JP2954408B2 - イメージ読み取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ファクシミリやスキ
ャナー等において、光イメージデータを読み取って電気
信号として信号ライン上に取り出すのに用いるイメージ
読み取り装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来のイメージ読み取り装置を
示す回路図であり、図において、１は直流電圧Ｖｄの電
源にカソードが接続された複数の、すなわちｎドット分
の受光素子としてのフォトダイオード、２はコレクタが
上記直流電源に、ベースが上記フォトダイオード１のア
ノードにそれぞれ接続された上記ドット数分の各トラン
ジスタ、３は各トランジスタ２のエミッタと信号ライン
Ｓとの間に接続されたアナログスイッチで、外部からの
信号を受けてオン，オフ制御される。

【０００３】４ａ，４ｂ，４ｃは外部からのクロックパ
ルス（ＣＬＯＣＫ）に同期したスタートパルスＳＩに従
って、図１４に示すように、順次Ｑ出力を｀Ｈ´→｀Ｌ
´→｀Ｈ´とするように動作する複数のフリップフロッ
プで、これらのＱ出力端子がＤ入力端子に順次従属接続
されている。なお、これらの各Ｑ出力は上記各アナログ
スイッチ３をオン，オフ制御するのに用いられる。５は
信号ラインＳとグランドとの間に接続された放電スイッ
チであり、ここでは上記クロックの立ち上がりで光電流
の電荷をグランドに放電させるように機能する。

【０００４】また、図１５は信号の出力回路で、８は信
号ラインＳ上の信号ＳＩＧを増幅する増幅器、６はその
信号を電圧として得るために、増幅器８の入力側に入れ
たコンデンサ、７は信号ラインＳの電荷をグランドに落
すためのアナログスイッチで、上記クロックによりオ
ン，オフ動作するものである。

【０００５】次に動作について説明する。まず、フォト
ダイオード１によって光イメージデータを検出すると、
これに対応する光電流がトランジスタ２のベースに入力
され、ここでｈｆｅ倍に増幅され、その電荷が蓄積され
る。こうして蓄積された電荷は、アナログスイッチ３が
オンとなった時に、信号ラインＳに出力として送出され
る。

【０００６】一方、図１４に示すようなスタートパルス
ＳＩをクロック（ＣＬＯＣＫ）に同期させ、各フリップ
フロップ４ａ，４ｂ，４ｃに入力させると、これらの各
フリップフロップ４ａ，４ｂ，４ｃのＱ出力が順次｀Ｌ
´→｀Ｈ´→｀Ｌ´となり、これにともなって次々にア
ナログスイッチ３がオフ→オン→オフとなるように切り
替えられる。このため、このオン時に信号ラインＳに光
電流が流れるが、このとき、アナログスイッチ３の開を
待たずして、図１４に示すように、クロックパルスの立
ち上がりを利用してアナログスイッチ５が閉じられ、信
号ラインＳ上の信号ＳＩＧである光電流の電荷がグラン
ドに放出される。

【０００７】このように、光の蓄積時間を一定として、
光電流を取り出すので、複数の受光部の操作を行ったあ
と、再度スタートパルスＳＩを設定することにより、次
の読み取りラインの光電流を読み出すことができる。ま
た、図１５に示すように、信号ラインＳの信号を増幅器
８の入力側に入れた負荷コンデンサ６に入力すること
で、その信号を電圧として取り出すことができ、さら
に、上記クロックパルスでアナログスイッチ７をオン，
オフすることにより、信号ラインＳ上の電荷を完全に除
去することができ、最終出力としてＳＯ端子に上記電圧
をＡｖ倍したイメージデータを出力させることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のイメージ読み取
り装置は以上のように構成されているので、フォトダイ
オード１の出力を各トランジスタ２でｈｆｅ倍に増幅す
るため、光が照射されない時の電流である暗電流も増幅
され、反射率の少ない原稿、すなわち黒原稿などでは、
出力が暗電流に隠され、読み取りが困難になるほか、光
電流が受光部の持つ温度特性のため、周囲温度の変化に
よって大幅に変化し、外部操作で何らかの温度補正をす
る必要があるなどの問題点があった。

【０００９】また、暗電流のような微小電流領域では、
光電流と比べて増幅率ｈｆｅが一定ではなく、かつ、小
さいため、黒原稿などの読み取りの解像度が劣化するな
どの問題点があった。

【００１０】さらに、上記トランジスタ１による増幅に
よって、応答特性がこのトランジスタを設けない場合よ
りも悪くなり、信号ラインＳに負荷用のコンデンサ６を
設置していることと合わせて、さらに応答特性が悪化す
るなどの問題点があった。

【００１１】この請求項１の発明は上記のような問題点
を解消するためになされたもので、黒原稿の読み取り精
度の向上を図り、周囲温度の変化による光電流の変化を
抑えるとともに、トランジスタの増幅率を一定にするこ
とができるイメージ読み取り装置を得ることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この請求項１の発明に係
るイメージ読み取り装置は、光イメージデータを光電変
換する複数の受光素子の光電流を増幅する各一のトラン
ジスタと、これらのトランジスタから信号ラインへの出
力をオン，オフする各一のスイッチと、クロックパルス
を受けて順次タイミングがずれた信号を出力し、上記各
スイッチのオン，オフ動作を制御する、互いに従属接続
された各一のフリップフロップと、上記信号ラインに接
続され、上記クロックパルスを受けて上記光電流の電荷
をグランドに放電させる放電スイッチとを備えて、上記
トランジスタのベースと該トランジスタのエミッタまた
は上記グランドとの間に暗電流出力抑制用の高抵抗を接
続するものである。

【００１３】

【作用】この請求項１の発明における高抵抗は、受光素
子に流れる暗電流がトランジスタのベース，エミッタ間
に流れるのを抑えることにより、光電流のＳＮ比を向上
して、黒原稿付近の読み取りを可能にし、また、必要に
応じ感温素子の付加により、光電流の温度特性を改善し
たり、トランジスタのベースへの定電流入力により増幅
率を一定にしたりする。

【００１４】

【実施例】実施例１． 以下、この請求項１の発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１は直流電圧Ｖｄの電源にカソー
ドが接続された複数の、すなわちｎドット分の受光素子
としてのフォトダイオード、２はコレクタが上記直流電
源に、ベースが上記フォトダイオード１のアノードにそ
れぞれ接続された上記ドット数分の各トランジスタ、３
は各トランジスタ２のエミッタと信号ラインＳとの間に
接続されたアナログスイッチで、外部からの信号を受け
てオン，オフ制御される。

【００１５】４ａ，４ｂ，４ｃは外部からのクロックパ
ルス（ＣＬＯＣＫ）に同期したスタートパルスＳＩに従
って、図１４に示すように、順次Ｑ出力を｀Ｈ´→｀Ｌ
´→｀Ｈ´とするように動作する複数のフリップフロッ
プで、これらのＱ出力端子がＤ入力端子に順次従属接続
されている。なお、これらの各Ｑ出力は上記各アナログ
スイッチ３をオン，オフ制御するのに用いられる。５は
信号ラインＳとグランドとの間に接続された放電スイッ
チであり、ここでは上記クロックの立ち上がりで光電流
の電荷をグランドに放電させるように機能する。また、
９１は各トランジスタ２のベースとエミッタとの間に接
続されたベース抵抗としての暗電流出力抑制用の高抵抗
である。なお、上記信号ラインＳには図９に示すような
負荷側回路が接続されている。

【００１６】次に動作について説明する。まず、受光素
子としてのフォトダイオード１でイメージデータが受光
されると、このフォトダイオード１から対応する光電流
が出力され、この光電流はトランジスタ２の電流増幅作
用により、ｈｆｅ倍に増幅されて出力される。この場合
において、光電流が少ない場合や全くない場合にも暗電
流の増幅がなされるが、ベース抵抗９１の付加により、
光電流が全くない場合には、上記暗電流をトランジスタ
のベースから高抵抗９１を介してエミッタへバイパスし
て流出させることができ、このため、暗電流の増幅出力
が低減される。なお、トランジスタ２のエミッタ側は蓄
積作用が必要で、比較的高インピーダンスであるため、
ベース抵抗も高抵抗である必要がある。

【００１７】図２はかかるベース抵抗９１の抵抗値ＲＢ
を（イ）１００ＭΩと、（ロ）１０ＭΩと設定した場合
の出力電圧特性を示す。ここで諧調番号１は黒原稿濃度
１．７Ｄを示し、諧調番号が上昇するほど白原稿濃度に
近づき、諧調番号６は０．７６Ｄの濃度である。このよ
うに、ベース抵抗９１を付加することにより、出力電圧
は低下するが、諧調２から以降の直線性が向上する。ま
た、（ハ）はＲＢ＝∞として、ベース抵抗９１を付加し
ない場合の、すなわち従来例の場合の出力電圧である。
なお、この出力電圧は図１５のＳＯ端子に出力される。

【００１８】実施例２． 図３はこの請求項１の他の実施例を示す。この実施例で
は、フォトダイオード１とトランジスタ２のベースとの
接続点とグランドとの間に、ベース抵抗９２と感温素子
としてのダイオード１０２を直列してある。ここで、ダ
イオード１０２のカソードはグランドに接地されてい
る。

【００１９】この実施例によれば、フォトダイオード１
が出力する光電流は、トランジスタ２の電流増幅により
ｈｆｅ倍に増幅される。ところで、この光電流Ｉｐはフ
ォトダイオード１の直列抵抗や内部抵抗等を無視する
と、Ｉｐ＝Ｉｅ−Ｉｄ＝Ｉｅ−Ｉｓ｛ｅｘｐ（ｅＶｐ／
ｋＴ）−１｝で与えられ、Ｉｅを発生する光電流、Ｉｄ
をダイオードに流れる無効電流、Ｉｓを逆飽和電流、ｅ
を電荷、Ｖｐをダイオード１０２の両端に発生する電
圧、ｋをボルツマン定数，Ｔを絶対温度とすると、光電
流Ｉｐは周囲温度で変化することがわかる。

【００２０】一方、ダイオード１０２の順方向電圧は周
囲温度の上昇で低下するため、ベース抵抗９２の大きさ
を適当に選択することにより、光電流の周囲温度に対す
る変化を軽減することもできる。この場合、トランジス
タ２のエミッタに、上記ベース抵抗９２とダイオード１
０２を接続してもよいが、上記のようにグランドに接続
すると、ダイオード１０２の順方向電圧の温度変化を大
きくとることができる。

【００２１】図４はベース抵抗９２を（ニ）１００ＭΩ
と、（ホ）１０ＭΩとし、これらに直列にダイオード１
０２を順方向に接続し、グランドに接地した場合の出力
電圧特性を示す。これによればベース抵抗９２がない場
合、つまり、（ヘ）ＲＢ＝∞となる場合に対して、この
ベース抵抗９２の抵抗値Ｒｂが減少するほど、周囲温度
に対する出力電圧の変化率が低減することがわかる。但
し、諧調番号６（原稿濃度０．７６Ｄ）の出力電圧も抵
抗値Ｒｂが減少するに従い低下する。これは、光電流が
トランジスタ２のベース，エミッタ間で増幅されず、一
部がグランド側に流出するためである。

【００２２】実施例３． 図５はこの請求項１のさらに他の実施例を示す。これは
ＶＢ端子より、５〜５０μＡの定電流をベース抵抗９３
を介して、トランジスタ２のベースに供給するようにし
たものである。これによれば、ベース，エミッタ間の再
結合電流より高い動作点での電流増幅が行えるので、増
幅率ｈｆｅが一定となる。そして、この実施例による出
力電圧特性は、（ト）ベース電流がある場合および
（チ）ベース電流がない場合について、図６に示す通り
であり、諧調１（黒）で出力電圧は上昇するが、比較的
直線性のよい出力電圧が得られる。なお、５０μＡ以上
のベース電流では、電荷の注入効率が悪化し、諧調が上
がる程直線性が低下し、かつ悪化する。

【００２３】実施例４． なお、上記各実施例では、図１，図３，図５に示すよう
に信号ラインＳの出力を図１５に示すコンデンサ６によ
り取り出し、増幅器８で増幅するものを示したが、トラ
ンジスタ２のエミッタ出力として、すなわち信号ライン
Ｓの出力をコンデンサ６に代わる負荷抵抗により取り出
すようにしてもよい。

【００２４】実施例５． また、上記各実施例では各トランジスタ２の出力を信号
ラインＳに取り出すのに、アナログスイッチ３を用いた
が、他のリレーやバッファなどのスイッチであってもよ
く、また、放電スイッチとしてのアナログスイッチ５は
信号ラインＳの電荷を速やかにグランドに放出する役目
を持ち、図１５のアナログスイッチ７と同等の作用を持
つので、原理的にはこれらのどちらか一方を省略するこ
とができる。

【００２５】実施例６． 図７はこの請求項２の発明の一実施例を示し、１は受光
素子としての複数のフォトダイオード、２１は各フォト
ダイオード１と同数分設けられたオペアンプ、２２は一
端がフォトダイオード１とオペアンプ２１の正側入力端
子との接続中点に接続され、他端がグランドに接続され
た光電流読み取り用の抵抗である。

【００２６】また、２３，２４はオペアンプ２１の出力
端子および負側入力端子間と、この負側入力端子および
グランド間にそれぞれ接続された増幅率設定用の抵抗、
２５はオペアンプ２１の出力端子とアナログスイッチ３
との間に接続した保護抵抗である。なお、このほかの図
１に示したものと同一の構成部分には同一符号を付し
て、その重複する説明を省略する。

【００２７】かかる構成のイメージ読み取り装置では、
フォトダイオード１に入力した光イメージ信号は光電変
換されて、抵抗２２の両端に抵抗値ＲＩに対応する電位
を生じる。そして、この電位にもとづいて、オペアンプ
２１から非反転の増幅電流が出力され、これが図８に示
すように非反転の増幅信号として出力される。ここで、
このオペアンプ２１の増幅率は、抵抗２３，２４の各抵
抗値をＲＡ，ＲＢとするとＲＡ／ＲＢとなり、ほぼＲＡ
／ＲＢ倍の光電圧に電圧変換される。

【００２８】また、このオペアンプ２１を含む回路の応
答スピードτは、Ｋを定数、Ｃをフォトダイオード１の
接合容量、Ｒを負荷抵抗とすると、τ＝Ｋ・Ｃ・Ｒとな
り、従来のＪを定数，ｈｆｅをトランジスタの増幅率と
した場合のτ＝Ｊ・Ｃ・Ｒ・ｈｆｅに比較して、大幅に
応答スピードが向上することになり、図８に示すよう
な、立ち上がり，立ち下がりの早い波形のライン信号Ｓ
ＩＧが出力される。なお、ここでも、信号ラインＳに接
続された負荷用のコンデンサ６による応答スピードの遅
れは生じる。

【００２９】ここで、各保護抵抗２５は各フリップフロ
ップ４ａ，４ｂ，４ｃの出力により、各アナログスイッ
チ３を開閉して出力を取り出すが、放電スイッチ５で信
号ラインＳの電荷をリセットするときに放電させるとと
もに、各オペアンプ２１の出力がショートしないように
する。

【００３０】実施例７． 図９はこの請求項２の発明の他の実施例を示す。これは
図７に示す保護抵抗２５とアナログスイッチ３との接続
中点とグランドとの間に負荷抵抗２６を接続したもので
あり、このほかは図７と同一の構成となっている。ま
た、図１０は図９における信号ラインＳ上の信号の出力
回路を示し、８はその信号をＡｖ倍して出力端子へ出力
するが、ここでは図１５に示す負荷用のコンデンサ６は
不要である。

【００３１】この実施例によれば、フォトダイオード１
の接合容量以外に容量成分が存在しないので、実施例６
の場合よりもさらに高速の読み取りが可能であり、応答
スピードτは、負荷抵抗をＲｌとすると、τ＝Ｋ・Ｃ・
Ｒｌで、例えばＫ＝３，Ｃ＝２ＰＦ，Ｒｌ＝１０ＫΩと
すると、τは約６０ｎｓｅｃとなり、従来のトランジス
タ２を用いた場合に比較して、１０倍以上のスピードと
なる。なお、Ｒｌは大きいほど、出力電圧が高くとれる
が、応答スピードの低下を考慮すると１０ＫΩ程度が最
適値である。

【００３２】実施例８． 図１１はこの請求項１のさらに他の実施例を示す。これ
は、図９に示す負荷抵抗２６とグランドとの間に感温素
子としてのダイオード９４を接続したものであり、これ
によれば周囲温度の変化に対して、出力電圧の変化を、
さらに小さく抑えることができる。

【００３３】図１２はこの出力電圧の変化を、（リ）ダ
イオード９４がなく、図１５に示すようなコンデンサ６
がある場合、（ヌ）ダイオード９４があり、負荷抵抗２
６の抵抗値Ｒｌが１０ＫΩの場合、（ル）ダイオード９
４がなく、負荷抵抗２６の抵抗値Ｒｌが１０ＫΩの場合
に分けて示したものであり、（リ），（ル）の場合は出
力電圧の変化率が約０．６％／℃であるのに対し、
（ヌ）の場合は０．４％／℃となる。

【００３４】なお、上記実施例ではダイオード９４をオ
ペアンプ２１の出力側に設けたが、抵抗２２に直列に入
れて接地するようにしてもよい。また、上記ダイオード
９４の代わりに感温素子としてのツェナーダイオードや
サーミスタなどを使用してもよく、上記実施例と同様の
効果を奏する。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この請求項１の発明によ
れば、光イメージデータを光電変換する複数の受光素子
の光電流を増幅する各一のトランジスタと、これらのト
ランジスタから信号ラインへの出力をオン，オフする各
一のスイッチと、クロックパルスを受けて順次タイミン
グがずれた信号を出力し、上記各スイッチのオン，オフ
動作を制御する、互いに従属接続された各一のフリップ
フロップと、上記信号ラインに接続され、上記クロック
パルスを受けて上記光電流の電荷をグランドに放電させ
る放電スイッチとを備えて、上記トランジスタのベース
と該トランジスタのエミッタまたは上記グランドとの間
に暗電流出力抑制用の高抵抗を接続するように構成した
ので、暗電流がトランジスタのベース・エミッタ間に流
れるのを抑えて、反射率の少ない黒原稿が読み取りにく
くなるのを防止できる。また、必要に応じ、ダイオード
などの感温素子を付加することによって、光電流の周囲
温度による変化を抑制できる。さらに、トランジスタの
ベースに定電流を入力するようにすれば、このトランジ
スタの増幅率を一定にでき、直線性のよいイメージデー
タの読み取りを行えるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この請求項１の発明の一実施例によるイメージ
読み取り装置を示す回路図である。

【図２】図１の一実施例による出力電圧と原稿濃度との
関係を示す出力電圧特性図である。

【図３】この請求項１の発明の他の実施例によるイメー
ジ読み取り装置を示す回路図である。

【図４】図３の回路における出力電圧と周囲温度との関
係を示す出力電圧特性図である。

【図５】この請求項１のさらに他の実施例によるイメー
ジ読み取り装置を示す回路図である。

【図６】図５の実施例による出力電圧と原稿濃度との関
係を示す出力電圧特性図である。

【図７】この請求項２の発明の一実施例によるイメージ
読み取り装置を示す回路図である。

【図８】図７における回路各部の信号を示すタイミング
チャート図である。

【図９】この請求項２の発明の他の実施例によるイメー
ジ読み取り装置を示す回路図である。

【図１０】この請求項２の発明における出力回路を示す
回路図である。

【図１１】この請求項２の発明のさらに他の実施例によ
るイメージ読み取り装置を示す回路図である。

【図１２】図１１における出力電圧と周囲温度との関係
を示す出力電圧特性図である。

【図１３】従来のイメージ読み取り装置を示す回路図で
ある。

【図１４】図１３の回路各部の信号を示すタイミングチ
ャート図である。

【図１５】従来の出力回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１ フォトダイオード（受光素子） ２ トランジスタ ３ アナログスイッチ（スイッチ） ４ａ，４ｂ，４ｃ フリップフロップ ５ アナログスイッチ（放電スイッチ） ２１ オペアンプ ９１，９２，９３ ベース抵抗（高抵抗） Ｓ 信号ライン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 読み取った光イメージデータを光電変換
   する複数の受光素子と、これらの受光素子の光電流を増
   幅する各一のトランジスタと、これらのトランジスタか
   ら信号ラインへの出力をオン，オフする各一のスイッチ
   と、クロックパルスを受けて順次タイミングがずれた信
   号を出力して、上記各スイッチのオン，オフ動作を制御
   する、互いに従属接続された各一のフリップフロップ
   と、上記信号ラインに接続され、上記クロックパルスを
   受けて上記光電流の電荷をグランドに放電させる放電ス
   イッチと、上記トランジスタのベースと該トランジスタ
   のエミッタまたは上記グランドとの間に接続された暗電
   流出力抑制用の高抵抗とを備えたイメージ読み取り装
   置。