JP2003110812A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原画像の読み取り精度を向上させた画像読取
装置を得ること。 【解決手段】 カラー原画像からの透過光をＣＣＤエリ
アセンサにて受光する受光動作時において、まず、ＯＦ
Ｄを駆動して（Ｐ１）、フォトダイオード部に残留する
電荷を全て排出することで、カラー原画像からの透過光
を受光して、フォトダイオード部に電荷を蓄積すること
が可能な受光可能状態とする（Ｔ２）。この受光可能状
態において、受光によるフォトダイオード部における電
荷の蓄積が開始され、所定の電荷蓄積時間経過した時点
（Ｔ３）で、ＣＣＤエリアセンサでは、ＴＧを開放し
て、各フォトダイオード部の蓄積電荷を垂直転送路へ順
に転送する。また、蓄積電荷の転送が開始される時点
（Ｔ３）で、光源（ＬＥＤ）を消灯する（Ｔ４）。これ
により、電荷転送動作時では、上記の電荷蓄積時間中に
フォトダイオード部に蓄積された電荷のみを垂直転送路
へ転送することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原画像を透過又は
反射した光源からの光によって原画像を再現するための
情報を得る画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、写真フィルム等に形成された
白黒又はカラーの原画像を最終的に画像信号データとし
て読み取る画像読取装置としては、ＬＥＤ等で構成され
た光源からの光を上記原画像へ照射し、その原画像から
の透過或いは反射した光を、対象物の光学像を電気信号
に変換（光電変換）して画像信号として出力する固体撮
像装置で受光することによって、原画像を再現するため
の色や濃度等の各種属性情報を得るものが知られてい
る。

【０００３】通常、このような画像読取装置では、固体
撮像装置としてＣＣＤ方式の光センサ（以下、ＣＣＤセ
ンサという）がよく用いられており、このＣＣＤセンサ
が所望の受光量となるように、複数のＬＥＤから常時発
光させてＣＣＤセンサの電荷蓄積時間（受光可能時間）
を変化させたり、ＣＣＤセンサの電荷蓄積時間を固定さ
せて複数のＬＥＤの発光時間を制御することが一般的に
行われている。

【０００４】上記ＣＣＤセンサの一例として、図７に示
すように、対象物の光学像を電気信号に変換して２次元
画像として出力するＣＣＤエリアセンサ２０は、画素毎
に配設され、受光した光を画素毎に電気信号に光電変換
するフォトダイオード部２０Ａと、そのフォトダイオー
ド部２０Ａに蓄積された電荷を読み出して転送する複数
の垂直転送路２０Ｄと、各垂直転送路２０Ｄから転送さ
れた電荷を転送する水平転送路２０Ｅとを備えると共
に、フォトダイオード部２０Ａから垂直転送路２０Ｄへ
電荷を移送するためのトランスファーゲート２０Ｂ（以
下、ＴＧ２０Ｂという。）と、フォトダイオード部２０
Ａに残留する不要電荷を排出するためのオーバーフロー
ドレイン２０Ｃ（以下、ＯＦＤ２０Ｃという。）とが設
けられており、所定の駆動回路（以下、ＣＣＤ駆動回路
という。）によって上記の各部の動作が制御されるよう
になっている。

【０００５】原画像から透過或いは反射した光を上記Ｃ
ＣＤエリアセンサ２０にて受光する受光動作時におい
て、上記ＣＣＤ駆動回路では、まず、ＯＦＤ２０Ｃを駆
動して、フォトダイオード部２０Ａに残留する電荷を全
て排出したのち、ＴＧ２０Ｂを駆動して電荷蓄積が可能
な状態（受光可能状態）とする。この受光可能状態にお
いて、原画像からの透過光（或いは反射光）を所定時間
（電荷蓄積時間）受光して、フォトダイオード部２０Ａ
に電荷を蓄積する。

【０００６】この受光動作によって画素毎に所望の受光
量に達すると、次に、ＣＣＤ駆動回路は、蓄積された電
荷を転送して出力する電荷転送動作を行う。この電荷転
送動作では、ＴＧ２０Ｂを開放して、各フォトダイオー
ド部２０Ａに蓄積された電荷を垂直転送路２０Ｄへ移送
する。垂直転送路２０Ｄへ移送された電荷は、図７の矢
印Ａ方向へ順次転送されたのち、水平転送路２０Ｅへ転
送され、図７の矢印Ｂ方向へ出力される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な画像読取装置において、上記受光動作による電荷蓄積
時では、ＣＣＤエリアセンサ２０のフォトダイオード部
２０Ａには、図８（Ａ）に示すように、原画像を透過或
いは反射してＣＣＤエリアセンサ２０へ照射される光源
からの光によって電荷が蓄積される。この電荷蓄積時で
は、当然、光源は点灯状態とされるが、続いて行われ
る、蓄積された電荷を垂直転送路２０Ｄ及び水平転送路
２０Ｅへ転送する電荷転送動作時においても、光源の点
灯状態は維持されるようになっている。

【０００８】しかしながら、図８（Ｂ）に示すように、
電荷転送時に光源が点灯状態とされていることで、フォ
トダイオード部２０Ａには余剰電荷が蓄積されることが
ある。この余剰電荷の影響により、図９に示すように、
ＣＣＤエリアセンサ２０における最大飽和電子数Ｑ₀に
対して、実際に有効である飽和電子数Ｑ₁が小さくなっ
てしまうことになり、結果として画像読取精度が低下し
てしまうことがある。

【０００９】本発明は、上記の問題点を解決すべく成さ
れたもので、原画像の読み取り精度を向上させた画像読
取装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、原画像に対して複数種類の波長の光を照射する光源
と、前記原画像を透過又は反射した光が照射され、当該
照射光を受光して画素毎に光電変換する受光素子と、当
該受光素子に蓄積された電荷を順次転送する転送部とを
有し、前記原画像を光電的に読み取る固体撮像素子と、
前記固体撮像素子における前記原画像の読み取り動作と
して、所定の電荷蓄積時間の間、前記受光素子で前記照
射光を受光する電荷蓄積工程を実行した後、前記電荷蓄
積工程において前記受光素子に蓄積された電荷を、前記
転送部を介して後段の外部装置へ転送する電荷転送工程
を実行するように制御する画像読取制御手段と、前記固
体撮像素子における前記電荷転送工程の実行時に、前記
固体撮像素子の受光素子への入光を抑制するように制御
する光源制御手段と、を有している。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、光源は、
原画像に対して複数種類の波長の光を照射する。また、
固体撮像素子は、前記原画像を透過又は反射した光が照
射され、当該照射光を受光して画素毎に光電変換する受
光素子と、当該受光素子に蓄積された電荷を順次転送す
る転送部とを有しており、前記原画像を光電的に読み取
る。また、画像読取制御手段は、前記固体撮像素子にお
ける前記原画像の読み取り動作として、所定の電荷蓄積
時間の間、前記受光素子で前記照射光を受光する電荷蓄
積工程を実行した後、前記電荷蓄積工程において前記受
光素子に蓄積された電荷を、前記転送部を介して後段の
外部装置へ転送する電荷転送工程を実行するように制御
する。また、光源制御手段は、前記固体撮像素子におけ
る前記電荷転送工程の実行時に、前記固体撮像素子の受
光素子への入光を抑制するように制御する。例えば、こ
の光源制御手段としては、固体撮像素子の受光面を覆う
機械的或いは電気的なシャッター機構や、光源自体の光
量を所望に調整する機構等を採用することができる。こ
れにより、固体撮像素子における前記電荷転送工程の実
行時における余剰電荷の蓄積を抑制することができ、固
体撮像素子の最大飽和電子数の変化に依存する画像読み
取り精度を維持できる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記光源制御手段は、前記固体撮像素
子における前記電荷転送工程の実行時に、前記光源の光
量を抑制する又は前記光源をオフして光量をゼロとする
ように制御することを特徴としている。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、光源制御
手段により、固体撮像素子における電荷転送工程の実行
時に、前記光源の光量を抑制する又はゼロとすること
で、余剰電荷の蓄積を抑制する又はゼロとすることがで
き、固体撮像素子の最大飽和電子数の変化に依存する画
像読み取り精度を安定して維持できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００１５】図１に示すように、本実施の形態に係る画
像読取装置１０は、写真フィルム１６上に形成されたカ
ラー原画像に対して各々異なる波長域の光としてＲ光、
Ｇ光、Ｂ光の３種類の照射光を発する複数のＬＥＤ群か
らなるＲＧＢＬＥＤアレイ１４と、このＲＧＢＬＥＤア
レイ１４を駆動するＬＥＤ駆動回路１２とを備えてい
る。なお、ＲＧＢＬＥＤアレイ１４では、Ｒ光、Ｇ光、
Ｂ光を発光する各ＬＥＤ群は、発光されるＲ光、Ｇ光、
Ｂ光の色バランスや配光分布等を予め適切に調整されて
配置されている。

【００１６】また、ＲＧＢＬＥＤアレイ１４の光軸Ｃに
沿って、ＲＧＢＬＥＤアレイ１４に近い位置から順に、
写真フィルム１６からの透過光を結像させるレンズ１８
と、ＲＧＢＬＥＤアレイ１４から発せられ写真フィルム
１６を透過した、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光を受光すること
で、カラー原画像を電気信号に変換して２次元画像とし
て出力するＣＣＤエリアセンサ２０と、が配置されてい
る。なお、ＣＣＤエリアセンサ２０は、上述した従来技
術と同様のもの（図７参照）を採用している。

【００１７】また、ＣＣＤエリアセンサ２０には、Ｒ
光、Ｇ光、Ｂ光の各々に対応してアナログ回路２２が接
続され、各アナログ回路２２にはアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器２４が各々接続されている。これによ
り、各ＬＥＤ群から発せられたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色
光がＣＣＤエリアセンサ２０で受光されることで、ＣＣ
Ｄエリアセンサ２０から出力される各色光に対応する読
取画像信号は、各々対応するアナログ回路２２及びＡ／
Ｄ変換器２４へ順に伝達されるようになっている。

【００１８】なお、上記のアナログ回路２２及びＡ／Ｄ
変換器２４については、上述のように、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ
光の各色光毎に分けて３セットを備える構成に限らず、
Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光に対して共用可能な１セット
を備える構成としてもよい。

【００１９】図２には、本実施の形態に係る画像読取装
置１０の制御系の概略構成が示されている。本実施の形
態に係る画像読取装置１０における画像読取動作のメイ
ン制御部としてのコントローラ２６には、上記ＬＥＤ駆
動回路１２、上記Ａ／Ｄ変換器２４、及び上記ＣＣＤエ
リアセンサ２０を駆動制御するためのＣＣＤドライバ２
８（従来技術のＣＣＤ駆動回路に対応する）が接続され
ている。

【００２０】ＬＥＤ駆動回路１２は、ＲＧＢＬＥＤアレ
イ１４におけるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各ＬＥＤ群を順に点
灯することで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光毎に分けて写
真フィルム１６を照射するように、ＲＧＢＬＥＤアレイ
１４を制御するようになっている。このことにより、各
色光毎の写真フィルム１６からの透過光をＣＣＤエリア
センサ２０で受光することができる。また、各色光毎の
写真フィルム１６からの透過光を受光したＣＣＤエリア
センサ２０から出力される各色光に対応する読取画像信
号は、Ａ／Ｄ変換器２４を介して、コントローラ２６へ
入力されるようになっている。

【００２１】また、コントローラ２６は、ＣＣＤドライ
バ２８によって、写真フィルム１６からの透過光を受光
したＣＣＤエリアセンサ２０において、画素毎に配設さ
れたフォトダイオード部２０Ａに蓄積された電荷を垂直
転送路２０Ｄへ移送するためのＴＧ２０Ｂと、蓄積電荷
転送後のフォトダイオード部２０Ａに残留する電荷を不
要電荷排出部（図示せず）へ排出するためのＯＦＤ２０
Ｃとを各々所定の動作タイミングで駆動制御するように
なっている。

【００２２】なお、本実施の形態では、図示しない搬送
手段により写真フィルム１６を往復搬送しながら、往路
において写真フィルム１６の各画像コマ上に記録されて
いるカラー原画像を予備読み取り（プレスキャン）し、
プレスキャンにより得られた各画像コマの原画像の濃度
に基づいて電荷蓄積時間等の読取条件をコントローラ２
６にて演算し、演算した読取条件に従って各画像コマの
カラー原画像を本読み取り（ファインスキャン）するよ
うになっている。

【００２３】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００２４】まず、上記の搬送手段により写真フィルム
１６がＣＣＤエリアセンサ２０の受光面の法線方向と直
交する方向に搬送された状態で、ＬＥＤ駆動回路１２
は、ＲＧＢＬＥＤアレイ１４を駆動して、各ＬＥＤ群か
らＲ光、Ｇ光、Ｂ光を各色光を順に発光する。各ＬＥＤ
群から発せられた光は写真フィルム１６へ照射され、さ
らに、写真フィルム１６を透過した透過光は、レンズ１
８によりＣＣＤエリアセンサ２０に結像される。これに
より、ＣＣＤエリアセンサ２０において、写真フィルム
１６の各画像コマ上に記録されているカラー原画像を読
み取ることができる。

【００２５】写真フィルム１６から透過した光をＣＣＤ
エリアセンサ２０にて受光する受光動作時において、図
３に示すように、ＬＥＤ駆動回路１２によりＲＧＢＬＥ
Ｄアレイ１４の各ＬＥＤ群が点灯（図３のＴ１）される
と同時に、コントローラ２０の制御によりＣＣＤドライ
バ２８は、まず、ＯＦＤ２０Ｃから不要電荷を排出する
ための駆動パルス（図３のＰ１）を出力することによ
り、フォトダイオード部２０Ａに残留する電荷を全て排
出する。なお、このとき、フォトダイオード部２０Ａに
蓄積された電荷を垂直転送路２０Ｄへ移送するＴＧ２０
Ｂは、電荷蓄積可能な駆動状態（受光可能状態）とされ
ている。

【００２６】フォトダイオード部２０Ａにおける残留電
荷を全て排出した後、ＯＦＤ２０Ｃは閉鎖状態とされ、
この時点（図３のＴ２）からフォトダイオード部２０Ａ
は受光可能状態とされ、電荷の蓄積が開始される。

【００２７】この受光可能状態において、図４（Ａ）に
示すように、写真フィルム１６からの透過光を、所定時
間（図３の電荷蓄積時間）の間、受光がなされ、フォト
ダイオード部２０Ａに電荷が蓄積される。ここで、電荷
蓄積時間とは、コントローラ２６にて予め演算によって
設定された、ＣＣＤエリアセンサ２０において所望の受
光量を得るため動作時間である。

【００２８】フォトダイオード部２０Ａにおける電荷の
蓄積が開始され、上記電荷蓄積時間経過した時点（図３
のＴ３）で、ＣＣＤエリアセンサ２０は受光動作から蓄
積電荷を転送して出力する電荷転送動作へ移行する。こ
のとき、コントローラ２０の制御によりＣＣＤドライバ
２８は、電荷蓄積可能な駆動状態とされているＴＧ２０
Ｂを電荷転送可能な駆動状態（電荷転送状態）とするた
めの駆動パルス（図３のＰ２）を出力することにより、
ＴＧ２０Ｂを所定時間（図３の転送時間）開放して、各
フォトダイオード部２０Ａに蓄積された電荷を垂直転送
路２０Ｄへ移送する。ここで、転送時間とは、コントロ
ーラ２６にて予め演算によって設定された、ＣＣＤエリ
アセンサ２０において各フォトダイオード部２０Ａに蓄
積された電荷を垂直転送路２０Ｄへ移送するため動作時
間である。なお、垂直転送路２０Ｄへ移送された電荷
は、図７の矢印Ａ方向へ順次転送されたのち、水平転送
路２０Ｅへ転送され、図７の矢印Ｂ方向へ出力される。

【００２９】また、本実施の形態では、電荷転送動作が
開始される時点（図３のＴ３）で、ＬＥＤ駆動回路１２
は、ＲＧＢＬＥＤアレイ１４の各ＬＥＤ群を消灯する
（図３のＴ４）。これにより、電荷転送動作時では、図
４（Ｂ）に示すように、上記の電荷蓄積時間中にフォト
ダイオード部２０Ａに蓄積された電荷のみを垂直転送路
２０Ｄへ転送することができる。従って、図５に示すよ
うに、ＣＣＤエリアセンサ２０における最大飽和電子数
Ｑ₀を、実際に有効な飽和電子数Ｑ₁とすることができる
（Ｑ₀＝Ｑ₁）。

【００３０】以上により、本実施の形態に係る画像読取
装置によれば、ＣＣＤセンサにおける最大飽和電子数を
有効とすることができ、結果として、上述した従来技術
のように余剰電荷による影響を受けず、画像読取精度を
維持することができる。

【００３１】なお、本実施の形態に係るＣＣＤエリアセ
ンサとして、ＯＦＤを備えないタイプのものも採用する
ことができる。この場合、図６に示すように、電荷転送
動作中においては光源（ＬＥＤ）を消灯するように制御
することによって、上述した実施の形態と同様の効果を
得ることができる。

【００３２】また、本実施の形態では、ＣＣＤエリアセ
ンサ２０への入光を抑制するために、光源をオフするよ
うにしたが、これに限らず、ＣＣＤエリアセンサ２０の
受光面を開口・遮蔽する電子シャッター機能を設けても
よい。なお、この電子シャッター機能の配設位置は、Ｃ
ＣＤエリアセンサ２０の受光面近傍に限らず、光源であ
るＲＧＢＬＥＤアレイ１４とＣＣＤエリアセンサ２０の
受光面とに挟まれた空間において、ＲＧＢＬＥＤアレイ
１４の光軸Ｃ上であれば、所望の位置でよい。

【００３３】さらに、本実施の形態では、ＣＣＤセンサ
を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるもの
ではなく、ＭＯＳ型撮像センサ等の他の固体撮像デバイ
スを用いることも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、画像読取
制御手段による固体撮像素子における電荷転送工程の実
行時に、光源制御手段で固体撮像素子の受光素子への入
光を抑制することで、電荷転送中での固体撮像素子の受
光素子における余剰電荷の蓄積を防止するようにしたの
で、原画像の読み取り精度を向上させた画像読取装置を
得ることができる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る画像読取装置の概略
構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る画像読取装置の概略
構成のブロック図である。

【図３】本実施の形態に係るＣＣＤセンサの受光素子及
び光源の各制御信号の様子を示すタイムチャートであ
る。

【図４】本実施の形態に係るＣＣＤセンサの受光素子
（１画素分）について、（Ａ）は、電荷蓄積時における
電荷の様子を模式的に示した図であり、（Ｂ）は、電荷
転送時における電荷の様子を模式的に示した図である。

【図５】本実施の形態に係るＣＣＤセンサのダイナミッ
クレンジを説明するための図である。

【図６】本実施の形態の変形例に係るＣＣＤセンサの受
光素子及び光源の各制御信号の様子を示すタイムチャー
トである。

【図７】ＣＣＤセンサの一部の概略構成を示す図であ
る。

【図８】従来技術に係るＣＣＤセンサの受光素子（１画
素分）について、（Ａ）は、電荷蓄積時における電荷の
様子を模式的に示した図であり、（Ｂ）は、電荷転送時
における電荷の様子を模式的に示した図である。

【図９】従来技術に係るＣＣＤセンサのダイナミックレ
ンジを説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 画像読取装置 １２ ＬＥＤ駆動回路（光源制御手段） １４ ＲＧＢＬＥＤアレイ（光源） ２０ エリアＣＣＤセンサ（固体撮像素子） ２０Ａ フォトダイオード部（受光素子） ２０Ｂ トランスファーゲート ２０Ｃ オーバーフロードレイン ２０Ｄ 垂直転送路（転送部） ２０Ｅ 水平転送路（転送部） ２６ コントローラ（画像読取制御手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原画像に対して複数種類の波長の光を照
   射する光源と、 前記原画像を透過又は反射した光が照射され、当該照射
   光を受光して画素毎に光電変換する受光素子と、当該受
   光素子に蓄積された電荷を順次転送する転送部とを有
   し、前記原画像を光電的に読み取る固体撮像素子と、 前記固体撮像素子における前記原画像の読み取り動作と
   して、所定の電荷蓄積時間の間、前記受光素子で前記照
   射光を受光する電荷蓄積工程を実行した後、前記電荷蓄
   積工程において前記受光素子に蓄積された電荷を、前記
   転送部を介して後段の外部装置へ転送する電荷転送工程
   を実行するように制御する画像読取制御手段と、 前記固体撮像素子における前記電荷転送工程の実行時
   に、前記固体撮像素子の受光素子への入光を抑制するよ
   うに制御する光源制御手段と、 を有する画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記光源制御手段は、前記固体撮像素子
   における前記電荷転送工程の実行時に、前記光源の光量
   を抑制する又は前記光源をオフして光量をゼロとするよ
   うに制御することを特徴とする請求項１記載の画像読取
   装置。