JP3466953B2 - イメージセンサ - Google Patents
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Description
関し、特に、実装基板上に複数の光電変換チップが配列
されたマルチチップ型のイメージセンサにおいて光電変
換チップ単位で発生する画質のむらを除去することがで
きるイメージセンサに関する。
ミリ、スキャナ等の読取装置として利用されている。リ
ニアイメージセンサに用いられる光電変換チップは、シ
リコンウェハ上に作成されるため、そのセンサ長はウェ
ハサイズにより制限を受け、短いものしか得られないこ
とが多い。このため、一つの光電変換チップで読取装置
を構成する場合には原稿からの反射光を光学系を用いて
縮小し、光電変換チップ上に投影して画像を読取ってい
る。このような縮小光学系を使用する場合、光学系のス
ペースを大きく取る必要があり、小型化の妨げとなって
いた。そこで、この問題を解決するものとして、複数の
光電変換チップを直線状に配置したマルチチップ型のイ
メージセンサを用いた読取装置がある。
特開平6−189065号公報や特開平9−20558
8号公報に開示されているものがあった。
チチップ型のイメージセンサのブロック図である。又、
図8はマルチチップ型のイメージセンサの1画素分の等
価回路の回路図である。又、図9はマルチチップ型のイ
メージセンサの動作を説明するためのタイミングチャー
トである。
り、各々の光電変換チップは実装基板上に配列されて電
気的に接続されており、マルチチップ型のイメージセン
サを構成している。2は光電変換部であり、入力される
光信号を電荷量に変換する。図7においては、光電変換
チップに左から順に第1光電変換チップ、第2光電変換チ
ップ、・・・と呼ぶことにする。又、各光電変換チップ
はn個の画素、すなわちn個の光電変換部を持つものと
し、左から順に第1光電変換部、第2光電変換部、・・・
と呼ぶことにする。このようにして、このマルチチップ
型のイメージセンサでは光電変換部を配列することによ
り、実効的な読み取り幅を長くでき、大きな原稿サイズ
にも対応することができる。
1と、スタート信号122を受け取って、動作を制御す
るための制御信号を発生する。
スによりONとなり、光信号を蓄積容量6に読み出す。
光信号は光電変換部2で変換された光信号電荷をソース
フォロワ回路3で電圧振幅に変換している。ここで、ソ
ースフォロワ回路は、トランジスタ3a及び3bを含む。
号の蓄積を始める。
がクロック信号122に同期してMOSスイッチ5を順
次ONし、蓄積容量6から読み出された光信号を出力アン
プ9を介して、出力端子13に出力する。
ート信号が与えられると、光信号の読み出しと蓄積は次
のサイクルとなり、上述の動作を繰り返す。
ワ回路3の電流を制御するための定電流回路8がある。
光信号を読み出す期間中、常にソースフォロワ回路を動
作状態にしておくと消費電流の増大を招くため、光信号
を読み出している光電変換チップ以外は定電流回路の電
流を制限して消費電流を抑えている。
構成によるマルチチップ型のイメージセンサの光信号出
力をみると、光電変換部やソースフォロワ回路で発生す
るランダムノイズやFPN(固定パターンノイズ)の他
に、定電流回路で発生するランダムノイズやFPNが含
まれている。この定電流回路で発生するノイズは同一の
光電変換チップ内の全ての光電変換部に影響を与え、か
つ、各光電変換チップ毎に相関がないため、光信号出力
は光電変換チップ単位で変動する。この光信号出力を画
像としてみた場合には、光電変換チップ単位のむらのあ
る横すじ、あるいは縦すじとして現われ、非常に目に見
えやすく、画質劣化の大きな要因となっている。この現
象はマルチチップ型のイメージセンサ固有の問題であ
る。
回路で発生するノイズによる横筋や縦筋をなくし、マル
チチップ型のイメージセンサの画質を向上させることを
課題としている。
ための本発明のイメージセンサは、半導体基板表面上に
形成された複数の光電変換部と、各々の前記光電変換部
に接続された複数のソースフォロワ回路と、転送スイッ
チを介して前記ソースフォロワ出力に接続された蓄積容
量と、前記蓄積容量に保持された信号を順次走査する走
査手段と、を有する光電変換チップを同一実装基板上に
複数個実装し、各々の光電変換チップの信号出力が前記
実装基板上で電気的に接続されているマルチチップ型の
イメージセンサであって、前記ソースフォロワ回路の電
流を制御する定電流回路を複数個の光電変換チップで共
通としている。
トは、上述したマルチチップ型のイメージセンサと、原
稿面を照射する光源手段と、原稿面で反射した光を集光
し、前記イメージセンサ上に結像するレンズを有する。
を複数個の光電変換チップで共通にすることにより、光
電変換チップ単位で現われるランダムノイズや固定パタ
ーンノイズ(FPN)を低減している。
ついて説明する。
の接続を示す回路図である。また、イメージセンサの1
画素等価回路は図8と同様であり、駆動タイミングチャ
ートは図9と同様である。
列に配列され、電気的に接続されており、マルチチップ
型のイメージセンサを構成している。
量に変換する。
いては、クロック信号111と、スタート信号122
と、タイミング回路10で受け、そこで動作を制御する
ための制御信号を発生する。
光信号読み出しパルスを発生させ、この光信号読み出し
パルスによって、MOSスイッチ4をONにし、光信号
を蓄積容量6に読み出す。光信号は光電変換部2で変換
された光信号電荷をソースフォロワ回路3で電圧振幅に
変換している。
号の蓄積を始める。
がクロック信号に同期して順次MOSスイッチ5をON
とし、蓄積容量6に読み出された光信号を出力アンプ9
を介して、出力端子13に出力する。
ート信号が与えられると、光信号の読み出しと蓄積は次
のサイクルとなり、上述の動作を繰り返す。
り、それぞれ定電流回路8を設けている。ソースフォロ
ワ回路3の定電流源となる負荷トランジスタ3aのゲート
は光電変換チップの内外共に全て共通接続されている。
この構成により、ソースフォロワ回路に接続される定電
流回路は、全ての光電変換チップの全てのソースフォロ
ワ回路で共通となり、光電変換チップ単位で現われるノ
イズによる影響がなくなり、画質の向上を図ることがで
きる。
左端の光電変換チップ1にのみ含まれている。図1は、
例示であり、ソースフォロワ回路の付加トランジスタ3a
のゲートに接続される定電流回路は光電変換チップ1の
いずれか一つに含まれていて入ればよい。
接続するか否かを分ける方法として、光電変換チップ外
からの制御信号、光電変換チップ内にROMを設け書き
込んだり、光電変換チップをレーザートリミングする等
の方法があるが、特に限定されるものではない。さら
に、ソースフォロワ回路やMOSスイッチに用いられる
MOSトランジスタの導電型や定電流回路の形式も特に
限定されるものではない。光電変換部の受光要素として
はフォトダイオードやフォトトランジスタ等が適用され
るが、特に受光要素に限定されるものではない。
た構成図である。
中左から1列に配列されて電気的に接続されており、マ
ルチチップ型のイメージセンサを構成している。各光電
変換チップ1は同一のチップである。定電流回路8は実
装基板上に配置され、各光電変換チップ1内のソースフ
ォロワ回路3の負荷トランジスタ3aのゲートに接続され
ている。
続される定電流回路は、全ての光電変換チップの全ての
ソースフォロワ回路で共通となり、光電変換チップ単位
で現われるノイズによる影響がなくなり、画質の向上を
図ることができる。
くことによって、光電変換チップのコストダウンを図る
ことができる。
た構成図である。
列に配列されて電気的に接続されており、マルチチップ
型のイメージセンサを構成している。各光電変換チップ
1は同一のチップである。定電流回路8は実装基板上に
配置され、各光電変換チップ1に接続されている。
電変換チップ内のソースフォロワ回路とを接続するMO
Sスイッチ14を内蔵している。MOSスイッチ14は
光信号を読み出している光電変換チップ内のMOSスイ
ッチのみが導通し、それ以外の光電変換チップのMOS
スイッチは非導通となるように、タイミング回路10に
よって制御される。これにより、光信号を読み出してい
ないソースフォロワを流れる不要な電流を制限すること
ができ、消費電流の増大を抑えることができる。さら
に、ソースフォロワ回路に接続される定電流回路は、全
ての光電変換チップの全てのソースフォロワ回路で共通
となり、光電変換チップ単位で現われるノイズによる影
響がなくなり、画質の向上を図ることができる。
たブロック図であり、本実施形態の動作を説明するため
のタイミングチャートを図5に示す。
列に配列されて電気的に接続されており、マルチチップ
型のイメージセンサを構成している。
いては、クロック信号111と、スタート信号122と
を、タイミング回路10で受け、そこで動作を制御する
ための制御信号を発生する。
MOSスイッチ4SをONにし、蓄積した光信号を蓄積
容量6Sに読み出す。光信号は光電変換部2で変換され
た光信号電荷をソースフォロワ回路3で電圧振幅に変換
している。
のリセット時のセンサのノイズ信号を読み出すために、
MOSスイッチ4NをONにし、蓄積容量6Nに読み出
す。光電変換部2はリセット後、光信号の蓄積を始め
る。
がクロック信号に同期して走査を開始し、光信号の読み
出しを行う。まず、MOSスイッチ15S15NをON
にして、共通出力線18S、18Nをリセットした後、
MOSスイッチ5S、及び5NをONとし、蓄積容量6
S、及び6Nに読み出された光信号、及びセンサのノイ
ズ信号を共通出力線18S、18Nに出力する。これら
の信号をボルテージフォロワ16S、16Nを介して差
動アンプ17に入力し、差動アンプ17の出力を出力端
子133に出力する。この共通出力線のリセット動作と
信号の読み出し動作を光電変換チップ1の最初の画素か
ら最後の画素まで順次繰り返す。この方式によって、光
信号に含まれている、MOSトランジスタのしきい値電
圧ばらつきに起因する固定パターンノイズ(FPN)を
除去することができる。
ート信号が与えられると、光信号の読み出しと蓄積は次
のサイクルとなり、上述の動作を繰り返す。
光電変換チップ1に接続されている。各光電変換チップ
1は定電流回路8と光電変換チップ内のソースフォロワ
回路とを接続するMOSスイッチ14を内蔵している。
MOSスイッチ14は光信号を読み出している光電変換
チップ内のMOSスイッチのみが導通し、それ以外の光
電変換チップのMOSスイッチは非導通となるように、
タイミング回路10によって制御される。これにより、
光信号を読み出していないソースフォロワを流れる不要
な電流を制限することができ、消費電流の増大を抑える
ことができる。さらに、ソースフォロワ回路に接続され
る定電流回路は、全ての光電変換チップの全てのソース
フォロワ回路で共通となり、光電変換チップ単位で現わ
れるノイズによる影響がなくなり、画質の向上を図るこ
とができる。
ジセンサを使用した密着型イメージセンサユニットの実
施形態を示した構成図であり、図6aは密着型イメージ
センサユニットの断面図、図6bは実装基板20の拡大
図である。
るいはガラスエポキシ基板からなる実装基板20上に複
数個1ライン状に配置し、ワイヤーボンディングによっ
て実装基板20上の配線に電気的に接続し、保護の為に
光電変換チップ19上をシリコン樹脂等からなるチップ
コート剤21で覆う。この実装基板20と、原稿からの
反射光を集光し、イメージセンサ表面で結像させるレン
ズアレイ22と、赤、緑、青色の光を発生するLED光
源23と、透明部剤からなる原稿支持体24と、筐体2
5とを組み立てて光源切替式密着型イメージセンサユニ
ットを構成している。
時、光電変換チップ19を駆動して赤色情報を読み取
る。次に緑色LEDのみを点灯して緑色情報を読み取
る。最後に青色LEDのみを点灯し、青色情報を読み取
る。こうして、カラー原稿のカラー画像読み取りが可能
になる。
ォロワ回路に流れる電流を制御する定電流回路を複数個
の光電変換チップで共通とすることにより、光電変換チ
ップ単位で現われるランダムノイズやFPNを低減する
ことで、マルチチップ型イメージセンサの画質の向上を
実現することができる。
第1の実施形態の構成を示す図である。
第2の実施形態の構成を示す図である。
第3の実施形態の構成を示す図である。
第4の実施形態の構成を示す図である。
ージセンサのタイミングチャートを示す図である。
用いた密着型イメージセンサユニットの構成を示す図で
ある。
示す図である。
路を示す図である。
ャートを示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 2以上の光電変換チップの信号出力が実
装基板上で電気的に接続されているマルチチップ型のイ
メージセンサにおいて、 前記光電変換チップは、各々が、半導体基板表面上に形
成された光電変換部と、前記光電変換部の信号をゲート
に受け、対応する信号をソースから出力する入力トラン
ジスタと、前記入力トランジスタの負荷となる負荷トラ
ンジスタとで構成されるソースフォロワ回路と、前記ソ
ースフォロワ回路からの信号を転送する転送スイッチ
と、前記転送スイッチを介した信号を保持する蓄積容量
とを有する複数の画素と、前記複数の画素の各々に含ま
れる前記蓄積容量からの信号が出力される共通の出力線
と、前記複数の画素の各々に含まれる前記蓄積容量に保
持された信号を順次前記共通の出力線に読み出すため
に、前記蓄積容量に保持された信号を順次走査する走査
手段とを有し、 前記ソースフォロワ回路の各々に含まれる前記負荷トラ
ンジスタのゲートを、前記2以上の光電変換チップに共
通の単一の定電流源に接続することを特徴とするイメー
ジセンサ。 - 【請求項2】 前記光電変換部で蓄積した光信号を前記
蓄積容量の各々に一時に読み出し、 前記走査手段によって、前記蓄積容量の各々に保持され
た信号を順次読み出すことを特徴とする請求項1記載の
イメージセンサ。 - 【請求項3】 前記光電変換チップの各々に定電流回路
を搭載し、前記光電変換チップの内の一つに搭載された
前記定電流回路を前記単一の定電流源とすることを特徴
とする請求項1記載のイメージセンサ。 - 【請求項4】 前記単一の定電流源を、前記実装基板上
に搭載することを特徴とする請求項1記載のイメージセ
ンサ。 - 【請求項5】 半導体基板表面上に形成された光電変換
部と、前記光電変換部の信号をゲートに受け、対応する
信号をソースから出力する入力トランジスタと、前記入
力トランジスタの負荷となる負荷トランジスタとで構成
されるソースフォロワ回路と、前記ソースフォロワ回路
からの信号を転送する転送スイッチと、前記転送スイッ
チを介した信号を保持する蓄積容量とを、各々が有する
複数の 画素と、前記複数の画素の各々に含まれる前記蓄
積容量からの信号が出力される共通の出力線と、前記複
数の画素の各々に含まれる前記蓄積容量に保持された信
号を順次前記共通の出力線に読み出すために、前記蓄積
容量に保持された信号を順次走査する走査手段とを有す
る光電変換チップを同一実装基板上に複数個実装し、各
々の光電変換チップの信号出力が前記実装基板上で電気
的に接続されているマルチチップ型のイメージセンサ
と、 原稿面を照射する光源手段と、 原稿面で反射した光を集光し、前記イメージセンサ上に
結像するレンズとを有する密着型イメージセンサユニッ
トにおいて、 前記ソースフォロワ回路の各々に含まれる前記負荷トラ
ンジスタのゲートを、前記複数個の光電変換チップに共
通の単一の定電流源に接続することを特徴とする密着型
イメージセンサユニット。 - 【請求項6】 前記光電変換部で蓄積した光信号を前記
蓄積容量の各々に一時に読み出し、 前記走査手段によって、前記蓄積容量の各々に保持され
た信号を順次読み出すことを特徴とする請求項5記載の
密着型イメージセンサユニット。 - 【請求項7】 前記光電変換チップの各々に定電流回路
を搭載し、前記光電変換チップの内の一つに搭載された
前記定電流回路を前記単一の定電流源とすることを特徴
とする請求項5記載の密着型イメージセンサユニット。 - 【請求項8】 前記単一の定電流源を、前記実装基板上
に搭載することを特徴とする請求項5記載の密着型イメ
ージセンサユニット。
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