(57)【要約】  【課題】  温度変動があっても安定した画像データを入力可能な固体撮像素子の信号処理装置及びフィルムスキャナを提供する。  【解決手段】  固体撮像素子の出力信号を所定レベルに増幅する増幅手段と、プリチャージレベルとデータレベルの差分を求めるＣＤＳ演算手段３５とを備えてなる固体撮像素子の信号処理装置であって、前記ＣＤＳ演算手段３５が、プリチャージレベル及びデータレベルをそれぞれサンプルするＡＤ変換手段３２と、ＡＤ変換されたプリチャージレベルとデータレベルの差分データを導出する差分演算手段３３とで構成され、前記増幅手段が、前記ＣＤＳ演算手段３５により導出された差分データを所定レベルに増幅する増幅演算手段３４で構成されている。【選択図】  図１
2006345152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の出力信号を所定レベルに増幅する増幅手段と、プリチャージレベルとデータレベルの差分を求めるＣＤＳ演算手段とを備えてなる固体撮像素子の信号処理装置であって、
前記ＣＤＳ演算手段が、プリチャージレベル及びデータレベルをそれぞれサンプルするＡＤ変換手段と、ＡＤ変換されたプリチャージレベルとデータレベルの差分データを導出する差分演算手段とで構成され、前記増幅手段が、前記ＣＤＳ演算手段により導出された差分データを所定レベルに増幅する増幅演算手段で構成されている固体撮像素子の信号処理装置。
【請求項２】
光源から照射されたフィルムの透過光または反射光に基づいて前記フィルムに担持された画像を読み取る固体撮像素子と請求項１記載の固体撮像素子の信号処理装置を備えてなるフィルムスキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の信号処理装置及びフィルムスキャナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像素子の信号処理装置は、固体撮像素子の出力信号から固体撮像素子固有のオフセットを除去するオフセット除去回路と、オフセットが除去された出力信号を所定レベルに増幅する増幅手段であるアナログ増幅回路と、前記アナログ増幅回路により増幅されたプリチャージレベルとデータレベルの差分を画像信号として求めるＣＤＳ演算手段であるアナログ相関二重サンプリング回路と、サンプリングされた画像信号を温度補償用のオフセット調整手段であるオフセット調整アンプと、前記オフセット調整アンプの出力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換手段とを備えて構成されていた。
【０００３】
そして、前記アナログ増幅回路における増幅率や、オフセット除去回路やオフセット調整アンプによるオフセット調整は、前記ＡＤ変換手段によりデジタル信号に変換された画像データが入力される画像処理プロセッサによる演算処理に基づいて自動調整されていた。
【特許文献１】特開平０６−１０５１３５号公報
【特許文献２】特開平０９−２８４６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の固体撮像素子の信号処理装置によれば、画像信号をＡＤ変換するまでの信号処理回路が全てアナログ回路で構成されていたために、周囲温度の影響が大きく、僅かな温度変動に対してオフセット電圧等の諸特性が変動し、上述の自動調整では十分に対応できず、例えばそのような信号処理装置を用いたフィルムスキャナでは、電源投入時と投入後の時間経過時或いは周辺温度の変動時に同じフィルム画像を読み取ってもその値が異なり、そのような画像データに基づいて写真プリンタから出力されたプリントでは濃度や色が微妙に異なるために写真プリントの商品価値が低下するという問題があった。
【０００５】
また、アナログ増幅回路の後段に固体撮像素子のアンプ雑音とリセット雑音を除去するＣＤＳ演算手段であるアナログ相関二重サンプリング回路が設けられていたために、オフセットの影響でアナログ相関二重サンプリング回路への入力電圧が変動するとそのレベルが入力レンジを超えるおそれがあるため、固体撮像素子固有のオフセットを除去するオフセット除去回路が不可欠でもあった。
【０００６】
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、温度変動があっても安定した画像データを入力可能な固体撮像素子の信号処理装置及びフィルムスキャナを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明による固体撮像素子の信号処理装置の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、固体撮像素子の出力信号を所定レベルに増幅する増幅手段と、プリチャージレベルとデータレベルの差分を求めるＣＤＳ演算手段とを備えてなる固体撮像素子の信号処理装置であって、前記ＣＤＳ演算手段が、プリチャージレベル及びデータレベルをそれぞれサンプルするＡＤ変換手段と、ＡＤ変換されたプリチャージレベルとデータレベルの差分データを導出する差分演算手段とで構成され、前記増幅手段が、前記ＣＤＳ演算手段により導出された差分データを所定レベルに増幅する増幅演算手段で構成されている点にある。
【０００８】
上述の構成によれば、差分演算手段がＡＤ変換手段によりサンプリングされたプリチャージレベルとデータレベルの差分データが導出され、固体撮像素子や前段のアナログ回路で発生するオフセット電圧が差分演算時に相殺されるので、固体撮像素子固有のオフセットを除去するオフセット除去回路等を設ける必要がなくなるのであり、増幅演算手段が前記導出されたデジタルの差分データを所定レベルに増幅するため、温度ドリフトが生じるアナログ回路やオフセットを調整するオフセット調整アンプ等を用いることなく、温度変動の影響を受けない所定レベルの画像データを得ることができるようになるのである。つまり、周囲温度の変動が生じても、安定した差分データとしての画像データを入力可能な固体撮像素子の信号処理装置とすることができるのである。
【０００９】
本発明によるフィルムスキャナの特徴構成は、同請求項２に記載した通り、光源から照射されたフィルムの透過光または反射光に基づいて前記フィルムに担持された画像を読み取る固体撮像素子と請求項１記載の固体撮像素子の信号処理装置を備えてなる点にあり、周囲温度の変動が生じても、安定した差分データとしての画像データを入力可能なフィルムスキャナとすることができるのである。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明した通り、本発明によれば、温度変動があっても安定した画像データを入力可能な固体撮像素子の信号処理装置及びフィルムスキャナを提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明による固体撮像素子の信号処理装置またはフィルムスキャナを写真処理装置に適用した実施の形態について説明する。デジタル方式の写真処理装置は、図２に示すように、撮影済みのネガフィルム（以下、単に「フィルム」と記す。）Ｆ等から写真画像を読み取るフィルムスキャナ１と、モニタＣ１、操作卓Ｃ２、システムコントローラＣを備え、スマートメディア、コンパクトフラッシュ(登録商標)等の各種のカード型メモリやＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ等の磁気式や光学式の記憶媒体に対応した複数のドライバを備えた操作設定部ＯＰと、前記フィルムスキャナ１で読み取られた写真画像データに基づいて印画紙を露光、現像処理して写真プリントＰを出力するプリンタ３とからなり、フィルムスキャナ１は、操作設定部ＯＰ及びプリンタ３とからなる本体と分離して構成されている。
【００１２】
前記プリンタ３は、図３に示すように、ロール状の印画紙Ｐが収容されたペーパーマガジン５０と、前記ペーパーマガジン５０から印画紙を引き出して搬送する複数の印画紙搬送ローラ５２と、搬送ローラ５２を駆動するモータ５４と、搬送される印画紙Ｐの感光面を露光する蛍光ビーム方式のプリントヘッド６０と、露光済みの印画紙に現像、漂白、定着の各処理を施す現像処理部６２と、現像処理された印画紙を乾燥しながら搬送する乾燥部６４と、乾燥された印画紙Ｐを最終のプリントとして排出する排出部６６とを備えて構成されている。尚、前記ペーパーマガジン５０から引き出された印画紙Ｐは、現像処理の前後何れかに配置されたカッター（図示せず）によって所定のプリントサイズにカットされて排出部６６に出力される。
【００１３】
前記プリントヘッド６０は、グリッド電圧の調節により発光が制御される蛍光体にレンズとカラーフィルタを装着した蛍光体素子を主走査方向に並べた赤色発光ブロックと緑色発光ブロックと青色発光ブロックの三列で構成してあり、前記フィルムスキャナ１により読み取られたＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各画像データに基づいて駆動制御することにより印画紙上に写真画像を生成する。
【００１４】
前記システムコントローラＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ回路等でなるマイクロコンピュータシステムを備えて構成してあり、モニタＣ１に表示された各種情報に従った操作卓Ｃ２からの入力操作に基づいて、上述のフィルムスキャナ１やプリンタ３の各ブロックを所定の手順で制御して動作させる。
【００１５】
前記フィルムスキャナ１は、フィルムＦに読取用の照明光を照射する照明光学系１０、フィルムＦを搬送するフィルム搬送部２０と、当該フィルム搬送部２０により搬送されたフィルムＦに記録されたコマ画像を読み取る画像読取部３０と、前記照明光学系１０、前記フィルム搬送部２０及び前記画像読取部３０による画像読取プロセスを制御する画像読取プロセス制御手段４０を備えて構成してあり、前記画像読取プロセス制御手段４０と前記システムコントローラＣとがシステム動作を制御する制御信号ラインＬ１で接続されるとともに、前記画像読取部３０と前記システムコントローラＣとが画像データを送信する画像信号ラインＬ２で接続されている。
【００１６】
前記照明光学系１０は、フィルムＦの搬送方向である副走査方向（図３で矢印で示す）に直交する主走査方向に沿って配置した棒状のハロゲンランプ１１と、ハロゲンランプ１１からの光線束の色分布を調整する調光フィルタ１２と、同光線束をスリット状に集光するシリンドリカルレンズ１３と、強度分布を均一にする拡散板１４と、幅狭のスリット１５を備えて構成してあり、主走査方向に沿ったスリット光によりフィルムを照射する。尚、拡散板１４及びスリット１５は後述のフィルム搬送機構２０に取り付けてある。
【００１７】
前記フィルム搬送機構２０は、フィルムＦを前記スリット１５の直下のフィルム投影部に向けて搬送する複数の搬送ローラ対２１と、搬送ローラ対２１を駆動するモータ２２を備えて構成してあり、フィルムＦは前記画像読取プロセス制御手段４０により所定速度で搬送制御される。
【００１８】
前記画像読取部３０は、集光レンズ、固体撮像素子としてのＣＣＤラインセンサ（以下、「ラインセンサ」と記す。）、本発明の主要部となる信号処理部３１等を備えて構成してあり、フィルムＦを透過した前記照明光学系１０からのスリット光が集光レンズによりラインセンサ上に結像され、ラインセンサにより読み取られたアナログ信号が後述する前記信号処理部３１によりデジタル信号に変換されるように構成されている。前記ラインセンサは、透過光のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各成分の光を選択的に通過させるカラーフィルタが夫々設けられた３列のラインセンサで構成され、以ってフィルム上の各コマ画像がフィルムＦの搬送に伴って、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各色成分に分解して読み込まれる。
【００１９】
前記システムコントローラＣによりフィルム読取指令が送られると、前記画像読取プロセス制御手段４０は、前記ハロゲンランプ１１を点灯させた後に、前記フィルム搬送機構２０によりフィルムＦを所定速度で搬送させ、前記画像読取部３０によりフィルム上に記録されたコマ画像を順次読み取り、読み取った画像データを画像信号ラインＬ２を介して前記システムコントローラＣに送信する。受信した画像データは記憶手段７０に記憶される。
【００２０】
前記記憶手段７０に記憶されたコマ画像データに所定の画像処理が施され、当該コマ画像データに基づいて駆動されるプリントヘッド６０により露光された印画紙Ｐが現像処理されて写真プリントとして出力される。
【００２１】
以下、前記信号処理部３１について詳述する。前記信号処理部３１は、図１に示すように、前記ラインセンサから出力されるアナログ信号としてのプリチャージレベル及びデータレベルをそれぞれサンプルするＡＤ変換手段３２と、前記ＡＤ変換手段３２によりＡＤ変換されたプリチャージレベル（アナログ信号の基準。）とデータレベル（アナログ信号は、最終的に所定レベルとなるべく増幅され他デジタル信号となるため、ここではデータレベルと呼ぶ。）の差分データを導出する差分演算手段３３と、前記差分演算手段３３により導出された差分データを所定レベルに増幅する増幅手段としての増幅演算手段３４とを備えて構成されている。つまり、プリチャージレベルとデータレベルの差分を求めるＣＤＳ演算手段３５が前記ＡＤ変換手段３２と前記ＣＤＳ演算手段３３とから構成されている。
【００２２】
尚、前記ラインセンサにより出力されるアナログ信号Ｓａは、図４に示すように、リセットノイズ、プリチャージレベル、データレベル等の信号が前記ラインセンサにおける一画素の読み取り周波数Ｆｓに応じて交互に発生する信号となっている。
【００２３】
前記ＡＤ変換手段３２は、前記ラインセンサにおける一画素の読み取り周波数の２倍の周波数のクロック信号ＣＬＫ１に基づいて、前記ラインセンサから出力されるアナログ信号としてのプリチャージレベル及びデータレベルをそれぞれサンプリングし、デジタル信号として変換して出力するように構成されている。つまり、アナログ信号としてのプリチャージレベルとデータレベルとに同期した前記クロック信号ＣＬＫ１に基づいて、アナログ信号としてのプリチャージレベルとデータレベルとを交互にサンプリングし、デジタル信号としてのプリチャージレベルとデータレベルとを交互に出力するように構成されている。
【００２４】
また、前記ＡＤ変換手段３２における入力レンジは、適宜、選択可能であるが、例えば、入力レンジを１４ビットとすれば、従来におけるＡＤ変換手段の一般的な入力レンジ、つまり、オフセット除去回路やアナログ増幅回路等を介して入力されてくるアナログ信号をＡ／Ｄ変換するために用いられるＡＤ変換手段の一般的な入力レンジである１２ビットと、凡そ同程度の分解能を得ることができる。具体的には、これまでの実験結果から、従来では前記オフセット除去回路で除去していた前記ラインセンサからのアナログ信号におけるオフセットをも同時に取り込むために、前記ＡＤ変換手段３２では、従来よりも１ビットだけ入力レンジの拡大を行なえばよく、また、従来ではアナログ増幅回路によりアナログ信号を増幅することで量子化誤差の発生を抑制していたものを、前記アナログ信号を増幅することなく従来と同程度に量子化誤差の発生を抑制するために、前記ＡＤ変換手段３２では、従来よりも更に１ビットだけ入力レンジの拡大を行なえばよい。つまり、前記ＡＤ変換手段３２では、従来よりも合計２ビット程度、入力レンジが拡大されていることが好ましい。もちろん、余裕を見て２ビットを超えるビット数でレンジを拡大してよいことはいうまでもない。
【００２５】
前記差分演算手段３３は、前記ＡＤ変換手段３２により変換されたデジタル信号としての前記プリチャージレベルと前記データレベルとの差分データを導出するもので、例えば、前記クロック信号ＣＬＫ１に基づいて動作する第一のフリップフロップ回路３６に一旦ホールドされて出力される前記ＡＤ変換手段３２により変換されたデジタル信号Ｄ（ｔ）から、同じく前記クロック信号ＣＬＫ１に基づいて動作する第二のフリップフロップ回路３７により前記クロック信号ＣＬＫ１の一周期分遅延したデジタル信号Ｄ（ｔ−１）を生成し、減算器３８により前記デジタル信号Ｄ（ｔ）から前記デジタル信号Ｄ（ｔ−１）を減算することで差分データを導出するとともに、第三のフリップフロップ回路３９により、前記クロック信号ＣＬＫ１の半分の周波数のクロック信号ＣＬＫ２に同期して、前記差分データを出力するように構成されている。
【００２６】
つまり、前記差分演算手段３３は、前記第二のフリップフロップ回路３７と前記減算器３８が、前記ＡＤ変換手段３２によりデジタル信号として交互に出力される前記プリチャージレベルと前記データレベルとの差分データとしての前記プリチャージレベルから前記データレベルを減算したＰＤ差分データと前記データレベルから前記プリチャージレベルを減算したＤＰ差分データとを導出し、前記第三のフリップフロップ回路３９が、前記ＰＤ差分データと前記ＤＰ差分データの何れか一方の差分データのみを前記クロック信号ＣＬＫ２に基づいてホールドし、前記ホールドした差分データを前記増幅演算手段３４に出力するように構成されている。
【００２７】
前記増幅演算手段３４は、前記差分演算手段３３から出力された差分データを所定レベルに増幅するもので、所定の差分データが予め設定されたレベルとなるように増幅率が設定され、前記増幅率に基づいてデジタル演算することで前記差分データを所定レベルに増幅する構成となっている。尚、前記増幅率は、当該フィルムスキャナの起動時に前記ハロゲンランプ１１における光量のリファレンス測定を行い、前記リファレンス測定により得られた光量に応じて、或いは、フィルムの地肌色等のリファレンス測定を行い、前記リファレンス測定により得られたフィルムの地肌色等に応じて、再設定される構成としてもよい。種々の条件に対応する増幅率に調整することで安定した画像データを出力することが可能となる。
【００２８】
以下、前記信号処理部３１の動作について図５のフローチャートに基づいて説明する。前記システムコントローラＣによりフィルム読取指令が送られることで、前記ラインセンサにより前記フィルム上に記録されたコマ画像の読み取りが開始されると（ＳＡ１）、前記ＡＤ変換手段３２は、前記ラインセンサより出力されるアナログ信号としてのプリチャージレベルとデータレベルとを前記ラインセンサにおける一画素の読み取り周波数の二倍の周波数のクロック信号ＣＬＫ１に基づいて交互にサンプリングし（ＳＡ２）、デジタル信号としてのプリチャージレベルとデータレベルとを交互に出力する（ＳＡ３）。
【００２９】
前記第一のフリップフロップ回路３６は、前記ＡＤ変換手段３２により出力されるデジタル信号を前記クロック信号ＣＬＫ１に基づいて一旦ホールドし、デジタル信号としてのプリチャージレベルとデータレベルの出力タイミングを調整する（ＳＡ４）。
【００３０】
前記第二のフリップフロップ回路３７は、前記第一のフリップフロップ回路３６に一旦ホールドされて出力されるデジタル信号Ｄ（ｔ）から、前記クロック信号ＣＬＫ１に基づいて前記クロック信号ＣＬＫ１の一周期分遅延したデジタル信号Ｄ（ｔ−１）を生成する（ＳＡ５）。
【００３１】
前記減算器３８は、前記デジタル信号Ｄ（ｔ）から前記デジタル信号Ｄ（ｔ−１）を減算することで、前記プリチャージレベルから前記データレベルを減算したＰＤ差分データと、前記データレベルから前記プリチャージレベルを減算したＤＰ差分データとを順次交互に導出する（ＳＡ６）。
【００３２】
前記第三のフリップフロップ回路３９は、例えば前記ＰＤ差分データのみ（ＤＰ差分データのみでもよい）を、前記クロック信号ＣＬＫ２に基づくことでホールドし、前記ホールドした差分データを前記増幅演算手段３４に出力する（ＳＡ７）。
【００３３】
前記増幅演算手段３４は、前記第三のフリップフロップ回路３９により出力された差分データを予め設定されたレベルに対応した増幅率に基づいてデジタル演算することで所定のレベルに増幅する（ＳＡ８）。尚、増幅された差分データは、画像データとして前記画像信号ラインＬ２を介して前記システムコントローラＣに送信される。
【００３４】
つまり、前記差分演算手段３３が前記ＡＤ変換手段３２によりサンプリングされたプリチャージレベルとデータレベルの差分データを導出し、前記増幅演算手段３４が前記導出された差分データを所定レベルに増幅するため、アナログ回路を用いることなく差分データを所定レベルに増幅する。よって、周囲温度の変動が生じても、安定した差分データとしての画像データを前記システムコントローラＣに送信することができる。また、ＡＤ変換手段３２は、１つのＡ／Ｄ変換器で構成してもよいし、プリチャージレベルとデータレベルを個別にサンプリングする計２つのＡ／Ｄ変換器で構成するものであってもよい。
【００３５】
尚、上述では、固体撮像素子にＣＣＤラインセンサを用いた場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は、前記固体撮像素子としてＣＣＤが二次元的に配設されているＣＣＤエリアセンサが使用される場合にも適用できるものであり、ＭＯＳ型センサを用いる場合にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】信号処理部の説明図
【図２】フィルムスキャナを含む写真処理装置の外観説明図
【図３】フィルムスキャナを含む写真処理装置のブロック構成図
【図４】アナログ信号とクロック信号の説明図
【図５】信号処理部の動作を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
【００３７】
１：フィルムスキャナ
３１：信号処理部
３２：ＡＤ変換手段
３３：差分演算手段
３４：増幅演算手段
３５：ＣＤＳ演算手段
３６：第一のフリップフロップ回路
３７：第二のフリップフロップ回路
３８：減算器
３９：第三のフリップフロップ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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