出力端子の数はCCD駆動集積回路の数だけ必要とな
るが1例えば1個のCCD駆動集積回路の段数を256
段としても、A4判、8素子/闘および16素子/ m
m密着形イメージセンサではそれぞれ7本および14本
の出力端子が必要となシ、従来のMO8型ICイメージ
センサの駆動回路と比較すると配線が複雑になシ外部と
の接続の竺頼性が失なわれる欠点がある。
Further, even if floating gate amplifiers are employed as the output method of each CCD driving integrated circuit as described above, if the outputs of the plurality of gate amplifiers are connected as they are, a short circuit will occur. Therefore, the number of output terminals of the contact type image sensor is equal to the number of CCD drive integrated circuits, and for example, the number of stages of one CCD drive integrated circuit is 256.
Even as a row, A4 size, 8 elements/meter and 16 elements/m
The contact type image sensor requires 7 and 14 output terminals, respectively, and the wiring is more complicated than the drive circuit of the conventional MO8 type IC image sensor, and the reliability of external connections is lost. There are some drawbacks.

さらに、CCDセンサにおいて、元信号が小さい時つま
シフオドダイオード42両端の電位が0.3V以下に小
さくなるとトランスファーゲート41がオンしても電荷
転送がすみやかに行なわれない残像現象がある。この電
位は1元電荷量と素子容量とで決まシャ密着形イメージ
センサの素子容量は、配線容量等を含めてIPF以下に
することは難しい。16素子/龍のセンサ素子を仮定す
ると現状で得られるセンサ面照度100AtXの黄緑の
LED(570nmビーク波長)では1元電荷量は。
Furthermore, in a CCD sensor, when the original signal is small and the potential across the shift diode 42 becomes less than 0.3V, there is an afterimage phenomenon in which charge transfer is not performed promptly even if the transfer gate 41 is turned on. This potential is determined by the amount of primary charge and the element capacitance, and it is difficult to reduce the element capacitance of a contact type image sensor to less than the IPF including wiring capacitance. Assuming a sensor element of 16 elements/dragon, the amount of unilateral charge in the currently available yellow-green LED (570 nm peak wavelength) with a sensor surface illuminance of 100 AtX is as follows.

わずか0.2PG程度であり従って、素子両端の電位は
200mVの変化しか得られない。従ってCCD駆動集
積回路のセンサ素子としてa−8iセンサ素子を用いる
と、そのまま単に接続しただけでは上記残像現象が発生
する。
It is only about 0.2PG, and therefore the potential across the device can only change by 200mV. Therefore, when an A-8I sensor element is used as a sensor element of a CCD driving integrated circuit, the above-mentioned afterimage phenomenon occurs if the sensor element is simply connected as is.

(本発明の目的) 本発明の目的は、上述の欠点を取シ除き、高速でなおか
つ低雑音な密着形イメージセンサを提供するととKある
(Object of the present invention) An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and provide a high-speed, low-noise contact type image sensor.

(本発明の構成) 本発明によれば、複数個からなる光電変換素子列と、該
光電変換素子列に1対1に対応し前記光電変換素子列に
接続されたN段の7オトゲート。
(Configuration of the Present Invention) According to the present invention, there are a plurality of photoelectric conversion element rows, and N stages of 7 autogates connected to the photoelectric conversion element row in one-to-one correspondence with the photoelectric conversion element row.

該フォトグー)El対Jに接続されたN段のトランスフ
ァーゲート、該トランスファーゲートに接続され信号電
荷を時系列で出力するN段のCCDシフトレジスタ、前
記時系列の出力を増幅する出力アンプおよび前記出力ア
ンプの後段接設けたスイッチング回路と前記N段のCO
Dシフトレジスタア゛初段に電気的に電荷を注入する入
力機構を半導体基板上に少なくとも備えた複数個の駆動
集積回路と、該駆動集積回路のスイッチング回路からの
出力を共通に接続した出力線とを絶縁性基板上に姿なく
とも備えたことを特徴とする密着形イメージセンサと、
複数個からなる光電変換素子列と、該光電変換素子列に
1対l&C対応し前記光電変換素子列に接続されたN段
の7オトゲート、該フォトゲートに1対1に接続された
N段のトランスファーゲート、該トランスファーゲート
に接続され信号電荷を時系列で出力するN段のCCDシ
フトレジδりと前記時系列の出力を増幅する出力アンプ
および前記出力アンプの後段に設けたスイッチング回路
と前記N段のCCDシフトレジスタの初段に電気的に電
荷を注入する入力機構とを少なくとも備えた複数個の駆
動集積回路と、該複数個の駆動集積回路のスイッチング
回路からの出力を共通に接続した出力線とから少なくと
も構成されたイメージセンサにおいて、前記複数個の駆
動集積回路内全てのフォトゲートとトランスファーゲー
トを同時に開または閉とする手段と、該開または閉とす
る手段が連続して2度行なわれ、その1度目を前記CC
Dシフトレジスタから前記複数個の光電変換素子列への
電荷の転送とする手段であり、2度目をこの逆とする手
段であり、単一の前記駆動集積回路のCCDシフトレジ
スタを制御ス゛るクロックパルスおよび前記スイッチン
グ回路を制御するスイッチングパルスが、単一の前記駆
動集積回路のCCDシフトレジスタにのみ蓄積されてい
た信号電荷を前記出力線に時系列で出力するように印加
される手段と、前記CCDシフトレジスタを制御するク
ロックパルスより少なくともlクロック周期遅延し比前
記入力機構を制御するクロックパルスが、前記N段のC
CDシフトレジスタに電荷を注入するように印加される
手段と1m記複数個の各駆動集積回路に印加される前記
各クロックパルスおよびスイッチングパルスは互いに重
複することな゛   く時系列に連続している手段とを
含むことを特徴トスるイメージセンサの駆動方法が得う
れる。
an N-stage CCD shift register that is connected to the transfer gate and outputs signal charges in time series; an output amplifier that amplifies the time-series output; and an output amplifier that amplifies the time-series output. A switching circuit provided after the amplifier and the N-stage CO
A D shift register: a plurality of drive integrated circuits each having at least an input mechanism on a semiconductor substrate for electrically injecting charge into the first stage; and an output line commonly connected to outputs from switching circuits of the drive integrated circuits. A close-contact image sensor is characterized in that it is provided on an insulating substrate, even if it is not visible on the insulating substrate.
A photoelectric conversion element array consisting of a plurality of photoelectric conversion element arrays, N stages of 7 autogates connected to the photoelectric conversion element array in one-to-one correspondence with the photoelectric conversion element array, and N stages of 7 autogates connected one-to-one to the photoelectric conversion element arrays. a transfer gate, an N-stage CCD shift register δ connected to the transfer gate and outputting signal charges in time series, an output amplifier amplifying the time-series output, a switching circuit provided after the output amplifier, and the N stages. a plurality of drive integrated circuits each having at least an input mechanism for electrically injecting charge into the first stage of the CCD shift register; and an output line to which outputs from switching circuits of the plurality of drive integrated circuits are commonly connected. In the image sensor, the means for simultaneously opening or closing all the photogates and transfer gates in the plurality of drive integrated circuits, and the means for opening or closing are performed twice in succession, The first time was the CC
A clock for controlling the CCD shift register of the single driving integrated circuit; means for applying pulses and switching pulses for controlling the switching circuit so as to output signal charges accumulated only in the CCD shift register of the single driving integrated circuit to the output line in time series; The clock pulses that control the input mechanism are delayed by at least l clock periods from the clock pulses that control the CCD shift registers, and the clock pulses that control the input mechanism are
The means applied to inject charges into the CD shift register and the clock pulses and switching pulses applied to each of the 1 m plurality of driving integrated circuits are continuous in time series without overlapping with each other. A method for driving an image sensor can be obtained, comprising the steps of:

(実施例) 以下1本発明につhて、その一実施例をもとに詳細忙説
明する。
(Example) The present invention will be explained in detail below based on an example.

第5図は、本発明の一実施例による密着形イメージセン
サの構成を示すプロ、り図であり、第6図および7図は
、第5図に示した本発明の一実施例による密着形4メー
ジセンサを駆動するためのタイミングチャートを示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a contact type image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are diagrams showing the configuration of a contact type image sensor according to an embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a timing chart for driving a 4-image sensor.

第1から第MまでのMヶのCCDシフトレジスタ51の
各1又は、N段の転送段よりなっている。そのN段の転
送段は縦続接続され例えば転送効率の高い埋込みチャネ
ルCCDシフトレジスタ(以下単にCCDシフトレジス
タと呼ぶ。)で構成され、転送用クロックパルスΦ!〜
ΦMおよびこれと逆位相の転送用クロックパルスΦ!〜
ΦMの一周期毎K、蓄積されていた光信号を次段へと順
次転送し、時系列の出力を得る二相CCDシフトレジス
タである。    。
It consists of one or N transfer stages of M CCD shift registers 51 from the first to the M-th. The N transfer stages are cascade-connected and are composed of, for example, embedded channel CCD shift registers (hereinafter simply referred to as CCD shift registers) with high transfer efficiency, and transfer clock pulses Φ! ~
ΦM and the transfer clock pulse Φ! with the opposite phase to this. ~
This is a two-phase CCD shift register that sequentially transfers the accumulated optical signals to the next stage every K cycles of ΦM and obtains a time-series output. .

N段のCCDシフトレジスタ51の各段にN段のトラン
スファーゲート52とN段の7tトグート53のベアー
が、1対lに対応して縦続接続され。
N-stage transfer gates 52 and N-stage 7t gates 53 are connected in cascade to each stage of the N-stage CCD shift register 51 in a one-to-l ratio.

その入力側には、ガラス基板等よシなる絶縁性基板上に
形成されたAu等の金属個別電極とITO(Indiu
m Tin 0xid@)等からなる透明電極ではさま
れたアモルファスシリコン薄膜とから成る光電変換素子
54が、ポンディングパッド55を介して1対11C一
対応してワイヤボンディングされて−る。
On the input side, metal individual electrodes such as Au formed on an insulating substrate such as a glass substrate and ITO (Indium
A photoelectric conversion element 54 consisting of an amorphous silicon thin film sandwiched between transparent electrodes such as M Tin Oxid@) is wire-bonded via bonding pads 55 in a one-to-one correspondence with 11C.

CCDシフトレジスタ51から出力される時系列の光信
号電荷は、フローティングゲートアンプ56により、電
圧出力としてそのままの時系列で出力され、スィッチ5
7全通して、出力線5Bに出力される。
The time-series optical signal charge outputted from the CCD shift register 51 is output as a voltage output in the same time-series manner by the floating gate amplifier 56, and then the switch 5
7 is passed through and output to the output line 5B.

さらに本実施例では、光電荷量が少ないため。Furthermore, in this example, the amount of photocharge is small.

不完全転送による残像を解消するためアモルファスシリ
コン薄膜より成る光電変換素子54に、バイアス電荷を
与えるためにCCDシフトレジスタ51の初段に電荷注
入フォトダイオード59とトランスファーゲート60を
設けている。
In order to eliminate afterimages due to incomplete transfer, a charge injection photodiode 59 and a transfer gate 60 are provided at the first stage of the CCD shift register 51 to apply bias charges to the photoelectric conversion element 54 made of an amorphous silicon thin film.

lチ、プのCOD駆動集積回路C以下単VcI18動I
Cと呼ぶ)50は、N段のCCDシフトレジスタ51、
N個のトランスファーゲート52とフォトゲート53.
70−チイングゲートアンプ56.スイッチ57に?よ
び電荷注入フォトダイオード59とトランスファーゲー
ト6oから構成されている。このN段を例えば256と
するとA4判、16素子/me3456累子の密着形イ
メージセンサでは、14チ1.プ(Mが14)の駆動I
C50が、絶縁性基板上に、光電変換素子54と共に実
装される。
Single-chip COD drive integrated circuit C or less
C) 50 is an N-stage CCD shift register 51;
N transfer gates 52 and photogates 53.
70-Chinging gate amplifier 56. To switch 57? , a charge injection photodiode 59, and a transfer gate 6o. For example, if this N stage is 256, then in an A4 size, 16 element/me3456 multilayer contact type image sensor, 14 chips 1. (M is 14)
C50 is mounted together with the photoelectric conversion element 54 on an insulating substrate.

Mチップ内金てのMXN個のトランス7アーグート52
は、共通に接続され、ゲートパルスΦTGによって全て
同時に続けて2度オンする。一度目は、CCDシフトレ
ジスタ51内に蓄見られたバイアス電荷を各々対応する
光電変換素子54へ注入する。
M chip contains MXN transformers 7 and 52
are connected in common and are turned on twice in succession, all at the same time, by the gate pulse ΦTG. At the first time, the bias charges accumulated in the CCD shift register 51 are injected into the corresponding photoelectric conversion elements 54 respectively.

このため、それぞれのゲート下のポテンシャル分布は、
光電変換素子54側が一番低く、願にトランスファーゲ
ート52F、CCDシフトレジスタ51Fと傾斜する様
に電位が与えられてbる。2度目は、この逆であ夛、光
電変換素子54側からCCDシフトレジスタ51内へ光
信号電荷とバイアス電荷が転送される。従って、ポテン
シャル分布は、先と逆とな〕、CCDシフトレジスタ5
1Fが一番低くなる様に電位が与えられる。この様にし
て、CCDシフトレジスタ51内に蓄えられた光信号電
荷とバイアス電荷を、光電変換素子54の配列に応じて
時系列で読み出すため、tず第1のCCDシフトレジス
タ51にのみ転送用クロックパルスΦ1およびΦ1が印
加される。N段分の元信号電荷とバイアス電荷を時系列
で出力させるには、とのΦlおよびΦ1の1周期で1段
の転送が行なわれる場合、クロックパルスΦ1およびΦ
1をN周期縁9返えせばよい。
Therefore, the potential distribution under each gate is
The potential is lowest on the photoelectric conversion element 54 side, and the potential is applied so as to be inclined to the transfer gate 52F and the CCD shift register 51F. The second time, the process is reversed, and the optical signal charges and bias charges are transferred from the photoelectric conversion element 54 side to the CCD shift register 51. Therefore, the potential distribution is opposite to that of the above], and the CCD shift register 5
The potential is applied so that 1F is the lowest. In this way, the optical signal charges and bias charges stored in the CCD shift register 51 are read out in time series according to the arrangement of the photoelectric conversion elements 54, so that they are only transferred to the first CCD shift register 51. Clock pulses Φ1 and Φ1 are applied. To output N stages of original signal charges and bias charges in time series, if one stage of transfer is performed in one period of Φl and Φ1, clock pulses Φ1 and Φ
All you have to do is return 1 for N period edges 9.

この時、副走査方向の次のラインへのバイアス電荷を、
この転送用クロ、クバルスΦ1およびΦlを利用して読
み出しと同時に第1のCCDシフトレジスタ51内に蓄
える。注入は、第1のCCDシフトレジスタ51ON ード59によシ,ト2ンスファーゲートΦZGIを印加
することKよって行なう。この時、初段への注入は,先
に蓄えられた読み出そうとする元信号電る。この様にし
て.aみ出しが終ると同時忙CCDシフトレジスタ51
内には、次のラインへのバイアス電荷を注入するための
準備がなされてbる。
At this time, the bias charge to the next line in the sub-scanning direction is
The transfer clocks Φ1 and Φl are used to read and simultaneously store data in the first CCD shift register 51. The injection is performed by applying the transfer gate ΦZGI to the first CCD shift register 51 ON node 59. At this time, the injection into the first stage generates the source signal that was previously stored and is to be read. In this way. At the same time as a completion of overflow, the busy CCD shift register 51
Inside, preparations are made for injecting bias charge to the next line.

この間、例えば0MO8構成の第1のCCDシフトレジ
スタ51と同チップ上の第1のスイッチ57のみが出力
切換えパルスΦfs.Φ1s(Cよジオンしている。こ
の間は,他の第2から第Mのチップの転送用クロックパ
ルスΦ2〜ΦMとi−5”iおよび第2から第Mのスイ
ッチ57はオフの状態にあ夛,その各々のCCDシフト
レジスタ51内の光信号電荷とバイアス電荷は転送され
ず、蓄積され九ままである。
During this time, only the first CCD shift register 51 of, for example, 0MO8 configuration and the first switch 57 on the same chip are activated by the output switching pulse Φfs. During this period, the transfer clock pulses Φ2 to ΦM and i-5''i of the other second to Mth chips and the second to Mth switches 57 are in the off state. However, the optical signal charges and bias charges in each of the CCD shift registers 51 are not transferred but remain accumulated.

第1のCCDシフトレジスタ51の出力が読み出された
後に、第2のCCDシフトレジスタに転送用クロックパ
ルスΦ2およびΦ2が印加され,また。
After the output of the first CCD shift register 51 is read out, the transfer clock pulses Φ2 and Φ2 are applied to the second CCD shift register.

第2のチップ上第2のスイッチ57がオン状態となる。The second switch 57 on the second chip is turned on.

その結果、第1のCCDシフトレジスタ51の出力に引
き続き、時系列的に第2のCCDシフトレジスタ51の
出力が読み出される。また第1の場合と同様に、バイア
ス電荷が、トランスファーゲートパルスΦXG2と,転
送用クロックパルスΦ2。
As a result, following the output of the first CCD shift register 51, the output of the second CCD shift register 51 is read out in chronological order. Also, as in the first case, the bias charges are the transfer gate pulse ΦXG2 and the transfer clock pulse Φ2.

Φ2によ)、読み出し終了後と同時に第2のCCDシフ
トレジスタ51内にセットされる。
Φ2), it is set in the second CCD shift register 51 at the same time after the readout is completed.

以下,第3,第4・・・・・・第Mの駆動IC50にお
いて同様の動作を行なう。従って、この密着形イメー 
      ゛ 一ジセンサの出力Oとして光信号電荷とバイアス電荷が
、光電変換素子54の配列に応じて順次時系列でとシ出
される。このバイアス電荷は、DCオフセットとみなせ
るため、後の回路で取り除く事は簡単で69、従って純
粋な元信号のみが得られる。
Hereinafter, similar operations are performed in the third, fourth, . . . Mth drive ICs 50. Therefore, this close-contact image
An optical signal charge and a bias charge are sequentially outputted as the output O of the digital sensor in time series according to the arrangement of the photoelectric conversion elements 54. Since this bias charge can be regarded as a DC offset, it is easy to remove it in a later circuit69, so that only the pure original signal can be obtained.

スイッチ57へのパルスΦtS〜ΦMgあるいは018
〜0M8によるフィードスルー雑音は発生するが、その
レベルはtmv程度であり、フローティングゲートアン
プ56の出力が2例えば1v程度と太きbので問題とな
らない。このスイッチ57は特に0MO8構成でなくと
もよくPチャネルあるいはNチャネルMOSライ、チで
も、かまわないがCMOSスイッチは、1対の正負のパ
ルスによる雑音のキャンセルが出来、先の1mV以上の
低雑音化が計られる。
Pulse ΦtS to ΦMg or 018 to switch 57
Feedthrough noise occurs due to ~0M8, but its level is about tmv, and since the output of the floating gate amplifier 56 is thick, for example, about 1V, it does not pose a problem. This switch 57 does not have to have a 0MO8 configuration, and may be a P-channel or N-channel MOS light or chi, but a CMOS switch can cancel noise by a pair of positive and negative pulses, and can reduce the noise by 1 mV or more. is measured.

トランスファーゲート52.フォトゲート53は。Transfer gate 52. Photogate 53 is.

1ライン走査に1度しかオンされないため、そのフィー
ドスルー雑音は、読み取り時間外に発生し。
Since it is turned on only once per line scan, the feedthrough noise occurs outside the reading time.

信号出力としては、従来のCCDセンサと同じ形態で得
られる。
The signal output is obtained in the same form as a conventional CCD sensor.

例えばA4判、16素子/削密着形イメージセンサでQ
、 5 @ see/ラインでS/N40dB以上が可
能であ)、中間調にも充分対応できる。
For example, with A4 size, 16 elements/cut contact type image sensor, Q
, S/N of 40 dB or more is possible at 5 @see/line), and can adequately handle halftones.

また、光信号電荷だけでは、先に述べた様に0.2v程
度の電位変化のため、残像が問題になるが、本実施例で
はバイアス電荷を注入して込るため。
Further, if only the optical signal charge is used, as described above, the potential change is about 0.2 V, which causes an afterimage problem, but in this embodiment, bias charges are injected.

その問題もない。このバイアス電荷は、0.3PC程度
で充分であり、光信号電荷量0.2PCと合わせても、
0.5PCと現状のCODでよく使用される15X30
μ−というシフトレジスタでもオーバーフローをおこさ
ないで充分に転送される。
There's no problem with that either. This bias charge is sufficient at about 0.3 PC, and even when combined with the optical signal charge amount of 0.2 PC,
0.5PC and 15X30 often used in current COD
Even with a shift register μ-, sufficient data can be transferred without overflowing.

1チツプ内のスイッチ57がオンの時、他のチ、プ内の
スイッチ57は全てオフであり、短絡状態にならないた
め出力線581C全てのスイッチが接続でき、密着形イ
メージセンサの出力としては、唯一本で済むため、外部
との接続の際の信頼性が向上する。
When the switch 57 in one chip is on, all the switches 57 in the other chips are off and no short circuit occurs, so all the switches on the output line 581C can be connected, and the output of the contact type image sensor is as follows. Since only a book is required, reliability when connecting with the outside world is improved.

尚本実施例を示す第5図では、轟然集積回路を駆動する
ために必要な電源あるいはアース等に関する回路は省込
である。
In FIG. 5 showing this embodiment, circuits related to power supply, grounding, etc. necessary for driving the integrated circuit are omitted.

(本発明の効果) 以上詳述した様に本発明によればCCDシフトレジスタ
を複数個駆動回路として用い、しかも各駆動集積回路毎
にトランスファーゲートパルスのフィードスルー雑音が
混入し、ないCOD駆動方式の採用により、高速で低雑
音を達成できる。
(Effects of the Present Invention) As detailed above, according to the present invention, a COD drive method uses a plurality of CCD shift registers as drive circuits, and eliminates feed-through noise of transfer gate pulses from each drive integrated circuit. By adopting this, high speed and low noise can be achieved.

しかも、この時にCCDセンサに比較してアモルファス
シリコン光電変換素子の大きい容量のため、最大光電荷
量時でも生じる残像現象を、バイアス電荷を注入する構
成をとることで解決し、またそのバイアス電荷の注入方
法も、読み出し転送りロックパルスと共用できる方式で
あり、高S/Nが得られる密着形イメージセンサが実現
される。
Moreover, at this time, due to the large capacity of the amorphous silicon photoelectric conversion element compared to a CCD sensor, the afterimage phenomenon that occurs even at the maximum amount of photoelectric charge can be solved by adopting a configuration in which bias charge is injected. The injection method is also a method that can be used in conjunction with the readout transfer lock pulse, and a contact type image sensor that can obtain a high S/N ratio is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図、第3図、第4図(a)は、第1゜第2
.第3.第4の従来例を示す回路図、第4図中)は、第
4図四の動作を示すタイミング図、第5図は本発明の実
施例を示す回路図、第6図、第7図は第5図の動作を示
すタイミング図である。。 図において1は、走査パルス発生器、2はFETスイ、
チ素子、3はゲートとドレイン間の重なシ容量、4は光
電変換素子、5は電源、6は出力端子、7はクロックパ
ルス入力端子、8は、クロック線と出力線間の結合容量
、21.31は雑音出力線、22.32は信号出力線、
33はダミーキャパシタ、40はCCDシフトレジスタ
、41はトランスファーゲート、42は光電変換素子、
43はフローティングゲートアンプ、50は半導体基板
、51はCCDシフトレジスタ、52はトランスファー
ゲート、53はフォトゲート、54は光電変摸索58は
信号出力線、59は電荷注入フォトダイオード、60は
トランスファーゲートである。 第1図 第2図 第3図 1・ 第4図 第6図
Figure 1, Figure 2, Figure 3, and Figure 4 (a) are
.. Third. 4) is a timing diagram showing the operation of FIG. 4, FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are 6 is a timing chart showing the operation of FIG. 5. FIG. . In the figure, 1 is a scanning pulse generator, 2 is a FET switch,
3 is the overlapping capacitance between the gate and drain, 4 is the photoelectric conversion element, 5 is the power supply, 6 is the output terminal, 7 is the clock pulse input terminal, 8 is the coupling capacitance between the clock line and the output line, 21.31 is the noise output line, 22.32 is the signal output line,
33 is a dummy capacitor, 40 is a CCD shift register, 41 is a transfer gate, 42 is a photoelectric conversion element,
43 is a floating gate amplifier, 50 is a semiconductor substrate, 51 is a CCD shift register, 52 is a transfer gate, 53 is a photogate, 54 is a photoelectric conversion cable 58 is a signal output line, 59 is a charge injection photodiode, and 60 is a transfer gate. be. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 1/ Figure 4 Figure 6

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数個からなる光電変換素子列と、該光電変換素
子列の各素子に1対1に対応し、前記光電変換素子列に
接続されたN段のフォトゲート、該フォトゲートに1対
1に接続されたN段のトランスファーゲート、該トラン
スファーゲートに接続され信号電荷を時系列で出力する
N段のCCDシフトレジスタ、該CCDシフトレジスタ
の出力を増幅する出力アンプ、該出力アンプの後段に設
けたスイッチング回路、前記N段のCCDシフトレジス
タの初段に電気的に電荷を注入する入力機構を半導体基
板上に少なくとも備えてなる複数個の駆動集積回路と、
該駆動集積回路のスイッチング回路からの出力を共通に
接続した出力線とを絶縁性基板上に少なくとも備えたこ
とを特徴とする密着形イメージセンサ。
(1) A photoelectric conversion element array consisting of a plurality of photoelectric conversion element arrays, N stages of photogates connected to the photoelectric conversion element array in one-to-one correspondence to each element of the photoelectric conversion element array, and one pair for each photoelectric conversion element array. 1, an N-stage CCD shift register that is connected to the transfer gate and outputs signal charges in time series, an output amplifier that amplifies the output of the CCD shift register, and a subsequent stage of the output amplifier. a plurality of drive integrated circuits comprising at least an input mechanism on a semiconductor substrate for electrically injecting charge into the first stage of the N-stage CCD shift register;
A contact type image sensor comprising at least an output line to which outputs from switching circuits of the driving integrated circuit are commonly connected on an insulating substrate.
(2)複数個からなる光電変換素子列と、該光電変換素
子列に1対1に対応し前記光電変換素子列に接続された
N段のフォトゲート、該フォトゲートに1対1に接続さ
れたN段のトランスファーゲート、該トランスファーゲ
ートに接続され信号電荷を時系列で出力するN段のCC
Dシフトレジスタと前記時系列の出力を増幅する出力ア
ンプおよび前記出力アンプの後段に設けたスイッチング
回路と前記N段のCCDシフトレジスタの初段に電気的
に電荷を注入する入力機構を半導体基板上に少なくとも
備えた複数個の駆動集積回路と、該複数個の駆動集積回
路のスイッチング回路からの出力を共通に接続した出力
線とから少なくとも構成されたイメージセンサにおいて
、前記複数個の駆動集積回路内全てのフォトゲートとト
ランスファーゲートを同時に開または閉とする手段と、
該開または閉とする手段が連続して2度行なわれ、その
1度目を前記CCDシフトレジスタから前記複数個の光
電変換素子列への電荷の転送とする手段であり、2度目
をこの逆とする手段であり、前記複数個の駆動集積回路
の内の一つの駆動集積回路のCCDシフトレジスタを制
御するクロックパルスおよび前記スイッチング回路を制
御するスイッチングパルスが、当該駆動集積回路のCC
Dシフトレジスタにのみ蓄積されていた信号電荷を前記
出力線に時系列で出力するように印加される手段と、前
記CCDシフトレジスタを制御するクロックパルスより
少なくとも1クロック周期遅延した前記入力機構を制御
するクロックパルスが、前記N段のCCDシフトレジス
タに電荷を注入するように印加される手段と、前記複数
個の各駆動集積回路に印加される前記各クロックパルス
およびスイッチングパルスは、互いに重複することなく
時系列的に連続している手段とを含むことを特徴とする
イメージセンサの駆動方法。
(2) a plurality of photoelectric conversion element arrays, N stages of photogates connected to the photoelectric conversion element array in one-to-one correspondence with the photoelectric conversion element array; N stages of transfer gates, and N stages of CCs connected to the transfer gates and outputting signal charges in time series.
A D shift register, an output amplifier for amplifying the time-series output, a switching circuit provided after the output amplifier, and an input mechanism for electrically injecting charge into the first stage of the N-stage CCD shift register are mounted on a semiconductor substrate. In the image sensor, the image sensor includes at least a plurality of drive integrated circuits, and an output line to which outputs from switching circuits of the plurality of drive integrated circuits are connected in common. means for simultaneously opening or closing the photogate and the transfer gate;
The means for opening or closing is performed twice in succession, the first time being a means for transferring charge from the CCD shift register to the plurality of photoelectric conversion element arrays, and the second time being the means for transferring charge from the CCD shift register to the plurality of photoelectric conversion element arrays, and the second time being the means for transferring charge from the CCD shift register to the plurality of photoelectric conversion element arrays. The clock pulse for controlling the CCD shift register of one of the plurality of drive integrated circuits and the switching pulse for controlling the switching circuit are configured to control the CCD shift register of one of the plurality of drive integrated circuits.
means for applying signal charges accumulated only in the D shift register so as to output them in time series to the output line; and controlling the input mechanism delayed by at least one clock period from the clock pulse controlling the CCD shift register. means for applying a clock pulse to inject charges into the N stages of CCD shift registers; and each of the clock pulses and switching pulses applied to each of the plurality of driving integrated circuits overlap with each other. 1. A method for driving an image sensor, characterized in that the method includes the step of: chronologically continuous means;
JP59164445A 1984-07-10 1984-08-06 Contact image sensor Expired - Lifetime JPH0666851B2 (en)

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DE8585108514T DE3579854D1 (en) 1984-07-10 1985-07-09 IMAGE SENSOR OF THE CONTACT TYPE AND METHOD FOR ITS OPERATION.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8693063B2 (en) 2005-06-30 2014-04-08 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Image-reading device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8693063B2 (en) 2005-06-30 2014-04-08 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Image-reading device

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