(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷結合素子セルの複数列を有するフォトセンサ・アレイを用いて画像形成を行う方法であって、
第１列の電荷結合素子セルを第１の露光時間にわたって露光させるステップと、
第２列の電荷結合素子セルを第２の露光時間にわたって露光させるステップと、
を備えて成り、
前記第１及び第２の露光時間が異なり、かつ、該第１及び第２の露光時間が同じ時間に中央点を有し、
１サイクルの露光時間において無視される露光が生じる電荷結合素子セルについては、アナログ・デジタル変換が、該無視される露光中に開始し、該アナログ・デジタル変換の時間は、前記無視される露光の時間以下であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の技術分野】
本発明は、一般に、複写機、ファクシミリ機、デジタル・カメラ、及び、イメージ・センサといったデジタル結像装置に関するものであり、とりわけ、こうした結像装置に用いられる電荷結合素子（ＣＣＤ）に関連した電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ機、及び、イメージ・スキャナは、画像を、印刷、記憶、伝送、または、その他のコンピュータ及び電子機器用途に適した形態に変換する。システムには、一般に、光源、フォトセンサ・アレイ、及び、アナログ・フォトセンサ出力をデジタル・データに変換するための電子装置が含まれている。光は、不透明な画像媒体から反射されるか、あるいは、透明な画像媒体を透過して、フォトセンサに集束する。カラー装置は、それぞれ、波長帯域の異なる複数の光源を備えることができるし、あるいは、色分解器によって、スペクトルの広い光を複数帯域に分割することもできるし、あるいは、フィルタを用いることも可能である。
【０００３】
カラー結像の場合、フォトセンサの一般的構成は、３つ以上の線形列をなすＣＣＤ素子である。典型的な構成の場合、１つの列で、赤の波長帯域の光を受け、１つの列で、青の波長帯域の光を受け、１つの列で、緑の波長帯域の光を受ける。一般に、ＣＣＤ列は、全て、一定時間期間にわたって露光され、その後、電荷が、アナログ・シフト・レジスタに並列に転送される。さらに、電荷は、バケツ・リレー・スタイルで、電荷検出器に順次シフトされる。電荷検出器は、電圧を発生し、結果生じた電圧は、増幅され、結果生じた増幅器出力電圧は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル・データ・ストリームに変換される。
【０００４】
各光測定チャネル（ＣＣＤ、増幅器、ＡＤＣ）の各素子は、有限範囲を備えている。最大Ｓ／Ｎ比の場合に、各素子がその全範囲で動作するのが理想である。すなわち、ＣＣＤにおける予想最高光強度の場合、ＣＣＤがほぼ飽和し、増幅器がほぼ飽和し、結果生じるＡＤＣ出力がほぼ最大デジタル値になる。同様に、ＣＣＤにおける予想最低光強度の場合、ＣＣＤ、増幅器出力、及び、ＡＤＣ出力は、全て、最強光条件における値に対して逆の動作極値になる。一般に、光強度とＣＣＤ感度は、システム毎に異なる可能性があり、また、時間につれてシステム内においても変動する可能性がある。さらに、ＣＣＤにおける最高の光強度と最低の光強度は、カラー帯域によって異なる可能性がある。さらに、ＣＣＤにおける最高の光強度と最低の光強度は、光が不透明な画像から反射されるか、あるいは、透明な画像を透過するかによって左右される可能性がある。従って、一般に、各光測定チャネル毎に、Ｓ／Ｎ比が最高になるように、各種パラメータの調整を行うことが必要になる。調整の可能性のある領域には、光強度、ＣＣＤ露光時間、及び、増幅器の利得がある。
【０００５】
各種パラメータの調整を行うアプローチは、多数存在する。米国特許第４，４０８，２３１号（Ｂｕｓｈａｗその他）の場合、露光時間を二倍にする能力によって、露光粗調整が施され、灯火強度を調整することによって、露光微調整が施される。米国特許第４，８３９，７３９号（Ｔａｃｈｉｕｃｈｉその他）の場合、シフト・クロックの周波数を変更することによって、露光時間が調整される。米国特許第５，１８２，６５８号（Ｉｓｈｉｚａｋｉ）の場合、所定の条件が満たされる場合、露光を早めに終了することによって、ある範囲の画像コントラストについて、露光時間がほぼ一定になる。米国特許第５，４７９，２０７号（Ｄｅｇｉその他）及び欧州特許出願ＥＰ  ０  ４０１  ５６７  Ａ２（Ｎａｇａｎｏ）の場合、シフト・クロックは固定周波数であり、全ての電荷のシフト及び変換に必要な時間は、ＣＣＤ露光時間より短く、ＣＣＤ露光時間は、最後の有効電荷の変換後に、シフト・パルス数を変更することによって調整される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｓ／Ｎ比を最高にするための調整にいっそうの改良を加えることにある。
従って、本発明の目的は、各カラー毎にＳ／Ｎ比を最高にするため、カラー結像装置における各カラー毎に個別の調整を施すことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
各カラー・チャネル毎に、画像ラインのＣＣＤ露光時間は、どのカラーチャネルについても同じである全サイクル時間内において可変である。全サイクル時間は、最長の露光時間を必要とするチャネルによって決まる。第１の実施例の場合、全ての露光は、同じ時間に開始されるが、終了時間は可変である。第２の実施例の場合、全ての露光が、同時に終了するが、開始時間が可変である。第３の実施例の場合、カラー位置決めを改善するため、露光時間の中央点のアライメントがとられ、開始時間及び終了時間は、必要に応じて調整される。
【０００８】
各ＣＣＤ列は、各ＣＣＤ素子の電荷をアナログ・シフト・レジスタに転送させる独立した個別の転送ゲート信号を受ける。全てのアナログ・シフト・レジスタに対して、共通クロックが用いられる。アナログ・シフト・レジスタをクリアするのに必要なクロック・サイクル数は、最長露光時間中のクロック・サイクル数より少ない。
【０００９】
【実施例】
図１には、デジタル結像システムが示されている。画像１００は、不透明な画像用の光源１０２または透明な画像用の光源１０４によって照射される。色分解システム１０６によって、複数の波長帯域がフォトセンサ・アレイ１０８に送られる。色分解システム１０６には、集束光学素子を含めることも可能である。図１には、フォトセンサ・アレイ１０８の複数列に集束する画像１００の単一ラインが示されている。例えば、フィルタを用いるシステムのように、システムによっては、フォトセンサ・アレイの各列が、画像の異なるラインから光を受けるものもある。チャネル電子システム１１０は、フォトセンサ・アレイ１０８に対する個々の信号のタイミングを制御する。さらに、チャネル電子システムは、フォトセンサ・アレイからアナログ信号を受信し、該アナログ信号をプロセッサ１１２のためのデジタル・データ・ストリームに変換する。次に、画像１００の最終デジタル表現を印刷し、表示し、あるいは、別のプロセッサに伝送することが可能になる。
【００１０】
図２には、フォトセンサ・アレイ１０８及びチャネル電子システム１１０の諸部についてさらに詳細に示されている。図２に示すフォトセンサ・アレイ１０８は、Ａ、Ｂ、及び、Ｃで示された、ＣＣＤセルの３つの線形列（２００、２０２、２０４）を備えている。一般に、４つ以上の列を設けることも可能であり、セルを互い違いにしたり、または、オーバラップさせることも可能であり、光学歪みを補償するため、列を非線形にすることも可能である。しかし、一般に、１つのＣＣＤ列に入射する光は、ある画像（図１の１００）の単一ラインから生じたものである。図２に示すフォトセンサ・アレイの場合、ＣＣＤセルの各列毎に、関連するバケツ・リレー・アナログ・シフト・レジスタ（２０６〜２１６）が２つずつ設けられている。ＣＣＤセルの各列毎に、関連する２つのアナログ・シフト・レジスタの一方が、全ての奇数番号のセルに関する電荷を受信して、シフトし、もう一方の関連するアナログ・シフト・レジスタが、全ての偶数番号のセルに関する電荷を受信して、シフトする。代替案として、同じ時間量において、全ての電荷をシフト・アウトするのに２倍のクロック周波数しか必要としない単一シフト・レジスタを、全てのＣＣＤセルに利用することが可能である。電荷は、増幅器（２１８〜２２２）によってバッファリングが施され、増幅される。増幅器の出力は、ＡＤＣ（２２４〜２２８）によってデジタル化される。図２の場合、増幅器は、フォトセンサ・アレイ１０８から独立したものとして描かれているが、市販のセンサ・アレイには、電荷検出及び多少の増幅が含まれている場合もある。
【００１１】
ＣＣＤセルの各列は、ＤＵＭＰ（２３４〜２３８）と呼ばれる転送ゲート信号を受信する。ＤＵＭＰの立ち下がりエッジにおいて、各ＣＣＤセルの電荷が、対応するアナログ・シフト・レジスタ・セルに転送され、ＣＣＤセルの全てが、初期化される。後続の図において、ＣＣＤ充電波形を例示する場合、ＣＣＤセルは、初期化時に、放電させられて、光子を受ける結果、充電の準備が整った状態になるものとして描かれている。これは、単なる例示のためのものでしかない。ＣＣＤセルは、初期化時に、充電させられて、光子を受ける結果、放電の準備が整った状態になる場合もある。
【００１２】
ＡＤＣ（２２４〜２２８）は、それぞれ、２つのアナログ・シフト・レジスタから交互に増幅された電圧信号を受信し、アナログ・シフト・レジスタのためのクロック信号と同期して、電圧を変換する。図２に示すシステムの場合、ＡＤＣ（２２４〜２２８）は、それぞれ、クロック信号（ＣＬＫ）２３０及びその反転信号（バーＣＬＫ）２３２を受信する。奇数番号のセルのアナログ・シフト・レジスタは、それぞれ、クロック信号（ＣＬＫ）２３０を受信し、偶数番号のセルのアナログ・シフト・レジスタは、それぞれ、反転クロック信号（バーＣＬＫ）２３２を受信する。例えば、ＣＬＫ（２３０）の立ち下がりエッジにおいて、シフト・レジスタ２０６は、デジタル化の準備が整った電荷を有しており、ＡＤＣ２２４は、結果生じる増幅電圧のデジタル化プロセスを開始し、（バーＣＬＫ）２３２の立ち下がりエッジにおいて、シフト・レジスタ２０８は、デジタル化の準備の整った電荷を有しており、ＡＤＣ２２４は、結果生じる増幅電圧のデジタル化プロセスを開始する。代替案として、各ＡＤＣが、ＣＬＫ２３０の２倍の周波数のクロックを受信することができるが、重要な特徴は、各ＡＤＣが、アナログ・シフト・レジスタからの交互シフト・アウト時に、電荷をデジタル値に変換するということである。
【００１３】
一般に、各ＣＣＤ列毎に、光強度とＣＣＤ感度は、アナログ・デジタル変換に必要な時間が、ＣＣＤの飽和に必要な露光時間より短くなるようになっている。従って、各ＣＣＤ列毎に、露光時間とアナログ・デジタル変換時間は無関係にすることが可能である。Ｄｅｇｉその他の教示によれば、アナログ・デジタル変換が完了すると、システムは、アナログ・シフト・レジスタのシフトを続行し、Ｎ個の有効デジタル化結果以後のデジタル化結果を無視する（ここで、Ｎは１列当たりのＣＣＤセル数である）。図３には、ある列に関する波形とタイミングが示されている。ラインＹ−２、Ｙ−１、及び、Ｙは、画像状のライン（図１の１００）を表している。図３の場合、信号ＤＵＭＰ（３００）には、時間Ｔ０（３０６）において立ち下がりエッジが生じる。Ｔ０において、ＣＣＤセル（３０２）は、放電させられ、受けた光子に応答して、変化を開始する。やはり時間Ｔ０において、ＡＤＣは、先行露光からの充電を変換し始める（高である波形３０４によって表されている）。時間Ｔ１（３０８）において、Ｎ個のアナログ電荷が、デジタル値に変換されている。アナログ・シフト・レジスタ及びＡＤＣに関するクロックが引き続き発生し、結果生じるデジタル値は、時間Ｔ２（３１０）まで無視される（低である波形３０４によって表されている）。時間Ｔ２において、信号ＤＵＭＰによって、もう１度ＣＣＤ電荷がアナログ・シフト・レジスタに転送され、プロセス・サイクルが再開される。
【００１４】
図３の概念は、多色チャネルを備えたカラー結像装置に適用することが可能である。Ｔ０（３０６）〜Ｔ２（３１０）のタイミングは、最初に飽和するチャネルによって決めることが可能である。しかし、他のチャネルの光強度がかなり低いか、あるいは、感度がかなり低い場合、ノイズは同じであるが、他のチャネルの信号が弱くなるので、他のチャネルに関するＳ／Ｎ比が、最初に飽和するチャネルより大幅に悪くなる。例えば、カラー・ネガ・フィルム・ストリップの場合、スペクトル応答は、透過される青の光量が、透過される赤の光量の約半分にあたる、透過される緑の光量の約半分になる。この結果、透過される青の光と透過される赤の光を比べると４対１の比になる。大きさの不均衡は、各カラー・チャネルの利得を調整することによって補正可能である。しかし、これは、Ｓ／Ｎ比の問題を取り扱うものではない。全チャネルにわたってＳ／Ｎ比を同様に維持するためには、各ＣＣＤ列から生じる信号を最大化すべきである。
【００１５】
図４には、各チャネル毎にＳ／Ｎ比を最大にする改良の第１の実施例が示されている。図４の波形の場合、ＣＣＤセルの各列は、図２に示すように独立したＤＵＭＰ信号を受け取る。次に、図３に示すように、１つのＤＵＭＰパルスによって各サイクルが開始され、終了するのではなく、１サイクル当たり２つのＤＵＭＰパルス、すなわち、サイクルを開始するパルスと、サイクルを終了させるパルスを発することが可能である。図４におけるラインＹ−２、Ｙ−１、及び、Ｙに対する言及は、１つの画像ラインからの光が分割され、複数センサ列に集束させられる、図１の場合のような画像のラインに対する言及である。例えば、画像ラインＹ−１に対応する信号について考察する。時間Ｔ０（４２０）において、全ての列の全てのＣＣＤセルが、初期化される。時間Ｔ１（４２２）においては、仮にＣ列に関して予想される最大光強度が与えられた場合に、Ｃ列のＣＣＤセル４１４には最大値に到達するのに十分な時間であり、第２のＤＵＭＰ  Ｃ（４１２）パルスが発せられる。その時点において、チャネルＣに関するＡＤＣ（４１６）によって、アナログ電圧の変換が開始される。さらに、ＣＣＤセル４１４は、電荷の蓄積を続行する。時間Ｔ２（４２４）においては、仮にＢ列に関して予想される最大光強度が与えられた場合に、Ｂ列のＣＣＤセル（４０８）には最大値に到達するのに十分な時間であり、第２のＤＵＭＰ  Ｂ（４０６）パルスが発せられる。時間Ｔ３（４２６）において、チャネルＣのＡＤＣ（波形４１６）がチャネルＣからのＮ個の有効電圧の変換を完了し、ＡＤＣからの後続出力値は無視される（波形４１６は低）。図４において、チャネルＡは、露光時間が最長の、従って、｛Ｔ４（４２８）−Ｔ０（４２０）｝の全サイクル時間を決定する、チャネルである。図４において、ＣＣＤは、それぞれ、Ｔ０（４２０）において同時に初期化されるが、有効電荷は、異なる時間に転送される。ＣＣＤ波形４０８及び４１４の斜影線領域は、デジタル化されるが、その結果得られる値は、無視される。
【００１６】
図５には、ＣＣＤ露光が異なる時間に開始され、同時に終了する、第２の実施例が示されている。やはり、ラインＹ−１について考察する。全チャネルの全サイクル時間が、ＤＵＭＰ信号（５００、５０６、５１２）が、全て、同時に低になる時間Ｔ０（５２０）において開始される。Ｃ列（波形５１４）及びＢ列（波形５０８）に関するＣＣＤによって、後で無視される電荷の蓄積が開始される。時間Ｔ１（５２２）において、信号ＤＵＭＰ  Ｂ（５０６）が、ＣＣＤのＢ列について発せられて、Ｂ列のＣＣＤ（波形５０８）が放電し、Ｂ列のＣＣＤが再び充電を開始する。同様に、時間Ｔ２（５２４）において、信号ＤＵＭＰ  Ｃ（５１２）が、ＣＣＤのＣ列について発せられ、Ｃ列のＣＣＤ（波形５１４）が放電し、Ｃ列のＣＣＤが再び充電を開始する。時間Ｔ３（５２６）において、全てのＤＵＭＰ信号（５００、５０６、５１２）は、同時に低になり、全てのＡＤＣ（波形５０４、５１０、及び、５１６）は、ラインＹ−１に関する有効電圧の変換を開始する。時間Ｔ４（５２８）において、全てのチャネルからのＮ個の有効電圧が、ラインＹ−１について変換を終えている。
【００１７】
もう１度図１を参照すると、画像１００の走査は、画像を移動させて、固定フォトセンサ・アレイ１０８を通過させるか、あるいは、フォトセンサ・アレイ１０８を移動させて、固定画像１００を通過させることによって行われる。いずれにせよ、フォトセンサ・アレイ１０８の列に対する画像１００上のラインの移動が行われる。相対的移動が連続する場合、図４及び５に示す各センサ列の露光は、画像１００のわずかに異なる部分に対応する。例えば、図５の場合、Ａ列のＣＣＤセル（波形５０２）は、Ｃ列のＣＣＤセル（波形５１４の非斜影線部分）に比較すると、画像１００の比較的幅広のストライプに露光させられる。従って、カラー位置決めにある程度のずれが生じる。例えば、Ｃ列が赤に対応し、Ａ列が青に対応する場合、画像のデジタル化された赤部分は、画像のデジタル化された青部分からわずかにオフセットすることになる。さらに正確に云えば、デジタル化された赤のストライプは、青のストライプの一部になり、青のストライプの一方のエッジとアライメントがとれる。カラー位置決めは、露光の中央点のアライメントがとれると、改善される。
【００１８】
図６には、露光の中央点のアライメントがとれた第３の実施例が示されている。チャネルＡ（波形６０２）の有効露光時間は、時間Ｔ０（６２０）において開始され、時間Ｔ６（６３２）において終了する。チャネルＢ（波形６０８の非斜影線部分）の有効露光時間は、時間Ｔ１（６２２）において開始され、時間Ｔ５（６３０）において終了する。チャネルＣ（波形６１４の非斜影線部分）の有効露光時間は、時間Ｔ２（６２４）において開始され、時間Ｔ４（６２８）において終了する。全ての有効露光時間の中央点は、時間Ｔ３（６２６）（及び、時間Ｔ７（６３４）等）である。各チャネル内において、ＤＵＭＰ信号（６００、６０６、６１２）は、適宜、露光を開始し、終了する。
【００１９】
図４、５、及び、６において、露光時間が全サイクル時間より短い各チャネル（チャネルＢ及びＣ）毎に、アナログ・デジタル変換（ＡＤＣ波形が高）が、無視することが可能な充電中に生じる点に留意されたい。アナログ・デジタル変換時間は、無視することが可能な最短露光時間以下でなければならない。特に、図４の波形４０８及び４１０、図５の波形５０８及び５１０、及び、図６の波形６０８及び６１０について考察する。これらのそれぞれについて、アナログ・デジタル変換の終了は、全ＣＣＤの初期化を行うダンプ・パルスと一致するように示されている（変換時間の短縮は可能であるが、延長はできない）。例えば、あるチャネルが全サイクル時間の１０分の９の有効充電時間を必要とし、全サイクル時間の１０分の１が無視されることになる場合、アナログ・デジタル変換は、全サイクル時間の１０分の１以内に完了しなければならない。
【００２０】
実際の実施例の場合、画像の低解像度のプレビュー走査が実施される。プレビュー走査を検分して、各チャネル毎に補正露光を決定する。全サイクル時間は、最弱の信号を有するチャネルによって決まる。最弱の信号によって、なおかつ、フル・スケールの出力の発生を可能にするという保証を与えるのに十分な数のクロック・パルスが、付加される。１サイクル当たりの全クロック・パルス数が決まると、残りのチャネルの露光時間が、最弱の信号が必要とする露光時間の何分の一かになるように決定される（可能であれば）。次に、ＤＵＭＰパルスのタイミングが決定され、カラー位置決めのずれを軽減するため、露光時間のセンタリングが行われる。
【００２１】
本発明に関する以上の説明は、例証及び解説を目的として提示されたものである。余すところのないようにしようとか、あるいは、本発明を開示の形態そのままに制限しようとする意図するものではなく、以上の教示に鑑みて、他の修正及び変更を加えることも可能である。実施例の選択及び解説は、本発明の原理及びその実際の応用について最も明確に説明することによって、当該技術の他の熟練者が、企図される特定の用途に適合する、各種実施例及び各種修正において本発明を最も有効に活用できるように行われている。
【００２２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００２３】
[実施態様１]
電荷結合素子セルの複数列を有するフォトセンサ・アレイを用いて画像形成を行う方法であって、
第１列（２００、２０２、２０４）の電荷結合素子セルを第１の露光時間にわたって露光させるステップと、
第２列（２００、２０２、２０４）の電荷結合素子セルを第２の露光時間にわたって露光させるステップと、
を備えて成り、前記第１の露光時間と前記第２の露光時間とが異なることを特徴とする方法。
【００２４】
[実施態様２]
前記第１及び第２の露光時間が、同じ時間（４２０、４２８）に開始することを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００２５】
[実施態様３]
前記第１及び第２の露光時間が、同じ時間（５２６）に終了することを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００２６】
[実施態様４]
前記第１及び第２の露光時間が、同じ時間（６２６、６３４）に中央点を有することを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を用いることにより、カラー結像装置における各カラー毎にＳ／Ｎ比をほぼ最高にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカラー結像システムの略ブロック図である。
【図２】図１の結像システムのフォトセンサ及び関連電子回路の略ブロック図である。
【図３】全てのチャネルについて露光時間の開始時間と終了時間が同じである波形の時間プロット図である。
【図４】全てのチャネルについて露光時間の開始時間は同じであるが、終了時間が異なる波形の時間プロット図である。
【図５】全てのチャネルについて露光時間の終了時間は同じであるが、開始時間が異なる波形の時間プロット図である。
【図６】全てのチャネルについて露光時間の中央点がほぼ同じである波形の時間プロット図である。
【符号の説明】
１００：画像
１０２：光源
１０４：光源
１０６：色分解システム
１０８：フォトセンサ・アレイ
１１０：チャネル電子システム
１１２：プロセッサ
２０６：アナログ・シフト・レジスタ
２０８：アナログ・シフト・レジスタ
２１０：アナログ・シフト・レジスタ
２１２：アナログ・シフト・レジスタ
２１４：アナログ・シフト・レジスタ
２１６：アナログ・シフト・レジスタ
２１８：増幅器
２２０：増幅器
２２２：増幅器
２２４：ＡＤＣ
２２６：ＡＤＣ
２２８：ＡＤＣ
【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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