JP4173253B2 - 原稿読取装置およびその動作方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、原稿読取装置およびその動作方法に関し、さらに詳しくは、光電変換素子を用いて原稿上の画像を読取る原稿読取装置およびその動作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ファクシミリ、イメージスキャナ、デジタル複写機、電子黒板などには、一直線に配置された多数の光電変換素子を有するイメージセンサ(ラインセンサとも呼ばれる)が用いられている。イメージセンサは、原稿から光電変換素子に入射した光信号に応じて電気信号を生成し、これにより原稿上の画像を読取る。
【0003】
たとえば特公平5−31865号公報には、電荷蓄積方式のイメージセンサが開示されている。このイメージセンサは、複数の光電変換素子と、これら光電変換素子にそれぞれ接続された複数の増幅器と、これら増幅器の出力に接続された複数の出力スイッチ素子と、上記光電変換素子にそれぞれ接続された複数のリセットスイッチ素子と、上記出力スイッチ素子およびリセットスイッチ素子を制御するシフトレジスタとを備える。このシフトレジスタは、上記出力スイッチ素子を順次オンにすることにより信号を読出すとともに、上記出力スイッチ素子に続いて上記リセットスイッチ素子を順次オンにすることにより光電変換素子をリセットする。
【0004】
一般に、上記光電変換素子はガラス基板上に一直線に形成され、一方、上記増幅器、出力スイッチ素子およびリセットスイッチ素子は駆動集積回路装置(IC)に内蔵される。上記光電変換素子はガラス基板上に形成された引出配線を介して上記駆動ICにワイヤボンディングにより接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記イメージセンサでは、リセットスイッチ素子がオンになったとき比較的大きなリセット電流が瞬時に流れるため、隣接する光電変換素子に容量結合によりノイズが入るという問題があった。
【0006】
上記引出配線の長さおよび間隔をすべて同じにすれば、このノイズを相殺することも可能であろうが、光電変換素子の配列ピッチよりも駆動ICのリード端子(パッド)の配列ピッチの方が狭いため、これらを同じにすることは実際上不可能である。
【0007】
この発明の目的は、光電変換素子のリセット時に隣接する光電変換素子に生じるノイズを低減するようにした原稿読取装置およびその動作方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の一つの局面に従うと、原稿読取装置は、複数の光電変換素子(好ましくはフォトダイオード)と、複数のリセットスイッチ素子と、複数の出力スイッチ素子と、制御回路とを備える。複数のリセットスイッチ素子は、複数の光電変換素子にそれぞれ接続される。複数の出力スイッチ素子は、複数の光電変換素子にそれぞれ接続される。制御回路は、複数のリセットスイッチ素子を順次オンにしかつその各リセットスイッチ素子をその次のリセットスイッチ素子をオンにした後にオフにするとともに、複数のリセットスイッチ素子を順次オンにする前の所定期間複数の出力スイッチ素子を順次オンにする。
【0009】
好ましくは、上記原稿読取装置はさらに、複数の光電変換素子の出力と複数の出力スイッチ素子との間にそれぞれ接続された複数の増幅器を備える。
【0010】
好ましくは、上記原稿読取装置は、波長の異なる複数種類の光を原稿に順次照射して各種類の光を受けているときの原稿からの反射光または透過光を検知するものである。
【0011】
この発明のもう一つの局面に従うと、複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子にそれぞれ接続された複数のリセットスイッチ素子と、複数の光電変換素子にそれぞれ接続された複数の出力スイッチ素子とを備えた原稿読取装置の動作方法は、複数の出力スイッチ素子のうちある出力スイッチ素子を所定期間オンにするステップと、ある出力スイッチ素子がオフになった後にある出力スイッチ素子に対応するリセットスイッチ素子をオンにするステップと、ある出力スイッチ素子がオフになった後にある出力スイッチ素子に隣接するその次の出力スイッチ素子を所定期間オンにするステップと、次の出力スイッチ素子がオフになった後に次の出力スイッチ素子に対応するリセットスイッチ素子をオンにするステップと、次の出力スイッチ素子に対応するリセットスイッチ素子がオンになった後にある出力スイッチ素子に対応するリセットスイッチ素子をオフにするステップとを含む。
【0012】
上記原稿読取装置およびその動作方法においては、各リセットスイッチ素子がその次のリセットスイッチ素子がオンになった後にオフになるので、その次のリセットスイッチ素子がオンになって比較的大きなリセット電流が流れてもその隣接する光電変換素子のリセットスイッチ素子が依然としてオンになっているため、その隣接する光電変換素子にノイズが生じることはない。
【0013】
特に、原稿読取装置が波長の異なる複数種類の光を原稿に順次照射して各種類の光を受けているときの原稿からの反射光を検知するものである場合は、ある種類の波長から他の種類の波長に切り替わった直後であってもノイズが生じることはない。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0015】
図1は、この発明の実施の形態による原稿読取装置の全体構成を示す側面図である。
【0016】
図1を参照して、この原稿読取装置は、アルミフレーム、樹脂フレームなどの支持基板1と、支持基板1上に設けられたイメージセンサ2と、支持基板1上にイメージセンサ2と隣接して設けられたプリント回路基板3と、プリント回路基板3上に設けられた駆動集積回路装置(IC)4と、イメージセンサ2、プリント回路基板3および駆動IC4を覆うように支持基板1上に設けられた金属または樹脂製の保護カバー5とを備える。
【0017】
ここで、イメージセンサ2およびプリント回路基板3は接着シート6により支持基板1に貼着され、駆動IC4は導電ペースト7によりプリント回路基板3に装着される。駆動IC4は、ワイヤボンディングによりイメージセンサ2に接続される。
【0018】
図2は、図1に示した原稿読取装置の上面図である。図3は、図2中のA−A線矢視断面図である。
【0019】
図2および図3を参照して、イメージセンサ2は、ガラス基板21と、ガラス基板21上に形成されたITOなどからなる帯状の透明電極22と、透明電極22上に形成されたクロムとアルミニウムの2層構造を有する下部取出電極23と、透明電極22上に一直線に形成された複数のフォトダイオード24と、これらフォトダイオード24およびガラス基板21上に形成されたクロムとアルミニウムの2層構造を有する複数の上部取出電極25と、フォトダイオード24を覆うように形成された黒色エポキシ樹脂などからなる保護膜26とを備える。
【0020】
ガラス基板21のサイズは、たとえば5mm×200mm程度である。フォトダイオード24の数は、たとえば256個であり、この場合は、各フォトダイオード24のサイズは、たとえば750μm×750μmである。また、フォトダイオード24の数が640個の場合は、各フォトダイオード24のサイズは、たとえば300μm×1000μmである。
【0021】
図4は、各フォトダイオード24の構造を示す断面図である。図4を参照して、フォトダイオード24は、p型半導体層241と、i型半導体層242と、n型半導体層243とを含む。p型半導体層241は、たとえばホウ素Bをドープした水素化アモルファスシリコンカーバイトa−SiC:Hからなり、その厚みは10〜20nmである。i型半導体層242は、たとえばノンドープの水素化アモルファスシリコンa−Si:Hからなり、その厚みは1〜2μmである。n型半導体層243は、たとえばリンPをドープした水素化アモルファスシリコンa−Si:H、水素化アモルファスシリコンカーバイトa−SiC:H、またはμC−Si:Hからなり、その厚みは10〜20nmである。
【0022】
上部取出電極25は、再び図2を参照して、n型半導体層243に接触しかつフォトダイオード24よりも一回り小さい接触電極251と、ガラス基板21上に形成された引出配線252と、ガラス基板21上に形成されたパッド253とからなる。複数のフォトダイオード24に対応して、複数のパッド253がガラス基板21の1つの長辺に沿って配置される。フォトダイオード24は、たとえば300〜1000μmのピッチで配置され、パッド253はそれよりも狭いたとえば110μmのピッチで配置される。また、複数のフォトダイオード24に対応して、複数の引出配線252が設けられ、複数のフォトダイオード24と複数のパッド253との間にそれぞれ接続される。したがって、引出配線252はパッド253からフォトダイオード24に向かって放射状に広がっている。
【0023】
駆動IC4もまた、複数のパッド253に対応してその1つの長辺に沿って配置された複数のパッド41を含む。パッド41はパッド253とほぼ同じピッチで配置され、ワイヤボンディングによりパッド253に接続される。
【0024】
上述したように、引出配線252は放射状に広がっており、イメージセンサ両端のフォトダイオード24用の引出配線252が最も長く、中央のフォトダイオード24用の引出配線252が最も短い。したがって、駆動IC4から遠いフォトダイオード24用の引出配線252ほど寄生容量が大きくなる。
【0025】
図5は、図2に示したイメージセンサ2および駆動IC4の回路図である。
図5を参照して、イメージセンサ2は、複数(たとえば256個)のフォトダイオード24を含み、それらのアノードは共通に接続される。これらアノードには負のバイアス電圧Vb(たとえば−5V)が与えられる。
【0026】
駆動IC4は、各フォトダイオード24の受光量に応じた電圧COMをシリアルに出力するための出力端子42と、フォトダイオード24のカソードにそれぞれ接続された複数の差動増幅器43と、フォトダイオード24のカソードと接地電圧ノードとの間にそれぞれ接続された複数のリセットスイッチ素子44と、複数の差動増幅器43の出力と出力端子42との間にそれぞれ接続された複数の出力スイッチ素子45と、複数のリセットスイッチ素子44を制御するためのリセット制御信号SR1〜SR256と複数の出力スイッチ素子45を制御するための出力制御信号SO1〜SO256とを生成する制御回路46とを含む。
【0027】
ここで、複数のリセットスイッチ素子44にはそれぞれ並列に寄生容量47が形成される。各差動増幅器43の非反転入力端子(+)は対応するフォトダイオード24のカソードに接続され、出力端子および反転入力端子(−)は相互に接続される。すなわち、各差動増幅器43は利得が「1」のボルテージフォロアとして機能する。制御回路46は、データ入力信号DINをクロック信号CLKに応答してシフトし、クリア信号/CLRによりリセットされるシフトレジスタなどを含む。
【0028】
駆動IC4はさらに、複数の出力スイッチ素子45に対応して設けられた複数のANDゲート48と、インバータ49と、出力リセットスイッチ素子50とを含む。ANDゲート48は、イネーブル信号ENAがH(論理ハイ)レベルのとき制御回路46からの出力制御信号SO1〜SO256を出力スイッチ素子45にそれぞれ供給する。出力リセットスイッチ素子50は、イネーブル信号ENAがL(論理ロー)レベルのときオンになり、所定のリセット電圧VR(たとえば0V)を出力端子42に供給する。
【0029】
ここで、まず図5上で最も左側の1つのフォトダイオード24に着目し、上記原稿読取装置の一般的な読取動作について説明する。
【0030】
出力スイッチ素子45がオフになった後、リセットスイッチ素子44は所定期間だけオンになる。これにより寄生容量47は放電されるが、フォトダイオード24には逆方向のバイアス電圧Vbが印加されるため、フォトダイオード24の接合容量が充電される。ここで接合容量をCjとすると、Cj・Vbの電荷が接合容量に蓄積される。その後、再び出力スイッチ素子45がオンになるまでの間、フォトダイオード24の接合容量は光電流に応じて徐々に放電され、逆に寄生容量47は徐々に充電される。その結果、フォトダイオード24のカソード電圧は入射光量に応じた電圧だけ接地電圧よりも低くなる。このカソード電圧は差動増幅器43の非反転入力端子(+)に与えられ、差動増幅器43により増幅される。
【0031】
続いて、再び出力スイッチ素子45がオンになると、差動増幅器43の出力電圧は出力スイッチ素子45を介して出力端子42から出力される。その結果、入射光量に応じた出力電圧COMが得られる。
【0032】
次に、この原稿読取装置全体の動作について説明する。
図6は、図5に示したイメージセンサ2および駆動IC4を含む原稿読取装置の動作を示すタイミング図である。
【0033】
図6を参照して、出力制御信号SO1が半クロック期間Tc/2(Tcはクロック信号CLKの周期)だけHレベルになると、対応する出力スイッチ素子45がオンになり、これにより対応するフォトダイオード24のカソード電圧が出力される。
【0034】
続いて、リセット制御信号SR1がHレベルになると、対応するリセットスイッチ素子44がオンになり、これにより対応するフォトダイオード24のカソード電圧が接地電圧にリセットされる。
【0035】
同様に、出力制御信号SO2が半クロック期間Tc/2だけHレベルになると対応するフォトダイオード24のカソード電圧が出力され、続いてリセット制御信号SR2がHレベルになると対応するフォトダイオード24のカソード電圧が接地電圧にリセットされる。
【0036】
上記のように、出力制御信号SO1〜SO256は半クロック期間Tcだけ順次Hレベルになる。出力制御信号SO1〜SO256は同時にHレベルになることはない。
【0037】
リセット制御信号SR1〜SR256もまた順次Hレベルになる。ただし、各リセット制御信号SRi(i=1〜256)は、対応する出力制御信号SOiがLレベルになると同時またはなった直後にHレベルになり、4クロック期間4TcだけHレベルを維持し、その後Lレベルになる。このように、連続する4つのリセット制御信号は同時にHレベルになる。
【0038】
ここで図6中に点線で示すように、各リセット制御信号SRiが半クロック期間Tc/2だけHレベルになるとすると、次のような問題が生じる。
【0039】
たとえばリセット制御信号SR2がHレベルになると、対応するリセットスイッチ素子44がオンになり、これにより対応するフォトダイオード24の引出配線252に比較的大きなリセット電流が瞬時に流れる。この引出配線252は隣接する引出配線252と寄生容量により結合しているため、その隣接する引出配線252にそのリセット電流の微分成分に等しい誘導電流が流れる。このとき、リセット制御信号SR1は既にLレベルになり、対応するリセットスイッチ素子44は既にオフになっているため、対応するフォトダイオード24の接合容量および寄生容量47が上記誘導電流に応じて充放電されることになる。その結果、フォトダイオード24のカソード電圧が正確に入射光量に応じた電圧にならず、その誘導電流の分だけ変化してしまう。
【0040】
図7は、すべてのフォトダイオード24に3サイクルにわたって十分な光が入射し、続いてすべてのフォトダイオード24に3サイクルにわたって光がほとんど入射しない場合における駆動IC4からの出力電圧COMを示すタイミング図である。ただし、出力電圧COMの極性は逆に示されている。
【0041】
上述したように引出配線252は放射状に広がっているため、各引出配線252に寄生する結合容量は中央に近いほど小さく、両側に近いほど大きくなる。そのため、リセット制御信号SR1〜SR256が半クロック期間Tc/2で立下がると、図7中に点線で示されるように両端に近いフォトダイオード24から読出される出力電圧ほど大きく低下する(図7では出力電圧の極性が逆に示されているので厳密には高くなる)。十分な光がフォトダイオード24に入射し、十分な信号成分が得られるときは、このようなノイズ成分はさほど問題とならない。しかしながら、十分な光がフォトダイオード24に入射した直後に光がほとんど入射しないときは、このようなノイズ成分が出力電圧に顕著に現れる。
【0042】
これに対し、この発明の実施の形態では、各リセット制御信号SRiが4クロック期間4Tcの間Hレベルを維持しているため、たとえばリセット制御信号SR2、SR3およびSR4の立上がり時でもリセット制御信号SR1はHレベルになっている。したがって、リセット信号SR2〜SR4の立上がり時にリセット電流が瞬時に流れても、Hレベルのリセット制御信号SR1に応答してリセットスイッチ素子44がオンになっているため、対応するフォトダイオード24のカソード電圧は接地電圧のまま維持される。その結果、図7に示すように両側に近いフォトダイオード24からの出力電圧ほど大きく低下するという現象は緩和され、リセット電流によるノイズがほとんどない正確な出力電圧COMが得られる。
【0043】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、リセットスイッチ素子44によるフォトダイオード24のリセット期間を4クロック期間4Tcに設定しているため、リセットノイズの少ない正確な出力電圧COMを得ることができる。
上記実施の形態による原稿読取装置は、白色または単一波長の光を原稿に照射して原稿からの反射光または透過光を検知するものであるが、赤、青、緑の3種類の光を原稿に順次照射して各種類の光を受けているときの原稿からの反射光を検知するカラー原稿読取装置にもこの発明は適用することができる。上記のような白黒原稿読取装置の場合は、上述したリセットノイズは一定であるからリセットノイズを除去する補正回路を設けるのも有効な手段であるが、カラー原稿読取装置のように波長の異なる複数種類の光を原稿に順次照射して各種類の光を受けているときの原稿からの反射光を検知する場合は、各色ごとにリセットノイズが異なるからそのような手段は有効ではない。これに対し、この発明はリセットノイズの発生自体を抑えているため、カラー原稿読取装置のような場合であっても有効な手段となり得る。
【0044】
また、図8に示すように1本のセンサで反射・透過を切り換えて使用する場合には残像ノイズが問題となるが、そのような場合にはこの発明が有効である。
【0045】
また、上記実施の形態ではリセット期間を4クロック期間4Tcに設定しているが、リセットノイズは隣接するフォトダイオード24のリセット制御信号の立上がり時に最も大きく発生するから、リセット期間は1クロック期間Tcよりも長く設定すればよい。換言すれば、従来は1つのフォトダイオード24だけをリセットしていたのに対し、この発明は連続する少なくとも2つのフォトダイオード24を同時にリセットしている。したがって、各リセットスイッチ素子をその次のリセットスイッチ素子をオンにした後にオフにするように制御回路を構成すればよい。また、各種電圧の値も一例であり、たとえばリセット電圧は接地電圧でなくてもよく、バイアス電圧Vpは正の電圧であってもよい。
【0046】
上述したフォトダイオード24、差動増幅器43、リセットスイッチ素子44、出力スイッチ素子45の数はあくまでも一例であって、少なくとも2つあればよい。
【0047】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0048】
【発明の効果】
この発明によれば、各リセットスイッチ素子をその次のリセットスイッチ素子をオンにした後にオフにしているため、光電変換素子のリセット時に隣接する光電変換素子に生じるノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態による原稿読取装置の全体構成を示す側面図である。
【図2】図1に示した原稿読取装置の上面図である。
【図3】図2中のA−A線矢視断面図である。
【図4】図3に示したフォトダイオードの構造を示す断面図である。
【図5】図2に示したイメージセンサおよび駆動ICの回路図である。
【図6】図5に示したイメージセンサおよび駆動ICを含む原稿読取装置の動作を示すタイミング図である。
【図7】3サイクルにわたってすべてのフォトダイオードに十分な光が入射し、続いて3サイクルにわたってほとんど光が入射しない場合における図5に示した駆動ICからの出力電圧を示すタイミング図である。
【図8】1本のセンサで反射・透過を切り換えて使用する場合を示す模式図である。
【符号の説明】
2 イメージセンサ
4 駆動IC
21 ガラス基板
24 フォトダイオード
252 引出配線
253 パッド
42 出力端子
43 差動増幅器
44 リセットスイッチ素子
45 出力スイッチ素子
46 制御回路
Claims (4)
- イメージセンサと、前記イメージセンサに接続された駆動集積回路装置とを備えた原稿読取装置であって、
前記イメージセンサは、
基板と、
前記基板上に第1のピッチで一直線に形成された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子に対応して前記基板上に形成され、前記基板の一辺に沿って前記第1のピッチよりも狭い第2のピッチで配置された複数のパッドと、
前記複数の光電変換素子に対応して前記基板上に形成され、前記複数の光電変換素子と前記複数のパッドとの間にそれぞれ接続された複数の引出配線とを含み、
前記駆動集積回路装置は、
出力端子と、
前記イメージセンサの複数のパッドにそれぞれ接続された複数の増幅器と、
前記イメージセンサの複数のパッドと所定電圧ノードとの間にそれぞれ接続された複数のリセットスイッチ素子と、
前記複数の増幅器の出力と前記出力端子との間にそれぞれ接続された複数の出力スイッチ素子と、
前記複数のリセットスイッチ素子を順次オンにしかつその各リセットスイッチ素子をその次のリセットスイッチ素子をオンにした後にオフにするとともに、前記複数のリセットスイッチ素子を順次オンにする前の所定期間前記複数の出力スイッチ素子を順次オンにする制御回路とを含み、
前記制御回路は、前記複数の光電変換素子のうち前記次のリセットスイッチ素子に対応する光電変換素子と前記次のリセットスイッチ素子との間に、前記次のリセットスイッチ素子をオンにしたことに応じた電流が流れる期間、前記各リセットスイッチ素子をオンにしたまま保つ、原稿読取装置。 - 前記原稿読取装置は、波長の異なる複数種類の光を原稿に順次照射して各種類の光を受けているときの前記原稿からの反射光または透過光を検知するものである、請求項1に記載の原稿読取装置。
- イメージセンサと、前記イメージセンサに接続された駆動集積回路装置とを備えた原稿読取装置の動作方法であって、
前記イメージセンサは、
基板と、
前記基板上に第1のピッチで一直線に形成された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子に対応して前記基板上に形成され、前記基板の一辺に沿って前記第1のピッチよりも狭い第2のピッチで配置された複数のパッドと、
前記複数の光電変換素子に対応して前記基板上に形成され、前記複数の光電変換素子と前記複数のパッドとの間にそれぞれ接続された複数の引出配線とを含み、
前記駆動集積回路装置は、
出力端子と、
前記イメージセンサの複数のパッドにそれぞれ接続された複数の増幅器と、
前記イメージセンサの複数のパッドと所定電圧ノードとの間にそれぞれ接続された複数のリセットスイッチ素子と、
前記複数の増幅器の出力と前記出力端子との間にそれぞれ接続された複数の出力スイッチ素子とを含み、
前記動作方法は、
前記複数の出力スイッチ素子のうちある出力スイッチ素子を所定期間オンにするステップと、
前記ある出力スイッチ素子がオフになった後に前記ある出力スイッチ素子に対応する第1のリセットスイッチ素子をオンにするステップと、
前記ある出力スイッチ素子がオフになった後に前記ある出力スイッチ素子に隣接するその次の出力スイッチ素子を所定期間オンにするステップと、
前記次の出力スイッチ素子がオフになった後に前記次の出力スイッチ素子に対応する第2のリセットスイッチ素子をオンにするステップと、
前記第2のリセットスイッチ素子がオンになった後、前記第1のリセットスイッチ素子をオフにするステップとを含み、
前記第1のリセットスイッチ素子をオフにするステップにおいて、前記複数の光電変換素子のうち前記次の出力スイッチ素子に対応する光電変換素子と前記第2のリセットスイッチ素子との間に、前記第2のリセットスイッチ素子をオンにしたことに応じた電流が流れる期間、前記第1のリセットスイッチ素子をオンにしたまま保つ、原稿読取装置の動作方法。 - 前記原稿読取装置は、波長の異なる複数種類の光を原稿に順次照射して各種類の光を受けているときの前記原稿からの反射光または透過光を検知するものである、請求項3に記載の原稿読取装置の動作方法。
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