JPH0691603B2 - イメージセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、複数のフォトダイオードをのこぎり波電圧
に基づいて順次に走査するイメージセンサに関する。

［従来の技術］ イメージセンサは、光情報を電気信号に変換するための
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ッ
チとを有している。アナログスイッチは例えば電界効果
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125μｍ）
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
幅が例えば10μｍのように必然的に狭くなり、イメージ
センサの製造の歩留まりが低くなった。

この種の問題を解決するために、ダイオードの直列回路
を利用してフォトダイオードを走査する方式が、特願平
１−198279号に開示されている。ここに開示されている
イメージセンサは配線導体の幅を約20μｍとすることが
可能になり、極めて容易に製造することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、ここに開示されているイメージセンサに第２図
（Ａ）に示すのこぎり波電圧を供給すると、フォトダイ
オードの駆動電圧（走査電圧）Vp3〜Vp3が第２図（Ｃ）
の点線で示すように完全に飽和せずに時間と共に増大す
る。このような電圧変化は微小な光入力の検出を不可能
にする。

そこで、本発明の目的は検出精度（感度）を高めること
ができるイメージセンサ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、時間と共に連続的又は階
段状に増大又は減少するのこぎり波を供給するための駆
動電圧源１又は1a、1b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第１のダイオードDa1〜Da3が直
列に接続された回路であり、その一端が前記駆動電圧源
１又は1a、1bに接続されており、且つ前記複数個の第１
のダイオードDa1〜Da3は前記のこぎり波に基づいて順バ
イアスされる方向性をそれぞれ有しており、且つ前記第
１の電極が前記駆動電圧源１側となるように前記複数個
の第１のダイオードDa1〜Da3が配置されているダイオー
ド直列回路と、前記複数個の第１のダイオードDa1〜Da3
の前記第２の電極に一端がそれぞれ接続されている複数
の第１の抵抗Ra1〜Ra3と、第１の電極と第２の電極とを
それぞれ有し、前記複数の第１の抵抗Ra1〜Ra3の他端に
それぞれの前記第１の電極が接続されており、且つ前記
のこぎり波に基づいて順バイアスされる方向性をれぞれ
有している複数個の第２のダイオードDb1〜Db3と、前記
複数個の第２のダイオードDb1〜Db3の第２の電極を共通
に接続する共通接続導体（例えばバイアス共通端子４）
と、前記のこぎり波の傾斜電圧の傾きと反対の傾きを有
して変化するバイアス電圧を前記複数個の第２のダイオ
ードDb1〜Db3の前記第２の電極に与えるように前記共通
接続導体と前記駆動電圧源１又は1a、1bの他端との間に
接続された可変バイアス電圧源５又は5a、5bと、前記複
数個の第１のダイオードDa1〜Da3の前記第２の電極と前
記駆動電圧源１又は1a、1bの他端との間にそれぞれ接続
された第２の抵抗Rb1〜Rb3と、共通の電流出力線３と、
前記複数の第１の抵抗Ra1〜Ra3の他端と前記共通の電流
出力線３との間にそれぞれ接続され、且つ前記のこぎり
波電圧によって逆バイアスされる方向性を有している複
数個のフォトダイオードS1〜S3と、前記複数個のフォト
ダイオードS1〜S3の相互干渉を防ぐために前記フォトダ
イオードS1〜S3と逆の方向性を有して前記フォトダイオ
ードS1〜S3の電流が流れる通路に接続された複数個のブ
ロッキングダイオードDc1〜Dc3と、前記共通の電流出力
線３と前記駆動電圧源１又は1a、1bの他端との間に接続
された電流−電圧変換回路２又は2a、2bとを備え、前記
可変バイアス電圧源５又は5a、5bが前記第２のダイオー
ドDb1〜Db3を逆バイアスする向きを有し且つ前記駆動電
圧源１又は1a、1bによって前記第２のダイオードDb1〜D
b3を導通させることを許す範囲であると共に前記第２の
ダイオードDb1〜Db3の導通後における前記第１の抵抗Ra
1〜Ra3と前記第２のダイオードDb1〜Db3との接続点P1〜
P3の電位の上昇分を打ち消すレベルの電圧を前記バイア
ス電圧として発生するように設定されていることを特徴
とするイメージセンサに係わるものである。

［作 用］ 本発明に従う可変バイアス電圧源５又は5a、5bはフォト
ダイオードS1〜S3の駆動電圧（逆方向バイアス）の飽和
領域における電圧値の増大を抑えて感度を高める作用を
有する。

［第１の実施例］ 第１図に示されている本発明の実施例に従う一次元イメ
ージセンサは、駆動電圧源１と、４つの画素即ちビット
に対応した４つの単位回路K0、K1、K2、K3と電流−電圧
変換回路２とを有する。この一次元イメージセンサは４
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、第１のダイ
オードDa1、Da2、Da3と、第２のダイオードDb1、Db2、D
b3と、第１の抵抗Ra1、Ra2、Ra3と、第２の抵抗Rb1、Rb
2、Rb3と、光検出用のフォトダイオードS1、S2、S3と、
ブロッキングダイオードDc1、Dc2、Dc3とから成る。電
圧源１と単位回路K1との間に配置されたもう１つの単位
回路K0は、第２のダイオードDb0と、第１の抵抗Ra0と、
フォトダイオードS0と、ブロッキングダイオードDc0と
から成る。単位回路K0は、別の単位回路K1、K2、K3にお
ける第１のダイオードDa1、Da2、Da3、及び第２の抵抗R
b1、Rb2、Rb3に対応するものを有していない。しかし、
単位回路K0にも別の単位回路K1、K2、K3の第１のダイオ
ードと第２の抵抗に対応するものを接続することができ
る。また、必要に応じて第１図のイメージセンサから初
段の単位回路K0を省くことができる。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つの第１
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）は駆動電圧源１
の一端に接続されている。第１のダイオードDa1、Da2、
Da3は駆動電圧源１の電圧によって順方向にバイアスさ
れる方向性を有している。即ち、第１のダイオードDa1
〜Da3のアノード（第１の電極）が駆動電圧源１の側に
配置されている。なお、駆動電圧源１の上側の端子がマ
イナスの時には、第１のダイオードDa1〜Da3のカソード
が駆動電圧源１の側に配置される。

第１のダイオードDa1、Da2、Da3のカソード（第２の電
極）に第１の抵抗Ra1、Ra2、Ra3と第２のダイオードDb
1、Db2、Db3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。単位回路K0にお
いては、駆動電圧源１の一端と他端との間に第１の抵抗
Ra0と第２のダイオードDb0との直列回路が接続されてい
る。第２のダイオードDb1、Db2、Db3は駆動電圧源１の
電圧によって順方向にバイアスされる方向性を有してい
る。即ち、第２のダイオードDb0〜Db3のアノードが駆動
電圧源１又は第１の抵抗Ra0〜Ra3を介して第１のダイオ
ードDa1〜Da3のカソードに接続されている。第２のダイ
オードDb0〜Db3のカソードは共通接続導体としてのバイ
アス共通端子４に接続されている。このバイアス共通端
子４と駆動電圧源１の他端（グランド）との間には本発
明に従う可変バイアス電圧源５が接続されている。この
可変バイアス電圧源５は正のバイアス電圧をバイアス共
通端子４に与える。

第２の抵抗Rb1〜Rb3は第１のダイオードDa1〜Da3のカソ
ードとグランドとの間に接続されている。

各単位回路K0、K1、K2、K3における第１の抵抗Ra0、Ra
1、Ra2、Ra3と第２のダイオードDb0、Db1、Db2、Db3の
相互接続点P0、P1、P2、P3にフォトダイオードS0、S1、
S2、S3とブロッキングダイオードDc0、Dc1、Dc2、Dc3と
の直列回路（第３の直列回路）が接続されている。即
ち、フォトダイオードS0〜S3のカソードが点P0〜P3に接
続され、アノードがフォトダイオードS0〜S3の相互干渉
を防ぐためのブロッキングダイオードDc0、Dc1、Dc2、D
c3を介して共通の電流出力線（共通接続導体）３に接続
されている。

電流−電圧変換回路２は演算増幅器６と帰還用抵抗Rfと
から成る。演算増幅器６の反転入力端子は共通電流出力
線３に接続され、非反転入力端子は駆動電圧源１の他端
（グランド）に接続され、帰還用抵抗Rfは反転入力端子
と出力端子との間に接続されている。演算増幅器６の出
力端子は反転増幅器７を介して出力端子８に接続されて
いる。なお、フォトダイオードS0〜S3は第２のダイオー
ドDb0〜Db3に実質的に並列接続されている。また、フォ
トダイオードS0〜S3は、駆動電圧源１ののこぎり波電圧
で逆バイアスされるように接続されている。

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。

駆動電圧源１はのこぎり波を発生する回路から成り、第
２図（Ａ）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（Ａ）ののこぎり波の最大振幅値は第１
図の全部の第１及び第２のダイオードDa0〜Da3、Db0〜D
b3をオン状態にすることができる値に設定されている。

フォトダイオードS0〜S3、第１のダイオードDa1〜Da3、
第２のダイオードDb0〜Db3、ブロッキングダイオードDc
0〜Dc3は、それぞれPIN接合ダイオードであって、水素
化アルモファ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。

フォトダイオードS0〜S3は逆バイアスされているので、
第４図に示すキャパシタンス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、フォトダ
イオードS0〜S3の等価キャパシタンスCsに流れる電流の
値は極めて小さい。

第１のダイオードDa1〜Da3及び第２のダイオードDb0〜D
b3がオン状態になった時の両端電圧即ち順方向電圧Vfは
ほぼ0.8Vである。第１の抵抗Ra0〜Ra3はそれぞれ100kΩ
であり、第２の抵抗Rb1〜Rb3はそれぞれ1kΩ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。

可変バイアス電圧源５は、第２図（Ｂ）に示すように第
２図（Ａ）ののこぎり波と同じ周期で傾斜電圧を発生す
る。この可変バイアス電圧Vbは、第２図（Ａ）ののこぎ
り波の傾斜電圧期間Taののこぎり波の傾きと逆の傾きを
有する。即ち、第２図（Ｂ）においてバイアス電圧Vbは
期間Taで時間と共に減少している。このバイアス電圧Vb
は、第２図（Ｃ）に縦軸を第２図（Ａ）に比べて拡大し
て示す点P0〜P3の電位Vp0〜Vp3の飽和領域の電位の増大
を抑えることができる値に設定されている。

［動 作］ 第１図のイメージセンサにおいて、駆動電圧源１から第
２図（Ａ）に示すのこぎり波が発生すると、点P0の電位
Vp0が第２図（Ｃ）に示す如く徐々に高くなり、点P0の
電位Vp0が単位回路K0の第２のダイオードDb0の順方向電
圧Vfになると、この第２のダイオードDb0がオン状態に
なり、点P0の電位Vp0はほぼ一定値（ほぼVf）即ち飽和
電圧値になる。単位回路K0の第２のダイオードDb0のオ
ン状態への転換とほぼ同時に単位回路K1の第１のダイオ
ードDa1もオン状態に転換する。単位回路K1の第１のダ
イオードDa1が非導通（オフ状態）の期間には、第１の
ダイオードDa1のカソードはほぼ零ボルトであるが、第
１のダイオードDa1がオン状態になって更に駆動電圧源
１ののこぎり波電圧Vdが高くなると、第１のダイオード
Da1のカソード電位はのこぎり波電源電圧Vdに追従して
高くなる。即ち、第１のダイオードDa1がオン状態にな
ると、この両端電圧は順方向電圧Vfにほぼ固定されるた
め、電源電圧VdからダイオードDa1の順方向電圧Vfを差
し引いた電圧が第２の抵抗Rb1の両端に加わる。また、
単位回路K1の第２のダイオードDb1が非導通の期間に
は、点P1の電位が第２の抵抗Rb1の両端電圧にほぼ等し
くなる。従って、第１のダイオードDa1がオン状態にな
った後に、点P1の電位Vp1が第２図（Ｃ）に示すように
徐々に上昇する。点P1の電位Vp1が第２のダイオードDb1
の順方向電圧Vfになると、これがオン状態になり、点P1
の電位Vp1はほぼ一定値（Vf）になる。単位回路K1の第
２のダイオードDb1のオン状態への転換とほぼ同時に単
位回路K2の第１のダイオードDa2がオン状態に転換し、
点P2に第２図（Ｃ）に示すように電位Vp2が得られる。
駆動電圧源１から供給されているのこぎり波の傾斜電圧
が更に増大すると、単位回路K3の第１のダイオードDa3
がオン状態に転換し、点P3に第２図（Ｃ）の電位Vp3が
得られる。点P0〜P3の電位Vp0〜Vp3が第２図（Ｃ）に示
すように順次に変化すると、各点P0〜P3とグランドとの
間に電流−電圧変換回路２を介して接続されたフォトダ
イオードS0〜S3が順次に駆動される。即ち、フォトダイ
オードS0〜S3が電気的に走査される。

第１図の回路においてフォトダイオードS0〜S3は一次元
的に配置されている。このフォトダイオードS0〜S3で光
情報を読み取る時には、まず、第１のダイオードDa1〜D
a3及び第２のダイオードDb0〜Db3の全部をオン状態にす
ることができる電圧を駆動電圧源１から発生させる。な
お、第１のダイオードDa1〜Da3及び第２のダイオードDb
0〜Db3の全部をオン状態にするための電圧は、第２図
（Ａ）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、第１及び
第２のダイオードDa1〜Da3、Db0〜Db3の全部をオンにす
ることができる。

第１のダイオードDa1〜Da3及び第２のダイオードDb0〜D
b3の全部がオン状態である期間には、点P0〜P3に得られ
る第２のダイオードDb0〜Db3の順方向電圧Vfによって各
フォトダイオードS0〜S3が逆バイアスされ、第４図に等
価的に示すキャパシタンスCsが充電される。なお、等価
キャパシタンスCsは極めて小さいので、ブロッキングダ
イオードDc0〜Dc3の順方向電流が急峻に立上る点よりも
前の領域の微小電流によって等価キャパシタンス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
ァクシミリの原稿のような被写体（図示せず）から得ら
れる光信号がフォトダイオードS0〜S3に入力されると、
光信号の有無及び大小に対応してフォトダイオードS0〜
S3の等価キャパシタンスCsの充電電荷量が変化する。即
ち、フォトダイオードS0〜S3の内で光信号が入力したも
のにおいて等価キャパシタンスCsの放電が生じ、光信号
が入力しなかったものでは等価キャパシタンスCsの放電
が生じない。等価キャパシタンスCsの放電の量は光量に
よって変化する。フォトダイオードS0〜S3に対して光入
力を与える方法は２つある。その１つはフォトダイオー
ドS0〜S3に常に光入力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２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２図（Ｃ）に示す
ように電位Vp0、Vp1、Vp2、Vp3が得られ、これによっ
て、フォトダイオードS0〜S3が順次に逆バイアスされ
る。換言すれば、第４図に示す等価キャパシタンスCsを
充電するための電圧がフォトダイオードS0〜S3に印加さ
れる。この時、フォトダイオードS0〜S3の等価キャパシ
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ったものに対
しては充電電流が流れない。フォトダイオードS0〜S3の
等価キャパシタンスCsの充電電流はブロッキングダイオ
ードDc0〜Dc3と電流−電圧変換回路２とを通って流れる
ので、充電電流の有無によって出力端子８の電圧Voutが
変化する。４つのフォトダイオードS0〜S3の全部に光入
力が与えられたために各等価キャパシタンスCsが放電し
ている状態において、第２図（Ｃ）に示す電位Vpo〜Vp3
がフォトダイオードS0〜S3に順次に印加されると、出力
端子８の電圧Voutは第２図（Ｄ）に示すようにフォトダ
イオードS0〜S3に充電電流が流れる毎に変化する。即
ち、各点P0〜P3の電位Vp0〜Vp3の増大につれて等価キャ
パシタンスCsの充電電流が増大し、各点P0〜P3の電位Vp
0〜Vp3が飽和すると、充電電流が減少し、この充電電流
の変化に対応した出力電圧Voutが得られる。なお、フォ
トダイオードS0〜S3から選択された１つ又は複数に光入
力が与えられなかった場合には、第２図（Ｄ）に示す電
流変動が生じない。

今迄、第２図（Ｃ）の各点P0〜P3の電位Vp0〜Vp3の飽和
領域の値をほぼ一定として説明した。しかし、本発明に
従う可変バイアス電圧源５が設けられておらず、従来の
イメージセンサと同様にバイアス共通端子４がグランド
に接続されているとすれば、第２図（Ｃ）の電位Vp0〜V
p3は完全に飽和せずに点線で示すように時間と共に増大
する。電位Vp0を例にとると、飽和開始時点の電位Vsと
のこぎり波電圧の傾斜期間Taの終了時点の電位Vrとの間
に差が生じる。この差は飽和開始時点からこぎり波傾斜
電圧の終了時点までの時間が長いほど大きくなる。この
時間長はVp0、Vp1、Vp2、Vp3の順に短くなる。第２図
（Ｃ）に示す電位Vp0〜Vp3は、フォトダイオードS0〜S3
を逆バイアスするものであるので、この電位Vp0〜Vp3が
発生している期間にはフォトダイオードS0〜S3の等価容
量Csの充電が継続される。

ところで、等価容量Csが予め充電されているフォトダイ
オードS0〜S3に例えば100ルクスのように大きな光入力
を与えることによってフォトダイオードS0〜S3の等価容
量Csを放電させ、しかる後、第２図（Ａ）に示すのこぎ
り波電圧VdでフォトダイオードS0〜S3を順次に走査する
と、第２図（Ｃ）で点線で示す飽和領域の電位の上昇の
有無にほとんど無関係に第３図（Ａ）に示す各ビット間
の分離性の良い、大きさに差のない出力電流Ioutを得る
ことができる。

しかし、フォトダイオードS0〜S3の光入力が例えば10ル
クスのように小さい場合には、第２図（Ｃ）に示す電位
Vp0〜Vp3の飽和領域の電位上昇が問題になる。即ち、複
数のフォトダイオードS0〜S3の光情報（光入力）に対応
した信号を取り出すためには、フォトダイオードS0〜S3
に光情報の読み出しに必要な時間だけ一定の電圧を印加
することが理想である。しかし、本発明に従うイメージ
センサでは走査回路を簡略化するために、第２図（Ｃ）
に示すような継続的に駆動電圧（走査電圧）をフォトダ
イオードS0〜S3に与えている。即ち、読み出しに必要な
期間以外にも電圧がフォトダイオードS0〜S3に加えられ
ている。しかも、実際には、この電圧は、第２のダイオ
ードDb0〜Db3の直列抵抗のため、飽和開始後も上昇す
る。この結果、第２のダイオードDb0〜Db3のターンオン
時にはフォトダイオードS0〜S3の光情報の一部のみに対
応した出力電流が流れ、ターンオン後の飽和領域におい
て電位Vp0〜Vp3が上昇するあいだに、残りの光情報に対
応する電流が分散して流れる。ターンオン時に、光情報
のうちどれだけの割合に対応する出力電流を得られるか
は、飽和開始時点の電位Vsとのこぎり波電圧の傾斜期間
Taの終了時点の電位Vrとの差に対応し、この差が小さい
程、その割合は大きい。つまり、前段のビット程、Vsと
Vrの差が大きいので、ターンオフ時に出力電流として光
情報を取り出せる割合が小さい。従って、第３図（Ｂ）
で点線で示すように、前段のビット程電流のピークが小
さくなる。即ち、前段のビット程感度が低下する。この
ビット間感度の差は、低照度において顕著になる。

これに対して、本発明に従って可変バイアス電圧源５か
ら第２図（Ｂ）に示す時間と共に減少するバイアス電圧
Vbを与えると、フォトダイオードS0〜S3に対して第２の
ダイオードDb0〜Db3の両端電圧とバイアス電圧Vbとの和
が印加されることになり、第２のダイオードDb0〜Db3の
飽和領域の電圧上昇を打ち消すことが可能になり、電圧
上昇によりフォトダイオードS0〜S3に流れる不要な電流
を除去することができる。即ち、第２のダイオードDb0
〜Db3のターンオン時にフォトダイオードS0〜S3の光情
報の大部分に対応した出力電流を得ることができる。従
って、低レベル光入力の場合であっても、第３図（Ｂ）
の実線で示すようにビット間感度差のない出力電流Iout
が得られる。

なお、本実施例では第２図（Ｃ）においてVrがVsよりも
僅かに低くなるようにバイアス電圧Vbが決定されている
が、Vr＝Vsになるようにバイアス電圧Vbを設定してもよ
い。この実施例では光入力を与える前に要求される全フ
ォトダイオードS0〜S3の等価容量Csの充電を第２図
（Ａ）ののこぎり波電圧Vdで行うために、Vrをあまり低
くすることはできない。

バイアス電圧Vbは、ダイナミックレンジ（光入力の読み
取り範囲）の拡大にも寄与する。即ち、バイアス電圧Vb
と第２のダイオードDb0〜Db3の和の電圧でフォトダイオ
ードS0〜S3を駆動することになるので、ダイナミックレ
ンジが拡大される。

［第２の実施例］ 次に、第５図及び第６図を参照して本発明の第２の実施
例の一次元イメージセンサを説明する。

このイメージセンサは、第５図に示すように複数のセン
サ群B1〜Bnを有している。各センサ群B1〜Bnは、例えば
ファクシミリのイメージセンサを構成する場合には2000
個のフォトダイオードを幾何学的に一直線上に配置し、
これを数個〜数百個の群に分けたものである。

各センサ群B1〜Bnは第１図の単位回路K0、K1、K2、K3に
相当するものをそれぞれ含み、第１図から電圧源１と電
流−電圧変換回路２と反転増幅器７と、可変バイアス電
圧源５を除いた回路に等価である。

各センサ群B1〜Bnに駆動電圧Vdを与えるために、第１及
び第２ののこぎり波発生回路1a、1bが設けられている。
第１及び第２ののこぎり波発生回路1a、1bはタイミング
制御回路10で制御されて、第６図（Ａ）（Ｂ）に示す第
１及び第２ののこぎり波電圧（三角波）V1、V2を発生す
る。第１ののこぎり波発生回路1aは、t1〜t3期間でのこ
ぎり波（三角波）を発生した後にt3〜t5の休止期間を有
し、その後にt5〜t9で再びのこぎり波を発生する。即
ち、周期Ｔを有してのこぎり波を繰返して発生する。

第２ののこぎり波発生回路1bは第６図（Ａ）の第１のの
こぎり波電圧V1に対して位相差（遅れ時間）Tdを有する
第６図（Ｂ）に示す第２ののこぎり波電圧V2を周期Ｔを
有して発生する。即ち、この実施例では第１ののこぎり
波電圧V1の傾斜電圧区間t1〜t2、及びt5〜t8の終了時点
t2、t8に同期して第２ののこぎり波電圧V2の傾斜電圧が
立上り、第１ののこぎり波電圧V1の立上り時点t5、t10
で傾斜電圧区間が終了している。

第１ののこぎり波発生回路1aは、第１のマルチプレクサ
11を介して奇数番目のセンサ群B1、B3…Bn−１の各電源
端子に選択的に接続される。即ち、第１のマルチプレク
サ11は、タイミング制御回路10に制御されて第６図
（Ａ）の第１ののこぎり波電圧V1のt1〜t5の区間を抽出
して第１のセンサ群B1に与え、t5〜t10の区間を抽出し
て第３のセンサ群B3に与えるように、第６図（Ａ）のの
こぎり波を奇数番目のセンサ群B1、B3…Bn−１に分配す
る。

第２ののこぎり波発生回路1bは、第２のマルチプレクサ
12を介して偶数番目のセンサ群B2、B4…Bnの電源端子に
選択的に接続される。即ち、第２のマルチプレクサ12
は、タイミング制御回路10に制御されて第６図（Ｂ）の
のこぎり波電圧V2のt2〜t8区間を抽出して第２のセンサ
群B2に与え、t8から発生するのこぎり波を第４のセンサ
群B4に与えるように第６図（Ｂ）ののこぎり波を偶数番
目のセンサ群B2、B4…Bnに与える。

なお、第１のマルチプレクサ11によって第６図（Ａ）の
t1〜t2、t5〜t8等の傾斜電圧区間のみを抽出し、第２の
マルチプレクサ12によって第６図（Ｂ）のt2〜t5、t8〜
t10の傾斜電圧区間のみを抽出して各センサ群B1〜Bnに
分配することもできる。

第５図の奇数番目のセンサ群B1、B3…Bn−１の共通電流
出力線３は、第１の合成電流出力線13に接続され、偶数
番目のセンサ群B2、B4…Bnの共通電流出力線３は第２の
合成電流出力線14に接続されている。

第１の電流−電圧変換回路2aは、演算増幅器6aと帰還用
抵抗Rfとから成り、反転入力端子が第１の合成電流出力
線13に接続されている。第２の電流−電圧変換回路2b
は、演算増幅器6bと帰還用抵抗Rfとから成り、反転入力
端子は第２の合成電流出力線14に接続されている。

第１及び第２の電流−電圧変換回路2a、2bの出力端子は
第１及び第２の反転増幅器7a、7bを介して合成回路とし
てのマルチプレクサ15に接続されている。マルチプレク
サ15はタイミング制御回路10で制御されて、第１及び第
２の反転増幅器7a、7bの出力を交互に抽出し、共通出力
端子８にセンサ出力電圧Voutを送出する。

奇数番目のセンサ群B1、B3…Bn−１の第１図に示すバイ
アス共通端子４は、第５図の第１のバイアス共通端子4a
に接続され、偶数番目のセンサ群B2、B4…Bnのバイアス
共通端子４は第２のバイアス共通端子4bに接続されてい
る。第１及び第２のバイアス共通端子4a、4bは第１及び
第２の可変バイアス電圧源5a、5bに接続されている。こ
の第１及び第２の可変バイアス電圧源5a、5bは第１図の
可変バイアス電圧源５に等価なものであり、第６図
（Ｃ）（Ｄ）に示す第１及び第２の可変バイアス電圧Vb
1、Vb2をタイミング制御回路10の制御のもとに周期的に
発生する。この可変バイアス電圧Vb1、Vb2により、第１
の実施例と同一の作用効果が得られる。

ところで、第６図（Ａ）（Ｂ）ののこぎり波の正の傾斜
電圧が発生している期間には正方向の出力電流Ioutが流
れる。また、第１図に示した第１のダイオードDa1〜Da
3、第２のダイオードDb1〜Db3、ブロッキングダイオー
ドDc1〜Dc3、フォトダイオードS1〜S3はそれぞれPIN型
ダイオードであり、等価容量を有し、のこぎり波電圧の
印加時に充電される。のこぎり波電圧が零になると、各
ダイオードの電荷の放出が生じ、共通電流出力線３に正
常時と逆向きの電流が流れ、第６図（Ｅ）（Ｆ）に示す
ように逆向きの電圧が発生する。この逆向きの電圧はセ
ンサ群B1〜Bnの出力の合成において不都合なものであ
る。しかし、本実施例では、センサ群B1〜Bnが奇数と偶
数に分割されているので、逆向きの電圧の影響を除去又
は軽減することができる。

次に、この動作を説明する。

第１及び第２ののこぎり波発生回路1a、1bから発生した
第６図（Ａ）（Ｂ）に示す第１及び第２ののこぎり波電
圧V1、V2は第１及び第２のマルチプレクサ11、12で奇数
センサ群B1、B3…Bn−１と偶数センサ群B2、B4…Bnに分
配される。第６図のt1〜t3区間ののこぎり波によって第
１のセンサ群B1が駆動されると、第１の反転増幅器7aの
出力段の出力電圧Vaは第６図（Ｅ）のt1〜t2区間のよう
に変化した後、逆電圧がt2〜t4の期間Tbに発生する。し
かし、第１ののこぎり波電圧V1はt3〜t5の休止期間（零
ボルト期間）を有して次ののこぎり波を発生するため
に、第３のセンサ群B3の光情報の読み取りにはt2〜t4期
間の逆方向電圧が影響しない。勿論、逆方向電圧の発生
期間Tbがのこぎり波の期間Ta及び休止期間t2〜t5よりも
長い場合には問題になるが、本実施例ではTbがt2〜t5よ
りも短くなるように各部の回路定数が設定されている。
なお、第６図のt4時点は、Ｎ階調（Ｎ段階）の光入力の
強弱を判別することが必要なイメージセンサにおいて
は、t4時点で、出力電圧Va、Vbの最大光入力時の振幅値
と光入力遮断時の振幅値との差（最大変化幅約1000nA）
の1/Nの値よりも小さい逆電圧値になる時点である。

第６図（Ａ）の第１ののこぎり波電圧V1による走査が休
止している期間においては、第６図（Ｂ）に示す第２の
のこぎり波電圧V2による走査が行われ、偶数番目のセン
サ群B2、B4…Bnの走査に基づいて第６図（Ｆ）に示す第
２の出力電圧Vbを反転増幅器7bの出力段に得ることがで
きる。

出力合成用のマルチプレクサ15は、第６図（Ｅ）の第１
の出力電圧Vaのt1〜t2、t5〜t8の区間及び第６図（Ｆ）
の第２の出力電圧Vbのt2〜t5、t8〜t10区間を抽出す
る。これにより、出力端子８に第６図（Ｇ）に示す合成
された出力電圧Voutが得られる。なお、マルチプレクサ
15は第６図（Ｅ）（Ｆ）の逆方向電圧を切り捨てている
ので、第６図（Ｇ）の合成出力電圧Voutに逆方向電圧は
含まれていない。従って、各センサ群B1〜Bnのフォトダ
イオードS1〜S3の出力を正確且つ高速に得ることができ
る。なお、演算増幅器6a、6bの出力端子とグランドとの
間に逆方向電圧を吸収するためのダイオードを接続する
ことができる。この場合にはマルチプレクサ15を加算回
路に置き換えることができる。

［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） 光電変換素子S0〜S3の相互干渉を防ぐためのブ
ロッキングダイオードDc0〜Dc3を第１の抵抗Ra0〜Ra3に
直列に接続すること、又は、第２の抵抗Rb1〜Rb3と第１
の抵抗Ra1〜Ra3との間に接続することが可能である。

（２） のこぎり波を第７図に示すような、階段状のこ
ぎり波とすると、及び第８図に示すように２次曲線的に
増大するのこぎり波とすることができる。

（３） 各ダイオードの極性、駆動電圧源１の極性を逆
にすることもできる。この場合には、可変バイアス電圧
源５、5a、5bの極性も逆になる。

（４） 実施例ではダイオードDa1〜Da3、Db0〜Db3とし
て水素化アルモファスシリコン（非晶質シリコン）を使
用したが、非晶質シリコンカーバイト等を使用すること
もできる。

（５） ダイオードDa1〜Dan、Db0〜Dbn、Dc0〜DcnはPI
N、PI、IN、ショットキー接合ダイオード等のいずれで
あってもよい。

（６） 第２の抵抗Rb1〜Rb3の値を後段に向うに従って
大きくしてもい。

（７） 電流−電圧変換回路２を電流検出抵抗と増幅器
との組み合せで構成することが可能である。

（８） 第５図の変形として３つの以上ののこぎり波発
生回路を設け、センサ群B1〜Bnを３つ以上のグループに
分けてもよい。

［発明の効果］ 上述から明らかなように本発明によれば低レベルの光情
報の読み取りが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１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図の各部の状態を示す波形図、 第３図は光入力レベルの大小による出力電流の変化を示
す波形図、 第４図はフォトダイオードの等価回路図、 第５図は第２の実施例のイメージセンサを示すブロック
図、 第６図は第５図の各部の状態を示す図、 第７図及び第８図はのこぎり波の変形例を示す波形図で
ある。 １……電圧源、Da1〜Da3……ダイオード、Ra1〜Ra3……
第１の抵抗、Rb1〜Rb3……第２の抵抗、S1〜S3……フォ
トダイオード、２……電流−電圧変換回路、５……可変
バイアス電圧源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】時間と共に連続的又は階段状に増大又は減
   少するのこぎり波を供給するための駆動電圧源（１又は
   1a、1b）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第
   １のダイオード（Da1〜Da3）が直列に接続された回路で
   あり、その一端が前記駆動電圧源（１又は1a、1b）に接
   続されており、且つ前記複数個の第１のダイオード（Da
   1〜Da3）は前記のこぎり波に基づいて順バイアスされる
   方向性をそれぞれ有しており、且つ前記第１の電極が前
   記駆動電圧源（１）側となるように前記複数個の第１の
   ダイオード（Da1〜Da3）が配置されているダイオード直
   列回路と、 前記複数個の第１のダイオード（Da1〜Da3）の前記第２
   の電極に一端がそれぞれ接続されている複数の第１の抵
   抗（Ra1〜Ra3）と、 第１の電極と第２の電極とをそれぞれ有し、前記複数の
   第１の抵抗（Ra1〜Ra3）の他端にそれぞれの前記第１の
   電極が接続されており、且つ前記のこぎり波に基づいて
   順バイアスされる方向性をそれぞれ有している複数個の
   第２のダイオード（Db1〜Db3）と、 前記複数個の第２のダイオード（Db1〜Db3）の第２の電
   極を共通に接続する共通接続導体と、 前記のこぎり波の傾斜電圧の傾きと反対の傾きを有して
   変化するバイアス電圧を前記複数個の第２のダイオード
   （Db1〜Db3）の前記第２の電極に与えるように前記共通
   接続導体と前記駆動電圧源（１又は1a、1b）の他端との
   間に接続された可変バイアス電圧源（５又は5a、5b）
   と、 前記複数個の第１のダイオード（Da1〜Da3）の前記第２
   の電極と前記駆動電圧源（１又は1a、1b）の他端との間
   にそれぞれ接続された第２の抵抗（Rb1〜Rb3）と、 共通の電流出力線（３）と、 前記複数の第１の抵抗（Ra1〜Ra3）の他端と前記共通の
   電流出力線（３）との間にそれぞれ接続され、且つ前記
   のこぎり波電圧によって逆バイアスされる方向性を有し
   ている複数個のフォトダイオード（S1〜S3）と、 前記複数個のフォトダイオード（S1〜S3）の相互干渉を
   防ぐために前記フォトダイオード（S1〜S3）と逆の方向
   性を有して前記フォトダイオード（S1〜S3）の電流が流
   れる通路に接続された複数個のブロッキングダイオード
   （Dc1〜Dc3）と、 前記共通の電流出力線（３）と前記駆動電圧源（１又は
   1a、1b）の他端との間に接続された電流−電圧変換回路
   （２又は2a、2b）とを備え、 前記可変バイアス電圧源（５又は5a、5b）が前記第２の
   ダイオード（Db1〜Db3）を逆バイアスする向きを有し且
   つ前記駆動電圧源（１又は1a、1b）によって前記第２の
   ダイオード（Db1〜Db3）を導通させることを許す範囲で
   あると共に前記第２のダイオード（Db1〜Db3）の導通後
   における前記第１の抵抗（Ra1〜Ra3）と前記第２のダイ
   オード（Db1〜Db3）との接続点（P1〜P3）の電位の上昇
   分を打ち消すレベルの電圧を前記バイアス電圧として発
   生するように設定されていることを特徴とするイメージ
   センサ。