(57)【要約】【課題】  低い光学サンプリングレートのセンサアレイと高い光学サンプリングレートのセンサアレイとを有する場合、走査線毎にラインアレイを２回露光して、電荷のシフト並びに廃棄を高速で行う。【解決手段】  各走査線毎に、露光時間が実質的に互いに異なる第１及び第２の露光で走査するステップと、前記第１の露光のそれぞれから得られる電荷をデジタル値に変換するステップと、前記第２の露光のそれぞれから得られる電荷を廃棄するステップとを含む。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各走査線毎に、露光時間が実質的に互いに異なる第１及び第２の露光で走査するステップと、
前記第１の露光のそれぞれから得られる電荷をデジタル値に変換するステップと、
前記第２の露光のそれぞれから得られる電荷を廃棄するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記廃棄するステップは、電子シャッタを通して放電することによって施行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記廃棄するステップは、電荷をリセットスイッチにシフトすることによって施行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ａ）  第１の時間期間にわたりフォトセンサアレイを走査線に露光するステップと、
（ｂ）  前記ステップ（ａ）から得られる電荷をデジタル値に変換するステップと、
（ｃ）  前記ステップ（ｂ）中に、前記第１の時間期間よりも長い第２の時間期間にわたり前記フォトセンサアレイを前記走査線に露光するステップと、
（ｄ）  前記ステップ（ｃ）から得られる前記電荷を廃棄するステップと、
（ｅ）  複数の走査線に対して前記ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｄ）は、電子シャッタを通して廃棄するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｄ）は、前記ステップ（ａ）中に、放電するスイッチに電荷をシフトすることをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
第１のラインアレイ及び第２のラインアレイを有するフォトセンサアセンブリを備え、前記第１のラインアレイを使用して走査する場合には、各走査線毎に１回の露光があり、前記第２のラインアレイを使用して走査する場合には、各走査線毎に２回の露光があり、前記第２のラインアレイを使用して走査する場合には、前記２回の露光は異なる時間期間を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記装置がイメージスキャナであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
フォトセンサラインアレイを使用して、第１の露光中に走査線を走査して第１の電荷を生成する手段と、
前記第１の電荷をデジタル値に変換する手段と、
前記第１の電荷の変換中に蓄積された電荷を廃棄する手段と、
を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、光学イメージスキャナに使用されるセンサアレイ（フォトセンサアレイ）に関し、さらに詳しくは、センサアレイを制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージスキャナは、ドキュメント（文書）又は写真上の可視画像、或いは透明媒体上の画像を、コピー，格納，又はコンピュータ処理に適した電子形態に変換する。イメージスキャナは、別体の装置である場合もあり、又はコピー機の一部，ファクシミリ機の一部，若しくは多機能装置の一部である場合もある。反射型イメージスキャナは、通常、被制御光源を有し、光は、ドキュメントの表面で反射され、光学系を通り、感光素子アレイ上に届く。感光素子は、受け取った光の強度を電子信号に変換する。透過型イメージスキャナは、透明画像、例えば写真のポジスライドを透過した光を光学系に通し、それから感光素子アレイ上に送る。
【０００３】
一般的なフォトセンサ技術としては、電荷結合素子（ＣＣＤ），電荷注入デバイス（ＣＩＤ），相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイス，及び太陽電池などが挙げられる。通常、ＣＩＤ又はＣＭＯＳアレイの場合、各感光素子がアドレス指定可能である。これとは対照的に、ＣＣＤアレイは、一般に、電荷を電荷転送レジスタに転送し、電荷は、電荷を測定可能な電圧に変換するために、少数のセンスノードにバケツリレー方式でシリアル転送される。本特許文書は、主に、直列読み出しレジスタとも呼ばれる直列電荷転送レジスタを有するフォトセンサアレイに関連する。
【０００４】
イメージセンサのフォトセンサアレイは、一般に、少なくとも３列のフォトセンサアレイを有し、各列のアレイが異なる波長帯の光、例えば赤，緑，及び青を受け取る。各列のアレイをフィルタリングすることができ、又はビームスプリッタにより白色光を異なる波長帯に分けることができる。
【０００５】
ラインアレイの場合には、列になった感光素子が、走査線と呼ばれる、ドキュメント上のラインから光を受け取る。各感光素子は、スキャナの光学系と協働して、走査中の画像上の画像要素（画素）を画定するドキュメント上の有効領域からの光の強度を測定する。光学サンプリングレートは、多くの場合、走査中のドキュメント（又はオブジェクト、或いは透明シート）上で測定される１インチ（又は、ｍｍ）あたりのピクセル数として表現される。走査中のドキュメント上で測定される光学サンプリングレートは、入力サンプリングレートとも呼ばれる。固有の入力サンプリングレートは、光学系及び個々のセンサのピッチで決まる。フォトセンサアセンブリによっては、異なる光学サンプリングレートをそれぞれ提供する複数のラインアレイセットを有するものがある。本特許文書は、主に、複数の光学サンプリングレートを提供するフォトセンサアレイに関連する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、電荷転送レジスタを備えたＣＣＤラインアレイの場合、１回の露光（露出）による電荷が電荷転送レジスタに転送され、そして電荷転送レジスタ中の電荷がシフト及び変換されている間に、フォトセンサが再び光に曝される。通常、各走査線の露光時間（露出時間）は、電荷転送レジスタからの電荷をシフト及び変換するために求められる時間とほぼ同じである。通常、走査速度は、主にアナログ／デジタル変換時間によって制限される。複数の光学サンプリングレートを有する（異なる数のステージを有する電荷転送レジスタになる）フォトセンサアセンブリの場合、ある光学サンプリングレートに最適化された露光時間は、別の光学サンプリングレートには最適ではない。特に、低光学サンプリングレートの電荷転送レジスタからの電荷をシフト及び変換するために必要な時間は、高光学サンプリングレートの電荷転送レジスタからの電荷をシフト及び変換するために必要な時間よりも少ない。例えば、２つのラインアレイ、すなわち、（光学系と協働して）ピクセル２５個／ｍｍの光学サンプリングレートを提供する１０００個のフォトセンサを有する第１のラインアレイと、ピクセル１００個／ｍｍの光学サンプリングレートを提供する４０００個のフォトセンサを有する第２のラインアレイとを備えるフォトセンサアセンブリを考える。第１のラインアレイの場合には、光の強度及び電荷転送レジスタのシフトレートは、１０００個の電荷をシフト及び変換するためにかかる時間内で、白色のドキュメントに曝されるフォトセンサが殆ど飽和するように調整することができる。しかし、第２のラインアレイ及び電荷転送レジスタは、４倍も多くの電荷をシフト及び変換しなければならず、４倍長い露光時間になる。ランプの強度が、１０００個の電荷をシフト及び変換するために必要な時間に最適化される場合には、両方のラインアレイ中のフォトセンサは、４０００個の電荷をシフト及び変換するためにかかる時間中に露光されている間に飽和することになる。ランプの強度が４０００個の電荷をシフト及び変換するために必要な時間に最適化される場合には、第１のラインアレイを使用する走査は、露光時間が１０００個の電荷をシフト及び変換するために必要な時間よりも４倍長くなるため、最適よりも４倍も遅くなる。
【０００７】
１つの市販されているスキャナでは、ランプの強度及び電荷転送レジスタのシフトレートは、最低の光学サンプリングレートに最適化され、最小の走査時間を提供している。より高い光学サンプリングレートが使用される場合には、各走査線に複数の露光が必要であり、各露光が同じ時間期間を有し、各露光毎に電荷の一部がシフト及び変換され、各露光毎に電荷の一部が廃棄される。例えば、上記の第２のラインアレイの例を使うと、単一の走査線に４回の露光が必要である。第１の露光で、最初の１０００個の電荷がシフト及び変換され、残りの３０００個の電荷が高速でシフトアウトされて廃棄される。第２の露光で、最初の１０００個の電荷が素早くシフトアウトされて廃棄され、２番目の１０００個の電荷がシフト及び変換され、最後の２０００個の電荷は、素早くシフトアウトされて廃棄され、以下同様である。
【０００８】
ラインアレイの増幅器は、一般に、各変換後に入力ラインを放電するリセットスイッチと呼ばれるスイッチを有しているため、増幅器への入力ライン上の電荷は、変換後に放出されなければならない。リセットスイッチは、高速シフト中に電荷を廃棄するために使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ラインアレイは、各走査線毎に２回露光される。第１の露光で、フォトセンサを飽和しないしかるべき露光時間後に、電荷がラインアレイから電荷転送レジスタに転送される。その結果得られる電荷がシフト及び変換されている間に、ラインアレイが相対的に長い時間期間、再び露光され、その結果としておそらくオーバーフローになる。（シフト及び変換中の）第２の露光によるラインアレイ中の電荷は、廃棄される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、複数のピッチを有し、複数の光学サンプリングレートを結果としてもたらすラインアレイを備えたフォトセンサアセンブリの一実施形態例を示している。第１のフォトセンサラインアレイ（第１のラインアレイ）１００は、第１の光学サンプリングレートを提供する。互い違いになった２つのフォトセンサラインアレイ（第２のラインアレイ）１０２及び１０４は、組み合わせられて、第１のラインアレイ１００の光学サンプリングレートよりも高い光学サンプリングレートを提供する。第１のフォトセンサラインアレイ１００からの電荷は、電荷転送ゲート１０６を通して第１の電荷転送レジスタ１０８に転送される。ラインアレイ１０２からの電荷は、電荷転送ゲート１１０を通して電荷転送レジスタ１１２に転送され、ラインアレイ１０４からの電荷は、電荷転送ゲート１１４を通して電荷転送レジスタ１１６に転送される。電荷転送レジスタ１０８，１１２，及び１１６からの電荷は、増幅器１１８に逐次シフトされ、それからアナログ／デジタル変換器１３０によって変換される。電荷転送レジスタ１０８中の個々のステージは、電荷転送レジスタ１１２及び１１６中の個々のステージよりも物理的に大きいため、より多くの電荷を保持することが可能である。従って、増幅器１１８の利得は、電荷転送レジスタ１０８が使用される場合には、電荷転送レジスタ１１２及び１１６に使用される利得よりも低い利得にセットされるのが好ましい。
【００１１】
強い光、又は長い露光の場合には、フォトセンサの電荷ウェル（電荷井戸）が飽和し、過剰な電荷が隣接するフォトセンサ電荷ウェル中にこぼれ、ブルーミング（デジタル化された画像中の明領域が実際の明領域よりも広くなる）につながることがある。ＣＣＤアレイでは、一般的に、オーバーフロードレイン（ブルーミング防止ドレインとも呼ばれる）が設けられ、過剰な電荷をいずれも流し出してブルーミングを防止する。オーバーフロードレインは、電荷ウェルの下に作ってもよく（縦型オーバーフロードレインと呼ばれる）、又は光検出器に隣接して作ってもよい（横型オーバーフロードレインと呼ばれる）。図１では、横型オーバーフロードレイン１２０がラインアレイ１００からの過剰な電荷を流し出し、横型オーバーフロードレイン１２２がラインアレイ１０２及び１０４からの過剰な電荷を流し出す。
【００１２】
図１のフォトセンサアセンブリがイメージスキャナに使用される場合、並びに、ラインアレイ１００中のフォトセンサが、ドキュメント上の白色領域から錯乱したランプからの光を受け取る場合には、ランプの強度は、電荷転送レジスタ１０８からの電荷をシフト及び変換するために必要な時間間隔で、ラインアレイ１００中のフォトセンサがほぼ飽和することになるようにセットすることができる。これにより、より低い光学サンプリングレートでの高速スキャンが提供される。ラインアレイ１０２及び１０４中のフォトセンサは、ラインアレイ１００中のフォトセンサと同じ光強度に露光される。ラインアレイ１０２及び１０４の場合、走査線毎に２回の露光が用いられる。相対的に短い時間期間を有する第１の露光中に、所望の電荷が蓄積される。次いで所望の電荷が変換されると、フォトセンサは、不可避的に相対的に長い露光時間にわたって露光され、この間にいくつかのフォトセンサが飽和又はオーバーフローし得る。その結果として生じる不要な電荷は、廃棄される。次に、このプロセスが相対的に短い露光時間で繰り返され、その結果として生じる電荷が変換され、その後に比較的長い露光時間が続けられ、その結果として生じる電荷が廃棄される。
【００１３】
不要な電荷を廃棄するための複数の選択肢（オプション）がある。１つの選択肢は、可変しきい値をオーバーフロードレインに提供し、所望の露光前に全ての電荷を完全に排出するというものである。フォトセンサを完全に放電することのできる可変しきい値オーバーフロードレインは、電子シャッタと呼ばれる場合もある。一般に、電子シャッタは、固定しきい値のオーバーフロードレインと比較してコスト及び回路面積を増大させる。代替の選択肢は、オーバーフロードレインに対して固定のしきい値を有し、電荷を電荷転送レジスタに転送し、短い露光時間中に変換することなく電荷を高速シフトするというものである。リセットスイッチを使用して、変換が必要ないときに電荷をグランドに放出することができる。
【００１４】
図２は、２番目の選択肢を示すタイミングチャートの一例である。信号ＳＨが電荷転送ゲートを開き、電荷をラインアレイから電荷転送レジスタに転送させる。信号φ１及びφ２は、二相電荷転送レジスタにおいて電荷をシフトするための制御信号を示す。信号ＲＳは、信号が図２に示すように反転形のローであるときに電荷を廃棄する、増幅器の入力におけるリセットスイッチのための制御信号である。図２中のシフトの回数は例示にすぎず、典型的なフォトセンサアレイでは、何千回ものシフトがある。
【００１５】
図２では、時間「Ａ」から時間「Ｂ」までの時間が、上述の図１の考察での第１の露光に相当し、時間「Ｂ」から時間「Ｃ」までの時間が第２の露光に相当する。時間「Ａ」において、所望の電荷の蓄積が始まる。時間「Ａ」から時間「Ｂ」までの期間中、前の露光中に蓄積された不要な電荷を、変換することなくリセットスイッチに高速シフトすることによって廃棄する。時間「Ａ」から時間「Ｂ」までの時間間隔（ひいては、時間「Ａ」から時間「Ｂ」までの時間間隔中のシフトレート）は、光学サンプリングレートのより高いラインアレイ（図１のラインアレイ１０２及び１０４）に適した露光時間を提供するように設計される。時間「Ｂ」において、所望の電荷が蓄積され、不要な電荷は全て廃棄される。時間「Ｂ」において、信号ＳＨにより、時間「Ａ」から時間「Ｂ」までの時間間隔中に蓄積された所望の電荷が電荷転送レジスタに転送される。時間「Ｂ」から時間「Ｃ」までに、時間「Ａ」から時間「Ｂ」の間に蓄積された電荷が増幅器（図１の増幅器１１８）にシフトされ、アナログ／デジタル変換器（図１の変換器１３０）によって変換される。リセット信号ＲＳにより、各変換後に増幅器への入力ラインが放電する。時間「Ｂ」から時間「Ｃ」までの期間中に、ラインアレイは電荷を蓄積しており、オーバーフロードレインに溢れさせることができる。時間「Ｃ」において、有効な電荷の変換が完了し、信号ＳＨにより、ラインアレイ中の不要な電荷が電荷転送レジスタに転送される。次に、２回目の露光が新しい走査線について繰り返される。
【００１６】
図３は、本発明に係る方法の一実施形態の例を示す。ステップ３００において、フォトセンサが、しかるべき第１の露光時間にわたり光に曝され（露光され）、先に蓄積されていた電荷が廃棄される（例えば、電子スイッチにより、又は変換なしでシフトすることにより）。ステップ３０２において、フォトセンサが、第１の露光からの電荷が変換されている間に、第２の露光時間にわたり光に曝される。
【００１７】
図１のフォトセンサアセンブリは、例示にすぎない。図示のような２つの互い違いになったアレイの代わりに、高光学サンプリングレート用の１つのラインアレイがあってもよい。３つ以上の光学サンプリングレートがあってもよい。光学サンプリングレートの比は、図示の比と異なってもよい。異なる波長帯の光を受ける、複数の専用のラインアレイがあってもよい。オーバーフロードレイン及び電荷転送レジスタ等の構造は、複数のラインアレイで共有することができる。電荷転送レジスタは、通常、シフト中に、各電荷が制御方向の空のステージにシフトされるように複数の位相に分けられる。二相，三相，及び四相の電荷転送レジスタが既知である。図１の例は、例示のために簡略化されており、各フォトセンサ毎に１つの電荷転送レジスタステージしか示していない。
【００１８】
以上を要約すると、次の通りである。すなわち、フォトセンサのラインアレイ１０２，１０４は、各走査線のために（すなわち、各走査線毎に）２回にわたり露光される。第１の露光においては、フォトセンサを飽和しないような適当な露光時間の経過後に、電荷がラインアレイ１０２，１０４から電荷転送レジスタ１１２，１１６に転送される。その結果として得られる電荷がシフト及び変換される間に、ラインアレイ１０２，１０４は、比較的長い時間期間にわたり再び露光され、その結果としてオーバーフローとなり得る。この第２の露光によるラインアレイ１０２，１０４内の電荷（シフト及び変換の期間中）は
、廃棄される。
【００１９】
本発明についての上記の説明は、例示及び説明のために提示されたものである。網羅的である、すなわち本発明を開示した厳密な形態に限定する意図はなく、上記教示を鑑みて他の変更及び変形も可能である。実施形態は、当業者が、意図する特定の用途に適した各種変更を行って本発明及び各種実施形態を最もよく利用することができるように、本発明の原理及びその実際の応用を最も良好に説明するために選択されかつ記載されたものである。添付の特許請求の範囲は、従来技術によって制限される範囲を除き、本発明の他の代替の実施形態を包含するものと解釈されるよう意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】フォトセンサアレイの一実施形態の例を示すブロック図である。
【図２】タイミングチャートの一実施形態の例を示す図である。
【図３】方法の一実施形態の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１００  フォトセンサラインアレイ（第１のラインアレイ）
１０２，１０４  フォトセンサラインアレイ（第２のラインアレイ）
１０８，１１２，１１６  電荷転送レジスタ
１０６，１１０，１１４  電荷転送ゲート
１２０，１２２  横型オーバーフロードレイン
１１８  増幅器
１３０  アナログ／デジタル変換器
【図１】
2004328730.tif 000003
【図２】
2004328730.tif 000004
【図３】
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