JP4071157B2 - イメージセンサー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に画素毎の暗出力補正を容易かつ精度良く行うことのできる、解像度を切り替え可能な密着型イメージセンサー、イメージスキャナやファクシミリや複写機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ダーク補正を行うためのダミ−画素が受光素子アレイとは別にブロック内の画素数分の受光素子のフォトダイオードで形成され、画素上面から光が入射しないように遮光した密着型イメージセンサーが提案されている。
【0003】
図20は従来の密着型イメージセンサー用集積回路の回路図である。この従来技術においては、ダーク補正を行うためのダミ−画素121 ″が受光素子アレイ111 とは別に1ブロック内の画素数n個分の受光素子のフォトダイオードP0,j (j=1 〜n)で形成され、ダミ−画素列121′を構成している。ここで、ダミ−画素121″はダーク補正を行うものであるため、画素上面から光が入射しないように遮光しておく。そして、各ダミ−画素121 ″のフォトダイオードP0,j は、そのスイッチング素子となるダミ−画素電荷転送部122 の薄膜トランジスタT0,j (j=1 〜n)のドレイン電極側が接続されている。また、薄膜トランジスタT0,j (j=1 〜n)のゲ−ト電極は共通のゲ−ト線G0を介してゲ−トパルス発生回路116 に接続され、ゲ−トパルス発生回路116 からのゲ−トパルスφG0 により薄膜トランジスタT0,j のオン/オフの制御が為されるものである。更に、ダミ−画素121 ″に接続する各薄膜トランジスタT0,j のソース電極は、図20 に示すように、薄膜トランジスタTi,j のソ−ス電極と同様に多層配線113 を介して共通信号線114 に接続されている。そして、共通信号線114 には配線容量CLj(j=1 〜n)が形成されており、受光素子111″又はダミ−画素121 ″が出力する電荷が転送蓄積される。また、駆動用IC115 は、この転送蓄積された電荷によって上昇した共通信号線114 の電位を読み取り、時系列的に出力端子117 から画像情報を出力するようになっている。ここで、ダミ−画素121 ″が遮光されているため、薄膜トランジスタT0,j のオン動作によりダーク状態におけるダミ−画素121 ″で発生した電荷が共通信号線114 の配線容量CLj に転送蓄積され、駆動用IC115 の動作により配線容量CLj に蓄積された電荷が電圧値として読み取られ、配線容量CLj を含む各共通信号線114 でのダーク状態の画像情報として出力される(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−113136号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のイメージセンサーICは以上のように構成されているので、ダミー画素は遮光されており、遮光による受光素子の負荷容量の差、また受光素子別に配置することは、同一共通信号線、同一の画素を使用しないため、複数共通信号線を使用した場合の配線容量の違いによるアンバランス、長尺IC特有の電源配線抵抗による電圧降下が原因となるようなIC固有の固定パターンノイズやスイッチングノイズや温度特性を含めて暗レベルを合わせ込むことが困難である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで上記の問題を解決するために、本発明のイメージセンサーは、複数のリニアイメージセンサーICを直線状に配置実装して構成されるイメージセンサーにおいて、IC内部の受光素子を制御信号により任意に蓄積期間中、強制リセットし初期化することで暗レベル出力するもので、同一の受光素子、同一の各サンプル&ホールド回路、同一の信号共通線を使用するため、長尺IC特有の電源配線抵抗による電圧降下が原因となるようなIC固有の固定パターンノイズやスイッチングノイズや温度特性を含め暗レベル補正を精度良く行うことが出来るイメージセンサーである。また受光量に応じた出力信号を出力する全ての複数の受光素子の出力端子間を接続するスイッチ素子を設け、最高解像度からその1/nの解像度に応じてスイッチ素子を任意に導通し、その平均値の出力は各々のサンプル&ホールド回路に複数同電位で保持することで、読出し時には解像度に応じて任意のデータのみ読み出し、不要なデータがある場合は読み飛ばして、読み取り速度も速くするようにし、かつ受光素子の出力信号のデータ抜けのないものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施形態におけるイメージセンサーの全体回路図、図2は図1におけるn段目のブロックの回路図である。図21は図2における受光素子間のスイッチ3−n−1,2,3・・・24の設定である。図22は図2におけるテスト時の受光素子間のスイッチ3−n−1,2,3・・・24の設定である。
【0008】
図3は最高解像度aの場合のタイムチャートである。図4は最高解像度a*1/2の場合のタイムチャートである。図5は最高解像度a*1/4の場合のタイムチャートである。
【0009】
図6は最高解像度a*1/6の場合のタイムチャートである。図7は最高解像度a*1/8の場合のタイムチャートである。図8はTEST1モードの場合のタイムチャートである。図9はTEST2モードの場合のタイムチャートである。図10はTEST3モードの場合のタイムチャートである。図11は図23における初期化電位出力モードのタイムチャートである。図12は最終番目ICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図13は図12のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0010】
図14は第1番目ICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図15は図14のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0011】
図16は任意に全センサICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図17は図16のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0012】
図18は画像信号出力ICチップと暗レベル出力ICチップと差分をとる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図19は図18のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0013】
図1において1−1,1−2,・・・,1−mの受光素子のリセット回路素子ブロックを並べた受光素子のリセット回路列1と、2−1,2−2,・・・,2−mの受光素子ブロックを並べた受光素子列2と、3−1,3−2,・・・,3−mの受光素子間スイッチ素子ブロックを並べた受光素子間スイッチ素子列3と、4−1,4−2,・・・,4−mのアンプ1回路ブロックを並べたアンプ1の回路列4と、5−1,5−2,・・・,5−mのサンプル&ホールド回路ブロックを並べたサンプル&ホールド回路列5と、6−1,6−2,・・・,6−mのアンプ2の回路ブロックを並べたアンプ2の回路列6と、7−1,7−2,・・・,7−mの読出しスイッチ素子ブロックを並べた読出しスイッチ素子列7と、共通信号線8と、9−1,9−2,・・・,9−mの走査回路ブロックを並べた走査回路列9と、10のダミースイッチの出力端子とゲートにはGND電位が与えられており通常オフ状態で、もう一方の出力端子は3−1の受光素子間スイッチ素子ブロックの入力端子SWINに接続され、受光素子ブロック2−1の1番目の受光素子の出力端子の負荷容量を揃える為に接続し、他の各受光素子の出力端子の負荷容量と同一となり、ブロック間の繋ぎ目で固定パターンノイズを無くし均一な特性が得られる。
【0014】
11は各解像度およびTESTモードの切替制御回路で入力信号X1とX2とX3により、任意に受光素子間スイッチの制御信号SWCTLと走査回路の読み飛ばし順の制御信号SRCTLを発生する構成となっている。
【0015】
12は初期化電位出力・リセット制御回路で初期化電位制御信号X4と、各解像度の切替制御信号X1とX2とX3と組み合わせ、任意に受光素子のリセット回路列1を制御し、受光素子を通常動作する場合と蓄積期間中は常時初期化する場合を切り替る構成となっている。
【0016】
受光素子のリセット回路列1には、受光素子を初期化するためのリセット電圧VRESETとリセット素子を制御するリセット1(ΦRST1)とリセット2(ΦRST2)が初期化電位出力・リセット制御回路12と共通接続されている。
【0017】
受光素子間のスイッチ素子列2には、受光素子間のスイッチ素子の制御信号(SWCTL)のバスラインが接続されている。
【0018】
読出しスイッチ素子列7には、受光素子の信号を読み出すための共通信号線(SIG)が共通接続されている。
【0019】
走査回路列9には走査回路を駆動するためのクロック(ΦCK)が共通接続され、スタートパルス(ΦST)が接続され、走査回路の読出し順を制御する制御信号線(SRCTL)のバスラインが接続されている。
【0020】
図2は各素子ブロックおよび回路列ブロックの1,2,・・・,mのブロック毎に対応したn段目の24bit分の回路であり、受光素子のリセット回路素子ブロック1−nは、奇数番目の受光素子のリセットスイッチ素子(1−n−1,1−n−3,1−n−5,・・・,1−n−23)は一方の端子はリセット電圧VRESET電圧が与えられ、ΦRST1で制御される。偶数番目の受光素子のリセットスイッチ素子(1−n−2,1−n−4,1−n−6,・・・,1−n−24)は一方の端子はリセット電圧VRESET電圧が与えられ、ΦRST2で制御される。受光素子ブロック2−nのフォトダイオード(2−n−1,・・・,2−n−24)の出力端子はそれぞれリセットスイッチ素子(1−n−1,・・・,1−n−24)が接続されている。
【0021】
受光素子間のスイッチ素子ブロック3−nは、受光素子間スイッチ(3−n−1,3−n−2,・・・3−n−23)は隣接する受光素子間の出力端子がそれぞれ接続されており、受光素子間スイッチは制御信号(SWCTL)のバスラインによりそれぞれ制御される。SWIN端子は図1において隣合う前段の受光素子間のスイッチ素子ブロックまたは10のダミースイッチを接続する端子である。SWOUT端子は図1において後段の受光素子間のスイッチ素子ブロックまたはGND電位を接続する端子である。
【0022】
アンプ1回路ブロック4−nはそれぞれのアンプ1(4−n−1,・・・,4−n−24)で、各受光素子(2−n−1,・・・,2−n−24)の出力をサンプル&ホールド回路列ブロック5−nのサンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に一時的に電荷を蓄積するものである。
【0023】
アンプ2回路ブロック6−nはそれぞれのアンプ2(6−n−1,・・・,6−n−24)が、読出しスイッチ素子列7−mのスイッチ素子(7−n−1,・・・,7−n−24)に接続されており、SRCTLバスラインにより制御される走査回路列9−nの出力(Q1,・・・,Q24)はスタートパルスΦSTINが入力されると最高解像度の時はクロック信号ΦCKに同期して読出しスイッチ素子列7−mのスイッチ素子(7−n−1,・・・,7−n−24)を順次オンし、解像度を粗くするときは任意に読み飛ばして出力し、共通信号線8にサンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に一時的に蓄積された電荷を読み出す構成としている。
【0024】
図21は図2における各解像度における受光素子間のスイッチ設定である。
【0025】
X4がローレベルであり受光素子を初期化するためのリセット電圧VRESETとリセット素子を制御するリセット1(ΦRST1)とリセット2(ΦRST2)は通常動作である。
【0026】
X1とX2とX3がローレベルの時は最高解像度aとなり受光素子間のスイッチは全てオフとなり、各受光素子(2−n−1,・・・,2−n−24)の出力は各サンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に電荷が蓄積される。図3は最高解像度aの場合のタイムチャートである。スタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,・・・,Q24により読出しスイッチ素子(7−n−1,・・・,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。
【0027】
次にX1がハイレベル,X2とX3がローレベルの時は最高解像度a*1/2となり受光素子間の奇数番目のスイッチ(3−n−1,3−n−3,・・・,3−n−23)はオンとなり、受光素子間の偶数番目のスイッチ(3−n−2,3−n−4,・・・,3−n−24)はオフとなり、隣り合う2つの受光素子の出力が接続された状態となる。ここで受光量に応じた受光素子の光電荷量は2倍となるが、接合容量も2倍となり相殺され出力の平均値が隣り合う2つのサンプル&ホールド回路に電荷が蓄積される。図4は最高解像度a*1/2の場合のタイムチャートである。スタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,Q4,Q5,Q8,Q9,Q12,Q13,Q16,Q17,Q21,Q22,Q24の順により読出しスイッチ素子(7−n−1,7−n−4,7−n−5,7−n−8,7−n−9,7−n−12,7−n−13,7−n−14,7−n−16,7−n−19,7−n−21,7−n−22,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,5−n−4,5−n−5,5−n−8,5−n−9,5−n−12,5−n−13,5−n−14,5−n−16,5−n−19,5−n−21,5−n−22,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。
【0028】
次にX1がローレベル,X2がハイレベル,X3がローレベルの時は最高解像度a*1/4となり受光素子間の4の倍数段目のスイッチ(3−n−4,3−n−8,3−n−12,3−n−16,3−n−20,3−n−24)はオフとなり、他の受光素子間のスイッチはオンとなり、隣り合う4つの受光素子の出力が接続された状態となる。ここで受光量に応じた受光素子の光電荷量は4倍となるが、接合容量も4倍となり相殺され出力の平均値が隣り合う4つのサンプル&ホールド回路に電荷が蓄積される。図5は最高解像度a*1/4の場合のタイムチャートである。スタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,Q8,Q9,Q16,Q17,Q24の順により読出しスイッチ素子(7−n−1,7−n−8,7−n−9,7−n−16,7−n−19,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,5−n−8,5−n−9,5−n−16,5−n−19,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。
【0029】
次にX1がハイレベル,X2がハイレベル,X3がローレベルの時は最高解像度a*1/6となり受光素子間の6の倍数段目のスイッチ(3−n−6,3−n−12,3−n−18,3−n−24)はオフとなり、他の受光素子間のスイッチはオンとなり、隣り合う6つの受光素子の出力が接続された状態となる。ここで受光量に応じた受光素子の光電荷量は6倍となるが、接合容量も6倍となり相殺され出力の平均値が隣り合う6つのサンプル&ホールド回路に電荷が蓄積される。図6は最高解像度a*1/6の場合のタイムチャートである。
【0030】
スタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,Q8,Q17,Q24の順により読出しスイッチ素子(7−n−1,7−n−8,7−n−17,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,5−n−8,5−n−17,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。
【0031】
次にX1がローレベル,X2がローレベル,X3がハイレベルの時は最高解像度a*1/8となり受光素子間の8の倍数段目のスイッチ(3−n−8,3−n−16,3−n−24)はオフとなり、他の受光素子間のスイッチはオンとなり、隣り合う8つの受光素子の出力が接続された状態となる。ここで受光量に応じた受光素子の光電荷量は8倍となるが、接合容量も8倍となり相殺され出力の平均値が隣り合う8つのサンプル&ホールド回路に電荷が蓄積される。
【0032】
図7は最高解像度a*1/8の場合のタイムチャートである。スタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,Q12,Q24の順により読出しスイッチ素子(7−n−1,7−n−12,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,5−n−12,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。
【0033】
なお全ての解像度において受光素子間スイッチ3−n−24はオフ状態となり図1において3−mの受光素子間スイッチ素子ブロックの一方の出力端子SWOUTはGNDに接続されており、受光素子ブロック3−mの最終番目の受光素子の出力端子の負荷容量を揃える為に接続し、他の各受光素子の出力端子の負荷容量と同一となり、ブロック間の繋ぎ目で固定パターンノイズを無くし均一な特性が得られる構成としている。
【0034】
図22は図2における受光素子間のスイッチ素子の機能をテストする設定である。X4がローレベルであり受光素子を初期化するためのリセット電圧VRESETとリセット素子を制御するリセット1(ΦRST1)とリセット2(ΦRST2)は通常動作である。
【0035】
X1がハイレベル,X2がローレベル,X3がハイレベルの時はTEST1モードとなり、受光素子間の偶数番目のスイッチ(3−n−2,3−n−4,・・・,3−n−24)はオンとなり受光素子間の奇数番目のスイッチ(3−n−1,3−n−3,・・・,3−n−23)はオフとなり、隣り合う2つの受光素子の出力が接続された状態となる。ここでΦRST2は常時ハイレベルとなり、偶数番目の受光素子(2−n−2,2−n−4,・・・,2−n−24)は常に初期化電圧VRESETが与えられる。
【0036】
全ての受光素子に光照射しテストを行った場合、受光素子間の偶数番目のスイッチが正常に機能していれば、全ての受光素子は初期化された暗状態のレベルが出力され、異常がある場合は奇数番目の受光素子が受光量に応じた出力があり異常を検出できる。図8はTEST1モードの場合のタイムチャートである。最高解像度aと同様でスタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,・・・,Q24により読出しスイッチ素子(7−n−1,・・・,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。ここでは受光素子間スイッチ3−n−2に異常があった場合の1例を示しており3番目の受光素子の出力が高くなっている。
【0037】
次にX1がハイレベル,X2がハイレベル,X3がローレベルの時はTEST2モードとなり、受光素子間の偶数番目のスイッチ(3−n−2,3−n−4,・・・,3−n−24)はオフとなり受光素子間の奇数番目のスイッチ(3−n−1,3−n−3,・・・,3−n−23)はオンとなり、隣り合う2つの受光素子の出力が接続された状態となる。ここでΦRST2は常時ハイレベルとなり、奇数番目の受光素子(2−n−1,2−n−3,・・・,2−n−23)は常に初期化電圧VRESETが与えられる。
【0038】
全ての受光素子に光照射しテストを行った場合、受光素子間の奇数番目のスイッチが正常に機能していれば、全ての受光素子は初期化された暗状態のレベルが出力され、異常がある場合は偶数番目の受光素子が受光量に応じた出力があり異常を検出できる。図9はTEST2モードの場合のタイムチャートである。最高解像度aと同様でスタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,・・・,Q24により読出しスイッチ素子(7−n−1,・・・,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。ここでは受光素子間スイッチ3−n−3に異常があった場合の1例を示しており4番目の受光素子の出力が高くなっている。
【0039】
次にX1がハイレベル,X2がハイレベル,X3がハイレベルの時はTEST3モードとなり、全ての受光素子間のスイッチ(3−n−1,・・・,3−n−24)はオフとなり、ここでΦRST2は常時ハイレベルとなり、偶数番目の受光素子(2−n−2,2−n−4,・・・,2−n−24)は常に初期化電圧VRESETが与えられる。全ての受光素子に光照射しテストを行った場合、受光素子間のスイッチが正常に機能していれば、偶数番目の受光素子は初期化された暗状態のレベルが出力され、奇数番目の受光素子は受光量に応じた出力がある。異常がある場合は偶数番目の受光素子に受光量に応じた出力があり異常を検出できる。
【0040】
図10はTEST3モードの場合のタイムチャートである。最高解像度aと同様でスタートパルスΦSTINが入力されると、クロック信号ΦCKに同期し走査回路の出力Q1,・・・,Q24により読出しスイッチ素子(7−n−1,・・・,7−n−24)を順次オンし各サンプル&ホールド回路(5−n−1,・・・,5−n−24)に蓄積された電荷を共通信号線8(SIG)に読み出す。ここでは受光素子間スイッチ3−n−6に異常があった場合の1例を示しており6番目の受光素子の出力が高くなっている。
【0041】
図23は図2における受光素子の初期化電位を出力する設定である。X4がハイレベルの時は受光素子を初期化するためのリセット電圧VRESETとリセット素子を制御するリセット1(ΦRST1)とリセット2(ΦRST2)は蓄積期間はハイ状態となる、X1とX2とX3がローレベルの時は最高解像度aとなり、次にX1がハイレベル,X2とX3がローレベルの時は最高解像度a*1/2、次にX1がローレベル,X2がハイレベル,X3がローレベルの時は最高解像度a*1/4、次にX1がハイレベル,X2がハイレベル,X3がローレベルの時は最高解像度a*1/6となり、次にX1がローレベル,X2がローレベル,X3がハイレベルの時は最高解像度a*1/8となる。
【0042】
図11は図23における初期化電位出力モードのタイムチャートである。図11においてクロック信号ΦCKとスタートパルスΦSTで駆動し、リセット素子を制御するリセット信号ΦRST1とΦRST2で初期電位にリセットし、初期化電位制御信号X4で制御する。
【0043】
蓄積期間1では初期化電位制御信号X4をローレベルであり図1のリセット信号ΦRST1とΦRST2は、第1スタートパルスΦST入力後にリセット信号が発生し受光素子のリセット回路列1には、受光素子を初期化するためのリセット電圧が加わり受光素子列2は所望の電圧に初期化され、その後は第2スタートパルスΦSTが入力されるまで蓄積状態となり、各解像度に応じ通常の画像信号出力が読み出される。
【0044】
次に蓄積期間2では初期化電位制御信号X4をハイレベルであり。蓄積期間2では図1のリセット信号ΦRST1とΦRST2は、第2スタートパルスΦST入力後にリセット信号が発生し受光素子のリセット回路列1には、受光素子を初期化するためのリセット電圧が加わり受光素子列2は所望の電圧に初期化され、その後は更にリセット信号が入力され第3スタートパルスΦSTが入力されるまで強制リセット状態となり、このとき光照射しても受光素子は常に初期化された状態となる為、各解像度に応じ暗レベルが出力される。
【0045】
図12は最終番目ICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図13は図12のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0046】
図12において13はそれぞれイメージセンサーのセンサICチップであり、ここでは複数個のセンサICチップでマルチチップ型イメージセンサーユニットが構成されている。センサICチップを駆動するためのクロック(ΦCK)が共通接続され、第1番目ICチップにはスタートパルス(ΦST)が接続され、各解像度およびTESTモードの切替制御回路の入力信号X1とX2とX3のバスラインが全センサICチップに共通接続され、リセット制御回路の入力端子X4−1は最終番目ICチップの端子X4に接続し電源電圧Vddに接続され、リセット制御回路の入力端子X4−2は他のICチップに共通接続しGNDに接続され、受光素子の信号を読み出すための信号端子(SIG)が共通接続されている。次に図12の構成の場合の動作を図13を参照して説明する。なお全センサICチップには一様の明るさで光照射し、繰り返し蓄積動作・リセット・読出し動作しているものとする。
【0047】
全センサICチップを駆動するためのクロック(ΦCK)と第1番目ICチップにスタートパルス(ΦST)が入力されると、クロック(ΦCK)に同期し第1番目ICチップの信号出力から順次最終番目の1つ手前のICチップまでは画像信号出力を出力し、最終番目ICチップのみ光照射しても受光素子は常に初期化された状態となる為、常に暗レベル出力が出力される。
【0048】
図14は第1番目ICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図15は図14のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0049】
図14において13はそれぞれイメージセンサーのセンサICチップであり、ここでは複数個のセンサICチップでマルチチップ型イメージセンサーユニットが構成されている。センサICチップを駆動するためのクロック(ΦCK)が共通接続され、第1番目ICチップにはスタートパルス(ΦST)が接続され、各解像度およびTESTモードの切替制御回路の入力信号X1とX2とX3のバスラインが全センサICチップに共通接続され、リセット制御回路の入力端子X4−3は第1番目ICチップの端子X4に接続し電源電圧Vddに接続され、リセット制御回路の入力端子X4−4は他のICチップに共通接続しGNDに接続され、受光素子の信号を読み出すための信号端子(SIG)が共通接続されている。次に図14の構成の場合の動作を図15を参照して説明する。なお全センサICチップには一様の明るさで光照射し、繰り返し蓄積動作・リセット・読出し動作しているものとする。
【0050】
センサICチップを駆動するためのクロック(ΦCK)と第1番目ICチップにスタートパルス(ΦST)が入力されると、クロック(ΦCK)に同期し第1番目ICチップのみ光照射しても受光素子は常に初期化された状態となる為、常に暗レベル出力を出力し、第2番目ICチップの信号出力から順次最終番目ICチップまでは画像信号出力が出力される。
【0051】
図16は任意に全センサICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図17は図16のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。
【0052】
図16において13はそれぞれイメージセンサーのセンサICチップであり、ここでは複数個のセンサICチップでマルチチップ型イメージセンサーユニットが構成されている。センサICチップを駆動するためのクロック(ΦCK)が共通接続され、第1番目ICチップにはスタートパルス(ΦST)が接続され、各解像度およびTESTモードの切替制御回路の入力端子X1とX2とX3のバスラインが全センサICチップに共通接続され、リセット制御回路の入力端子X4は外部入力端子として全センサICチップに共通接続され、受光素子の信号を読み出すための信号端子(SIG)が共通接続されている。次に図16の構成の場合の動作を図17を参照して説明する。なお全センサICチップには一様の明るさで光照射し、繰り返し蓄積動作・リセット・読出し動作しているものとする。
【0053】
センサICチップを駆動するためのクロック(ΦCK)と第1番目ICチップにスタートパルス(ΦST)が入力され、1回目スキャンから2回目スキャンまではリセット制御回路の入力端子X4にハイレベルを入力すると、光照射しても受光素子は常に初期化された状態となる。3回目スキャンから5回目スキャンはリセット制御回路の入力端子X4にローレベルを入力すると受光素子は光照射した量に応じた蓄積状態となる。この動作によりクロック(ΦCK)に同期し、1回目読出しから2回目読出しは暗レベル出力を出力し、3回目読出しから5回目読出しは画像信号出力が出力される。
【0054】
図18は画像信号出力ICチップと暗レベル出力ICチップと差分をとる密着型イメージセンサーユニットのブロック図、図19は図18のイメージセンサーユニットのタイムチャートである。図18において13はそれぞれイメージセンサーのセンサICチップであり、ここでは複数個のセンサICチップでマルチチップ型イメージセンサーユニットが構成されている。センサICチップ13を駆動するためのクロック(ΦCK)が共通接続され、第1番目ICチップにはスタートパルス(ΦST)が接続され、各解像度およびTESTモードの切替制御回路の入力信号X1とX2とX3のバスラインが全センサICチップに共通接続され、リセット制御回路の入力端子X4−5は全センサICチップ13に共通接続し電源電圧GNDに接続され、受光素子の信号を読み出すための信号端子(SIG)が共通接続されている。14は暗レベル出力用のイメージセンサーのセンサICチップであり、センサICチップ14を駆動するためのクロック(ΦCK)が共通接続され、スタートパルス(ΦST2)が接続され、各解像度およびTESTモードの切替制御回路の入力信号X1とX2とX3のバスラインがセンサICチップ14に接続され、リセット制御回路の入力信号X4−6はセンサICチップ14に接続し電源電圧VDDに接続され、受光素子の暗レベル信号を読み出すための暗レベル信号端子(SIG−D)が接続されている。それぞれ信号端子(SIG)と暗レベル信号端子(SIG−D)は差動アンプ15の入力端子に接続され、受光素子の信号成分と受光素子の暗レベル信号の差分が出力端子OUTから外部へ出力される。
【0055】
次に図18の構成の場合の動作を図19を参照して説明する。なお全センサICチップには一様の明るさで光照射し、繰り返し蓄積動作・リセット・読出し動作しているものとする。
【0056】
全センサICチップ13を駆動するためのクロック(ΦCK)と第1番目ICチップにスタートパルス(ΦST)が入力されるとクロック(ΦCK)に同期し、第1番目ICチップの信号出力から順次最終番目ICチップまでは画像信号出力が出力され、暗レベル出力ICチップ14にはスタートパルス(ΦST2)がセンサICチップ1個分の信号読出し期間の周期でセンサIC13のチップの個数分、連続的に入力されており、クロック(ΦCK)に同期し、かつ第1番目ICチップの信号出力から順次最終番目ICチップの出力信号に同期して暗レベル出力が出力され、この2つの信号成分の差分出力が差動アンプにより出力される。
【0057】
このようにして、各解像度を制御端子X1,X2,X3で複数種類選択することが可能となり、図1に示すようにそれぞれのブロックは同回路でm段でイメージセンサーを構成する。受光素子数は24×mビット分の全ての受光素子について走査回路を走査し、データを順次読み出す最高解像度時から、受光素子数は24×m×1/8ビット相当の構成となる最低解像度では受光素子間のスイッチを選択的にオンし受光素子の平均値出力を任意の走査回路のみ走査しデータを読み飛ばす複数の解像度を多数選択できる。また情報量を最小限に抑えつつ走査速度を上げることができる、またダミースイッチによる固定パターンノイズ対策でき、またTESTモードにより品質を向上でき、また初期電位出力モード時はIC内部の同一の受光素子、同一の各サンプル&ホールド回路、同一の信号共通線を使用するため、長尺IC特有の電源配線抵抗による電圧降下が原因となるようなIC固有の固定パターンノイズやスイッチングノイズや温度特性を含め暗レベル補正を精度良く行うことが出来るイメージセンサーである。
【0058】
なお本実施例では便宜上、受光素子のバイアス電圧をGND(0V)としているが、VBIAS(中間電位)やVDD(電源電圧)でも構わない。受光素子間スイッチ素子においてはNMOSで構成しているが、PMOSやCMOS(トランスミッションゲート)でも構わない。受光素子間を初期化するためのリセット素子においてはNMOSで構成しているが、PMOSでも構わない。
【0059】
またX1,X2,X3端子を制御することでの8種類の走査方式が得られる構成としたが、制御端子を増設することでm種類となり幾つでも構わない。
【0060】
また低解像度時の走査回路の出力は受光素子の平均値出力が保持されたサンプル&ホールド回路に合わせればどこにでも配置を変更し、解像度に応じて読み飛ばす走査回路順は幾つでもかまわない。
【0061】
またセンサ素子にフォトダイオードを使用したイメージセンサーICとしたが、センサ素子は光電変換素子のフォトトランジスタとすることで、任意の信号を取り出したり、解像度を切り替えることができるリニアイメージセンサーICや光学式の指紋センサーや、センサ素子に静電容量を使用すれば任意の信号を取り出したり、解像度を切り替えることができる静電容量型の指紋センサーに応用できる。またX1,X2,X3端子を論理を変更し制御することで解像度切替モードの一部やTESTモードの一部を削減し暗レベル出力モードに置き換えて使うことも可能である。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、同一ICで複数の解像度を切り替える事が出来、低解像度時には受光素子の出力端子間を接続することでデータ抜けが無く、かつ平均値を出力するため解像度による受光素子の出力レベルは常に一定となり後段の画像処理の回路の入力電圧、読出し時には解像度に応じて読み飛ばす走査回路により解像度に応じた読取り速度が得られる。また受光素子間のダミースイッチをブロック間および1番目と最終番目の受光素子に接続することで、各受光素子の負荷容量を同一とすることで固定パターンノイズが発生しにくい。また受光素子間のスイッチのプロセス異常による誤動作をTESTモードにより検出することで品質が高めることを可能にした。
【0063】
また暗レベル出力時はIC内部の同一の受光素子、同一の各サンプル&ホールド回路、同一の信号共通線を使用するため、長尺IC特有の電源配線抵抗による電圧降下が原因となるようなIC固有の固定パターンノイズやスイッチングノイズや温度特性を含め暗レベル補正を精度良く行うことを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態におけるイメージセンサーの全体回路図
【図2】図1におけるn段目のブロックの回路図
【図3】最高解像度aの場合のタイムチャート
【図4】最高解像度a*1/2の場合のタイムチャート
【図5】最高解像度a*1/4の場合のタイムチャート
【図6】最高解像度a*1/6の場合のタイムチャート
【図7】最高解像度a*1/8の場合のタイムチャート
【図8】TEST1モードの場合のタイムチャート
【図9】TEST2モードの場合のタイムチャート
【図10】TEST3モードの場合のタイムチャート
【図11】初期化電位出力モードのタイムチャート
【図12】最終番目ICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図
【図13】図13のイメージセンサーユニットのタイムチャート
【図14】第1番目ICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図
【図15】図15のイメージセンサーユニットのタイムチャート
【図16】任意に全センサICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図
【図17】図17のイメージセンサーユニットのタイムチャート
【図18】任意に全センサICチップが暗レベル出力となる密着型イメージセンサーユニットのブロック図
【図19】図19のイメージセンサーユニットのタイムチャート
【図20】従来の回路図
【図21】図2における各解像度における受光素子間のスイッチ設定
【図22】図2における受光素子間のスイッチ素子の機能をテストする設定
【図23】図2における受光素子の初期化電位を出力する設定
【符号の説明】
1 リセット回路素子列
2 受光素子列
3 受光素子間スイッチ素子列
4 アンプ1回路列
5 サンプル&ホールド回路列
6 アンプ2回路列
7 読出しスイッチ素子列
8 共通信号線SIG
9 走査回路列
10 ダミースイッチ
11 各解像度およびTESTモードの切替制御回路
12 初期化電位出力・リセット制御回路
13 センサICチップ
14 暗レベル出力用のイメージセンサーのセンサICチップ
15 差動アンプ
Claims (12)
- 複数のリニアイメージセンサーICを直線状に配置実装して構成されるイメージセンサーにおいて、
前記リニアイメージセンサーICは、
受光量に応じた出力信号を出力する複数の受光素子が第1の解像度で配置された受光素子回路列と、
前記受光素子回路列を初期化するリセット回路素子列と、
隣合う複数の前記受光素子の出力端子間を接続するスイッチ素子列と、
前記受光素子回路列の出力のインピーダンス変換を行う第1のアンプ回路列と、
前記第1のアンプ回路列の出力を一時的に保持するサンプル&ホールド回路列と、
前記サンプル&ホールド回路列の出力のインピーダンス変換を行う第2のアンプ回路列と、
前記第2のアンプ回路列の出力を読み出す読出しスイッチ素子列と、
前記読出しスイッチ素子列を制御する走査回路列と、を有し、
前記走査回路列は、前記サンプリング&ホールド回路列の出力信号を任意に読み飛ばせる、読み飛ばし機能を具備し、
前記第1の解像度と前記第1の解像度の1/nの解像度とを複数切り替える、
ことを特徴とするイメージセンサー。 - 前記リニアイメージセンサーICは、
第i番目の受光素子の出力端子と隣合う第(i+1)番目の出力端子間を接続するスイッチが、全ての隣合う受光素子の出力端子間に接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。 - 前記リニアイメージセンサーICは、
隣合うn個の受光素子の出力端子間を接続する前記スイッチがオン状態の時、前記隣合うn個の受光素子の平均値を出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサー。 - 前記リニアイメージセンサーICは、
第1番目の受光素子の出力端子にダミーのスイッチが接続されている、
ことを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサー。 - 前記リニアイメージセンサーICは、
前記受光素子回路列を初期化するリセット回路素子列のリセット素子は複数の制御線で制御されることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサー。 - 前記リニアイメージセンサーICは、
テストモードにより前記スイッチの導通または断線状態を検査出来ることを特徴とする請求項2に記載のイメージセンサー。 - 複数のリニアイメージセンサーICを直線状に配置実装して構成されるイメージセンサーにおいて、
受光量に応じた出力信号を出力する複数の受光素子が配置された受光素子回路列と、
前記受光素子回路列を初期化するリセット回路素子列と、
前記受光素子回路列の出力のインピーダンス変換を行う第1のアンプ回路列と、
前記第1のアンプ回路列の出力を一時的に保持するサンプル&ホールド回路列と、
前記サンプル&ホールド回路列の出力のインピーダンス変換を行う第2のアンプ回路列と、
前記第2のアンプ回路列の出力を読み出す読出しスイッチ素子列と、
前記読出しスイッチ素子列を制御する走査回路列と、を有し、
初期化モードにより複数の前記受光素子の出力端子を初期化する前記リセット回路素子を駆動するスイッチを蓄積期間中は常時導通し、前記受光素子の出力端子より初期化電位を任意に出力することを特徴とするイメージセンサー。 - 前記初期化電位の出力は、第1番目のリニアイメージセンサーICのみ出力することを特徴とする請求項7に記載のイメージセンサー。
- 前記初期化電位の出力は、最終番目のリニアイメージセンサーICのみ出力することを特徴とする請求項7に記載のイメージセンサー。
- 前記初期化電位の出力は、全部のリニアイメージセンサーICが出力することを特徴とする請求項7に記載のイメージセンサー。
- 前記初期化電位の出力は、前記受光素子の出力端子より初期化電位を任意に出力するリニアイメージセンサーICより連続して出力することを特徴とする請求項7に記載のイメージセンサー。
- 前記初期化電位の出力は、前記複数のリニアイメージセンサーICと、別の前記受光素子の出力端子より初期化電位を任意に出力するリニアイメージセンサーICより連続した出力との差分をとることを特徴とする請求項7に記載のイメージセンサー。
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