JPS6123456A - 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】 産業上の利用分野 情報処理機器の進展に伴々っで、その入力装置としての
イメージセンサの重要性は高まっている。

本発明は原稿情報を高速、高解像度で読取ることを可能
にしたバイポーラＩＣ技術によるリニアイメージセンサ
に関する。

従来例の構成とその問題点 集積回路技術を用い、Ｓｉ結晶上に形成させたイメージ
センサとしてはＣＣＤイメージセンサ。

ＭＯＳイメージセンサがある。一般に、イメージセンサ
は複数個の光検出素子と走査回路からなり、ＣＣＤイメ
ージセンサは光検出素子にフォトダイオード、走査回路
にＣ０Ｄ（電荷転送素子）を用い、ＭＯＳイメージセン
サは光検出素子にフォトダイオード、走査回路にＭＯＳ
トランジスタによるシフトレジスタを用いている。これ
らは共に、ＭＯ８集積回路技術をベースとした光検知部
と走査回路部からなり、高解像度ではあるが次のような
欠点もある。ＣＣＤイメージセンサの場合、元来、熱的
に非平衡状態にある電荷を信号媒体としているため、高
温または蓄積時間の長い使用条件では暗信号が大きくな
り使いにくい。また、縮小結像して読取る場合にはＣＯ
Ｄの電荷井戸のサイズは小さく（約７μｍまたは１４μ
ｍ）、高速走査が可能であるが、等倍像で読取る場合、
必要な電荷井戸のサイズは大きく（６０μｍ″！、たけ
１２０μｍ）、走査速度は小さくなる。１だ飽和信号電
荷量を増やすため、電源電圧も高く（１０■以上）しな
ければならない。一方、ＭＯＳイメージセンサの場合、
やはり高解像度ではあるが、走査速度閉ｏＳシフトレジ
スタの最高クロック周波数に限界があ５ぺ−・ るために小さく、かつ映像信号そのものが小さく、走査
用デジタル信号の映像信号線への混入によって、Ｓ／Ｎ
比が悪い。

昨今、原稿読取りスキャナーの小形化、高解像度化、調
整の容易性のために、原稿の等倍像を読取る密着型イメ
ージセンサの開発が盛んである。

これには、光検知素子のピッチは比較的大きい（例えば
、解像度１６ドツト／擺でピッチ６２．５８ｍ１解像度
８ドツト／祁でピッチ１２５μｍ）が、原稿の幅に相当
する長尺イメージセンサが必要である。これには、光検
知部を薄膜、長尺状で一体化し、その周辺に駆動用ＬＳ
Ｉチップを多数マウントしたアモルファスシリコンイメ
ージセンサや、ＣＣＤイメージセンサを複数個、千鳥状
に基板−Ｆに配列させたＣＯＤマルチチップイメージセ
ンサ等がある。現状のアモルファスシリコンイメージセ
ンサは光検知部と駆動部が別々のデバイスであるため、
相互の結線数が多く、信頼性にも問題があると考えられ
る。ＣＯＤマルチチップイメージセンサは千鳥状配列の
ため、読出し後、う６ベー。

インの再配列処理が必要なこと、前述のように、電荷井
戸のサイズを大きくする必要性から転送速度が低下する
こと、転送りロックラインを含め駆動回路の容量負荷が
大きくなるという欠点がある。

発明の目的 本発明は光検知部と走査部を同一シリコンチップ上に形
成することができ、高速、高感度、高解像度、高Ｓ／Ｎ
比で原稿情報を読取ることができるリニアイメージセン
サを提供することを目的とする。また、前記の特性を備
えたカラーイメージセンサを提供することをも目的とす
る。更に、走査回路の工夫により、低い電源電圧（１０
ｖ以下）でも動作す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 本発明のイメージセンサは基本的にはフォトトランジス
タアレイからなる光検知素子部および縦列に接続した電
流スイッチ群からなるデコーダによって構成される。デ
コーダの出力端子は各フォトトランジスタに接続し、デ
コーダの出力電流によってフォトトランジスタへの充電
電流が供給され、各フォトトランジスタのもう一方の電
極は共通に接続して映像信号出力端子とする。

走査機能のだめのデコーダ回路は縦列に接続したＰＮＰ
およびＮＰＮトランジスタの差動対で構成した電流スイ
ッチ群からなり、スイッチ動作させるのに必要な走査用
入力信号の振幅は０．５ｖ程度で小さく、各トランジス
タは能動状態で動作するため高速走査が可能であり、Ｐ
ＮＰおよびＮＰＮトランジスタ対による電流スイッチを
用いているため、消費電流が小さく、かつ低い電源電圧
ででも動作をする。

本発明の第２の実施例によるイメージセンサは、受光窓
を備えた第１のフォトトランジスタアレイと各々に対を
なす光遮蔽した第２のフォトトランジスタアレイを設け
、第１のフォトトランジスタアレイ中のフォトトランジ
スタと第２のフォトトランジスタアレイ中のフォトトラ
ンジスタが対に々って走査用デコーダで走査される構成
とし、第１のフォトトランジスタアレイの映像信号出力
端子からノイズ電流、リーク電流を含む映像信号を、第
２のフォトトランジスタアレイの映像信号出力端子から
ノイズ電流、リーク電流による信号を得、オペアンプ等
の出力増巾器によって、その差動出力を得ることによっ
て、ノイズ電流、リーク電流を打消すための回路を具備
している。走査用のデコーダ回路は、各々の出力端子を
２本づつ備えている点を除いて第１の実施例のものと同
一である。

本発明の第３の実施例によるイメージセンサはカラー読
取りも可能にした構成であり、夫々３原色のフィルタを
備えた３ラインのフォトトランジスタアレイおよびこれ
らのフォトトランジスタアレイと対をなして接続し、光
遮蔽を施した第４のフォトトランジスタアレイおよび走
査用デコード回路からなる。第１．第２．第３のフォト
トランジスタアレイの受光窓には、夫々色分解フィルタ
ーを塗布されている。例えば、第１のフォトトランジス
タアレイの受光窓には赤色フィルター、第２のフォトト
ランジスタアレイの受光窓には緑色フィルター、第３の
フォトトランジスタアレイの９′−７ 受光窓には青色フィルターが塗布されている。走査用デ
コード回路の出力端子は第１〜第４のフォトトランジス
タアレイ中の対をなす１個づつのフォトトランジスタを
アクセスするために、各フォトトランジスタの一方の電
極に接続されている。

各フォトトランジスタアレイ中のフォトトランジスタの
他方の電極はアレイ毎に接続され、色分解フィルターに
従って、各々カラー映像信号出力端子を形成する。走査
用デコーダ回路は、各々の出力端子を４本づつ備えてい
る点を除いて第１の実施例のものと同一である。夫々の
カラー映像信号出力端子からノイズ、リーク電流を含む
カラー映像信号を、第４のフォトトランジスタアレイの
映像信号出力端子からノイズ電流、リーク電流による信
号を得、各カラー毎、３個の出力増巾器によって、各カ
ラー映像信号とノイズ電流リーク電流による信号との差
動出力を得ることによって、ノイズ電流、リーク電流を
除去したカラー映像信号を得るものである。

実施例の説明 １０　ベー。

本発明の一実施例を図面に従って説明する。第１図は外
部からの選択入力信号を選択入力信号端子１に受けて、
これを相補信号出力端子２に直流レベルの異なる相補信
号を発生する回路である。

定電流回路３からの電流が電流スイッチを構成するトラ
ンジスタ対４，５，６．７によって選択入力信号をロジ
ック基準電圧ｖｔｈとの比較に従って、トランジスタ４
ａまたは４ｂ、ｒｓａまたはｓｂ。

６ａｉたはｅｂ　、７ａまたは７ｂに切換えられ、各々
、の電流と抵抗対８，９，１０．１１により直流レベル
の異なる相補的な電圧が発生させられる。

例えば、選択入力信号１の入力端子１ａにＨ１１レベル
の信号が入力された場合、相補出力端子２のＡはＨ”、
ＡはＬ　Ｉ＋になる。この論理振巾は前記抵抗対８の値
および定電流回路３の電流値で決められる。トランジス
タ対４，５，６．７は非飽和状態で動作するため、高速
動作が可能である。なお、１２，１３，１４，１５は直
流レベル設定用トランジスタで、１６は電圧分割用抵抗
列である。第１図は４ビツトの場合を示したが、こ１１
　ｌ＼−７ れは同様の繰り返しで更にビット数の多い場合へも拡張
できる。

第２図は前記第１図の信号変換回路からの直流レベルの
異なる相補信号を入力端子１７に受け、ブロック選択信
号をブロック選択入力信号端子１８に受けて、ブロック
選択信号によってアクティベイトされた電流を、カスケ
ード接続された電流スイッチ１９，２０，２１．２２，
２３，２４，２５゜２６．２７，２８，２９，３０，３
１．３２，３３および選択入力信号によってフォトトラ
ンジスタアレイ３４中の１個のフォトトランジスタのみ
に電流を流し、このフォトトランジスタを読取り状態に
することができる。１９はＰＮＰ　トランジスタ対によ
る電流スイッチ２０，２１．〜３３はＮＰＮトランジス
タ対による電流スイッチである。

３４はブロック入力用電流スイッチトランジスタで、ブ
ロック入力がＨ°′（ハイレベル）のとき擬似電流ミラ
ー回路３６を通じて電流スイッチ回路１９に電流が注入
される。３６−１．３６−２は電流スイッチ回路の負荷
抵抗である。３７−１゜３７−２は電流スイッチ１９の
出力電流の有無に従って、夫々、オンまたはオフレ、電
流スイッチ２ｏまたは２１に電流を供給するスイッチで
ある。

次に、具体的な動作を説明する。ブロック入力端子１８
が”ＨＩＩ、相補入力信号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄが共に”Ｌ”
（ロウレベル）であるとき、負荷抵抗３６−１の両端に
電位差が発生し、トランジスタ３７−１はオン状態にな
る。一方、負荷抵抗３６−２の両端の電位差は０で、ト
ランジスタ３７−２はオフ状態である。トランジスタ３
７−１の出力電流は電流スイッチ２ｏにおいて、ＢがＬ
”、ＢがＨ１１であるので、トランジスタ２０−１側に
流れる。トランジスタ２０−１の出力電流は電流スイッ
チ２２において、Ｃが“Ｌ　ＩＩ、ＣがＨ”であるので
、トランジスタ２２−１側に流れる。トランジスタ２２
−１の出力電流は電流スイッチ２６において、ＤがＬ”
、Ｄ７５（”Ｈ”であるので、２６−１側に流れ、トラ
ンジスタ２６−１のコレクタにエミッタを接続した左端
のフォトトランジスタが読取り状態となり、その映１３
ペーノ 像信号が出力信号ライン３８に現れる。

ＰＮＰ電流スイッチとＮＰＮ電流スイッチのカスケード
接続により、電圧の利用効率を向上することができ、低
い電源電圧（例えばｅｓＶ）ででも動作させることが可
能になる。

第３図は読取り画素数の多い実用的な回路への拡張方法
を示す概念図である。３９は第１図に示したように、外
部からの選択入力信号を選択入力信号端子４ｏに受けて
、これを相補信号出力端子４１に直流レベルの異なる相
補信号を発生させる回路である。４２，４３，４４，４
５は第２図に示したように、外部からのブロック選択入
力信号をブロック選択入力信号端子４６に受け、前記の
相補信号とともに動作をする電流モードのデコーダであ
る。デコーダの出力端子はフォトトランジスタアレイ４
了中の各フォトトランジスタのエミッタに接続され、各
フォトトランジスタのコレクタは共通に接続し、映ず象
出力端子４８を構成する。

例えば、６ビツト入力、３２ビツト出力のデコーダを１
６個用いると、６１２画素のイメージセン１４ベー／゛ すが構成される。

第４図は本発明の第２の実施例を示す図である。

４９はデコーダ回路であって、第１の実施例のものと同
様の構成である。６０は第１のフォトトランジスタアレ
イで、受光窓を備えている。５１は第２のフォトトラン
ジスタアレイで受光窓には光遮蔽をしである。５２．５
３は夫々、第１および第２のフォトトランジスタアレイ
の映像信号出力端子である。５２の映像出力端子からノ
イズ電流およびリーク電流を含む映像信号を、６３の映
像信号出力端子からノイズ電流、リーク電流による信号
を得、オペアンプ等の出力増巾器によって、その差動出
力を得ることによって、ノイズ電流、リーク電流を打消
すことができる。これによりＳ／Ｎ　比が向上し、リー
ク電流による暗信号の低減により、高温での使用も可能
なセンサが得られた。

第５図は本発明の第３の実施例を示す回路図で、カラー
読取りを可能にするものである。６４はデコーダ回路で
、第１の実施例のものと同様の構成である。

１５へ・ ５５，５６，５７はそれぞれ第１．第２．第３のフォト
トランジスタアレイで、受光窓上にはアレイ毎にＲ（レ
ッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）またはイエロー
、シアン、マゼンタの色フィルターの膜がかぶせである
。５８は第４のフォトトランジスタアレイで受光窓には
光遮蔽がしである。５９，６０．６１は各フォトトラン
ジスタアレイ毎の映像信号の出力線であり、色フィルタ
ーによって決まるカラー映像信号が各色並列で出力され
る。６２はノイズ電流およびリーク電流による信号の出
力端子である。５９，６０，６１　、の映像信号の出力
線からノイズ電流およびリーク電流を含むカラー映像信
号を得、６２の映像信号の出力線からノイズ電流、リー
ク電流による信号を得、出力線５９と６２、出力線６０
と６２、出力線６１と６２の差動出力をオペアンプ等の
出力増巾器によって取出すことにより、前記のカラー映
像信号からノイズ電流、リーク電流による信号を除去す
ることができる。これによりＳ／Ｎ比が向上し、リーク
電流による暗信号の低減が可能になる。

第６図は本発明の第３の実施例におけるフォトトランジ
スタの受光窓の配置および走査用デコーダ回路の配置等
を示す。６１．６２．６３は夫々第１．第２．第３のフ
ォトトランジスタアレイである。カラー映像信号を発生
させる３本のフォトトランジスタアレイ中のフォトトラ
ンジスタの受光窓は所望の解像度で決まるピッチで直線
状に配列している。また、３本のフォトトランジスタア
レイの受光窓は副走査方向に対して副走査方向の所望の
解像度で決まる一定のピッチで配列する。

これにより、カラー映像信号はある基準のアレイの信号
に対して、１ラインまたは２ライン空間的に遅れた信号
または進んだ信号の形で得られるが、ラインメモリによ
ってこの空間的なずれによる補正は極めて容易かつ正確
に行える。これによれば、原稿の全領域を読み落とすこ
となく、かつ−回の　　　　　１走査で読み取ることが
可能になる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれ１７ベー
ン ば、高速、高解像度、高Ｓ／Ｎ　比、低リーク電流、か
つ低い電源電圧ででも動作をするイメージセンサを実現
しうるものである。各色ごとに設けたフォトトランジス
タアレイと共通のデコーダ回路からなる走査回路により
、カラーイメージセンサをも可能にするものである。ま
た、通常のバイポーラ集積回路プロセスによって、全機
能をシリコンチップ上に形成することが可能である。従
って、本発明は情報処理機器の入力装置として極めて有
用であり、その産業上の効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は相補信号発生回路の回路図、第２図は電流スイ
ッチのカスケード接続によるデコーダ回路の回路図、第
３図は画素数の多い実際的な回路のブロック図、第４図
は本発明の第２の実施例に。 おける回路の回路図、第６図は本発明の第３の実施例に
おける回路の回路図、第６図は本発明の第３の実施例に
おけるフ・オドトランジスタの受光窓の配置および走査
用デコーダ回路の配置等を示す図である。 １８ページ ト・・・・外部からの選択信号入力端子、２・・・・・
・相補信号出力端子、１７・・・・・・相補信号入力端
子、１８・・・・・・ブロック選択入力信号端子、１９
・・・・・・ＰＮＰトランジスタ対による電流スイッチ
、２０〜３３・・・・・・ＮＰＮトランジスタ対による
電流スイッチ、３４・・・・・・フォトトランジスタア
レイ、４２〜４６・・・・・・電流モードで動作をする
デコーダ、４６・・・・・・ブロック選択入力信号の入
力端子、４８・・・・・・映像信号出力端子、５０・・
・・・・第１のフォトトランジスタアレイ、６１・・・
・・・第２のフォトトランジスタアレイ、６６〜６７・
・・・・・色分解フィルターでカバーしたフォトトラン
ジスタアレイ、６８・・・・・・ノイズ電流、リーク電
流検知用のフォトトランジスタアレイ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＮＰＮトランジスタ対およびＰＮＰトランジスタ
   対で構成した電流スイッチ群からなるデコーダと、フォ
   トトランジスタアレイまたはフォトダイオードアレイか
   らなる光検知素子部とからなることを特徴とするイメー
   ジセンサ。
2. （２）デコーダの出力端子をフォトトランジスタアレイ
   中の各フォトトランジスタのエミッタに接続し、各フォ
   トトランジスタのコレクタを共通に接続して映像信号出
   力端子とした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）デコーダ回路、受光窓を備えた第１のフォトトラ
   ンジスタアレイ、光遮蔽した第２のフォトトランジスタ
   アレイを設け、第１および第２のフォトトランジスタア
   レイからの映像信号の差動出力を得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。
4. （４）デコーダ回路の出力端子を各々２本にし、１本の
   出力端子を第１のフォトトランジスタアレイ中のフォト
   トランジスタのエミッタに、他の１本の出力端子を第２
   のフォトトランジスタアレイ中のフォトトランジスタの
   エミッタに接続し、第１および第２のフォトトランジス
   タアレイの各コレクタをアレイ毎に共通に接続し第１、
   第２の映像出力ラインとしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載のイメージセンサ。
5. （５）カラー映像信号を得るために、少なくともアレイ
   毎に３色の色分解フィルターを備えた３本のフォトトラ
   ンジスタアレイ、３本のフォトトランジスタアレイを走
   査するためのデコーダからなり、各フォトトランジスタ
   アレイが互いに所望の解像度で決まる画素ピッチだけ副
   走査方向にずらして配列したことを特徴とするイメージ
   センサ。
6. （６）デコーダ回路がＮＰＮトランジスタ対、ＰＮＰト
   ランジスタ対で構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載のイメージセンサ。
7. （７）光遮蔽した第４のフォトトランジスタアレイを有
   し、この出力信号と３本のフォトトランジスタアレイか
   らのカラー映像信号とを各々差動増巾することにより、
   ノイズ、リーク電流を低減することを特徴とする特許請
   求の範囲第６項記載のイメージセンサ。
8. （８）デコーダ回路がＮＰＮトランジスタ対、ＰＮＰト
   ランジスタ対で構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第７項記載のイメージセンサ。