JP2000138791A

JP2000138791A - 一次元ｃｍｏｓ画像センサの光積分処理の適応タイミング制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2000138791A
Application number: JP11299858A
Authority: JP
Inventors: Totai Ryu; 東泰劉
Original assignee: Syscan Inc
Current assignee: Syscan Inc
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2000-05-16
Also published as: CN1164073C; TW453101B; US6493114B1; CN1255655A

Abstract

(57)【要約】【課題】光源の簡単な制御をなすよう多くの不規則な
条件でバランスのとれた画像を形成するために画像セン
サの光積分処理の適応的なタイミング制御を提供する。【解決手段】制御信号回路から、画像センサの画像化
サイクルで適応的に調整されたタイミングパラメータか
らなるセンサ制御信号を発生し；該タイミングパラメー
タが光積分処理が所定の期間続くときにスキャン対象を
画像化するために該画像化サイクルの該センサ制御信号
により光積分処理を作動する各段階からなる所定の期間
だけ光源に関して画像センサの光積分処理を保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像化システムに関
し、より詳細には画像化システムで用いられる一次元Ｃ
ＭＯＳ画像センサの光積分処理の適応タイミング制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】対象を後で解析され、プリントされ、配
布され、アーカイブされる電子的フォーマットに変換す
る画像化システムを必要とする多くの応用が存在する。
電子的フォーマットは通常対象の白黒又はカラー画素画
像である。画像化システムの典型的な例はスキャナであ
り、対象は通常絵又は文章の紙である。スキャナを通し
て、画像又は紙の電子的又はデジタル画像は形成され、
ワールドワイドウェブページを設計するために用いられ
る。

【０００３】画像化システムは対象を電子的画像に光学
的に変換する検知モジュールを含む。検知モジュールの
鍵となる部品は光源、光学系、画像センサを含む。光源
は画像化される対象に照明を提供する。光学系は対象か
ら画像センサ上に入来する光を収集し、合焦するために
用いられる。多数の光検出器からなる画像センサは入射
光に応答する比例した電気的信号を発生する。対象のカ
ラーを再生するために、典型的には赤、緑、青色の三原
色が少なくとも必要であることが知られている。同様
に、赤、緑、青の光のようなカラー光が検知モジュール
の光源で用いられ得る。３つのカラー光は独立して連続
的にオンされ、それにより画像センサは３つの強度画像
を発生し、それぞれは３つのカラー光の一つに基づく。

【０００４】しかしながらカラー光に対する画像センサ
の感度（スペクトル応答）は均一ではない。例えば、相
補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサは青色に
対して低い感度を有するが、赤色光に対しては高感度を
有する。加えて、緑色の光の照明強度は他の２つのカラ
ー光よりずっと強い。故に、３つのカラー光全てに適用
される等しい照明パラメータはそうでなければカラーバ
イアスされた画像を生ずる故にほとんど考えられてこな
かった。

【０００５】照明パラメータを制御するために多くの努
力がなされてきた。典型的なアプローチは一組の異なる
照明タイミングパラメータを割り当てることである。例
えば、青色光に対する照明時間は緑色光に比べて長くさ
れ、それにより画像センサは同じ強さの強度信号を発生
するように緑よりも長い青の照明の下で露光される。他
の典型的なアプローチは３つのカラー光に適用される一
組の異なる電圧（パワー）を有することである。例え
ば、より弱い電圧が画像センサが青色光と同じ感度を有
するように光を発生するよう緑色光に印加される。その
上に異なる照明パラメータを用いることにより、ある画
像化システムは画像センサの不均等な感度により得られ
る画像を中和するために補償回路又は処理を更に用い
る。

【０００６】Ｓｕｇｇｓ，Ｍｏａｙｅｒの米国特許第５
７２９３６１号は光（出射器）へ供給されるパワー及び
出射器／検出器露光時間の長さの両方を変えることによ
り粗い調整をまず提供し、次に光検出器要素のそれぞれ
に対して補正値を記憶することにより細かい調整を提供
する。この方法は画像センサの不均等な感度を補正する
ためにうまく制御された異なる照明パラメータの組を本
質的に用いる。

【０００７】制御された異なる照明パラメータの組を有
することは典型的にそれぞれが光の一つを制御する異な
る特性を有する多数の光制御信号を発生するサポート回
路を必要とする。サポート回路が光及び他の制御ファク
ターに依存して複雑化される上に制御された異なる照明
パラメータの組は光に関して正確に動作するよう画像セ
ンサにしばしば要求し、これは分割されたバス環境下で
は困難である。ホストコンピュータのＰＣＩバスのよう
なバスは多くの部品及び周辺機がホストコンピュータと
通信するために結合される分割された資源（バス）であ
る。これらの部品及び周辺機器がバスのマスターシップ
に対してアービトレートされなければならず、これはバ
ス上に搬送された画像データに関連されたラテンシーを
不可避的に導入する。制御された異なる照明パラメータ
で、このラテンシー（ｌａｔｅｎｃｙ）により画像セン
サがバスの遅延から生ずる過剰な照明により過度露出さ
れる。故に、光の簡単な制御を可能にし、より重要なの
は如何なる条件でもバランスのとれた画像を形成するた
めに画像センサの光積分処理の適応的タイミング制御を
可能にするアプローチに対する大きなニーズが存在す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
問題を解決し、他の処理がなされる前に光学的に対象を
信号又は画像に変換する画像スキャナ、コピー機、ファ
クシミリ、のような画像化システムで特に応用される装
置及び方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】画像化システムは対象を
電子的画像に光学的に変換する検知モジュールを含む。
検知モジュールの鍵となる部品は光源、光学系、画像セ
ンサを含む。本発明の一特徴により、光源は蛍光灯又は
一以上の発光ダイオードにより励起された光パイプであ
る高強度光源からなり、典型的には高速度画像化応用に
対して光の安定のためにその間中オンされる。画像セン
サが過度露光することを回避するために、従来技術の画
像センサの動作を制御するセンサ制御信号は画像センサ
の光積分処理が画像センサが光源にどのくらい露出され
たかに拘わらず所定の時間に対してのみ処理されること
を確実にする付加的な調整タイミングパラメータを含
む。これは形成された画像が画像化システムの種々の遅
延により不規則な画像化サイクルに従属しないことを補
償する。

【００１０】カラー画像化の場合には光源は少なくとも
３つのカラー光の群を含み、それぞれは好ましくは一の
主なカラー光を有する。本発明によれば、制御信号回路
はそれぞれがカラー光群の一つを制御する画像センサの
感度に独立な照明パラメータを光（照明）制御信号に提
供する。照明パラメータは所定の露出時間間隔及びパワ
ーを含む。所定の露出時間間隔（周期）のそれぞれはパ
ワーの一つにより印加されたカラー光群が保持される露
出時間を制御する。当業者には所定ではあるが制御され
ない照明パラメータを有する光制御信号の使用は画像セ
ンサの不均等スペクトル応答を補正するために制御され
た照明パラメータを用いた従来技術のシステムから根本
的にシフトされていることは明らかである。所定ではあ
るが制御されない照明パラメータの使用は光制御に関す
る設計を顕著に簡単にする。

【００１１】本発明の他の特徴によれば、本発明は画像
センサの不均等なスペクトル応答を補正するために画像
センサの動作及び特にその光積分処理のそれぞれを制御
するために一のセンサ制御信号を用いる。これはシーケ
ンシャル検知信号からなるセンサ制御信号を用いること
により達成され、それぞれは一のカラー光群の下の一の
光積分処理に対して応答可能である。更に検知信号のそ
れぞれは特定のカラー照明の下で画像センサのスペクト
ル応答に適応的な動的調整可能なタイミングパラメータ
を有し、それにより、それぞれの光積分処理が予め決定
された時間に対して常になされる。

【００１２】本発明の更に他の特徴によればセンサ制御
信号の検知信号に対するタイミングパラメータはそれぞ
れの光積分処理で調整されたタイミングパラメータを用
いて一組のテスト信号を基準と繰り返し比較することに
より決定され、又は得られる。このようにして、カラー
画像化に於いて通常見られるカラーバイアス問題は最小
化される。

【００１３】センサの光積分処理を制御するためにセン
サ制御信号及び所定のパラメータを有する光制御信号を
有する多数の利点が存在する。従って、本発明の目的は
光源の簡単な制御をなすためのアプローチを提供し、よ
り詳細には多くの不規則な条件でバランスのとれた画像
を形成するために画像センサの光積分処理の適応的なタ
イミング制御を提供することにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の他の利点及び目的は、以
下に図面を参照して、実施例の以下の説明により達成さ
れる。本発明のこれら及び他の特徴及び利点は以下に図
面を参照して、詳細な説明により明確となる。

【００１５】図面を参照するに、類似の符号は類似の部
品を示す。図１は本発明がなされうる画像化システム１
００のシステム図を示す。応用に依存して、画像化シス
テム１００は対象１１０が順次光学的にスキャンされ、
電子画像１２０を発生するスキャナ、コピー機、又はフ
ァクシミリを含むが、それに限定されないカラー又は白
黒画像化システムである。

【００１６】モノクロームスキャンの場合、画像１２０
は複数の画素からなり、各画素は対象１１０の対応する
ドットから画像化システム１００の画像センサ上に入射
した光の強度を表す数値により表される。例えば、対象
１１０は８．５インチｘ１１インチの紙であり、得られ
た画像１２０は大きさ８５０ｘ１１００画素を有し、０
から２５５の範囲のデジタル値を有する８ビットフォー
マットで表される。これはスキャン対象１１０の各平方
インチが１００ｘ１００画素胃より表されることを意味
する。平方インチの画素全体が２５５である場合に、対
象１１０の対応する平方インチは白である。逆に、平方
インチの画素全体が０である場合に、対象１１０の対応
する平方インチは黒である。０と２５５の間の値、即ち
グレースケールを有するいずれの画素も対象１１０の内
容の変化を表す。

【００１７】画像化システム１００はカラーを再現する
ときに、画像化システム１００からの画像１２０は三原
色カラー照明の下でそれぞれ形成される典型的には３つ
の強度画像１２０からなり、強度画像のそれぞれは８ビ
ット精度で表現される場合には０から２５５の間の値を
有する画素の配列又はマトリックスである。特に、カラ
ー画像１２０の各カラー画素Ｃ（ｉ，ｊ）は以下のよう
に示されるベクトル画素である。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで（ｉ，ｊ）は画素の座標であり、Ｃ
はカラー画像１２０を示し、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれカラ
ー画像Ｃ１２０の３つの強度画像である。各３つの強度
画像の対応する画素のクラスターＳが同一の値を有する
場合に、即ちＲ（ｉ，ｊ）＝Ｇ（ｉ，ｊ）＝Ｂ（ｉ，
ｊ）である場合に（ここで（ｉ，ｊ）はＳ内にある）、
クラスターＳに対応する対象１１０のスポットは無色で
あり、視覚的には黒から白の間のいずれかである。逆
に、各３つの強度画像の対応する画素のクラスターＳが
異なる値を有する場合に、即ちＲ（ｉ，ｊ）≠Ｇ（ｉ，
ｊ）≠Ｂ（ｉ，ｊ）である場合にクラスターＳに対応す
る対象１１０のスポットは視覚的に色付きである。例え
ば純粋な赤、緑、又は青色のベクトル画素はＣ（ｉ，
ｊ）＝［２５５００］^T，Ｃ（ｉ，ｊ）＝［０２５
５０］^T，Ｃ（ｉ，ｊ）＝［００２５５］^Tでそれ
ぞれ示される。対象１１０がカラー画像で正確に再生さ
れることを確実にするために、カラー画像化システムが
得られたカラー画像の対象１１０のカラーを再現するた
めに結合された強度画像を形成するために注意深く制御
されなければならない。

【００２０】実際の応用を無視して通常理解されている
のは、画像化システム１００が一次元ＣＭＯＳ画像セン
サ１３０、光源１３２、光学系１３４からなることであ
る。画像化システム１００は白黒スキャン応用に対する
ものであるときに、光源１３２は典型的には完全に白の
蛍光灯又は高強度緑色光からなり、スキャンサイクル全
体を通してオンに保たれている。画像化システム１００
がカラー画像化応用に対するものであるときに光源１３
２は典型的には三原色のカラー光である少なくとも３つ
のカラー光からなり、それは一以上の赤、緑、青色光出
射ダイオード又は等価的に３つのカラー光を形成する
赤、緑、青色フィルタのような別のカラーフィルタを有
する完全な白色光源により達成される。対象１１０は画
像サイクルの３つのカラー光のそれぞれにより独立し
て、連続的に照明される。３つのカラー光のそれぞれは
制御回路１３６からの光制御信号によりそれぞれ制御さ
れる。光学レンズ又は光学系１３４は対象１１０から画
像の光を収集し、画像の光を画像センサ１３０に合焦す
る。ここで用いられているように、画像光又は入射光は
前の光源により照明された（不透明な）対象１１０から
反射された光又は背面からの光源により照明された（透
明の）対象１１０から透過した光のいずれかを意味す
る。前の光源及び背面オペレーティング光源は特に特定
しない限りまとめて光源と称する。

【００２１】複数の光検出器からなる画像センサ１３０
は相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）から製造され、
一次元又はリニアセンサと称される一次元配列として構
成される。光検出器は光に高度に感応し、それぞれは入
射光強度に比例する電子的信号を発生する。光学的レン
ズ１３２は対象１１０からの画像光を収集し、画像光を
画像センサ１３０上に合焦し、それにより画像光は信号
を発生する画像センサ１３０に入力される。

【００２２】画像センサ１３０の動作は２つの処理から
なり、第一は光積分処理及び第二は読み出し処理であ
り、それぞれ制御された時間間隔に対していじされる。
光積分処理で、各光検出器は画像光の入射フォトンを集
積するようにされ、集積は電子的（放電）信号として反
映される。光集積処理の後に、光検出器はそれぞれの光
検出器の電子信号がデータバス又はビデオバスに読み出
し回路を介してアナログ信号として順次読み取られる間
に読み出し処理を開始する。光積分処理は各カラー光に
対してなされ、それにより３つの読み出し処理を生ずる
３つの光積分処理は光源１３２に３つのカラー光群が存
在する場合には画像化サイクル毎に３つのアナログ画像
信号を発生する。

【００２３】データバスと結合して、デジタル化された
信号を発生するためにアナログ信号をデジタル化するア
ナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器が存在し、それに続
いてメモリ１５０にデジタル信号は適切に記憶される。
典型的には画像システム１００はさらに、デジタル信号
処理回路１６０を含み、これは画像化システム１００の
使用に依存して、デジタル画像を出力するためにデジタ
ル化された信号を調整し、補正し、前処理し、圧縮す
る。

【００２４】一つの構成によればデジタル画像データは
共通バスを介してホストコンピュータに伝送され、これ
は他の部品及び周辺機器がホストコンピュータと通信す
るために結合されるようシェアされた資源である。これ
らの部品及び周辺機器はしばしばバスのマスターシップ
を調停し、これはバス上をホストコンピュータへ伝送さ
れる画像データと関連するラテンシーを不可避的に導入
する。故に、画像センサでの光積分処理は期待されるよ
うに周期的に発生する必要はない。典型的にはラテンシ
ーにより、読み出し処理はひどく遅延され、次の画像化
サイクルが現在の読み出し処理が完了するまで開始でき
ない。画像センサの光積分処理を開始するタイミングが
適応的に制御され、周期的に進むよう継続されない場合
には、可能な過剰な照明は画像センサが次の画像化サイ
クルで過度露出される。従来のシステムから離れて、本
発明は単一のセンサ制御信号を用いる画像センサの光積
分処理の適合的タイミング制御を用いる。

【００２５】本発明の説明を容易にするために、以下の
説明は主にカラースキャナ応用に基づく。当業者はここ
の記述は光源が光源のカラー光のそれぞれにより強度画
像を形成するために用いられる他の画像化システムに対
して等しく適用可能であることは明らかである。図２は
本発明が用いられるスキャナ応用を示す。図１の画像化
システム１００に対応するスキャナ２００は通信ケーブ
ル２１２を通して、例えばマイクロソフトウインドウズ
９８のようなウインドウオペレーティングシステムの下
で動作するＩＢＭＰＣ又はＰＣ互換型のノートブック
コンピュータであるコンピュータ装置２０２に接続され
る。

【００２６】好ましくはコンピュータ装置２０２で実行
される制御処理により制御されるスキャナ２００はテキ
スト及びグラフィックをその上に有する一枚の紙又はフ
ィルムのようなスキャン材料２１０をスキャンする。制
御処理は以下に説明するように、スキャン結果がコンピ
ュータ装置２０２のシェアされたバスに結合された通信
ケーブル２１２を通してコンピュータ装置２０２に転送
されるようにする。スキャン結果は通常はデジタル信号
のラインからなるデジタル画像であるが、アドビシステ
ム社から市販されているＰｈｏｔｏＳｈｏｐ５．０のよ
うなアプリケーションプログラムにより所望の視覚的な
効果のために操作される。デジタル画像又は操作された
デジタル画像は表示モニタ２０４上に表示される。

【００２７】コンピュータ装置２０２は更に制御用のコ
ードを記憶し、画像ファイル、アプリケーションプログ
ラムファイルをそれぞれ記憶するメモリと記憶装置を設
けられ、それらは図示されていない。またスキャンされ
た画像ファイルのタイトル及び名前のようなテキストデ
ータを入力するためのキーボード２０６、表示モニタ２
０４上で画像をスキャンし、操作するためにコマンドの
実行を許容するために設けられるようなマウスのような
ポンティング装置２０８も含まれる。

【００２８】図３を参照するに、図２のスキャナ２００
で用いられる典型的な検知モジュール３００の断面図が
示される。光源３０２は一般に白黒スキャン用に完全白
色又は単色光源からなり、又はカラースキャン用に少な
くとも３つの異なるカラー光群からなり、カバーガラス
３０６上のスキャン対象３０４に対する照明を提供す
る。スキャン対象３０４はスキャンされる側が光源３０
２により照明されるようにカバーガラス３０６上に表を
下にして配置された一枚の紙である。カバーガラス３０
６は透明であり、スキャン対象３０４が適切にスキャン
されるように合焦手段を設けられる。

【００２９】光源３０２が符号３０８で示すようにスキ
ャン対象３０４に光を照射するときにカバーガラス３０
６を通してスキャン対象３０４から反射された光は一対
一に正立した屈折率の傾斜したマイクロレンズ（円柱又
はロッド）の配列である光学的レンズ３１０に向けられ
る。本発明は光学レンズ及び光源３０２の性質と独立で
ある。この構成での特定の光源及びレンズ配列の使用は
本発明の記載をわかりやすくするためでありそれを制限
するものではない。

【００３０】光学レンズ３１０の下で、ＣＭＯＳ光検出
器の配列からなる画像センサ３１２が存在する。光学レ
ンズ３１０は画像センサ３１２（光検出器）上に反射光
を収集し、これは反射光を反射光の強度を比例的に表す
電子信号に変換する。電子信号は次に読み出し処理を開
始するために、図示されないデータバスに転送される。

【００３１】カバーガラス３０６上のスキャン対象３０
４が完全にスキャンされるために、スキャン対象３０４
と画像センサ３１２は相互に動かされなければならな
い。フラットベッドスキャナではスキャン対象３０４は
画像センサが固定された速度でスキャン対象３０４に沿
って動くように運動機構により駆動される間に静止する
よう保持される。シート供給スキャナでは、検知モジュ
ール３００が静止して保持され、スキャン対象３０４は
固定された速度で運動機構により検知モジュール３００
に沿って回転される。運動速度は得られる画像の画像垂
直解像度に従い、故にシステムクロック信号により同期
される。

【００３２】いずれの場合にも、スキャン対象３０４の
ラインはスキャンされる。一ラインがスキャンされた後
に、スキャン対象３０４は運動機構により一スキャンラ
イン進められる。実際に動く距離は垂直解像度に依存す
る。カラー画像が発生されたときに、好ましくはそれぞ
れ緑、赤、青ＬＥＤである光源３０２は３つの異なるカ
ラー光を出射する。ＬＥＤの３つの群はそれぞれ制御信
号回路３３０からの光制御信号により制御され、各光群
はそれぞれ、次々にオンされる。例えば赤色光がスキャ
ン対象３０４に向けられ、反射光が光学レンズ３１０に
より画像センサ３１２上に合焦される。画像センサ３１
２は反射された光を積分し、それぞれ画素値を表す一連
の電子信号を発生する。次に画素はデータバスに順次読
み出される。赤色光のスキャン処理後に、同じ処理が緑
及び青色光に対してそれぞれ繰り返される。

【００３３】本発明の原理により、図４は図３の制御信
号回路３３０からのセンサ制御信号４０２及び一組の光
制御信号（Ｒ）４０４，（Ｇ）４０６，（Ｂ）４０８を
示す。一実施例によれば、光制御信号４０４、４０６、
４０８は画像センサの動作と同期しただけの照明パラメ
ータを有するよう設計される。例えば、各光制御信号４
０４、４０６、４０８に対する露出時間ｔは光のカラー
及び画像センサのスペクトル感度に関連せず、それぞれ
のＬＥＤに印加されたオン強度（パワー）４０５、４０
７、４０９はそれぞれ不変に維持される。簡単な照明パ
ラメータの単純性により制御信号回路の簡単な設計及び
光源の簡単な制御が可能となる。より詳細には、多くの
従来のシステムと異なり、ここでの光制御信号４０４、
４０６、４０８は画像センサの照明強度及び／又はスペ
クトル応答に関して制御されない。画像センサモジュー
ルに制御されない光制御信号を用いることは実際的に小
さくない問題であることは当業者に明らかである。

【００３４】従来技術のシステムとは別の重要で基本的
なことはセンサ制御信号４０２は多数のパラメータから
なることである。一の実施例から、センサ制御信号４０
２は各画像化サイクルの３つの順次の検知信号４１３、
４１５、４１７からなる。カラー画像化手段の画像化サ
イクルは一組の強度信号がそれぞれのカラー光照明の下
で発生される。特に、第一の検知信号４１３の立ち上が
りは新たな画像化サイクルを開始する。ＲＬＥＤ制御信
号４０４はスキャン対象を照明するために赤色のＬＥＤ
をまずオンし、画像化センサは立ち下がり４１４が出現
するまで光積分処理４１０を開始されず、光積分処理４
１０は所定の時間間隔ｔ_red続く。光積分処理が（赤
色）照明の露出時間と独立である故に、光積分処理４１
０のタイミング制御は重要である。換言すると、照明が
トリガーオンされるのがどんなに長くても、画像センサ
は決して過度露出されない。何故ならば光積分処理は所
定の時間間隔だけしか続かないからである。更に、赤色
光積分処理４１０は第二の検知信号４１５の次の立ち上
がり４１６が発生するときに停止する。立ち上がり４１
６はスキャン対象を照明するために緑色のＬＥＤをオン
するＧＬＥＤ制御信号４０６を開始する。その一方で赤
色照明の下で発生された画像信号に対する読み出し処理
は開始される。立ち下がり４１８では、緑色光積分処理
４１２が開始する。再び立ち上がり４２０が生じ、緑色
光積分処理４１２は停止し、画像信号の読み出し処理は
緑色照明の開始の下で発生され、緑色ＬＥＤはオフさ
れ、青色ＬＥＤがオンされる。青色光積分処理４１４は
立ち下がり４２２が到来するまで開始しない。

【００３５】センサ制御信号４０２の検知信号４１３、
４１５、４１７は本発明の動作に影響せず、それにもか
かわらず各検知信号の調整可能なタイミングパラメータ
は本発明の鍵となる特徴の一つである。換言すると、各
調整可能なタイミングパラメータは光積分処理が例えば
ｔ_red，ｔ_green，ｔ_blueである所定の時間間隔だけ続
くことを確実にするよう、それぞれの光積分処理を開始
するためにタイミングを制御する。その場合に、画像セ
ンサは種々の理由により次の光積分処理のために開始さ
れ、検知信号の一つは第二の画像化サイクル４３０に示
されるように、光積分処理を遅延するためにそれぞれの
タイミング調整可能なパラメータにより生ずる。センサ
制御信号４０２のｔ_pは赤の光積分処理がカラー光の他
の一つがオンされる前にｔ_redに対してのみ続くことを
保証するまで開始されない。

【００３６】図５を参照するに、光積分処理が、例えば
ｔ_red，ｔ_green，ｔ_blueである所定の時間間隔に対し
てまず開始する他の可能なセンサ制御信号４０２を示
す。所定の時間間隔の後に、光積分処理は光源がいかに
長くオンを保つ場合でも停止する。上記の図４は図５を
理解するためにここで等しく適用されうる。ＣＭＯＳセ
ンサは他の型のセンサと異なるように動作する。図６は
フォトダイオードとして示され、抵抗４５２及びキャパ
シタ４５４として簡単にモデル化されるＣＭＯＳ光検知
器を示す。リセット信号が”リセット”４５６に印加さ
れるときに、キャパシタ４５４はトランジスタ４５８を
通してＶｃｃにより完全に充電され、これは光検知器４
５０が光積分のために準備されたことを意味する（キャ
パシタ４５４に対するＶｃｃによる充電は停止する）。
リセット信号が低下するとすぐに、光積分が開始する。
光４０６から多くの入射フォトンが光検知器４５０に入
来するほど、抵抗４５２の抵抗値は減少する。キャパシ
タ４５４は抵抗４５２を通して放電を開始する。典型的
にはフォトン強度が高いほど、多くのフォトンが光検知
器に収集され、故に、抵抗４５２はより小さな抵抗値を
有し、従って、より速い放電信号Ｖｏｕｔが得られる。
換言すると、Ｖｏｕｔからの信号は光検知器に入来した
フォトンに比例し、或いはここではそれは電子信号と称
される。

【００３７】図４又は５のセンサ信号４０２は全ての光
検出器の”リセット”４５６に集中的に印加される。順
次の検知信号４１３、４１５、４１７の一つがオンであ
る限り光積分処理は開始されない。一旦順次の検知信号
４１３、４１５、４１７の一つが低下すると、光積分処
理が開始される。当業者には画像センサの不均等な感度
とカラー光源の不均等な強度を補正するために画像セン
サの動作及びそれぞれの光積分処理を制御するためにセ
ンサ制御信号４０２を使用することが従来技術のシステ
ムとの根底的な違いであることは明らかである。光源の
容易な制御以外にもこの設計には多くの利点が存在す
る。照明が典型的には常時なされる白黒画像化でさえ、
センサ制御信号の光積分処理のタイミング制御は画像セ
ンサが速度の低下した読み出し処理により一時停止され
たときに過度露出されることを回避する。

【００３８】図７は本発明の一実施例により、図４又は
５の制御信号下で動作可能な検知モジュール５００の内
部機能ダイアグラムを示す。光パイプ５０２はそれぞれ
制御信号ＧＬＥＤ，ＲＬＥＤ，又はＢＬＥＤで制御され
る赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤからなる光源５
０５により励起される。ＬＥＤ制御信号ＧＬＥＤ，ＲＬ
ＥＤ又はＢＬＥＤはそれぞれ図４の光制御信号４０４、
４０６、４０８に対応する。

【００３９】レンズ５１０は典型的にはロッドレンズ配
列であり、光源５０５により照明されたスキャン対象か
らの画像光を収集し、その下の画像センサ５１２上に入
射光を合焦する。画像センサ５１２は多数の個別のリニ
アセンサからなり、各々は多数の光検出器を有する。例
えば、画像検知モジュール５００は６００ドット毎イン
チ（ｄｐｉ）でスキャン対象を画像化するよう設計さ
れ、一のリニアセンサは５１２の光検知器からなり、画
像センサ５１２にはそのようなリニアセンサが１０存在
する。光検出器のそれぞれはセンサ制御信号ＳＰＩによ
り制御される光積分処理の各々の間にその上に投射され
た入射光を収集する。各光積分処理の完了で、電子的信
号は順次読み出しスイッチ配列５１６を介してスキャン
信号としてビデオバス５１４に読み出される。スイッチ
配列５１６は好ましくは画像配列５１２の光検出器の数
と同じ数の読み出しスイッチからなる。当業者には、読
み出しスイッチのそれぞれは信号（センサ制御信号から
の）がそれにわたり印加されるときに、オンになる又
は”導通する”ようにダイオードにより形成されること
は明らかである。図に示されるようにスキャン信号はビ
デオ信号Ｖｏｕｔ２５０を順次発生する前処理制御回路
５１８に結合される。スキャン信号は望ましく調整され
たガンマ制御５２２及びオフセット／ゲイン５２４に関
して前処理回路５１８で増幅及びオフセットを含むよう
に前処理される。

【００４０】図８は制御信号を発生する一実施例６００
を示す。クロック６０２はマイクロコントローラ６０４
が全ての部分が協働して働くよう制御するよう制御信号
の組を出力する。マイクロコントローラ６０４はモトロ
ーラ社から市販されているマイクロプロセッサ６８ＨＣ
３２０またはアプリケーションスペシフィック集積回路
（ＡＳＩＣ）であり、典型的には全体のシステム性能制
御信号を調整する。例えば読み出しプロセッサがホスト
の理由によりスローダウンされたことを検知した場合
に、マイクロコントローラ６０４は例えば画像サイクル
を増加するように画像検知モジュール３００が協働して
働くことを確実にすることに従って応答するよう制御信
号を変更する。マイクロコントローラ６０４に結合され
た制御信号回路６０６はセンサ制御信号４０２、光源制
御信号ＲＬＥＤ４０４，ＧＬＥＤ４０６，ＢＬＥＤ４０
８を発生する。

【００４１】一実施例によれば、マイクロコントローラ
６０４はまず一組のテスト信号を画像センサモジュール
３００の画像センサから受ける。テスト信号の組はスキ
ャン対象の一ラインを表す。典型的にはスキャン対象の
境界領域は均一であり、しばしば白色であり、故にセン
サ制御信号で検知信号のタイミングパラメータを調整す
るために容易に用いられる。光源制御信号ＲＬＥＤ４０
４，ＧＬＥＤ４０６，ＢＬＥＤ４０８は図４又は５に示
されるように例えば同期されるように予め決定され、検
知信号のためのタイミングパラメータ（例えばそれぞれ
の露出時間及び電圧）は容易に得られる。

【００４２】それぞれのテスト信号はカラー光の一つが
オンされたときに画像センサから発生される。結果とし
て、３つのカラー光が光源にあるときに３つのテスト信
号が得られる。ホワイトバランスを達成するために、上
記のように得られたカラー画素は同一のエントリを有さ
なければならない。マイクロコントローラ６０４がテス
ト信号間に差が存在すると決定した、典型的には青色照
明下のテスト信号が弱いような場合には、マイクロコン
トローラ６０４はその差により、制御回路６０６がセン
サ信号の検知信号に対してそれぞれのタイミングパラメ
ータを調整するようにさせる。それにより、新たなテス
ト信号の組がセンサ信号と共に得られ、テスト信号の新
たな組の中の差は決定され、検知信号に対して再びそれ
ぞれのタイミングパラメータを調整する。較正処理はテ
スト信号間の差が所定の閾値より小さくなり、図４又は
５に示されるＳＰ４０２のようなセンサ信号を発生する
まで順次それぞれのタイミングパラメータの組が得られ
るよう反復的に繰り返される。

【００４３】図９は他の実施例による検知信号用のそれ
ぞれのタイミングパラメータの組を得るための処理７０
０のフローチャートを示す。処理７００は好ましくはメ
モリにロードされコンピュータシステムのマイクロプロ
セッサにより実行される。多くの画像化システムが例え
ばスキャナーが図２に示されるようなコンピュータと典
型的に連係して働くようにコンピュータシステムで動作
する。コンピュータはスキャナの動作を制御し、スキャ
ナ画像データを記憶装置にダウンロードするスキャナド
ライバを作動させる。処理７００は好ましくはスキャナ
ドライバに含まれ、適切なセンサ信号を発生するために
制御回路にそれぞれのタイミングパラメータの組を提供
する。

【００４４】処理７００は７０４で、順次独立にオンす
るカラー光のそれぞれで得られるテスト信号の組で開始
される。画像センサの良くない動作で光検出器から得ら
れた悪い信号を回避するために、一以上のスキャン信号
ラインが７０６で得られたスキャン信号で悪い信号が存
在するか否かを決定するよう得られる。典型的には、デ
ジタル信号の全ラインの平均の±５０％の値を有するデ
ジタル信号が存在する場合に、これらの画素は”悪い”
とマークされ、周辺の画素信号の平均値で置き換えられ
る。７０８では、テスト信号の組はある条件の下でテス
ト信号のそれぞれに対する特定の値を有する基準と比較
される。テスト信号と基準との間のそれぞれの差は７１
０で続いてそれぞれの光積分処理に影響するそれぞれの
タイミングパラメータの組を調整するために用いられ
る。７１２で、テスト信号の新たな組はそれぞれのタイ
ミングパラメータでそれぞれ光積分処理の下で得られ
る。逐次的にテスト信号の新たな組と基準との間の差は
閾値よりも最終的に小さくなる。７１４ではそれぞれの
タイミングパラメータの組は同一の照明パラメータのカ
ラー光で照明されたバランスされたカラー画像を形成す
るように較正処理に対して対応するセンサ制御信号を発
生するよう制御回路に出力される。

【００４５】図１０はスキャナと協働するコンピュータ
システムから測定結果を受ける制御回路８００の可能な
構成の一つを示す。制御回路８００はスキャナを作動す
るホストコンピュータからそれぞれのタイミングパラメ
ータを受ける。それぞれのタイミングパラメータに基づ
き、制御回路８００は全ての光積分処理のそれぞれが図
９の較正処理で決定される期間に対してそれぞれ継続す
るよう処理することを確実にする適切なセンサ制御信号
を発生する。

【００４６】図１１に関連して、シフトレジスタ８０２
は図７で例えばバイナリで００００１０１１で示される
例えば１０マイクロ秒である較正処理から所定の期間
（データ）情報を受ける。カウンタ８０４はクロック信
号（ＣＬＫ）源に結合され、そのパルスをカウントす
る。画像サイクルを表す開始パルス（ＳＰ）が到来し、
カウンタ８０４及びＲＳ回路８０６の両方をリセットす
る。一の実施例では、ＲＳ回路８０６からの出力ＳＰＩ
は開始パルスの到来でハイに変わる。その一方で、カウ
ンタ８０４はクロック信号（ＣＬＫ）をカウントし、比
較回路８０８はカウンタ８０４がシフトレジスタ８０２
のデータと等価な数に到達するとすぐに信号を出力す
る。比較回路８０８からの信号はＲＳ回路８０６に例え
ばハイからロウへ状態を変化させるセンサ制御信号は斯
くして、発生され、画像センサに印加される。制御回路
８００は画像センサに共に組み込まれることが好まし
い。

【００４７】本発明はある程度特定の例で十分詳細に説
明された。当業者には、実施例の本発明の開示は例示の
みであり、部品の配置及び組合せの無数の変更が請求項
に示される本発明の精神及び範囲から離れることなくな
される。例えば、単一のセンサ制御信号は本発明の一の
実施例で用いられ、また幾つかの制御信号が単一の制御
信号の等価物として連結して機能する実施例も存在しう
る。従って、本発明の範囲は実施例ではなく、請求項に
より決定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像センサ、光源、デジタル画像を続いて形成
する他の回路に沿った光学系を含む画像化センサモジュ
ールを用いた画像化システムを示す概略図である。

【図２】本発明を用い、ホストコンピュータと関連して
動作するスキャナ応用を示す。

【図３】本発明をわかり易く説明するために図２のスキ
ャナで用いられる画像検知モジュールの断面図を示す。

【図４】光積分処理のそれぞれは所定の時間間隔に対し
て正確に続くことを確実にするために調整可能なタイミ
ングパラメータを有するセンサ制御信号を示す。

【図５】光積分処理のそれぞれは所定の時間間隔に対し
て正確に続くことを確実にするために調整可能なタイミ
ングパラメータを有するセンサ制御信号を示す。

【図６】フォトダイオードとして示され、抵抗及びキャ
パシタとして簡単にモデル化されるように示されるＣＭ
ＯＳ光検知器を示す。

【図７】図４、５の制御信号の下で動作可能な検知モジ
ュールの内部機能を示す。

【図８】センサ制御信号及び光制御信号を発生する制御
信号回路の一実施例を示す。

【図９】センサ制御信号を発生するために画像センサの
オンチップ制御回路に調整可能なタイミングパラメータ
を提供するよう実行される処理のフローチャートであ
る。

【図１０】画像センサの動作を制御するために図９から
の出力を用いるオンチップ制御回路の可能な実施を示
す。

【図１１】オンチップ制御回路で用いられるタイミング
ダイアグラムの組を示す。

【符号の説明】

１００画像化システム１１０対象１２０電子画像１３０センサ１３２光源１３４光学系１３６制御回路１４０Ａ／Ｄ１５０メモリ１６０デジタル信号処理回路２００スキャナ２０２コンピュータ装置２０４表示モニタ２０６キーボード２１０スキャン材料２１２通信ケーブル２０８ポンティング装置３００検知モジュール３０２光源３０４スキャン対象３０６カバーガラス３１０光学レンズ３１２画像センサ３３０制御信号回路４０２センサ制御信号４０４、４０６、４０８光制御信号４０５、４０７、４０９オン強度（パワー）４１３、４１５、４１７検知信号４１２、４１６、４２０立ち上がり４１４、４１８、４２２立ち下がり４１０、４１２、４１６光積分処理４５０光検知器４５２抵抗４５４キャパシタ４５６ ”リセット” ４５８トランジスタ５０２光パイプ５０５光源５１０レンズ５１２画像センサ５１４ビデオバス５１６スイッチ配列５１８前処理制御回路５２２ガンマ制御５２４オフセット／ゲイン６０２クロック６０４マイクロコントローラ６０６制御信号回路８００制御回路８０２シフトレジスタ８０４カウンタ８０６ＲＳ回路８０８比較回路ＳＰＩ出力ＣＬＫクロック信号ＧＬＥＤ，ＲＬＥＤ，ＢＬＥＤ制御信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御信号回路から、画像センサの画像化サ
イクルで適応的に調整されたタイミングパラメータから
なるセンサ制御信号を発生し；該タイミングパラメータ
が光積分処理が所定の期間続くときにスキャン対象を画
像化するために該画像化サイクルの該センサ制御信号に
より光積分処理を作動させる各段階からなる、所定の期
間だけ光源に関して画像センサの光積分処理を保つ方
法。
【請求項２】該制御信号回路は該センサ制御信号を発
生するために該制御信号回路のために必要な情報を発生
するマイクロコントローラに結合されており、該必要な
情報は該画像センサに関してマイクロコントローラによ
りなされる較正処理から得られる請求項１記載の方法。
【請求項３】該制御信号回路は更に該光源が該画像セ
ンサ及び該光源の特性と独立に動作するよう、該光源に
印加される所定の露出時間及び所定のパワーを有する光
制御信号を発生する請求項２記載の方法。
【請求項４】該センサ制御信号により該光積分処理を
作動させることは、該画像化サイクルが開始するとすぐに該光積分処理が開
始し；該光源がなおオンであるか否かに拘わらず、該所
定の時間が経過した時該光積分処理を停止させる各段階
を含む請求項３記載の方法。
【請求項５】該センサ制御信号により該光積分処理を
作動させることは、該タイミングパラメータによりある時間間隔を経過さ
せ；該次の画像サイクルの該所定の時間前に該光積分処
理を開始する各段階を含む請求項３記載の方法。
【請求項６】該制御信号回路は該画像センサに埋め込
まれて結合されており、該制御信号回路は、ホストコンピュータで得られた該所定期間のデータを受
けるレジスタと；該画像サイクルが開始して該カウンタ
がリセットされたときにクロック信号を受け、該クロッ
ク信号をカウントするカウンタと；該レジスタ及び該カ
ウンタと結合され、該レジスタから該データと、該カウ
ンタからカウント数とを受け、該カウンタからの該カウ
ント数が該データに達したときにトリガー信号を発生す
る比較回路とを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】該制御信号回路は更に、該比較回路に結合し、第一の状態を維持するゲート回路
を含み、該第一の状態は該比較回路から該トリガー信号
を受けて第二の状態に変化し、該センサ回路信号は該ゲ
ート回路から出力される請求項６記載の方法。
【請求項８】該センサ制御信号による該光積分処理を
作動させることは、該第一の状態が開始するとすぐに該光積分処理を開始
し；該第二の状態が到来するときに該光積分処理を停止
させる各段階を含む請求項７記載の方法。
【請求項９】該センサ制御信号により該光積分処理を
作動させることは、該第一の状態に関してある時間間隔だけ経過させ；該第
二の状態が開始するときに該光積分処理を開始する各段
階を含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】複数の光検出器からなる画像センサと；
光源と；画像センサの光積分処理を制御するセンサ制御
信号を提供する制御信号回路とからなり、該光検出器に
印加される該センサ制御信号は、該各光検出器が該光源
の露出時間と独立に飽和しない電子信号を発生するため
の該光積分処理を確実にするよう該光積分処理に対する
所定の時間間隔を適応的に維持する画像検知モジュー
ル。
【請求項１１】該センサ制御信号は一連のパルスから
なり、該各パルスは該光積分処理が該所定の時間間隔だ
け続くことを確実にする請求項１０記載の画像検知モジ
ュール。
【請求項１２】該各パルスは該光源の該露出時間を開
始する請求項１１記載の画像検知モジュール。
【請求項１３】該各パルスは該画像センサが次の光積
分処理に対して準備されるまで到来しない請求項１２記
載の画像検知モジュール。
【請求項１４】該光源は該光源の安定性のために常に
オンに保たれる請求項１３記載の画像検知モジュール。
【請求項１５】該光源は単色光源である請求項１４記
載の画像検知モジュール。
【請求項１６】該光源は単色光源により励起された光
パイプである請求項１５記載の画像検知モジュール。
【請求項１７】パルスのそれぞれは該所定の時間間隔
が該パルスに続くパルスの該到来時に終了するまで該光
積分処理を開始しない請求項１１記載の画像検知モジュ
ール。
【請求項１８】該光積分処理は該各パルスの該到来時
に開始され、該それに続くパルスが到来する時に拘らず
該所定の時間続く請求項１１記載の画像検知モジュー
ル。
【請求項１９】それぞれ単一のカラー光を発生するｎ個
の光グループからなる光源と；複数の光検出器と、セン
サ制御信号及びｎ個の光制御信号を提供する制御信号回
路とからなる画像センサとを含み、該センサ制御信号は
該光検出器に印加され、ｎ個の検知信号からなり、該ｎ
個の検知信号のそれぞれは所定の時間スキャン対象を画
像化するために該ｎ個の光グループの一つに関して、該
画像センサのそれぞれの光積分処理を確実にする調整可
能なタイミングパラメータを有する画像検知モジュー
ル。
【請求項２０】該調整可能なタイミングパラメータは
該画像センサが該光積分に対して準備されるまで適応的
に変化する請求項１９記載の検知モジュール。
【請求項２１】該カラー光グループの一つに関する該
検知信号のそれぞれに対する該所定の時間間隔は該画像
センサからのテスト信号を受ける信号測定モジュールか
ら発生され、該信号測定モジュールは該テスト信号が基
準に実質的に近くなるまで該所定の時間を反復的に調整
する請求項２０記載の検知モジュール。
【請求項２２】該制御信号回路は該信号測定モジュー
ルからの該所定の時間のデータを受け、該制御信号回路
は、該信号測定モジュールからの該所定の時間の該データを
受けるレジスタと；クロック信号を受け、該画像サイク
ルが開始してカウンタがリセットされたときに該クロッ
ク信号をカウントするカウンタと；該レジスタ及び該カ
ウンタに結合され、該レジスタから該データと、該カウ
ンタからカウント数を受け、該カウンタからの該カウン
ト数が該データに達したときにトリガー信号を発生する
比較回路とを含む請求項２１記載の検知モジュール。
【請求項２３】該制御信号回路は該比較回路に結合
し、第一の状態を維持するゲート回路を更に含み、該第
一の状態は該比較回路から該トリガー信号を受けた時第
二の状態に変化する請求項２２記載の検知モジュール。
【請求項２４】該光積分処理は該第一の状態が開始す
るとすぐに開始し；該第二の状態が到来するときに停止
する請求項２３記載の検知モジュール。
【請求項２５】該光積分処理は、該第一の状態に留ま
るのと同じ時間間隔だけ経過した後に該第二の状態が開
始したときに開始される請求項２３記載の検知モジュー
ル。
【請求項２６】該信号測定モジュールはメモリに記憶
されたコードであり、プロセッサは該メモリに結合され
て該信号測定モジュールに該コードで、該所定の時間の下で得られた該テスト信号を繰り返し受
け；該テスト信号を該基準と集合的に比較し；該テスト
信号が該基準と実質的に近くなるまで該所定の時間反復
的に調整し；該所定の時間を該制御信号回路に出力させ
る、請求項２１記載の検知モジュール。
【請求項２７】該ｎ個の光制御信号のそれぞれは該光
源の該ｎ個の照明グループの一つに印加された露出時間
及びパワーを含む所定のパラメータを有する請求項１９
記載の検知モジュール。
【請求項２８】ｎは３であり、該光源は三原色のカラ
ー光を含み、それぞれは一のカラーの照明を発生する請
求項２７記載の検知モジュール。
【請求項２９】該三原色カラー光は少なくとも一つの
赤色発光ダイオードと、少なくとも一つの緑色発光ダイ
オードと、少なくとも一つの青色発光ダイオードとを含
み、該少なくとも一つの赤色発光ダイオードと、一つの
緑色発光ダイオードと、一つの青色発光ダイオードのそ
れぞれは該光制御信号の一つにより制御され、それによ
り該少なくとも一つの赤色発光ダイオードと、一つの緑
色発光ダイオードと、一つの青色発光ダイオードの夫々
は該パワーを印加され、該露出時間にオンされる請求項
２８記載の検知モジュール。
【請求項３０】信号測定モジュールで所定の期間を決定
し；制御信号回路で該所定の期間を受け；該所定の期間
に関して該制御信号回路からセンサ制御信号を発生し；
画像化サイクル中にスキャン対象を画像化するよう該光
積分処理で該画像センサを作動させる各段階からなり、該センサ制御信号は該光積分処理が該光源がいかに長く
オンされていても該所定の期間続くように適応的に調整
されたタイミングパラメータからなる、所定の期間光源
に関して画像センサの光積分処理を保つ方法。
【請求項３１】信号測定モジュール内の該所定の期間
の該決定は、該所定の時間の下で該画像センサから得られたテスト信
号を繰り返し受け；該テスト信号を基準とまとめて比較
し；該テスト信号が該基準と実質的に近くなるまで該所
定の時間を反復的に調整し；該所定の時間を該制御信号
回路に出力する各段階からなる請求項３０記載の方法。
【請求項３２】該制御信号回路が該画像センサに埋め
込まれて結合されており、該制御信号回路はホストコン
ピュータで得られた該所定の期間のデータを受けるレジ
スタと；該画像サイクルが開始し該カウンタがリセット
されたときにクロック信号を受け、該クロック信号をカ
ウントするカウンタと；該レジスタ及び該カウンタに結
合され、該レジスタから該データと、該カウンタからカ
ウント数を受け、該カウンタからの該カウント数が該デ
ータに達したときにトリガー信号を発生する比較回路と
を含む請求項３１記載の方法。
【請求項３３】該制御信号回路は、更に、該比較回路に結合し、第一の状態を維持するゲート回路
を含み、該第一の状態は該比較回路から該トリガー信号
を受けて第二の状態に変化し、該センサ回路信号は該ゲ
ート回路から出力される請求項３２記載の方法。
【請求項３４】該光積分処理で該画像センサを作動さ
せることは、該第一の状態が開始するとすぐに該光積分処理を開始
し；該第二の状態が到来したときに、該光積分処理を停
止させる各段階を更に含む請求項３３記載の方法。
【請求項３５】スキャン対象を画像化するために該光
積分処理の該画像センサを作動させることは、該第一の状態に関してある時間間隔を経過させ；該第二
の状態が開始したときに該光積分処理を開始させること
を含む請求項３３記載の方法。
【請求項３６】該制御信号回路は、該光源が該画像セ
ンサ及び該光源の特性と独立に動作するよう、該光源に
印加される所定の露出時間及び所定のパワーを有する光
制御信号を発生する請求項３１記載の方法。