JPH0566061B2

JPH0566061B2 -

Info

Publication number: JPH0566061B2
Application number: JP1226811A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Hirooka; Hiromi Kakinuma
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1993-09-21
Also published as: JPH0389670A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、複数の回路素子に順次に電圧を供
給するための走査回路装置に関し、更に詳細に
は、一次元イメージセンサに好適な走査回路装置
に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］イメージセンサは、光情報を電気信号に交換す
るための複数の光電変換素子と、複数の光電変換
素子を電気的に走査して電気信号を選択的に得る
ためのアナログスイツチとを有している。アナロ
グスイツチは、例えば、特開昭63−2377号公報に
開示されているように電界効果トランジスタ
（FET）から成り、複数の光電変換素子の近傍に
配置されている。

ところで、集積回路構成のイメージセンサにお
いては、１つの光電変換素子即ち１つの画素の幅
（例えば125ミクロンメートル）に収まるように１
つの電界効果トランジスタが配置されなければな
らない。しかし、このように極めて狭い幅に収ま
るように電界効果トランジスタを形成することは
容易でない。また、電界効果トランジスタのドレ
インとソースとゲートのための３つの配線導体層
を基板上の予め決められた幅の中に設ける時に
は、３つの配線導体層の幅が必然的に狭くなり、
イメージセンサの製造の歩留りが低くなつた。従
つて、本発明の目的は、トランジスタよりも電極
の数が少ないダイオードを使用した走査回路装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するための本発明は、実施例を
示す図面の符号を参照して説明すると、のこぎり
波を供給するための電圧源１と、第１の電極と第
２の電極とをそれぞれ有する複数個のダイオード
Da１〜Da３が直列に接続された回路であり、そ
の一端が前記電圧源１に接続され、且つそれぞれ
のダイオードDa１〜Da３の順方向電流が前記の
こぎり波に基づいて流れるような方向性をそれぞ
れのダイオードDa１〜Da３が有し、且つそれぞ
れのダイオードDa１〜Da３の前記第１の電極が
前記電圧源１の側に配置されている第１の直列回
路と、それぞれがコンデンサ又はコンデンサとし
て機能するダイオードＣ１〜Ｃ３又はDc１〜Dc
３と第１の抵抗Ra１〜Ra３とを直列に接続した
回路から成り、それぞれのダイオードDa１〜Da
３の前記第２の電極と前記電圧源１の他端との間
にそれぞれ接続されている複数の第２の直列回路
と、それぞれのダイオードDa１〜Da３の前記第
２の電極と前記電圧源１の他端との間にそれぞれ
接続された複数の第２の抵抗Rb１〜Rb３と、そ
れぞれの第１の抵抗Ra１〜Ra３に実質的に並列
にそれぞれ接続されている複数の走査される回路
素子Ｓ１〜Ｓ３とから成る走査回路装置に係わる
ものである。

［作用］上記本発明におけるダイオードDa１〜Da３は
走査される回路素子Ｓ１〜Ｓ３を順次駆動するた
めのスイツチとして働き、のこぎり波電圧即ち傾
斜電圧によつて順次に導通する。この結果、第１
の抵抗Ra１〜Ra３の両端にも順次に電圧が得ら
れ、この電圧が走査される回路素子Ｓ１〜Ｓ３に
印加される。この回路はトランジスタを含まない
ので、容易に製造することができる。

［実施例）次に、第１図〜第５図を参照して本発明の実施
例の一次元イメージセンサを説明する。

第１図に示されている一次元イメージセンサ
は、のこぎり波を発生する電圧源１と、３つの画
素即ちビツトに対応した３つの単位回路Ｋ１，Ｋ
２，Ｋ３と、負荷回路RLと、結合コンデンサＣ
と、出力端子２とを有する。この一次元イメージ
センサは３つよりも多い数の画素を検出すること
ができるように構成されている。しかし、この一
次元イメージセンサの全部の構成を図面に示すこ
とは困難であるので、その一部のみが第１図に示
されている。

互いに同一の３つの単位回路Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３
は、ダイオードDa１，Da２，Da３と、コンデン
サＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、第１の抵抗Ra１，Ra
２，Ra３と、第２の抵抗Rb１，Rb２，Rb３と、
光電変換素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と、ブロツキング
ダイオードDb１，Db２，Db３とから成るアノー
ド（第１の電極）とカソード（第２の電極）とを
有する３つのダイオードDa１，Da２，Da３が互
いに直列に接続された回路（第１の直列回路）の
一端（左端）は電圧源１の一端に接続されてい
る。ダイオードDa１，Da２，Da３は電圧源１の
電圧によつて順方向にバイアスされる方向性を有
している。即ち、ダイオードDa１〜Da３のアノ
ード（第１の電極）が電圧源１の側に配置されて
いる。なお、電圧源１の上側の端子がマイナスの
時には、ダイオードDa１〜Da３のカソードが電
圧源１の側に配置される。

ダイオードDa１，Da２，Da３のカソード（第
２の電極）と電圧源１の他端（グランド）との間
にはコンデンサＣ１〜Ｃ３と第１の抵抗Ra１〜
Ra３とを直列にそれぞれ接続した回路（第２の
直列回路）がそれぞれ接続されている。

各単位回路Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３におけるコンデン
サＣ１〜Ｃ３と第１の抵抗Ra１，Ra２，Ra３と
の相互接続点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に光電変換素子Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３のカソードがそれぞれ接続されて
いる。光電変換素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のアノード
は光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の相互干渉を防ぐため
のブロツキングダイオードDb１〜Db３と共通の
負荷抵抗RLとを介して電圧源１の他端（グラン
ド）に接続されている。従つて、各光電変換素子
Ｓ１〜Ｓ３は各第１の抵抗Ra１〜Ra３に実質的
に並列接続されている。光電変換素子Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３はホトダイオードから成り、電圧源１の
電圧で逆バイアスされるように接続されている。
従つて、光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３に流れる電流は
極めて小さい。

第１図のイメージセンサの各部の詳細は次の通
りである。

電圧源１はのこぎり波を発生する回路から成
り、第２図に示すのこぎり波即ち掃引信号を周期
的に発生する。第２図ののこぎり波の最大振幅値
は第１図の全部のダイオードDa１〜Da３をオン
状態にすることができる値に設定されている。ま
た、傾斜電圧の傾きは、各単位回路Ｋ１〜Ｋ３の
動作が重複しないゆるい傾きに決定されている。

光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３、ダイオードDa１〜
Da３、ブロツキングダイオードDb１〜Db３は、
それぞれpin接合ダイオードであつて、水素化ア
モルフアスシリコン半導体層と、この半導体層の
下側に設けられた一方の電極層と、半導体層の上
側に設けられた他方の電極層とから成り、共通の
絶縁基板（図示せず）上に設けられている。

光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３は逆バイアスされてい
るので、第３図に示すキヤパシタンスCsと光強
度に比例する電流源Isとの並列回路で等価的に示
される。なお、光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の等価キ
ヤパシタンスCsに流れる電流の値は極めて小さ
い。

ダイオードDa１〜Da３、Db１〜Db３がオン
状態になつた時の両端電圧即ち順方向電圧Vfは
ほぼ1Vである。第１の抵抗Ra１〜Ra３はそれぞ
れ3kΩであり、第２の抵抗Rb１〜Rb３はそれぞ
れ10kΩであり、これ等はTiO₂，Ta−SiO₂又は
NiCr等の物質で形成されている。また、コンデ
ンサＣ０〜Ｃ３の容量は100pFである。

［動作］今、電圧源１の電圧をVd、ダイオードDa１〜
Da３のカソードの電位をＶ１〜Ｖ３、コンデン
サＣ１〜Ｃ３の両端電圧をVc１〜Vc３，Ｐ１〜
Ｐ３点の電位即ち第１の抵抗Ra１〜Ra３の両端
電圧をVp１〜Vp３とすれば、各部の状態が第４
図に示すように変化する。即ち、のこぎり波電圧
Vdの増大で初段のダイオードDa１がオンになる
と、そのカソード電位がＶ１で示すように変化す
る。また、コンデンサＣ１の充電電流はダイオー
ドDa１のカソード電位Ｖ１が低い期間には非直
線的に流れるので、第１の抵抗Ra１の電圧Vp１
はカソード電位Ｖ１の増大に追従して増大する。
しかし、コンデンサＣ１の電圧Vc１がカソード
電位Ｖ１と比例し同じ速度で増大するようになる
と、第１の抵抗Ra１の電圧Vp１が飽和状態にな
る。即ち、コンデンサＣ１が一定電流で充電され
るようになると、抵抗Ra１の電圧Vp１が一定に
なる。

次に、単位回路Ｋ１のコンデンサＣ１と抵抗
Ra１との直列回路を例にしてコンデンサＣ１の
電圧Vc１と抵抗Ra１の電圧VR１との変化を詳
しく説明する。のこぎり波電圧Vdのランプ（傾
斜）係数をａ、抵抗Rb１の両端電圧をＶ１＝at、
コンデンサＣ１及び抵抗Ra１の値をＣ１，Ｒ１、
時間をｔとすれば、Vc１，VR１を次式で示すこ
とができる。

Vc1＝at−aC1R1（１−e^-t/C1R1） VR1＝aC1R1（１−e^-t/C1R1） Vc１とVR１とは、at−Vc１＝VR１の関係に
あるので、まずVc１の変化について説明すると、
初めはＣ１に電荷がたまつておらず、且つ電圧Ｖ
１も０［Ｖ］であるので、Vc１，Vr１は０［Ｖ］
である。Ｖ１が直線的に上昇していくと、Ｃ１と
Ra１の回路に電流が流れ始める。この電流によ
り、Ra１には電圧降下VR１が生じる。Ｃ１には
電荷Ｑ１がたまり始め、Vc１が生じる。VR１と
Vc１は次第に大きくなつていく。

しかし、Ｖ１の上昇開始直後は、Ｖ１の絶対値
が小さいので、電流が非常に小さく、Ｃ１には極
めてゆつくりと電荷Ｑ１がたまつていく。したが
つてVc１は、Ｖ１の上昇速度よりも非常に遅い
速度で上昇するので、Vc１はほぼ零とみなせる
値であり、ほぼVR１＝Ｖ１であつて、VR１は、
入力電圧Ｖ１と同程度の速度で上昇する。

時間の経過とともに、Ｖ１が上昇し、電流も増
大していく。同時にＣ１には電荷Ｑ１が蓄えられ
ていく。電流が増大するので、電荷Ｑ１の増加す
る速度も大きくなつていく。つまり、Vc１は指
数関数的に増大する。

Vc１が増大すると、Ra１にかかる電圧Vr１
は、Vr１＝Ｖ１とは言えなくなり、正確には、
VR１＝Ｖ１−Vc１である。VR１とVc１は時間
とともに上昇する。Vc１はＶ１の上昇とともに
いつまでも上昇するが、VR１は一定値以上には
ならずに飽和する。そのとき電流も一定値とな
り、Ｃ１には、電荷Ｑ１が一定速度でたまり、
Vc１は一定速度で上昇する。この上昇速度が入
力電圧Ｖ１の上昇速度と等しくなる。

初段のダイオードDa１のカソード電位が第２
段目のダイオードDa２をオンにするレベルに達
成すると、第２段目の単位回路Ｋ２において前段
と同一の動作が繰返される。

点Ｐ１〜Ｐ３の電位Vp１〜Vp３が第４図Ａに
示すように順次に変化すると、各点Ｐ１〜Ｐ３と
グランドとの間に負荷抵抗RLを介して接続され
た光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３が順次に駆動される。
即ち、光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３が電気的に走査さ
れる。

第１図の回路において光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３
は一次元的に配置されている。この光電変換素子
Ｓ１〜Ｓ３で光情報を読み取る時には、まず、ダ
イオードDa１〜Da３の全部をオン状態にするこ
とができ、かつＰ１〜Ｐ３の全部の電位を飽和さ
せることができる電圧を電圧源１から発生させ
る。なお、ダイオードDa１〜Da３の全部をオン
状態にし、かつ点Ｐ１〜Ｐ３の全部の電位を飽和
状態にするための電圧は、第２図に示すのこぎり
波で与えることができる。即ち、のこぎり波の最
大値及びこの近傍の電圧値は、ダイオードDa１
〜Da３の全部をオンにし、かつ点Ｐ１〜Ｐ３の
全部の電位を飽和させることができる。

ダイオードDa１〜Da３の全部がオン状態で、
かつ点Ｐ１〜Ｐ３の全部の電位が飽和している期
間には、点Ｐ１〜Ｐ３の電位Vp１〜Vp３によつ
て各光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３が逆バイアスされ、
第３図に等価的に示すキヤパシタンスCsが充電
される。なお、等価キヤパシタンスCsは極めて
小さいので、ブロツキングダイオードDb１〜Db
３の順方向電流が急峻に立上る点よりも前の領域
の電流によつてこの等価キヤパシタンスCsの充
電を達成することができる。

第１図のイメージセンサに対向配置されている
例えばフアクシミリの原稿のような被写体（図示
せず）から得られる光信号が光電変換素子Ｓ１〜
Ｓ３に入力されると、光信号の有無及び大小に対
応して光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の等価キヤパシタ
ンスCsの充電電荷量が変化する。即ち、光電変
換素子Ｓ１〜Ｓ３の内で光信号が入力したものに
おいて等価キヤパシタンスCsの放電が生じ、光
信号が入力しなかつたものでは等価キヤパシタン
スCsの放電が生じない。等価キヤパシタンスCs
の放電の量は光量によつて変化する。光電変換素
子Ｓ１〜Ｓ３に対して光信号を与える方法は２つ
ある。その１つは光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３に常に
光信号を与える方法であり、もう１つは予め決め
られた期間（例えば電圧源１の電圧Vdが零ボル
トの期間）にのみ光入力を与える方法である。

電圧源１の電圧Vdが第４図Ａに示すように時
間と共に直線的に増大すると、点Ｐ０〜Ｐ３に第
４図Ａに示すように電位Vp１，Vp２，Vp３が
得られ、これによつて光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３が
順次に逆バイアスされる。換言すれば、第３図に
示す等価キヤパシタンスCsを充電するための電
圧が光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３に印加される。この
時、光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の等価キヤパシタン
スCsの内で光入力で放電したものに対しては充
電電流が流れるが、光入力がなくて放電しなかつ
たものに対しては充電電流が流れない。光電変換
素子Ｓ１〜Ｓ３の等価キヤパシタンスCsの充電
電流はブロツキングダイオードDb１〜Db３と負
荷抵抗RLとを通つて流れるので、負荷抵抗RLの
電圧は充電電流の有無によつて変化し、同時に出
力端子２の電圧Voutも変化する。又、走査開始
時とそれ以降とではレベルが異なる。このため、
負荷抵抗RLの電圧も傾斜電圧の増大につれて増
大する。しかし、結合コンデンサＣで負荷抵抗
RLの電圧の交流成分を抽出すれば、光電変換素
子Ｓ１〜Ｓ３の光入力に対応した出力電圧Vout
を得ることができる。第４図Ｂには２つの光電変
換素子Ｓ１，Ｓ２に光入力を与え、１つの光電変
換素子Ｓ３に光入力を与えなかつた場合の出力を
示す。この場合は、光電交換素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３が順次に走査されると、Ｓ１，Ｓ２の走査時に
は充電電流が流れるが、Ｓ３の走査時には充電電
流が流れない。これにより、光電変換素子Ｓ１〜
Ｓ３における空間的な光情報が時間軸上の電圧変
化に変換される。

以上のように本実施例では光電変換素子Ｓ１〜
Ｓ３の順次駆動（走査）をトランジスタを使用せ
ずにダイオードで行うことができる。ダイオード
は電界効果トランジスタに比べてゲート電極が不
要な分だけ作製が容易である。例えばビツト間隔
125μmの場合において配線導体の幅を20μm以上
にすることが可能になり、製造歩留りが大幅に向
上する。なお、スイツチ素子を電界効果トランジ
スタで構成する場合には、配線導体の幅を約
10μmにすることが必要であつた。

［変形例］本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。

(1) 第１図に示したブロツキングダイオードDb
１〜Db３を省くことができる。この場合は、
光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３を光導電素子にする。

(2) 光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の充電電流の読み取
りは、第５図の回路でも行うことができる。第
５図の回路では、第１図の負荷抵抗RLの位置
にコンデンサCLが接続されている。従つて、
第１図の光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の充電電流
は、このコンデンサCLを通つて流れる。この
結果、コンデンサCLは光電変換素子Ｓ１〜Ｓ
３の充電電流に対応した充電状態になる。コン
デンサCLに並列に接続されたスイツチ３は光
電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の走査に同期して周期的
にオン状態になる。これによつて、コンデンサ
CLが周期的に放電状態となり、複数の光電変
換素子Ｓ１〜Ｓ３の充電電流に対応した電圧が
コンデンサCLから順次に得られる。コンデン
サCLの電圧は演算増幅器４を介して出力端子
２に送られる。

(3) 第１図及び第５図の出力端子２にサンプルホ
ールド回路又はピークホールド回路を接続する
ことができる。

(4) 第５図のスイツチ３及び／又は出力端子２に
接続されるサンプルホールド回路又はピークホ
ールド回路を周期的に制御するための信号をク
ロツクに基づいて作ることができる。また、こ
の周期的制御信号を電圧源１の電流変化時点に
基づいて作ること、又は第１の抵抗Ra１〜Ra
３の下端を共通に接続し、この共通接続点と電
圧源１の下端（グランド）との間に接続した電
流検出器の出力電流の変化時点に基づいて作る
こと、又は第２の抵抗Rb１〜Rb３の下端を共
通に接続し、この共通接続点とグランドとの間
に接続した電流検出器の出力電流の変化時点に
基づいて作ることができる。

(5) 電圧源１から発生するのこぎり波は第６図に
示すように時間と共に２次曲線的に変化するも
のであつてもよい。

(6) 実施例に従うイメージセンサの読取り画素を
多くすると、その分だけ駆動電圧Vdを高くし
なければならない。従つて、読取り画素数の最
大を数十個程度にすることが望ましい。これよ
りも画素数を多くする場合にはイメージセンサ
を複数個のブロツクに別けて駆動すればよい。

第７図では第１図の単位回路Ｋ１〜Ｋ３に相
当するｎ個の単位回路がｍ個の回路ブロツクＢ
１〜Ｂ２……Bmに分割されている。各回路ブ
ロツクＢ１〜Bmには、第１図の単位回路Ｋ１
〜Ｋ３に相当するものを数個〜数十個含み、第
１図のイメージセンサ回路から電圧源１を省い
た回路に相当するものである。各回路ブロツク
Ｂ１〜Bmは電圧源１ａにマルチプレクサ１０
を介して接続されている。各回路ブロツクＢ１
〜Bmの出力端子は増幅器Ａ１〜Amを介して
共通に接続されている。電圧源１ａは第８図Ａ
に示すのこぎり波（三角液）を繰返して発生す
る。マルチプレクサ１０は第８図Ｂ，Ｃに示す
ように、第８図Ａののこぎり波を回路ブロツク
Ｂ１〜Bmに分配する。各回路ブロツクＢ１〜
Bmの各光電変換素子に対する光入力は第８図
Ｄに示すように常に与える。

第９図及び第１０図はイメージセンサの別の
駆動方法を示す。第９図においても、第７図と
全く同様に、第１図の単位回路Ｋ１〜Ｋ３に相
当するｎ個の単位回路がｍ個の回路ブロツクＢ
１〜Bmに分けられている。各回路ブロツクＢ
１〜Bmは電圧源１にそれぞれ接続されてい
る。第９図の電圧源１は第１図のそれと同様に
第１０図Ａに示すのこぎり波を発生する。のこ
ぎり波は第１０図Ｂ，Ｃに示すように回路ブロ
ツクＢ１〜Bmに同時に供給される。この結
果、各回路ブロツクＢ１〜Bmで走査が同時に
開始し、同時に出力が発生する。各回路ブロツ
クＢ１〜Bmの出力はメモリを含む信号処理回
路１１に送られる。信号処理回路１１は回路ブ
ロツクＢ１〜Bmの出力を回路ブロツクＢ１〜
Bmの配列順番に対応するように共通の時間軸
上に配置する。なお、第９図のイメージセンサ
では、第１０図Ｄに示すように光電変換素子に
対する光入力が駆動電圧Vdが零の期間に与え
られている。

(7) ダイオードDb１〜Db３のカソード端子に電
圧を印加してよい。即ちグランドを零ボルトと
せずに、任意の電圧にすることができる。

(8) 第１１図に示すように、第１図のコンデンサ
Ｃ１〜Ｃ３の代りに、等価容量として機能する
ダイオードDc１〜Dc３を逆方向接続してもよ
い。このダイオードDc１〜Dc３の静電容量は
光電変換素子Ｓ１〜Ｓ３の静電容量よりも大き
くする。

［発明の効果］上述のように本発明によれば、ダイオードを使
用した単純な構成の走査装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わるイメージセン
サを示す回路図、第２図は第１図の電圧源から供
給する電圧の波形図、第３図は光電変換素子の等
価回路図、第４図は第１図の各部の電圧を示す波
形図、第５図は光電変換素子の出力回路の変形例
を示す回路図、第６図はのこぎり波の変形例を示
す波形図、第７図は単位回路の数が多い時の光電
変換素子の駆動方式を原理的に示すブロツク図、
第８図は第７図の各部の状態を示す図、第９図は
第７図と同様に単位回路の数が多い時の光電変換
素子の駆動方式を原理的に示すブロツク図、第１
０図は第９図の各部の状態を示す図、第１１図は
変形例のイメージセンサを示す回路図である。１……電圧源、２……出力端子、Da１〜Da３
……ダイオード、Ｃ１〜Ｃ３……コンデンサ、
Ra１〜Ra３……第１の抵抗、Rb１〜Rb３……
第２の抵抗、Ｓ１……Ｓ３……光電変換素子。

Claims

【特許請求の範囲】１のこぎり波を供給するための電圧源１と、第１の電極と第２の電極とをそれぞれ有する複
数個のダイオードDa１〜Da３が直列に接続され
た回路であり、その一端が前記電圧源１に接続さ
れ、且つそれぞれのダイオードDa１〜Da３の順
方向電流が前記のこぎり波に基づいて流れるよう
な方向性をそれぞれのダイオードDa１〜Da３が
有し、且つそれぞれのダイオードDa１〜Da３の
前記第１の電極が前記電圧源１の側に配置されて
いる第１の直列回路と、それぞれがコンデンサ又はコンデンサとして機
能するダイオードＣ１〜Ｃ３又はDc１〜Dc３と
第１の抵抗Ra１〜Ra３とを直列に接続した回路
から成り、それぞれのダイオードDa１〜Da３の
前記第２の電極と前記電圧源１の他端との間にそ
れぞれ接続されている複数の第２の直列回路と、それぞれのダイオードDa１〜Da３の前記第２
の電極と前記電圧源１の他端との間にそれぞれ接
続された複数の第２の抵抗Rb１〜Rb３と、それぞれの第１の抵抗Ra１〜Ra３に実質的に
並列にそれぞれ接続されている複数の走査される
回路素子Ｓ１〜Ｓ３とから成る走査回路装置。