(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードを有するピクセルに入射する周囲光レベルを決定する方法であって、
前記ピクセルを電力用レールに接続する工程と、
前記電力用レールを、ダイオードを介して電源に接続する工程と、
前記ピクセルをリセットして、前記電源から前記電力用レールを介して前記ピクセルのフォトダイオードに電力を供給する工程と、
前記周囲光レベルを決定するために、前記リセット工程中に、前記フォトダイオードを流れる電流を検出する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記リセット工程が、前記フォトダイオードにわたって逆バイアス電圧を印加する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出工程が、前記フォトダイオードに並列接続の抵抗を流れる電流を検出する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記検出工程が、検出された電流信号を電圧信号に変換する工程と、前記電圧信号をデジタル信号に変換する工程と、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
フォトダイオードを有するピクセルの画像形成アレイ上での周囲光レベルを決定する方法であって、
前記画像形成アレイから選択されたピクセルを個別の電力用レールに接続する工程と、
前記電力用レールを、ダイオードを介して電源に接続する工程と、
前記アレイ内のピクセルをリセットして、前記電源から前記電力用レールを介して前記選択されたピクセルのフォトダイオードに電力を供給する工程と、
前記周囲光レベルを決定するために、前記リセット工程中に、前記選択されたピクセルのフォトダイオードを流れる電流を検出する工程と、
を含む方法。
【請求項６】
前記リセット工程が、前記フォトダイオードにわたって逆バイアス電圧を印加する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ピクセルの接続工程は、前記選択されたピクセルを複数のグループに分け、各グループのピクセルを、グループ毎に個別の前記電力用レールに接続し、
前記電力用レールの接続工程は、前記電力用レールを、グループ毎に個別の前記ダイオードを介して前記電源に接続する、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記アレイ内のピクセルが、行及び列において配列される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記各グループのピクセルが、所定の行に位置する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記各グループのピクセルが、所定の列に位置する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記各グループのピクセルが、前記アレイにおいて特定のパターンで位置する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記検出工程が、前記各グループのピクセルのフォトダイオードに並列接続の抵抗を流れる電流を検出する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記検出工程が、検出された電流信号のそれぞれを電圧信号に変換する工程と、前記電圧信号のそれぞれをデジタル信号に変換する工程と、をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記検出工程が、複数の前記デジタル信号を結合して、前記周囲光レベルを表す１つのデジタル信号を生成する工程、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
フォトダイオードを有するピクセルの画像形成アレイ上での周囲光レベルを決定する方法であって、
前記アレイ内の選択された数のピクセルを個別の電力用レールに接続する工程と、
前記電力用レールを、ダイオードを介して電源に接続する工程と、
前記アレイ内の選択された数のピクセルをリセットして、前記電源から前記電力用レールを介して前記ピクセルのフォトダイオードに電力を供給する工程と、
前記周囲光レベルを決定するために、前記リセット工程中に、前記選択された数のピクセルのフォトダイオードを流れる電流を検出する工程と、
を含む方法。
【請求項１６】
前記リセット工程が、前記フォトダイオードにわたって逆バイアス電圧を印加する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ピクセルの接続工程は、前記選択された数のピクセルを複数のグループに分け、各グループのピクセルを、グループ毎に個別の前記電力用レールに接続し、
前記電力用レールの接続工程は、前記電力用レールを、グループ毎に個別の前記ダイオードを介して前記電源に接続する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数のグループのピクセルが順次リセットされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
画像形成アレイを構成する複数の光感応ピクセルのそれぞれに設けられたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードにわたって所定のリセット電圧を印加して、前記フォトダイオードをリセットするように構成されたフォトダイオードリセット手段と、
前記アレイ内の複数のグループのピクセルに対してグループ毎に接続されて、各グループのピクセルに電力を供給する複数の電力用レールと、
前記電力用レールのぞれぞれと電源との間に接続された、グループ毎に個別のダイオードと、
前記アレイ上での周囲光を決定するために、前記フォトダイオードリセット手段によって前記フォトダイオードがリセットされているときに、選択されたピクセルの前記フォトダイオードを流れる電流を測定する電流測定手段と、
を備える、画像形成アレイ上での周囲光を決定する装置。
【請求項２０】
前記電流測定手段が、それぞれが前記電力用レールの少なくとも１つに接続されて、前記電力用レールに接続された前記ピクセルのフォトダイオードを流れる電流を測定する、１つ以上の電流モニタを含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記電流モニタのそれぞれに接続されて、前記周囲光を表すデジタル信号を生成する、アナログ−デジタル変換手段を備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記電流モニタと前記電力用レールとの間に接続された抵抗手段を備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記電流モニタが電流−電圧変換器から成る、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記電流−電圧変換器が、前記抵抗手段に接続された反転入力端子と、基準電圧に接続されるように構成された非反転入力端子と、さらなる抵抗手段を介して前記反転入力端子に接続された出力端子とを有する、演算増幅器を備える、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記画像形成アレイと前記電流測定手段とが、同一のダイ上に集積されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記選択されたピクセルが内側の行及び列に位置する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２７】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記選択されたピクセルが外側の行及び列に位置する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２８】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記選択されたピクセルが１つ以上の列に位置する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２９】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記選択されたピクセルが１つ以上の行に位置する、請求項１９に記載の装置。
【請求項３０】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記電力用レールが、前記アレイにおいて特定のパターンで配列された前記選択されたピクセルに接続されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項３１】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記電力用レールが前記行に位置するピクセルに接続されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項３２】
前記ピクセルが前記アレイの行及び列において配列されており、前記電力用レールが前記列に位置するピクセルに接続されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項３３】
前記ピクセルのそれぞれが、前記フォトダイオードとリセットスイッチとを備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項３４】
前記リセットスイッチを制御して、個々のグループのピクセルを順次リセットする手段をさらに備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記ピクセルの全てが同一の電源に接続されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項３６】
前記電力用レールが、夫々個別の電源に接続されるように構成されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項３７】
光感応ピクセルの画像形成アレイを有する画像形成装置による対象の画像の捕捉中に出力信号を制御するシステムであって、
前記ピクセルのそれぞれは、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードにわたって所定のリセット電圧を印加するように構成されたフォトダイオードリセット手段と、
前記画像形成アレイから選択された対応の前記ピクセルに夫々接続された１つ以上の電力用レールと、を備え、
前記１つ以上の電力用レールのそれぞれは、対応のダイオードを介して電源に接続され、
前記ピクセルは、ダイ上にあり、
前記ダイは、
前記画像形成アレイに隣接して前記ダイ上に配置されて、前記対象に対する周囲光を検出する周囲光検出手段と、
前記周囲光を表す電気信号を生成する手段と、
前記表現電気信号をサンプリングする手段と、
前記出力信号を、サンプリングされた前記表現信号の関数として制御する手段と、を備え、
前記所定のリセット電圧は、前記ピクセルのフォトダイオードに対して、対応の電力用レール上での前記ダイオードの順バイアスによって印加される、システム。
【請求項３８】
前記周囲光検出手段が、前記周囲光を決定するために、前記フォトダイオードがリセットされているときに、選択されたピクセルの前記フォトダイオードを流れる電流を測定する、電流測定手段を備える、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記電流測定手段が、それぞれが前記電力用レールの少なくとも１つに接続されて、前記電力用レールに接続された前記ピクセルのフォトダイオードを流れる電流を測定する、１つ以上の電流モニタを含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記電気信号生成手段が、前記電流モニタのそれぞれに接続されて、前記周囲光を表すデジタル信号を生成する、アナログ−デジタル変換手段を含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記電流モニタと前記電力用レールとの間に接続された抵抗手段を備える、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記電流モニタが電流−電圧変換器から成る、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記電流−電圧変換器が、前記抵抗手段に接続された反転入力端子と、基準電圧に接続されるように構成された非反転入力端子と、さらなる抵抗手段を介して前記反転入力端子に接続された出力端子とを有する、演算増幅器を備える、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
サンプリングされた前記表現信号の関数として前記出力信号を制御する前記手段が、光の輝度の関数として様々な制御信号レベルを有するルックアップテーブルと、前記出力信号を制御する信号ドライバと、を備える、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４５】
前記信号ドライバに接続されて、前記対象の照明に対する前記画像形成アレイの露光時間を制御する積分計時手段を備える、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記信号ドライバに接続されて、前記照明の強さを制御する照射源制御手段を備える、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記信号ドライバに接続されて、前記出力信号の増幅を制御する増幅ゲイン制御手段を備える、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４８】
前記信号ドライバに接続されて、前記照明の強さを制御する照射源制御手段を備える、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４９】
前記信号ドライバに接続されて、前記出力信号の増幅を制御する増幅ゲイン制御手段を備える、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
画像形成対象を照射する光源を備える、請求項３８に記載のシステム。
【請求項５１】
前記光源が、走査アレイの周囲に配置された１つ以上のＬＥＤを備える、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記光源が、走査アレイの１つ以上の角部に配置された少なくとも１つのＬＥＤを備える、請求項５０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像走査装置の分野に関し、特に、画像走査装置に対する周囲光輝度の決定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成業界において、スキャナは、広範囲の周囲光のもとで効果的に作動することが期待されている。周囲光を測定して走査システムを制御する、いくつかの解決法が開発されてきた。周囲光は、画像形成アレイとは別の周囲光検出回路によって検出してもよいし、画像形成アレイ自体を用いることによって検出してもよい。次に、この周囲光測定値を用いて、画像形成アレイ／レンズの露光時間を調整したり、或いは画像信号のゲインを設定したり、或いは光源の輝度を制御したりする。
【０００３】
１９９０年１１月１３日に発行された、ダンストロム(Danstrom)による米国特許第４，９７０，３７９号には、制御可能な光源と、スキャナアレイとは別個の光センサとを備える、バーコードスキャナの露光／照射制御について開示されている。光センサは、走査対象からの反射光を、周囲光を表す電気信号に変換する。この信号は、コンパレータに送信され、このコンパレータは、スキャナアレイが必要とする照射を決定し、次に、制御可能な光源への電力を適度に調整する。この方法の大きな欠点は、光が低輝度状態である間、光源は、高輝度の照射を生成するようコンパレータによって駆動されるのだが、これが大量の電力を消費するという点である。ハンドヘルド装置においては、大抵のハンドヘルド装置は内蔵型の電源を有しているので、この欠点は非常に不利益である。
【０００４】
他のシステムでは、画像形成アレイ自体を用いて周囲光レベルを決定し、次に、この周囲光レベルを用いて露光時間を制御する。１９８４年９月１１日に発行された、ニシザワ(Nishizawa)等による米国特許第４，４７１，２２８号には、非破壊読出しタイプの画像セルから成る画像センサについて記載されており、このセンサは、画像セルのアレイを、周囲光を測定するための光電検出セルとして、且つ対象の画像を形成するための画像捕捉セルとして用いる。画像形成アレイは対象に対して露出され、周囲光の測定が予め選択された画像形成セルを介して実行される。この選択された画像形成セルの加算後の値は、基準値と比較されて、必要な露光レベルが決定される。次に、この選択された画像形成セルの値は消去され、対象の画像走査が制御された露光時間で行われる。
【０００５】
この方法の欠点は、工程の数が多すぎるという点である。アレイを用いて周囲光を測定し、次に、画像を走査する前にこのアレイをリセットさせるという、複数工程による処理では、処理が遅くなってしまう。さらに、余分な工程は余分な電力の消費を必要とし、ハンドヘルド装置においては、これは大きな不利益である。
【０００６】
画像形成アレイを用いる別の方法として、１９８２年７月６日に発行された、ビックスバイ(Bixby)による米国特許第４，３３８，５１４号があるが、これには、センサアレイに入射する放射エネルギーに応じて機械的シャッタを作動させることにより露光時間を制御する、さらなる方法が開示されている。半導体アレイ基体を流れる電流は、画像形成アレイの露光中に測定され、アレイの露光レベルに比例する積分された信号が生成される。この信号は、しきい電圧と比較され、しきい電圧を越える場合には、シャッタが閉鎖される。
【０００７】
この方法には、基体を流れる電流を測定する装置を生成するためのさらなる処理工程が必要とされる、という欠点がある。具体的には、この装置は、非導電性基板と半導電性基板との間に、導電性材料の層を追加する必要がある。このような処理は、いくつかのＣＣＤ画像形成装置においては典型的な処理であるが、ＣＭＯＳ画像形成装置においてはコストのかかる余分な製造工程であろう。
【０００８】
露光時間が調整されるさらなるシステムについては、１９９９年１１月１６日に発行された、シブヤ(Shibuya)等による米国特許第５，９８６，７０５号に記載されている。これには、ビデオカメラについて記載されており、このビデオカメラは、画像検出装置及び露光調整装置を備える。この露光調整装置は、増幅器のゲインを制御して走査された出力信号を調整し、さらに、駆動パルス生成器を制御して検出装置の露光時間を制御する。１つの実施の形態において、このビデオカメラは、画像検出装置で画像を捕捉し、出力信号を増幅することによって、露光を制御する。この出力信号は、外部へ送られると共に、露光調整装置にフィードバックされ、この露光調整装置において基準と比較される。比較の結果、この画像は露光過度、或いは露光不足、或いは調整不要であると判断されると、制御信号が駆動パルス生成器に送信されて露光時間が調整されると共に、増幅器に送信されて増幅器のゲインが調整される。
【０００９】
この方法にはいくつかの欠点があり、この露光制御を繰り返す方式は、ビデオカメラに対してのみ有益である。露光時間及び信号ゲインのみを制御するのでは、装置が有効状態となる光の輝度範囲に制限されてしまう。スチールカメラやバーコード読取り装置などは、さらなる回路によって露光過度及び露光不足の画像をフィルタをかけて取り除く必要があるので、このような方法は有益でない。このような装置は、外部の光源を制御することができないので、光が低輝度状態である場合には、画像形成が困難である。
【００１０】
これらの測定方法にはそれぞれ利点があるが、これらの測定方法は、回路が余分に増えるためコストが増加すると共にサイズが拡大したり、或いは製造工程が増えるためコストが増加したり、或いは時間が余分にかかるため画像形成回路の全体的な性能が低速化したりすることによって、本質的に制限されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、コストのかかる余分な回路を追加することなく走査デバイスと共に集積することができ、且つ、画像捕捉処理を不都合に干渉することなく確実に周囲光を検出することができる、周囲光検出器が必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フォトダイオードを有するピクセルに入射する周囲光レベルを決定する方法及び装置に関する。この方法は、前記ピクセルを電力用レールに接続する工程と、前記電力用レールを、ダイオードを介して電源に接続する工程と、前記ピクセルをリセットする工程と、それと同時に前記周囲光レベルを表すものとして前記ピクセルのフォトダイオードを流れる電流を検出する工程とを含む。前記ピクセルは、前記フォトダイオードにわたって逆バイアス電圧を印加することによってリセットされ、前記電流は、前記フォトダイオードに並列接続の抵抗を流れる電流を測定することによって検出される。
【００１３】
別の態様によれば、本発明は、各ピクセルがフォトダイオードを備えた、画像形成アレイにおける選択された数のピクセルに入射する周囲光レベルを決定する方法及び装置に関する。前記周囲光は、前記アレイ内のピクセルをリセットし、且つ、前記ピクセルがリセットされているときに、前記選択された数のピクセルのフォトダイオードを流れる電流を検出することにより、決定してもよい。或いは、前記周囲光は、前記アレイにおける選択された数のピクセルをリセットし、且つ、前記ピクセルがリセットされているときに、前記選択された数のピクセルのフォトダイオードを流れる電流を検出することにより、決定してもよい。
【００１４】
前記選択された数のピクセルは、それぞれが少なくとも１つのピクセルを有する複数のグループに分割されてもよく、各グループの前記ピクセルは、前記アレイにおける特定のパターンにおいて配列されてもよい。前記アレイは行及び列において配列されてもよく、前記グループは所定の行又は列に位置してもよい。選択された数のピクセルのみがリセットされ、これらのピクセルがグループに分割されている場合には、前記グループを順次リセットして、グループ間を分化させてもよい。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、この装置は、光感応ピクセルの画像形成アレイ上での周囲光を決定する装置であって、アレイ内のピクセルのそれぞれは、フォトダイオード、該フォトダイオードにわたって所定のリセット電圧を印加するように構成されたフォトダイオードリセットスイッチ、及び前記画像形成アレイから選択された対応のピクセルに夫々接続された１つ以上の電力用レールとを有する。この装置は、前記周囲光を表す出力信号を生成するために、前記フォトダイオードがリセットされているときに、選択されたピクセルの前記フォトダイオードを流れる電流を測定する、電流測定回路を備える。
【００１６】
本発明のさらなる態様に関して、前記電流測定回路と前記画像形成アレイとは、同一のダイ上に集積されてもよい。
【００１７】
前記電流測定回路はさらに、それぞれが前記電力用レールの少なくとも１つに接続されて、前記電力用レールに接続された前記ピクセルのフォトダイオードを流れる電流を測定する、１つ以上の電流モニタと、該電流モニタのそれぞれに接続されて、前記周囲光を表すデジタル出力信号を生成する、アナログ−デジタル変換器とを備えていてもよい。前記電流モニタは、抵抗を介して電力用レールに接続された電流−電圧変換器であってもよい。該電流−電圧変換器は、前記抵抗に接続された反転入力端子と、基準電圧に接続されるように構成された非反転入力端子と、さらなる抵抗を介して前記反転入力端子に接続された出力端子とを有する、演算増幅器を備えていてもよい。
【００１８】
本発明の一態様によれば、前記ピクセルが行及び列において配列された画像形成アレイにおいて、前記電力用レールはそれぞれ、行又は列に位置する異なるグループのピクセルに接続されてもよい。前記選択されたピクセルに対する前記電力用レールは、いずれも同一の電源に接続されるように構成されてもよいし、別々の電源に接続されるように構成されてもよい。
【００１９】
本発明のさらなる態様に関して、この装置はさらに、個々のグループのピクセルを順次リセットして、リセットされたピクセルのフォトダイオードを流れる電流を個別に且つ順次測定する、ピクセルリセットスイッチ用制御装置を備えていてもよい。
【００２０】
別の態様によれば、本発明は、フォトダイオードを有する光感応ピクセルの画像形成アレイと、前記フォトダイオードにわたって所定のリセット電圧を印加するように構成されたフォトダイオードリセット手段と、前記画像形アレイから選択された対応のピクセルに夫々接続された１つ以上の電力用レールとをダイ上に備えた画像形成装置によって対象の画像を捕捉するシステムであって、このシステムによって対象の画像を捕捉している間に出力信号を制御するシステムに、組み込まれてもよい。
【００２１】
本発明の他の態様及び利点、並びに本発明のさまざまな実施の形態の構造及び動作は、添付の図面と関連させて以下の本発明の説明を再検討すれば、通常の当業者には明らかとなるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明を添付の図面に関して説明する。
【００２３】
ＣＭＯＳ画像センサは、１つのダイ上に集積された光感応ピクセルのアレイから成る。動作において、ピクセルがリセットされた後、各ピクセルにより生成される信号は、露光又は積分時間の間にピクセルにより収集された電荷の量に比例する。しかし、各ピクセルに対するリセット処理中には、漏洩電流がリセットトランジスタ及び各ピクセルにおけるフォトダイオードを通って流れる。逆バイアスされたフォトダイオードを通って流れる電流は、その際にフォトダイオードに入射する光子のレベルに比例する。画像が画像アレイによって捕捉されているときに存在する周囲光のレベルは、捕捉された画像の質に大きく影響する可能性があり、このことは、捕捉された画像を、例えばバーコードの読取りなどにおいて画像を認識するために用いている場合には、特に重要である。画像が捕捉されているときに存在する光のレベルは、画像認識処理が行われているときに画像信号が必要とする増幅の量にも影響し得る。
【００２４】
図１を参照すると、通常行及び列において配列された光感応ピクセル１０２のアレイ１０１は、出力電圧Ｖddを供給する安定電圧供給装置１０３によって電力供給される。本発明に関して用いることのできる１つのタイプのアクティブピクセル１０２が図示されているが、本発明は、他のタイプのアクティブピクセルを用いて実施されてもよい。いくつかのピクセルには、例えば、ｐ−ｎフォトダイオード、ｐ−ｉ−ｎフォトダイオード、及びショットキーフォトダイオードのような、フォトダイオードを用いてもよい。図示されたアクティブピクセル１０２は、リセットトランジスタ１０８、ソースホロワトランジスタ１０９、ｐ−ｎフォトダイオード１０７、及び行選択トランジスタ１１０を備える。各ピクセル１０２をリセットするには、正電圧信号ＶRが、リセットトランジスタ１０８をＯＮにするリセットライン１０６を介して、リセットトランジスタ１０８のゲートに送信されて、電圧Ｖddがフォトダイオード１０７にわたって印加される。
【００２５】
ピクセル１０２は、アレイ電力用レール１０４及び行電力用レール１０５を介して、電圧供給装置１０３に接続されている。各ピクセル１０２がリセットされているときには、電流がピクセル漏洩電流ＩPLとしてピクセル１０２を通って流れる。逆バイアスされたｐ−ｎフォトダイオード１０７を通って流れるピクセル漏洩電流ＩPLは、フォトダイオード１０７に入射する光子のレベルに比例する。
事実上、フォトダイオード１０７に入射する光の輝度は、ピクセル漏洩電流ＩPLを測定することにより、測定することができる。リセット中に、その行における全てのピクセル１０２に対して、行電力用レール１０５を通って流れる総電流が、電流ＩRPであり、リセット中に、アレイ１０１における全てのピクセル１０２に対して、アレイ電力用レール１０４を通って流れる総電流が、電流ＩAPである。アレイ１０１に入射する周囲光レベルは、選択された数のピクセル１０２を通って流れる電流を、それらのピクセルがリセットされている間に測定することによって、決定されてもよい。
【００２６】
ピクセル漏洩電流を測定する本発明の実施の形態が、図２に示されている。この図２において、周囲光検出回路２２０は、ピクセル２０２が行及び列において配列された、画像形成アレイ２０１に接続されている。周囲光検出回路２２０は、画像形成アレイ２０１と同一のダイ上に集積させるのが好ましいが、これは、本発明の適切な動作に関して不可欠なことではない。電圧供給装置２０３は、行電力用レール２０５に接続された主電力用レール２０４を介して、画像形成アレイ２０１に電力を供給する。さらに、いくつかの選択された個別の行電力用レール２０５はそれぞれ、周囲光検出回路２２０に接続されている。周囲光検出回路２２０は、選択された行電力用レール２０５のそれぞれを通って流れる個々の電流を検出し、流れている電流を表す信号ＰOUTを出力する。この出力信号ＰOUTは、選択された行電力用レール２０５のそれぞれにおけるピクセル２０２へ流れる電流ＩRPの関数であるので、アレイにおけるピクセル２０２に入射する周囲光のレベルを表すものとして用いることができる。
【００２７】
図６に示された周囲光検出回路２２０は、アレイ２０１における１つ以上のグループのピクセル２０２に流れる電流を測定するのに取り得る、１つの形態を示している。選択された数の行電力用レール２０５に個々に接続するためのいくつかの入力端子２２１はそれぞれ、値ＲRMの小さな抵抗２１２を介して電流モニタ２１１に接続されている。入力端子２２１を互いに絶縁させることによって、モニタ２１１が接続された行電力用レール２０５における電流のみをモニタ２１１が確実に測定するように、留意しなければならない。電流モニタ２１１は、小さな抵抗２１２を通って流れる電流を検出し、その電流を表すアナログ信号をアナログ−デジタル変換器２１３へ出力する。アナログ−デジタル変換器２１３は、このアナログ信号を、いくつかのビットから成るデジタル信号Ｐに変換する。アナログ−デジタル変換器については、当業者にはよく知られているため、本明細書中ではさらに説明しない。様々なアナログ−デジタル変換器２１３からの出力Ｐは、結合器２２２へ送られる。この結合器２２２は、選択された行電力用レール２０５における電流を表す信号ＰOUTとして、これらの信号Ｐ全てを結合して１つのデジタル出力信号ＰOUTにするか、或いは、これらの信号Ｐを順序付けて１つのデジタル出力ストリングにする。
【００２８】
図７は、電流モニタ２１１が取り得る１つの形態を示している。電流モニタ２１１は、基本的には電流−電圧変換器３１３から成る。小さな抵抗２１２を通って流れる電流ＩRMは、行電力用レール２０５を通って流れる電流の総量ＩRTから、その特定の行電力用レール２０５に接続されたピクセル２０２に流れ込む漏洩電流の総量ＩRPを引いたものに等しい。演算増幅器３１４への反転入力端子３１５における電圧は、演算増幅器３１４への非反転入力端子３１６に印加される基準電圧ＶREFにほぼ等しい。これは、演算増幅器３１４の反転入力端子３１５と非反転入力端子３１６との間にある、いわゆる仮想接地によって実現可能である。演算増幅器３１４の無限インピーダンスにより、電流ＩRMは全て、値ＲLの大きな抵抗３１７を通って流される。この結果、以下の式で表される出力電圧レベルＶOUTとなる。
ＶOUT＝ＶREF−（ＩRM*ＲL）
これにより、出力端子３１８における出力電圧レベルＶOUTが確立される。この出力電圧レベルＶOUTは、小さな抵抗２１２を通って流れる電流ＩRMの関数であり、この電流ＩRMは、その特定の行２０５におけるピクセル２０２を通って流れる漏洩電流の総量ＩRPの関数であり、この漏洩電流の総量ＩRPは、その特定の行２０５におけるピクセル２０２に入射する光の量の関数である。事実上、この出力電圧ＶOUTは、画像センサアレイ２０１の選択された行におけるピクセル２０２に入射する周囲光の輝度に正比例する。次に、出力端子３１８におけるこのＶOUTは、アナログ−デジタル変換器２１３に印加される。
【００２９】
あらゆる数のピクセル２０２のピクセル漏洩電流ＩPLを測定する、別の構造も可能である。例えば、図３に示されたように、１つの電流モニタ２１１をアレイ電力用レール２０４に接続することによって、アレイ２０１における全てのピクセル２０２に対する漏洩電流の総量を、それらのピクセルが同時にリセットされているときに測定するようにしてもよい。詳細な図１を参照すると、この実施の形態における装置を作動させることによって、ピクセル１０２に対するリセットトランジスタ１０８を制御して、図３に示されたような選択された行又は列又はグループのピクセル２０２における１つ以上のピクセルを順次リセットするようにしてもよい。得られる出力信号ＶOUTは、アレイの異なる部分からの周囲光を表す連続デジタル出力から成り、これらの連続デジタル出力を結合することによって、アレイにおける周囲光を表す出力信号を生成することができる。
【００３０】
画像形成スキャナが、リセット処理中にアレイ２０１におけるピクセル２０２が同時にリセットされる通常の作動中に、アレイ２０１における周囲光を測定するのが通常好ましい。このようにすれば、走査処理が最も干渉されなくて済むからである。図４は、本発明の１つの実施の形態であり、この実施の形態においては、周囲光検出回路２２０によって測定されるピクセル２０２の選択された行２０５が、別個の電圧源２０３に個々に接続されている。図示されているように、行電力用レール２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、及び２０５ｄはそれぞれ、電圧供給装置２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、及び２０３ｄに接続されている。残りの行電力用レール２０５は、さらなる電圧供給装置２０３に接続されている。周囲光検出回路２２０は、図６に関して説明したような、電力モニタ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、及び２１１ｄ、並びに、結合回路を備えることによって、行電力用レール２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、及び２０５ｄのそれぞれにおける電流をそれぞれ個別に測定する。このようにして、アレイ２０１全体における全てのピクセル２０２を同時にリセットすることができ、同時に、行電力用レール２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、及び２０５ｄにおける電流を測定することができる。
【００３１】
本発明の一実施の形態が図５に示されており、この実施の形態においては、行電力用レール２０５ａ〜２０５ｄが、電圧供給装置２０３に対してダイオード２２３ａ〜２２３ｄを介して接続されている。この実施の形態では、行電力用レール２０５のうち選択された数の行電力用レール２０５ａ〜２０５ｄに対してダイオード２２３ａ〜２２３ｄが設けられており、これらの行電力用レール２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、及び２０５ｄは全て、同一の電圧供給装置２０３に接続されている。周囲光レベルの決定用に選択された行電力用レール２０５ａ〜２０５ｄに対してダイオード２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ、及び２２３ｄを設けたことで、行電力用レール２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、及び２０５ｄを、残りの行電力用レール２０５における電流による干渉を回避しつつ、個別に測定することができる。
【００３２】
図２に関して説明したように、アレイ２０１におけるピクセル２０２は全て、通常同時にリセットされるが、これは、本発明を実施するにあたり必要とは限らない。画像形成アレイ２０１上のある所定パターンにおける周囲光を測定したい場合には、そのパターンと隣接したピクセル２０２を通って流れる漏洩電流ＩPLを測定することが必要である。このような環境においては、そのパターンと隣接したピクセル２０２のみを一時点においてリセットすることができ、これによって、リセットされている全てのピクセル２０２への漏洩電流を簡単に測定することができる。
【００３３】
さらに、ピクセル２０２は全て、行電力用レール２０５を介して電圧供給装置２０３に接続されているように図示されているが、他の構造も可能である。いくつかのこのようなパターンの例が図８〜図１１に示されており、これらの図はそれぞれ、１５行×１５列のアレイ４０１において配列されたピクセル４０２を示している。
【００３４】
例えば行７〜９及び列７〜９というように、中央の行及び列のみを用いて、アレイ４０１における周囲光レベルを測定したい場合には、これらの行及び列への電圧供給を残りの行及び列から絶縁して、ピクセル４０２がリセットされている間に、漏洩電流を測定しなければならない。図８は、このような構造の１つを示しており、この構造においては、列７におけるピクセル４０２が電力用レール４２１に接続されており、列８におけるピクセル４０２が電力用レール４２２に接続されており、列９におけるピクセル４０２が電力用レール４２３に接続されている。さらに、行７における列１〜６のピクセル４０２がレール４２４に接続されており、行８における列１〜６のピクセル４０２がレール４２５に接続されており、行９における列１〜６のピクセル４０２がレール４２６に接続されており、行７における列１０〜１５のピクセル４０２がレール４２７に接続されており、行８における列１０〜１５のピクセル４０２がレール４２８に接続されており、行９における列１０〜１５のピクセル４０２がレール４２９に接続されている。さらに、レール４２４及び４２７は一緒に接合させてもよく、レール４２５及び４２８は一緒に接合させてもよく、レール４２６及び４２９は一緒に接合させてもよい。このような構造によって、電流モニタをレール４２１〜４２６のそれぞれに接続して、行７〜９及び列７〜９のピクセル４０２における漏洩電流を測定することができ、この結果、アレイ４０１上の十字パターンに入射する周囲光が測定される。
【００３５】
図９に示されているように、行７〜９におけるピクセル４０２に対する電力用レールがアレイ４０１全体を横切るように通る一方で、列７〜９におけるピクセル４０２に対する電力用レールが行７〜９によって断続されるようにした場合、同様の結果が得られる。さらに、図８及び図９の構造においては、漏洩電流が別の電力用レール４３１〜４５０で測定されるようにすると、アレイ４０１の４つの角部に関して周囲光を測定することができる。ピクセル４０２は、これらの電力用レールに対して次のように接続されている。列１における行１〜６のピクセル４０２はレール４３１に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４１に接続されており、列２における行１〜６のピクセル４０２はレール４３２に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４２に接続されており、列３における行１〜６のピクセル４０２はレール４３３に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４３に接続されており、列４における行１〜６のピクセル４０２はレール４３４に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４４に接続されており、列５における行１〜６のピクセル４０２はレール４３５に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４５に接続されている。同様に、列１１における行１〜６のピクセル４０２はレール４３６に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４６に接続されており、列１２における行１〜６のピクセル４０２はレール４３７に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４７に接続されており、列１３における行１〜６のピクセル４０２はレール４３８に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４８に接続されており、列１４における行１〜６のピクセル４０２はレール４３９に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４４９に接続されており、列１５における行１〜６のピクセル４０２はレール４４０に接続され、行１０〜１５のピクセル４０２はレール４５０に接続されている。電力用レール３３１〜３５０における漏洩電流を測定することにより、アレイ４０１の４つの角部における周囲光レベルを決定することができる。
【００３６】
図１０は、各列１〜１５における全てのピクセル４０２が異なる電力用レール４３０に接続された構造を有する、アレイ４０１を示している。この構造においては、図２に示されたような行ではなく、特定の列を選択することによって、アレイ４０１における周囲光を測定することができる。
【００３７】
図１１は、さらに別の構造を示しており、この構造においては、電力用レール４５１が列６〜１０における行１〜８のピクセル４２０に接続され、電力用レール４５３が列６〜１０における行９〜１５のピクセル４２０に接続されており、これらの電力用レール４５１及び４５３は、画像形成アレイ４０１の半分のみを横切るように延びる。電力用レール４５２はそれぞれ、行１〜１５のそれぞれにおける列１〜５のピクセル４２０に接続され、電力用レール４５４はそれぞれ、行１〜１５のそれぞれにおける列１１〜１５のピクセル４２０に接続されており、これによって、漏洩電流の測定において融通性がもたらされる。
【００３８】
図１２は、２０００年１０月１２日に出願された同時係属出願の米国特許出願番号第０９／６８９，３６８号（これは、言及により本明細書中に組み込まれる）に記載されているような露光制御された画像形成装置５００に、本発明を適用したものを示している。ウエハ又はダイ上に配置され破線で表されている画像形成回路５０１は通常、画像形成アレイ５０２、ワードラインドライバ５０３及びワードライン５０４、ビットライン読取り装置５０５及びビットライン５０６、積分タイマ５０７、並びに信号増幅器５０９を備える。ビットライン読取り装置５０５は、信号増幅器５０８に接続されており、この信号増幅器５０８は、ビットライン読取り装置５０５からの信号を増幅して、画像出力データを生成する。さらに、光検出回路５２０も、画像形成アレイ５０２に隣接するようにダイ５０１上に配置される。
【００３９】
ダイ上の画像形成回路５０１は、さらに、平均化回路５１０、ルックアップテーブル及び信号ドライバ５１１、並びに照射源制御装置５１２を備えていてもよい。信号ドライバ５１１は、信号増幅器５０８、積分タイマ５０７、及び照射源制御装置５１２を制御する信号に対してそれぞれ、出力ライン５１３〜５１５を備える。照射源制御装置５１２は、照射源５１３を制御するように構成されており、この照射源５１３は、画像形成回路ダイ５０１上に必ずしも配置されなくてもよい。
【００４０】
ルックアップテーブル及び信号ドライバ５１１が、照射源制御信号、積分時間制御信号、及びゲイン制御信号に対する適切な値を決定すると、これらの信号は、照射源制御装置５１２、積分タイマ５０７、及び信号増幅器５０８にそれぞれ送られて、照射源５１３の輝度、画像形成アレイ５０２の露光時間、及び増幅器５０８のゲインをそれぞれ調整する。
【００４１】
ルックアップテーブル及び信号ドライバ５１１は、ストロングアーム(Strong-Arm)ＳＡ−１１１０のようなマイクロコントローラ装置と、周囲光の測定レベルに応じて光の輝度、積分時間、及び信号ゲインに関する特定の画像形成ニーズを画定するデータによってプログラムされた、読取り専用メモリとから構成されていてもよい。読取り専用メモリ内に収容されるデータの種類は、その装置が用いられる用途の種類によって決まる。例えば、バーコード読取り装置は、主に積分時間の変更に依存しようとする。これは、電力に配慮しながら周囲光を調整する方法である。
【００４２】
光源５１３は、輝度を制御することのできるものであれば、いずれの種類の従来の光源から構成されていてもよい。しかし、特に有益な構造が図１３に示されており、この図１３は、スキャナの表面６００を概略的に示している。画像形成回路６０１が、スキャナ表面６０２の中央に位置している。１つ以上のＬＥＤ光源６０３が、この画像形成回路６０１の周囲に配置されており、必要に応じてさらなる照明をもたらす。動作においては、この１つ以上のＬＥＤ６０３をそれぞれ個別のラインにより制御することによって、要望に応じて、各ＬＥＤ６０３をＯＦＦ又はＯＮにしてもよい。例えば、対象物若しくは目標物がスキャナ表面６０２に近接している場合には、１つ又は２つのＬＥＤのみをＯＮにしてもよいし、例えば５〜６インチというように目標物が少し離れている場合には、３つ又は４つのＬＥＤ６０３をＯＮにしてもよい。或いは、各ＬＥＤ６０３への駆動電流を光源制御装置５１２により制御することによって、必要に応じて、各ＬＥＤ６０３からの照射を増加させたり減少させたりすることもできる。
【００４３】
本発明を、現在最も実用的且つ好適であると考えられる実施の形態に応じて説明してきたが、本発明は、この開示された実施の形態に限定されない、ということは理解されなければならない。特許請求の範囲に定義された本発明の趣旨及び範囲から逸脱しなければ、様々な改造物並びに同等な構造及び機能を生成してもよい、ということは通常の当業者には理解されるであろう。従って、このような改造物並びに同等な構造及び機能を全て含むように、特許請求の範囲に定義された発明を、考えられ得る最も広い解釈としなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】光感応ピクセルのアレイに接続された電圧供給装置、及び本発明に適用可能なピクセル回路の概略図である。
【図２】本発明のブロック図である。
【図３】１つの電流モニタを備える、本発明のブロック図である。
【図４】複数の電圧供給装置を備える、本発明のブロック図である。
【図５】絶縁された電力用レールを備える、本発明のブロック図である。
【図６】周囲光検出装置のブロック図である。
【図７】周囲光検出装置において電流モニタとして適用可能な、回路を示す図である。
【図８】アレイの特定領域における周囲光を検出するための、画像形成アレイの様々な可能配列を示す図である。
【図９】アレイの特定領域における周囲光を検出するための、画像形成アレイの様々な可能配列を示す図である。
【図１０】アレイの特定領域における周囲光を検出するための、画像形成アレイの様々な可能配列を示す図である。
【図１１】アレイの特定領域における周囲光を検出するための、画像形成アレイの様々な可能配列を示す図である。
【図１２】本発明による周囲光検出装置が適用可能な、露光制御システムのブロック図である。
【図１３】画像スキャナの表面を示す図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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