JPS6364468A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野ン 本発明は配列された複数の光導電素子を用いて光学像を
読取るイメージセンサに係り、特にマトリックス駆動方
式によるイメージセンサに関する。

（従来の技術） ファクシミリ、ＯＣＲ，複写機等における画像読取り手
段としてのイメージセンサどして、読取るべき原稿の幅
以上のアレイ長を持っ長尺の一次元イメージセンサ（密
着型イメージセンサともいう）が注目されている。この
ようなイメージセンサの一つとして、マトリックス駆動
方式と称されるものがある。この方式は一次元に配列さ
れた複数の光導電素子を連続した複数の素子からなる複
数の群に分割し、一方の電極を第１の共通接続配線によ
り各群毎に共通接続し、他方の電極を個別配線および第
２の共通接続配線からなる２層７１へリックス配線によ
り各群間で対応するものどうし共通接続して構成され、
光導電素子を群単位で順次選択しながら画像信号を読出
すものである。

また、このようなイメージセンサにおいて特公昭５７−
２１２８６３号公報に記載されているように、画像信号
読出し回路に負荷抵抗を用い、信号電流によって負荷抵
抗の両端に発生ずる電圧を画像信号出力として取出すよ
うにしたものが知られている。

この場合、画像読取り速度を上げるためには、等何回路
上で負荷抵抗と並列に入る静電容量と負荷抵抗の値との
積である時定数を小さくすることにより、各光導電素子
からの信号が読出されるときに、以前に読出された光導
電素子からの信号が十分減衰されているようにする必要
がある。このためには負荷抵抗の抵抗値を小さくする必
要があるので、その両端に発生する電圧も小さくなって
しまう。これは光導電膜が光応答性やｇ！質の熱的安定
性の面でＣｄ５−８ｅ等に比べて有利なアモルファスシ
リコン（ａ−８ｉ　）膜の場合、その導電率（感度）が
低いためにより顕著であり、ａ　−８ｉ膜の高速性とい
う本来の特長を生かせないという結果になっている。

このようにして画像信月出ツノの電圧が小さくなると、
当然のことなからＳ／Ｎが低下する。画１９信号出力に
含まれるノイズは主に次段の電圧増幅器の入力換算ノイ
ズや、負荷抵抗から発生する熱雑音および信号線に誘導
される外乱ノイズ等があるが、これらを抑えることは限
界がある。

さらに、従来の構成では光導電素子が選択される際に駆
動電圧発生手段から発生される切換ノイズや、読出し用
アナログスイッチのオン・オフによって発生するスパイ
ク状のスイッチングノイズが画像信号出力に混入すると
いう問題もある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来のイメージセンサでは、読取りの高速化
と画像信号出力のＳ／Ｎの向上を両立させることが難し
く、また駆動電圧発生手段の切換ノイズや読出し用アナ
ログスイッチのスイッチングノイズが画像信号出力に混
入するという問題があった。

本発明は高速読取りが可能で、Ｓ／Ｎの高い画像信号出
力が得られ、しかも駆動電圧発生手段の切換ノイズや読
出し用アナログスイッチ群のスイッチングノイズの影響
を除去できる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］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、配列された複数の光
導電素子の一方の電極を各群毎に共通接続する第１の共
通接続配線と、他方の電極を各群間で対応するものどう
し共通接続する第２の共通接続配線のいずれか一方に順
次駆動電圧を印加し、この駆動電圧の印加に伴なって第
１および第２の共通接続配線の他方を流れる電流を、読
出し用アナログスイッチ群と、共通出力線および電圧増
幅器を介して順次検出することにより、光導電素子上に
結像される光学像に対応した画像信号を得る画像信号読
出し手段において、電圧増幅器の入力端子と基準電位点
間にリセット用アナログスイッチを接続し、これを駆動
電圧印加手段および読出し用アナログスイッチ群により
光導電素子の各々が選択されている期間中の初期にオン
状態にするようにしたことを特徴とする。

（作用） 光導電素子のある一つが駆ａ’ｉ圧の印加と対応する読
出し用アナログスイッチのオンによって選択されると、
その光導電素子からの信号電流が共通出力線に流れ、共
通出力線上に存在する静電容量により積分されて共通出
力線の電位を変化させる。

この際、光導電素子が選択されている期間の初期にリセ
ット用アナログスイッチがオン状態となることにより、
共通出力線上の電位は以前に選択された光導電素子から
の信号成分がリセットされて基準電位に設定され、次い
で新たに選択された光導電素子からの信号の積分値に従
って変化することにより、信号電圧を発生する。この信
号電圧は従来の負荷抵抗を設（プた場合に比較して著し
く大きく、一方、以前に選択された光導電素子からの信
号成分は、リセット用アナログスイッチのオンによって
速やかに無視できる程度まで抑圧される。従って、高速
読取りと同時に、信号電圧の増大によりＳ／Ｎの向上が
達成される。また、駆動電圧発生手段切換ノイズや読出
し用アナログスイッチ群のスイッチングノイズも、これ
らのノイズが発生ずる時点である被選択光導電素子の切
換時にオンとなるリセット用アナログスイッチを介して
除去され、画像信号出力にはほとんど混入しない。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係るイメージセンサの回路
図である。同図において、複数（ＮＸＭ＞個の光導電素
子Ｄ１〜ＤＮＭは光導電体層、例えば帯状のアモルファ
スシリコン膜と、これに接して両側から対向して設けら
れたプレーナ構造の電極群とからなり、−次元に配列さ
れ、Ｎ個ずつを１単位とするＭ個の群に分割されている
。例えばＮ＝３２．　Ｍ＝５４とすれば、Ａ４サイズ（
アレイ長２１６ｍ）　、　８画素／ＩＷｎの密着型イメ
ージセンサが構成される。

光導電素子Ｄ１〜ＤＮＭの一方の電極は、各群毎に第１
の共通接続配線ＬＡＸ〜Ｌ　Ａ　Ｍによって共通接続さ
れ、また各他方の電極は個別配線ＬＢＩ〜ＬＢＮＭに接
続されている。個別配線Ｌ　Ｂ　ｔ〜ＬＢＮＭはこれに
層間絶縁膜を介して設けられた第２の共通接続配線ＬＣ
Ｉ〜ＬＣＮと共にマトリックス配線を構成しており、こ
れらの第２の共通接続配線ＬＣｔ〜ＬＣＮにより、個別
配線ＬＢＩ〜ｌ−ＢＮＭを介して光導電素子Ｄ１〜ＤＮ
Ｍの他方の電極が各群間で対応するものどうし共通接続
されている。

第２の共通接続配線ＬＣＩ〜ＬＣＮに駆動手段としての
駆動電圧発生回路ＤＲが接続され、第１の共通接続配線
Ｌ　Ａ　１〜ＬＡＭに画像信号読出しのための読出し用
アナログスイッチ群８１〜ＳＭを介して共通出力線１０
が接続され、共通出力線ＬＯの終端に電圧増幅器Ａｎが
接続されている。

電圧増幅器Ａｎは特に直流増幅器である必要でなく、通
常の容量結合増幅器でよい。

そして、電圧増幅器Ａｏの入力端子と基準電位点くこの
場合、接地電位点）との間に、本発明に基づくリセット
用アナログスイッチＳＲが接続されている。このリセッ
ト用アナログスイッチＳＲは以前に選択された光導電素
子からの信号成分や、読出し用アナログスイッチ群＄１
〜ＳＭのスイッチングノイズおよび駆動電圧発生回路Ｄ
Ｒの切換ノイズを除去するためのものである。これら読
出し用アナログスイッチ群８１〜ＳＭ、共通出力線−〇
− ＬＯ，電圧増幅器Ａｎおよびリセット用アナログスイッ
チＳＲによって画像信号読出し回路Ｄ　Ｅ　１−が構成
される。

次に、第１図のイメージセンサの動作を第２図の波形図
を参照して説明する。光導電素子Ｄｌ〜ＤＮＭに結像さ
れた画像を読取るときには、第２図に示すように読出し
用アナログスイッチ群８１〜ＳＭが順次一定期間ずつオ
ン状態となり、その各期間中に駆動電圧発生回路ＤＲか
ら第２の共通接続配線ＬＣＩ〜ＬＣＮに順次パルス状の
駆動電圧が印加される。これにより例えばアナログスイ
ッチＳ１のオン期間中に、光導電素子Ｄ１〜ＤＮからの
信号電流が順次共通接続配線しＡ１を通して共通出力線
ＬＯに導かれ、共通出力線Ｌ○に存在している静電容Ｉ
　ＣＬに充電される。この充電電荷量によって、共通出
力線ＬＯの電位が決定される。なお、静電容量ＯＬは読
出し用アナログスイッチ群８１〜ＳＭに使用されるＭＯ
Ｓ−ＦＥＴのソース、ドレインの寄生容量や、共通出力
線ＬＯ自体の配線容量および電圧増幅器Ａ［＋の入ツノ
容量等の総和で与えられる。

リセット用アナログスイッチＳＲは、読出し用アナログ
スイッチ群８１〜ＳＭのオンと、第２の共通接続配線Ｌ
ＣＩ〜ＬＣＮへの駆動電圧の印加により光導電素子Ｄ１
〜ＤＮＭが順次選択される毎に、その選択期間の初期に
リセットパルスφＲによってオン状態となり、共通出力
線ＬＯの電位を接地電位にリセットする。このリセット
用アナログスイッチＳＲがオフ状態になった後、静電容
量ＯＬが信号電流によって充電され、その充電電荷量に
従って共通出力線ＬＯの電位が変化し、その電位変化が
電圧増幅器ＡＤによって増幅され、出力端子に画像信号
出力ＶＯｕｔとして取出される。

以下、同様に読出し用アナログスイッチ群８２〜ＳＭが
順次オンとなり、その各オン期間中に対応する光導電素
子からの電流が順次画像信号出力ｖｏｕｔとしてシリア
ルに取出される。

このように共通出力線ＬＯ上の電位はリセット用アナロ
グスイッチＳＲによって接地電位にリセットされ、次い
で信号電流の静電容量ＯＬへの充電による積分値に従っ
て変化するｌ〔め、第２図に示したようなのこぎり波と
なる。ここで、画像信号出力ｖｏｕｔのうち各光導電素
子Ｄ１〜ＤＮＭからの電流に依存する実質的な信号成分
Ｖ　ｓｉｐは、リセット用アナログスイッチＳＲがオフ
になった直後の電圧と、のこぎり波の最大値付近の電圧
との差で与えられる。この信号成分Ｖｓｉｇの値は、光
導電素子からの信号電流をＩ、リセット用アナログスイ
ッチＳＲのオフ期間をＴｏｆｆ、電圧増幅器Ａ口の利得
をＧどすると、 Ｖｓｉｃｌ＝（Ｉ・、ＴｏｆｆｌｏＬ）Ｇ　　　−（１
）となる。

従来の負荷抵抗を用いたイメージセンサでは、一つの光
導電素子からの信号の読出し周期を王とすれば、このＴ
の期間内に以前に読出された光導電素子からの信号成分
が十分に減衰していなりればならないので、ＣＬ−ＲＬ
＜Ｔとなるように負荷抵抗の値ＲＬを選ぶ必要があった
。ＣＬ−ＲＬとＴとの関係により生じる以前に読出され
た光導電素子からの信号成分の残留率を次表に示す。

ココテ、残留率はｅＸｐ［−Ｔ１０Ｌ　−ＲＬ　］で与
えられる。解像度はこの残留率によって制限され、少な
くとも５％未満、望ましくは１％未満にする必要がある
。すなわち、ＣＬ−ＲＬ≦Ｔ１５にする必要がある。こ
の場合の信号出力電圧ｖｏｕｔ中の信号成分の電圧ｖｓ
ｉｇ′　は、Ｖｓｉａ’＝Ｉ・ＲＬ−Ｇ ≦Ｉ−Ｔ−Ｇ１５ＣＬ　　　・・・（２）となる。

Ｔ白＝Ｔｏｕとすれば、（１）（２ｊ式より負荷抵抗を
用いる従来のイメージセンサに比較して、本発明の実施
例の方が約５倍の画像信号出力が得られることがわかる
。

また、本発明においてはリセット用アナログスイッチＳ
Ｒのオン抵抗Ｒｏｎを、リセット期間（スイッチＳＲの
オン期間）をＴｏｎとして、Ｒｏｎ−ＣＬ　　＜　Ｔｏ
ｎ となるように選べば、上記残留率は非常に小さくなり、
例えば Ｒｏｎ−ＣＬ　＝Ｔｏｎ／　５ に選べば、１％未満の残留率となる。使用される条件に
よってＲｏｎを選べばよい。

このようにリセット用アナログスイッチＳＲを設けるこ
とによって、ある光導電素子を選択して信号電流を画像
信号出力として読出す場合、以前に選択された光導電素
子からの信号成分を速やかに減少させることができるの
で、高速の読取りが可能となる。この場合、従来のよう
に抵抗値の小さい負荷抵抗を設ける必要がないので、信
号出力電圧ｖｏｕｔを大きくとることができ、Ｓ／Ｎが
著しく向上する。

また、読出し用アナログスイッチ群＄１〜ＳＭのスイッ
チングノイズや、駆動電圧発生回路ＤＲの切換ノイズも
、以前に選択された光導電素子からの信号成分と同様に
リセット用アナログスイッチＳＲによって除去されるた
め、これらのノイズが画像信号出力ＶＯｕｔに混入する
のを防止することができる。

さらに、従来では共通出力線上の絶対的な電位を検出す
るため、電圧増幅器として直流増幅器（直結増幅器）を
使用する必要がある。しかし直流増幅器は通常、正負の
二重源が必要であり、イメージセンサのような小型化お
よび低価格化が要求される用途には適さない。また、電
圧増幅器の湿度変動、電８Ｉ電圧の変動等による動作点
のドリフトによって、画像信号出力の電圧が不安定とな
り、再生画像の品質を低下させる問題もある。

これに対し、本発明によると電圧増幅器Ａｏはリセット
用アナログスイッチＳＲにより接地電位にリセットされ
た後の共通出力線１０の電位の変化分を検出すればよい
ため、単一電源で動作する通常の容量結合増幅器を使用
できる。さらに、画像信号用ツノＶ　ｏｕｔのリセット
用アナログスイッチＳＲがオフになった直後の値と最大
値イ４近の値（次にリセット用アナログスイッチＳＲが
オンになる直前の値）との差をどることにより実質的な
信号成分が得られるので、電圧増幅器Ａｎの動作点のド
リフトのような長期的変動による画像信号出力ｖｏｕｔ
の変化は生じない。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば実施例では第２の共通接続配線ＬＣＩ〜ＬＣＮに
駆動電圧発生回路ＤＲを接続し、第１の共通接続配線Ｌ
ＡＩ〜Ｌ　Ａ　Ｍに画像信号読出し回路ＤＥＴを接続し
たが、逆に第１の共通接続配線ＬＡＩ〜ＬＡＭに駆動電
圧発生回路ＤＲを接続し、第２の共通接続配線Ｌ　Ｃｔ
〜Ｉ−ＣＮに画像信号読出し回路ＤＥＴを接続してもよ
い。

［発明の効果］ 本発明によれば、以前に選択された光導電素子からの信
号が速やかに除去されるので高速の読取りが可能であり
、また実質的な信号成分を大きくとることができるため
、Ｓ／Ｎの高い画像信号出力が得られ、さらに駆動電圧
発生手段や読出し用アナログスイッチ群からのスパイク
状のノイズによる影響のないイメージセンサを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るイメージセンサの回路
構成図、第２図は同実施例の動作を説明するための各部
の波形図である。 Ｄ１〜ＤＮＭ・・・光導電素子、ＬＡｔ〜Ｉ−Ａ　ｖ・
・・第１の共通接続配線、ＬＢ１〜しＢＮＭ・・・個別
配線、Ｌ　Ｃ１〜ＬＣＮ・・・第２の共通接続配線、Ｄ
Ｒ・・・駆動電圧発生回路、８１〜ＳＭ・・・読出し用
アナログスイッチ群、Ｌ○・・・共通出力線、ＳＲ・・
・リセット用アナログスイッチ、ＤＥＴ・・・画像信号
読出し回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １７一

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に配列され、複数の群に分割された複数の
   光導電素子と、これら複数の光導電素子の一方の電極を
   各群毎に共通接続する第１の共通接続配線と、前記光導
   電素子の他方の電極を各群間で対応するものどうし共通
   接続する第２の共通接続配線と、これら第１および第２
   の共通接続配線のいずれか一方に順次駆動電圧を印加す
   る駆動電圧発生手段と、この手段による駆動電圧の印加
   に伴なって前記第１および第２の共通接続配線の他方を
   流れる電流を順次検出することにより、前記光導電素子
   上に結像される光学像に対応した画像信号を順次読出す
   画像信号読出し手段とを備えたイメージセンサにおいて
   、前記画像信号読出し手段は前記第１および第２の共通
   接続配線の他方に各一端が接続され、順次選択的にオン
   状態となる読出し用アナログスイッチ群と、これらの読
   出し用アナログスイッチ群の各他端に共通接続された共
   通出力線と、この共通出力線に入力端子が接続された電
   圧増幅器と、この電圧増幅器の入力端子と基準電位点間
   に接続され、前記駆動電圧印加手段および前記読出し用
   アナログスイッチ群により前記光導電素子の各々が選択
   されている期間中の初期にオン状態となることによつて
   前記共通出力線の電位をリセットするリセット用アナロ
   グスイッチとを備えたことを特徴とするイメージセンサ
   。
2. （２）前記電圧増幅器は容量結合増幅器であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のイメージセンサ。