DE3615342A1 - Farbbildsensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Farbbildsensor zum Lesen eines Farbbildes, und speziell auf
einen Farbbildsensor, der zur Verwendung als Abtaster eines Farbkopierers geeignet ist.
Ein moderner Farbkopierer ist mit einem Abtaster zum Abtasten eines Farboriginals (Farbnegativfilm, Farbpositivfilm
oder dergleichen) ausgerüstet. Um einen Farbabzug mit richtigen Farbdichten und gut abgestimmten Farben
herzustellen, werden drei Farbdichten des Originals bei jedem abgetasteten Punkt des Originals gemessen, um
die Belichtungsmengen der roten, grünen und blauen Farben bei der Belichtung eines Farbpapiers zu steuern. Ein
Farbbildsensor oder ein Festkorperbildsensor wird im Abtaster verwendet, der in einen Abtaster vom Dreibildsensortyp
und Einzelbildsensortyp klassifiziert werden kann. Der erste Typ ist mit drei Farbbildsensoren, d.h.
mit Rot-, Grün- und Blau-Bildsensoren für jede zu messende Farbe versehen, und der letztgenannte Abtastertyp
ist mit einem einzelnen Bildsensor und mit einem Mosaikoder Streifenfilter versehen, das auf der lichtempfangenden
Oberfläche des einzelnen Bildsensors angeordnet ist und rote, grüne und blaue Durchlaßbereiche aufweist,
die alternierend zueinander angeordnet sind.
Der Dreibildsensorabtaster erfordert nicht nur drei Farbbildsensoren, sondern auch drei Sätze Verstärker und
optische Systeme, hat daher einen komplizierten Aufbau
und ist teuer. Ein Einzelbildsensorabtaster ist in bezug auf die Kosten und den benötigten Platz zur Montage des
Abtasters vorteilhafter. Bei den
Einzelbildsensorabtastern, die bereits für Farbfernsehkameras eingesetzt worden sind, werden drei Farbsignale
für jeden Bildpunkt gemischt und vom Abtaster aufgenommen. Bei einem Farbkopierer ist es jedoch
notwendig, daß ein Computer mit einem Farbsignal versorgt wird, das für jede Farbe getrennt ist, um die Belichtungsmenge
für jede Farbe ausrechnen zu können. Wenn daher ein Abtaster vom Einzelbildsensortyp hierbei verwendet
wird, dann wird ein Farbtrennkreis komplizierten Aufbaus, der synchron mit dem Lesen des Farbbildsensors
arbeitet, zwischen dem Farbbildsensor und dem Computer benötigt.
Beim Messen der drei Farbdichten eines Farboriginals mit einem Abtaster vom Einzelbildsensortyp wird unvermeidlich
eine Farbeintragung (Registerfehler) erzeugt, da jede photoelektrische Wandlereinheit einen anderen Punkt
mißt. Eine korrekte Messung eines jeden Bildpunktes ist daher nicht möglich. Dies erwächst zu einem Problem,
wenn die drei Farbbelichtungsmengen unter Beachtung des Farbtons eines jeden Bildpunktes geregelt werden.
Im allgemeinen enthalten Farbnegativfilme, die von Amateuren
geliefert werden, richtig belichtete Bilder, überbelichtete Bilder oder unterbelichtete Bilder. Es
ist daher ein Dynamikbereich von über 10 000 Stufen zur Messung der Dichte eines Bildes eines Farbnegativfilms
notwendig. Der Dynamikbereich eines Farbbildsensors ist jedoch klein, so daß, wenn 10 000 Stufen abgedeckt werden
sollen, eine Änderung des Signalpegels aufgrund einer Änderung des einfallenden Lichts unterdrückt werden
muß, was es unmöglich macht, die Dichte mit hoher Genauigkeit zu messen. Abgesehen davon, betrachtet man ein
einzelnes Bild, dann kann ein Dynamikbereich von etwa 100 Stufen für jede Farbe ausreichend sein, obgleich der
Signalpegel für jede Farbe unterschiedlich ist. Wenn daher die Dichte durch Änderung der Ladungsspeicherzeit
für jede Farbe gemessen wird, dann wird der Dynamikbereich wesentlich gesteigert, so daß man ein Signal mit
weniger Störung erhalten kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Farbbildsensor vom Einzelbildsensortyp anzugeben, daß
mehrere Arten von photoelektrischen Wandlereinheiten alternierend angeordnet sind, wobei jede photoelektrische
Wandlereinheit photoelektrisch Licht einer anderen Farbe in ein Ladungssignal umwandelt und es speichert, wobei
ein Farbsignal entsprechend dem Ladungssignal getrennt von jedem anderen Farbsignal ausgelesen werden kann.
Dabei sollte ein Farbbildsensor eine geringere Farbeintragung (Registerfehler) aufweisen. Der Sensor sollte
vorzugsweise ein Signal liefern, das weniger Störungen aufweist, indem eine Ladungsspeicherzeit unabhängig für
jede Farbe bestimmt wird, um den Dynamikbereich zu verbreitern.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Dnteransprüche.
Demgemäß sind in einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung die photoelektrischen Wandlereinheiten matrixartig in einer Mehrzahl von Ein-Bildpunkt-Meßeinheiten
angeordnet, wobei jede Einheit MxN photoelektrische
Wandlereinheiten umfaßt. M und N sind ganze Zahlen größer als 2. Innerhalb jeder Bildpunktmeßeinheit sind η
Wandlereinheiten für jede Farbe vorhanden, η ist der kleinste gemeinsame Teiler von MxN und ist eine ganze
Zahl größer als 2. Die in den η photoelektrischen Wandlereinheiten
gespeicherten Signale werden addiert und gelesen. Um die Addition der Ladungssignale in einer
Bildpunktmeßeinheit auszuführen, werden entsprechende Vertikal-MOS-Sehalter, die mit η photoelektrischen Wandlereinheiten
verbunden sind, gleichzeitig eingeschaltet und zum selben Zeitpunkt wird ein
Ein-Horizontal-MOS-Schalter, der mit den η Vertikal-MOS-Schaltern verbunden ist, eingeschaltet. Um den Schaltkreisaufbau zu vereinfachen, sind ein Ein-Vertikalabtastungsschieberegister zum Einschalten der Vertikal-MOS-Schalter und ein
Ein-Horizontal-MOS-Schalter, der mit den η Vertikal-MOS-Schaltern verbunden ist, eingeschaltet. Um den Schaltkreisaufbau zu vereinfachen, sind ein Ein-Vertikalabtastungsschieberegister zum Einschalten der Vertikal-MOS-Schalter und ein
Ein-Horizontalabtastungsschieberegister zum Einschalten
der Horizontal-MOS-Schalter vorgesehen, um gleichzeitig
die Ladungssignale für jede Farbe zu lesen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist zur Ermöglichung einer hochpräzisen Messung durch Einstellung einer Speicherzeit
(photoelektrischen Wandlerzeit) für jede Farbe zur Erweiterung des Dynamikbereichs ein
Vertikalabtastschieberegister für jede Farbe vorgesehen. Jedes Vertikalabtastschieberegister arbeitet unabhängig
von jedem anderen und schaltet Vertikal-MOS-Schalter zu unterschiedlichen Zeiten für jede Farbe ein, um dadurch
die Speicherung der Ladungssignale zu beenden. Ein Horizontal-MOS-Schalter, der mit den
Vertikal-MOS-Transistoren in Reihe geschaltet ist, wird so gesteuert, daß er durch die
Horizontalabtastschieberegister ein- oder ausgeschaltet wird, die für jede Farbe vorgesehen sein können oder gemeinsam
für alle Farben verwendet werden. Im Falle eines einzelnen Horizontalabtastschieberegisters erhält man
einen einfachen Schaltkreisaufbau bei geringen Kosten. Vertikalabtastschieberegister, die für entsprechende
Farben vorgesehen sind, können jedoch nicht gleichzeitig
betrieben werden. Die Vertikalabtastschieberegister werden daher selektiv zum Lesen der Ladungssignale für jede
Farbe in Betrieb gesetzt. Die Gruppierung der photoelektrischen Wandlereinheiten in Einheiten von MxN
unterdrückt wirkungsvoll die Farbeinschreibung (Registerfehler).
Verschiedene Kombinationen, so wie Blau, Grün und Rot, oder Zyan, Magenta und Gelb können als Farblicht, auf
das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, verwendet werden. Spezielle Farblichter, wie beispielsweise ein
Fleischtonfarblicht können eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung der Anordnung der photoelektrischen Wandlereinheiten des Farbbildsensors
nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltbild des Farbbildsensors nach der vorliegenden Erfindung, wobei Vertikalschieberegister
und Horizontalschieberegister für die entsprechenden Farben vorgesehen sind und die Ladungsspeicherzeit für jede Farbe
variiert werden kann;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Ladungszeit und Signalauslesung der Ausführungsform nach Fig. 2;
Fig. 4 ein Schaltbild des Farbbildsensors nach der vorliegenden Erfindung in gegenüber Fig. 2
modifizierter Ausführungsform, wobei Vertikalabtastschieberegister
für entsprechende Farben vorgesehen sind und ein Horizontalabtastschieberegister
gemeinsam für alle
Farben verwendet wird;
Fig. 5 eine Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
eine Ein-Bildpunkt-Meßeinheit aus 3x3 photoelektrischen
Wandlereinheiten aufgebaut ist;
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
bei der Ladungssignale für jede Farbe in einem Ein-Bildpunkt addiert werden;
Fig. 7 ein spezielles Schaltbild nach dem Prinzip von Fig. 6, und
Fig. 8 ein Schaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der eine Ein-Bildpunkt-Meßeinheit aus 3x3 photoelektrischen Wandlereinheiten
besteht und die Ladungsspeicherzeit für jede Farbe verändert werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Anordnung von photoelektrischen
Wandlereinheiten eines Farbbildsensors, wobei der Sensor 2 alternierend und regelmäßig angeordnete
Rotlicht-Wandlereinheiten 3 zum Umwandeln eines roten Lichts in ein Ladungssignal und zum Speichern
desselben, Grünlicht-Wandlereinheiten 4 zum Umwandeln eines grünen Lichts in ein Ladungssignal und zum Speichern
desselben, und Blaulicht-Wandlereinheiten 5 zum Umwandeln eines Blaulichts in ein Ladungssignal und zum
Speichern desselben aufweist. Die Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulichtwandlereinheiten 3, 4 und 5 sind jeweils in
bekannter Art aufgebaut und bestehen aus einer äquivalenten Photodiode und einem Farbfilter zum selektiven
Durchlassen von Licht einer spezifischen Farbe.
Bei dieser Ausführungsform werden Rotfilter, Grünfilter
und Blaufilter als Farbfilter verwendet. Die photoelektrische Rotlichtwandlereinheit 3 besteht aus einem Rotfilter
und einer Photodiode, die Grünlichtwandlereinheit 4 besteht aus einem Grünfilter und einer Photodiode und
die Blaulichtwandlereinheit 5 besteht aus einem Blaufilter und einer Photodiode. Um die drei Farben getrennt zu
messen, besteht eine Ein-Bildpunkt-Meßeinheit 2a aus
drei photoelektrischen Wandlereinheiten 3, 4 und 5, die
quer angeordnet sind. In Fig. 1 ist eine Ein-Bildpunkt-Meßeinheit 2a von einer durchgezogenen Linie
umgeben, während jede photoelektrische Wandlereinheit 3, 4 und 5 von einer gestrichelten Linie umgeben
ist. Die Ein-Bildpunkt-Meßeinheit 2a kann aus drei photoelektrischen Wandlereinheiten 3, 4 und 5 bestehen, die
vertikal oder schräg angeordnet sind. Obgleich nur ein Teil der photoelektrischen Wandlereinheiten in Fig. 1
dargestellt ist, ist in Wirklichkeit eine große Anzahl photoelektrischer Wandlereinheiten 3, 4 und 5 matrixartig
angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Farbbildsensors
nach der Erfindung, bei der eine
Ein-Bildpunkt-Meßeinheit aus einer Ein-Wandlereinheit
für jede Farbe besteht und die Ladungszeit für jede Farbe variiert werden kann. Bei einem tatsächlich
ausgeführten Farbbildsensor ist jedes elektrische Element integral auf einem Halbleiterchip ausgebildet. In
der Figur werden jedoch äquivalente elektrische Elemente verwendet, um solche wirklich verwendeten Elemente
darzustellen. Photodioden 1 bis 16, 21 bis 26, 31 bis 35 und 41 bis 44 sind matrixartig angeordnet, um photoelektrisch
Licht durch die oben erwähnten Farbfilter in ein Ladungssignal umzuwandeln. Das Ladungssignal, das man
durch photoelektrische Umwandlung erhält, wird in einem "schwimmenden" Kondensator gespeichert. Die Photodioden
11, 14, 23, 26, 32, 35, 41 und 44 sind für rote Farbe.
Die Photodioden 12, 15, 21, 24, 33 und 42 sind für grüne Farbe und die Photodioden 13, 16, 22, 25, 31, 34 und
sind für blaue Farbe, um die in diesen Photodioden gespeicherten
Ladungssignale zu lesen, sind Vertikal-MOS-Sehalter 71 bis 76, 81 bis 86, 91 bis 95
und 101 bis 105 in Serie mit den entsprechenden Photodioden geschaltet.
Dm eine hochgenaue Messung durch Vergrößerung des Dynamikbereiches
auszuführen, ist eine Vertikalabtasteinrichtung für jede Farbe in dieser Ausführungsform vorgesehen. Um jede Farbe vertikal
abzutasten, ist ein Vertikalabtastschieberegister 130a für blaue Farbe, ein solches Schieberegister 130b für
grüne Farbe und ein solches Schieberegister 130c für rote Farbe vorgesehen. Om ein unabhängiges Auslesen für
jede Farbe zu ermöglichen, d.h. um eine gleichzeitige Auslesung sowohl für Rot- und Grünsignale zu
ermöglichen, sind außerdem
Horizontalabtastschieberegister 131a für blaue Farbe, ein Horizontalabtastschieberegister 131b für grüne Farbe
und ein entsprechendes Horizontalabtastschieberegister 131c für rote Farbe vorgesehen. Die entsprechenden
Schieberegister 130a bis 130c und 131a bis 131c werden durch eine Steuereinrichtung 132 gesteuert. Mit dem Bezugszeichen
133 ist ein' Impulsgenerator bezeichnet, der der Steuereinrichtung 132 Impulse zuführt.
Um die erste Reihe der photoelektrischen Wandlereinheiten abzutasten, sind eine Blaulichthorizontalleitung
141a, eine Grünlichthorizontalleitung 141b und eine Rotlichthorizontalleitung 141c vorgesehen, die mit dem
Ausgangsanschluß D1 des
Blaulichtvertikalabtastschieberegisters 130a, dem entsprechenden Anschluß D1 des
Grünlichtvertikalabtastschieberegisters 13Ob bzw. dem Ausgangsanschluß D1 des
Rotlichtvertikalabtastschieberegisters 130c verbunden sind. Die Gateelektroden der Blaulichtvertikal-MOS-Schalter
73 und 76 sind mit der Blaulichthorizontalleitung 141a verbunden, die Gateelektroden
der Grünlichtvertikal-MOS-Schalter 72 und 75 sind mit
der Grünlichthorizontalleitung 141b und die Gateelektroden der Rotlichtvertikal-MOS-Schalter 71 und 74 sind
mit der Rotlichthorizontalleitung 141c verbunden. Die gleiche Schaltungsanordnung ist für die zweiten und folgenden
Reihen der photoelektrischen Wandlereinheiten getroffen, so daß die Beschreibung dafür weggelassen
ist, jedoch sind die entsprechenden Bezugszeichen in der Zeichnung vorhanden.
Eine Blaulichtvertikalleitung 151a, eine Grünlichtvertikalleitung 151b und eine Rotlichtvertikalleitung
151c sind seitlich längs der ersten Spalte der Photodioden angeordnet und mit den entsprechenden Drainelektroden
der Vertikal-MOS-Schalter verbunden. Drei Vertikalleitungen 152a bis 152c für entsprechende Farben
sind weiterhin neben der zweiten Spalte Photodioden angeordnet. Dieselbe Anordnung ist in der dritten und
den folgenden Spalten getroffen, so daß auf eine Beschreibung dafür verzichtet werden kann, die Zeichnung
zeigt lediglich die Bezugszeichen.
Die Blaulichtvertikalleitungen 151a, 152a, 153a, 154a, 155a und 156a sind mit den entsprechenden Sourceelektroden
der Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 161a, 162a
166a verbunden. Die Gateelektroden dieser Blaulichthorizontal-MOS-Schalter sind mit den entsprechenden
Ausgangsanschlüssen F1 bis F5 des Blaulichthorizontalabtastschieberegisters 131a
verbunden. Die Drainelektroden der
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter I6ia, 162a ... 166a
sind mit einer Blaulichtausgangsleitung 170a verbunden.
In gleicher Weise sind die Grünlichtvertikalleitungen 151b, 152b ... 156b mit den entsprechenden Sourceelektroden
der Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 161b, 162b
... 166b verbunden. Die Gateelektroden dieser Grünlichthorizontal-MOS-Schalter sind mit den entsprechenden
Ausgangsanschlüssen F1 bis F5 des Grünlichthorizontalabtastschieberegisters 161b
verbunden. Die Drainelektroden der Grünlichthorizontal-MOS-Schalter I6ib, 162b ... 166b
sind mit der Grünlichtausgangsleitung 170b verbunden.
Weiterhin sind die Botlichtvertikalleitungen 151c, 152c ... 156c mit den entsprechenden Sourceelektroden der
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter 161c, 162c ... 166c
verbunden. Die Gateelektroden dieser Rotlichthorizontal-MOS-Schalter sind mit den entsprechenden
Ausgangsanschlüssen F1 bis F5 verbunden. Die Drainelektroden der Rotlichthorizontal-MOS-Schalter
161c, 162c ... 166c sind mit einer Rotliehtausgangsl.eitung 170c verbunden.
Nachfolgend soll die Betriebsweise der oben beschriebenen Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert
werden. Zunächst werden die Rot-, Grün- und Blau-Speicherzeiten der Steuereinrichtung 132
zugeordnet. Die Ladungsspeicherzeiten (photoelektrische Umwandlungszeiten) sind so bestimmt, daß der
Maximalwert, den man durch Messung jeder Farbe während der Vorabtastung oder dergleichen erhält, nahezu der
Sättigungsausgangswert wird. Wenn das Auslesestartsignal für die Hauptabtastung in die Steuereinrichtung 132 eingegeben
wird, werden die entsprechenden Ladungssignale, die in den schwimmenden Kondensatoren gespeichert sind,
durch die Vertikalabtastschieberegister 13Oa bis 130c
und die Rorizontalabtastschieberegister 131a bis 131c abgetastet und simultan ausgelesen, um auf die Zeit to
rückgestellt zu werden. Diese Auslesesignale werden nicht benötigt, so daß sie nicht in den Computer
eingegeben, sondern abgeleitet werden.
Nach dem Zeitpunkt to wandelt jede Photodiode einfallendes Licht in ein Ladungssignal um und speichert es. Zum
Zeitpunkt ti ist die Rotlichtladungsspeicherung vollständig. Dann sendet die Steuereinrichtung 132 Taktimpulse
zum Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c und zum Rotlichthorizontalabtastschieberegister 131c, um
nacheinander die Rotlichtphotodioden abzutasten und die darin gespeicherten Ladungssignale zu lesen. Genauer
gesagt, das Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c gibt einen Verschiebeimpuls vom ersten Ausgangsanschluß
D1 ab, um ihn der Rotlichthorizontalleitung 141c zuzuführen. In diesem Zustand tastet das
Rotliehthorizontalabtastsehieberegister 131c einmal ab, um nacheinander die Rotlicht-MOS-Schalter 161c bis 166c
einzuschalten. Die in den Rotlichtphotodioden 11 und 14
in der ersten Reihe gespeicherten Ladungssignale werden nacheinander als Analogsignale ausgelesen, die wiederum
über die Rotlichtausgangsleitung 170c zu einem A/D-Wandler (nicht dargestellt) gelangen, wo sie in digitale
Signale umgewandelt werden. Die Digitalsignale werden einer logarithmischen Umwandlungstabelle (nicht
dargestellt) zugeleitet, wo sie einer logarithmischen umwandlung unterzogen werden. Bei dieser logarithmischen
Umwandlung wird eine Seite, die der Ladungsspeicherzeit entspricht, ausgewählt, um die Digitalsignale in richtige
Dichtewerte umzuwandeln, die für die entsprechenden Ladungsspeicherzeiten geeignet sind. Die Dichtewerte
werden in den Computer eingegeben.
ORIGINAL INSPECTED
Nach Abschluß der Auslesung der Rotlichtphotodioden der
ersten Reihe gibt das
Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c einen Verschiebeimpuls
an der zweiten Ausgangsleitung D2 ab. In diesem Zustand tastet das
Rotlichthorizontalabtastschieberegister 131c einmal ab, wie oben beschrieben, um die in den Photodioden der
zweiten Reihe gespeicherten Ladungssignale abzulesen. In gleicher Weise werden die Rotlichtphotodioden der dritten
und folgenden Reihen abgetastet, um nacheinander die Rotlichtladungssignale abzulesen. Die
Rotlichtladungssignalauslesung vollzieht sich zwischen dem Zeitpunkt ti und dem Zeitpunkt t2.
Zum Zeitpunkt t3 ist die Ladungsspeicherung für Grünlicht abgeschlossen. Die Steuereinrichtung 132 gibt
dann einen Verschiebeimpuls an das Grünlichtvertikalabtastschieberegister 130b und das
Grünlichthorizontalabtastschieberegister 131b, um nacheinander die Grünlichtphotodioden abzutasten und die gespeicherten
Ladungssignale im Zeitraum zwischen t3 und t*l auszulesen.
Zum Zeitpunkt t5 ist die Ladungsspeicherung für Blaulicht abgeschlossen. Die Blaulichtphotodioden werden
dann durch das Blaulichtvertikalabtastschieberegister 130a und das Blaulichthorizontalabtastschieberegister
131a nacheinander abgetastet. Die gespeicherten Ladungssignale werden zwischen dem Zeitpunkt t5 und dem Zeitpunkt
t6 ausgelesen.
Im Falle, wo gleichzeitige Auslesung für entsprechende Farben nicht auftritt, kann ein einziges
Horizontalabtastschieberegister gemeinsam verwendet werden, was zu einem einfacheren Schaltkreisaufbau und
zu einer Reduzierung von Kosten führt. Fig. 4 zeigt eine
ORIGINAL INSPECTED
vT
/It
solche Ausführungsform, bei der im wesentlichen die gleichen Elemente wie jene in Fig. 1 übereinstimmende
Bezugszeichen tragen. Das einzige
Horizontalabtastschieberegister 131 arbeitet dreimal, um entsprechende Farbsignale auszulesen. Die anderen Operationen
sind im wesentlichen die gleichen, wie bei der Ausführungsform in Fig. 2, so daß eine diesbezügliche
Beschreibung unterbleiben kann. Obgleich Horizontal-MOS-Schalter für jede Farbe vorgesehen sind,
sind weitere Änderungen denkbar. Beispielsweise kann nur ein einziger Horizontal-MOS-Schalter verwendet werden,
um drei Vertikalleitungen miteinander zu verbinden. In diesem Falle werden drei Farbsignale von der gleichen
Ausgangsleitung gelesen. Die drei Farbsignale haben jedoch verschiedene Zeitlagen und lassen sich daher voneinander
trennen.
Im Falle, wo eine Ein-Bildpunktmeßeinheit aus einer einzigen
photoelektrischen Dmwandlungseinheit aufgebaut ist, mißt die photoelektrische Umwandlungseinheit für
jede Farbe einen anderen Punkt auf dem Farboriginal, so daß der Farbeintragungseffekt (Registerfehler) sehr groß
wird. Um dies zu vermeiden, sind die photoelektrischen Umwandlungseinheiten in Einheiten gruppiert, die jeweils
aus M Reihen und N Spalten bestehen, wobei M und N ganze Zahlen größer als 2 sind, und eine
Ein-Bildpunktmeßeinheit besteht aus MxN photoelektrischen
Umwandlungseinheiten. Dieselben Farbladungssignale der photoelektrischen Umwandlungseinheiten innerhalb der
Ein-Bildpunktmeßeinheit werden ausgelesen und miteinander addiert, so daß eine Dreifarbtrennmessung ausgeführt
werden kann, ohne wesentliche Beschränkung in bezug auf die Belichtungssteuerung für einen Farbkopierer. Fig. 5
zeigt eine Ausführungsform des Farbbildsensors, bei dem
eine Ein-Bildpunktmeßeinheit aus neun photoelektrisehen Umwandlungseinheiten besteht, die in drei Reihen und
2fr
drei Spalten angeordnet sind. Elemente, die mit denen
nach Fig. 1 identisch sind, tragen gleiche Bezugszeichen. Bei dieser Ausführungsform besteht eine
Ein-Bildpunktmeßeinheit 2b aus drei Rotlichtumwandlungseinheiten 3, drei
Grünlichtumwandlungseinheiten 4 und drei Blaulichtumwandlungseinheiten 5. In Fig. 5 ist jede photoelektrische
Umwandlungseinheit 3 bis 5 von einer gestrichelten Linie umgeben, während die Ein-Bildpunktmeßeinheit 2b von einer durchgehenden Linie
umgeben ist.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips der Ein-Bildpunktmeßeinheit. Die gleichen
Farbladungssignale, die in den photoelektrischen Umwandlungseinheiten
innerhalb der Meßeinheit 2b gespeichert sind, werden simultan ausgelesen und durch einen Addierer
miteinander addiert. Dabei werden die von den drei Blaulichtumwandlungseinheiten 5 ausgelesenen Signale
durch einen Addierer i80a miteinander addiert, die von den drei Grünlichtumwandlungseinheiten H ausgelesenen
Signale werden von einem Addierer 180b miteinander addiert und die drei von den Rotlichtumwandlungseinheiten
3 ausgelesenen Signale werden durch einen Addierer 180c miteinander addiert. Die Addierer 180a bis 180c können
für jede Reihe oder Spalte der Bildpunkte anstelle für jeden Bildpunkt vorgesehen sein. Außerdem können die Addierer
außerhalb des Farbbildsensors 2 angeordnet sein.
Fig. 7 zeigt ein spezielles Schaltbild für die Ausführungsform nach Fig. 6. Elemente, die mit jenen
nach Fig. 2 identisch sind, tragen übereinstimmende Bezugszeichen, und solche Elemente, die für jede Farbe
gemeinsam verwendet werden, tragen keine Buchstaben-Indizes. Bei dieser Ausführungsform besteht
die Ein-Bildpunktmeßeinheit 2b aus drei Reihen. Zur
36Ί5342
gleichzeitigen Auslesung der in den Photodioden innerhalb
der Ein-Bildpunktmeßeinheit gespeicherten Ladungssignale und zur Addierung derselben sind die oberen drei
Horizontalleitungen 141 bis 143 zusammen mit dem
Ausgangsanschluß D1 der ersten Stufe eines Vertikalabtastschieberegisters 130 verbunden. Die vierten
bis sechsten Horizontalleitungen 144 bis 146 sind in ähnlicher Weise zusammen mit dem Ausgangsanschluß D2 der
zweiten Stufe des Vertikalabtastschieberegisters 130 verbunden.
Die Ein-Bildpunktmeßeinheit 2b enthält weiterhin drei Spalten. Die Blaulichtvertikalleitungen 151a, 152a und
153a sind daher zusammengeschaltet und seriell mit einem Blaulichthorizontal-MOS-Schalter I6ia verbunden. In
gleicher Weise sind die Grünlichtvertikalleitungen 151b, 152b und 153b zusammengeschaltet und seriell mit einem
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 161b verbunden. Die
Rotlichtvertikalleitungen 151c, 152c und 153c sind zusammengeschaltet und seriell mit einem
Rotlichthorizontal-MOS-Sehalter I6ic verbunden. Die
Gateelektroden dieser Horizontal-MOS-Schalter I6ia bis
161c sind mit dem Ausgangsanschluß F1 der ersten Stufe eines Horizontalabtastschieberegisters 131 verbunden. Um
gleichzeitig die Ladungssignale für jede Farbe innerhalb der Ein-Bildpunktmeßeinheit an der zweiten Spalte auszulesen
und miteinander zu addieren, sind in ähnlicher Weise ein Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 162a, ein
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 162b und ein
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter 162c vorgesehen. Die
Gateelektroden dieser Horizontal-MOS-Schalter 162a bis 162c sind mit dem Ausgangsanschluß F2 der zweiten Stufe
des Horizontalabtastschieberegisters 131 verbunden.
Nachfolgend soll die Betriebsweise des Farbbildsensors nach Fig. 7 erläutert werden. Zum Auslesen von Ladungs-
Signalen gibt zunächst das Vertikalabtastschieberegister 130 einen Vertikalabtastimpuls vom Ausgangsanschluß D1
der ersten Stufe ab. In diesem Zustand gibt das Horizontalabtastschieberegister 131 nacheinander einen
Horizontalabtastimpuls ab, der vom Ausgangsanschluß F1 zum Ausgangsanschluß F2 springt. Wenn ein Horizontalabtastimpuls
vom Ausgangsanschluß F1 der ersten Stufe abgegeben wird, dann schalten die Horizontal-MOS-Schalter
161a bis 161C als erstes ein, während die Vertikal-MOS-Schalter 71 bis 73, 81 bis 83 und 91 bis
einschalten. Als Folge davon werden die Ladungssignale gleichzeitig von der aus drei Reihen und drei Spalten
bestehenden Ein-Bildpunktmeßeinheit ausgelesen. Da in diesem Falle die Vertikalleitungen für jede Farbe miteinander
verbunden sind, werden die Ladungssignale, die in den Blaulichtphotodioden 13, 22 und 31 gespeichert
sind, miteinander addiert und über den Blaulichthorizontal-MOS-Schalter I6ia auf eine Blaulichtausgangsleitung
170a ausgegeben. Dazu gleichzeitig werden die Ladungssignale, die in den Grünlichtphotodioden 12, 21 und 33 gespeichert sind, zueinander
addiert und über den
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter I6ib auf eine
Grünlichtausgangsleitung 170b ausgegeben. Auf gleiche Weise werden die in den Rotlichtphotodioden 11, 23 und
32 gespeicherten Ladungssignale miteinander addiert und über den Rotlichthorizontal-MOS-Schalter I6ic auf eine
Rotlichtausgangsleitung 170c ausgegeben. Die in den Photodioden innerhalb des 3 x 3-Bildpunktes gespeicherten
Ladungssignale werden daher gleichzeitig gelesen und zueinander für jede Farbe addiert, um sie in farbgetrenntem
Zustand auszugeben.
Anschließend gibt das Horizontalabtastschieberegister 131 einen Horizontalabtastimpuls vom Ausgangsanschluß F2
der zweiten Stufe ab, um die Horizontal-MOS-Schalter
162a bis 162c gleichzeitig einzuschalten. Dementsprechend werden neun Photodioden der
Ein-Bildpunktmeßeinheit in der ersten Reihe und in der
zweiten Spalte abgetastet. Die Ladungssignale werden dann zueinander für jede Farbe addiert und das addierte
Signal wird in einem farbgetrennten Zustand auf die Ausgangsleitungen 170a bis 170c ausgegeben.
Am Ende der Abtastung des Horizontalschieberegisters 131 ist das Auslesen von Ladungssignalen der Photodioden der
ersten Reihe innerhalb der Ein-Bildpunktmeßeinheit beendet. Anschließend gibt das
Vertikalabtastschieberegister 130 einen Vertikalabtastimpuls vom Ausgangsanschluß D2 ab. In diesem Zustand tastet
das Horizontalschieberegister 131 einmal ab, so daß die Ein-Bildpunktmeßeinheit in der zweiten Reihe nacheinander
abgetastet wird, beginnend mit der ersten Spalte. Auf diese Weise werden die Ladungssignale der
Photodioden zueinander addiert und ausgegeben. In gleicher Weise werden die übrigen Photodioden für jede
Ein-Bildpunktmeßeinheit abgetastet und die ausgelesenen Signale werden miteinander für jede Farbe addiert und
auf den Ausgangsleitungen 170a bis 170c ausgegeben.
Fig. 8 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der
Schaltung nach Fig. 7, wobei das Auftreten einer Farbeintragung (Registerfehler) vermieden ist und die Ladungsspeicherzeit
eingestellt werden kann, wie für jede Farbe gewünscht wird. Elemente, die mit jenen nach Fig.
2 identisch sind, tragen übereinstimmende Bezugszeichen. Um bei dieser Ausführungsform eine Auslesung des Ladungssignals
für jede Farbe unabhängig zu ermöglichen, ist ein Vertikalabtastschieberegister für jede Farbe
vorgesehen, d.h., es sind ein
Blaulichtvertikalabtastschieberegister 130a, ein Grünlichtvertikalabtastschieberegister 130b und ein
Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c vorgesehen,
um die Ladungssignale in Einheiten einer jeden Ein-Bildpunktmeßeinheit 2b auszulesen, sind die
Blaulichthorizontalleitungen 141a, 142a und 143a miteinander verbunden und an den Ausgangsanschluß D1 der ersten
Stufe des Blaulichtvertikalabtastschieberegisters 130a angeschlossen. In gleicher Weise sind die
Grünlichthorizontalleitungen 141b, 142b und 143b miteinander verbunden und an den Ausgangsanschluß D1 der ersten
Stufe des Grünlichtvertikalabtastschieberegisters 130b angeschlossen. Die Rotlichthorizontalleitungen
141c, 142c und 143c sind miteinander verbunden und an den Ausgangsanschluß D1 der ersten Stufe des
Rotlichtvertikalabtastschieberegisters 130c angeschlossen. Die Verbindungsanordnung der
Ein-Bildpunktmeßeinheit der zweiten und folgenden Reihe läßt sich aus der Beschreibung, die soeben für die erste
Reihe gegeben worden ist, entnehmen, so daß diese Beschreibung hier nicht wiederholt zu werden braucht. Die
Verbindungsanordnung der Vertikalleitungen ist die gleiche wie bei Fig. 7.
Ähnlich der Schaltung nach Fig. 2 wird in der Schaltung nach Fig. 8 durch Betreiben eines der Vertikalschieberegister
130a bis 130c zu einem gewünschten Auslesezeitpunkt die Möglichkeit geschaffen, die Ladungsspeicherzeit
für jede Farbe zu steuern und die addierten Ladungssignale innerhalb der Ein-Bildpunktmeßeinheit für
die gleiche Farbe auszulesen. Im Falle, daß gleichzeitige Auslesung der Ladungssignale auftritt, ist das
Horizontalsehieberegister für jede Farbe vorgesehen, wie in Fig. 2 dargestellt.
In den obigen Ausführungsformen sind die Schieberegister, die mit den Horizontalleitungen verbunden
sind, Vertikalabtastschieberegister genannt, während
OWQiNAL INSPECTED
die Schieberegister, die mit den Vertikalleitungen verbunden sind, Horizontalabtastschieberegister genannt
sind. Diese Benennung sollte jedoch so aufgefaßt werden, daß die Ausdrücke "vertikal und horizontal" lediglich
die Relativstellung zwischen Register und Leitung meinen.
- Leerseite -
Claims (11)
1. Farbbildsensor, bei dem mehrere Arten photoelektrischer Umwandlungseinheiten alternierend angeordnet sind,
um Licht unterschiedlicher Farbe photoelektrisch in ein Ladungssignal umzuwandeln und das Ladungssignal zu speichern
und das gespeicherte Ladungssignal in jeder der photoelektrischen Umwandlungseinheiten ausgelesen wird,
gekennzeichnet durch Ausleseeinrichtungen (71-73» 130,
130a-130c, 131, 131a-131o, 141, I41a-I4ic, 151,
151a-151c, I6ia-I6ic, 170a-170c), die in Übereinstimmung mit den Arten der photoelektrischen Umwandlungseinheiten (3-5) vorgesehen sind, um das Ladungssignal in einem
151a-151c, I6ia-I6ic, 170a-170c), die in Übereinstimmung mit den Arten der photoelektrischen Umwandlungseinheiten (3-5) vorgesehen sind, um das Ladungssignal in einem
TEl£FON (Q 891 22 2862 TELEX S 29 380 MONA D TELEGRAMME MONAPAT* TELEFAX GR 3 CCtTT (O 89| 22 02 87
Baiwonte" H Aiiftiauser Münchef 173 533 Deutsche Bank. München 17/51734 Postgirokonto München 46212-80'.
Banken BLZ 70030600 BLZ 70070010 BLZ 70010080
L.
farbgetrennten Zustand auszulesen.
2. Farbbildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Arten von photoelektrischen
Umwandlungseinheiten (3-5) enthalten: eine Rotlichtphotodiode (11) zum Speichern eines Ladungssignals,
das man durch photoelektrische Umwandlung von Rotlicht erhalten hat, eine Grünlichtphotodiode (12) zum Speichern
eines Ladungssignals, das man durch photoelektrische Umwandlung von Grünlicht erhalten hat, und eine
Blaulichtphotodiode (13) zum Speichern eines Ladungssignals, das man durch photoelektrische Umwandlung
von Blaulicht erhalten hat, wobei die Photodioden -(11-13) matrixartig angeordnet sind.
3. Farbbildsensor nach Anspruch 2, bei dem die Ausleseeinrichtung enthält: einen Rotlichtvertikal-MOS-Schalter
(71), der seriell mit der Rotlichtphotodiode (11) verbunden ist; einen Grünlichtvertikal-MOS-Schalter (72),
der seriell mit der Grünlichtphotodiode (12) verbunden ist; einen Blaulichtvertikal-MOS-Schalter (73), der seriell
mit der Blaulichtphotodiode (13) verbunden ist; einen Rotlichthorizontal-MOS-Schalter (161c), der seriell
mit dem Rotlichtvertikal-MOS-Schalter (71) verbunden ist; einen Grünlichthorizontal-MOS-Schalter (I6ib),
der seriell mit dem Grünlichtvertikal-MOS-Schalter (72) verbunden ist; einen Blaulichthorizontal-MOS-Schalter
(161a), der seriell mit dem
Blaulichtvertikal-MOS-Schalter (73) verbunden ist; eine Vertikalabtasteinrichtung (130, 130a-130c) zum Einschalten
der Vertikal-MOS-Schalter (71-73); und eine Horizontalabtasteinrichtung (131, 131a-131c) zum Einschalten
der Horizontal-MOS-Schalter (I6ia-I6ic).
4. Farbbildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalabtasteinrichtung
36Ί5342
enthält: ein Rotlichtvertikalabtastschieberegister (130c) zum sequentiellen Einschalten der
Rotlichtvertikal-MOS-Schalter (71, 71*) einer Reihe nach
der anderen; ein Grünlichtvertikalabtastsehieberegister (130b) zum sequentiellen Einschalten der
Grünlichtvertikal-MOS-Schalter (72, 75) einer Reihe nach
der anderen; und ein
Blaulichtvertikalabtastschieberegister (130a) zum sequentiellen Einschalten der
Blaulichtvertikal-MOS-Schalter (73, 76) einer Reihe nach
der anderen.
5. Farbbildsensor nach Anspruch 4, bei dem die Horizontalabtasteinrichtung enthält: ein
Rotlichthorizontalschieberegister (131c) zum sequentiellen Einschalten des Rotlichthorizontal-MOS-Sehalters
(161c) einer Reihe nach der anderen; ein Grünlichthorizontalschieberegister (131b) zum sequentiellen
Einschalten des
Grünlichthorizontal-MOS-Schalters (161b) einer Reihe
nach der anderen; und ein Blaulichthorizontalschieberegister (131a) zum sequentiellen
Einschalten des Blaulichthorizontal-MOS-Schalters
(161a) einer Reihe nach der anderen.
6. Farbbildsensor nach Anspruch 4, bei dem die Horizontalabtasteinrichtung ein einziges
Horizontalabtastschieberegister (130) zum simultanen Einschalten des Blaulichthorizontal-MOS-Schalters
(161a), des Grünlichthorizontal-MOS-Schalters (161b) und
des Rotlichthorizontal-MOS-Schalters (I6ic) ist.
7. Farbbildsensor nach Anspruch 2, bei dem zwei im Abstand angeordnete Photodioden (11-16, 21-26, 31-35) in
Einheiten gruppiert sind, die jeweils aus M Reihen und N Spalten aufgebaut sind, wobei M und N ganze Zahlen
größer als 2 sind, und bei dem die Ausleseeinrichtungen
für jede Farbe (71-73, 130, 130a-130c, 131, 1318-1310,
141, 14Ia-IlHc, 151, 151a-151c, I6ia-I6ic, 170a-170c)
die Ladungssignale in Einheiten der gruppierten Einheit auslesen und die in den gleichen Farbphotodioden (11,
23, 32) einer jeden gruppierten Einheit gespeicherten Ladungssignale lesen.
8. Farbbildsensor nach Anspruch 7, bei dem die Ausleseeinrichtung enthält: Blaulichtvertikal-MOS-Schalter (73,
82, 91), die seriell mit entsprechenden Blaulichtphotodioden (13, 22, 31) verbunden sind;
Grünlichtvertikal-MOS-Schalter (72, 81, 93), die seriell
mit entsprechenden Grünlichtphotodioden (12, 21, 33) verbunden sind; Rotlichtvertikal-MOS-Schalter (71, 83,
92), die seriell mit entsprechenden Rotlichtphotodioden (11, 23, 32) verbunden sind; einen
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter (161a), der für die N
Spalten vorgesehen ist und mit einer Mehrzahl von Blaulichtvertikal-MOS-Schaltern (73, 82, 91) in den N
Spalten verbunden ist; einen
Grünliehthorizontal-MOS-Schalter (161b), der für die N
Spalten vorgesehen und mit einer Mehrzahl von Grünlichtvertikal-MOS-Schaltern (72, 81, 93) in den N
Spalten verbunden ist; einen
Rotlichthorizontal-MOS-Sehalter (I6ic), der für die N
Spalten vorgesehen und mit einer Mehrzahl von Rotlichtvertikal-MOS-Schaltern (71, 83, 92) verbunden
ist; ein einzelnes Vertikalabtastschieberegister (130) zum sequentiellen Einschalten der Blaulicht-, Grünlicht-
und Rotlicht-Vertikal-MOS-Schalter (71-73, 81-83, 91-93)
für die M Reihen; und ein einzelnes Horizontalabtastschieberegister (131) zum sequentiellen
Einschalten der Blaulieht-, Grünlicht- und Rotlichthorizontal-MOS-Schalter (I6ia-I6ic) für die N
Spalten.
9. Farbbildsensor nach Anspruch 8, bei dem M und N jeweils gleich 3 sind.
10. Farbbildsensor nach Anspruch 7, bei dem die Ausleseeinrichtung
enthält: Blaulichtvertikal-MOS-Schalter (73»
82, 91), die seriell mit den entsprechenden Blaulichtphotodioden (13, 22, 31) verbunden sind;
Grünlichtvertikal-MOS-Sehalter (72, 81, 93), die seriell
mit den entsprechenden Grünlichtphotodioden (12, 21, 33) verbunden sind; Rotlichtvertikal-MOS-Schalter (71, 83,
92), die seriell mit den entsprechenden Rotlichtphotodioden (11, 23, 32) verbunden sind; einen
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter (I6ia), der für die N
Spalten vorgesehen und mit einer Mehrzahl von Blaulichtvertikal-MOS-Sehaltern (73, 82, 91) in den N
Spalten verbunden ist; einen
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter (I6ib), der für die N
Spalten vorgesehen und mit einer Mehrzahl von Grünlichtvertikal-MOS-Schaltern (72, 81, 93) in den N
Spalten verbunden ist; einen
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter (161c), der für die N
Spalten vorgesehen und mit einer Mehrzahl von Rotlichtvertikal-MOS-Schaltern (71, 83, 92) verbunden
ist; ein Blaulichtvertikalabtastschieberegister (130a) für das sequentielle Einschalten der
Blaulichtvertikal-MOS-Schalter (73, 82, 91) für die N Spalten; ein Grünliehtvertikalabtastschieberegister
(130b) zum sequentiellen Einschalten der Grünlichtvertikal-MOS-Schalter (72, 81, 93); ein
Rotlichtvertikalabtastschieberegister (130c) zum sequentiellen Einschalten der Rotlichtvertikal-MOS-Schalter
(71, 83, 92); und ein einzelnes
Horizontalabtastschieberegister (131) zum sequentiellen Einschalten der Blaulicht-, Grünlicht- und
Rotlicht-Horizontal-MOS-Schalter (I6ia-I6ic) für die N
Spalten.
11. Farbbildsensor nach Anspruch 10, bei dem M und N jeweils gleich 3 sind.
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