(57)【要約】【課題】  ２つの異なる解像度の受光素子列を有するイメージセンサに対して、どちらにも読取速度と画質とを最適な条件で読取ることができる固体撮像装置及び画像読取装置を提供する。【解決手段】  第１の画素ピッチで配列された第１の受光素子列と、第１の画素ピッチとは異なる第二の画素ピッチで配列された第二の受光素子列の相対感度比率が解像度比率に反比例するようにそれぞれの受光画素を構成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の受光素子を第１の画素ピッチで主走査方向に複数個配置した第１の受光素子列と、前記第１の受光素子列に並行して第２の受光素子を第２の画素ピッチで複数個配置した受光素子列をｍ（自然数）列有する第２の受光素子列とを有する撮像装置において、
前記第２の受光素子列のｍ列の配列は、第２の画素ピッチの１／ｍずつ主走査方向にずれており、前記第１の画素ピッチと前記第２の画素ピッチとの比がｎ：１（ｎは２以上の整数）で、前記第１の受光素子の感度と前記第２の受光素子の感度との比がｍ×ｎ：１であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との感度の比は、受光面積の比と同じであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置と、前記第１と第２の受光素子列各々の蓄積時間制御回路を有する画像読取装置において、前記第１の受光素子列と第２の受光素子列の蓄積時間の比と、前記第１の受光素子の感度と前記第２の受光素子の感度との比とが反比例することを特徴とする画像読取装置。
【請求項４】
前記第１の受光素子の前記主走査方向と直交する副走査方向の大きさのｌ倍のラインピッチで前記第１の受光素子列を複数列配置し、前記ｎは２の累乗で、前記ｍ列の前記第２の受光素子列を一組として、複数組の前記第２の受光素子列を副走査方向にｌ×ｎの組ピッチで配置することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原稿の反射光や透過光を読取って電気的に変換する撮像装置及び画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表される通信ネットワークの発達、コンピュータの高速化、及び記憶媒体の大容量化に伴い、カラー画像を取り扱ううえで、より高画質化が望まれている。また、センサ製造技術、微細化技術の向上により、読取りセンサ自体も比較的安価で高精細なものが作られるようになっている。これらのニーズと供給が一致して、スキャナ等の画像読取装置は高解像度化が急速に進んでいる。例えば、Ａ４サイズの原稿を解像度３２００ｄｐｉで読取る場合は一列約２７２００画素のリニアセンサが必要となる。解像度を上げていくと、１画素当たりの受光面積は、小さくならざるをえない。更には、近年ＵＳＢ２．０に代表される通信の高速化に伴い、読取り速度も高速化が望まれ、例えばＡ４原稿を６００ｄｐｉで３０秒以内で読取るスキャナも現れている。高速化を図ろうとすると、１画素の読取り速度を短くしなければならない。
【０００３】
このため、高解像度化と高速化を両立させるのは、困難である。このように相反する高解像度化と高速化を両立する手段として、解像度の異なる複数の受光部を備えるセンサが例えば特許文献１として提案されている。図９を用いてこの画像読取装置に関して説明する。図９はイメージセンサの画素構成を表す概略図である。画素ピッチＰ１で配列された複数の受光部９０１と画素ピッチＰ１とは異なる画素ピッチＰ２で配列された複数の受光部９０２を間隔Ｄ１で同一基台（基板）上に載置することで異なる解像度の原稿読取りを可能としている。
【特許文献１】特開平１０−３２７２９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、異なる解像度のセンサは感度が異なるため、光源の光量や受光素子の蓄積時間を最適に設定しなければセンサ自体が持っている画質と速度の能力を最大限に活用することが出来ない。
【０００５】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、複数の解像度を持つセンサの画素構成や露光量（蓄積時間）設定の相対関係を最適化することにより、センサが持つ画質と速度の能力を最大限に活用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明の撮像装置は、第１の受光素子を第１の画素ピッチで主走査方向に複数個配置した第１の受光素子列と、前記第１の受光素子列に並行して第２の受光素子を第２の画素ピッチで複数個配置した受光素子列をｍ（自然数）列有する第２の受光素子列とを有する撮像装置において、前記第２の受光素子列のｍ列の配列は、第２の画素ピッチの１／ｍずつ主走査方向にずれており、前記第１の画素ピッチと前記第２の画素ピッチとの比がｎ：１（ｎは２以上の整数）で、前記第１の受光素子の感度と前記第２の受光素子の感度との比がｍ×ｎ：１であることを特徴とする撮像装置である。
【０００７】
また、本発明の画像読取装置は、上記の撮像装置と、前記第１と第２の受光素子列各々の蓄積時間制御回路を有する画像読取装置において、前記第１の受光素子列と第２の受光素子列の蓄積時間の比と、前記第１の受光素子の感度と前記第２の受光素子の感度との比とが反比例することを特徴とする画像読取装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、２つの異なる解像度のセンサ両方に対してスピードと画質のバランスを最適化した読取りが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１０】
先ず、各実施形態に共通の部分の説明を行う。図１は本発明のラインセンサを用いた画像読取装置の構成例を示す。１０１は調光制御可能な光源。１０２は原稿を反射、及び透過した光を結像するためのレンズ。１０３は、結像した光を電気信号に変換する撮像装置（本実施例ではＲ，Ｇ，Ｂ３色のフィルタを各々に塗布されたＣＣＤラインセンサを使用し、以下「ＣＣＤ」という）。１０４はＣＣＤ１０３で光電変換されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、シェーディング補正、パッキング処理など画像信号を演算処理するための回路。１０５はホストとなるＰＣ、１０６は画像読取装置の動作を制御するためのＣＰＵ。１０７は読取った画像を表示するためのディスプレイ、１０８は画像読取装置全体を表す。画像読取に際して、光源１０１から発せられた光は原稿を反射あるいは透過して、１０２のレンズで結像されて１０３のＣＣＤで電気信号に変換される。画像読取装置１０８は、外部にホストコンピュータであるＰＣ１０５とＵＳＢ等のインタフェースを介して接続される。原稿を読取って得た画像信号は、画像読取装置本体が持っている１０４の信号処理回路と１０５のホストＰＣで画像処理を行われて１０７のディスプレイに表示される。
【００１１】
画像読取装置、ホストＰＣなどシステム全体における画像データ処理レートは、ＵＳＢ２．０インタフェースがボトルネックになる場合、実質画像データ処理レートは約６．７ＭＢ／秒となる。
【００１２】
図２はＣＣＤイメージセンサの機構をあらわす模式図である。２０１はフォトダイオード部で光電変換を行う部分。２０２は２０１のフォトダイオード部で蓄積された電荷を、電荷転送部に移動させるためのシフトゲート。２０３はフォトダイオードから移動された電荷を水平転送するためのシフトレジスタ。２０４はシフトレジスタにて転送されてきた電荷を電圧信号に変換して読み出すフローティングディフュージョン部を表す。また、不要な電荷はシャッターゲート２０５を通してＯＦＤ（オーバー・フロー・ドレイン）に掃き捨てられる。
【００１３】
図３は図２のＣＣＤイメージセンサの露光と駆動信号の関係を表わす模式図である。３０１はシフトゲート２０２を駆動するシフトパルスを表す。フォトダイオード２０１で光電変換された電荷はシフトパルス３０１がＨＩ期間にシフトレジスタ２０３へ移動される。シフトパルス３０１がＬＯＷになった後、転送パルス３０２が駆動する。転送パルス３０２はシフトレジスタ２０３に移動された電荷をフローティングディフュージョン部に転送するための駆動パルスである。ここで転送されている期間、フォトダイオード２０１は次ラインの画像情報を受光している。
【００１４】
図４は同一パッケージに異なる２つの解像度の受光素子列を搭載したＣＣＤリニアイメージセンサの模式図である。４０１はＣＣＤセンサパッケージで、センサを守るカバーを有し、画像読取装置に実装する時はこのパッケージを実装する。４０２はＲＧＢ３色のフィルタが塗布された第一の画素ピッチで配列された受光素子列を、４０３はＲＧＢ３色のフィルタが塗布された第二の画素ピッチで配列された受光素子列を表す。図４の左右方向が主走査方向であり、上下方向が副走査方向である。
【００１５】
（第１の実施形態）
図５は図４の受光部の解像度と画素サイズを説明するための第一の実施形態の模式図である。実際の図４の構成では、第一のイメージセンサをＲＧＢの３色分の３ライン有し、第二のイメージセンサも同様にＲＧＢの３色分の３ラインを有する。５０１は第一の画素ピッチで配列された受光素子、５０２は第二の画素ピッチで配列された受光素子である。
【００１６】
第一のイメージセンサは、解像度：６００ｄｐｉ、画素ピッチ：８μｍ、画素サイズ：６μｍ×５μｍ、１ライン画素数（単色）：５４００画素である。第二のイメージセンサは、解像度：２４００ｄｐｉ、画素ピッチ：２μｍ、画素サイズ：２μｍ×３．７５μｍ、１ライン画素数（単色）：２１６００画素、である。
【００１７】
出力アンプゲインが等しい場合、同一半導体チップに構成された受光素子の感度は、画素開口部面積にほぼ比例する。このため第一と第二のイメージセンサの感度比は、３０平方μｍ：７．５平方μｍ＝４：１、となる。すなわち、２４００ｄｐｉ読取で６００ｄｐｉ読取時と同じＣＣＤ出力を得るためには４倍の露光量が必要になる。
【００１８】
ここで、第一のイメージセンサを用いた６００ｄｐｉ読取に関して読取条件を説明する。１ライン５４００画素のデータ処理上最適な画素レートを２ＭＨｚつまり、１画素当たりの処理時間を０．５μ秒とする。また、センサ出力ターゲットを２．０Ｖとすると、第一のイメージセンサに対しては蓄積時間２．７ｍ秒（＝０．５μ秒×５４００）で出力２．０Ｖが得られる様な光源の輝度設定になる。
【００１９】
次に上記の様に輝度設定された光源を使って第二のイメージセンサを用いた２４００ｄｐｉ読取を説明する。感度比から１０．８ｍ秒（＝２．７ｍ秒×４）の蓄積時間が必要になる。２４００ｄｐｉのイメージセンサの画素数は２１６００画素なので、蓄積時間１０．８ｍ秒で２１６００画素を処理すると、１画素あたりの処理時間は０．５μ秒（＝１０．８ｍ秒／２１６００）となる。６００ｄｐｉと同じデータ処理上最適な画素レート２ＭＨｚで駆動することができる。
【００２０】
以上から、第一と第二のイメージセンサの相対感度比を４：１となるように受光素子を構成することで、同一輝度光源を用いて読取速度と画質のバランスを最適化できる。
【００２１】
（第２の実施形態）
図６は図４の受光部の解像度と画素サイズを説明するための第２の実施形態の模式図である。実際の図４の構成では、第三のイメージセンサをＲＧＢ３色分の３ライン有し、第四のイメージセンサも同様にＲＧＢ３色分の３ラインを有する。
【００２２】
６０１は第三の画素ピッチで配列された受光素子、６０２は第四の画素ピッチで配列された受光素子である。第三のイメージセンサは、解像度：６００ｄｐｉ、画素ピッチ：８μｍ、画素サイズ：６μｍ×６μｍ、１ライン画素数（単色）：５４００画素である。第四のイメージセンサは、解像度：２４００ｄｐｉ（＝１２００ｄｐｉ×２）、画素ピッチ：２μｍ、画素サイズ：４μｍ×４．５μｍ、１ライン画素数（単色）：２１６００画素（＝１０８００画素×２）である。第四のイメージセンサは、１２００ｄｐｉの解像度のラインセンサが、各画素中心が画素ピッチの半分だけ主走査方向にずれて、２ライン並んでいる。
【００２３】
第一の実施形態と同様に、第三のイメージセンサと第四のイメージセンサの感度比は６００ｄｐｉセンサ感度：２４００ｄｐｉセンサ感度＝３６平方μｍ：１８平方μｍ＝２：１である。
【００２４】
第三のイメージセンサを用いた６００ｄｐｉ読取に関して、第一の実施形態の６００ｄｐｉと同様の読取条件の設定を行った場合、第四のイメージセンサを用いた読取を最適化する。まず１２００ｄｐｉ読取に関しては感度比から５．４ｍｓｅｃ（＝２．７ｍｓｅｃ×２）の蓄積時間が必要になる。１２００ｄｐｉの画素数は２４００ｄｐｉの半分（＝１０８００ｐｉｘｅｌ）なので、１画素あたりの処理時間は０．５μ秒＝５．４ｍ秒／１０８００）となる。画素レート換算で２ＭＨｚで、６００ｄｐｉと同じデータ処理上最適な画素レートで駆動することができる。
【００２５】
また、２４００ｄｐｉに関しては画素自体の感度は１２００ｄｐｉと同じなので蓄積時間が５．４ｍｓｅｃのときに出力が最適化される。しかし、１２００ｄｐｉの素子列を２列使用するので、出力する画素数が２倍に増え、画素レートも２倍に上がってしまう。
【００２６】
この状態ではデータ処理が追いつかなくなってしまうので、２ラインずつの平均処理を行う。あるいは１ラインおきのデータを処理する。これにより、センサ出力は最適な状態を保ったままデータ処理上の画素レートも６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉと同じ状態にすることができる。また、処理回路を２セット設けて並列処理して、２倍の速度で処理することができる。他に、処理速度を４ＭＨｚに上げて、２ＭＨｚの倍の速度で処理しても、前記のＵＳＢ２．０インタフェースの処理レート内で処理することができる。
【００２７】
以上から、第四のイメージセンサが１／２画素周期ずらした２列の千鳥配列で構成されている場合には第一と第二のイメージセンサの相対感度比を２：１となるように受光素子を構成することで、同一輝度光源を用いても読取速度と画質のバランスを最適化できる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図５の第一の実施形態での第一のイメージセンサで、隣接２画素ずつを加算して、３００ｄｐｉの画像の読取りを行う場合を示す。２画素ずつを１組とすると、２７００画素（＝５４００／２）となる。２画素分の合計画素面積は、６０平方μｍ（＝３０×２）となり、感度比から、蓄積時間は、１．３５ｍ秒（＝０．５μ秒×２７００）である。
【００２９】
同様に、４画素を加算する場合、１５０ｄｐｉ読取りで、１３５０画素（＝５４００／４）で、４画素の合計画素面積１２０平方μｍ（＝３０×４）で、蓄積時間は０．６７５ｍ秒（＝０．５μ秒×１３５０）である。
【００３０】
（第４の実施形態）
図４の構成で、４０２の受光素子列のＲＧＢの３ラインの副走査方向の間隔と、４０３の受光素子列のＲＧＢの３ラインの副走査方向の間隔とを説明する。
【００３１】
図７は、４０２と４０３のライン構成の概略図である。ここで、７０１、７０２、７０３はＲＧＢの第五のイメージセンサを構成し、７０４、７０５、７０６はＲＧＢの第六のイメージセンサを構成する。各イメージセンサの１ラインの受光素子列は、第五のイメージセンサは、基本解像度：６００ｄｐｉ、画素サイズ：８μｍ×８μｍである。第六のイメージセンサは、基本解像度：１２００ｄｐｉ、画素サイズ：４μｍ×４μｍ、である。
【００３２】
ＣＣＤラインイメージセンサを使った読取画質において、同一条件においては一般にＣＣＤ出力が高い方がＳ／Ｎが良くなり高画質な画像を得ることができる。同じ３００ｄｐｉで原稿を読取る場合、第五のイメージセンサの画素の２画素分で３００ｄｐｉの１画素分（１６μｍ×８μｍ）、第六のイメージセンサの画素の４画素分で３００ｄｐｉの１画素分（１６μｍ×４μｍ）となる。このため、第五の画素サイズは第六の画素サイズの２倍になりＣＣＤ出力が約２倍となるので高画質な画像を得ることができる。
【００３３】
３ラインカラーイメージセンサの解像度において、例えば読取解像度が１２００ｄｐｉの場合は１ライン毎に１ステップ分ステッピングモータで駆動する。また、読取解像度が６００ｄｐｉの場合には１ライン毎に２ステップ分駆動するので、第五のメージセンサ及び第六のメージセンサのどちらで読取っても色ずれは発生しない。
【００３４】
もし、第五の素子列を８００ｄｐｉに設定した場合には、読取解像度が１２００ｄｐｉの場合に１ライン毎に１ステップ分駆動すると、８００ｄｐｉの場合には１ライン毎に３／２ステップ分駆動しなければならない。ステッピングモータは１ステップ単位でしか駆動できないので、第五のメージセンサで読取った場合に、原稿上のＲＧＢ夫々の読取り位置が合わなくなり、色ずれが発生してしまう。このため、第六のメージセンサの基本解像度を第五のＣＣＤの基本解像度の２の累乗倍とする必要がある。
【００３５】
３ラインカラーイメージセンサのライン間隔において、基本解像度が６００ｄｐｉの第五のＣＣＤで原稿を読取る場合、読取解像度が１５０ｄｐｉのときはステッピングモータが６００ｄｐｉ時の４倍のステップ数を駆動するので色ずれは発生しない。しかし、読取解像度が７５ｄｐｉのときはステッピングモータが６００ｄｐｉ時の８倍の駆動をする。ＲＧＢの３ラインの副走査方向のピッチが、この８倍の距離よりも小さいと、原稿上のＲＧＢ夫々の読取り位置が合わなくなり、色ずれが発生してしまう。
【００３６】
そのため、第五のイメージセンサのライン間隔は基本解像度を色ずれが発生しない副走査方向の読取解像度で割った値ｌに画素サイズを掛けた値にする。第一のセンサの基本解像度を６００ｄｐｉ、画素サイズを８μｍ、色ずれが発生しない副走査方向の読取解像度を１５０ｄｐｉの場合には、ｌが４となり、ＲＧＢのライン間隔は３２μｍとなる。
【００３７】
また、第五と第六のイメージセンサの受光素子が異なるため、色が若干異なる場合がある。例えばネガフィルム等を読取った場合は目立ちやすくなり、読取速度よりも色を重視して読取る場合には第六のイメージセンサで色ずれが発生しない副走査方向の読取解像度で読取る必要がある。
【００３８】
第五のイメージセンサのライン間隔をｌライン分とした場合に第六のイメージセンサのライン間隔を画素サイズのｌ×２＾ｎライン分とすることで、第六のイメージセンサで最低送り解像度を読取っても色ずれの発生を防ぐことができる。この場合、第六のイメージセンサの基本解像度を１２００ｄｐｉ、画素サイズを４μｍ、３ラインカラーイメージセンサの３ライン間隔を８２μｍとする。これにより、副走査方向の読取解像度を１５０ｄｐｉとした場合でも第五のイメージセンサ及び第二のイメージセンサのどちらで読取っても色ずれは発生しない。
【００３９】
（第５の実施形態）
図８に高解像度側が千鳥配列タイプのＣＣＤセンサのフォトダイオードの構成例の概略図である。
【００４０】
８０１、８０２、８０３はＲＧＢの第七のイメージセンサを構成し、８０４、８０５、８０６、８０７、８０８、８０９はＲＧＢの第八のイメージセンサを構成する。第七のイメージセンサは、基本解像度：６００ｄｐｉ、画素サイズ：８μｍ×８μｍである。第八のイメージセンサは、基本解像度：１２００ｄｐｉ×２、画素サイズ：４μｍ×４μｍである。
【００４１】
カラーイメージセンサを使った読取方法において、読取解像度が２４００ｄｐｉのときは第八のイメージセンサの８０４、８０５が赤色、８０６、８０７が緑色、８０８、８０９が青色を受光した信号を用いる。読取解像度が１２００ｄｐｉのときは第八のイメージセンサの８０４が赤色、８０６が緑色、８０８が青色を受光した信号を用いる。第八のイメージセンサを千鳥配列にすることで１２００ｄｐｉと同等の光量を得ることができるため、２４００ｄｐｉで読取る場合でも読取速度を短縮することができる。
【００４２】
カラーイメージセンサの解像度において、第８のイメージセンサの解像度は千鳥配列のため２４００ｄｐｉであるが、第８のイメージセンサの８０４、８０６、８０８の１列を基準に考えると図７の基本解像度が１２００ｄｐｉのときと同様になる。そのため、上述のように解像度及びライン間隔を設定することで色ずれを防ぐことができる。
【００４３】
受光素子の感度の比を、上記の説明では受光素子の受光面積の比として説明したが、他にも、部品点数が増えるが、各受光素子に集光する集光レンズを設けた場合には各集光レンズの開口面積の比とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のＣＣＤイメージセンサを搭載した画像読取装置の構成例
【図２】ＣＣＤイメージセンサの機構を説明する模式図
【図３】ＣＣＤイメージセンサの露光と駆動信号の関係を説明する模式図
【図４】本発明の実施形態のイメージセンサ配列を説明する模式図
【図５】本発明の第１と第３の実施形態の画素構成を説明する概略図
【図６】本発明の第２の実施形態の画素構成を説明する概略図
【図７】本発明の第４の実施形態の画素構成を説明する概略図
【図８】本発明の第５の実施形態の画素構成を説明する概略図
【図９】本発明の従来技術を説明する概略図
【符号の説明】
【００４５】
１０３  撮像装置
１０８  画像読取装置
５０１  第１の受光素子
５０２  第２の受光素子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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