JPS6364469A - 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） 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として、読取るべき原稿の幅
以上のアレイ長を持つ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層マト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
抗の両端に発生す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、等両回路
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膜質の熱的安定性
の面でＣｄ５−８ｅ等に比べて有利なアモルファスシリ
コン（ａ−８ｔ）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　−８１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号出力の電圧が小さくなると、当
然のことながらＳ／Ｎが低下する。画像信号出力に含ま
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。

そして、さらに電圧増幅器の出力側にリセット用アナロ
グスイッチがオン状態からオフ状態に転じた直後の第１
の時刻および光導電素子の各々が選択されている期間中
の終期の第２の時刻における電圧増幅器の出力電圧の差
を検出して前記画像信号出力を得る検出回路を設けたこ
とを特徴とする。

（作用） 光導電素子のある一つが駆動電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け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
のノイズが発生す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。

また、リセット用アナログスイッチ自体もオン・オフ時
に若干のスイッチングノイズを発生するが、このスイッ
チングノイズはリセット用アナログスイッチがオン状態
からオフ状態に転じた直後の第１の時刻および光導電素
子の各々が選択されている期間中の終期の第２の時刻に
おける電圧増幅器の出力電圧の差を画像信号出力として
検出することで除去され、画像信号出力中には含まれな
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０１〜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、Ａ／Ｉサイス（
アレイ長２１６１１＋１）　、　８画素／Ｍ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
の共通接続配線しＡ１〜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ＬＢ１〜ＬＢＮＭに接
続されている。個別配線ＬＳＩ〜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ＬＣ１〜
ＬＣＮど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ＬＣＩ〜ＬＣＮにより、個別配線
ＬＢｉ〜ＬＢＮＭを介して光導電素子Ｄ１〜ＤＮＭ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ＬＣｘ〜ＬＣＮに駆動手段としての
駆動電圧発生回路ＯＲが接続され、第１の共通接続配線
ＬＡ１〜ＬＡｖ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ＬＯが接
続され、共通出力線Ｌ○の終端に電圧増幅器ＡＯが接続
されている。

電圧増幅器Ａｏ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ＡＤ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８１
〜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。

そして、電圧増幅器ＡＤの出力ｖｏｕｔはさらにアナロ
グスイッチＳｃとコンデンサＣｃにより構成される第１
のサンプルホールド回路を介して差動増幅器Ａ１の反転
入力端子に供給されるとともに、差動増幅器Ａ１の非反
転入力端子に供給される。差動増幅器Ａ１の出力はさら
にアナログスイッチＳｓとコンデンサＣＨにより構成さ
れる第２のサンプルホールド回路を介してバッファ増幅
器Ａ２に入力され、バッファ増幅器Ａ２の出力が最終的
な画像信号出力Ｖｏｕｔ’　となる。

これら読出し用アナログスイッチ群８１〜ＳＭ。

共通出力線ＬＯ，電圧増幅器Ａｎおよびリセット用アナ
ログスイッチ群イツチ第１のサンプルホールド回路、差
動増幅器Ａ１．第２のサンプルホールド回路およびバッ
ファ増幅器Ａ２からなる検出回路によって画像信号読出
し回路ＤＥＴｆｆｉ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Ｄｉ〜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ＬＡＩを通して共通出力線
ＬＯに導かれ、共通出力線１−０に存在している静電容
ＩＣＬ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ＣＬ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Ａｎの入力容色
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Ｉノ用アナロ
グスイッヂ群８１〜ＳＭのオンと、第２の共通接続配線
ＬＣ１〜ＬＣＮへの駆動電圧の印加により光導電素子Ｄ
１〜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ＩＣＬ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Ａ＋＋によって増幅される。

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電圧信号Ｖ　ｏｕｔどして電圧増幅
器ＡＩｌから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ＩＣＬへの充電による積分値に従っ
て変化するため、第２図に示したようなのこぎり波とな
る。ここで、電圧増幅器Ａｏの出力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　ｓｉｇは、リセット用アナログスイッチＳＲ
から発生するスイッチングノイズによる電荷をも考慮す
ると、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Ｖ　ｓｉｇ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Ｓ
Ｒのオフ期間をＴｏｆｆ。

電圧増幅器Ａｎの利得をＧとすると、 Ｖｓｉｏ　＝　（Ｉ　−Ｔｏｆｆ　１０Ｌ　）　Ｇ　　
　＝１１）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Ｔとすれば、この王
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ければならないので、０Ｌ−ＲＬ
（王となるように負荷抵抗の値ＲＬを選ぶ必要があった
。０Ｌ−ＲＬとＴど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［−Ｔ／ＣＬ−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にづ“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■ｓ
ｉｇ’　は、Ｖｓｔｇ’＝Ｉ　　・ＲＬ　−Ｇ ≦Ｉ−Ｔ−Ｇ１５ＣＬ　　　　　−（２）となる。

Ｔ岬−Ｔｏｆｆとすれば、（ＩＯ２）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、リセツ１〜明間（スイッチＳＲ
のオン期間）をＴｏｎとして、Ｒｏｎ＠ＣＬ　＜Ｔｏｎ 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　＝Ｔｏｎ１５ 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、出
ノＪｖｏｕｔ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８１〜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ｙｏｕｔ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
圧増幅器の温度変動、電源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Ａｎ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Ｌ　Ｏ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、画像信号出力ｙｏｕｔ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
付近の値（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）との差をと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ＡＯ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。

ところで、リセット用アナログスイッチＳＲ自体も第２
図に示されるように、オフするときに若干のスイッチン
グノイズ（以後、リセツＩ・ノイズという）を発生する
。このリセットノイズは該スイッチＳＲとして使用され
るＭＯＳ−ＦＥＴのゲート・ソース間またはグー１〜・
トレイン間、ゲート・チャネル間の静電容量を通じて、
ゲート駆動電圧のオン・オフ時の変化によって信号に重
畳される電荷によるものである。このスイッチＳＲの負
荷インピーダンスが主として容量成分である場合は、そ
のノイズ電荷はそのまま保持され、スイッチＳＲがオフ
になった直後の共通出力線ＬＯの電位はこのノイズ電荷
による電位となる。そして、これ以後は信号電流が流れ
込むことにより共通出力線ＬＯの電位は直線的に変化す
る。この変化分が先に述べた実質的な信号成分Ｖ　ｓｉ
ｇである。

そこで、本実施例では電圧増幅器Ａｎの出力側にさらに
第１．第２のサンプルホールド回路と差動増幅器Ａ１お
よびバッファ増幅器Ａ２からなる検出回路を付加するこ
とにより、この実質的な信号成分Ｖｓｉｇを最終的な画
像信号出力ＶＯｕｔ′　とじて取出している。すなわち
、リセット用アナログスイッチＳＲがオン状態からオフ
状態に転じた直後である第１の時刻において、制御パル
スφＣによってスイッチＳｃがオンになることにより、
電圧増幅器Ａｎの出力ＶＯｕｔのうちのリセットノイズ
成分がスイッチＳｃによってサンプリングされ、かつコ
ンデンサＣ６にホールドされる。このコンデンサＣｃに
ホールドされたリセットノイズ成分と、それ以後の電圧
増幅器Δ０の出力ｖｏｕｔとの差電圧が差動増幅器Ａ１
により増幅されるため、出力Ｖ　ｏｕｔに含まれている
リセットノイズ成分は除去される。そして、光導電素子
が選択されている期間の周期の第２の時刻、すなわち出
力ｖｏｕｔが最大値近くに達する時刻において、制御パ
ルスφ８によってスイッチＳ８がオンとなることにより
、差動増幅器ＡＩの出力がサンプリングされて、コンデ
ンサＣＨにホールドされ、さらにバッファ増幅器△２を
介して、ノイズのほとんど含まれない最終的な画像信号
出力Ｖｏｕｔとして取出される。

なお、サンプル用スイッチＳｃ　、Ｓｓも当然スイッチ
ングノイズを発生するが、電圧増幅器ＡＯの出力インピ
ーダンスは入力インピーダンスと異なり十分低くできる
ため、ホールド用コンデンサＣＣ，ＣＨの容量を必要に
応じて大きくとることができ、それによってスイッチＳ
ｃ、Ｓｓのスイッチングノイズは問題とならないレベル
まで抑圧できる。

第３図は本発明の他の実施例の回路図であり、電圧増幅
器ＡＤの出力側の検出回路において、第１のサンプルホ
ールド回路におけるスイッチＳｃとコンデンサＣｃの位
置を入替え、かつコンデンサＣｃの電圧増幅器Ａ＋＋の
出力端子に接続された側と反対側の端部を第２のサンプ
ルホールド回路に接続することにより、第１のサンプル
ホールド回路の出力電圧（コンデンサＣｃのホールド電
圧）を第２のサンプルホールド回路に転送する際、同時
に第１図における差動増幅器Ａ１で行なった差演鐸を行
なうようにしたものである。この実施例によれば、差動
増幅器が不要となるため、回路構成が簡略化される。

なお、本発明は上記した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Ｌ　Ｃｔ〜Ｌ
ＣＮに駆動電圧発生回路ＤＲを接続し、第１の共通接続
配線ＬＡ１〜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ＬＡ１〜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
ＣＩ〜ＬＣＮに画像信号読出し回路ＤＥ王を接続しても
よい。

［発明の効果］ 本発明によれば、リセット用アナログスイッチを設けた
ことによって、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、さらにはリセット用アナログ自身が発生する
スイッチング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、第３図は本発明の他の実施例に係るイメージ
センサの回路構成図である。 Ｄ１〜ＤＮＭ・・・光導電素子、ＬＡｔ〜ＬＡＭ・・・
第１の共通接続配線、Ｌ　Ｂ　１〜１８８Ｍ・・・個別
配線、Ｌ　Ｃｔ〜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、ＬＯ・・・共通出力線、ＳＲ・・
・リセット用アナログスイッチ、Ｓｃ、Ｃｃ・・・第１
のサンプルホールド回路のスイッチおよびコンデンサ、
Ｓｓ、ＣＨ・・・第２のサンプルホールド回路のスイッ
チおよびコンデンサ、Ａ１・・・差動増幅器、Ａ２・・
・バッファ増幅器、ＤＥＴ・・・画像信号読出し回路。

Claims (3)

【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、このリセット用アナログスイッチがオン
   状態からオフ状態に転じた直後の第１の時刻および前記
   光導電素子の各々が選択されている期間中の終期の第２
   の時刻における前記電圧増幅器の出力電圧の差を検出し
   て前記画像信号出力を得る検出回路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。
3. （３）前記検出回路は前記第１の時刻における前記電圧
   増幅器の出力電圧をサンプルホールドする第１のサンプ
   ルホールド回路と、この第１のサンプルホールド回路の
   出力電圧と前記第１の時刻以後の前記電圧増幅器の出力
   電圧との差電圧を得る手段と、この差電圧を前記第２の
   時刻においてサンプルホールドする第２のサンプルホー
   ルド回路とにより構成され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。