JPH0698079A - イメージセンサ及びその読み取り方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜トランジスタをスイッチング素子として
使用した場合に発生するフィードスルー信号成分のキャ
ンセルを行い、駆動用ＩＣ内のアンプ飽和によるアンプ
動作の異常を防止し、また信号処理速度を高速化しても
画像の階調再現性が劣化することのないイメージセンサ
及びその読み取り方法を提供する。 【構成】 電荷転送による信号の内、フィードスルー電
圧分を波形選択スイッチ２１で選択抽出し、減算回路２
３で上記信号と抽出したフィードスルー電圧分との差を
取り、反転回路２６で正常な信号波形に反転して駆動用
ＩＣ１５に出力するフィードスルーキャンセル回路１６
を有するイメージセンサ及びその読み取り方法としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スキャナー等に搭載さ
れ、画像を読み取るイメージセンサに係り、特にスイッ
チング素子におけるフィールドスルーの影響をなくして
正確な画像信号を得ることができるイメージセンサ及び
その読み取り方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像の読み取り又は入力を行う装
置として、原稿に近接して画像を読み取るイメージセン
サが複写機やファクシミリ等の幅広い分野で利用されて
いる。このイメージセンサの中でも特に水素化アモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等から成る薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として使用したＴＦ
Ｔ駆動型イメージセンサが、イメージセンサのトータル
システムの薄型化、小型化、軽量化、低消費電力化等様
々なニーズに答えようとして種々の改良提案が行われて
いる（例えば特開昭６４−５０６０号公報参照）。

【０００３】ＴＦＴ駆動型イメージセンサは、例えば、
その等価回路図を図６に示すように、原稿幅とほぼ同じ
長さに複数の受光素子６１″をライン状に配列した受光
素子アレイ６１と、各受光素子６１″に１：１に対応す
る複数個の薄膜トランジスタＴi,j (i=1〜N, j=1〜n)か
ら成る電荷転送部６２と、多層マトリックス状に形成さ
れたマトリックス配線６３とから構成されている。

【０００４】そして、受光素子アレイ６１は、Ｎ個のブ
ロックの受光素子群６１′に分割され、一つの受光素子
群６１′を形成するｎ個の受光素子６１″はフォトダイ
オードＰi,j (i=1〜N, j=1〜n)により等価的に表すこと
ができる。各受光素子６１″は各薄膜トランジスタＴi,
j のドレイン電極にそれぞれ接続され、また薄膜トラン
ジスタＴi,j のソース電極はマトリックス状に接続され
た多層配線のマトリックス配線６３を介してブロック内
の受光素子毎にｎ本の共通信号線６４にそれぞれ接続さ
れ、更に共通信号線６４は駆動用ＩＣ６５に接続されて
いる。また、薄膜トランジスタＴi,j のゲート電極は、
ブロック毎に導通するようにゲートパルス発生回路６６
に接続されている。

【０００５】各受光素子６１″で発生する電荷は一定時
間受光素子の寄生容量と薄膜トランジスタのドレイン・
ゲート間のオーバーラップ容量に蓄積された後、薄膜ト
ランジスタＴi,j を電荷転送用のスイッチとして用いて
ブロック毎に順次マトリックス配線６３の配線容量ＣLi
(i=1〜n)に転送蓄積される。

【０００６】すなわち、ゲートパルス発生回路６６から
ゲート線Ｇi (i=1〜n)を経由して先ずゲートパルスφＧ
1 が伝送され、第１ブロック内の薄膜トランジスタＴ1,
1 〜Ｔ1,n をオンにし、第１ブロック内の各受光素子６
１″で発生した電荷が各配線容量ＣLiに転送蓄積され
る。そして、各配線容量ＣLiに蓄積された電荷により各
共通信号線６４の電位が変化し、この電位値を駆動用Ｉ
Ｃ６５内のアナログスイッチＳＷi (i=1〜n)（図示せ
ず）を順次オンして時系列的に出力線６７に出力する。

【０００７】そして、ゲートパルスφＧ2 〜φＧn によ
り第２〜第Ｎブロック内の薄膜トランジスタＴ2,1 〜Ｔ
2,n からＴN,1 〜ＴN,n までをそれぞれオンにし、ブロ
ック毎に受光素子側の電荷が転送され、共通信号線６４
に順次転送された電荷によって変化した電位を順次読み
出すことにより原稿の主走査方向の１ライン分の画像信
号を得て、原稿送り手段で原稿を移動させて上記動作を
繰り返し、原稿全体の画像信号を得るものである（特開
昭６３−９３５８号公報参照）。

【０００８】このようにＴＦＴ駆動型イメージセンサ
は、薄膜トランジスタの動作により単一の駆動用ＩＣで
読み取りが可能となるので、イメージセンサを駆動する
駆動用ＩＣの個数を低減でき、小型化及びコストダウ
ン、更には低消費電力化を図ることができるものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のイメージセンサ及びその読み取り方法では、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いて
いるため、読み出されて駆動用ＩＣ内のアンプで増幅さ
れた出力信号は、図５の波形図に示すように、本来の画
像信号とオフセット信号に加えて、ＴＦＴのＯＮ，ＯＦ
Ｆ時におけるフィードスルー電圧分が重畳されることに
なる。フィードスルーとは、ＴＦＴのゲート電極に与え
られるゲートパルスのＯＮ，ＯＦＦの影響を受けて出力
信号の電位が急峻に上昇又は下降することである。

【００１０】そして、フィードスルー電圧は、通常画像
信号を数十ｍＶ程度とすれば数百ｍＶの値を持つため、
駆動用ＩＣ内の増幅用のアンプに入力されるとアンプが
飽和して正確に動作しなくなるという問題点があり、ま
た信号処理速度を高速化する場合等は波形が過度応答し
ているところをサンプル／ホールドすることになるの
で、画像信号に誤差を含み、正確な値が得られずに駆動
用ＩＣを通して出力された画像信号は画像の階調再現性
が劣化するという問題点があった。尚、図５において、
破線で描いた波形が理想的な波形であり、実線で描いた
波形が現実の波形である。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子と
して使用した場合に発生するフィードスルー電圧分のキ
ャンセルを行い、駆動用ＩＣ内のアンプ飽和によるアン
プ動作の異常を防止し、また信号処理速度を高速化して
も画像の階調再現性が劣化することのないイメージセン
サ及びその読み取り方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するための請求項１記載の発明は、受光量に応じて電
荷を発生する受光素子と、前記電荷を転送するスイッチ
となる薄膜トランジスタと、前記転送された電荷を蓄積
する容量部と、前記蓄積された電荷による信号線の電位
変化を読み取り、画像信号として時系列的に出力する駆
動用ＩＣとを有するイメージセンサにおいて、前記容量
部と前記駆動用ＩＣとの間に、前記薄膜トランジスタの
オン状態時に発生するフィードスルー信号成分をキャン
セルするキャンセル回路を設けたことを特徴としてい
る。

【００１３】上記従来例の問題点を解決するための請求
項２記載の発明は、イメージセンサの読み取り方法にお
いて、信号線の電位変化を示す信号から薄膜トランジス
タのオン状態時に発生するフィードスルー信号成分を抽
出し、前記信号と前記フィードスルー信号成分とを同期
させて前記信号から前記フィードスルー信号成分を差し
引いた信号を駆動用ＩＣに出力することを特徴としてい
る。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明によれば、駆動用ＩＣの入
力側に薄膜トランジスタのオン状態時に発生するフィー
ドスルー信号成分をキャンセルするキャンセル回路を設
けたイメージセンサとしているので、フィードスルーの
影響による駆動用ＩＣ内のアンプ飽和によって起こる駆
動用ＩＣの誤動作を防止でき、また信号処理速度を高速
化しても画像の階調再現性を高く保つことができる。

【００１５】請求項２記載の発明によれば、信号線の電
位変化を表す信号から薄膜トランジスタのオン状態時に
発生するフィードスルー信号成分を抽出し、この抽出し
たフィードスルー信号成分を用いて、信号線に表れる信
号から抽出したフィードスルー信号成分を同期させて差
し引き、この差し引いた信号を駆動用ＩＣに出力するイ
メージセンサの読み取り方法としているので、フィード
スルーの影響による駆動用ＩＣ内のアンプ飽和によって
起こる駆動用ＩＣの誤動作を防止でき、また信号処理速
度を高速化しても画像の階調再現性を高く保つことがで
きる。

【００１６】

【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。図１は、本発明の一実施例に係るイメージ
センサの一画素分の等価回路図である。図１に示すよう
に、受光素子１１は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１２の
ドレイン側に接続し、ＴＦＴ１２のソース側は配線容量
ＣL のコンデンサ１３とフィードスルーキャンセル回路
１６の入力端子ＩＮに接続し、フィードスルーキャンセ
ル回路１６の出力端子ＯＵＴは駆動用ＩＣ１５とＭＯＳ
トランジスタのリセットスイッチ１４に接続している。

【００１７】受光素子１１は、フォトダイオードＰＤか
ら構成され、正電圧のバイアス電圧ＶB が逆バイアス状
態で印加され、等価的には寄生容量ＣP が並列に接続さ
れた状態となっている。また、ＴＦＴ１２のゲート電極
にはゲートパルス発生回路からゲートパルスφＧが印加
されるようになっており、ゲート電極に対するドレイン
・ソース電極のオーバーラップ部分では各々のオーバー
ラップ容量ＣGD，ＣGSが形成されている。コンデンサ１
３は、受光素子１１で発生した電荷をＴＦＴ１２のスイ
ッチング動作により転送蓄積されるものである。リセッ
トスイッチ１４はコンデンサ１３に蓄積された電荷を放
電してリセットを行うスイッチであり、駆動用ＩＣ１５
は出力信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）等を有してい
る。

【００１８】そして、図１の本実施例のフィードスルー
キャンセル回路１６の内部構成を図２を使って説明す
る。図２は、本実施例のフィードスルーキャンセル回路
の回路図である。図２に示すように、フィードスルー電
圧分をキャンセルするフィードスルーキャンセル回路１
６は、波形選択スイッチ２１と減算回路２３とから構成
され、回路の入力端子ＩＮが波形選択スイッチ２１の端
子２１ｉｎと減算回路２３の入力端子２３ａに接続さ
れ、また波形選択スイッチ２１の端子２１ｇｎｄは接地
され、端子２１ｏｕｔは減算回路２３の入力端子２３ｂ
へ接続され、減算回路２３の出力端子２３ｃが反転回路
２６に接続され、反転回路２６から出力端子ＯＵＴが駆
動用ＩＣ１５に接続されるようになっている。また、波
形選択スイッチ２１は、ＣＭＯＳ等で構成され、外部の
スイッチ制御信号源２２よりスイッチＯＮ／ＯＦＦする
制御信号が印加されるようになっている。

【００１９】次に、本実施例のフィードスルーキャンセ
ル回路１６の動作を図２及び図４を使って説明する。図
４（ａ）はＴＦＴのゲ−ト電極に与えられるゲートパル
ス波形図であり、（ｂ）はＴＦＴのソース電極における
電位変化を示す波形図であり、（ｃ）はスイッチ２１に
与えられる制御信号の波形図であり、（ｄ）は出力端子
ＯＵＴからの出力信号の波形図である。

【００２０】図４（ｂ）に示すように、フィードスルー
電圧分を含んだ波形がフィードスルーキャンセル回路１
６の入力端子ＩＮより入力されると、この波形が減算回
路２３の入力端子２３ａへ入力されると共に、波形選択
スイッチ２１の端子２１ｉｎにも送られる。波形選択ス
イッチ２１は制御信号である図４（ｃ）の波形に従い、
制御信号がＶｈレベル（高電圧レベル）で端子２１ｉｎ
と端子２１ｏｕｔを接続し、制御信号がＶｌレベル（低
電圧レベル）で端子２１ｇｎｄと端子２１ｏｕｔを接続
するよう動作するものである。

【００２１】従って、端子２１ｉｎにフィードスルー電
圧分を含んだ波形が送られて来ると、スイッチ２１の端
子２１ｉｎと端子２１ｏｕｔが接続してこのフィードス
ルー電圧分が減算回路２３の入力端子２３ｂへ入力され
る。すると、入力端子２３ａに入力された信号は反転さ
れ、入力端子２３ｂに入力された信号はそのままで、両
者打ち消し合って出力はゼロとなる。つまり、ゲートパ
ルスのオン状態の時（フィードスルー発生時）の信号成
分（フィードスルー電圧分）をキャンセルすることがで
きるものである。尚、減算回路２３の入力端子２３ｂは
抵抗を介して接地された状態になっている。

【００２２】そして、ゲートパルスのオフ状態の時（フ
ィードスルー発生時以外）は波形選択スイッチ２１の端
子２１ｇｎｄと端子２１ｏｕｔが接続してフィードスル
ーキャンセル回路１６の入力端子ＩＮに入力された画像
信号が減算回路２３の入力端子２３ａのみに入力され
て、そのままの信号が減算回路２３の出力端子２３ｃか
ら反転出力されることになる。

【００２３】従って、フィードスルーキャンセル回路１
６内の二つの経路を通って減算回路２３ａ、２３ｂに入
力された波形は共にフィードスルー電圧分のみ打ち消し
あい、他の状態では入力端子ＩＮに入力された信号成分
が反転出力され、反転回路２６を介して出力端子ＯＵＴ
から出力される波形はフィードスルー電圧分が消去され
た図４（ｄ）の波形状態となる。そして、サンプルホー
ルド（１）（２）で電位検知を行い、正規のシグナル信
号とオフセット信号を含んだ（２）からオフセット信号
のみを含んだ（１）を差し引いて正規のシグナル信号を
検出するものである。

【００２４】次に、別の実施例のフィードスルーキャン
セル回路について図３を使って説明する。図３は、別の
実施例のフイードスルーキャンセル回路の回路図であ
る。フィードスルーキャンセル回路１６′は、入力端子
ＩＮが波形選択スイッチ２１の端子２１ｉｎと加算回路
２５の入力端子２５ａに接続され、波形選択スイッチ２
１の端子２１ｇｎｄが接地され、端子２１ｏｕｔが反転
増幅回路２４の入力端子２４ａに接続されており、反転
増幅アンプ２４の出力端子２４ｃが加算回路２５の入力
端子２５ｂに接続され、加算回路２５内で入力端子２４
ａと入力端子２４ｂは１本の入力端子となってアンプに
入力され、加算回路２５の出力端子２５ｃが反転回路２
６に接続され、反転回路２６から出力端子ＯＵＴが引き
出されている。尚、加算回路２５のアンプに対する他方
の入力端子は抵抗を介して接地された状態になってい
る。

【００２５】図３に示す別の実施例のフィードスルーキ
ャンセル回路１６′の動作について説明すると、図４
（ｂ）に示すフィードスルー電圧分を含んだ波形が入力
端子ＩＮより入力され、この波形は加算回路２５の入力
端子２５ａへ入力されると共に、波形選択スイッチ２１
の端子２１ｉｎにも送られる。端子２１ｉｎにフィード
スルー電圧分が入力されて来ると、フィードスルー電圧
分を反転増幅アンプ２４を通して反転出力し、加算回路
２５の入力端子２５ｂへ入力される。加算回路２５の入
力端子２５ａ，２５ｂに入力された信号成分は加算され
ることになるが、両信号はフィードスルー電圧分であっ
て入力端子２５ｂの信号が反転したものであるため、両
信号成分は打ち消し合って出力はゼロとなる。つまり、
ゲートパルスのオン状態の時（フィードスルー発生時）
の信号成分（フィードスルー電圧分）をキャンセルする
ことができるものである。

【００２６】従って、フィードスルーキャンセル回路１
６′内の二つの経路を通して加算回路２５ａ、２５ｂに
入力された波形は共にフィードスルー電圧分のみ打ち消
し合い、他の状態では入力端子ＩＮに送られてきた信号
が加算回路２５から反転されて出力され、そして、反転
回路２６の出力端子ＯＵＴからの出力は図４（ｄ）に示
すような波形となる。

【００２７】従って、図１に示したイメージセンサにお
いて、受光素子１１で受光量に応じて光電変換作用によ
り発生した光信号を、ＴＦＴ１２のスイッチング動作を
図４（ａ）のタイミングで行うことにより、画像信号を
図２又は図３に示すフィードスルーキャンセル回路１
６，１６′の入力端子ＩＮへ入力すると出力端子ＯＵＴ
には図４（ｄ）に示すようなフィードスルーがキャンセ
ルされた信号が出力される。そして、この信号が駆動用
ＩＣ１５に入力されて増幅され、駆動用ＩＣ１５を経て
出力される信号はフィードスルーの影響のない読み取っ
た正確な値の画像信号が得られる。

【００２８】図２又は図３の実施例のイメージセンサ及
びその読み取り方法によれば、ＴＦＴ１２をスイッチン
グ素子として使用し、読み取り信号をＴＦＴ１２のスイ
ッチを介して転送した際に、ゲ−ト電圧の変化によって
発生するフィードスルー電圧分の信号をキャンセルする
ことができ、画像出力信号に対するフィードスルーの影
響を防ぐことができるため、駆動用ＩＣ１５内のアンプ
飽和による駆動用ＩＣ１５の誤動作を防止できる効果が
あり、また信号処理速度を高速化しても画像の階調再現
性を高く保つことができる効果がある。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、駆動用Ｉ
Ｃの入力側に薄膜トランジスタのオン状態時に発生する
フィードスルー信号成分をキャンセルするキャンセル回
路を設けたイメージセンサとしているので、フィードス
ルーの影響による駆動用ＩＣ内のアンプ飽和によって起
こる駆動用ＩＣの誤動作を防止でき、また信号処理速度
を高速化しても画像の階調再現性を高く保つことができ
る効果がある。

【００３０】請求項２記載の発明によれば、信号線の電
位変化を表す信号から薄膜トランジスタのオン状態時に
発生するフィードスルー信号成分を抽出し、この抽出し
たフィードスルー信号成分を用いて、信号線に表れる信
号から抽出したフィードスルー信号成分を同期させて差
し引き、この差し引いた信号を駆動用ＩＣに出力するイ
メージセンサの読み取り方法としているので、フィード
スルーの影響による駆動用ＩＣ内のアンプ飽和によって
起こる駆動用ＩＣの誤動作を防止でき、また信号処理速
度を高速化しても画像の階調再現性を高く保つことがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るイメージセンサの一
画素分の等価回路図である。

【図２】 本実施例のフィードスルーキャンセル回路の
回路図である。

【図３】 別の実施例のフィードスルーキャンセル回路
の回路図である。

【図４】 本実施例の動作を説明するタイミングチャー
ト図である。

【図５】 フィードスルー波形を含んだ画像信号を駆動
用ＩＣで増幅した場合の波形図である。

【図６】 従来のイメージセンサ全体の等価回路図であ
る。

【符号の説明】

１１…受光素子、 １２…薄膜トランジスタ、 １３…
コンデンサ、 １４…リセットスイッチ、 １５…駆動
用ＩＣ、 １６，１６′…フィードスルーキャンセル回
路、 ２１…波形選択スイッチ、 ２２…スイッチ制御
信号源、 ２３…減算回路、 ２４…反転増幅回路、
２５…加算回路、 ２６…反転回路、６１…受光素子ア
レイ、 ６１′…受光素子群、 ６１″…受光素子、
６２…電荷転送部、 ６３…マトリックス配線、 ６４
…共通信号線、 ６５…駆動用ＩＣ、 ６６…ゲートパ
ルス発生回路、 ６７…出力線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光量に応じて電荷を発生する受光素子
   と、前記電荷を転送するスイッチとなる薄膜トランジス
   タと、前記転送された電荷を蓄積する容量部と、前記蓄
   積された電荷による信号線の電位変化を読み取り、画像
   信号として時系列的に出力する駆動用ＩＣとを有するイ
   メージセンサにおいて、前記容量部と前記駆動用ＩＣと
   の間に、前記薄膜トランジスタのオン状態時に発生する
   フィードスルー信号成分をキャンセルするキャンセル回
   路を設けたことを特徴とするイメージセンサ。
2. 【請求項２】 信号線の電位変化を示す信号から薄膜ト
   ランジスタのオン状態時に発生するフィードスルー信号
   成分を抽出し、前記信号と前記フィードスルー信号成分
   とを同期させて前記信号から前記フィードスルー信号成
   分を差し引いた信号を駆動用ＩＣに出力することを特徴
   とするイメージセンサの読み取り方法。