JP3997033B2 - イメージセンサユニット及びそれを用いた画像読み取り装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ファクシミリ、イメージスキャナ、ディジタル複写機等の画像読み取り装置及びそれに用いるイメージセンサユニットに関し、特に解像度切り換え機能を有する光電変換装置と光源を含むイメージセンサユニット及び画像読み取り装置の光源の発光量の制御に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光電変換装置の分野においては、ＣＣＤの他に各画素にバイポーラトランジスタを増幅素子として設けたＢＡＳＩＳ、各画素にＭＯＳトランジスタを増幅素子として設けた増幅型の光電変換装置（たとえば特開平１−１５４６７８号公報）等が提案されている。このような増幅型の光電変換装置においては、各画素に設けている増幅素子のバラツキが固定パターンノイズ（Fixed Pattern Noise：以下、ＦＰＮと称する。）となるという問題があり、ＦＰＮ除去方法に関して、さまざまな提案がなされている。
【０００３】
（従来技術１）
ＦＰＮ除去方法の１つとして、光信号（Ｓ信号）と暗状態の信号（Ｎ信号）との差分をとることにより、増幅素子のバラツキを補正する方法が提案されている。このＦＰＮ補正手法を図９、図１０に示す。
【０００４】
図９は光電変換装置を各画素に有する１次元の光電変換装置の１ｂｉｔ分の回路図、図１０はそのタイミングチャートである（テレビジョン学会誌 Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ９（１９９３）ｐｐ．１１８０）。
【０００５】
図９に示す回路動作、及びＦＰＮ除去について説明する。まず、光信号保持容量ＣTS１０１、ノイズ信号保持容量ＣTN１０２をリセットし、つぎに、センサであるバイポーラトランジスタ１０９にベースに光量に応じた電荷を受光する。そして、受光した電荷の蓄積が終了した後、ノイズを含む光信号を光信号保持容量ＣTS１０１に転送する。
【０００６】
つづいて、バイポーラトランジスタ１０９のリセット動作を行い、ノイズ信号をノイズ信号保持容量ＣTN１０２に転送する。そして、再度、センサのリセット動作を行って蓄積動作にはいる。また、蓄積動作中にシフトレジスタが走査を開始する。
【０００７】
まず、最初に光信号共通出力線１０３及びノイズ信号共通出力線１０４をリセットＭＯＳ１０５、１０６を用いてリセットした後、光信号保持容量ＣTS１０１、ノイズ信号保持容量ＣTN１０２のデータを、共通出力線１０３、１０４にそれぞれ共通出力線容量ＣHS１０７、共通出力線容量ＣHN１０８との容量分割にて出力する。
【０００８】
ここで、共通出力線容量ＣHS１０７、ＣHN１０８は各共通出力線の容量であるが、以後、光信号共通出力線をＣHS、ノイズ信号共通出力線をＣHNと定義する。その後、再び共通出力線容量ＣHS１０７、共通出力線容量ＣHN１０８をリセットして、図示しない次の画素の光信号保持容量ＣTS、ノイズ信号保持容量ＣTNのデータを読み出す。
【０００９】
この動作を繰り返してすべての画素の信号を出力する。出力された信号はそれぞれボルテージホロア１１３、１１４を介して差動アンプ１１５に入力され光電変換装置の出力となる。ここで、チップ内のＦＰＮは主に各画素のバイポーラトランジスタ１０９のｈFEなどのバラツキに起因するものが主であり、上記のＳ−Ｎ方式により、画素ごとのｈFEバラツキに起因するＦＰＮを除去することが可能となる。
【００１０】
なお、ここでいうＦＰＮは暗時の固定パターンノイズのことであり、以降、ＦＰＮは暗時の固定パターンノイズと定義する。
【００１１】
以下に、従来技術におけるＦＰＮ除去について説明する。
【００１２】
図９において、光信号共通出力線１０３の信号（Ｓｏｕｔ）及びノイズ信号共通出力線１０４の信号（Ｎｏｕｔ）は次式であらわされる。
【００１３】
Ｓｏｕｔ＝（ＶS×ＣTS）＋（ＶCHS×ＣHS）／（ＣTS＋ＣHS）
Ｎｏｕｔ＝（ＶN×ＣTN）＋（ＶCHR×ＣHN）／（ＣTN＋ＣHN）
ここで、
ＶN：ノイズ信号読み出し時のノイズ信号蓄積容量ＣTSの電圧、
ＶS：光信号読み出し時の光信号蓄積容量ＣTSの電圧、
である。すなわち、光信号成分の電圧をＶSIGとすると、ＶS＝ＶSIG＋ＶNとなる。
【００１４】
（１）、（２）式において、
ＣHS＝ＣHN＝ＣH
ＶS＝ＶN＝ＶCT（暗時）
ＣTS＝ＣTN＝ＣT
であるならば、上記の差分信号は
Ｓｏｕｔ−Ｎｏｕｔ＝０
となる。
【００１５】
また、ＶSが、所定の光量を受けた場合、ＶS＝ＶSIG＋ＶNとなることから、ＶSIG＝ＶSIG＋ＶN−ＶNから真の光信号成文のみを読み出すことができる。したがって、仮にＶCTが画素ごとにばらついていたとしても、（１）、（２）式の差分信号は０となるためＦＰＮが除去できることになるとしている。
【００１６】
（従来技術２）
上記従来技術１は受光素子としてバイポーラトランジスタを用いた例であるが、バイポーラトランジスタの代わりに、ホトダイオードとＭＯＳアンプを用いた光電変換装置が、たとえば特開平９−２０５５８８号公報に提案されている。
【００１７】
この公報においては、画素ごとに設けたＭＯＳソースホロアのしきい値バラツキに起因するＦＰＮは、従来技術１のＦＰＮ除去回路を用いて低減することができることが開示されている。
【００１８】
（従来技術３）
例えば、特開平１０−１２６５７５号公報には、光源切り換え型のイメージセンサを用いた画像形成装置、制御方法及びシステムが提案されている。
【００１９】
図１１は、上記公報に掲載されている画像形成装置を示す図である。この画像形成装置は、まず、異なる波長の光を複数のＬＥＤ光源１１３，１１４，１１５から照射する。照射された画像は、読み取りセンサ１１２が読みとる場合に、画像を単一色で読みとる第１のモードと複数色で読みとる第２のモードとを、点滅モード設定レジスタ７０６が切り換える。また、光源１１３，１１４，１１５の点灯時間が点灯時間制御レジスタ７０２、点灯時間カウンタ７０３、点灯時間自動調整回路７０５により設定され、光源１１３，１１４，１１５に供給される電流が点灯電流制御回路７０７により設定される。そして、ＣＰＵがモードに応じてこれらの制御を行う。
【００２０】
（従来技術４）
さらに、解像度切り換え方式の光電変換装置については、たとえば、特開平５−２２７３６２号公報には、新規に解像度制御用のコントロール端子を設け、ユーザが利用条件にあわせて解像度を切り換えることが可能な密着型イメージセンサが提案されている。図１２は、当該公開公報に提案されている密着型イメージセンサ用集積回路の回路図である。
【００２１】
この従来技術においては、イメージセンサチップにコントロール端子（１２５）を設け、その端子にユーザが、ハイレベル又はローレベルの信号を入力することにより解像度切り換えを実現している。図１２について概略説明すれば、スタートパルスＳＩとクロックパルスＣＬＫとにより、シフトレジスタ１０４が起動されると、その出力はノアゲート１２１、アンドゲート１２０を通ってチャンネルセレクトスイッチ１０３に入力され、これをオンにし、フォトセル１０１からの信号を信号ライン１０７に取り出す。
【００２２】
ここで、コントロール信号入力端子１２５に入力する信号の”Ｈ”又は、”Ｌ”によって、アナログスイッチ１１０ａなどが切り替えられ、画像出力端子１１１に１６ドット／ミリ又は、８ドット／ミリの読み取り密度で画像信号が得られる。つまり、センサＩＣ上のフォトセル１０１ａ〜１０１ｌは常に全数が動作しているが、外部に出力画像信号を取り出す際に、コントロール信号によって一部を間引いて出力させることができるとしている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術４に開示されている密着型イメージセンサの解像度切り換え方式においては、画素を読み飛ばすことにより解像度を切り換えている。そのため、解像度が通常の場合でも、解像度を半分にした場合でも、双方のクロックレートが同一の場合には、読み出し時間は変わらない。
【００２４】
仮に、受光素子が６００ｄｐｉの光学解像度で配置され、高解像度モードで６００ｄｐｉ、低解像度モードで３００ｄｐｉの解像度が得られるとすると、たとえば、６００ｄｐｉ時に６ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅの読み取り速度が得られる場合、３００ｄｐｉ時でも６ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅの読み取り速度となり、解像度を落としても読み取り速度が変わらない。すなわち、解像度に応じた読み取り速度を実現することができないという問題がある。
【００２５】
ここで、読み取り速度は、ほぼ容量の蓄積時間に相当する。そのため、３００ｄｐｉ時の蓄積時間は６００ｄｐｉ時の蓄積時間の約半分となる。したがって、容量に蓄積する電荷量も少ない。よって、低解像度の場合に、高解像度の場合と同様の光出力の強さを得るためには、読み出しゲインの２倍にする必要がある。
【００２６】
しかし、たとえば、容量分割による画素加算においては、２画素分割加算を行う場合、読み出しゲインの比は、
｛２ＣT／（２ＣT＋ＣH）｝／｛ＣT／（ＣT＋ＣH）｝
＝（ＣT＋ＣH）／（ＣT＋ＣH／２）＜２
となる。すなわち、読み出しゲインは２未満となる。
【００２７】
上記の例を一般化すると、Ｎ画素分の容量分割加算により、解像度を１／Ｎに切り換える場合には、蓄積時間が１／Ｎとなるため、解像度切り換え時においても同様の信号出力を得るためには、Ｎ倍の読み出しゲインが必要となるが、読み出しゲインの比は、
｛ＮＣT／（ＮＣT＋ＣH）｝／｛ＣT／（ＣT＋ＣH）｝
＝（ＣT＋ＣH）／（ＣT＋ＣH／Ｎ）＜Ｎ
となり、Ｎ倍の読み出しゲインを得ることはできない。
【００２８】
また、従来技術３は、解像度切り換えモードのないイメージセンサユニットの制御系であるが、この制御系に解像度切り換え時を含むすべての動作モードにおいておのおののパラメータを制御する場合、システムが複雑となり、コストの高いものとなってしまう。
【００２９】
すなわち、従来技術においては、安価に、解像度切り換え時に同等の光出力信号レベルを得ることができる画像読み取り装置を提供することができない場合があった。
【００３０】
そこで、本発明は、解像度を切り換え時に、解像度に応じた読み取り速度を実現し、かつ読み取り速度を速めても光電変換信号の出力レベルの低下を防止するイメージセンサユニット及びそれを用いた画像読み取り装置を提供することを課題とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、原稿に光を照射する光照射手段と、前記原稿からの光を入射する第１の解像度で配置された複数の光電変換手段を有する光電変換装置と、を備えるイメージセンサユニットにおいて、第１の解像度と前記第１の解像度の１／Ｎ（Ｎは自然数）である第２の解像度とを切り換える解像度切り換え手段と、前記解像度に応じて前記光照射手段の照射光量を制御する光量制御手段と、を備え、前記光電変換装置は、前記光電変換手段からノイズ信号を読み出して保持するノイズ信号保持手段と、前記光電変換手段から光信号を読み出して保持する光信号保持手段と、前記ノイズ信号保持手段から出力される複数のノイズ信号をノイズ信号共通出力線に読み出す第１読み出し手段と、前記光信号保持手段から出力される複数の光信号を光信号共通出力線に読み出す第２読み出し手段と、前記ノイズ信号と前記光信号との差分をとる差分手段と、を備え、前記解像度切り換え手段は、前記第１読み出し手段及び前記第２読み出し手段により、前記第１の解像度と前記第２の解像度とを切り換え、前記ノイズ信号保持手段は容量値Ｃ ＴＮ の容量を備え、前記光信号保持手段は容量値Ｃ ＴＳ の容量を備え、かつ、Ｃ ＴＮ ＝Ｃ ＴＳ ＝Ｃ Ｔ であり、前記ノイズ信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＮ の寄生容量を備え、前記光信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＳ の寄生容量を備え、かつ、Ｃ ＨＮ ＝Ｃ ＨＳ ＝Ｃ Ｈ であり、さらに、前記第１の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ １ とし、前記第２の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ ２ とした場合、前記Ｌ １ と前記Ｌ ２ の比は、
【数１】
である。
【００３２】
また、本発明は、光電変換装置及び光量制御手段に解像度を切り換える解像度切り換え信号を供給するセンサ駆動手段と、前記光電変換手段から出力される光信号を処理する信号処理手段と、を備える画像読み取り装置において、前記光量制御手段は、前記解像度切り換え信号により前記解像度に応じて光照射手段の照射光量を制御し、前記光電変換装置は、前記光電変換手段からノイズ信号を読み出して保持するノイズ信号保持手段と、前記光電変換手段から光信号を読み出して保持する光信号保持手段と、前記ノイズ信号保持手段から出力される複数のノイズ信号をノイズ信号共通出力線に読み出す第１読み出し手段と、前記光信号保持手段から出力される複数の光信号を光信号共通出力線に読み出す第２読み出し手段と、前記ノイズ信号と前記光信号との差分をとる差分手段と、を備え、前記第１読み出し手段及び前記第２読み出し手段により、前記第１の解像度と前記第２の解像度とを切り換え、前記ノイズ信号保持手段は容量値Ｃ ＴＮ の容量を備え、前記光信号保持手段は容量値Ｃ ＴＳ の容量を備え、かつ、Ｃ ＴＮ ＝Ｃ ＴＳ ＝Ｃ Ｔ であり、前記ノイズ信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＮ の寄生容量を備え、前記光信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＳ の寄生容量を備え、かつ、Ｃ ＨＮ ＝Ｃ ＨＳ ＝Ｃ Ｈ であり、さらに、前記第１の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ １ とし、前記第２の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ ２ とした場合、前記Ｌ １ と前記Ｌ ２ の比は、Ｎ＝第１の解像度／第２の解像度とした場合、
【数２】
である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサユニットの回路ブロック図である。図２は、本実施形態イメージセンサユニットの断面図である。図３は、図１に用いる光電変換装置の回路ブロック図である。図４は、図３における８ビット分のシフトレジスタと受光素子との回路ブロック図である。図５は、光電変換装置内の４画素分の受光素子の等価回路図である。図６は、図４の動作を示すタイミングチャートである。
【００３４】
図１において、イメージセンサユニット２００は、セラミック実装基板３２上に光電変換装置１−１〜１−１５を１５チップ、インライン状にマルチ実装して構成されるイメージセンサモジュールと、光源となるＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''と、光量制御手段２０１，２０１’及び２０１''とを備えている。なお、本実施形態においては、ＬＥＤとして赤色２０２、緑色２０２’及び青色２０１''の３種類を設けている。
【００３５】
また、光量制御手段２０１及び２０１’,２０１''は、２系統の電流源回路２０４及び２０４’と、電流源回路２０４及び２０４’に接続された抵抗２０７及び２０７’と、抵抗２０７に接続されたアナログスイッチ２０５と、インバータ２０６とを備えている。
【００３６】
なお、図示していないが、電流源回路２０４及び２０４’はイメージセンサユニットの外部でＯＮ／ＯＦＦが制御される構成としている。また、電流源回路２０４及び抵抗２０７によって駆動電流Ｉ2が各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”に出力され、電流源回路２０４’及び抵抗２０７’によって、駆動電流Ｉ1及び駆動電流Ｉ2が各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”に出力される。
【００３７】
したがって、高解像度モード時には、アナログスイッチ２０５がオフ状態となり、各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”は駆動電流Ｉ1によって発光する。また、低解像度モード時にはアナログスイッチ２０５がオン状態となり、各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”は駆動電流Ｉ1＋Ｉ2によって発光する。
【００３８】
図２は、イメージセンサユニットの断面図である。光透過性の支持体３６と、支持体３６に赤色・緑色・青色の光を照射するＬＥＤ光源３５と、原稿からの反射光を集光し受光素子表面で結像させるレンズアレイ３４と、レンズアレイ３４により集光された反射光を光電変換するセラミック基板３２上の光電変換装置１と、光電変換装置１の保護のため、シリコーン樹脂などからなるチップコート剤３３と、筐体３７とを設けている。これらを組み立てることにより密着型イメージセンサを構成している。
【００３９】
図３は、上記のイメージセンサモジュールのうち、２チップ分の光電変換装置の回路ブロックを示す。
【００４０】
光電変換装置１，１’には、それを駆動するクロックＣＬＫ、スタートパルスＳＰ及び解像度切り換え信号ＭＯＤＥが共通接続されている。また、ラインセンサの読み出しスタート信号ＳＩがイメージセンサチップ１に入力されている。解像度切り換え信号ＭＯＤＥがハイレベルの場合には、高解像度モード６００ｄｐｉの解像度が得られる構成としている。また、ローレベルの場合には、低解像度モード３００ｄｐｉの解像度が得られる構成としている。
【００４１】
さらに、光電変換装置１，１’は、４ｂｉｔの遅延を有するプレシフトレジスタ２，２’と、シフトレジスタ３，３’と、３４４ビットの受光素子アレイ４，４’と、タイミング発生回路５，５’と、信号出力アンプブロック６，６とを備えている。ここで、シフトレジスタ３，３’は、４ビット分のシフトレジスタブロック１１を備えている。
【００４２】
また、受光素子アレイ４、４’で受光された画像信号は、シフトレジスタ３，３’のシフト信号によって、オン／オフするスイッチを介して、信号出力線に読み出され、信号出力アンプブロック６、６’で増幅される。そうして、タイミング発生回路５、５’の制御信号によってスイッチングされて信号出力Ｖｏｕｔとして出力される。
【００４３】
信号出力アンプブロック６、６’は、解像度切り換え信号（ＭＯＤＥ）線と接続されている。信号出力アンプブロック６、６’は、ＭＯＤＥ信号により切り換えられる解像度に応じて、増幅率を変化させる手段を備えている。
【００４４】
また、高解像度モード時のスタート信号９−１，９’−１及び低解像度時のスタート信号９−２，９’−２を、スタート信号切り換え手段１０，１０’を用いて選択することにより、次チップスタート信号９，９’が得られる構成としている。また、次チップスタート信号９、９’は、各光電変換装置１、１’のビットが読み出しを終了するときよりＮビット前（Ｋ−Ｎビット）時の信号を、シフトレジスタ３、３’の最終レジスタの手前Ｎビット部分から次チップのスタート信号として出力する。
【００４５】
また、クロック信号ＣＬＫとスタートパルス信号ＳＰとで駆動されるタイミング発生回路５、５’により、受光素子４、４’を駆動するパルス及びシフトレジスタ３、３’を駆動する駆動パルス７、７’及び８、８’が生成される。スタートパルス信号ＳＰが各イメージセンサチップに共通に接続されているのは、各イメージセンサチップの動作開始の同期をとるためである。
【００４６】
図４は、８ビット分のシフトレジスタと受光素子との回路ブロック図である。シフトレジスタは、４ビットを１ブロックとするシフトレジスタブロック１１に備えられている。すなわち、シフトレジスタブロック１１は、Φ１同期の１ビットシフトレジスタ１２−１〜１２−４と、Φ２同期の１ビットシフトレジスタ１３−１〜１３−４及びモード信号を切り換えるアナログスイッチＳ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２７とを備えている。
【００４７】
また、シフトレジスタブロック１１は、読み出しパルス線Φａ１〜Φｄ１を介して、受光素子ａ１〜ｄ１と図示しない信号出力線間の各スイッチ制御端子と接続されている。
【００４８】
図５は、図４における受光素子４画素分の等価回路を示す図面である。図５の各々の受光素子ａ１〜ｄ１は、光電変換手段となるホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄと、読み出しスイッチＭ１ａ〜Ｍ１ｄと、信号転送スイッチＭ２ａ〜Ｍ２ｄと、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄと、光電変換手段をリセットする手段であるリセットスイッチＭ４ａ〜Ｍ４ｄと、一時的に電荷を蓄積する蓄積容量Ｃａ〜Ｃｄとを備えている。
【００４９】
各々の受光素子ａ１〜ｄ１の信号出力は、共通信号線１４に出力される。そして、信号出力アンプブロック６で増幅されて、出力端子Ｖｏｕｔから出力される。本実施形態において、信号出力アンプブロック６は、共通出力線１４の出力をインピーダンス変換する入力バッファアンプ６−１と、反転端子に抵抗を並列接続し、非反転端子から入力バッファアンプ６−１の出力を入力し増幅するゲインアンプ６−２とを備える。
【００５０】
以下、本実施形態の動作について説明する。図５に示す各受光素子ａ１〜ｄ１において、ホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄにて光電変換により生成した光キャリアは、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄで電荷は電圧に変換され、信号転送パルスΦＴにて全画素一致にて蓄積容量Ｃａ〜Ｃｄに転送される。つづいて、シフトレジスタ１１から順次ハイとなる読み出しパルスΦａ１〜Φｄ１によって、順次読み出しスイッチＭ１ａ〜Ｍ１ｄをオン状態にし、共通信号線１４に信号電圧が容量分割として読み出される。
【００５１】
本実施形態においては、高解像度モード時には読み出しパルスΦａ１〜Φｄ１は順次オンしていくが、低解像度モード時には、隣接する２ビット、すなわちシフトレジスタ１１から走査するΦａ１とΦｂ１とが同時にオンし、つづいてΦｃ１とΦｄ１とが同時にオンする構成となる。
【００５２】
したがって、低解像度モードにおいては２画素の容量分割加算により、信号電圧を高解像度モード時より大きくすることが可能となる。なお、上記の容量分割加算については、たとえば、特開平４−４６８２号公報に開示されている。
【００５３】
つぎに、図４、図６を用いてシフトレジスタ部の動作を説明する。図４において、ＭＯＤＥ信号がハイレベルの場合は、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２６、Ｓ２７のアナログスイッチがオフ状態となり、一方、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５がオン状態となる。
【００５４】
したがって、解像度切り換えのない、通常のシフトレジスタ動作となり、各受光素子ａ１〜ｄ１用の読み出し制御パルスΦａ１からΦｄ２までは時系列的に順次オン状態となる。なお、図４においては、画像信号の出力線を図示していないが、制御パルスΦａ１からΦｄ２による順次ハイとなるのに同期して、各受光素子ａ１からｄ２の受光電荷が信号出力線に出力される。
【００５５】
つぎに、ＭＯＤＥ信号がローレベルの場合は、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２６、Ｓ２７のアナログスイッチがオン状態となり、一方、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５がオフ状態となる。したがって、シフトレジスタ１２−１にシフトパルスが入力されると、シフトレジスタ１２−１からΦａ１とΦｂ１とがΦ１同期で出力され、受光素子ａ１とｂ１との信号を同時に読み出す。
【００５６】
つづいて、シフトパルスは、アナログスイッチＳ１１を介してシフトレジスタ１３−２に入力され、シフトレジスタ１３−２からΦｃ１とΦｄ１とが、Φ２同期で出力され、受光素子ｃ１とｄ１との信号を同時に読み出す。低解像度読み出しのモードの場合も、図示しない出力線に受光素子ａ１とｂ１、ｃ１とｄ１、ａ２とｂ２、ｃ２とｄ２、というように対の受光素子の加算電荷が順次読み出される。
【００５７】
このとき、シフトレジスタ１３−１及びシフトレジスタ１２−２は、シフトパルスが入力されないため動作しない。同様に、シフトレジスタ１２−３からΦａ２とΦｂ２とが、Φ１同期で出力され、受光素子ａ２とｂ２との信号を同時に読み出し、シフトレジスタ１３−４からΦｃ２とΦｄ２とがΦ２同期で出力され、受光素子ｃ２とｄ２との信号を同時に読み出す。
【００５８】
以上の動作のタイミングチャートを図６に示す。図６において、クロック信号ＣＬＫと、同期信号Φ１，Φ２が高解像度モードと低解像度モードとに共通に供給され、スタート信号ＳＲがハイとなると共に高解像度モードと低解像度モードとのそれぞれの画像信号出力が得られる。図６より、同一のクロックレートにおいて、低解像度モードにおいては、高解像度モード時の２倍の読み出し速度で読み出すことが可能であることがわかる。
【００５９】
つぎに、次チップスタート信号の切り換え手段について説明する。図３において、プレシフトレジスタ２、２’は、たとえば、４ビットの遅延を有するため、４ビット前の信号を次チップのスタート信号として出力しなければならない。したがって、高解像度モードの場合には、光電変換装置１、１’は、たとえば、それぞれ３４４ビットの信号を備えるため、３４１ビット目のシフトレジスタ信号９−１、９’−１を次チップスタート信号として用いる。
【００６０】
また、低解像度モードにおいては、２画素加算信号が１ビットとなるため、光電変換装置１、１’は等価的に１７７ビットの信号を出力することになる。したがって、受光素子換算で３３７ビット目のシフトレジスタ信号９−２、９’−２を次チップスタート信号として用いる。すなわち、次チップスタート信号を切り換えるスタート信号切り換え手段を設けることにより、解像度を切り換えても光電変換装置１、１’の継ぎ目の部分において画素信号は連続性を保つことができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、光電変換装置のビット数を３４４ビットとしたが、４の倍数のビット数であれば幾つでも構わない。また、解像度も［高解像モード／低解像モード］が［６００ｄｐｉ／３００ｄｐｉ］の場合に限らず、たとえば、［４００ｄｐｉ／２００ｄｐｉ］などの解像度でも構わない。
【００６２】
さらに、本実施形態は高解像度モードと低解像度モードの解像度比が２倍の場合を示したが、たとえば、６画素を１ブロックとし、光電変換装置の画素数を６の倍数とすることで、［６００ｄｐｉ／２００ｄｐｉ］の切り換えのように、解像度比を３倍に設定することもできる。
【００６３】
また、シフトレジスタ駆動パルスを、２つとして説明しているが、これに限られるものではなくシフトレジスタの構成を変えることにより、たとえば、３つのシフトレジスタ駆動パルスでは、低解像度が選択された場合には隣り合う３つの受光素子を加算して読み出すようにすることもできる。
【００６４】
ここで、図５に示した、蓄積容量Ｃａ〜Ｃｄの容量値ＣTと共通出力線１４の容量値ＣHとは、
ＣT＝２．０ｐＦ
ＣH＝３．０ｐＦ
という値を用いており、したがって、容量分割比は、
高解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｈｉ）とき
ＣT／（ＣT＋ＣH）＝２／（２＋３）＝０．４００
低解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｌｏ）とき
２ＣT／（２ＣT＋ＣH）＝２×２／（２×２＋３）＝０．５７１
となる。
【００６５】
したがって、高解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｈｉ）のＬＥＤの駆動電流Ｉ1による発光量及び低解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｌｏ）のＬＥＤの駆動電流Ｉ1＋Ｉ2による発光量を、それぞれＬ600 、Ｌ300 とすると、容量分割比の値から、
Ｌ300 ／Ｌ600 ＝２／（０．５７１／０．４００）≒１．４
なる光量比が得られるようにＬＥＤ駆動電流Ｉ１、Ｉ２を設定することにより、低解像度モード時と高解像度モード時とのそれぞれにおける、光量と容量分割比との積の比は約２倍となるため、クロックレート一定の場合には、低解像度モード時の蓄積時間が高解像度モード時の１／２となっても、同等の信号レベルを得ることができる。
【００６６】
本実施形態においては、あらかじめ所望の電流値に設定された定電流源回路を２系統設け、電流を追加する手段を示したが、たとえば、可変電流電源回路を用いて電流値を変化させてもよいし、２系統の定電流源回路を切り換える手法を用いてもよい。
【００６７】
本実施形態においては、解像度を６００ｄｐｉ／３００ｄｐｉとしているが、たとえば、４００ｄｐｉ／２００ｄｐｉなどの解像度でもよい。さらに、本実施形態は高解像度モードと低解像度モードの解像度比が２倍の場合を示したが、たとえば、６画素を１ブロックとし、光電変換装置の画素数を６の倍数とすることで、６００ｄｐｉ／２００ｄｐｉの切り換えのように、解像度比を３倍に設定することもできる。
【００６８】
また、イメージスキャナや、ファクシミリ、電子複写機として、複数の解像度のいずれかを選択する選択スイッチと、密着型イメージセンサを読み出す方向を主走査方向とし、その主走査方向に垂直な方向を副走査方向として、機構的に副走査方向にも画像原稿に対応して走査走査回路と、２次元状の読み取り信号を得て、この読み取り信号に応じて光学感光体に露光する露光装置とを設けることにより、複数の解像度に応じて被転写紙に転写することができ、機能的な自由度を増加することができる。
【００６９】
また、本実施形態は光源切り換え型カラー密着型イメージセンサを例として示したが、光源切り換え型に限らず、通常のカラー／白黒の密着型イメージセンサに適用することもできる。さらに、密着型イメージセンサに限らず、光電変換装置と光源を含むイメージセンサユニットであれば、その効果を発揮できる。
【００７０】
本実施形態に示すような構成により、イメージセンサユニットの外部においてはＬＥＤの点灯開始／終了のみを制御するだけで、解像度切り換えに伴う新たな制御を追加しなくとも、解像度によらず、同等の出力信号レベルを得ることができる。
【００７１】
［実施形態２］
本実施形態においては、光量制御手段２０１をイメージセンサユニットの外部に設けた画像読み取り装置の一例を示す。
【００７２】
図７は、本発明の第２の実施形態における画像読み取り装置のブロック図である。図８は、図７における光電変換装置１の４画素分の受光素子の等価回路図である。
【００７３】
図７に示す、画像読み取り装置２１５のイメージセンサユニット２００’は、光量制御手段２０１（図１）をイメージセンサユニット２００’の外部に設けたこと、イメージセンサユニット用いる光電変換装置１の読み出し方式、以外は、実施形態１と同様である。
【００７４】
図７において、イメージセンサユニット２００’は、光電変換装置１及びＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''を備えている。イメージセンサユニット２００’は、センサ駆動信号線２１０及び解像度制御信号線２１１を介してセンサ駆動手段と接続されている。
【００７５】
また、イメージセンサユニット２００’は、出力端子Ｖｏｕｔ及びセンサ出力信号線２１３を介して信号処理手段と接続されている。さらに、イメージセンサユニット２００’のＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''は、光量制御手段２０１’と接続されている。また、光量制御手段２０１’とセンサ駆動手段とは、ＬＥＤ点滅制御信号線を介して接続されている。
【００７６】
センサ駆動手段から、クロック信号及びスタート信号等がセンサ駆動信号線２１０及び解像度制御信号線２１１を介して、イメージセンサユニット２００’に供給される。イメージセンサユニット２００’は、これらの信号により動作が制御される。また、イメージセンサユニット２００’の出力信号は、センサ出力信号線２１３を介して、信号処理手段に出力される。信号処理手段は、たとえばＡ／Ｄ変換、シェーディング補正、ダーク補正、γ補正、色合成等の処理を加えて、最終的な画像信号を出力する。
【００７７】
また、光量制御手段２０１’は、センサ駆動手段から解像度制御信号線２１１を介して供給される解像度制御信号により、解像度に応じた電流信号を点灯制御信号線２１４を介して点滅制御信号として、ＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''に出力することにより光量を切り換える。
【００７８】
なお、本実施形態における光量制御手段２０１’には、ＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''を駆動する回路ブロックが含まれており、たとえば、実施形態１と同様の構成をしたものを用いている。
【００７９】
図８は、受光素子４画素分の等価回路である。各々の受光素子ａ１〜ｄ１は、光電変換手段となるホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄ、読み出しスイッチＭ１ａＳ〜Ｍ１ｄＳ及びＭ１ａＮ〜Ｍ１ｄＮ、光信号転送スイッチＭ２ａＳ〜Ｍ２ｄＳ、ノイズ信号転送スイッチＭ２ａＮ〜Ｍ２ｄＮ、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄ、光電変換手段をリセットする手段であるリセットスイッチＭ４ａ〜Ｍ４ｄ、一時的に光信号を蓄積する光信号蓄積容量ＣａＳ〜ＣｄＳ、ノイズ信号を蓄積するノイズ蓄積容量ＣａＮ〜ＣｄＮとを備えている。
【００８０】
おのおのの受光素子の光信号出力及びノイズ信号出力は光信号共通出力線１４−１、及びノイズ信号共通出力線１４−２に出力され、信号出力アンプブロック６で増幅されて出力端子Ｖｏｕｔより出力される。
【００８１】
信号出力アンプブロック６は、光信号共通出力線１４−１及びノイズ信号共通出力線１４−２の出力をインピーダンス変換する入力バッファアンプ６−１と、２つの入力バッファアンプ６−１の出力の差をとる差動アンプ６−４と、差動アンプ６−４の出力を増幅するゲインアンプ６−２とを備えている。
【００８２】
各受光素子ａ１〜ｄ１に光が入射すると、ホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄは、そ光を光電変換して光信号出力及びノイズ信号出力として、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄに出力する。ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄは、電荷を電圧に変換して、信号転送パルスΦＴＳ及び信号転送パルスΦＴＮにて、全画素一括で蓄積容量ＣａＳ〜ＣｄＳ及び蓄積容量ＣａＮ〜ＣｄＮに転送する。
【００８３】
つづいて、シフトレジスタ１１から順次ハイとなる読み出しパルスΦａ１〜Φｄ１によって、順次読み出しスイッチＭ１ａＳ〜Ｍ１ｄＳ及びＭ１ａＮ〜Ｍ１ｄＮをオン状態にして、光信号共通信号線１４−１及びノイズ信号共通信号線１４−２に、光信号電圧及びノイズ信号電圧が読み出される。
【００８４】
読み出された光信号電圧及びノイズ信号電圧は、各々の入力バッファアンプ６−１により、インピーダンス変換される。そして、差動アンプ６−４において、光信号出力電圧からノイズ信号出力電圧を差分され、ゲインアンプ６−２で差動アンプ６−４の出力を増幅して、出力端子Ｖｏｕｔより出力される。
【００８５】
本実施形態においては、各々の受光素子ａ１〜ｄ１に光信号蓄積容量ＣａＳ、ノイズ信号蓄積容量ＣａＮを設け、さらにその差分処理を差動アンプ６−４にて行っているため、各画素に設けたＭＯＳソースホロアＭ３ａのしきい値バラツキに起因するＦＰＮ抑制することができる。
【００８６】
なお、本実施形態においては、蓄積容量の容量値、ノイズ信号共通出力線１４−２の容量値及び光信号共通出力線１４−１の容量値、ゲインアンプ（６−２）の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３については、実施形態１と同様の定数を用いている。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の画像読み取り装置は、解像度切り換え制御信号ＭＤＯＥを用いて解像度切り換えを行う場合には、解像度に応じてＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''の光量を、光電変換装置の感度変化分に対応した最適値に制御することが可能となるため、ＬＥＤの発光量を制御を簡便にすることができる。
【００８８】
加えて、たとえばイメージセンサユニットの出力を、Ａ／Ｄ変換装置等を用いて信号処理を行う場合においても、Ａ／Ｄ変換装置の入力レンジを解像度によらず一定で使用することができるため、安価な画像読み取り装置を提供することができる。
【００８９】
また、本実施形態は、光源切り換え型カラーイメージセンサを用いた画像読み取り装置を例として示したが、光源切り換え型に限らず、通常のカラー／白黒のイメージセンサを用いた場合でも有効である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のイメージセンサユニットは、解像度を切り換える解像度切り換え手段を有する光電変換装置と、光電変換装置に光を照射する光照射手段と、光照射手段の照射光量を制御する光量制御手段を備える。したがって、解像度を切り換え時に、解像度に応じた読み取り速度を実現し、かつ読み取り速度を速めても光電変換信号の出力レベルの低下を防止し、加えて安価なイメージセンサユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のイメージセンサユニットの回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１のイメージセンサユニットの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１における光電変換装置の回路ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態１における８ビット分のシフトレジスタと受光素子の回路ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１における受光素子の等価回路図（４画素分）である。
【図６】本発明の実施形態１におけるシフトレジスタと受光素子との回路動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における画像読み取り装置のブロック図である。
【図８】図７における光電変換装置１の４画素分の受光素子の等価回路図である。
【図９】従来技術１の光電変換装置の等価回路図である。
【図１０】従来技術１の光電変換装置のタイミングチャートである。
【図１１】従来技術３における密着型イメージセンサ用集積回路の回路図である。
【図１２】従来技術４における密着型イメージセンサ用集積回路の回路図である。
【符号の説明】
１、１’ 光電交換装置
２、２’ プレシフトレジスタ
３、３’ シフトレジスタ
４、４’ 受光素子アレイ
５、５’ タイミング発生回路
６、６’ 信号出力アンプブロック
６−１ 入力バッファアンプ
６−２、６−２ ゲインアンプ
６−３ ゲイン可変手段
６−４ 差動アンプ
６−５ スイッチ手段
７、７’ シフトレジスタ駆動パルス（Φ１）
８、８’ シフトレジスタ駆動パルス（Φ２）
９、９’ 次チップスタート信号線
９−１、９−１’ 高解像モード時スタート信号線
９−２、９−２’ 低解像モード時スタート信号線
１０、１０’ スタート信号切り替え手段
１１ シフトレジスタブロック（４ビット分）
１２−１〜１２−４’ Φ１同期１ビットシフトレジスタ
１３−１〜１３−４’ Φ２同期１ビットシフトレジスタ
１４ 共通信号線
１４−１ 光信号共通信号線
１４−２ ノイズ信号共通信号線
１５ 共通信号線リセットスイッチ
１５−１ 光信号共通信号線リセットスイッチ
１５−２ ノイズ信号共通信号線リセットスイッチ
３２ セラミック基板
３３ チップコート剤
３４ レンズアレイ
３５ ＬＥＤ光源
３６ 支持体
３７ 筐体
ａ１〜ｄ２ 受光素子
Φａ１〜Φｄ２ ａ１〜ｄ２読み出しパルス
Ｍ１ａ〜Ｍ１ｄ 読み出しスイッチ
Ｍ４ａ〜Ｍ４ｄ リセットスイッチ
ＰＤａ〜ＰＤｄ ホトダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ファクシミリ、イメージスキャナ、ディジタル複写機等の画像読み取り装置及びそれに用いるイメージセンサユニットに関し、特に解像度切り換え機能を有する光電変換装置と光源を含むイメージセンサユニット及び画像読み取り装置の光源の発光量の制御に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光電変換装置の分野においては、ＣＣＤの他に各画素にバイポーラトランジスタを増幅素子として設けたＢＡＳＩＳ、各画素にＭＯＳトランジスタを増幅素子として設けた増幅型の光電変換装置（たとえば特開平１−１５４６７８号公報）等が提案されている。このような増幅型の光電変換装置においては、各画素に設けている増幅素子のバラツキが固定パターンノイズ（Fixed Pattern Noise：以下、ＦＰＮと称する。）となるという問題があり、ＦＰＮ除去方法に関して、さまざまな提案がなされている。
【０００３】
（従来技術１）
ＦＰＮ除去方法の１つとして、光信号（Ｓ信号）と暗状態の信号（Ｎ信号）との差分をとることにより、増幅素子のバラツキを補正する方法が提案されている。このＦＰＮ補正手法を図９、図１０に示す。
【０００４】
図９は光電変換装置を各画素に有する１次元の光電変換装置の１ｂｉｔ分の回路図、図１０はそのタイミングチャートである（テレビジョン学会誌 Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ９（１９９３）ｐｐ．１１８０）。
【０００５】
図９に示す回路動作、及びＦＰＮ除去について説明する。まず、光信号保持容量ＣTS１０１、ノイズ信号保持容量ＣTN１０２をリセットし、つぎに、センサであるバイポーラトランジスタ１０９にベースに光量に応じた電荷を受光する。そして、受光した電荷の蓄積が終了した後、ノイズを含む光信号を光信号保持容量ＣTS１０１に転送する。
【０００６】
つづいて、バイポーラトランジスタ１０９のリセット動作を行い、ノイズ信号をノイズ信号保持容量ＣTN１０２に転送する。そして、再度、センサのリセット動作を行って蓄積動作にはいる。また、蓄積動作中にシフトレジスタが走査を開始する。
【０００７】
まず、最初に光信号共通出力線１０３及びノイズ信号共通出力線１０４をリセットＭＯＳ１０５、１０６を用いてリセットした後、光信号保持容量ＣTS１０１、ノイズ信号保持容量ＣTN１０２のデータを、共通出力線１０３、１０４にそれぞれ共通出力線容量ＣHS１０７、共通出力線容量ＣHN１０８との容量分割にて出力する。
【０００８】
ここで、共通出力線容量ＣHS１０７、ＣHN１０８は各共通出力線の容量であるが、以後、光信号共通出力線をＣHS、ノイズ信号共通出力線をＣHNと定義する。その後、再び共通出力線容量ＣHS１０７、共通出力線容量ＣHN１０８をリセットして、図示しない次の画素の光信号保持容量ＣTS、ノイズ信号保持容量ＣTNのデータを読み出す。
【０００９】
この動作を繰り返してすべての画素の信号を出力する。出力された信号はそれぞれボルテージホロア１１３、１１４を介して差動アンプ１１５に入力され光電変換装置の出力となる。ここで、チップ内のＦＰＮは主に各画素のバイポーラトランジスタ１０９のｈFEなどのバラツキに起因するものが主であり、上記のＳ−Ｎ方式により、画素ごとのｈFEバラツキに起因するＦＰＮを除去することが可能となる。
【００１０】
なお、ここでいうＦＰＮは暗時の固定パターンノイズのことであり、以降、ＦＰＮは暗時の固定パターンノイズと定義する。
【００１１】
以下に、従来技術におけるＦＰＮ除去について説明する。
【００１２】
図９において、光信号共通出力線１０３の信号（Ｓｏｕｔ）及びノイズ信号共通出力線１０４の信号（Ｎｏｕｔ）は次式であらわされる。
【００１３】
Ｓｏｕｔ＝（ＶS×ＣTS）＋（ＶCHS×ＣHS）／（ＣTS＋ＣHS）
Ｎｏｕｔ＝（ＶN×ＣTN）＋（ＶCHR×ＣHN）／（ＣTN＋ＣHN）
ここで、
ＶN：ノイズ信号読み出し時のノイズ信号蓄積容量ＣTSの電圧、
ＶS：光信号読み出し時の光信号蓄積容量ＣTSの電圧、
である。すなわち、光信号成分の電圧をＶSIGとすると、ＶS＝ＶSIG＋ＶNとなる。
【００１４】
（１）、（２）式において、
ＣHS＝ＣHN＝ＣH
ＶS＝ＶN＝ＶCT（暗時）
ＣTS＝ＣTN＝ＣT
であるならば、上記の差分信号は
Ｓｏｕｔ−Ｎｏｕｔ＝０
となる。
【００１５】
また、ＶSが、所定の光量を受けた場合、ＶS＝ＶSIG＋ＶNとなることから、ＶSIG＝ＶSIG＋ＶN−ＶNから真の光信号成文のみを読み出すことができる。したがって、仮にＶCTが画素ごとにばらついていたとしても、（１）、（２）式の差分信号は０となるためＦＰＮが除去できることになるとしている。
【００１６】
（従来技術２）
上記従来技術１は受光素子としてバイポーラトランジスタを用いた例であるが、バイポーラトランジスタの代わりに、ホトダイオードとＭＯＳアンプを用いた光電変換装置が、たとえば特開平９−２０５５８８号公報に提案されている。
【００１７】
この公報においては、画素ごとに設けたＭＯＳソースホロアのしきい値バラツキに起因するＦＰＮは、従来技術１のＦＰＮ除去回路を用いて低減することができることが開示されている。
【００１８】
（従来技術３）
例えば、特開平１０−１２６５７５号公報には、光源切り換え型のイメージセンサを用いた画像形成装置、制御方法及びシステムが提案されている。
【００１９】
図１１は、上記公報に掲載されている画像形成装置を示す図である。この画像形成装置は、まず、異なる波長の光を複数のＬＥＤ光源１１３，１１４，１１５から照射する。照射された画像は、読み取りセンサ１１２が読みとる場合に、画像を単一色で読みとる第１のモードと複数色で読みとる第２のモードとを、点滅モード設定レジスタ７０６が切り換える。また、光源１１３，１１４，１１５の点灯時間が点灯時間制御レジスタ７０２、点灯時間カウンタ７０３、点灯時間自動調整回路７０５により設定され、光源１１３，１１４，１１５に供給される電流が点灯電流制御回路７０７により設定される。そして、ＣＰＵがモードに応じてこれらの制御を行う。
【００２０】
（従来技術４）
さらに、解像度切り換え方式の光電変換装置については、たとえば、特開平５−２２７３６２号公報には、新規に解像度制御用のコントロール端子を設け、ユーザが利用条件にあわせて解像度を切り換えることが可能な密着型イメージセンサが提案されている。図１２は、当該公開公報に提案されている密着型イメージセンサ用集積回路の回路図である。
【００２１】
この従来技術においては、イメージセンサチップにコントロール端子（１２５）を設け、その端子にユーザが、ハイレベル又はローレベルの信号を入力することにより解像度切り換えを実現している。図１２について概略説明すれば、スタートパルスＳＩとクロックパルスＣＬＫとにより、シフトレジスタ１０４が起動されると、その出力はノアゲート１２１、アンドゲート１２０を通ってチャンネルセレクトスイッチ１０３に入力され、これをオンにし、フォトセル１０１からの信号を信号ライン１０７に取り出す。
【００２２】
ここで、コントロール信号入力端子１２５に入力する信号の”Ｈ”又は、”Ｌ”によって、アナログスイッチ１１０ａなどが切り替えられ、画像出力端子１１１に１６ドット／ミリ又は、８ドット／ミリの読み取り密度で画像信号が得られる。つまり、センサＩＣ上のフォトセル１０１ａ〜１０１ｌは常に全数が動作しているが、外部に出力画像信号を取り出す際に、コントロール信号によって一部を間引いて出力させることができるとしている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術４に開示されている密着型イメージセンサの解像度切り換え方式においては、画素を読み飛ばすことにより解像度を切り換えている。そのため、解像度が通常の場合でも、解像度を半分にした場合でも、双方のクロックレートが同一の場合には、読み出し時間は変わらない。
【００２４】
仮に、受光素子が６００ｄｐｉの光学解像度で配置され、高解像度モードで６００ｄｐｉ、低解像度モードで３００ｄｐｉの解像度が得られるとすると、たとえば、６００ｄｐｉ時に６ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅの読み取り速度が得られる場合、３００ｄｐｉ時でも６ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅの読み取り速度となり、解像度を落としても読み取り速度が変わらない。すなわち、解像度に応じた読み取り速度を実現することができないという問題がある。
【００２５】
ここで、読み取り速度は、ほぼ容量の蓄積時間に相当する。そのため、３００ｄｐｉ時の蓄積時間は６００ｄｐｉ時の蓄積時間の約半分となる。したがって、容量に蓄積する電荷量も少ない。よって、低解像度の場合に、高解像度の場合と同様の光出力の強さを得るためには、読み出しゲインの２倍にする必要がある。
【００２６】
しかし、たとえば、容量分割による画素加算においては、２画素分割加算を行う場合、読み出しゲインの比は、
｛２ＣT／（２ＣT＋ＣH）｝／｛ＣT／（ＣT＋ＣH）｝
＝（ＣT＋ＣH）／（ＣT＋ＣH／２）＜２
となる。すなわち、読み出しゲインは２未満となる。
【００２７】
上記の例を一般化すると、Ｎ画素分の容量分割加算により、解像度を１／Ｎに切り換える場合には、蓄積時間が１／Ｎとなるため、解像度切り換え時においても同様の信号出力を得るためには、Ｎ倍の読み出しゲインが必要となるが、読み出しゲインの比は、
｛ＮＣT／（ＮＣT＋ＣH）｝／｛ＣT／（ＣT＋ＣH）｝
＝（ＣT＋ＣH）／（ＣT＋ＣH／Ｎ）＜Ｎ
となり、Ｎ倍の読み出しゲインを得ることはできない。
【００２８】
また、従来技術３は、解像度切り換えモードのないイメージセンサユニットの制御系であるが、この制御系に解像度切り換え時を含むすべての動作モードにおいておのおののパラメータを制御する場合、システムが複雑となり、コストの高いものとなってしまう。
【００２９】
すなわち、従来技術においては、安価に、解像度切り換え時に同等の光出力信号レベルを得ることができる画像読み取り装置を提供することができない場合があった。
【００３０】
そこで、本発明は、解像度を切り換え時に、解像度に応じた読み取り速度を実現し、かつ読み取り速度を速めても光電変換信号の出力レベルの低下を防止するイメージセンサユニット及びそれを用いた画像読み取り装置を提供することを課題とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明は、原稿に光を照射する光照射手段と、前記原稿からの光を入射する第１の解像度で配置された複数の光電変換手段を有する光電変換装置と、を備えるイメージセンサユニットにおいて、第１の解像度と前記第１の解像度の１／Ｎ（Ｎは自然数）である第２の解像度とを切り換える解像度切り換え手段と、前記解像度に応じて前記光照射手段の照射光量を制御する光量制御手段と、を備え、前記光電変換装置は、前記光電変換手段からノイズ信号を読み出して保持するノイズ信号保持手段と、前記光電変換手段から光信号を読み出して保持する光信号保持手段と、前記ノイズ信号保持手段から出力される複数のノイズ信号をノイズ信号共通出力線に読み出す第１読み出し手段と、前記光信号保持手段から出力される複数の光信号を光信号共通出力線に読み出す第２読み出し手段と、前記ノイズ信号と前記光信号との差分をとる差分手段と、を備え、前記解像度切り換え手段は、前記第１読み出し手段及び前記第２読み出し手段により、前記第１の解像度と前記第２の解像度とを切り換え、前記ノイズ信号保持手段は容量値Ｃ ＴＮ の容量を備え、前記光信号保持手段は容量値Ｃ ＴＳ の容量を備え、かつ、Ｃ ＴＮ ＝Ｃ ＴＳ ＝Ｃ Ｔ であり、前記ノイズ信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＮ の寄生容量を備え、前記光信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＳ の寄生容量を備え、かつ、Ｃ ＨＮ ＝Ｃ ＨＳ ＝Ｃ Ｈ であり、さらに、前記第１の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ １ とし、前記第２の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ ２ とした場合、前記Ｌ １ と前記Ｌ ２ の比は、
【数１】
【００３２】
また、本発明は、光電変換装置及び光量制御手段に解像度を切り換える解像度切り換え信号を供給するセンサ駆動手段と、前記光電変換手段から出力される光信号を処理する信号処理手段と、を備える画像読み取り装置において、前記光量制御手段は、前記解像度切り換え信号により前記解像度に応じて光照射手段の照射光量を制御し、前記光電変換装置は、前記光電変換手段からノイズ信号を読み出して保持するノイズ信号保持手段と、前記光電変換手段から光信号を読み出して保持する光信号保持手段と、前記ノイズ信号保持手段から出力される複数のノイズ信号をノイズ信号共通出力線に読み出す第１読み出し手段と、前記光信号保持手段から出力される複数の光信号を光信号共通出力線に読み出す第２読み出し手段と、前記ノイズ信号と前記光信号との差分をとる差分手段と、を備え、前記第１読み出し手段及び前記第２読み出し手段により、前記第１の解像度と前記第２の解像度とを切り換え、前記ノイズ信号保持手段は容量値Ｃ ＴＮ の容量を備え、前記光信号保持手段は容量値Ｃ ＴＳ の容量を備え、かつ、Ｃ ＴＮ ＝Ｃ ＴＳ ＝Ｃ Ｔ であり、前記ノイズ信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＮ の寄生容量を備え、前記光信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＳ の寄生容量を備え、かつ、Ｃ ＨＮ ＝Ｃ ＨＳ ＝Ｃ Ｈ であり、さらに、前記第１の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ １ とし、前記第２の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ ２ とした場合、前記Ｌ １ と前記Ｌ ２ の比は、Ｎ＝第１の解像度／第２の解像度とした場合、
【数２】
【００３３】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサユニットの回路ブロック図である。図２は、本実施形態イメージセンサユニットの断面図である。図３は、図１に用いる光電変換装置の回路ブロック図である。図４は、図３における８ビット分のシフトレジスタと受光素子との回路ブロック図である。図５は、光電変換装置内の４画素分の受光素子の等価回路図である。図６は、図４の動作を示すタイミングチャートである。
【００３４】
図１において、イメージセンサユニット２００は、セラミック実装基板３２上に光電変換装置１−１〜１−１５を１５チップ、インライン状にマルチ実装して構成されるイメージセンサモジュールと、光源となるＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''と、光量制御手段２０１，２０１’及び２０１''とを備えている。なお、本実施形態においては、ＬＥＤとして赤色２０２、緑色２０２’及び青色２０１''の３種類を設けている。
【００３５】
また、光量制御手段２０１及び２０１’,２０１''は、２系統の電流源回路２０４及び２０４’と、電流源回路２０４及び２０４’に接続された抵抗２０７及び２０７’と、抵抗２０７に接続されたアナログスイッチ２０５と、インバータ２０６とを備えている。
【００３６】
なお、図示していないが、電流源回路２０４及び２０４’はイメージセンサユニットの外部でＯＮ／ＯＦＦが制御される構成としている。また、電流源回路２０４及び抵抗２０７によって駆動電流Ｉ2が各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”に出力され、電流源回路２０４’及び抵抗２０７’によって、駆動電流Ｉ1及び駆動電流Ｉ2が各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”に出力される。
【００３７】
したがって、高解像度モード時には、アナログスイッチ２０５がオフ状態となり、各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”は駆動電流Ｉ1によって発光する。また、低解像度モード時にはアナログスイッチ２０５がオン状態となり、各ＬＥＤ２０２、２０２’及び２０２”は駆動電流Ｉ1＋Ｉ2によって発光する。
【００３８】
図２は、イメージセンサユニットの断面図である。光透過性の支持体３６と、支持体３６に赤色・緑色・青色の光を照射するＬＥＤ光源３５と、原稿からの反射光を集光し受光素子表面で結像させるレンズアレイ３４と、レンズアレイ３４により集光された反射光を光電変換するセラミック基板３２上の光電変換装置１と、光電変換装置１の保護のため、シリコーン樹脂などからなるチップコート剤３３と、筐体３７とを設けている。これらを組み立てることにより密着型イメージセンサを構成している。
【００３９】
図３は、上記のイメージセンサモジュールのうち、２チップ分の光電変換装置の回路ブロックを示す。
【００４０】
光電変換装置１，１’には、それを駆動するクロックＣＬＫ、スタートパルスＳＰ及び解像度切り換え信号ＭＯＤＥが共通接続されている。また、ラインセンサの読み出しスタート信号ＳＩがイメージセンサチップ１に入力されている。解像度切り換え信号ＭＯＤＥがハイレベルの場合には、高解像度モード６００ｄｐｉの解像度が得られる構成としている。また、ローレベルの場合には、低解像度モード３００ｄｐｉの解像度が得られる構成としている。
【００４１】
さらに、光電変換装置１，１’は、４ｂｉｔの遅延を有するプレシフトレジスタ２，２’と、シフトレジスタ３，３’と、３４４ビットの受光素子アレイ４，４’と、タイミング発生回路５，５’と、信号出力アンプブロック６，６とを備えている。ここで、シフトレジスタ３，３’は、４ビット分のシフトレジスタブロック１１を備えている。
【００４２】
また、受光素子アレイ４、４’で受光された画像信号は、シフトレジスタ３，３’のシフト信号によって、オン／オフするスイッチを介して、信号出力線に読み出され、信号出力アンプブロック６、６’で増幅される。そうして、タイミング発生回路５、５’の制御信号によってスイッチングされて信号出力Ｖｏｕｔとして出力される。
【００４３】
信号出力アンプブロック６、６’は、解像度切り換え信号（ＭＯＤＥ）線と接続されている。信号出力アンプブロック６、６’は、ＭＯＤＥ信号により切り換えられる解像度に応じて、増幅率を変化させる手段を備えている。
【００４４】
また、高解像度モード時のスタート信号９−１，９’−１及び低解像度時のスタート信号９−２，９’−２を、スタート信号切り換え手段１０，１０’を用いて選択することにより、次チップスタート信号９，９’が得られる構成としている。また、次チップスタート信号９、９’は、各光電変換装置１、１’のビットが読み出しを終了するときよりＮビット前（Ｋ−Ｎビット）時の信号を、シフトレジスタ３、３’の最終レジスタの手前Ｎビット部分から次チップのスタート信号として出力する。
【００４５】
また、クロック信号ＣＬＫとスタートパルス信号ＳＰとで駆動されるタイミング発生回路５、５’により、受光素子４、４’を駆動するパルス及びシフトレジスタ３、３’を駆動する駆動パルス７、７’及び８、８’が生成される。スタートパルス信号ＳＰが各イメージセンサチップに共通に接続されているのは、各イメージセンサチップの動作開始の同期をとるためである。
【００４６】
図４は、８ビット分のシフトレジスタと受光素子との回路ブロック図である。シフトレジスタは、４ビットを１ブロックとするシフトレジスタブロック１１に備えられている。すなわち、シフトレジスタブロック１１は、Φ１同期の１ビットシフトレジスタ１２−１〜１２−４と、Φ２同期の１ビットシフトレジスタ１３−１〜１３−４及びモード信号を切り換えるアナログスイッチＳ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２７とを備えている。
【００４７】
また、シフトレジスタブロック１１は、読み出しパルス線Φａ１〜Φｄ１を介して、受光素子ａ１〜ｄ１と図示しない信号出力線間の各スイッチ制御端子と接続されている。
【００４８】
図５は、図４における受光素子４画素分の等価回路を示す図面である。図５の各々の受光素子ａ１〜ｄ１は、光電変換手段となるホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄと、読み出しスイッチＭ１ａ〜Ｍ１ｄと、信号転送スイッチＭ２ａ〜Ｍ２ｄと、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄと、光電変換手段をリセットする手段であるリセットスイッチＭ４ａ〜Ｍ４ｄと、一時的に電荷を蓄積する蓄積容量Ｃａ〜Ｃｄとを備えている。
【００４９】
各々の受光素子ａ１〜ｄ１の信号出力は、共通信号線１４に出力される。そして、信号出力アンプブロック６で増幅されて、出力端子Ｖｏｕｔから出力される。本実施形態において、信号出力アンプブロック６は、共通出力線１４の出力をインピーダンス変換する入力バッファアンプ６−１と、反転端子に抵抗を並列接続し、非反転端子から入力バッファアンプ６−１の出力を入力し増幅するゲインアンプ６−２とを備える。
【００５０】
以下、本実施形態の動作について説明する。図５に示す各受光素子ａ１〜ｄ１において、ホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄにて光電変換により生成した光キャリアは、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄで電荷は電圧に変換され、信号転送パルスΦＴにて全画素一致にて蓄積容量Ｃａ〜Ｃｄに転送される。つづいて、シフトレジスタ１１から順次ハイとなる読み出しパルスΦａ１〜Φｄ１によって、順次読み出しスイッチＭ１ａ〜Ｍ１ｄをオン状態にし、共通信号線１４に信号電圧が容量分割として読み出される。
【００５１】
本実施形態においては、高解像度モード時には読み出しパルスΦａ１〜Φｄ１は順次オンしていくが、低解像度モード時には、隣接する２ビット、すなわちシフトレジスタ１１から走査するΦａ１とΦｂ１とが同時にオンし、つづいてΦｃ１とΦｄ１とが同時にオンする構成となる。
【００５２】
したがって、低解像度モードにおいては２画素の容量分割加算により、信号電圧を高解像度モード時より大きくすることが可能となる。なお、上記の容量分割加算については、たとえば、特開平４−４６８２号公報に開示されている。
【００５３】
つぎに、図４、図６を用いてシフトレジスタ部の動作を説明する。図４において、ＭＯＤＥ信号がハイレベルの場合は、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２６、Ｓ２７のアナログスイッチがオフ状態となり、一方、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５がオン状態となる。
【００５４】
したがって、解像度切り換えのない、通常のシフトレジスタ動作となり、各受光素子ａ１〜ｄ１用の読み出し制御パルスΦａ１からΦｄ２までは時系列的に順次オン状態となる。なお、図４においては、画像信号の出力線を図示していないが、制御パルスΦａ１からΦｄ２による順次ハイとなるのに同期して、各受光素子ａ１からｄ２の受光電荷が信号出力線に出力される。
【００５５】
つぎに、ＭＯＤＥ信号がローレベルの場合は、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２６、Ｓ２７のアナログスイッチがオン状態となり、一方、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５がオフ状態となる。したがって、シフトレジスタ１２−１にシフトパルスが入力されると、シフトレジスタ１２−１からΦａ１とΦｂ１とがΦ１同期で出力され、受光素子ａ１とｂ１との信号を同時に読み出す。
【００５６】
つづいて、シフトパルスは、アナログスイッチＳ１１を介してシフトレジスタ１３−２に入力され、シフトレジスタ１３−２からΦｃ１とΦｄ１とが、Φ２同期で出力され、受光素子ｃ１とｄ１との信号を同時に読み出す。低解像度読み出しのモードの場合も、図示しない出力線に受光素子ａ１とｂ１、ｃ１とｄ１、ａ２とｂ２、ｃ２とｄ２、というように対の受光素子の加算電荷が順次読み出される。
【００５７】
このとき、シフトレジスタ１３−１及びシフトレジスタ１２−２は、シフトパルスが入力されないため動作しない。同様に、シフトレジスタ１２−３からΦａ２とΦｂ２とが、Φ１同期で出力され、受光素子ａ２とｂ２との信号を同時に読み出し、シフトレジスタ１３−４からΦｃ２とΦｄ２とがΦ２同期で出力され、受光素子ｃ２とｄ２との信号を同時に読み出す。
【００５８】
以上の動作のタイミングチャートを図６に示す。図６において、クロック信号ＣＬＫと、同期信号Φ１，Φ２が高解像度モードと低解像度モードとに共通に供給され、スタート信号ＳＲがハイとなると共に高解像度モードと低解像度モードとのそれぞれの画像信号出力が得られる。図６より、同一のクロックレートにおいて、低解像度モードにおいては、高解像度モード時の２倍の読み出し速度で読み出すことが可能であることがわかる。
【００５９】
つぎに、次チップスタート信号の切り換え手段について説明する。図３において、プレシフトレジスタ２、２’は、たとえば、４ビットの遅延を有するため、４ビット前の信号を次チップのスタート信号として出力しなければならない。したがって、高解像度モードの場合には、光電変換装置１、１’は、たとえば、それぞれ３４４ビットの信号を備えるため、３４１ビット目のシフトレジスタ信号９−１、９’−１を次チップスタート信号として用いる。
【００６０】
また、低解像度モードにおいては、２画素加算信号が１ビットとなるため、光電変換装置１、１’は等価的に１７７ビットの信号を出力することになる。したがって、受光素子換算で３３７ビット目のシフトレジスタ信号９−２、９’−２を次チップスタート信号として用いる。すなわち、次チップスタート信号を切り換えるスタート信号切り換え手段を設けることにより、解像度を切り換えても光電変換装置１、１’の継ぎ目の部分において画素信号は連続性を保つことができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、光電変換装置のビット数を３４４ビットとしたが、４の倍数のビット数であれば幾つでも構わない。また、解像度も［高解像モード／低解像モード］が［６００ｄｐｉ／３００ｄｐｉ］の場合に限らず、たとえば、［４００ｄｐｉ／２００ｄｐｉ］などの解像度でも構わない。
【００６２】
さらに、本実施形態は高解像度モードと低解像度モードの解像度比が２倍の場合を示したが、たとえば、６画素を１ブロックとし、光電変換装置の画素数を６の倍数とすることで、［６００ｄｐｉ／２００ｄｐｉ］の切り換えのように、解像度比を３倍に設定することもできる。
【００６３】
また、シフトレジスタ駆動パルスを、２つとして説明しているが、これに限られるものではなくシフトレジスタの構成を変えることにより、たとえば、３つのシフトレジスタ駆動パルスでは、低解像度が選択された場合には隣り合う３つの受光素子を加算して読み出すようにすることもできる。
【００６４】
ここで、図５に示した、蓄積容量Ｃａ〜Ｃｄの容量値ＣTと共通出力線１４の容量値ＣHとは、
ＣT＝２．０ｐＦ
ＣH＝３．０ｐＦ
という値を用いており、したがって、容量分割比は、
高解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｈｉ）とき
ＣT／（ＣT＋ＣH）＝２／（２＋３）＝０．４００
低解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｌｏ）とき
２ＣT／（２ＣT＋ＣH）＝２×２／（２×２＋３）＝０．５７１
となる。
【００６５】
したがって、高解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｈｉ）のＬＥＤの駆動電流Ｉ1による発光量及び低解像度モード時（ＭＯＤＥ＝Ｌｏ）のＬＥＤの駆動電流Ｉ1＋Ｉ2による発光量を、それぞれＬ600 、Ｌ300 とすると、容量分割比の値から、
Ｌ300 ／Ｌ600 ＝２／（０．５７１／０．４００）≒１．４
なる光量比が得られるようにＬＥＤ駆動電流Ｉ１、Ｉ２を設定することにより、低解像度モード時と高解像度モード時とのそれぞれにおける、光量と容量分割比との積の比は約２倍となるため、クロックレート一定の場合には、低解像度モード時の蓄積時間が高解像度モード時の１／２となっても、同等の信号レベルを得ることができる。
【００６６】
本実施形態においては、あらかじめ所望の電流値に設定された定電流源回路を２系統設け、電流を追加する手段を示したが、たとえば、可変電流電源回路を用いて電流値を変化させてもよいし、２系統の定電流源回路を切り換える手法を用いてもよい。
【００６７】
本実施形態においては、解像度を６００ｄｐｉ／３００ｄｐｉとしているが、たとえば、４００ｄｐｉ／２００ｄｐｉなどの解像度でもよい。さらに、本実施形態は高解像度モードと低解像度モードの解像度比が２倍の場合を示したが、たとえば、６画素を１ブロックとし、光電変換装置の画素数を６の倍数とすることで、６００ｄｐｉ／２００ｄｐｉの切り換えのように、解像度比を３倍に設定することもできる。
【００６８】
また、イメージスキャナや、ファクシミリ、電子複写機として、複数の解像度のいずれかを選択する選択スイッチと、密着型イメージセンサを読み出す方向を主走査方向とし、その主走査方向に垂直な方向を副走査方向として、機構的に副走査方向にも画像原稿に対応して走査走査回路と、２次元状の読み取り信号を得て、この読み取り信号に応じて光学感光体に露光する露光装置とを設けることにより、複数の解像度に応じて被転写紙に転写することができ、機能的な自由度を増加することができる。
【００６９】
また、本実施形態は光源切り換え型カラー密着型イメージセンサを例として示したが、光源切り換え型に限らず、通常のカラー／白黒の密着型イメージセンサに適用することもできる。さらに、密着型イメージセンサに限らず、光電変換装置と光源を含むイメージセンサユニットであれば、その効果を発揮できる。
【００７０】
本実施形態に示すような構成により、イメージセンサユニットの外部においてはＬＥＤの点灯開始／終了のみを制御するだけで、解像度切り換えに伴う新たな制御を追加しなくとも、解像度によらず、同等の出力信号レベルを得ることができる。
【００７１】
［実施形態２］
本実施形態においては、光量制御手段２０１をイメージセンサユニットの外部に設けた画像読み取り装置の一例を示す。
【００７２】
図７は、本発明の第２の実施形態における画像読み取り装置のブロック図である。図８は、図７における光電変換装置１の４画素分の受光素子の等価回路図である。
【００７３】
図７に示す、画像読み取り装置２１５のイメージセンサユニット２００’は、光量制御手段２０１（図１）をイメージセンサユニット２００’の外部に設けたこと、イメージセンサユニット用いる光電変換装置１の読み出し方式、以外は、実施形態１と同様である。
【００７４】
図７において、イメージセンサユニット２００’は、光電変換装置１及びＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''を備えている。イメージセンサユニット２００’は、センサ駆動信号線２１０及び解像度制御信号線２１１を介してセンサ駆動手段と接続されている。
【００７５】
また、イメージセンサユニット２００’は、出力端子Ｖｏｕｔ及びセンサ出力信号線２１３を介して信号処理手段と接続されている。さらに、イメージセンサユニット２００’のＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''は、光量制御手段２０１’と接続されている。また、光量制御手段２０１’とセンサ駆動手段とは、ＬＥＤ点滅制御信号線を介して接続されている。
【００７６】
センサ駆動手段から、クロック信号及びスタート信号等がセンサ駆動信号線２１０及び解像度制御信号線２１１を介して、イメージセンサユニット２００’に供給される。イメージセンサユニット２００’は、これらの信号により動作が制御される。また、イメージセンサユニット２００’の出力信号は、センサ出力信号線２１３を介して、信号処理手段に出力される。信号処理手段は、たとえばＡ／Ｄ変換、シェーディング補正、ダーク補正、γ補正、色合成等の処理を加えて、最終的な画像信号を出力する。
【００７７】
また、光量制御手段２０１’は、センサ駆動手段から解像度制御信号線２１１を介して供給される解像度制御信号により、解像度に応じた電流信号を点灯制御信号線２１４を介して点滅制御信号として、ＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''に出力することにより光量を切り換える。
【００７８】
なお、本実施形態における光量制御手段２０１’には、ＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''を駆動する回路ブロックが含まれており、たとえば、実施形態１と同様の構成をしたものを用いている。
【００７９】
図８は、受光素子４画素分の等価回路である。各々の受光素子ａ１〜ｄ１は、光電変換手段となるホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄ、読み出しスイッチＭ１ａＳ〜Ｍ１ｄＳ及びＭ１ａＮ〜Ｍ１ｄＮ、光信号転送スイッチＭ２ａＳ〜Ｍ２ｄＳ、ノイズ信号転送スイッチＭ２ａＮ〜Ｍ２ｄＮ、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄ、光電変換手段をリセットする手段であるリセットスイッチＭ４ａ〜Ｍ４ｄ、一時的に光信号を蓄積する光信号蓄積容量ＣａＳ〜ＣｄＳ、ノイズ信号を蓄積するノイズ蓄積容量ＣａＮ〜ＣｄＮとを備えている。
【００８０】
おのおのの受光素子の光信号出力及びノイズ信号出力は光信号共通出力線１４−１、及びノイズ信号共通出力線１４−２に出力され、信号出力アンプブロック６で増幅されて出力端子Ｖｏｕｔより出力される。
【００８１】
信号出力アンプブロック６は、光信号共通出力線１４−１及びノイズ信号共通出力線１４−２の出力をインピーダンス変換する入力バッファアンプ６−１と、２つの入力バッファアンプ６−１の出力の差をとる差動アンプ６−４と、差動アンプ６−４の出力を増幅するゲインアンプ６−２とを備えている。
【００８２】
各受光素子ａ１〜ｄ１に光が入射すると、ホトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄは、そ光を光電変換して光信号出力及びノイズ信号出力として、ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄに出力する。ＭＯＳソースホロアＭ３ａ〜Ｍ３ｄは、電荷を電圧に変換して、信号転送パルスΦＴＳ及び信号転送パルスΦＴＮにて、全画素一括で蓄積容量ＣａＳ〜ＣｄＳ及び蓄積容量ＣａＮ〜ＣｄＮに転送する。
【００８３】
つづいて、シフトレジスタ１１から順次ハイとなる読み出しパルスΦａ１〜Φｄ１によって、順次読み出しスイッチＭ１ａＳ〜Ｍ１ｄＳ及びＭ１ａＮ〜Ｍ１ｄＮをオン状態にして、光信号共通信号線１４−１及びノイズ信号共通信号線１４−２に、光信号電圧及びノイズ信号電圧が読み出される。
【００８４】
読み出された光信号電圧及びノイズ信号電圧は、各々の入力バッファアンプ６−１により、インピーダンス変換される。そして、差動アンプ６−４において、光信号出力電圧からノイズ信号出力電圧を差分され、ゲインアンプ６−２で差動アンプ６−４の出力を増幅して、出力端子Ｖｏｕｔより出力される。
【００８５】
本実施形態においては、各々の受光素子ａ１〜ｄ１に光信号蓄積容量ＣａＳ、ノイズ信号蓄積容量ＣａＮを設け、さらにその差分処理を差動アンプ６−４にて行っているため、各画素に設けたＭＯＳソースホロアＭ３ａのしきい値バラツキに起因するＦＰＮ抑制することができる。
【００８６】
なお、本実施形態においては、蓄積容量の容量値、ノイズ信号共通出力線１４−２の容量値及び光信号共通出力線１４−１の容量値、ゲインアンプ（６−２）の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３については、実施形態１と同様の定数を用いている。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の画像読み取り装置は、解像度切り換え制御信号ＭＤＯＥを用いて解像度切り換えを行う場合には、解像度に応じてＬＥＤ２０２，２０２’及び２０２''の光量を、光電変換装置の感度変化分に対応した最適値に制御することが可能となるため、ＬＥＤの発光量を制御を簡便にすることができる。
【００８８】
加えて、たとえばイメージセンサユニットの出力を、Ａ／Ｄ変換装置等を用いて信号処理を行う場合においても、Ａ／Ｄ変換装置の入力レンジを解像度によらず一定で使用することができるため、安価な画像読み取り装置を提供することができる。
【００８９】
また、本実施形態は、光源切り換え型カラーイメージセンサを用いた画像読み取り装置を例として示したが、光源切り換え型に限らず、通常のカラー／白黒のイメージセンサを用いた場合でも有効である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のイメージセンサユニットは、解像度を切り換える解像度切り換え手段を有する光電変換装置と、光電変換装置に光を照射する光照射手段と、光照射手段の照射光量を制御する光量制御手段を備える。したがって、解像度を切り換え時に、解像度に応じた読み取り速度を実現し、かつ読み取り速度を速めても光電変換信号の出力レベルの低下を防止し、加えて安価なイメージセンサユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のイメージセンサユニットの回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１のイメージセンサユニットの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１における光電変換装置の回路ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態１における８ビット分のシフトレジスタと受光素子の回路ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１における受光素子の等価回路図（４画素分）である。
【図６】本発明の実施形態１におけるシフトレジスタと受光素子との回路動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における画像読み取り装置のブロック図である。
【図８】図７における光電変換装置１の４画素分の受光素子の等価回路図である。
【図９】従来技術１の光電変換装置の等価回路図である。
【図１０】従来技術１の光電変換装置のタイミングチャートである。
【図１１】従来技術３における密着型イメージセンサ用集積回路の回路図である。
【図１２】従来技術４における密着型イメージセンサ用集積回路の回路図である。
【符号の説明】
１、１’ 光電交換装置
２、２’ プレシフトレジスタ
３、３’ シフトレジスタ
４、４’ 受光素子アレイ
５、５’ タイミング発生回路
６、６’ 信号出力アンプブロック
６−１ 入力バッファアンプ
６−２、６−２ ゲインアンプ
６−３ ゲイン可変手段
６−４ 差動アンプ
６−５ スイッチ手段
７、７’ シフトレジスタ駆動パルス（Φ１）
８、８’ シフトレジスタ駆動パルス（Φ２）
９、９’ 次チップスタート信号線
９−１、９−１’ 高解像モード時スタート信号線
９−２、９−２’ 低解像モード時スタート信号線
１０、１０’ スタート信号切り替え手段
１１ シフトレジスタブロック（４ビット分）
１２−１〜１２−４’ Φ１同期１ビットシフトレジスタ
１３−１〜１３−４’ Φ２同期１ビットシフトレジスタ
１４ 共通信号線
１４−１ 光信号共通信号線
１４−２ ノイズ信号共通信号線
１５ 共通信号線リセットスイッチ
１５−１ 光信号共通信号線リセットスイッチ
１５−２ ノイズ信号共通信号線リセットスイッチ
３２ セラミック基板
３３ チップコート剤
３４ レンズアレイ
３５ ＬＥＤ光源
３６ 支持体
３７ 筐体
ａ１〜ｄ２ 受光素子
Φａ１〜Φｄ２ ａ１〜ｄ２読み出しパルス
Ｍ１ａ〜Ｍ１ｄ 読み出しスイッチ
Ｍ４ａ〜Ｍ４ｄ リセットスイッチ
ＰＤａ〜ＰＤｄ ホトダイオード
Claims (6)
- 原稿に光を照射する光照射手段と、
前記原稿からの光を入射する第１の解像度で配置された複数の光電変換手段を有する光電変換装置と、を備えるイメージセンサユニットにおいて、
第１の解像度と前記第１の解像度の１／Ｎ（Ｎは自然数）である第２の解像度とを切り換える解像度切り換え手段と、
前記解像度に応じて前記光照射手段の照射光量を制御する光量制御手段と、
を備え、
前記光電変換装置は、
前記光電変換手段からノイズ信号を読み出して保持するノイズ信号保持手段と、
前記光電変換手段から光信号を読み出して保持する光信号保持手段と、
前記ノイズ信号保持手段から出力される複数のノイズ信号をノイズ信号共通出力線に読み出す第１読み出し手段と、
前記光信号保持手段から出力される複数の光信号を光信号共通出力線に読み出す第２読み出し手段と、
前記ノイズ信号と前記光信号との差分をとる差分手段と、を備え、
前記解像度切り換え手段は、前記第１読み出し手段及び前記第２読み出し手段により、前記第１の解像度と前記第２の解像度とを切り換え、
前記ノイズ信号保持手段は容量値Ｃ ＴＮ の容量を備え、前記光信号保持手段は容量値Ｃ ＴＳ の容量を備え、かつ、Ｃ ＴＮ ＝Ｃ ＴＳ ＝Ｃ Ｔ であり、
前記ノイズ信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＮ の寄生容量を備え、前記光信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＳ の寄生容量を備え、かつ、Ｃ ＨＮ ＝Ｃ ＨＳ ＝Ｃ Ｈ であり、
さらに、前記第１の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ １ とし、前記第２の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ ２ とした場合、
前記Ｌ １ と前記Ｌ ２ の比は、
- 前記第１の解像度時の前記光照射手段の光量をＬ１とし、
前記第２の解像度時の前記光照射手段の光量をＬ２とした場合に、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサユニット。 - 前記光照射手段は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージセンサユニット。
- 光電変換装置及び光量制御手段に解像度を切り換える解像度切り換え信号を供給するセンサ駆動手段と、
前記光電変換手段から出力される光信号を処理する信号処理手段と、
を備える画像読み取り装置において、
前記光量制御手段は、前記解像度切り換え信号により前記解像度に応じて光照射手段の照射光量を制御し、
前記光電変換装置は、前記光電変換手段からノイズ信号を読み出して保持するノイズ信号保持手段と、
前記光電変換手段から光信号を読み出して保持する光信号保持手段と、
前記ノイズ信号保持手段から出力される複数のノイズ信号をノイズ信号共通出力線に読み出す第１読み出し手段と、
前記光信号保持手段から出力される複数の光信号を光信号共通出力線に読み出す第２読み出し手段と、
前記ノイズ信号と前記光信号との差分をとる差分手段と、を備え、
前記第１読み出し手段及び前記第２読み出し手段により、前記第１の解像度と前記第２の解像度とを切り換え、
前記ノイズ信号保持手段は容量値Ｃ ＴＮ の容量を備え、前記光信号保持手段は容量値Ｃ ＴＳ の容量を備え、かつ、Ｃ ＴＮ ＝Ｃ ＴＳ ＝Ｃ Ｔ であり、
前記ノイズ信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＮ の寄生容量を備え、前記光信号共通出力線は容量値Ｃ ＨＳ の寄生容量を備え、かつ、Ｃ ＨＮ ＝Ｃ ＨＳ ＝Ｃ Ｈ であり、
さらに、前記第１の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ １ とし、前記第２の解像度のときの前記光照射手段の光量をＬ ２ とした場合、
前記Ｌ １ と前記Ｌ ２ の比は、Ｎ＝第１の解像度／第２の解像度とした場合、
- 前記第１の解像度時の前記光照射手段の光量をＬ１とし、
前記第２の解像度時の前記光照射手段の光量をＬ２とした場合に、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする請求項４に記載の画像読み取り装置。 - 前記光照射手段は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像読み取り装置。
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