DE10317891B4

DE10317891B4 - Photosensoranordnung mit gemeinschaftlich verwendeten Ladungsübertragungsregistern

Info

Publication number: DE10317891B4
Application number: DE10317891A
Authority: DE
Inventors: Kurt Eugene Fort Collins Spears
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: US20050045809A1; GB2391737A; JP2004064096A; US6900427B2; US6891146B2; DE10317891A1; GB2391737B; GB0316795D0; TWI256832B; TW200402229A; US20040021059A1

Abstract

Photosensoranordnung mit folgenden Merkmalen:
zumindest einem ersten Photosensor (100, 200, 300, 400, 500, 506, 512);
zumindest einem zweiten Photosensor (102, 202, 302, 402, 404, 502, 508, 514); und
einem Ladungsübertragungsregister (104, 204, 304, 406, 504, 510, 516), das derart ausgebildet ist, dass eine Ladung von dem ersten Photosensor an das Ladungsübertragungsregister übertragen wird, und dass ohne ein Verschieben der Ladung des ersten Photosensors in dem Ladungsübertragungsregister, eine Ladung von dem zweiten Photosensor zu der Ladung von dem ersten Photosensor in dem Ladungsübertragungsregister hinzugefügt wird und eine Ladung von dem zweiten Photosensor durch den ersten Photosensor zu dem Ladungsübertragungsregister übertragen wird.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Photosensorarrays und insbesondere auf lineare Arrays, die häufig für optische Bildscanner verwendet werden.
Bildscanner wandeln ein sichtbares Bild auf einem Dokument oder einer Photographie oder ein Bild in einem transparenten Medium in eine elektronische Form um, die geeignet zum Kopieren, Speichern oder Verarbeiten durch einen Computer ist. Ein Bildscanner kann eine separate Vorrichtung sein oder ein Bildscanner kann ein Teil eines Kopierers, ein Teil eines Faxgeräts oder ein Teil einer Vielzweckvorrichtung sein. Reflexionsbildscanner weisen üblicherweise eine gesteuerte Quelle von Licht auf, wobei Licht von der Oberfläche eines Dokumentes durch ein Optiksystem und auf ein Array photoempfindlicher Vorrichtungen abreflektiert wird. Die photoempfindlichen Vorrichtungen wandeln eine empfangene Lichtintensität in ein elektronisches Signal um. Transparenzbildscanner leiten Licht durch ein transparentes Bild, z. B. ein photographisches Diapositiv, durch ein Optiksystem und dann auf ein Array photoempfindlicher Vorrichtungen.
Jedes photoempfindliche Element in Verbindung mit dem Scanneroptiksystem mißt eine Lichtintensität von einem wirksamen Bereich auf dem Dokument, die ein Bildelement (Pixel) auf dem gerade gescannten Bild definiert. Eine optische Abtastrate wird oft als Pixel pro Zoll (oder mm) ausgedrückt, wie dies auf dem Dokument (oder Objekt oder der Folie), das gescannt wird, gemessen wird.
Häufige Photosensortechnologien umfassen ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD), Ladungsinjektionsbauelemente (CID), Kom plementärmetalloxid-(CMOS-)Bauelemente und Solarzellen. Typischerweise ist für ein CID- oder ein CMOS-Array jedes photoempfindliche Element adressierbar. Im Gegensatz dazu übertragen lineare CCD-Arrays üblicherweise alle Ladungen in Serie in einem Eimerkettenstil von jedem Zeilenarray photoempfindlicher Elemente zu einer kleinen Anzahl von Erfassungsknoten zur Umwandlung der Ladung in eine meßbare Spannung. Das vorliegende Patentdokument beschäftigt sich hauptsächlich mit Photosensorarrays, die serielle Ladungsübertragungsregister, die auch Serienausleseregister genannt werden, aufweisen.
Allgemein besteht ein andauernder Bedarf nach einer erhöhten Auflösung und Geschwindigkeit, einer verbesserten Farbqualität und Bildqualität und reduzierten Kosten. Diese Anforderungen stehen oft in direktem Konflikt miteinander und erfordern Kompromisse. Bereiche eines Bildes mit leicht variierender Farbe, insbesondere dunklen Farben, benötigen eine hohe Bittiefe und ein hohes Signal-Zu-Rauschen-Verhältnis, um den gleichmäßigen Ton und die Textur des Originals genau zu reproduzieren, wobei jedoch keine hohe Abtastrate benötigt wird, da es keine Hochfrequenzinformationen in dem Bild gibt. Bereiche eines Bildes, die sehr schnell ihre Farbe verändern, wie z. B. eine Waldszene oder eine Nahaufnahme eines mehrfarbigen Stoffs, erfordern eine hohe Abtastrate, um die Hochfrequenzinformationen zu erfassen, wobei jedoch keine hohe Bittiefe und kein hohes Signal-Zu-Rauschen-Verhältnis benötigt werden. Dies bedeutet, daß für Hochfrequenzinformationen die Farbgenauigkeit jedes einzelnen Pixels weniger wichtig ist. Sensoren, die einen relativ kleinen Bereich (mit einem entsprechend kleinen Abstand) aufweisen, liefern hohe Abtastraten, weisen jedoch üblicherweise relativ niedrige Signal-Zu-Rauschen-Verhältnisse, eine relativ geringe Bittiefe und eine relativ langsame Scangeschwindigkeit auf. Größere Sensorbereiche liefern ein hohes Signal-Zu-Rauschen-Verhältnis, eine hohe Bittiefe und eine hohe Geschwindigkeit, können jedoch keine hohen Abtastraten liefern.
Die DE 10153378 A1 offenbart Photosensoranordnungen, die mehrere Zeilen von Sensoren aufweisen, wobei einige Zeilen relativ kleine Sensorbereiche und andere Zeilen relativ große Sensorbereiche aufweisen. Unterschiedliche Zeilen können abhängig von dem Bedarf jeder Abtastung für unterschiedliche Abtastungen verwendet werden. Die US 2002/0093694 A1 offenbart Photosensoranordnungen mit mehreren Zeilen von Sensoren unterschiedlicher Größen, wobei verschiedene Strukturen gemeinschaftlich durch mehrere Zeilen verwendet werden, wodurch die Größe und Kosten reduziert werden. Es besteht ein Bedarf nach einer zusätzlichen Verbesserung bei Photosensorarrays.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Photosensoranordnung, ein Verfahren oder einen Scanner zu schaffen, die bei einer Vielzahl von zu scannenden Objekten zu einer schnelleren und unaufwendigeren Verarbeitung beitragen.
Diese Aufgabe wird durch eine Photosensoranordnung gemäß Anspruch 1, 5, 9, 12 oder 14, ein Verfahren gemäß Anspruch 17 oder einen Scanner gemäß Anspruch 19 oder 20 gelöst.
Eine Photosensoranordnung weist mehrere Zeilen von Photosensoren auf, die ein Ladungsübertragungsregister gemeinschaftlich verwenden. Ladungen von einer Zeile von Photosensoren werden durch eine andere Zeile von Photosensoren zu dem Ladungsübertragungsregister übertragen und Ladungen von beiden Zeilen von Photosensoren werden wahlweise in dem Ladungsübertragungsregister zusammenaddiert. Die Photosensoren in den beiden Zeilen können unterschiedliche Lichtsammelbereiche aufweisen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A ein Blockdiagramm eines ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Photosensoranordnung gemäß der Erfindung;
1B und 1C vergrößerte Abschnitte aus 1A, die einen Ladungsfluß weiter darstellen;
2A ein Blockdiagramm eines zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Photosensoranordnung gemäß der Erfindung;
2B und 2C vergrößerte Abschnitte aus 2A, die einen Ladungsfluß weiter darstellen;
3A ein Blockdiagramm eines dritten beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Photosensoranordnung gemäß der Erfindung;
3B und 3C vergrößerte Abschnitte aus 3A, die einen Ladungsfluß weiter darstellen;
4 ein Blockdiagramm eines vierten beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Photosensoranordnung gemäß der Erfindung;
5 ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Photosensoranordnung zum Scannen mehrerer Bänder von Wellenlängen gemäß der Erfindung darstellt;
6 eine Querschnittsseitenansicht eines Abschnitts eines ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Scanners, der eine Photosensoranordnung gemäß der Erfindung umfaßt;
7 eine Querschnittsseitenansicht eines Abschnitts eines zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Scanners, der eine Photosensoranordnung gemäß der Erfindung umfaßt; und
8 ein Flußdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß der Erfindung darstellt.
In 1A weist eine Photosensoranordnung eine erste Zeile relativ kleiner (kleiner Lichtsammelbereich) Photosensoren 100, eine zweite Zeile relativ großer (großer Lichtsammelbereich) Photosensoren 102 und ein Ladungsübertragungsregister 104 auf. Ladungen von der Zeile 100 oder der Zeile 102 werden an das Ladungsübertragungsregister 104 übertragen und dann seriell an einen Verstärker 106 zur nachfolgenden Umwandlung in digitale Werte (Analog-Zu-Digital-Wandler nicht dargestellt) übertragen. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 108 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 100 an das Ladungsübertragungsregister 104. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 110 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 102 an die Zeile 100.
Bei Belichtungen mit intensivem Licht oder langen Belichtungen können Photosensorladungswannen gesättigt sein und eine übermäßige Ladung kann in benachbarte Photosensorladungswannen hinüberströmen, was zu einer Ausblühung bzw. Leuchtüberhellung (Blooming) führt (sich ergebende helle Bereiche in dem digitalisierten Bild sind größer als die tatsächlichen hellen Bereiche). In CCD-Arrays ist es üblich, elektronische Gatter zur Entladung übermäßiger Ladungen bereitzustellen, um eine Ausblühung zu verhindern. Wenn die Potentialbarrierehöhe des Gatters variabel ist, wird das Gatter herkömmlicherweise als elektronisches Verschlußelement bezeichnet. Wenn die Potentialbarriere fest ist, wird das Gatter üblicherweise als Überlaufsdrain (oder Antiausblühungsdrain) bezeichnet. Elektronische Verschlußelemente können durch eine externe Spannung gesteuert werden, um variable Integrationszeiten zu liefern, oder um einen oder mehrere Photosensoren vollständig zu entladen. Elektronische Verschlußelemente können unterhalb der Ladungswannen (vertikales elektronisches Verschlußelement bezeichnet) oder benachbart zu Photosensoren (laterales elektronisches Verschlußelement genannt) hergestellt werden. Allgemein könnten in der folgenden Erläuterung, wenn elektronische Verschlußelemente beschrieben sind, Überlaufdrains als eine Alternative verwendet werden. Elektronische Verschlußelemente weisen den Vorteil auf, daß sie in der Lage sind, einen Photosensor vollständig zu entladen, wohingegen Überlaufdrains eine gewisse Restladung hinterlassen, die entfernt werden muß (z. B. durch ein Übertragen der Restladung auf das Ladungsübertragungsregister und ein Herausverschieben derselben). In 1A werden Ladungen von der Photosensorzeile 102, wenn nur Ladungen von der Zeile 100 benötigt werden, in ein laterales elektronisches Verschlußelement 112 entladen.
1B stellt einen Teil der Anordnung aus 1A dar, was einen Ladungsfluß für hohe Abtastraten weiter darstellt. Ladungsübertragungsgatter 108 ermöglichen es, daß jeder Photosensor in der Zeile 100 seine Ladung an das Ladungsübertragungsregister 104 überträgt. Ladungsübertragungsgatter 110 vermeiden, daß eine Ladung von dem einen dargestellten Photosensor in der Zeile 102 eine Ladung an Photosensoren in der Zeile 100 überträgt. Eine Ladung von dem einen dargestellten Photosensor in der Zeile 102 wird durch das elektronische Verschlußelement 112 entladen.
1C stellt einen Teil der Anordnung aus 1A dar, was einen Ladungsfluß für niedrige Abtastraten weiter darstellt. Die Ladungsübertragungsgatter 108 ermöglichen es, daß jeder Photosensor in der Zeile 100 seine Ladung an das Ladungsübertragungsregister 104 überträgt. Die Ladungsübertragungsgatter 110 ermöglichen es, daß eine Ladung von dem einen dargestellten Photosensor in der Zeile 102 ihre Ladung an die Photosensoren in der Zeile 100 überträgt und dann weiter in das Ladungsübertragungsregister 104. Die Übertragung von Ladungen in das Ladungsregister kann unabhängig sein. Dies bedeutet, daß die Ladungen von Photosensoren in der Zeile 100 als erstes übertragen werden können. Alle Ladungen in dem Übertragungsregister 104 können dann zur Umwandlung zu dem Verstärker verschoben werden. Alternativ können, wenn die Anzahl von Ladungsübertragungsregisterstufen verdoppelt ist, Ladungen von Photosensoren in der Zeile 100 an das Ladungsübertragungsregister übertragen werden, das Ladungsübertragungsregister kann dann eine Stufe verschieben und dann können die Ladungen von den Photosensoren in der Zeile 102 durch die Zeile 100 in das Ladungsübertragungsregister 104 übertragen werden, was wirksam Ladungen von den Zeilen 100 und 102 ineinander verschachtelt. Es kann jedoch bevorzugt sein, für niedrige Abtastraten die kombinierten Bereiche und Ladungen der Photosensoren in den Zeilen 100 und 102 zu verwenden, so daß Ladungen von Photosensoren in der Zeile 100 zu Ladungen von den Photosensoren in der Zeile 102 addiert bzw. hinzugefügt werden. Wenn kombinierte Ladungen erwünscht sind, fließen Ladungen von Photosensoren in der Zeile 102 durch Photosensoren in der Zeile 100, wo eine gewisse Mischung von Ladungen auftreten kann, und die Ladungen von beiden Zeilen 100 und 102 häufen sich in Übertragungsregisterstufen in dem Ladungsübertragungsregister 104 an. Wenn kombinierte Bereiche für niedrige Abtastraten erwünscht werden, für die Konfiguration, die in 1A dargestellt ist, können Sequenzen von vier Ladungen von dem Ladungsübertragungsregister 104 vor einer Analog-Zu-Digital-Umwandlung als ein Analogprozeß zusammengefügt werden oder Sequenzen von vier einzelnen Ladungen von dem Ladungsübertragungsregister können digitalisiert und dann digital zusammengefügt werden.
2A stellt ein alternatives beispielhaftes Ausführungsbeispiel dar, das einen alternativen Ort für das oder die elektronischen Verschlußelemente darstellt. In 2A weist eine Photosensoranordnung eine erste Zeile relativ kleiner (kleiner Lichtsammelbereich) Photosensoren 200, eine zweite Zeile relativ großer (großer Lichtsammelbereich) Photosensoren 202 und ein Ladungsübertragungsregister 204 auf. Ladungen von der Zeile 200 oder der Zeile 202 werden an das Ladungsübertragungsregister 204 übertragen und werden dann seriell an einen Verstärker 206 zu nachfolgenden Umwandlung in digitale Werte (Analog-Zu-Digital-Wandler nicht dargestellt) übertragen. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 208 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 200 zu dem Ladungsübertragungsregister 204. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 210 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 202 zu der Zeile 200. Elektronische Verschlußelemente 212 sind zwischen Photosensoren in der Photosensorzeile 202 angeordnet.
2B stellt einen Teil der Anordnung aus 2A dar, was einen Ladungsfluß für hohe Abtastraten weiter darstellt. Die Ladungsübertragungsgatter 208 ermöglichen es, daß jeder Photosensor in der Zeile 200 seine Ladung an das Ladungsübertragungsregister 204 überträgt. Die Ladungsübertragungsgatter 210 vermeiden, daß eine Ladung von dem einen dargestellten Photosensor in der Zeile 202 eine Ladung an Photosensoren in der Zeile 200 überträgt. Ladungen von den Photosensoren in der Zeile 202 werden durch das elektronische Verschlußelement 212 entladen.
2C stellt einen Teil der Anordnung aus 2A dar, was einen Ladungsfluß für niedrige Abtastraten weiter darstellt. Die Ladungsübertragungsgatter 208 ermöglichen es, daß jeder Photosensor in der Zeile 200 seine Ladung an das Ladungsübertragungsregister 204 überträgt. Die Ladungsübertragungsgatter 210 ermöglichen es, daß eine Ladung von jedem Photosensor in der Zeile 202 eine Ladung an die Photosensoren in der Zeile 200 überträgt und dann weiter in das Ladungsübertragungsregister 204. Die Übertragung von Ladungen in das Ladungsregister kann unabhängig sein. 3A stellt ein weiteres alternatives beispielhaftes Ausfüh rungsbeispiel dar. In 3A weist eine Photosensoranordnung eine erste Zeile relativ kleiner (kleiner Lichtsammelbereich) Photosensoren 300, eine zweite Zeile relativ großer (großer Lichtsammelbereich) Photosensoren 302 und ein Ladungsübertragungsregister 304 auf. Ladungen von der Zeile 300 und der Zeile 302 werden an das Ladungsübertragungsregister 304 übertragen und dann seriell an einen Verstärker 306 zur nachfolgenden Umwandlung in digitale Werte (Analog-Zu-Digital-Wandler nicht dargestellt) übertragen. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 308 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 300 an das Ladungsübertragungsregister 304. Die Ladungsübertragungsgatter 308 sind logisch in gerade Gatter und ungerade Gatter getrennt, wie in Verbindung mit 3B detaillierter erläutert wird.
Bei dem beispielhaften Ausführungsbeispiel aus 3A gibt es ein Ladungsübertragungsgatter 310 für jeden Photosensor in der Photosensorzeile 302, was es ermöglicht, daß jeder Photosensor in der Zeile 302 seine Ladung durch einen Photosensor in der Zeile 300 an das Ladungsübertragungsregister 304 überträgt. Zusätzlich gibt es ein elektronisches Verschlußelement 312 für jeden Photosensor in der Photosensorzeile 302, das auf der gleichen Seite des Photosensors wie das Ladungsübertragungsgatter 310 positioniert ist. Von den drei alternativen Positionen für elektronische Verschlußelemente, die in den 1A, 2A und 3A gezeigt sind, kann die in 3A gezeigt Position für einen großen Photosensorbereich vorzuziehen sein. Manchmal gibt es für CCD-Photosensoren mit großem Bereich ein stabiles Spannungspotential von einer Seite zu der anderen, um bei einem Treiben einer Ladung in Richtung des Ladungsübertragungsgatters zu helfen. Wenn es ein derartiges Potential gibt, wird es bevorzugt, das elektronische Verschlußelement auf der gleichen Seite wie das Ladungsübertragungsgatter zu plazieren, um einen Vorteil daraus zu erzielen, daß das Spannungspotential eine Entladung durch das elektronische Verschlußelement unterstützt.
Einige Scanner liefern eine Fähigkeit, lichtundurchlässige Dokumente zu scannen und auch transparente Medien, wie z. B. Filmnegativstreifen und -dias, zu scannen. Üblicherweise ist die optische Abtastrate, die für Filmstreifen und Dias benötigt wird, sehr viel höher als die Abtastrate, die für lichtundurchlässige Dokumente erforderlich ist. Folglich kann für eine Photosensoranordnung, wie in den 1A, 2A und 3A dargestellt ist, die Zeile kleiner Photosensoren für transparente Medien verwendet werden und alle Photosensoren können für lichtundurchlässige Medien verwendet werden. Wenn der Scanner meistens für lichtundurchlässige Medien verwendet wird, kann ein Verbessern der Leistung für lichtundurchlässige Medien zu Lasten einer Leistung für transparente Medien ein akzeptabler Kompromiß sein. Bei dem beispielhaften Ausführungsbeispiel aus 3A gibt es nur halb so viele Ladungsübertragungsregisterstufen wie es Photosensoren in der Zeile 300 gibt. Ein Reduzieren der Anzahl von Ladungsübertragungsregisterstufen verbessert eine Leistung für niedrige Abtastraten, da weniger Verschiebungen für jede Abtastlinie benötigt werden. Für große Abtastraten kann die Hälfte der Photosensoren in der Zeile 300 (z. B. die geradzahligen Photosensoren in der Zeile 300) Ladungen an das Ladungsübertragungsregister übertragen und diese Ladungen können herausverschoben und umgewandelt werden, wobei dann die verbleibende Hälfte der Ladungen übertragen und verschoben werden kann.
3B stellt einen Teil der Anordnung aus 3A dar, was einen Ladungsfluß für hohe Abtastraten weiter darstellt. Es wird zu Erläuterungszwecken angenommen, daß die Photosensoren 300 und die Ladungsübertragungsgatter 308 numeriert sind, beginnend mit einer Zahl null für den Photosensor und das Ladungsübertragungsgatter, die am nächsten an dem Verstärker 306 sind. Wenn geradzahlige Ladungsübertragungsgatter 308 aktiviert sind, wird eine Ladung von den geradzahligen Photosensoren 300 an das Ladungsübertragungsregister 304 übertragen, wie durch Pfeile mit durchge zogenen Linien in 3B dargestellt ist. Wenn ungeradzahlige Ladungsübertragungsgatter 308 aktiviert sind, wird eine Ladung von ungeradzahligen Photosensoren 300 an das Ladungsübertragungsregister 304 übertragen, wie durch Pfeile mit unterbrochenen Linien in 3B dargestellt ist. Die Ladungsübertragungsgatter 310 verhindern, daß eine Ladung von den Photosensoren in der Zeile 302 eine Ladung an Photosensoren in der Zeile 300 überträgt. Ladungen von den Photosensoren in der Zeile 302 werden durch die elektronischen Verschlußelemente 312 entladen.
3C stellt einen Teil der Anordnung aus 3A dar, was einen Ladungsfluß für niedrige Abtastraten weiter darstellt. Die Ladungsübertragungsgatter 308 ermöglichen es, daß jeder Photosensor in der Zeile 300 seine Ladung an das Ladungsübertragungsregister 304 überträgt. Wenn Ladungen von den Zeilen 300 und 302 in das Ladungsübertragungsregister addiert werden sollen, können alle Ladungen von der Zeile 300 gleichzeitig übertragen werden. Die Ladungsübertragungsgatter 310 ermöglichen es, daß Ladungen von jedem Photosensor in der Zeile 302 eine Ladung durch einen Photosensor in der Zeile 300 und dann weiter in das Ladungsübertragungsregister 304 übertragen.
Zusätzliche Zeilen können hinzugefügt werden. In 4 z. B. gibt es eine erste Zeile von Photosensoren 400, eine zweite Zeile von Photosensoren 402 und eine dritte Zeile von Photosensoren 404, die alle ein Ladungsübertragungsregister 406 gemeinschaftlich verwenden. Ladungen von dem Ladungsübertragungsregister 406 werden zu einem Verstärker 408 zur nachfolgenden Umwandlung in digitale Werte verschoben. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 410 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 400 zu dem Ladungsübertragungsregister 406. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 412 steuert eine Übertragung von Ladungen von der Zeile 402 zu der Zeile 400. Ein Satz von Ladungsübertragungsgattern 414 steuert eine Übertragung von Ladungen zwischen der Zeile 402 und der Zeile 404. Ladungen von der Zeile 404 oder sowohl der Zeile 402 als auch der Zeile 404 werden durch ein laterales elektronisches Verschlußelement 416 entladen, wie unten detaillierter erläutert ist.
Wenn die niedrigste optische Abtastrate verwendet wird, werden Ladungen von der Zeile 404 durch die Zeile 402 übertragen, Ladungen von der Zeile 402 werden durch die Zeile 400 übertragen und alle Ladungen werden wahlweise in dem Ladungsübertragungsregister 406 zusammenaddiert. Wenn eine mittlere optische Abtastrate verwendet wird, werden Ladungen von der Zeile 402 durch die Zeile 400 zu dem Ladungsübertragungsregister 406 übertragen und Ladungen von der Zeile 404 werden durch das elektronische Verschlußelement 416 entladen. Wenn die höchste optische Abtastrate verwendet wird, werden Ladungen von der Zeile 400 an das Ladungsübertragungsregister 406 übertragen, Ladungen von der Zeile 404 werden durch das elektronische Verschlußelement 416 entladen und Ladungen von der Zeile 402 werden in die Zeile 404 übertragen oder fließen in dieselbe, die nachfolgend durch das elektronische Verschlußelement 416 entladen wird. Das elektronische Verschlußelement 416 kann alternativ zwischen großen Photosensoren angeordnet sein, wie in 2A gezeigt ist, oder benachbart zu Ladungsübertragungsgattern, wie in 3A dargestellt ist. Alternativ können elektronische Verschlußelemente zur Verwendung durch die Zeile 402 allein positioniert sein oder elektronische Verschlußelemente können für sowohl die Zeile 402 als auch die Zeile 404 vorgesehen sein.
Bei Dokumentenscannern zum Scannen von Farbbildern ist es üblich, zumindest drei separate Zeilen oder Sätze von Zeilen von Photosensoren zum Empfangen zumindest dreier unterschiedlicher Wellenlängen von Licht, z. B. Rot, Grün und Blau, bereitzustellen. Bei einigen Dokumentenscannern wird ein Array von Linsen verwendet, um Licht von mehreren Scanlinien auf dem Dokument, das gescannt wird, auf die Zeilen von Photosensoren zu fokussieren, oder ein Farbtrenner kann verwendet werden, um Licht von mehreren Scanlinien auf die Zeilen von Photosensoren zu fokussieren. In 1A wird es, wenn Ladungen von den großen Photosensoren in der Zeile 102 mit Ladungen von den kleinen Photosensoren in der Zeile 100 kombiniert werden sollen, bevorzugt, daß die Zeile 100 und die Zeile 102 physisch nahe beieinander sind, so daß dieselben wirksam eine einzelne Abtastlinie auf das gerade gescannte Dokument abbilden. Zusätzlich wird es zur Kosten- und Größenreduzierung bevorzugt, Strukturen, wie z. B. Ladungsübertragungsregister, gemeinschaftlich zu verwenden.
In 5 wird eine Konfiguration wie in 1A für eine Anordnung zum Empfangen dreier Bandbreiten von Licht verwendet. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind Übertragungsgatter, Verstärker und andere Details nicht enthalten. In 5 verwenden eine Zeile relativ kleiner Photosensoren 500 zum Empfangen von rotem Licht und eine Zeile relativ großer Photosensoren 502 zum Empfangen von rotem Licht ein Ladungsübertragungsregister 504 gemeinschaftlich. Eine Zeile relativ kleiner Photosensoren 506 zum Empfangen von grünem Licht und eine Zeile relativ großer Photosensoren 508 zum Empfangen von grünem Licht verwenden ein Ladungsübertragungsregister 510 gemeinschaftlich. Ähnlich verwenden eine Zeile relativ kleiner Photosensoren 512 zum Empfangen von blauem Licht und eine Zeile relativ großer Photosensoren 514 zum Empfangen von blauem Licht ein Ladungsübertragungsregister 516 gemeinschaftlich. Es wird angemerkt, daß nur drei Ladungsübertragungsregister (504, 510 und 516) für sechs Zeilen von Photosensoren benötigt werden, wobei außerdem darauf verwiesen wird, daß Zeilen, die die gleiche Lichtfarbe empfangen (500, 502) (506, 508) (512, 514), physisch nahe beieinander sind.
6 stellt einen Abschnitt eines beispielhaften Scanners 600 dar. Der Scanner 600 umfaßt eine transparente Platte 602, eine Lichtquelle 604, ein Linsenarray 606 und eine Photosensoranordnung 608. Ein zu scannendes Dokument kann auf der oberen Oberfläche der Platte 602 plaziert werden. Zum Farbscannen kann die Photosensoranordnung 606 zumindest drei Sätze von Zeilen von Photosensoren zum Erfassen dreier unterschiedlicher Wellenlängen umfassen, wie z. B. in 5 dargestellt ist. Das Linsenarray 606 fokussiert zumindest drei Abtastlinien von dem Dokument, das gescannt wird, auf die Photosensoranordnung 606. Für eine Photosensoranordnung, wie in 5 dargestellt ist, kann jede Abtastlinie auf dem Dokument auf zwei Zeilen von Photosensoren, z. B. die Zeilen 500 und 502 in 5, fokussiert werden.
7 stellt einen alternativen beispielhaften Scanner 700 dar. Der Scanner 700 umfaßt eine transparente Platte 702, eine Lichtquelle für lichtdurchlässige Dokumente 704, eine Lichtquelle für transparente Medien 706, ein Linsenarray 708 und eine Photosensoranordnung 710. Ein Dokument, das gescannt werden soll, kann auf der oberen Oberfläche der Platte 702 plaziert werden. Zum Farbscannen kann die Lichtquelle 704 Licht bereitstellen, das eine erste Bandbreite (z. B. rot) aufweist, und ausgewählte Photosensorladungen können an den Analog-Zu-Digital-Wandler verschoben werden. Dann kann die Lichtquelle 704 Licht, das eine zweite Bandbreite (z. B. grün) aufweist, liefern und ausgewählte Photosensorladungen können an den Analog-Zu-Digital-Wandler verschoben werden. Dann kann die Lichtquelle 704 Licht, das eine dritte Bandbreite (z. B. blau) aufweist, bereitstellen und ausgewählte Photosensorladungen können an den Analog-Zu-Digital-Wandler verschoben werden. Die Lichtquelle 704 kann z. B. ein Array von rot-, grün- und blaulichtimitierenden Dioden (LEDs) sein. Für transparente Medien liefert die Lichtquelle 706 eine ähnliche Rolle und liefert Licht durch die Medien. Für das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine Photosensoranordnung wie in 3A aus Gründen, die in Verbindung mit 3A erläutert sind, besonders geeignet.
8 stellt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung dar. Bei einem Schritt 800 wird eine optische Abtastrate ausgewählt. Nur zwei Abtast raten sind in 8 dargestellt, wobei es jedoch mehr als zwei geben kann, wie z. B. in 4 dargestellt ist. Für eine hohe Abtastrate werden bei einem Schritt 802 die Ladungen von den Photosensoren für die hohe Abtastrate an ein Ladungsübertragungsregister übertragen und die Ladungen von den Photosensoren, die nur für die niedrige Abtastrate verwendet werden, werden bei einem Schritt 804 entladen oder fließen kontinuierlich nach einer anfänglichen Anhäufung über. Für eine niedrige Abtastrate werden die Ladungen von den Photosensoren für die hohe Abtastrate bei einem Schritt 806 an ein Ladungsübertragungsregister übertragen. Wenn keine Ladungsaddierung erwünscht wird (Entscheidung 808), werden die Ladungen der hohen Abtastrate an den Analog-Zu-Digital-Wandler verschoben und umgewandelt (Schritt 810). Nachdem das Ladungsübertragungsregister geleert wurde, werden die Ladungen einer geringen Abtastrate an das Ladungsübertragungsregister übertragen (Schritt 812). Wenn eine Ladungsaddierung erwünscht wird, werden bei einem Schritt 814 die Ladungen von den Photosensoren, die nur für die niedrige Abtastrate verwendet werden, durch die Photosensoren für die hohe Abtastrate übertragen und bei einem Schritt 816 werden die Ladungen in dem Ladungsübertragungsregister angehäuft.
Die in den 1A, 2A, 3A und 4 dargestellten Anordnungen weisen zur Vereinfachung der Darstellung nur einige Photosensoren pro Zeile auf. Ein Dokumentenscanner kann z. B. 2.500 bis 10.000 Photosensoren pro Zeile aufweisen. Die Photosensorzeilenarrays können gekrümmt sein, um eine Linsenverzerrung auszugleichen. Zusätzliche Zeilen können zu anderen Zwecken hinzugefügt werden.
Das Verhältnis kleiner Photosensoren zu großen Photosensoren in den 1A, 2A, 3A und 4 ist lediglich zu Darstellungszwecken. Das Verhältnis kann eins zu eins sein und ist nicht auf ein ganzzahliges Verhältnis eingeschränkt. Für das exemplarische dargestellte Verhältnis von vier kleinen Photosensoren für jeden großen Photosensor in 1A ist es nützlich, wenn der Gesamtbereich eines großen Photosensors und vier kleiner Photosensoren im wesentlichen quadratisch ist und in etwa sechzehn mal dem Bereich eines kleinen Photosensors. Dies liefert eine zweidimensionale Symmetrie für niedrige Abtastraten, während die Größe der großen Photosensoren hinsichtlich einer Anordnung reduziert wird, die die Ladungen von großen und kleinen Photosensoren nicht kombiniert.
Die relativen Größen der einzelnen Stufen in den Ladungsübertragungsregistern in den 1A, 2A, 3A und 4 sind ebenso nur zu Darstellungszwecken. Für die in 1A dargestellte Konfiguration z. B. muß jede Stufe des Ladungsübertragungsregisters ausreichend groß sein, um eine Ladung von einem kleinen Photosensor plus einem Viertel der Ladung von einem großen Übertragungsregister anzuhäufen.
Die Ladungsübertragungsregister, die in den 1A, 2A, 3A und 4 dargestellt sind, wurden zur Darstellung vereinfacht. Ladungsübertragungsregister sind üblicherweise in mehrere Phasen aufgeteilt, so daß während einer Verschiebung jede Ladung in eine leere Stufe in einer gesteuerten Richtung verschoben wird.

Claims

Photosensoranordnung mit folgenden Merkmalen: zumindest einem ersten Photosensor (100, 200, 300, 400, 500, 506, 512); zumindest einem zweiten Photosensor (102, 202, 302, 402, 404, 502, 508, 514); und einem Ladungsübertragungsregister (104, 204, 304, 406, 504, 510, 516), das derart ausgebildet ist, dass eine Ladung von dem ersten Photosensor an das Ladungsübertragungsregister übertragen wird, und dass ohne ein Verschieben der Ladung des ersten Photosensors in dem Ladungsübertragungsregister, eine Ladung von dem zweiten Photosensor zu der Ladung von dem ersten Photosensor in dem Ladungsübertragungsregister hinzugefügt wird und eine Ladung von dem zweiten Photosensor durch den ersten Photosensor zu dem Ladungsübertragungsregister übertragen wird.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist: der zweite Photosensor weist eine größere Fläche auf als der erste Photosensor.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: ein elektronisches Verschlußelement benachbart zu dem zweiten Photosensor, das in der Lage ist, den zweiten Photosensor zu entladen.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 3, die ferner folgendes Merkmal aufweist: das elektronische Verschlußelement ist zwischen dem zweiten Photosensor und dem ersten Photosensor angeordnet.
Photosensoranordnung mit folgenden Merkmalen: zumindest einem ersten Photosensor (100, 200, 300, 400, 500, 506, 512); zumindest einem zweiten Photosensor (102, 202, 302, 402, 404, 502, 508, 514); und einem Ladungsübertragungsregister (104, 204, 304, 406, 504, 510, 516), das derart ausgebildet ist, dass der erste Photosensor mit dem Ladungsübertragungsregister gekoppelt ist, und dass, wenn eine Ladung von dem zweiten Photosensor an das Ladungsübertragungsregister übertragen wird, eine Ladung von dem zweiten Photosensor durch den ersten Photosensor fließt, so daß Ladungen von dem zweiten Photosensor zu Ladungen von dem ersten Photosensor in dem Ladungsübertragungsregister hinzugefügt werden.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 5, die ferner folgendes Merkmal aufweist: der zweite Photosensor weist eine größere Fläche auf als der erste Photosensor.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 5 oder 6, die ferner folgendes Merkmal aufweist: ein elektronisches Verschlußelement benachbart zu dem zweiten Photosensor, das in der Lage ist, den zweiten Photosensor zu entladen.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 7, die ferner folgendes Merkmal aufweist: das elektronische Verschlußelement ist zwischen dem zweiten Photosensor und dem ersten Photosensor angeordnet.
Photosensoranordnung mit folgenden Merkmalen: einem ersten Array von Photosensoren, wobei jeder Photosensor in dem ersten Array eine erste Größe aufweist; einem zweiten Array von Photosensoren, wobei jeder Photosensor in dem zweiten Array eine zweite Größe aufweist, wobei die erste und die zweite Größe im wesentlichen unterschiedlich sind; und einem Ladungsübertragungsregister, wobei Ladungen von dem zweiten Array von Photosensoren an das Ladungsübertragungsregister durch das erste Array von Photosensoren übertragen werden, so daß Ladungen von dem zweiten Array von Photosensoren zu Ladungen von dem ersten Array von Photosensoren in dem Ladungsübertragungsregister hinzugefügt werden.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 9, die ferner folgendes Merkmal aufweist: ein elektronisches Verschlußelement benachbart zu jedem Photosensor in dem zweiten Array von Photosensoren, das in der Lage ist, die Photosensoren in dem zweiten Array von Photosensoren zu entladen.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 9, die ferner folgendes Merkmal aufweist: für jeden Photosensor in dem zweiten Array von Photosensoren, ein elektronisches Verschlußelement, das zwischen dem Photosensor in dem zweiten Array von Photosensoren und zumindest einem Photosensor in dem ersten Array von Photosensoren angeordnet ist, wobei das elektronische Verschlußelement in der Lage ist, den Photosensor in dem zweiten Array von Photosensoren zu entladen.
Photosensoranordnung mit folgenden Merkmalen: einem ersten Array von Photosensoren, wobei jeder Photosensor in dem ersten Array eine erste Größe aufweist; einem zweiten Array von Photosensoren, wobei jeder Photosensor in dem zweiten Array eine zweite Größe aufweist, wobei die zweite Größe wesentlich größer als die erste Größe ist; und einem Ladungsübertragungsregister, wobei Ladungen von dem zweiten Array von Photosensoren durch eine Mehrzahl von Photosensoren in dem ersten Array von Photosensoren an das Ladungsübertragungsregister übertragen werden.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 12, die ferner folgendes Merkmal aufweist: Ladungen von dem zweiten Array von Photosensoren werden zu Ladungen von der Mehrzahl von Photosensoren in dem ersten Array von Photosensoren in dem Ladungsübertragungsregister hinzugefügt.
Photosensoranordnung mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von ersten Photosensoren; einem zweiten Photosensor, der wesentlich größer als die ersten Photosensoren ist; und einem Ladungsübertragungsregister, wobei eine Ladung von dem zweiten Photosensor durch einen der ersten Photosensoren zu einer bestimmten Stufe des Ladungsübertragungsregisters übertragen werden kann, und wobei eine Ladung von allen ersten Photosensoren an die eine bestimmte Stufe des Ladungsübertragungsregisters übertragen werden kann.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 14, die ferner folgendes Merkmal aufweist: Ladungen von dem zweiten Photosensor und der Mehrzahl erster Photosensoren werden in der einen bestimmten Stufe des Ladungsübertragungsregisters zusammenaddiert.
Photosensoranordnung gemäß Anspruch 14 oder 15, die ferner folgendes Merkmal aufweist: ein elektronisches Verschlußelement, das zwischen dem zweiten Photosensor und zumindest einem der Photosensoren in der Mehrzahl erster Photosensoren angeordnet ist, das in der Lage ist, den zweiten Photosensor zu entladen.
Verfahren mit folgenden Schritten: Auswählen (800) einer optischen Abtastrate für eine Photosensoranordnung; Übertragen (802) von Ladungen von kleinen Photosensoren zu einem Ladungsübertragungsregister; Entladen (804) von Ladungen von großen Photosensoren, wenn eine hohe optische Abtastrate ausgewählt ist; und Übertragen (806) von Ladungen von den großen Photosensoren durch die kleinen Photosensoren an das Ladungsübertragungsregister, wenn eine niedrige optische Abtastrate ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17, das ferner folgenden Schritt aufweist: Übertragen von Ladungen von den kleinen Photosensoren an das Ladungsübertragungsregister, wenn die niedrige optische Abtastrate ausgewählt ist, so daß Ladungen von den kleinen Photosensoren und großen Photosensoren in dem Ladungsübertragungsregister zusammenaddiert werden.
Scanner mit folgenden Merkmalen: einer Photosensoranordnung, wobei die Photosensoranordnung ferner folgende Merkmale aufweist: eine erste Zeile von Photosensoren (100, 200, 300, 400, 500, 506, 512); eine zweite Zeile von Photosensoren (102, 202, 302, 402, 404, 502, 508, 514); und ein Ladungsübertragungsregister (104, 204, 304, 406, 504, 510, 516), wobei Ladungen von der zweiten Zeile von Photosensoren durch eine Mehrzahl von Photosensoren in der ersten Zeile von Photosensoren übertragen werden, wenn sie an das Ladungsübertragungsregister übertragen werden.
Scanner mit folgenden Merkmalen: einer Photosensoranordnung, wobei die Photosensoranordnung ferner folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl erster Photosensoren; einen zweiten Photosensor, der wesentlich größer als die ersten Photosensoren ist; und ein Ladungsübertragungsregister, wobei eine Ladung von dem zweiten Photosensor durch einen der ersten Photosensoren zu einer bestimmten Stufe des Ladungsübertragungsregisters übertragen werden kann, und wobei eine Ladung von allen ersten Photosensoren an die eine bestimmte Stufe des Ladungsübertragungsregisters übertragen werden kann.