JPH0752910B2 - 光電式画像センサの読出し回路 - Google Patents
光電式画像センサの読出し回路Info
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- JPH0752910B2 JPH0752910B2 JP62007964A JP796487A JPH0752910B2 JP H0752910 B2 JPH0752910 B2 JP H0752910B2 JP 62007964 A JP62007964 A JP 62007964A JP 796487 A JP796487 A JP 796487A JP H0752910 B2 JPH0752910 B2 JP H0752910B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
- H04N1/40—Picture signal circuits
- H04N1/40056—Circuits for driving or energising particular reading heads or original illumination means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/191—Photoconductor image sensors
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光電式画像センサの読出し回路に関する。
第１の端子を経て一定電圧を与えられる多数のセンサ要
素を有し、センサ要素に読出しチャネルが個々に対応付
けられており、読出しチャネルがセンサ要素の第２の端
子に接続されており、また照射に関係する電圧信号を導
き出す役割をし、各読出しチャネル内に、負帰還路を設
けられている差増幅器が配置されており、その出力端が
チャネル出力端を形成し、またチャネル出力端またはそ
の一部分に生ずる電圧信号を順次に出力端に通す部分回
路が設けられている光電式画像センサは、「東芝レビュ
ー」第149号、1984年秋、第33〜36頁、特に第５図に記
載されている。この画像センサでは、特定の時間内にホ
トダイオードから発生される光電流が、接続導線を経て
接続されている演算増幅器の入力キャパシタンスならび
に接続導線の寄生キャパシタンスを含めてダイオードキ
ャパシタンスを放電させるので、照射に関係する残留電
圧が生じ、この残留電圧が演算増幅器の出力端に低抵抗
で取り出し可能な電圧信号を生ずる。各ホトダイオード
の第２の端子は電子スイッチを介して周期的に基準電圧
にリセットされ、その際にこのスイッチの後続の開路は
積分時間の開始を決定する。積分時間の終了は、チャネ
ル出力端を読出し回路の出力端に接続する別の電子スイ
ッチの閉路により決定される。しかしこの場合の欠点
は、前記の寄生キャパシタンスならびにホトダイオード
のキャパシタンスは一般に読出しチャネル毎に相違し、
従ってまた得られる電圧信号の大きさに相異なって影響
することである。さらに、寄生キャパシタンスおよび増
幅器の入力キャパシタンスが電圧信号のSN比を著しく小
さくする。もう１つの欠点は、隣接するホトダイオード
の間の電圧差が相応のチャネル出力端に得られる電圧信
号に影響するので、個々のホトダイオードにおける電圧
が照射の強さに応じて相異なることである。
素を有し、センサ要素に読出しチャネルが個々に対応付
けられており、読出しチャネルがセンサ要素の第２の端
子に接続されており、また照射に関係する電圧信号を導
き出す役割をし、各読出しチャネル内に、負帰還路を設
けられている差増幅器が配置されており、その出力端が
チャネル出力端を形成し、またチャネル出力端またはそ
の一部分に生ずる電圧信号を順次に出力端に通す部分回
路が設けられている光電式画像センサは、「東芝レビュ
ー」第149号、1984年秋、第33〜36頁、特に第５図に記
載されている。この画像センサでは、特定の時間内にホ
トダイオードから発生される光電流が、接続導線を経て
接続されている演算増幅器の入力キャパシタンスならび
に接続導線の寄生キャパシタンスを含めてダイオードキ
ャパシタンスを放電させるので、照射に関係する残留電
圧が生じ、この残留電圧が演算増幅器の出力端に低抵抗
で取り出し可能な電圧信号を生ずる。各ホトダイオード
の第２の端子は電子スイッチを介して周期的に基準電圧
にリセットされ、その際にこのスイッチの後続の開路は
積分時間の開始を決定する。積分時間の終了は、チャネ
ル出力端を読出し回路の出力端に接続する別の電子スイ
ッチの閉路により決定される。しかしこの場合の欠点
は、前記の寄生キャパシタンスならびにホトダイオード
のキャパシタンスは一般に読出しチャネル毎に相違し、
従ってまた得られる電圧信号の大きさに相異なって影響
することである。さらに、寄生キャパシタンスおよび増
幅器の入力キャパシタンスが電圧信号のSN比を著しく小
さくする。もう１つの欠点は、隣接するホトダイオード
の間の電圧差が相応のチャネル出力端に得られる電圧信
号に影響するので、個々のホトダイオードにおける電圧
が照射の強さに応じて相異なることである。
本発明の目的は、冒頭に記載した種類の画像センサであ
って、これらの欠点がほぼ回避される画像センサを提供
することである。
って、これらの欠点がほぼ回避される画像センサを提供
することである。
この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載されているように読出し回路を構成することにより
達成される。
記載されているように読出し回路を構成することにより
達成される。
本発明の好ましい実施態様は特許請求の範囲第２項ない
し第７項にあげられている。
し第７項にあげられている。
本発明により得られる利点は特に、画像センサのセンサ
要素から、個々のセンサ要素の照射に比例しかつ大きい
SN比を有し、またそれぞれ隣接する読出しチャネルによ
り実際上影響されない多数の電圧信号が導き出されるこ
とである。個々のセンサ要素の均等な照射の際に個々の
センサ要素のなかで発生される光電流の均等性は、本発
明に従って構成された画像センサでは、個々の読出し回
路の製造許容差により影響されない。
要素から、個々のセンサ要素の照射に比例しかつ大きい
SN比を有し、またそれぞれ隣接する読出しチャネルによ
り実際上影響されない多数の電圧信号が導き出されるこ
とである。個々のセンサ要素の均等な照射の際に個々の
センサ要素のなかで発生される光電流の均等性は、本発
明に従って構成された画像センサでは、個々の読出し回
路の製造許容差により影響されない。
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図には、光電式画像センサ内に含まれている１つの
センサ要素が鎖線の枠３のなかに示されている。端子１
および２を設けられているセンサ要素は符号SEを付され
ているダイオードにより示されており、そのキャパシタ
ンスはこれらの端子の間に挿入されているコンデンサC
SEにより示されている。端子１は一定電圧VKに接続され
ている。端子２は接続導線４を経て差増幅器６の負入力
端５に接続されており、その正入力端７は参照電圧VRに
接続されている。好ましくは演算増幅器として実現され
ていてよい差増幅器６の出力端８は、積分キャパシタン
スC1が挿入されている負帰還路９を介して負入力端５と
接続されている。積分キャパシタンスC1には、好ましく
はMIS−FETから成る電子スイッチS1が並列接続されてい
る。負入力端５における入力キャパシタンスおよび接地
電位に対する接続導線４の寄生キャパシタンスは１つの
キャパシタンスCPにまとめられている。CPは導線４と接
地電位にある回路点4aとの間に記入されている。回路点
２と８との間の回路部分は、センサ要素SEに対応付けら
れている読出しチャネルALを形成する。
センサ要素が鎖線の枠３のなかに示されている。端子１
および２を設けられているセンサ要素は符号SEを付され
ているダイオードにより示されており、そのキャパシタ
ンスはこれらの端子の間に挿入されているコンデンサC
SEにより示されている。端子１は一定電圧VKに接続され
ている。端子２は接続導線４を経て差増幅器６の負入力
端５に接続されており、その正入力端７は参照電圧VRに
接続されている。好ましくは演算増幅器として実現され
ていてよい差増幅器６の出力端８は、積分キャパシタン
スC1が挿入されている負帰還路９を介して負入力端５と
接続されている。積分キャパシタンスC1には、好ましく
はMIS−FETから成る電子スイッチS1が並列接続されてい
る。負入力端５における入力キャパシタンスおよび接地
電位に対する接続導線４の寄生キャパシタンスは１つの
キャパシタンスCPにまとめられている。CPは導線４と接
地電位にある回路点4aとの間に記入されている。回路点
２と８との間の回路部分は、センサ要素SEに対応付けら
れている読出しチャネルALを形成する。
第２図には、それぞれ第１図中のALに相応して構成され
ている多数の読出しチャネルAL1…ALnが個々に対応付け
られている多数のセンサ要素SE1…SEnを有する画像セン
サ読出し回路が示されている。個々のセンサ要素に対応
付けられている（第１図中にも示されている）回路部分
の符号は第１図中の回路部分と区別するため相応の添
字、たとえば“1"、“2"などを追加されている。センサ
要素SE1…SEnの第１の端子11…1nは、一定電圧VKに接続
されている共通端子Ｇと接続されている。チャネル出力
端81…8nは、チャネル出力端をそれぞれ個々に次々と読
出し回路の出力端Ａに接続する部分回路10の対応付けら
れている入力端と接続されている。部分回路10が、それ
ぞれ回路点81、82などを出力端Ａと接続しまたシフトレ
ジスタの出力端を介して次々と駆動される一連の電界効
果スイツチングトランジスタから成っていることは有利
である。
ている多数の読出しチャネルAL1…ALnが個々に対応付け
られている多数のセンサ要素SE1…SEnを有する画像セン
サ読出し回路が示されている。個々のセンサ要素に対応
付けられている（第１図中にも示されている）回路部分
の符号は第１図中の回路部分と区別するため相応の添
字、たとえば“1"、“2"などを追加されている。センサ
要素SE1…SEnの第１の端子11…1nは、一定電圧VKに接続
されている共通端子Ｇと接続されている。チャネル出力
端81…8nは、チャネル出力端をそれぞれ個々に次々と読
出し回路の出力端Ａに接続する部分回路10の対応付けら
れている入力端と接続されている。部分回路10が、それ
ぞれ回路点81、82などを出力端Ａと接続しまたシフトレ
ジスタの出力端を介して次々と駆動される一連の電界効
果スイツチングトランジスタから成っていることは有利
である。
負帰還されている差増幅器６の正入力端７における参照
電圧VRは、負入力端５、接続導線４および端子２が常に
VRに相当する一定電圧に保たれるようにする。照射され
たセンサ要素SEの読出しの際には先ずC1が電子スイッチ
S1の閉路により放電させられる。続いてS1が開かれ、こ
れは、センサ要素SEから発生される光電流iPがキャパシ
タンスC1内で積分されることに通ずる。その際にチャネ
ル出力端８に電圧信号VPが生じ、この電圧信号は、チャ
ネル出力端８が続出し回路の出力端Ａに接続されている
ときには、部分回路10を経て読出し回路の出力端Ａに到
達する。スイッチS1が開く時点とチャネル出力端８が読
出し回路の出力端Ａに接続される時点との間の時間間隔
は積分時間と呼ばれる。チャネル出力端８における電圧
信号VPはセンサ要素SEの照射の強さおよび積分時間の長
さに関係する。接続導線４および端子２は差増幅器５を
介して全積分時間にわたり一定電位に保たれるので、光
電流iPによるCSEおよびCPの再充電は行われず、従ってV
PはCSEおよびCPにより影響されない。
電圧VRは、負入力端５、接続導線４および端子２が常に
VRに相当する一定電圧に保たれるようにする。照射され
たセンサ要素SEの読出しの際には先ずC1が電子スイッチ
S1の閉路により放電させられる。続いてS1が開かれ、こ
れは、センサ要素SEから発生される光電流iPがキャパシ
タンスC1内で積分されることに通ずる。その際にチャネ
ル出力端８に電圧信号VPが生じ、この電圧信号は、チャ
ネル出力端８が続出し回路の出力端Ａに接続されている
ときには、部分回路10を経て読出し回路の出力端Ａに到
達する。スイッチS1が開く時点とチャネル出力端８が読
出し回路の出力端Ａに接続される時点との間の時間間隔
は積分時間と呼ばれる。チャネル出力端８における電圧
信号VPはセンサ要素SEの照射の強さおよび積分時間の長
さに関係する。接続導線４および端子２は差増幅器５を
介して全積分時間にわたり一定電位に保たれるので、光
電流iPによるCSEおよびCPの再充電は行われず、従ってV
PはCSEおよびCPにより影響されない。
SE1…SEnの接続導線41…4nおよび端子21…2nは、すべて
の差増幅器の正入力端71…7nにVRが供給されているの
で、個々のセンサ要素の照射が不均等であっても、それ
ぞれ同一の電位にある。それにより、信号出力端81…8n
から取り出され得る電圧信号VP1…VPnはそれぞれ隣接す
る読出しチャネルにより影響されない。
の差増幅器の正入力端71…7nにVRが供給されているの
で、個々のセンサ要素の照射が不均等であっても、それ
ぞれ同一の電位にある。それにより、信号出力端81…8n
から取り出され得る電圧信号VP1…VPnはそれぞれ隣接す
る読出しチャネルにより影響されない。
第１図に示されている本発明の実施例によれば、積分キ
ャパシタンス、たとえばC1の各々にそれよりも小さいト
リムコンデンサC1′およびC1″が並列に接続されてい
る。これらはスイッチS1′またはS1″を介して選択的に
スイッチオンまたはスイッチオフ可能である。第１図中
には、図面を見易くするため、２つのトリムコンデンサ
しか示されていないが、各積分キャパシタンスに一層多
くのトリムコンデンサが並列に接続されていてよい。そ
れにより、有効な積分キャパシタンス、すなわちC1を場
合によってはC1′…により補うことにより、チャネル出
力端８に所望の大きさの電圧信号VPが生ずるように設定
することができる。特に個々の読出しチャネルAL1…ALn
の不均等性がトリムコンデンサの補償設定により補償さ
れ得る。
ャパシタンス、たとえばC1の各々にそれよりも小さいト
リムコンデンサC1′およびC1″が並列に接続されてい
る。これらはスイッチS1′またはS1″を介して選択的に
スイッチオンまたはスイッチオフ可能である。第１図中
には、図面を見易くするため、２つのトリムコンデンサ
しか示されていないが、各積分キャパシタンスに一層多
くのトリムコンデンサが並列に接続されていてよい。そ
れにより、有効な積分キャパシタンス、すなわちC1を場
合によってはC1′…により補うことにより、チャネル出
力端８に所望の大きさの電圧信号VPが生ずるように設定
することができる。特に個々の読出しチャネルAL1…ALn
の不均等性がトリムコンデンサの補償設定により補償さ
れ得る。
第３図中に示されているハイブリッド画像センサは絶縁
性基板13を有し、その上にたとえばクロムから成る一連
の金属電極14が並び合って配置されている。金属電極14
の端側の若干幅を広げられている部分の上側に約１μｍ
の厚みのストリップ15の形態の薄い光導電体層が位置し
ている。ストリップ15がａ−Si:Hから成っていることは
有利である。その中央範囲は、たとえばインジウム−ス
ズ酸化物から成り端側の端子Ｇを経て負の一定電圧VKに
接続されている透明電極16で覆われている。電極14の右
側の端は接続導線41、42などを経て個々の読出しチャネ
ルAL1、AL2などの差増幅器と接続されている。これらの
差増幅器は基板13の上に取り付けられたドープされた半
導体ウェーハ17のなかにモノリシックに集積されてい
る。電極14の幅を広げられている部分の各々は、その上
に位置するストリップ15および電極16の部分と一緒に、
第１図のセンサ要素３に相応するホトダイオードを形成
する。
性基板13を有し、その上にたとえばクロムから成る一連
の金属電極14が並び合って配置されている。金属電極14
の端側の若干幅を広げられている部分の上側に約１μｍ
の厚みのストリップ15の形態の薄い光導電体層が位置し
ている。ストリップ15がａ−Si:Hから成っていることは
有利である。その中央範囲は、たとえばインジウム−ス
ズ酸化物から成り端側の端子Ｇを経て負の一定電圧VKに
接続されている透明電極16で覆われている。電極14の右
側の端は接続導線41、42などを経て個々の読出しチャネ
ルAL1、AL2などの差増幅器と接続されている。これらの
差増幅器は基板13の上に取り付けられたドープされた半
導体ウェーハ17のなかにモノリシックに集積されてい
る。電極14の幅を広げられている部分の各々は、その上
に位置するストリップ15および電極16の部分と一緒に、
第１図のセンサ要素３に相応するホトダイオードを形成
する。
第３図に従って構成された画像センサの長さはたとえば
走査すべきドキュメントの寸法に相当し得る。ドキュメ
ントはその他の寸法の方向に画像センサの側を通過す
る。その際に非常に簡単で縮小しない光学的補助手段
を、走査すべきドキュメント面と画像センサとの間に配
置すれば足りる。このような画像センサの基本構成はた
とえば前記の文献「東芝レビュー」に示されている。
走査すべきドキュメントの寸法に相当し得る。ドキュメ
ントはその他の寸法の方向に画像センサの側を通過す
る。その際に非常に簡単で縮小しない光学的補助手段
を、走査すべきドキュメント面と画像センサとの間に配
置すれば足りる。このような画像センサの基本構成はた
とえば前記の文献「東芝レビュー」に示されている。
本発明による画像センサの以上に説明した実施例と異な
り、ストリップ15は他の光導電体材料、たとえばCdS−C
dSeから成っていてもよい。センサ要素SE1…SEnは読出
し回路と一緒に、たとえばSiから成る単一のドープされ
た半導体ウェーハのなかにモノリシックに集積されてい
てよく、その際に個々のセンサ要素は、半導体ウェーハ
のなかに挿入されておりそれと反対の伝導性にドープさ
れている半導体領域により形成される。無論、このよう
なモノリシックに集積されているリニアな画像センサの
長さは第３図中に示されている画像センサの長さよりも
はるかに短い。
り、ストリップ15は他の光導電体材料、たとえばCdS−C
dSeから成っていてもよい。センサ要素SE1…SEnは読出
し回路と一緒に、たとえばSiから成る単一のドープされ
た半導体ウェーハのなかにモノリシックに集積されてい
てよく、その際に個々のセンサ要素は、半導体ウェーハ
のなかに挿入されておりそれと反対の伝導性にドープさ
れている半導体領域により形成される。無論、このよう
なモノリシックに集積されているリニアな画像センサの
長さは第３図中に示されている画像センサの長さよりも
はるかに短い。
センサ要素がリニアに配置されておらず、面状の分布を
有する画像センサの実施態様も本発明の範囲に属する。
特に、第３図による多くのリニアな画像センサが共通の
基板13の上にまとめられていてよい。
有する画像センサの実施態様も本発明の範囲に属する。
特に、第３図による多くのリニアな画像センサが共通の
基板13の上にまとめられていてよい。
第１図は本発明による画像センサ読出し回路の好ましい
実施例を示す図、第２図は多数の読出しチャネルを有す
るものとして構成された本発明による画像センサ読出し
回路の好ましい実施例を示す図、第３図は第２図による
読出し回路を設けられている画像センサの原理的構成を
示す図である。 １、２……センサ要素の端子、６……差増幅器、９……
負帰還枝路、10……部分回路、13……基板、14……金属
電極、15……ストリップ、16……透明電極、17……半導
体ウェーハ、AL……読出しチャネル、C1……積分キャパ
シタンス、S1……電子スイッチ、SE……センサ要素。
実施例を示す図、第２図は多数の読出しチャネルを有す
るものとして構成された本発明による画像センサ読出し
回路の好ましい実施例を示す図、第３図は第２図による
読出し回路を設けられている画像センサの原理的構成を
示す図である。 １、２……センサ要素の端子、６……差増幅器、９……
負帰還枝路、10……部分回路、13……基板、14……金属
電極、15……ストリップ、16……透明電極、17……半導
体ウェーハ、AL……読出しチャネル、C1……積分キャパ
シタンス、S1……電子スイッチ、SE……センサ要素。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エンノ、ホルツエンケンプフアー ドイツ連邦共和国ミユンヘン83、ブンゼン シユトラーセ９ (72)発明者 クラウス、ローレーダー ドイツ連邦共和国ミユンヘン83、ブンゼン シユトラーセ９ (56)参考文献 特開 昭58−172057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−26970（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】第１の端子（１）を経て一定電圧を与えら
れる多数のセンサ要素（SE1…SEn）を有し、センサ要素
に読出しチャネル（AL1…ALn）が個々に対応付けられて
おり、読出しチャネルがセンサ要素の第２の端子（21…
2n）に接続されており、また照射に関係する電圧信号を
導き出す役割をし、各読出しチャネル（AL）内に、負帰
還路（９）を設けられている差増幅器（６）が配置され
ており、その出力端がチャネル出力端（８）を形成し、
またチャネル出力端（８）またはその一部分に生ずる電
圧信号を順次に出力端（Ａ）に通す部分回路（10）が設
けられている光電式画像センサの読出し回路において、
差増幅器（６）の正入力端（７）が参照電圧（VR）を与
えられており、その負入力端（５）が読出しチャネル
（AL）の第２の端子（２）に対応付けられているセンサ
要素（SE）と直接に接続されており、負帰還路（９）
が、センサ要素（SE）から供給される光電流を積分する
キャパシタンス（C1）を含んでおり、またキャパシタン
ス（C1）と並列に接続されている電子スイッチ（S1）
が、所与の積分時間の開始を定めるために開かれること
を特徴とする光電式画像センサの読出し回路。 - 【請求項２】画像センサが、絶縁性基板（13）の上に並
び合って配置されている多数の金属電極（14）を有し、
金属電極（14）の端側の部分が光伝導性の材料から成る
ストリップ（15）により覆われており、ストリップ（1
5）が透明電極（16）により覆われており、またこの透
明電極が一定電圧を与えられていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の読出し回路。 - 【請求項３】ストリップ（15）がａ−Si:Hから成ってい
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の読出し
回路。 - 【請求項４】透明電極（16）がインジウム−スズ酸化物
から成っていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
または第３項記載の読出し回路。 - 【請求項５】金属電極（14）が差増幅器（６）の負入力
端と接続されており、また差増幅器（６）がドープされ
た半導体ウェーハ（17）のなかにモノリシックに集積さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項ないし
第４項のいずれか１項に記載の読出し回路。 - 【請求項６】部分回路（10）がドープされた半導体ウェ
ーハ（17）のなかに一緒に集積されていることを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載の読出し回路。 - 【請求項７】負帰還路（９）のなかに含まれているキャ
パシタンス（C1）にトリムコンデンサ（C1′、C1″）が
選択的に並列に接続可能であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の読
出し回路。
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