(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のカラーに応答する第１の線形ホトセンサーアレイと、該第１線形ホトセンサーアレイに並行であり、第２のカラーに応答する第２の線形ホトセンサーレアレイとを有するセンサーバーを備えたラスタ入力スキャナを操作する方法において、
第１線形ホトセンサーアレイを先に、第２線形ホトセンサーアレイを後に配置した、前記センサーバーを、前記線形ホトセンサーアレイにほぼ直角な走査方向に、走査対象に対して移動させ、
前記センサバーの移動のときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、前記第１線形ホトセンサーアレイのホトセンサーからの画像信号の積分を生じさせ、該積分の各々は第１の露光期間を有しており、
前記センサバーの移動のときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、前記第２線形ホトセンサーアレイのホトセンサーからの画像信号の積分を生じさせ、該第２線形ホトセンサーアレイの積分は、前記第１露光期間より短い第２の露光期間を有し、該第２線形ホトセンサーアレイの積分は、前記第１露光期間中に開始し前記第１線形ホトセンサーアレイの画像信号領域の中心に該第２線形ホトセンサーアレイの画像信号領域の中心が整列するように行われる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに、各走査サイクルごとに、前記第１線形ホトセンサーアレイの各ホトセンサーにバイアスを注入し、各走査サイクルごとに、前記第２線形ホトセンサーアレイの各ホトセンサーにバイアスを注入することを特徴とする方法。
【請求項３】
それぞれが異なる原色に応答する、互いに並行に配列した第１の線形ホトセンサーアレイと第２の線形ホトセンサーアレイと第３の線形ホトセンサーアレイとを有するセンサーバーを備えたラスタ入力スキャナを操作する方法において、
前記センサーバーを、その線形ホトセンサーアレイにほぼ直角な走査方向に、走査対象に対して移動させ、
前記センサーバーが動くときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、前記第１線形ホトセンサーアレイのホトセンサーからの画像信号の積分を生じさせ、積分の各々は第１の露光期間を有しており、
前記センサーバーが動くときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、前記第２線形ホトセンサーアレイのホトセンサーからの画像信号の積分を生じさせ、該積分が、前記第１露光期間の２／３の期間続く第２の露光期間を有し、該積分は前記第１露光期間の２／３のところで開始しており、
前記センサーバーが動くときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、前記第３線形ホトセンサーアレイのホトセンサーからの画像信号の積分を生じさせ、該積分が、前記第１露光期間の１／３の期間続く第３の露光期間を有し、該積分が前記第２露光期間の後に開始している、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カラーイメージセンサーアレイ、より詳細には、各走査サイクルにおいて、複数の原色フィルタ付きホトセンサーのそれぞれを、走査している原画像上の同じ場所に対し確実に露光させる「電子シャッタ」装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単色のイメージセンサーアレイは、一般に、画像を有する原稿をラスタ走査して、各ホトダイオードが見たごく小さい画像領域を画像信号電荷へ変換する線形ホトダイオードアレイから成っている。積分期間の後、画像信号は、増幅され、連続的に付勢するマルチプレクサ用トランジスタによって共用出力ラインすなわちバスへ転送される。
【０００３】
米国特許第５，１４８，２６８号は、フルカラーの原画像をディジタルデータとして記録するカラーイメージセンサーアレイを開示している。この特許には、１個のセンサーバーの上に並行に配列された複数の線形ホトセンサーアレイが記載されており、このセンサーアレイは、原画像に対して、配列方向に直角な走査方向に移動させられる。各アレイ内のホトセンサーには、ある原色のフィルタが付いている。３つのホトセンサーアレイを含むセンサーバーが原画像に沿って動くと、原画像の領域の各部分が各ホトセンサーアレイに対し露光される。各フィルタ付きホトセンサーアレイが原画像内の個々の領域を通過すると、各アレイの個々のホトセンサーによって、その領域の異なる色分解に従って信号が出力される。このように、３つの線形ホトセンサーアレイによって、それぞれが１つの原色に関係している別個の３組の信号が生成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
並列に配列された３つの線形ホトセンサーアレイを有するセンサーバーに関する１つの実際の問題点は、３つのアレイのすべての走査について、おそらく３つのアレイのそれぞれは正確に原画像の同じ領域を見ないことである。原色フィルタ付きホトセンサーアレイの間隔は３つのアレイのそれぞれから出力される信号に時間遅れを生じさせるであろう。一般にセンサーバーは原画像に対して連続して動いているので、３つのアレイのそれぞれは原画像の個々の走査線内の少し違った領域に対し露光されるであろうと思われる。
【０００５】
本発明は、フルカラーセンサーバー内の個々の線形ホトセンサーアレイの積分時間すなわち「電子シャッタ」を巧みに操作して、原画像の露光される領域をセンサーバーの方向に沿ってよりぴったり整列させることを目指している。このやり方で、原画像の個々の小領域を通過する各原色ホトセンサーは事実上原画像内の同じ小領域を見るので、画質は向上するであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の線形ホトホンサアレイと該第１線形ホトセンサーアレイに並行な第２の線形ホトセンサーアレイとを有するセンサーバーを備えたラスター入力スキャナの操作方法を提供する。前記のセンサーバーを、第１線形アレイを先に、第２線形アレイを後に配置して、その線形アレイにほぼ直角な走査方向に、走査対象に対して移動させる。センサーバーが動くときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、第１線形アレイのホトセンサーからの画像信号の積分を、第１の露光期間をもって生じさせる。センサーバーが動くときの一連の走査サイクルのそれぞれについて、第２線形アレイのホトセンサーからの画像信号の積分を、前記第１露光期間より短い第２の露光期間をもって前記第１露光期間の間に始まるように生じさせる。
【０００７】
【実施例】
図６には、センサーバー１０を用いたラスタ入力スキャナ１０２が示され、プラテン１０４に置かれた原稿１０３からイメージデータを得ている。センサーバー１０は、図６の紙面に垂直な方向に線形に配列され、同じように線形に配列されたレンズ１０６と一緒に、矢印１０５の方向に移動する。図１に示すように、センサーバー１０上の各ホトサイト領域１４は、３つの原色を表現するホトダイオード１４ａ，１４ｂ，１４ｃを含んでいる。ここではホトダイオード１４ａ，１４ｂ，１４ｃを示して説明するが、非晶質シリコンまたは透明電極ＭＯＳ型ホトサイトなど別形式のホトサイトでもよい。さらに、ここではホトサイト領域１４の列１６を１つ有する一次元センサーアレイを示して説明するが、ホトサイト領域１４の列を複数個用いた２次元センサーアレイであってもよい。
【０００８】
図２に示すように、各ホトサイト領域１４は、２段の転送回路２０を有し、この転送回路２０は、ホトサイト領域１４及びバッファ増幅器３３と共にアレイの前段側のホトサイトセル１５を構成している。各セル１５では、ホトサイト領域１４からの画像信号電荷が、回路２０によって増幅器３３へ転送され、この増幅器３３で所望の電位に増幅された後、共用ビデオ出力ラインすなわちバス２２へ転送される。シフトレジスタ・論理回路２４は、各セル１５を正しいタイミング順序でバス２２へ接続するためのタイミング制御信号 PxSelを提供する。
【０００９】
センサーバー１０は、たとえば原稿をラスタ走査するのに使用できる。その場合、センサーバー１０は、センサーバー１０の縦軸に直角な低速走査（副走査）方向に原稿に対して動かされる、すなわちステップ送りされる。同時に、センサーバー１０はその縦軸に平行な高速走査（主走査）方向に原稿を一行づつ走査する。走査中の画像行は照明されて、原稿から反射した光がホトサイト領域１４内のホトダイオードの上に集められる。積分期間の間、各ホトダイオードが見た画像領域の反射率に比例する電荷が各ホトダイオード上に出現する。この画像信号電荷は、そのあと、２段転送回路２０によって増幅器３３を介して所定のタンミング順序で信号バス２２へ順次転送される。
【００１０】
各セル１５の２段式転送回路２０は、ホトダイオード１４ａ，１４ｂ，１４ｃからの画像信号電荷を増幅器３３へ転送する第１段の転送トランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、第２段の転送トランジスタ２８を含んでいる。トランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃはライン２５ａ，２５ｂ，２５ｃによってホトダイオード１４ａ，１４ｂ，１４ｃの一方の電極と増幅器３３の入力ゲートへ直列に接続されている。ホトダイオード１４ａ，１４ｂ，１４ｃの他方の電極は接地されている。バアイス電荷注入トランジスタ３６は、中間ノード３７の所でライン２５へバイアス電荷たとえば電気的にファットゼロ(Fat Zero)の電位ＶFZを得る電荷を注入する。リセットトランジスタ３８はトランジスタ２８と増幅器３３の間のノード３９でリセット電圧ＶR を制御する。
【００１１】
適当なクロック４５は、適当なソースパルスΦR ，ΦTA，ΦTB，ΦTC，ΦT2，ΦFZを提供し、また、ＶFZを提供する。パルスΦTA，ΦTB，ΦTC，ΦFZ，ＶFZはライン２５ａ，２５ｂ，２５ｃにバイアス電荷を注入するために与えられ、そしてパルスΦT2，ΦR はノード３９を電圧ＶR にセットするために与えられる。異なる振幅のパルスΦTA，ΦTB，ΦTCはホトダイオード１４ａ，１４ｂ，１４ｃから増幅器３３へ画像信号電荷を転送するために与えられる。増幅器３３によって増幅され、共用ビデオ出力バス２２へ出力された電荷をマルチプレクスするために使用される PxSel  信号は、シフトレジスタ・論理回路２４によって与えられる。
【００１２】
動作中、パルスΦR はリセットトランジスタ３８を付勢し、リセット電圧ＶR をノード３９に加えて増幅器３３への入力をリセットする。次に、パルスΦTAとΦT2は、それぞれ、２段式転送回路２０のトランジスタ２６ａと２８を付勢し、各セル１５のホトダイオード１４ａに蓄積された画像信号電荷を増幅器３３へ転送する。画像信号電荷の転送を容易にするために、パルスΦTAの振幅Ｖ（ΦTA）は、パルスΦT2の振幅Ｖ（ΦT2）より小さい。バイアス電荷の注入の間、パルスΦTA，ΦFZは「ハイ」になり、他方パルスＶFZは「ロー」になる。予めセットした所定期間の後、パルスΦTA，ΦFZ，ＶFZはそれらの公称レベルへ戻る。
【００１３】
センサーバーが走査している原稿または他の走査対象に対して動くと、センサーバー上のあるセル１５内の各原色ホトダイオード１４ａ〜１４ｃは原稿上の個々の場所に対し順次露光される。各ホトダイオード１４ａ〜１４ｃが原稿上の個々の場所に対し露光されると、各ホトダイオードは原画像の一部分内のその原色の量に比例する電荷を蓄積するので、３つの電荷信号（各信号は個々の場所内のある原色に対応している）が生じる。これら３つの原色信号を、ホトダイオード１４ａ〜１４ｃから使用可能な順序でビデオ出力バス２２上に読み出すために、クロック４５は転送回路２０内の種々のトランジスタを作動させる。
【００１４】
本発明に関連して、クロック４５の作用によって最終的に制御される重要なパラメータには、センサーバー上の各セル内の原色ホトセンサー１４ａ〜１４ｃ上に蓄積された電荷の積分が含まれる。これらの電荷の積分は、特定の（走査している原画像内の個々の場所について原色の量に直接関係する）大きさをもつ電荷を、転送回路２０を通してビデオ出力バス２２に転送することを示している。要するに、各ホトダイオード１４ａ〜１４ｃはいつでも電荷生成のための光を受け取るのが可能である。走査中に個々のホトダイオードを制御するための重要なパラメータは、個々のホトダイオードが放電する（最終的にビデオイメージ信号が作られる）事象のタイミングである。センサーバーが走査する画像に対して動くので、各原色のための各ホトセンサーは、一定の長さの露光時間を持ち、この露光時間の間に、個々のホトセンサーは、走査している画像の個々の場所から光を受け取ることができる。この原理は、カメラにおいてフィルムを露光するためシャッタを開くことと同じである。
【００１５】
各走査サイクル毎に、走査サイクル中に蓄積された電荷を転送回路２０を介して読み出すことができるように、ホトダイオードは、一時的にシャットオフされる。特許請求の範囲において用いられているように、「積分」は、走査中の画像すなわち対象物からの光が個々のホトダイオードを帯電させることができる各走査サイクルの部分を意味する。この積分を実行することができる各走査サイクル中の時間の長さは、「露光期間」と呼ばれる。露光期間が長ければ長いほど、光はより多くの電荷を個々のホトダイオード上に生成することができる。本発明の実施例におけるファットゼロ（fat-zero) バイアス電荷注入装置の場合、各露光期間の始めと終りは転送回路２０の作用によって決まる。各露光期間は、ファットゼロバイアス電荷が個々のホトダイオードに注入されると始まり、対応のトランジスタ２６がそのホトダイオードを放電させて転送回路２０を介してリセットノード３９へ電荷を転送すると終わる。
【００１６】
図３は、従来の装置において一組のホトダイオード１４ａ〜１４ｃで走査しているハードコピー画像上の領域の相対的位置を示す図である。図示のように、３個のホトダイオード１４ａ〜１４ｃは、典型的なセンサーバーの設計において見られるホトダイオードに対応付けられた感光領域の相対的サイズおよび間隔に相当する正方形で表してある。各ホトダイオード１４ａ〜１４ｃは三原色の１つが割り当てられており、ホトダイオードがその原色のみに反応するようにフィルタが付けられている。すなわち、ホトダイオード１４ａには青フィルタが付いており、ホトダイオード１４ｂには緑フィルタが付いており、ホトダイオード１４ｃには赤フィルタが付いている。図３には、そのほかに、時間の経過とともに個々のホトダイオードが走査している原画像の走査方向（図３において下向き）に沿った領域に対応する３つの縦列が示してある。異なる色に対応する領域は別個の縦列として示してあるが、実際には、３つの縦列は事実上重なっており、走査している画像または対象に対し同じ経路をたどる。しかし、図３では、説明の便宜上、青、緑、赤に対応する３個のホトダイオードの挙動は別個の縦列として示してある。
【００１７】
図３において、３個のホトダイオードは連続して下方に動いて原画像を走査するので、各縦列内の太い各水平線は個々のホトダイオードについて露光期間が始まるタイミングを表す。太い各水平線のすぐ下に描かれた“Ｘ”は、太い水平線の所で露光期間を始める特定のホトダイオードで走査される画像領域の範囲を示す。図３の各Ｘの中心にある黒点は、各露光期間の間に走査される画像の特定の小領域の中心点すなわち重心を表す。これは、原画像の複数の重複する領域を異なるホトダイオードで露光するときの重要な概念である。各Ｘによって包含される領域が個々のホトダイオードに相当する領域より大きいという事実は、各ホトダイオード１４ａ〜１４ｃが走査している画像に対し連続的に移動しながら、ホトダイオードが特定の露光期間の間は「オン」である（走査している原画像の領域を露光している）という事実による。
【００１８】
図３の破線の水平線は走査している領域の相対的位置を示す。破線の各水平線の間隔はここではセンサーバーの走査サイクルに対応する走査線の１／６を表すものとする。図からわかるように、ホトダイオード１４ａ〜１４ｃで表した各ホトセンサーは垂直方向に全走査線（６本の点線の水平線）を取り囲んでおり、ホトダイオードの境界線は別のホトダイオードの境界線から走査線の１／２すなわち３本の破線の水平線だけ間隔があいている。この特別の間隔は集積回路上にホトセンサーを生成するのに必要な普通の間隔である。
【００１９】
それぞれが三原色の１つに対応している３個のホトダイオード１４ａ〜１４ｃを有するセンサーバー内の各セルについて、それぞれのホトダイオードを一貫した順序で読み出すルーチンが存在しなければならない。従来の装置において、ホトダイオード１４ａ〜１４ｃを単純な番号順に読み出す技法は知られている。すなわち、最初に、あるホトダイオードたとえば１４ａが、その信号をビデオバス２２上に放出することが許され、次に、ホトダイオード１４ｂとホトダイオード１４ｃが読み出される。各走査サイクルについて、個々のホトダイオードは同じ長さの積分時間が割り当てられる。しかし、図３から、従来の番号順同一露光期間技法の場合、実際の装置では、図面で下向きに動いて連続した原色ホトダイオードで走査されている画像の重心はスキューする（ずれる）ことがわかる。各走査の始めを示す太い水平線と、前記各水平線に付けられた各ホトダイオードの露光期間の順番を示す番号とから、走査している画像部分の重心は一直線上にない（３つの縦列は事実上原画像上で重なっている）。たとえば、青ホトダイオード１４ａは第２縦列の緑ホトダイオードおよび第３縦列の赤ホトダイオードのそれの少し下に重心をもつ原画像上の場所を常に走査している。異なる原色に対するこの重心のスキューは、複雑な原画像たとえば写真を走査する際に望ましくない影響を及ぼすことがある。
【００２０】
本発明の異なる原色ホトセンサーアレイの独立して制御可能な露光期間によって、各原色ホトダイオードアレイの露光のタイミングと時間を精密に細かく調整することができるので、異なる原色ホトダイオードで走査している画像部分の中心点すなわち重心を正確に整列させる、すなわち重ねることができる装置が得られる。
【００２１】
図４は、各原色ホトダイオードで走査している領域の重心が完全に整列される装置を示す（図示した３つの縦列は実際は重なっているので、それらの重心は厳密に原画像上の同一場所にある）。各原色ホトダイオードで走査している画像領域の重心をこのように整列させるために（異なるホトダイオードで走査している画像領域によって形成されたＸと比較して）、走査している画像に対しセンサーバーの前縁をなしている青ホトダイオード１４ａは、緑ホトダイオード１４ｂより長い露光期間が割当てられる。赤ホトダイオード１４ｃは、緑ホトダイオード１４ｂよりかなり短い露光期間が割り当てられる。このように、緑ホトダイオード１４ｂと赤ホトダイオード１４ｃの露光期間を次第に短くすることによる効果として、緑ホトダイオード１４ｂと赤ホトダイオード１４ｃはセンサーバーの前縁をなすホトダイオード１４ａより少し小さい領域を走査する。
【００２２】
総合的な効果として、後の緑ホトダイオードと赤ホトダイオードの露光期間を次第に短くする目的は、走査方向にホトダイオード１４ａ〜１４ｃの間の水平線によって作られた３つのスペースで表される隣接ホトダイオード間のデッドスペースを補償することにある。そのほかに、各ホトダイオードで走査される画像の場所の中心点すなわち重心を正確に同じ場所にするために、後のホトダイオードのそれぞれの露光期間が青ホトダイオードより遅く始まり、早く終わることに気づかれるであろう。緑ホトダイオード１４ｂの積分は、青ホトダイオード１４ａより短い露光期間を有しているので、走査している対象の領域の中心は走査方向に沿った同じ中心点に置かれる。
【００２３】
センサーバーの前端から後端へホトセンサーの露光期間の所望の相対的短縮を実現するため、個々のホトダイオード１４ａ〜１４ｃのバイアス（電荷）注入と放電を制御するクロック４５を調整して、露光期間をかなり正確に調整することができる。図５は、図４に示した走査している画像の重心の整列を実現する原色ホトダイオードの露光期間に関するタイミング図を示す。ファットゼロのバイアス（電荷）注入を使用する、本発明の実施例においては、露光期間がファットゼロのバイアス（電荷）の注入によって始まり、ホトダイオードの放電によって終わるように決められるが、図５のタイミング図はホトダイオードを制御する他の装置にも適用することができる。個々のホトダイオードに関する露光時間は、タイミング図の各線の「太い」部分によって与えられる。図５に示した各積分期間内の参照文字Ｎ，Ｎ＋１，Ｎ＋２，．．．は走査している画像の異なる部分に対応している。図５の一番下に、転送回路たとえば２０によって画像を読み出すことができるとき一組の三原色ホトダイオードによって出力された信号を示す、ビデオライン２２上の出力を示す。
【００２４】
図５を検討すると、青（Ｂ）ホトダイオードの前縁には、比較的長い積分期間が与えられ、そして本質上ある積分期間のすぐ後に別の積分期間が続いていることがわかる。青ホトダイオードの長い積分時間で表される各走査サイクルについて、センサーバーの第２ホトダイオード（ここでは、緑（Ｇ）ホトダイオード）の露光期間は、青ホトダイオードの露光期間の途中約２／３の所で始まるように意図されている。この緑ホトダイオードの露光期間は、青ホトダイオードの露光期間の２／３の期間続く。最後に、センサーバーの最後のホトセンサー（ここでは、赤（Ｒ）ホトダイオード）に与えられる露光期間は、先端側の青ホトダイオードの１／３の期間であり、その露光は、緑ホトダイオードの露光期間が終わると始まる。従って、３つの原色ホトダイオードの全部について、各露光期間の始りは最長の露光期間の２／３ずつずらされており、露光期間の相対的比率は、１：２／３：１／３になるように、露光時間は次第に短くなっている。（図４に戻って、３つのホトダイオードの走査領域の相対的長さが水平線の数で１２：１０：８であり、１：２／３：１／３でない理由は、ホトダイオードの走査方向の長さと、ダイオード間の間隔とがあるためである。）
【００２５】
【発明の効果】
画像信号がホトダイオードから読み出された時のビデオライン２２上の出力を表すビデオラインに注目すると、個々のホトダイオードの露光期間の違いにもかかわらず、ビデオ信号の規則的なパターンが出力されることがわかる。また、ビデオライン上の読出し信号は、本質上個々のホトダイオードの露光期間の末尾にすぐ続いている。
【００２６】
原色ホトダイオードは、同じ原画像を走査している時でも、かなり異なる露光期間を有しているという事実は、必ずしも装置から読み出された画像信号の品質に有害な影響を与えるとは限らない。それどころか、本発明の一実施例においては、青ホトダイオードのより長い露光期間により、使用しているフィルタの低い光透過性が適切に補償されることがわかった。異なる原色に対する異なる露光期間によって生じた信号値の差は、少なくともホトセンサの下流で画像処理装置において補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサーバーのホトサイト領域の平面図である。
【図２】画素セルを示す回路図である。
【図３】ホトダイオードから信号を読み出す従来の技法に従って、走査している画像の表面に対する各ホトダイオードの行動を示す図と、画素セル内の典型的なホトダイオードを対比して示した平面図である。
【図４】本発明の一実施例に従って、ホトダイオードに対する読出し方法の実施を示す、走査している領域の一部分の、第３図に類似した平面図である。
【図５】図４に示した読出し方法を実施するための異なる原色ホトダイオードの動作と関連ビデオラインを対比して示したタイミング図である。
【図６】センサーバーを用いたラスタ入力スキャナの概略図を示す。
【符号の説明】
１０  センサーバー
１４  ホトサイト領域
１４ａ〜１４ｃ  ホトダイオード
１５  画素セル
２０  ２段式転送回路
２２  共用ビデオ出力ライン
２４  シフトレジスタ・論理回路
２６ａ〜２６ｃ  第１段の転送トランジスタ
２８  第２段の転送トランジスタ
３３  増幅器
３６  バイアス電荷注入トランジスタ３６
３７  中間ノード
３８  リセットトランジスタ
３９  ノード
４５  クロック
【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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