JPH0413359A

JPH0413359A - 画像読取装置

Info

Publication number: JPH0413359A
Application number: JP2111692A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nobue; 守信江; Kazuhiro Sakasai; 一宏逆井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-05-01
Filing date: 1990-05-01
Publication date: 1992-01-17
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPH07109423B2; US5170129A

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）本発明はファクシミリやイメージスキャナ等の読み取り
部として用いられる画像読取装置の画像読み取り部分に
関し、特に原稿画像の微小区域毎の明暗情報に対応して
光電変換素子で発生する電荷を検出するに際し、高感度
化を図ることができる電荷検出方法及び電荷検出回路に
関するものである。

（従来の技術）原稿に密着して原稿画像を読み取る画像読取装置は、複
数の光電変換素子をライン状に配置した光電変換素子ア
レイと、これを駆動する駆動ＩＣとから構成される。光
電変換素子アレイの各光電変換素子に発生した電荷は、
各光電変換素子を順次選択する駆動ＩＣ内のスイッチに
より１本の出力線に時系列的に抽出されるようになって
いる。

前記光電変換素子アレイは、例えば、アモルファスシリ
コン（ａ−８ｉ）を金属電極と透明導電膜とで挟んで複
数の光電変換素子を形成して受光部とし、原稿画像から
の反射光に依存した光電荷を検出するように構成されて
いる。画像読取装置の１ビット分の簡易等価回路を示す
と第７図のようになる。

その動作について説明すると、フォトダイオドＰＤに原
稿画像の微小区域の明暗情報を含んた反射光か照射する
と、この反射光に基づいて光電流Ｉｐによる光電荷か発
生し、この電荷が受光素子容量ＣＰ及び配線容量ＣＬに
蓄積され、それにともない増幅器Ａの入力線の電圧Ｖａ
が変化する。

この電圧Ｖａを増幅器Ａにより高入力インピーダンスで
検出し、出力をアナログスイッチＳＷの開閉により各ビ
ット毎に順次出力線Ｔ　ｏｕｔへ伝え時系列信号とする
。信号検出後増幅器の入力線はリセットスイッチＲ３に
より接地されて電荷を放電しリセット状態とする。従っ
て、増幅器Ａの入力線の電圧Ｖａは配線容量ＣＬの容量
値が小さいほど大きな値となり、信号検出精度が高くな
るという性質がある。

また、上述の画像読取装置によると、各光電変換素子７
０を個々に駆動するため多数の駆動用ＩＣチップを必要
とするので、駆動用ＩＣチップの数を軽減して低価格化
を図るマトリックス駆動型の画像読取装置が提案されて
いる。

このマトリックス駆動型の画像読取装置は、第８図に示
すように、ｎ個の光電変換素子７ｏを１ブロツクとする
に個の光電変換素子ブロック群と、光電変換素子７０に
１＝１に対応して設けたスイッチング素子Ｔｋｎとから
構成され、各スイッチング素子Ｔｋｎは共通信号線８０
　（ｎ本）に接続されている。前記スイッチング素子Ｔ
ｋｎはゲート線Ｇｋに加えられるゲートパルスによりブ
ロック群毎に導通状態になり、数ビットが同時に共通信
号線８０に接続されて並列処理を行なうようになってい
る。

すなわち、第１のブロックに着目して説明すると、スイ
ッチング素子Ｔｌｌ〜Ｔｌｎが非導通状態のときに原稿
画像の微小区域の明暗情報を含んだ反射光が照射すると
、この反射光に基づいて光電流Ｉｐによる光電荷が発生
し、この電荷が受光素子容量Ｃｐ及びスイッチング素子
Ｔｋｎのドレインとゲート電極間のオーバーラツプ容量
ＣＯＤに配分して蓄積される。スイッチング素子Ｔｌｌ
〜ＴＩｎが導通状態となることにより前記電荷は、スイ
ッチング素子Ｔｋｎのドレインとゲート電極間のオーバ
ーラツプ容量ＣＧＳ及び配線容量ＣＬＩ〜ＣＬｎ及び前
記受光素子容量Ｃｐ及びオーバーラツプ容量ＣＯＤで再
配分される。従って、電荷を充分に配線容量ＣＬに転送
させるためには、受光素子容量ｃｐ及びオーバーラツプ
容量ＣＧＳ、　ＣＯＤに対して配線容量ＣＬが十分大き
いことが必要である。そして、前記配線容量ＣＬに貯蔵
された電荷により各共通信号線８０の電位の変化を駆動
ＩＣ８１内のアナログスイッチＳＷｎを順次閉じること
により増幅器Ａ１〜Ａｎを介して順次出力線Ｔ　ｏｕｔ
へ伝え、この電位を時系列的に検出するものである。こ
の動作が各ブロック毎に行われ、原稿の１ラインの画像
信号を得る。

（発明が解決しようとする課題）前者の画像読取装置の電位検出方法によると、上述した
ように配線容量ＣＬの容量値が小さいほど信号検出精度
が高くなるが、次のような理由で容量値を小さくするこ
とができながった。すなゎち、フォトダイオードＰＤで
光電流が流れるには、フォトダイオードＰＤ両端の逆バ
イアス電圧ＶＢが十分大きい必要があり、配線容量ＣＬ
の容量値が小さいと、当初印加した逆バイアス電圧ＶＢ
は配線容量ＣＬの両端電位の上昇に伴って減じられ、実
効的なフォトダイオードＰＤの逆バイアス電圧ＶＢの減
少により光電流が供給できなくなる。ただし、逆バイア
ス電圧ＶＢが光電流に悪影響を及はすまでの間は、配線
容量ＣＬの容量値は小さいほど両端電位を大きくするこ
とができる。

また後者のマトリックス駆動型の画像読取装置では、ス
イッチング素子Ｔｋｎを介して配線容量ＣＬに電荷を転
送貯蔵している。従って、電荷の転送効率をよくするた
めにはＣＬを（ＣＰ＋Ｃ０Ｄ）に対して十分大きくする
必要があり、配線容量ＣＬの両極間電位は光電変換素子
７０側の数分〜数百分の１程度に減少してしまう。その
ため、駆動ＪＣ８１内で利得をもたせて感度向上を図っ
ているが、その際に駆動ＩＣ８１内でのオフセットノイ
ズやランダムノイズが生じＳＮ比が悪くなるという問題
点かあフた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、両端電位を
検出するコンデンサの容量を可変とすることにより、検
出電位を実効的に増加させ信号検出精度の向上を図るこ
とができる電荷検出方法及び電荷検出回路を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記従来例の問題点を解消するため請求項１の電荷検出
方法は、可変容量コンデンサをある容量値に設定し、こ
の状態で前記可変容量コンデンサに電荷を注入し、前記
注入された電荷を保持したまま前記可変容量コンデンサ
の容量値のみを変化させ、該コンデンサの両極間に生じ
る電位を検出することを特徴としている。

請求項２の電荷検出回路は、外部手段により容量値を可
変可能とする可変容量コンデンサと、該可変容量コンデ
ンサに電荷を注入する手段と、該可変容量コンデンサの
両極間の電位を検出する手段と、を具備することを特徴
としている。

請求項３の発明は、請求項２記載の電荷検出回路におい
て、可変容量コンデンサの容量値は、外部電圧により制
御されることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項２記載の電荷検出回路におい
て、電荷を注入する手段を、電荷発生源にスイッチング
素子を介して接続して成ることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項２記載の電荷検出回路におい
て、可変容量コンデンサの両極間の電位検出に、差動増
幅器を利用することを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項２記載の電荷検出回路におい
て、前記可変容量コンデンサは、導体層。

絶縁層、半導体層、導体層を順次積層して成り、絶縁層
側の導電体層に印加される電圧に応して側導体層間の容
量値が変化する構造を有していることを特徴としている
。

請求項７の発明は、請求項２記載の電荷検出回路におい
て、前記可変容量コンデンサは複数のコンデンサの集合
体から成り、これらコンデンサをスイッチング素子によ
り直列または並列に接続することによりコンデンサの集
合体の総容量を変化させて可変としていることを特徴と
している。

請求項８の発明は、可変容量コンデンサを構成する複数
のコンデンサが互いに直列に接続された状態のときに端
部に位置するコンデンサの一端を接地し、該コンデンサ
の他端を可変容量コンデンサに電荷を注入する手段に接
続してなることを特徴としている。

（作用）請求項１の発明方法及び請求項２の発明によれば、可変
容量コンデンサの容量値を大きくした状態において電荷
を蓄積し、可変容量コンデンサの容量値を小さくした状
態において、前記可変容量コンデンサの両極間の電位を
検出する。従って、検出電位を高く設定することができ
る。

請求項３の発明によれば、可変容量コンデンサの容量値
を外部から印加するパルスによって変化させることがで
きる。

請求項４の発明によれば、電荷発生源と検出側とを遮断
することができるので、検出側で電荷を保持して信号検
出精度の向上を図ることができる。

請求項５の発明によれば、可変容量コンデンサの電位差
を増幅することができるので、信号検出精度の向上を図
ることができる。

請求項６の発明によれば、可変容量コンデンサを積層構
造としたので、電荷発生源を積層構造の光電変換素子と
した場合、この光電変換素子と同じ製造プロセスで製造
することができる。

請求項７の発明によれば、可変容量コンデンサの容量値
を大きくした状態において電荷を蓄積し、可変容量コン
デンサの容量値を小さくした状態において、前記可変容
量コンデンサの両極間の電位を検出するので、検出電位
を高く設定することができる。

請求項８の発明によれば、コンデンサの集合体を並列接
続から直列接続に変換する際、可変容量コンデンサを構
成する端部のコンデンサの両端の電位が変化せず、電荷
注入側に電荷の逆流が生じない。

（実施例）本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する
。

第１図は本発明をマトリックス駆動型の画像読取装置に
適用した場合の等価回路図である。

光電変換素子アレイを構成する各ビットの光電変換素子
７０は、それぞれスイッチング素子Ｓ１ｎを介してそれ
ぞれ可変容量コンデンサＣＥＸＴに接続している。図中
、第８図と同様の構成をとる部分については同一符号を
付している。

スイッチング素子Ｓｉｎ及び可変容量コンデンサＣＥＸ
Ｔは、それぞれ薄膜トランジスタや積層構造で形成され
、光電変換素子７０やスイッチング素子Ｔｋｎと同じ製
造プロセスで製造できるようにしている。

可変容量コンデンサＣＥＸＴは、外部より信号を与える
ことにより容量を２通りに変化させることができるコン
デンサで、その具体的な構造を第２図を参照しながら説
明する。すなわち、可変容量コンデンサＣＥＸＴは、金
属電極２１．絶縁層２２゜半導体層２３．金属電極２４
を順次積層し、絶縁層２２側の金属電極２１にパルス電
圧が印加するように構成されている。金属電極２１．２
４としては、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ等の抵抗値
が低く、また積層構造に形成する際のフォトリソ工程に
おいて劣化しないように、温度や薬品について安定な金
属若しくはＳｎＯ２，ＩＴＯ等の酸化物導電体で構成す
る。絶縁層２２は、ＳｉＮｘ。

Ｓ　ｉｏｘ、ＴａＯｘ、Ｔａ０Ｎｘ等の酸化物や窒化物
材料で構成する。半導体層２３は、アモルファスシリコ
ンを主材料としてドーピング不純物を含むｐ架着しくは
ｎ型の半導体、ゲルマニウムやカーバイドラ含むアモル
ファスシリコン半導体又はゲルマニウムやカーバイドを
薄い層で積層した構造で構成されている。

上記のように構成することにより、金属電極２１に金属
電極２４よりプラス側の電圧（例えば５Ｖ）を印加する
ことで、絶縁層２２と半導体層２３界面に電子の蓄積層
が形成され、金属電極２４から半導体層２３を経てその
界面までが低抵抗層となる。したがって、金属電極２１
．２４間の容量は、絶縁層２２の厚み分だけの容量Ｃ１
となる。

一方、金属電極２１に金属電極２４よりもマイナス側の
電圧（例えば−５Ｖ）を印加することで、逆に絶縁層２
２．半導体層２３の界面の半導体側には電子が空乏化し
て高抵抗となってしまう。十分空乏化すると、金属電極
２１．２４間の容量は絶縁層２２部と半導体層２３部と
を直列に接続した容量値Ｃ２となる。容量値Ｃ２は容量
値Ｃ１より小さくなるため、金属電極２１の電位変化に
応じて可変容量コンデンサＣＥＸＴの容量値を変化させ
ることができる。

また、スイッチング素子Ｓｌｎは、−旦可変容量コンデ
ンサＣＥＸＴに転送された電荷が可変容量コンデンサＣ
ＥＸＴの容量値を小さくすることにより、スイッチング
素子Ｔｋｎのゲート、ソース電極間のオーバーラツプ容
量ＣＧＳに電荷が再配分しないように設けたもので、ス
イッチング素子Ｔｋｎと可変容量コンデンサＣＥＸＴ側
とを分離させて、可変容量コンデンサＣＥＸＴに蓄積さ
れた電荷を保持したまま容量値を変化させるものである
。

可変容量コンデンサＣＥＸＴを用いた検出回路の詳細な
構成を第３図に示す。

この検出回路は、可変容量コンデンサＣＥＸＴと、可変
容量コンデンサＣＥＸＴの金属電極２１側に接続し、金
属電極２１の電位を制御する電圧回路３１と、金属電極
２１と金属電極２４との間に接続し、可変容量コンデン
サＣＥＸＴの電荷をリセットするスイッチＲ３と、入力
側を可変容量コンデンサＣＥＸＴの金属電極２４に接続
した等倍増幅器ＤＡ１と、該等倍増幅器ＤＡＩの出力と
可変容量コンデンサＣＥＸＴの金属電極２１の電位差を
差動増幅する差動増幅器ＤＡ２と、前記したスイッチＳ
ｌとから構成されている。可変容量コンデンサＣＥＸＴ
に蓄積された電荷が可変容量コンデンサＣＥＸＴの容量
値の変化に応じてその両端電位に変化を生じさせる。金
属電極２１の電位変化分を取り除くため、前記両端電位
を差動増幅器ＤＡ２で増幅して検出するように構成して
いる。

次に第１図及び第３図に示した検出回路の動作を第４図
のタイミングチャートを参照しながら説明する。第４図
は光電変換素子の１ビツトに対応したタイミングチャー
トである。

ゲートパルスＧｋ及びスイッチングパルス８１０の印加
によってスイッチング素子Ｔｋｎを導通状態として光電
変換素子７０群と可変容量コンデンサＣＥＸＴ群とを接
続する。スイッチングパルスＳ１ｎのパルス幅はゲート
パルスＧｋのパルス幅より広く設定し、スイッチング素
子Ｔｋｎか閉状態のときにばスイッチング素子５Ｗ１ｎ
が閉状態となるようになっている。

ゲートパルスＧｋの印加によりスイッチング素子Ｔｋｎ
が導通状態になると、容量が大きい状態（容量値Ｃ１）
となっている可変容量コンデンサＣＥＸＴに電荷が転送
蓄積され飽和状態となる。

次にスイッチング素子Ｓｉｎを開状態として光電変換素
子７０側と可変容量コンデンサＣＥＸＴ側とを遮断し、
この状態で容量変化用パルスを金属電極２１に印加し可
変容量コンデンサＣＥＸＴの容量を容量値Ｃ２（Ｃ２＜
ＣＩ　）に変化させる。可変容量コンデンサＣＥＸＴ側
の回路はスイッチング素子Ｔｋｎ側と遮断されているの
で、スイッチング素子Ｔｋｎのオーバーラツプ容量ＣＧ
Ｓに電荷が配分されることなく可変容量コンデンサＣＥ
ＸＴ内の電荷を保ったまま可変容量コンデンサＣＥＸＴ
の容量を変化させることができ、その両端の電位が変化
する。この電位を信号として差動増幅器ＤＡ２で検出す
る。

そして、入力リセット信号の印加により可変容量コンデ
ンサＣＥＸＴの残留電荷を除去する。

第５図は本発明の他の実施例を示す等価回路図であり、
マトリックス駆動型の画像読取装置に適用した場合の１
ビツトを示している。第８図と同様の構成部分について
は同一の符号を付している。

すなわち、光電変換素子７０の１ビツト毎に多数のコン
デンサＣＬｎ（ｎ個）から成るコンデンサＣＬｎの集合
体で形成された可変容量コンデンサＣＥＸＴを接続した
ものである。各コンデンサＣＬｎは、それぞれの両端部
間に接続される複数の各スイッチＳ２ｎにより並列に接
続できるように構成されている。また、隣接するコンデ
ンサＣＬｎ同士を斜めに接続する各スイッチＳ３ｎによ
り、各コンデンサＣＬｎが直列に接続できるように構成
されている。従って、各スイッチＳ２ｎ又は各スイッチ
Ｓ３０を閉じることにより、コンデンサＣＬｎの集合体
を並列又は直列に接続できるようにし、コンデンサＣＬ
ｎの集合体で形成された可変容量コンデンサＣＥＸＴの
容量値を２通りに設定することができるようになってい
る。また、光電変換素子７０側のスイッチング素子Ｔは
、端部のコンデンサＣＬＩに接続され、並列接続から直
列接続に変わる際のＰ点での電位変化を防ぎ、スイッチ
ング素子Ｔ側に電荷が移動しないようにしている。

また、可変容量コンデンサＣＥＸＴはＩＣチップ内に構
成するようにしているが、これに限定されるものではな
い。

次に第５図に示した検出回路の動作を第６図のタイミン
グチャートを参照しながら説明する。第６図は光電変換
素子７０の１ビツトに対応したタイミングチャートであ
る。

ゲートパルスの印加によってスイッチング素子Ｔを閉状
態にし、光電変換素子７０と可変容量コンデンサＣＥＸ
Ｔとを接続する。このとき可変容量コンデンサＣＥＸＴ
内の各コンデンサＣＬｎは、８２制御パルス及び８３制
御パルスによりスイッチ＄２が閉状態、スイッチＳ３が
開状態となっており、各コンデンサＣＬｎが並列に接続
される。各コンデンサＣＬｎの容量が同一（容量値Ｃ）
とすると、可変容量コンデンサＣＥＸＴの総容量は容量
値（ｎＸＣ）になっている。

ゲートパルスの印加によりスイッチング素子Ｔが閉状態
になると、容量値ｎＣとなっている可変容量コンデンサ
ＣＥＸＴに電荷が転送蓄積され飽和状態となる。

次に８２制御パルスによりスイッチＳ２を開状態とし、
更に８３制御パルスによりスイッチＳ３を閉状態とする
と、各コンデンサＣＬｎは直列に接続された状態となり
、可変容量コンデンサＣＥＸＴの総容量は容量値（Ｃ／
　ｎ　）になる。この際、各コンデンサＣＬｎて電荷の
再配分が行われるが、スイッチング素子Ｔ側をコンデン
サＣＬｎ群の端部のコンデンサＣＬ１に接続したので、
コンデンサＣＬＩの両端の電位が変化せずスイッチング
素子Ｔ側に電荷が逆流しないようになっている。よって
、第１図のようなスイッチング素子Ｔ側と可変容量コン
デンサＣＥＸＴ側との接続を遮断するスイッチング素子
（第１図における５ｉｎ）を必要としない。

従って、可変容量コンデンサＣＥＸＴ内で電荷を保持し
たまま可変容量コンデンサＣＥＸＴの総容量を変化させ
ることができ、バッファアンプＡ側の電位が変化し、こ
の電位を信号として検出することができる。

本実施例によれば、スイッチＳ２．Ｓ３及びコンデンサ
群から成る可変容量コンデンサＣＥＸＴをＩＣチップ内
に形成し、このＩＣチップを実装するようにしたので、
薄膜製造プロセスを複雑にすることなく歩留りの低下を
防ぐことができる。

（発明の効果）請求項１０発明方法及び請求項２の発明によれば、可変
容量コンデンサの容量値を大きくした状態において電荷
を蓄積し、可変容量コンデンサの容量値を小さくした状
態において、前記可変容量コンデンサの両極間の電位を
検出するので、信号検出以外の処理時には容量値の大き
なコンデンサにより低インピーダンス源として電位変化
を生しない状態とし、信号検出時には容量値を小さくす
ることで検出電位を高く設定することができ、ＳＺＮ比
を高めて高感度化を図ることができる。

請求項３の発明によれば、可変容量コンデンサの容量値
をパルスによって変化させることができ、容量値の制御
が容易になる。

請求項４の発明によれば、電荷発生源と検出側とを遮断
することができるので、検出側で電荷を保持して信号検
出精度の向上を図ることができ、更に高感度化を図るこ
とができる。

請求項５の発明によれば、可変容量コンデンサの電位差
を増幅することができるので、信号検出精度の向上を図
ることができ、更に高感度化を図ることができる。

請求項６の発明によれば、可変容量コンデンサを積層構
造としたので、電荷発生源を積層構造の光電変換素子と
した場合、この光電変換素子と同一プロセスで製造する
ことができ、画像読取装置とする場合に安価に製造する
ことができる。

請求項８の発明によれば、コンデンサの集合体を並列接
続から直列接続に変換する際、可変容量コンデンサを構
成する端部のコンデンサの両端の電位が変化せず、電荷
注入側に電荷の逆流が生しないので、電荷注入側と可変
容量コンデンサとの間に両者間を遮断するスイッチング
素子を必要とせず、回路の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明を画像読取装置に応用した場合の簡易等
価回路図、第２図は第１図の可変容量コンデンサの断面
説明図、第３図は第１図の画像読取装置の１ビツトを示
す等価回路図、第４図は第１図及び第３図の画像読取装
置を駆動するための１ビツト分に対応したタイミングチ
ャート図、第５図は本発明を画像読取装置に応用した場
合の他の実施例を示す１ビツト分の等価回路図、第６図
は第５図の画像読取装置を駆動するための１ビツト分に
対応したタイミングチャート図、第７図及び第８図は従
来の画像読取装置の等価回路図である。２１・・・・・・金属電極２２・・・・・・絶縁層２３・・・・・・半導体層２４・・・・・・金属電極７０・・・・・・光電変換素子８１・・・・・・駆動ＩＣＴｋｎ・・・・・・スイッチング素子ＣＥＸＴ・・・可変容量コンデンサＤＡ２・・・差動増幅器第３図第４図第２図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）可変容量コンデンサをある容量値に設定し、この
状態で前記可変容量コンデンサに電荷を注入し、前記注
入された電荷を保持したまま前記可変容量コンデンサの
容量値のみを変化させ、該コンデンサの両極間に生じる
電位を検出することを特徴とする電荷検出方法。
（２）外部手段により容量値を可変可能とする可変容量
コンデンサと、該可変容量コンデンサに電荷を注入する
手段と、該可変容量コンデンサの両極間の電位を検出す
る手段と、を具備することを特徴とする電荷検出回路。
（３）可変容量コンデンサの容量値は、外部電圧により
制御されることを特徴とする請求項２記載の電荷検出回
路。
（４）電荷を注入する手段は、電荷発生源にスイッチン
グ素子を介して接続して成る請求項２の電荷検出回路。
（５）可変容量コンデンサの両極間の電位検出に、差動
増幅器を利用する請求項２の電荷検出回路。
（６）可変容量コンデンサは、導体層、絶縁層、半導体
層、導体層を順次積層して成る請求項２記載の電荷検出
回路。
（７）可変容量コンデンサは複数のコンデンサの集合体
から成り、これらコンデンサを直列または並列に接続す
ることによりコンデンサの集合体の総容量を変化させて
可変とする請求項２記載の電荷検出回路。
（８）可変容量コンデンサを構成する複数のコンデンサ
が互いに直列に接続された状態のときに端部に位置する
コンデンサの一端を接地し、該コンデンサの他端を可変
容量コンデンサに電荷を注入する手段に接続してなる請
求項７記載の電荷検出回路。