JP2789853B2 - イメ−ジセンサの読取回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリやイメー
ジスキャナの画像読み取りに使用されるイメージセンサ
の読取回路に関し、特に、極性を逆向きに直列に接続さ
れた２個のダイオードから構成される受光素子をライン
状に複数個配列してなるイメージセンサの読取回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ等の画像読み取りに使用さ
れるイメージセンサは、例えば原稿幅と略同一長さの受
光素子ラインを用い、ライン方向の電気的走査により原
稿面の１ラインの画像信号を読み取るとともに、原稿送
り装置により原稿を移動させ（副走査方向）、順次前記
電気的走査を行なって原稿面全体を読み取る構成をと
る。この種のイメージセンサには、例えば図６に示すよ
うに、フォトダイオードＰＤとブロッキングダイオード
ＢＤとが互に逆極性になるように直列に接続して一つの
受素子６１を形成し、この受光素子６１を複数個ライン
状に一次元に配列して構成するものが提案されている。

【０００３】上記イメージセンサの画像信号の読み取り
は、次のようにして行なわれる。すなわち、既に充電さ
れているフォトダイオードＰＤに原稿面（図示せず）か
らの反射光が照射され、その光の照射光量に比例した光
電流がフォトダイオードＰＤのアノード側に流れ込み、
フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷が放電する（蓄
積期間）。続いて、シフトレジスタＳＲにより個別駆動
線６２を介してブロッキングダイオードＢＤのアノード
側に駆動パルスが印加され、ブロッキングダイオードＢ
Ｄが順方向にバイアスされてダイオード間のカソード電
圧を略一定の値にリセットする（信号読取期間）。従っ
て、蓄積期間内に光電流として流出したカソード電極の
正の電荷と同量の電荷が、信号読取動作により外部より
補充（充電）される。この電荷の補充分を共通信号線６
３を介して積分器６４で電圧として検出することによ
り、画像信号出力を得ることができる。以上の動作が各
受光素子６１についてシフトレジスタＳＲの各端子から
順次駆動パルスが印加される毎に行なわれ、原稿上の１
ラインの画像信号を時系列的に得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記イメ
ージセンサの画像信号の読み取りによると、次のような
問題点があった。ダイオードの半導体がアモルファスシ
リコンで形成されたイメージセンサにより、図７（ａ）
に示すような副走査方向に白，黒，白と並んだチャート
を読んだ場合、図７（ｃ）の再生画像に対応するよう
に、Ａ領域では黒レベルより更に黒いレベル、Ｂ領域で
は白レベルより更に白いレベルの出力信号（図７
（ｂ））が出力される。すなわち、原稿面での白黒濃度
が急変する箇所においては、原稿画像を正確に読むこと
ができないという問題点があった。

【０００５】この現象について図８及び図９を参照して
イメージセンサの一画素について説明すると、シフトレ
ジスタＳＲからの駆動パルス図９（ａ）をブロッキング
ダイオードＢＤのアノード側に印加して、光によって放
電した電荷を再充電して初期状態にリセットした後に、
駆動パルスが「Ｌｏｗ」レベル（ＧＮＤ）に戻った以
後、図９（ｂ）斜線部で示すように、充電電流（順方向
電流、これを積分したものが画像信号となる）の１％以
下の微小電流（逆方向電流）が駆動パルスが「Ｈｉｇ
ｈ」の時の電流とは逆方向に流れる。これが全画素につ
いて重なり合うため前記現象が生じる。尚、図９（ｂ）
の電流波形は、積分時間を十分長いものとした場合を示
している。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、極性を逆向きに直列に接続された２個のダイオード
から構成される受光素子をライン状に複数個配列してな
るイメージセンサから画像信号を出力する際、原稿に忠
実な画像信号を得ることができる読取回路を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
消するため本発明に係るイメージセンサの読取回路は、
極性を逆向きに直列に接続された２個のダイオードから
構成される受光素子をライン状に複数個配列してなるイ
メージセンサと、前記各受光素子の一端に順次駆動パル
スを印加する駆動手段と、前記各受光素子の他端を共通
に接続する共通信号線と、該共通接続線に接続した積分
器とを有するイメージセンサの読取回路において、前記
駆動パルス印加後に受光素子の一端がＧＮＤレベルにな
る際に生じる逆方向電流と極性のみ異なる補償電流を付
加回路で発生させ、積分器の入力に帰還するよう構成す
る。

【０００８】すなわち請求項１の読取回路は、積分器出
力に比例した電荷を充電するコンデンサ部と、前記電荷
を所定の時定数で放電させるリーク部と、該リーク部の
出力を前記積分器の入力へ帰還させる抵抗とを具備して
いる。

【０００９】上記構成を等価回路で示すと図５のように
なる。定電荷源１（クロックが一定なら定電流源）はイ
メージセンサのセンサ出力（順方向電流）に比例した逆
方向電流を発生させるため設けている。コンデンサ２
は、前記逆方向電流が全画素からの電流の総和であるこ
とから、前記定電荷源１の出力を溜めるため設けてい
る。リーク抵抗３は、逆方向電流がある時定数で減衰す
ることから、この時定数と一致させるためコンデンサ２
に並列に接続されている。帰還抵抗４は、コンデンサ２
及びリーク抵抗３の並列回路の端子電圧を積分器の入力
へ帰還するよう接続されている。

【００１０】また、請求項２の読取回路は、積分器出力
側に接続されるローパスフィルタと、該ローパスフィル
タの出力を前記積分器の入力へ帰還させる帰還抵抗とを
具備している。前記ローパスフィルタは、逆方向電流が
減衰する際の時定数と同じ時定数を有している。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、コンデンサ部と
リーク部とにより逆方向電流と極性のみ異なる補償電流
を発生させ、帰還抵抗を介して積分器の入力側に帰還さ
せたので、逆方向電流を補償電流で相殺させることがで
きる。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、ローパスフ
ィルタで逆方向電流と極性のみ異なる補償電流を発生さ
せ、帰還抵抗を介して積分器の入力側に帰還させたの
で、逆方向電流を補償電流で相殺させることができる。

【００１３】

【実施例】本発明のイメージセンサの読取回路の一実施
例について図面を参照しながら説明する。図１はイメー
ジセンサの読取回路の全体構成図で、一次元イメージセ
ンサ１０と、不完全積分器２０と、リーク再生回路３０
と、補償回路４０とから構成されている。

【００１４】一次元イメージセンサ１０は、フォトダイ
オードＰＤとブロッキングダイオードＢＤとを極性を逆
向きに直列に接続して受光素子１１を形成し、これを一
画素としてライン状に複数個配列して構成されている。
各受光素子１１は、図２に示すように、絶縁基板１０１
上に形成した下部電極１０２（例えば金属膜で形成され
ている）上に、ｎ層及びｉ層を積層したアモルファスシ
リコンから成る２つの半導体層１０３ａ，１０３ｂを分
離して形成し、この半導体層１０３ａ，１０３ｂ上にそ
れぞれ上部電極１０４ａ，１０４ｂ（例えば透明導電膜
で形成されている）を積層することにより、２個のダイ
オードを対向して配置させ、極性を逆向きに直列に接続
することができる。前記上部電極１０４ａ，１０４ｂ
は、絶縁層１０５に形成されたコンタクトホール１０６
ａ，１０６ｂを介してアルミニウムで形成された個別駆
動線１２，共通信号線１３にそれぞれ接続されている。

【００１５】各受光素子１１を構成するブロッキングダ
イオードＢＤのアノード側は、各個別駆動線１２を介し
てシフトレジスタＳＲの各端子に接続されている。ま
た、各フォトダイオードＰＤのアノード側は一本の共通
信号線１３に接続されている。シフトレジスタＳＲに
は、データ端子ＤＡＴＡとクロック端子ＣＫが設けら
れ、データ端子ＤＡＴＡから入力されたデータパルスが
シフトされ、シフトレジスタＳＲの各端子より順次駆動
パルスとして出力される。そして、この駆動パルスは個
別駆動線１２を介して各受光素子に印加され、この駆動
パルスが「Ｈｉｇｈ」となった場合に、受光素子１１で
生じる光電流に対応するセンサ出力電流Ｉが共通信号線
１３より外部に取り出される。

【００１６】不完全積分器２０は高周波では積分器とし
て、低周波では電流電圧増幅器として動作するもので、
積分コンデンサ２１を負帰還部に有する完全積分器２２
と、この完全積分器２２の出力を電圧増幅する非反転増
幅器２３と、この非反転増幅器２３の出力側と前記完全
積分器２２の入力側間に接続した抵抗２４とで構成して
いる。完全積分器２２は非反転入力と反転入力とを有
し、非反転入力は接地されるとともに、反転入力側には
前記一次元イメージセンサ１０の共通接続線１３が接続
されている。また、抵抗２５，２６で分圧された出力電
圧が非反転増幅器２３に入力されるように構成してい
る。抵抗２４は、非反転増幅器２３の出力でコンデンサ
２１をリークさせるように動作する。

【００１７】リーク再生回路３０は、一端側をそれぞれ
前記非反転増幅器２３の出力に接続したコンデンサ３
１，３２と、該コンデンサ３１，３２の他端側に接続し
た定電流源３３，３４と、前記コンデンサ３１，３２の
他端側に接続したリセットスイッチ３５，３６と、同じ
くコンデンサ３１，３２の他端側に接続したサンプルホ
ールド回路３７，３８とから構成されている。定電流源
３３，３４は、不完全積分器２０の出力電圧値に略比例
した電流値を出力させるように構成されている。また、
リセットスイッチ３５，３６は、基準電源Ｖosに接続さ
れている。

【００１８】このリーク再生回路３０においては、コン
デンサ３１，３２の一端は不完全積分器２０の出力で駆
動され、コンデンサ３１，３２の他端側には、ここに接
続された定電流源３３，３４によって抵抗２４によるリ
ーク分が補償され、前記センサ出力電流Ｉを積分した出
力がここにあらわれる。積分終了後は、リセットスイッ
チ３５，３６により一定の基準電位にリセットされ、再
び積分を開始する。上記した積分及びリセットの動作
は、コンデンサ３１（３２），定電流源３３（３４），
リセットスイッチ３５（３６）の二組の回路で交互に相
補的に行なわれるため、リーク再生回路３０としては常
に積分モードに設定できるので、リセットスイッチ３
５，３６のスイッチング時間によるロスで動作速度が制
限されない。

【００１９】補償回路４０は、サンプルホールド回路３
７，３８を介した二系統の信号出力線４１，４２を一系
統に統合するマルチプレクサ４３と、各信号出力線４
１，４２にカソード側を接続したダイオード４４，４５
と、ベース側を前記ダイオード４４，４５のアノード側
に接続したトランジスタ４６と、該トランジスタ４６の
エミッタ側と前記基準電源Ｖosとの間に接続された抵抗
４７と、トランジスタ４６のコレクタ側に互に並列に接
続されたコンデンサ４８及びリーク抵抗４９と、トラン
ジスタ４６のコレクタ側と不完全積分器２０の入力側と
の間に接続された帰還抵抗５０とから構成されている。

【００２０】すなわち、基準電源Ｖosによるリセット電
位と、サンプルホールド回路３７，３８の出力端子を用
いることで簡易な電流源を構成している。トランジスタ
４６のエミッタ側に流れる電流はクロック周期に反比例
するように決める。電流源入力（トランジスタ４６のベ
ース側）に設けられた二つのダイオード４４，４５は、
信号出力線４１，４２より低い電位がトランジスタ４６
のベース電位を決定するようになっており、これにより
全画素の電流補正を可能としている。

【００２１】また、電流源出力（トランジスタ４６のコ
レクタ側）からコンデンサ４８に蓄積された電荷は、時
定数τ（コンデンサ４８の容量をＣ，抵抗４９の値をＲ
とした場合、τ＝ＣＲ）で放電する。抵抗４９は演算誤
差を発生させないように、帰還抵抗５０よりも十分小さ
くする必要がある。また、コンデンサ４８の容量Ｃは、
受光素子１１に印加される駆動パルスの立ち下がりで生
じる逆方向電流の時定数に前記ＣＲが一致するように決
められる。

【００２２】次に上記構成の回路の動作について図３を
参照しながら説明する。シフトレジスタＳＲの端子から
駆動パルス７１が印加され、受光素子１１のブロッキン
グダイオードＢＤ1 のアノード側が「Ｈｉｇｈ」になる
と、フォトダイオードＰＤ1 のアノード側から順方向に
電流（センサ出力電流）が流れる。次に、ブロッキング
ダイオードＢＤ1 のアノード側が「Ｌｏｗ」になるとと
もに、受光素子１１のブロッキングダイオードＢＤ2 の
アノード側が駆動パルス７２の印加により「Ｈｉｇｈ」
になり、フォトダイオードＰＤ1 には逆方向に電流（逆
方向電流）が流れるとともに、フォトダイオードＰＤ2
に順方向の電流（センサ出力電流）が流れる。更に、駆
動パルス７３，７４……によって、各受光素子１１につ
いて同様の動作が行なわれる。図３においては、説明の
簡略化を図るため、シフトレジスタＳＲに入力されるク
ロック周期を長くし、積分時間を十分長くとった場合の
電流波形を示している。

【００２３】以上の画像信号読み取り動作を全画素（説
明の簡略化のため４画素とした）について行なったとき
共通信号線１３に流れる電流を、順方向電流（センサ出
力電流）合計と逆方向電流合計とに分けて示すと、図３
のようになる。これらの出力をそれぞれ積分すると、順
電流積分及び逆電流積分となる。従来の読取回路による
と、順電流積分及び逆電流積分を合計した順逆積分合成
が積分器から出力される画像信号となり、原稿面の画像
を正確に電気信号に変換できない。上記実施例では、順
電流積分値に比例した電荷をクロック毎にコンデンサ４
８に蓄積し、この電荷を逆方向電流と同じ時定数を持つ
ように並列に挿入した抵抗４９を介してリークさせる。
そして、このコンデンサ４８の端子電圧から帰還抵抗５
０を介して不完全積分器１０の入力に補償電流として帰
還させる。この補償電流は、図３に示すように、逆方向
電流と符号が逆で大きさが等しいものであり、順方向電
流，逆方向電流，補償電流を合計すると補償電流合成積
分のようになり、マルチプレクサ４３から出力される画
像信号を原稿面に忠実な信号とすることができる。

【００２４】次に、上記実施例の読取回路における逆方
向電流の値について計算により求める。逆方向電流Ｉｒ
は順方向電流の大きさに比例し以下の式で表される。 Ｉｒ＝−ｋ・Ｉｆ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） ここで、τはダイオードの半導体であるアモルファスシ
リコンで決まる定数、ｋは比例定数、Ｉｆは順方向電
流、である。シフトレジスタＳＲからの駆動パルスが立
ち上がる時間をｎΔｔとするとフォトダイオードＰＤの
ｔ秒後における逆方向電流は Ｉｒ＝−ｋ・Ｉｆ・ｅｘｐ（−（ｔ＋ｎΔｔ）／τ） これらを０〜ｍ画素加算すると、 Ｉｆ（ｎ）＝Ｉｆ（ｎ＋１）＝……＝Ｉｆ（ｍ）＝Ｉｆ として、 ΣＩｒ（ｎ）＝−ｋ・Ｉｆ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） −ｋ・Ｉｆ・ｅｘｐ（−（ｔ＋Δｔ）／τ） −ｋ・Ｉｆ・ｅｘｐ（−（ｔ＋２Δｔ）／τ） ………… −ｋ・Ｉｆ・ｅｘｐ（−（ｔ＋ｍΔｔ）／τ） ＝k・If・exp(-t/τ)・(1-exp(-m・Δt/τ))/(1-exp(-Δt/τ)) ｍが１に対して十分大きく、τがΔｔに対して十分大き
い場合、 （１−ｅｘｐ（−ｍ・Δｔ／τ））＝１ （１−ｅｘｐ（−Δｔ／τ））＝Δｔ／τ と近似できるので、 ΣＩｒ（ｎ）＝ｋ・Ｉｆ・τ／Δ
ｔ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） となる。ここでクロック周期（積分時間）Δｔが一定で
あれば、 ｋ・Ｉｆ・τは定数となり、 ΣＩｒ（ｎ）＝Ｃｏｎｓｔａｎｔ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） ………式（１） となる。

【００２５】上述の式（１）は、τの時定数を持つＣＲ
のローパスフィルタの出力を表わす式に相当する。上記
実施例で説明したように、補償電流を得るためには、ク
ロック毎に不完全積分器２０の出力に比例した電荷をコ
ンデンサ４８に蓄積させながら時定数τで放電させ、こ
のときのコンデンサ４８の端子電圧から帰還抵抗５０を
通して不完全積分器２０の入力に補償電流としてフィー
ドバックする。この補償電流は、クロック（積分時間）
が固定なら式（１）から解るように、ローパスフィルタ
の出力と同じになる。従って、図４に示すように、不完
全積分器２０の出力をローパスフィルタ５１を通した
後、帰還抵抗５０を介して不完全積分器２０の入力に帰
還するように構成すれば上記実施例と同様の効果を得る
ことができる。図４における他の構成は図１と同様であ
り、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、駆動パルスの立ち下が
りで生じる逆方向電流に対して、極性のみ異なる補償電
流を発生させる付加回路を設け、帰還抵抗を介して積分
器の入力側に帰還させたので、逆方向電流を補償電流で
相殺させることができる。その結果、センサ出力におけ
る逆方向電流の影響を防止し、原稿画像に忠実な画像信
号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すイメージセンサの読
取回路の等価回路図である。

【図２】 受光素子の断面説明図である。

【図３】 読取回路の動作を説明するための波形図であ
る。

【図４】 他の実施例を示すイメージセンサの読取回路
の等価回路図である。

【図５】 本発明の構成を示す概略等価回路図である。

【図６】 従来のイメージセンサの読取回路の等価回路
図である。

【図７】 従来例の問題点を説明するための図であり、
（ａ）はチャート、（ｂ）はチャートに対応する出力波
形、（ｃ）は出力波形に対応する再生画像である。

【図８】 イメージセンサの一画素に対応する等価回路
図である。

【図９】 （ａ）はシフトレジスタより出力される駆動
パルス波形、（ｂ）は受光素子に流れる電流波形であ
る。

【符号の説明】

１…電荷源、 ２…コンデンサ、 ３…リーク抵抗、
４…帰還抵抗、 １０…一次元イメージセンサ、 １１
…受光素子、 １２…個別駆動線、 １３…共通信号
線、 ２０…不完全積分器、 ３０…リーク再生回路、
４０…補償回路、４４…ダイオード、 ４５…ダイオ
ード、 ４６…トランジスタ、 ４７…抵抗、 ４８…
コンデンサ、 ４９…リーク抵抗、 ５０…帰還抵抗、
５１…ローパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/024 - 1/036 H04N 1/40 - 1/409

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極性を逆向きに直列に接続された２個の
   ダイオードから構成される受光素子をライン状に複数個
   配列してなるイメージセンサと、前記各受光素子の一端
   に順次駆動パルスを印加する駆動手段と、前記各受光素
   子の他端を共通に接続する共通信号線と、該共通接続線
   に接続した積分器と、を有するイメージセンサの読取回
   路において、前記積分器出力に比例した電荷を充電する
   コンデンサ部と、前記電荷を所定の時定数で放電させる
   リーク部と、該リーク部の出力を前記積分器の入力へ帰
   還させる帰還抵抗と、を具備することを特徴とするイメ
   ージセンサの読取回路。
2. 【請求項２】 極性を逆向きに直列に接続された２個の
   ダイオードから構成される受光素子をライン状に複数個
   配列してなるイメージセンサと、前記各受光素子の一端
   に順次駆動パルスを印加する駆動手段と、前記各受光素
   子の他端を共通に接続する共通信号線と、該共通接続線
   に接続した積分器と、を有するイメージセンサの読取回
   路において、前記積分器出力側に接続されるローパスフ
   ィルタと、該ローパスフィルタの出力を前記積分器の入
   力へ帰還させる帰還抵抗と、を具備することを特徴とす
   るイメージセンサの読取回路。