TW484299B - Image scanner - Google Patents

Description

4S4299 五、發明說明（l) 發明背景 發明的領域 本發明係有關於一種使 特別是有關可降低功率二轉換器的影像掃描器， 相關前案的描述 手肖耗的影像掃描器。 近來隨著辦公室自動化的並 腦的影像掃描器的發展也迅=’將影像資訊輸入至電 知的小尺寸的影像掃描器，☆展。筆式影像掃描器是習 來讀取紙面上的影像資訊，‘捧二由抓取並在紙面上移動 像掃描器的電路架構圖， ^ : $佳。圖8是傳統的影 1，電流至電輯換部份包㈣知器部份 積分器3。偵知器部份丨包括在主拇"、' 換部份2) ’和一 的η個光電轉換器，每一個光1田β上排成陣列形式 射光二極體的光量的偵知Λ電以相當於入 將偵知器電流信號轉換成偵知哭:^，1 —V轉換部份2用來 來積刀偵知器電壓信號化並輸 ，、刀«3用 V〇ut 〇 ®其結果作為—輸出信號 生nH10 ^貞知器電流信號Hl微小， 生在！-V轉換部份2的運算放大器〇ρι的一

，，知器電壓信號V。發生作用，因而使影像掃描= 確項取影像。為解決此問題，可增加照光強度和昭射 強债知器電流信號1U '然而’偵知器電流信號I 的增強導致功率消耗的增加。 降低產生在I-V轉換部份的運算放大器的補償的技術

484299 五、發明說明（2) 一 揭露於日本專利申請案公開號以17_7218〇，圖9是日 Γ ΐ請f公開號Hei7_7218G所揭露的影像掃描11的架構方 塊圖。如圖9所示，該揭露的影像掃描器包括j_v轉換二 21，一個積分電路22，一個控制器23和一伴、刀 24。？轉換部用來執行饋自光二極體:取 Π1的電流至電壓轉換’並輪出轉換後的電流；; m22的反向輸入埠以及取樣保持電路24的取。樣： 入埠。控制器23由一個重置信號以產生控 =调 24的控制信號S2。取樣保持電路24包技一 y 4缺”、兒路 行充電的電容器C2。積分電路22鹑A Ai ^號Vo進 為-參考電壓的取樣保持=:===;入： =入至：向：入埠的伯知器電壓信號理i 的#唬Vo。由於重置信號S1的產 7处理後 21 n t.U i! ^ # Λ, / ^ # ^ iM T ΛΤ 夕 取木x保持電路2 4的雷交Γ 9 UI-V轉換部份21的補償電壓充電。 22抵消輸入的補償電壓，方法 '疋σ ，误为電路 理。 見，、為同相成份進行處 在上述申請案所揭霖的姑衫 少 換部份21產生的補償，但是，=、；/艮有效地降低在Η轉 訊)比。為降低S/N比值：還是；：：效：善S/N(信號對雜 Π1 發明概要 k 個影像掃描器，藉 據上所述，本發明之目的是提供一 484299 五、發明說明（3) 由偵測微小偵知器電流信號，既可改善信號對雜訊（S/N) 比又可降低功率消耗。 根據本發明之一形態，一種影像掃描器包括： 一光電轉換器； 一偵知器部份，用以輸出一偵知器電流信號； 一電流至電壓轉換裝置，用以轉換偵知器電流信號並 輸出一偵知器電壓信號；以及 一積分器，用以積分偵知器電壓信號並輸出一處理後 信號； 藉此，一個用來放大偵知器電流信號的電流放大器置 於電流至電壓轉換裝置的前級。 如前述，一較佳實施方法中包括一參考電壓產生裝 置，用以在偵知器電流信號輸入前產生一重置信號，並由 重置信號將一由電流至電壓轉換裝置產生的補償電壓輸入 至積分器的參考電壓輸入端。 又，一較佳實施方法中，將偵知器部份的輸出輸入到 積分器的參考電壓輸入端。 又，一較佳實施方法中，積分器包括：一積分電容， 以連接偵知器電壓信號輸入端到積分器的輸出；一積分電 阻，連接至偵知器電壓信號輸入端，偵知器電流信號輸入 該積分電阻；以及一電晶體，用以由一重置信號對積分電 容短路。 又，一較佳實施方法中，積分器包括：一定電阻，連 接在積分電容和積分電阻相接的節點和偵知器電壓信號輸 入端之間；以 參考電壓輪入可變電阻，連接在參考電屋產生裝置和 土询八端之間。 X R — Vs ) /丨^佳貫施方法中，，可變電阻的阻值設為（I b2 參考電壓輸入壯/、中VS疋田偵知器電壓信號輸入端和 接地時的偵知^開時產生的一補償電壓，Ib2是流自 時的參考電壓二毛壓信號輸入端的電流，Ibl是流自接地 圖式簡單說明雨入端的電流，R則為定電阻的阻值。 本發明如上所述和其他的目的、 附圖及說明备-& 憂點和特徵由下文的 更各易明瞭： 圔1是本發明的第一實施例的影傻 圖； 像知描器的架構方塊 的影像掃描器的詳細電 圖3疋本發明的第一實施例的：構圖， 號波形時序圖； y像~描器動作時的信 圖 圖4是本發明的第二實施例 圖5是本發明的第三實施例的 y 1冢知描器的電路架 圖6是本發明的第四實施例 像知插器的電路架 圖7是圖6的積分器和參考 圖8為傳統影像掃描器的生電路的等效電S 圖9是-揭露於曰本申構圖；以及 4公卩錢Hei7_7測的電 ~像知插器的電路架構 圖 圖 484299 五、發明說明（5) 至電壓轉換部份的架構方塊圖。 較佳實施例的詳細說明 本發明的最佳實施方法將參照附圖以各實施例更

地沉明。下文描述的實施例中，金氧半導體體 通道電晶體。 用N 第一實施例 圖1疋本發明案的第一實施例的影像掃描器的架構 塊圖:本實施例的影像掃描器包括的元件在如圖1所示之 外，逯有一個置於後級用以處理輸出信號v〇ut的類比數 轉，器（ADC)，-個介面部份和一個光照射部份，用來將 光照射在出現在前級的影像上，這些元件都未出現 1，也不贅述其解釋和說明。 參照圖1，影像掃描器包括偵知器部份i，〖_v( 電壓）轉換部份2 * 一個參考電壓產生電路4。偵知器部份1 2成-維陣列形式的二或多個光電轉換@，用於接收來 自影像的反射光並依序輸出偵知器電流信號⑴幻 ^入 圖1)到卜V轉換部份2 ;卜V轉換部射放大 輸入的姣小偵知器電流信號丨i丨並放大 ===壓的轉換，再將其輸入至積分器3 = 輸入埠成為偵知器電壓信號Vo。參考電壓產生雷路4的 功用是偵測在I —V轉換部份2產4： &、志# 廿认 " 、 福#沾失土 + ^ 產生的補彳員，亚輪出相當於該 乂貝、電壓至積分器3。以該參考電壓為參考值， 1器3用來積分輸入的债知器電壓信號v〇並 俨 號Vout。 物』1口

第8頁 484299 五、發明說明（6) 圖2是圖1的影像掃描器的詳細電路架構圖；偵知器部 份1包括形成於玻璃基板上的複數個影像元件，每一影像 元件（Picture element)包括三個各由一金氧半電晶體構 成的構件，一個光二極體PD1和一個累積電容 capacit〇r)CS1。谓知器部份丨構成影像掃描器的讀取光信 號部份。偵知器部份1包括在主掃描方向上排成陣列形式 的η個光電轉換器，當中僅第一個繪示於圖2。每一個光二 極體PD1並聯至累積電容CS1，構成薄膜電晶體爪元件的 金氧半電晶體Q1連接光二極體PD1的陰極側至電源電壓νβ 端。自光二極體PD1的陽極側來的偵知器電流信號ΙΠ輸入 到I=V轉換部份2。影像元件選擇信號φ1至（1>11連接至金 氧半電晶體Q1至Q2之一的閘極。ι — ν轉換部份2包括一個接 面電晶體Tr2，電阻Rl、R3和一個運算放大器〇ρι。接面電 晶體Tr2的源極連接到參考電壓Vref3端，接面電晶體 的汲極經由運算放大器0P i的非反相輸入和電阻R3連接到 電源電壓VD端。參考電壓Vref3是用來決定接面電晶體 ^壓的電壓，經由電阻R8和電容C3連接到接地端gnd。運 异放大态0P1的反相輸入連接到參考電壓Vrefl端，接面電 曰^體Tr2的閘極經由電阻R1連接到運算放大器0P1的輸出 ^ ’即偵知态電流信號I i 1輸入端。參考電壓V r e ^ 1用來決 定運算放大器0P1偏壓的電壓，參考電壓Vren端經由電^ δ連接到電壓VD端，經由電阻7連接到接地端GND。提供偵 知為電壓信號V〇的運算放大器ορι的輸出連接到積分器3的 輪入埠。 、口- 484299

積分器3包括一個金氧半電晶體了㈠、一個電容Ci、一 個運算放大器0P2和一個電阻R2。金氧半電晶體Trl並聯至 電容C1，金氧半電晶體Trl和電容C1連接在運算放大器〇p2 的反相輸入埠和輸出埠間，偵知器電壓信號v〇由電阻R2輸 入至運算放大器0P2的反相輸入埠，運算放大器〇p2的非反 相輸入埠連接至參考電壓產生電路4的輸出埠。重置信號 Orst輸入至金氧半電晶體丁rl的間極。 。儿 簽考電壓產生電路4包括一個金氧半電晶體Tr3和 —— 一丁μ | *^曰日股丄丄〇不口'η 電容C2，偵知器電壓信號ν〇由金氧半電晶體Tr3輪入至夂 產生電路4的輸出埠，參考電壓產生電路4的輸出經 ^ 由於參考電壓Vref2未取決於主 - i，右多考電壓產生電路的阻抗值低，參考電壓“Η9 直接接到接地端GND (圖2 )。會詈俨啼m ^ “ 半電晶體μ的閘極。 重置⑴連接至金氧 口^ ΓΛ本發明❸第一實施例的影像掃描器動作時的作 说波形k序圖；影像元件選擇信號φι至㈣依序 二 知描在主掃描方向上的偵知器部份！ a 換器，在影像元件選擇信號Φ1 m:光電轉 週期的重置信號（Drst。在次升刖，產生一預定 ϊ;ί;: Λ週期重覆產生重置信號—和影像 選擇^ΦΗΦη，並讀取影像為 像心牛 偵知器部份1用來升高影像 、貝。 氧半電晶體Q1，再對並聯連接 砥擇信號Φ 1並打開金 ⑶充電，藉著依序對每一==二極劃的累積電容 像几件的累積電容CS1充電可

484299 五、發明說明（8) 執行主掃描。累積電容CS1在選擇對應的一影像至下一— 選擇的期間，依在光二極體PD1的入射光強度放電。藉^ 在下一選擇時再對放電後的累積電容CS1充電，偵知^部 份1可用以輪出充電電流做為偵知器電流信號丨u。的σ …藉用運算放大器0Ρ1，I-V轉換部份2將來自具有高功 =阻，=偵知器部份i的偵知器電流信號〗丨丨轉換成為偵 為電壓信號Vo。ί_ν轉換部份2具有接面電晶體。2做為輸 ^璋 > 以便能處理微小的偵知器電流信號I i 1，在維持信 號雜汛比狀況下增強增益。接面電晶體Tr2選用低雜訊 電晶，Tr2，參考電MVrefl*Vref3設為可得到約6〇8〇心 的預定值。 、，田重置升高時，參考電壓產生電路4打開， ^ Ϊ此時，以偵知器電壓信號Vo對電容C2充電。因此，參 私j產生電路4的輸出成為卜v轉換部份2的補償電壓。 δ重置信號cDrst升高時，積分器3的金氧半電晶體 J 丁開，並對電容C1放電。接著，藉由饋自參考電壓產 :路4的補償電壓做為參考電壓，積分器3積分由I —v轉 、邛伤2饋达的偵知器電壓信號v〇並輸出一輸出信號 Vout ° 根據第一實施例，因為能檢測微小的偵知器電流信 ^所以旎降低在目的影像照光的功率消耗。與選擇低雜 =的運算放大器0P1案例相比，如上述I-v轉換部份2的構 ，有成本和元件選擇的優點，而且增益加強。

484299 五、發明說明（9) Θ 4疋本奄明案的第二貫施例的影像掃描界 構圖；第二實施例的影像掃描器和第一實施例電采 用！^轉換部份2的虛擬接地點Vpl，取代參考電壓同在於 路4，直接連接到運算放大器〇p2的非反相輸入璋。電 積分器3的運算放大器〇P2的非反相輸入埠連

I -V轉換部份2的虛擬接地點Vpl的金氧半電晶體了 ==為 極。 w J 由於I-V轉換部份2包括運算放大器〇ρι，若 流信號⑴為〇，Vpl = v。。在接面電晶體Tr2的閘 ，2。，產生與溫度相關的電壓漂移△ Vgs並加到偵知哭ς 0號Vo中’積分器的運算放大器〇ρ2的非 輸：雷 位同於偵知器電壓信號V〇。 勒入的電 由於運异放大器0P2的反相輸入和非反相 位，積分口受到接面電晶體^㈣極 门電 移△ Vgs的影響很小。 往間電昼的漂 第三實施例 圖5是本發明案的第三實施例的影像掃描器 構圖；第三實施例的影像掃描器和第二實施例°。的不木 電=R4和電容C2連接於ί _v轉換部份2的虛 α ; 接地點間，來取代參考電壓產生電路4。要地JVpl和 積分器3A包括金氧半電晶體m、電容π、運 和電阻R2，再增加電阻R4和電容C2。 斤 °σ〇Ρ2 積分器3Α的運算放大器〇Ρ2的非反相 …到Η轉換部份2的虛擬接地點Vpl輪=容=且

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到1電壓Vref2，參考電MVref2連接到接地端⑽。 #fT '，阻R4使之具有高阻抗，電容C2和電阻R4的時間 JTcr (C2 X R4)也要夠高，時間常數的溫度漂移則要 常 夠 Ι-V轉換部份2受到運算放大器0P2的大輸入的影響較 :。因為運算放大器0P2的非反相輪入的電位變化降低， 和分器3 A的運作穩定。 一 第四實施例 圖6疋本發明案的第四實施例的影像掃描器的電路架 ，圖二第四實施例的影像掃描器和第三實施例的不同在於 =像掃描器包括具有新增電阻R5和新增可變電阻vri的參 考電壓產生電路4A。 / 參考電壓產生電路4A包括金氧半電晶體Tr3、電容 C〃2、新增電阻R5和新增可變電阻VR1。可變電阻加在金 ^半電晶體Tr3及電容C2的節點與運算放大器〇p2的非反相 輸入埠間，電阻R5加在電阻R2、電容C1及金氧半電晶體 Trl的節點與運算放大器〇P2的反相輸入間。 圖7是積分器3和參考電壓產生電路4A的等效電路，立 中說明運算放大器0P2的補償電壓和偏壓電流；圖？所示的 補償電壓Vs是運算放大器0P2的反相輸入埠和非反相輸入 阜的電位差值，也是反相輸入埠和非反相輸入埠開路的端 電壓。偏壓電流I b 1和I b 2是一電晶體動作時所需在與其 連接的運算放大器中的每一輸入端的電流，電流在運算放 大器反相輸入埠和非反相輸入埠連接到接地端GND時產

484299 五、發明說明（11) 生。通常，自雙極電晶體輸入時，偏壓電流丨b 1和I b 2是 數十nA到數個mA的大小；自單極電晶體輸入時，則幾乎是 令。因此，在本實施例中，如果欲處理的信號量微小，需 要對補償電壓Vs以及偏壓電流Ibl和Ib2再作計算。 饭设偵知器電流信號I i 1為〇，金氧半電晶體T r 3是理 想的開關，由運算放大器〇p2的補償量產生在電容兩端的 電位差AVcl可以下式表示： △ Vcl 二 Cl X Trst/R2 X〔Vo 一（ Vo + Ibl X VR1 + Vs - Ib2 x R5)〕…⑴ 其中，Trst是如圖3所示的重置信號〇rst的一個週 〇的條件下，由式（1)， VR1可以 和VR1相關的^Vci 下式表示： VR1= (Ib2 X R5 - Vs) / IM …⑴ 由於運算放大器0P2的補償電壓和偏壓電流產生的電 壓差值以是零，藉著設定VR1值如定義於式^電 ;器3的增益。此外，藉著調侧值，可據以 的雷厭旦二、曾^ 體3的閘極谷量而充電在電容c2 的電而導致的運算放大器0P2效應。 放大器置於I—V轉換m Μ二 綺“建構成電流 .t纪悔褥換邠伤2的刖級，信號雜訊比可 善，；影像上的照光量可以降低，因此能降低功率ϋ 低雜讯的接面場效應電晶體置於I-V轉換部份2的 輸入埠’而能㈣微小偵知器電流信號，結果可以

第14頁 484299 五、發明說明（12) 影像上的照光量並能降低功率消耗。 又，因I -V轉換部份2和積分器3產生的補償電壓降 低，使I -V轉換部份2和積分器3的增益得以加強，並能偵 測微小偵知器電流信號。 當然，本發明不受上述實施例侷限，在不離本發明的 範圍和精神的條件下，可做本發明的變化和修改。

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Claims (1)

1. 484299 ^ 12. ΓΡ #々月ρ If!

   案號 891035R2 六、申請專利範圍 1 · 一種影像掃描器，包括： 一光電轉換器； 一偵知器部份，用以輪屮 一雷& 厭Μ Μ π π出—偵知器電流信號； 電/瓜至電壓轉換裝置， 號並輪出一偵知器電壓信號； 、述偵知器電流信 一積分器，用以積分上祕# Α 理後信號； 、 、〇器電壓信號並輸出一處 藉此 帛來放大上述偵&器電^t t f λ 51 置於上述電流至電壓轉換裝置的一前級。&的電机放大器 2. 如申請專利範圍第！項之影像掃描器，又包括一夹 考電壓產生裝置，用以在上述偵知 多 -重置信號，ϋ由上述重置，號輸入前產生 換裝置產生的一補償電壓輸入至上 ; 輸入端。 I檟刀益的參考電壓 3. 如申請專利範圍第2項之影像掃描器， 知器部份的-輪出被輸入到上述積分器的上述參考電？ 入端。 铜 4·如申請專利範圍第！項之影像掃描器，其 分器包括： 、·^價 一積分電容，用以連接上述偵知器電壓信號輸入 上述積分器的一輸出 端到

   一積分電阻，連接到上述偵知器電壓信號輸入端， 述偵知器電流信號輸入該積分電阻；以及 一電晶體，用以由上述重置信號對上述積分電容短

   5·如申請專利範圍第2項之影像掃 分器包括： 本饰^田益，其中上述積 的節在上述積分電容和上述積分電阻相接 扪即點和上述偵知器電壓信號輸入 相接 __τπ* W -- '^间，以及 了、k電阻，連接在上述參考電壓 考電壓輸入端之間。 &產生裝置和上述參 6·如申請專利範圍第5項之影像掃 變電阻的阻值設為（Ib2xR_Vs) / 田=士/、中上述可 述偵知器電壓信號輸入端和上述參考電1壓當上 產生的一補償電壓，丨b2是流自上述 裝置打開時 端在接地時的電流，Ibl是流自上灸:器電壓信號輸入 地時的HR則為上述定電阻的二考電壓輸入端在接 分器7包^請㈣範圍第2項之影像婦描器’其中上述積 積刀電谷，以連接上述谓知 述積分器的輸出； 15電壓化唬輸入端至上 一積分電阻，連接至上述偵知 述债知器電流信號輸入該積二電阻了：壓信號輸入端，上 一電晶體，以由上述重置作及 8.如申請專利範圍第7項之上述積分電容。 分器包括： 、$〜像知描器，其中上述積 一定電阻，連接在上述積分 的節點和上述偵知器電壓信號輸入述積分電阻相接 ’ <間，以及

   2153-3051-pfl.ptc 第17頁 484299 修正 ^S 89103562 六、申請專利範圍 u、“…二」 一可變電阻，連接在上述參考電壓產生裝置和上述參 考電壓輸入端之間。 9·如申請專利範圍第8項之影像掃描器，其中上述可 變電阻的一阻值設為（Ib2 X R—Vs) / Ibl，其中，Vs是當 上述偵知器電壓信號輸入端和上述參考電壓輸入裳置 時產生的一補償電壓，I b2是流自上述偵知器電壓 ^ 入端接地時的電流，I b 1是流自上述參考電壓輪入山迷輪 時的電流，R則為上述定電阻的阻值。 ^接地 2153-3051-pfl.ptc 第18頁