(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアセンサ用の固体撮像素子とレンズ系を有する固体撮像装置であって、
画像光のフォーカス調整、被撮像面に対する固体撮像素子の平行度調整に用いられるモニタ用センサが、前記固体撮像素子の受光センサ列に沿って複数箇所に設けられ、
前記フォーカスが合ったことを前記モニタ用センサからの出力に基いて検出する第１の検出手段と、前記平行度が得られたことを前記モニタ用センサからの出力に基いて検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段により検出される前記モニタ用センサからの出力に基づく検出信号若しくは前記第２の検出手段により検出される前記モニタ用センサからの出力に基づく検出信号と、調整終了後の固体撮像素子の画像信号を選択的に出力端子より出力する制御手段とを備えて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばイメージスキャナ等の、ＣＣＤリニアセンサ用の固体撮像素子とレンズ系を有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、レンズ縮小型のイメージスキャナ等に搭載される光学系ユニット１の概略を示す。この光学系ユニット１は、固体撮像素子であるＣＣＤリニアセンサ２と、原稿４に記載された文字、記号、図形等のいわゆる画像をＣＣＤリニアセンサ２の撮像面に縮小投影させるためのレンズ系３とから成る。
【０００３】
ＣＣＤリニアセンサ２は、図８に示すように、複数の受光センサ部６が一方向に配列された受光センサ列（以下、センサ列という）７と、センサ列７の一側に読出しゲート部８を介して配置されたＣＣＤ構造の電荷転送レジスタ９と、電荷転送レジスタ９の終段に接続された出力部１０とを有して構成される。
このＣＣＤリニアセンサ２では、原稿４からの画像光（原稿面４ａで反射した光）がレンズ系３を通してセンサ列７に入射され、光電変換されて各受光センサ部６に信号電荷が蓄積される。この信号電荷が、読出しゲート部８を介して電荷転送レジスタ９に読出され、電荷転送レジスタ９内を転送し、電荷電圧変換されて出力部１０の出力端子ｔOUT よりＣＣＤ出力信号が出力される。
【０００４】
従来、上述の光学系ユニット１を組立る際のユニット１内のピント調整（いわゆる画像光のフォーカス調整）は、ＣＣＤリニアセンサ２の出力電圧をオシロスコープ等でモニタしながら、レンズ系３を上下へ水平移動させてレンズ系３の位置を調整している。
また、原稿面４ａに対してＣＣＤリニアセンサ２が左右に傾いた状態を平行にするための、平行度調整（所謂あおり調整）は、同様にＣＣＤリニアセンサ２の出力電圧をオシロスコープ等でモニタしながら、ＣＣＤリニアセンサ２が原稿面４ａに平行になるようにＣＣＤリニアセンサ２の位置を調整するようにしている。
安価な光学系ユニットの組立工程では、この調整作業は通常オペレータが担当している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学系ユニット１を組立る際の、上述したフォーカス調整、リニアセンサの平行度調整では、オペレータによる調整のばらつき、また調整が完了するまでの時間がかかる等の問題があった。調整不足は、以下のようなセットパフォーマンスの低下の原因になる。
▲１▼フォーカス歪みが生じる。即ち、原稿面へのピントが合わないため、解像度低下、感度低下となる。
▲２▼あおり歪みが生じる。即ち、原稿面の中央位置でピントが合っていても、左右で読み取り画像に差が生じてしまう。
近年、価格低下が顕著であるイメージスキャナの市場においては、上述の調整工程を簡略化し、一定レベルで調整することが重要となってきており、そのための調整技術が望まれている。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、光学系ユニットの組立ての際の、フォーカス調整、平行度調整等の調整作業の簡略化を可能にした固体撮像装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リニアセンサ用の固体撮像素子とレンズ系を有する固体撮像装置であって、画像光のフォーカス調整、被撮像面に対する固体撮像素子の平行度調整に用いられるモニタ用センサを、上記固体撮像素子の受光センサ列に沿って複数箇所に設け、且つフォーカスが合ったことをモニタ用センサからの出力に基いて検出する第１の検出手段と、平行度が得られたことをモニタ用センサからの出力に基いて検出する第２の検出手段とを備えて構成する。
【０００８】
本発明の固体撮像装置では、センサ列の例えば中央部分の受光センサ部に対応する位置のモニタ用センサからの出力が最高値になったとき、或いは該出力が所要の基準値を超えたときに、第１の検出手段より画像光のフォーカスが合ったことを検出する信号が出力される。
また、センサ列の例えば両端部分の受光センサ部に対応する位置の両モニタ用センサからの出力差がなくなったとき、或いはその出力差が基準値以下になったときに、第２の検出手段より被撮像面に対する固体撮像素子の平行度が得られたことを検出する信号が出力される。
【０００９】
本発明は、リニアセンサ用の固体撮像素子とレンズ系を有する固体撮像装置であって、画像光のフォーカス調整、被撮像面に対する固体撮像素子の平行度調整に用いられるモニタ用センサが、前記固体撮像素子の受光センサ列に沿って複数箇所に設けられ、前記フォーカスが合ったことを前記モニタ用センサからの出力に基いて検出する第１の検出手段と、前記平行度が得られたことを前記モニタ用センサからの出力に基いて検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段により検出される前記モニタ用センサからの出力に基づく検出信号若しくは前記第２の検出手段により検出される前記モニタ用センサからの出力に基づく検出信号と、調整終了後の固体撮像素子の画像信号を選択的に出力端子より出力する制御手段とを備えて構成する。
【００１０】
本発明の固体撮像装置では、センサ列の例えば中央部分の受光センサ部に対応する位置のモニタ用センサからの出力が最高になったとき、或いは該出力が所要の基準値を超えたときに、第１の検出手段より画像光のフォーカスが合ったことを検出する信号が出力される。
また、センサ列の例えば両端部分の受光センサ部に対応する位置の両モニタ用センサからの出力差がなくなったとき、或いはその出力差が基準値以下になったときに、第２の検出手段より被撮像面に対する固体撮像素子の平行度が得られたことを検出する信号が出力される。
そして、制御手段を備えることにより、調整時には検出信号が出力端子から出力され、調整終了後は切替えられて、固体撮像素子の画像信号が出力端子から出力される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像装置の実施の形態を説明する。
【００１２】
先ず、本発明を理解するために、イメージスキャナ等に搭載される光学系ユニットにおける通常のフォーカス調整、及びあおり調整（平行度調整）について説明する。
図５は、イメージスキャナ等に搭載される光学系ユニットの代表的なモデルを示す。この光学系ユニット１１は、固体撮像素子であるＣＣＤリニアセンサ１２と、原稿１４に記載された文字、記号、図形等のいわゆる画像をＣＣＤリニアセンサ１２の撮像面に縮小投影させるためのレンズ系１３とから成る。
光学系ユニット１１では、原稿１４からの画像光（原稿面１４ａで反射した光）がレンズ系１３を通してＣＣＤリニアセンサ１２に入射され、光電変換されて各受光センサ部に信号電荷が蓄積される。この信号電荷は電荷転送レジスタに読出され、電荷電圧変換されて出力部の出力端子よりＣＣＤ出力信号として出力される。
【００１３】
通常、光学系ユニット１１内のピント調整（いわゆる画像光のフォーカス調整）の際は、図５Ａの矢印ａに示すように、レンズ系１３を上下方向へ水平移動させて、図６Ａに示すようなＣＣＤ出力１６の振幅の大きさをモニタしている。この場合、原稿面１４ａが白く、光源（図示せず）からの入射光の反射が大きい程、ＣＣＤ出力振幅が大きいため、同図中の最大出力ＶMAX は上方へ大きくなる。ここでは、ＣＣＤリニアセンサ１２と原稿面１４ａは平行な位置関係にあり、出力ＶMAX は１水平期間（１Ｈ期間）の信号出力期間の中央部の最大出力とする。例えば、光学系ユニット１１の組立ラインのオペレータは、この出力ＶMAX が最大となる時を原稿面１４ａとＣＣＤリニアセンサ１２の焦点が合っていると認識する。
【００１４】
また、図５Ｂに示すように、原稿面１４ａ（従って、レンズ系１３）に対して、ＣＣＤリニアセンサ１２が左右に傾いた位置にあるときは、図６Ｂに示すように、ＣＣＤ出力が１水平期間（１Ｈ期間）の信号出力期間で始めと終わりの信号出力に差が生じることになる。この場合は白補正をすることで対応できるが、ダイナミックレンジに差が発生する可能性があり、厳密にみると、読み取り画像全体では左右で異なるデータとなってしまう。この現象を、あおりと呼ぶことにする。
従って、ＣＣＤリニアセンサ１２が左右に傾いているときは、図５Ｂの矢印ｂ方向に移動して、ＣＣＤリニアセンサ１２を原稿面１４ａと平行になるように調整することになる。
【００１５】
本実施の形態においては、上述の出力ＶMAX の検出をＣＣＤリニアセンサのセンサ列の近傍に設けたモニタ用センサを用いて行う。
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置をイメージスキャナに適用した場合について、説明する。
【００１６】
本実施の形態に係る固体撮像装置は、前述の図５と同様に、固体撮像素子、即ちＣＣＤリニアセンサ１２と、原稿１４に記載された文字、記号、図形等のいわゆる画像をＣＣＤリニアセンサ１２の撮像面に縮小投影させるためのレンズ系１３とからなる、光学系ユニット１１を有して成る。
本実施の形態のＣＣＤリニアセンサ１２は、例えば図１に示すように、複数の受光センサ部２１が一方向に配列された受光センサ列（以下、センサ列という）２２と、センサ列２２の一側に読出しゲート部２３を介して配置されたＣＣＤ構造の電荷転送レジスタ２４と、電荷転送レジスタ２４の終段に接続された出力部２５とを有して成る。
そして、本実施の形態では、特に、センサ列２２に沿って複数箇所、本例ではセンサ列２２の中央の受光センサ部分に対応した位置と、センサ列２２の左右両端の受光センサ部分に対応した位置とに、夫々モニタ用センサ２６〔２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ〕が配置され、さらに、光学系ユニット１１の組立て調整時に、画像光のフォーカスが合ったことを例えば中央のモニタ用センサ２６Ａからの出力に基いて検出する第１の検出手段と、原稿面１４ａと固体撮像素子１２との平行度が得られたことを例えば両端のモニタ用センサ２６Ｂ及び２６Ｃからの出力に基いて検出する第２の検出手段とが備えられて成る。
なお、図示せざるも、所要の位置に受光センサ部２１での不要電荷を掃き捨てるための掃捨て手段が設けられる。例えば縦型オーバフロードレイン構造、或いは横型オーバーフロードレイン構造で構成することができる。
【００１７】
モニタ用センサ２６は、ダイオード構造の光センサで形成することができる。ここで、受光センサ部２１を例えばＨＡＤセンサ（Ｈｏｌｅ  Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｄｉｏｄｏ）で形成するときは、モニタ用センサ２６は受光センサ部２１と同様のＨＡＤセンサで形成しても良く、あるいは他のダイオードセンサで形成しても良い。
【００１８】
第１の検出手段としては、例えば図２に示すピークホールド回路３１を使用して構成することができる。このピークホールド回路３１は、ダイオード３２と容量素子３３とバッファアップ３４からなり、ダイオード３２のカソード側を入力端子ｔINに接続し、ダイオード３２のアノード側と接地間に容量素子３３を接続すると共に、容量素子３３に基準電圧Ｖref の供給源３５を接続し、さらにダイオード３２と容量素子３３との接続中点をバッファアップ３４を介して出力端子ｔOUT に接続して構成される。
このピークホールド回路３１では、入力端子ｔINに例えば中央のモニタ用センサ２６Ａからの電荷電圧変換された出力電圧が入力され、基準電圧Ｖref がモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧より大きい値に設定される。ここで、モニタ用センサ２６Ａからの出力電圧は、出力が大きくなる程、基準電圧Ｖref に対して負に大きくなる。そして、ピークホールド電圧に変動がなくなった時点（即ち、モニタ用センサ２６Ａからの出力電圧が最高値ＶMAX になった時点）で出力をオンするように構成することができる。
【００１９】
また、第１の検出手段としては、例えば図３に示す比較器４１を使用して構成することができる。この場合、比較器４１の同相入力端子ｔX にモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧が入力され、逆相入力端子ｔY に図３Ａに示す所要の閾値電圧ＶT1が入力される。比較器４１の出力側は位相反転回路４２を介して出力端子ｔOUT に接続される。そして、比較器４２でモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧と予め設定された閾値電圧ＶT1を比較しながら、閾値電圧ＶT1を超えたときに出力をオンすように構成することができる。
【００２０】
第２の検出手段としては、図３の位相反転回路４２を含む比較器４１を用いて構成することができる。この場合、比較器４１の同相入力端子ｔX に例えば左端部のモニタ用センサ２６Ｂからの出力電圧が入力され、逆相入力端子ｔY に例えば右側端部のモニタ用センサ２６Ｃの出力電圧が入力される。そして、比較器４１で２つの値の差がなくなったとき、或いは２つの差が図６Ｂに示す所要の閾値ＶT2以下になったときに、出力をオンするように構成することができる。
【００２１】
次に、上述した本実施の形態の固体撮像装置の動作を説明する。
【００２２】
先ず、レンズ系１３とＣＣＤリニアセンサ１２を含む光学系ユニット１１の組立時の、フォーカス調整（焦点調整）について説明する。
最初に光学系、例えばレンズ系１３の位置を上下移動（いわゆる予備スキャン）させて中央のモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧が最高値ＶMAX になるときの信号をホールドして置く。次に、光学系の本調整において、レンズ系１３を移動（本スキャン）しながら中央のモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧が最高値ＶMAX になるときの信号を得たところで、フォーカスが合ったと見做してレンズ系１３の位置を固定するようになす。
【００２３】
即ち、  第１の検出手段として、図２のピークホールド回路３１を用いて構成した場合、ＣＣＤリニアセンサ１２のセンサ列２２のの中央位置に対応するモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧がピークホールド回路３１の入力端子ｔINの入力される。ピークホールド回路３１の容量素子３３では、初期状態で基準電圧Ｖref にチャージされている。モニタ用センサ２６Ａからの出力電圧の入力で容量素子３３の容量がダイオード３２を通じてディスチャージされる。モニタ用センサ２６Ａから最大出力電圧ＶMAX が入力されると、容量素子３３が電圧ＶMAX にホールドされる。予備スキャンでは、このホールド電圧ＶMAX を保持して置く。次に、本スキャンにおいて、同様の操作を行ってピークホールド回路３１の出力端子ＶOUT からの出力電圧と上記保持されているホールド電圧ＶMAX との差を取り、差が０になった時点でスイッチ手段（図示せず）がオンし、差０に基く検出信号が出力され、オシロスコープに表示される。このオシロスコープをモニタして光学系のフォーカス調整（焦点調整）を行い、レンズ系１３の位置を決定する。
【００２４】
第１の検出手段として、図３の比較器４１を用いて構成した場合、比較器４１の逆相入力端子ｔY に図６Ｂに示す所要の閾値電圧ＶT1を入力し、同相入力端子ｔX にモニタ用センサ２６Ａからの出力電圧を入力する。比較器４１で比較しながら、モニタ用センサ２６Ａからの出力電圧が閾値電圧ＶT1を超えたとの差の出力、即ち出力端子ＶOUT からの出力を、予備スキャンで保持して置く。次に、本スキャンにおいて、同様の操作を行って、比較器４１を通して出力端子ＶOUT から得られる出力と、上記保持された出力との差を取り、差が０になった時点でスイッチ手段（図示せず）がオンし、差０に基く検出信号が出力されてオシロスコープに表示される。このオシロスコープの表示をモニタして、光学系のフォーカス調整（焦点調整）を行う。
【００２５】
次に、光学系ユニット１１におけるＣＣＤリニアセンサ１２と原稿面１４ａ（従ってレンズ系１３）との平行度調整（所謂あおり調整）について説明する。
最初に原稿面１４ａに対するＣＣＤリニアセンサ１２の位置を所謂あおり方向に移動（予備スキャン）させてＣＣＤリニアセンサ１２の左右両端側の２つのモニタ用センサ２６Ｂと２６Ｃからの出力電圧の差が０、又は所要の閾値以下になる（即ち、ＣＣＤリニアセンサ１２と原稿面１４ａが平行になる）ときの信号をホールドして置く。次に、本調整において、ＣＣＤリニアセンサ１２を移動（本スキャン）しながら、両モニタ用センサ２６Ｂ及び２６Ｃからの出力電圧の差が０になるときの信号を得たところで、平行度が得られたと見做してＣＣＤリニアセンサ１２の位置を固定するようになす。
【００２６】
即ち、第２の検出手段として、図３に示す比較器４１を用いて構成した場合、比較器４１の同相入力端子ｔX に例えばセンサ列２２の左側端部のモニタ用センサ２６Ｂからの出力電圧を入力し、逆相入力端子ｔY に右側端部のモニタ用センサ２６Ｃからの出力電圧を入力する。この２つのモニタ用センサ２６Ｂ、２６Ｃの出力電圧を比較器４１で比較しながら、その値の差を検出しながら、差が０となるとき、或いはその値の差が図６Ｂに示す所要の閾値ＶT2以下になるときの出力を求める。予備スキャンでは、このときの出力を保持して置く。次に、本スキャンにおいて、同様の操作を行って比較器４１を通して出力端子ＶOUT から得られる出力と、上記保持された出力との差を取り、差が０、或いは差が所要の閾値ＶT2以下になった時点でスイッチ手段（図示せず）がオンし、差が０、或いは閾値ＶT2以下に基く検出信号が出力されてオシロスコープに表示される。このオシロスコープの表示をモニタして、原稿面１４ａに対するＣＣＤリニアセンサ１２の平行度調整（あおり調整）を行う。
【００２７】
図４は、上述の構成をブロックで示したイメージスキャナに適用の固体撮像装置５０の一実施の形態を示す。なお、同図において、図１、図２、図３に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施の形態に係る固体撮像装置５０は、ＣＣＤリニアセンサ１２に設けた複数、本例では３つのモニタ用センサ２６〔２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ〕のうち、中央のモニタ用センサ２６Ａをピークホールド回路３１に接続し、左右両端側の２つのモニタ用センサ２６Ｂ２６Ｃを夫々、比較器４１及び位相反転回路４２を含むＯＰアンプ４３の同相入力端子ｔX 、逆相入力端子ｔY に接続し、これらピークホールド回路３１の出力側とＯＰアンプ４３の出力側を、ＣＣＤ１２の出力側と装置の出力端子ＶOUT 間に接続された制御部５１に接続される。
【００２８】
制御部５１は、フォーカス調整時の出力電圧ＶMAX あるいは上記差の出力に応じた出力信号、或いは平行度調整時の上記差の出力に応じた出力信号等の、調整用の出力信号を保持する機能と、本調整のときにモニタ用センサの出力と調整用の出力信号の差が、０又は所要の閾値を超えたときにスイッチがオンして調整用の検出信号を出力する機能、さらに調整時の検出信号と通常動作時のＣＣＤ出力とを切り換えて出力端子ＶOUT へ出力するためのスイッチ機能とを備える。
制御部５１には、調整と通常動作とを切替えるための制御信号を印加する制御端子ｔC が導出される。
【００２９】
本実施の形態の固体撮像装置５０では、光学系ユニット１１の組立時に制御端子ｔC に一の制御信号が印加されて制御部５１が切替えられ、フォーカスが合ったときの検出信号、或いは平行度が得られたときの検出信号が出力端子ＶOUT から出力される。また、調整終了後は、制御端子ｔC に他の制御信号が印加されて制御部５１が切替えられ、ＣＣＤリニアセンサ１２の通常動作時のＣＣＤ出力信号が出力端子ＶOUT から出力される。
【００３０】
上述した本実施の形態によれば、イメージスキャナ等の固体撮像装置に、原稿面１４ａとＣＣＤリニアセンサ１２の焦点が合っているとき、もしくは原稿面１４ａに対してＣＣＤリニアセンサ１２が左右の傾きがなく平行度が保たれた位置にあったときに、検出信号を出力する機能を搭載したので、その固体撮像装置の光学系ユニットの組立時のフォーカス調整、平行度調整を簡略化することができると共に、調整精度の向上を図ることできる。また、ＣＣＤリニアセンサ１２のＣＣＤ出力信号と、モニタ用センサ２６からの出力に基いて得られる検出信号とを切り換えて出力することができ、取り扱いを簡便にする。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置によれば、リニアセンサ用の固体撮像素子への画像光のフォーカスが合っているとき、もしくは原稿面等の被撮像面に対して固体撮像素子の平行度が得られときに、検出信号を出力する機能を搭載することにより、固体撮像装置の光学系ユニットの組立時の調整作業を簡略化し、かつ調整精度を向上することができる。
また、リニアセンサ用の固体撮像素子からの画像信号と、モニタ用センサ２６からの出力に基いて得られる検出信号とを切り換えて出力することができ、取り扱いを簡便にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像素子であるＣＣＤリニアセンサの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る固体撮像装置に適用されるピークホールド回路を示す回路図である。
【図３】本発明に係る固体撮像装置に適用される比較器を含む回路図である。
【図４】本発明に係る固体撮像装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図５】Ａ〜Ｂ  本発明の説明に供する固体撮像装置の光学系ユニットのモデル図である。
【図６】Ａ〜Ｂ  本発明の説明に供するモニタ用センサからの出力電圧の波形図である。
【図７】従来の説明に供するイメージスキャナの光学系ユニットのモデル図である。
【図８】従来のＣＣＤリニアセンサを示す構成図である。
【符号の説明】
１、１１・・・光学系ユニット、２、１２・・・ＣＣＤリニアセンサ、３、１３・・・レンズ系、４、１４・・・原稿、４ａ、１４ａ・・・原稿面、６、２１・・・受光センサ部、７、２２・・・受光センサ列、８、２３・・・読出しゲート部、９、２４・・・電荷転送レジスタ、１０、２５・・・出力部、２６〔２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ〕・・・モニタ用センサ、３１・・・ピークホールド回路、４１・・・比較器、４２・・・位相反転回路、４３・・・ＯＰアンプ、５１・・・制御部。
【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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