JP2011076087A - マルチロー低分解能イメージセンサを使用する高分解能リニアイメージセンシング - Google Patents

Abstract

【課題】エッジ検出オペレーションのために適切なセンサ構成を提供する。
【解決手段】本発明の一態様の感光チップは、Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、複数の開口部を備える非透過的材料の層であって、前記複数の開口部における各開口部は、それぞれ中心線を有し、各フォトセンサの一部のみと重なり、前記各フォトセンサの前記一部のみが感光性を有する、非透過的材料の層と、を備え、フォトセンサの各組に対する開口部のそれぞれの前記中心線は、前記Ｙ方向の同一直線上になく、前記複数の開口部は、前記Ｙ方向に直交するＸ方向に実質的に整列されている開口部の行を少なくとも１つ含み、前記開口部のそれぞれは、前記Ｙ方向に直交するＸ方向で等しい幅を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光チップおよび材料のシートのエッジを検出するための方法に関する。

図５は、例えば、デジタル複写機で使用されるような先行技術のマルチロー（ｍｕｌｔｉ−ｒｏｗ）リニアセンサ６００の一部の平面図である。図５は、フォトセンサ（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｏｒ）の二次元配列を示している。

米国特許第４７３５４９５号明細書 米国特許第５０８１５３６号明細書

図５に関して示されている部分を含むことができるような、既存のチップ設計は、シートエッジを正確に検出するには大きすぎるフォトセンサを有している。つまり、図５に例示するセンサ構成は、エッジ検出オペレーションに対する適切な解決手段となっていない。

本明細書に例示されている態様によれば、感光チップが提供され、この感光チップは、Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、複数の開口部を備える非透過性材料の層とを備える。複数の開口部における各開口部は、それぞれ中心線を含み、各フォトセンサの一部のみと重なり、各フォトセンサの当該一部のみが感光性を有するようになっている。フォトセンサの各組に対する開口部の各中心線は、Ｙ方向の同一直線上にない。

本明細書に例示されている態様によれば、材料のシートのエッジを検出するための方法が提供され、この方法は、処理方向に材料のシートを変位させて感光チップを越えさせることを含む。感光チップは、Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、それぞれのフォトセンサについて非透過的材料の層内の開口部とを備える。各開口部は、各フォトセンサ用の集光領域を形成する。この方法は、Ｙ方向が処理方向に関してある角度で整列されるようにチップを変位させることと、少なくとも１つの特別にプログラムされたコンピュータ用のプロセッサで、少なくとも一組のフォトセンサから各電気信号を受信することと、このプロセッサおよびこの電気信号を使用して、少なくとも一組のフォトセンサからフォトセンサの開口部に対する位置に関して材料のエッジに対する位置を識別することとを含む。

本明細書に例示されている態様によれば、材料のシートのエッジを検出するための方法が提供され、この方法は、処理方向に材料のシートを変位させて感光チップを越えさせることと、少なくとも１つの特別にプログラムされたコンピュータ用のプロセッサで、少なくとも一組のフォトセンサから各電気信号を受信することと、このプロセッサおよびこの電気信号を使用して、少なくとも一組のフォトセンサからフォトセンサの開口部に対する位置に関して材料のエッジに対する位置を識別することとを含む。感光チップは、Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと複数の開口部を備える非透過的材料の層とを備える。複数の開口部における各開口部は、それぞれ中心線を含み、各フォトセンサの一部のみと重なり、各フォトセンサの当該一部のみが感光性を有するようになっている。フォトセンサの各組に対する開口部の各中心線は、Ｙ方向の同一直線上にない。

ピクセル開口部を減らしたマルチローリニアセンサの平面図である。 傾斜配置の図１に示されているマルチローリニアセンサの平面図である。 ピクセル開口部を減らしたマルチローリニアセンサの平面図である。 傾斜配置のマルチローリニアセンサの平面図である。 先行技術のマルチローリニアセンサの一部の平面図である。

図５は先行技術のマルチローリニアセンサ６００の一部の平面図である。部分６００は、ｎ（１より大きい）行のフォトセンサ６０２、例えば、４行のフォトセンサ６０４、６０６、６０８、および６１０を含む。フォトセンサは、当技術分野で知られている任意のフォトセンサとすることができる。センサは、ｍ（１より大きい）列、またはｍ組のフォトセンサ、例えば、組６１２、６１４、および６１６を含む。部分６００は、複数の組のピクセル開口部６２２を含む層６２０も備える。これら開口部の組は、フォトセンサの組に対応する。例えば、各ピクセル開口部６２２は、フォトセンサ６０２のそれぞれを取り囲むか、またはその枠をなす。したがって、各ピクセル開口部６２２は、各フォトセンサ用の集光領域を画定する。部分６００は、開口部の行６１１、６１３、６１５、および６１７も含む。

図１は、ピクセル開口部を減らしたマルチローリニアセンサ１００の平面図である。センサ１００は、以下で説明されている修正がなされた部分６００（図５に示されている）を備える。例示的な一実施形態では、フォトセンサ６０２は、フォトダイオードである。センサ１００は、非透過的材料の層１０２を備える。層１０２は、それぞれのフォトセンサの一部をマスクして前記それぞれのフォトセンサの一部のみが感光性を有するようにする。層１０２は、複数のピクセル開口部１０４も備える。開口部１０４は、開口部６２２に比べて小さく、かつ配置が異なる。開口部のそれぞれは、各フォトセンサの一部のみと重なり合う。例えば、層１０２は、フォトセンサ６０２Ａの一部１０１をマスクしてフォトセンサ６０２Ａの一部１０３のみが感光性を有するようにする。開口部１０４Ａは、フォトセンサ６０２Ａの一部のみ、例えば、部分１０３と重なり合う。

層１０２は、当技術分野で知られている任意の非透過的材料または非透過的材料の組み合わせとすることができる。例示的な一実施形態では、層１０２は、集積回路チップの加工に際してマスクする目的に使用される金属材料である。例えば、部分６００の加工は、層６２０が修正されて層１０２が形成されるように修正されうる。例示的な一実施形態では、層１０２は、層６２０の上に被さる、フィルタマスク、例えば、重なり合う赤色および青色のフィルタ層で構成される。層１０２は、複数の開口部１０４の組を備える。例示的な一実施形態では、開口部１０４の組の数は、フォトセンサの組の数に等しく、例えば、センサは、開口部１０４の組１０６、１０８、および１１０を備える。例示的な一実施形態では、一組の開口部における開口部の数は、一組のフォトセンサにおけるフォトセンサの数に等しい。

例示的な一実施形態では、それぞれの組のフォトセンサにおける開口部に対する、方向Ｙに平行な、各中心線１１１は、方向Ｙにおける同一直線上にない。例示的な一実施形態では、開口部の行１１３、１１５、１１７、および１１９の各開口部は、方向Ｘに整列される。例示的な一実施形態では、それぞれの開口部に対する幅１２０は等しい。

センサ１００は、材料、例えば紙の１つ以上のシートを取り扱うデバイス（図示せず）用のエッジセンサとして使用することができる。例えば、センサ１００は、デジタルスキャナ、複写機、ファクス機、または他のドキュメント生成もしくは再生デバイス用のエッジセンサとすることも可能である。材料のシートのエッジは、光源によって照らされる。例示的な一応用例において、主にコリメート光（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ）が、材料のシートのエッジを照らすために使用される。例示的な一応用例において、コリメート光は、材料のシートのエッジを照らすために使用される。

図１を再び参照すると、上記応用例においてセンサ１００の利点を示すために、同じ応用例内のセンサ１００および部分６００の可能な使用について説明する。例えば、図５について説明されているような部分６００は６００ＳＰＩの分解能を有すると仮定する。データ６３０を使用することで、組６１２、６１４、または６１６のうちの１つに対する１つの開口部内の可能なエッジ位置を検出することができる。したがって、幅６２６が、３２ミクロンに等しい場合、開口部内のエッジの正確な位置に関して方向Ｘで３２ミクロン分の不確定性がある。

対照的に、例示的な一実施形態では、センサ１００は、エッジセンサとして使用され、ここでもまた、幅６２６は３２ミクロンに等しく、開口部に対する幅１２０は約８ミクロンに等しい。センサ１００内の一列の開口部１０４における開口部１０４の配置構成により、一組のフォトセンサの１回のスキャンで、複合、または再構成された、ピクセルデータ１１６を形成する（ｎ＝４）のピクセルデータ１１４が得られる。それぞれのデータ１１４は、潜在的に、エッジ位置に関するデータを形成しうる。したがって、データ１１６は、部分６００に対し可能な分解能を実質的にｎ倍に増大するために使用されうる。例示的な一実施形態では、例えば、直線１１１との同一直線上にないエッジ位置について、データ１１６からエッジ位置を判定するために、単純な閾値オペレーションが使用される。よって、方向Ｘにおける材料のエッジの位置に関する不確定性は、幅１２０に対する値以下である。したがって、上記の実施例では、センサ１００の分解能は、部分６００の分解能の約４倍以上高い。例示的な一実施形態において、材料のエッジの位置を判定するために、一次またはそれ以上の次数の多項式補間が使用される。

有利には、ピクセル開口部１０４は、先行技術に比べて広い集光面積を有しており、上述のように２４００ＳＰＩセンサであり、それに対応して応答性および信号対雑音比が高まり有利である。

図２は、傾斜配置の図１に示されているマルチローリニアセンサ１００の平面図である。図２では、センサ１００は、処理方向Ｐに関してある角度１２６で、配向、または傾斜している。例えば、一組のフォトセンサに対する各開口部１０４の中心１１８は、方向Ｐに関してある角度１２６で整列されている（方向Ｙは、Ｐに関してある角度１２６である）。図２に示されているような例示的な一実施形態では、この角度は、約２．６１度であり、中心１１８は、処理方向Ｐに直交する横断方向Ｔにおいて等、間隔で並ぶ。他の角度も可能であることは理解されよう。センサを傾斜させると、データ１２８に関連する勾配が減少し、図２における隣接するフォトセンサおよび開口部１０４に対する方向Ｐにおいて重なり合いを生じる。開口部１０４および角度１２６は、方向Ｐで隣接する開口部１０４間に間隙が存在しないようにしながら、データ１２８に対する応答性（信号強度）、信号対雑音比、およびＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を最適化するように選択することができる。閾値オペレーションおよび補間の使用に関する図１の議論は、図２にも当てはまる。

図３は、ピクセル開口部を減らしたマルチローリニアセンサ２００の平面図である。センサ２００は、図１の開口部１０４に対応する開口部２０４のサイズおよび配置を除いて、センサ１００（図１に示されている）に類似している。センサ２００は、ピクセル開口部２０４の複数の組、例えば、開口部の組２０６、２０８、および２１０、ならびに開口部の複数の行、例えば、行２１３、２１５、２１７、および２１９を備える非透過的材料の層２０２を備える。開口部の組および行に対する図１の説明における議論は、センサ２００内の開口部の組および行にも当てはまる。

センサ２００は、材料、例えば紙の１つ以上のシートを取り扱うデバイス（図示せず）用のエッジセンサとして使用することができ、センサ１００に関する図１の説明における議論および開口部１０４のサイズおよび位置決めによる分解能の増大は、センサ２００および開口部２０４に当てはまる。例えば、データ２１４は、センサ１００について上で説明されているのと類似の方法で、部分６００に対し分解能を実質的にｎ倍に増大するために使用されうる。

図４は、傾斜配置のマルチローリニアセンサの平面図である。図４は、図５で説明されているセンサ６００の一部を示している。例示的な一実施形態では、フォトセンサ６０２は、フォトダイオードである。例示的な一実施形態では、それぞれの組のフォトセンサにおける各フォトセンサは、方向Ｙに整列される。例示的な一実施形態では、それぞれの行の開口部における各開口部は、方向Ｙに直交する方向Ｘに整列される。例示的な一実施形態では、センサ内の開口部に対する幅６２６は等しい。

図４では、センサ６００の一部が、処理方向Ｐに関してある角度３０２で、配設されている。例示的な一実施形態では、中心６３６は、処理方向Ｐに直交する横断方向Ｔにおいて等間隔で並ぶ。角度３０２は、ピッチ誤差を排除しつつぼけを最小限度に抑えるために、データ３０４に対する応答性（信号強度）、信号対雑音比、および変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を最適化するように選択されうる。例示的な一実施形態では、角度３０２は約１０．５９度に等しい。他の角度も可能であることは理解されよう。閾値オペレーションおよび補間の使用に関する図１の議論は、図４にも当てはまる。

本明細書に例示されている態様によれば、高分解能センサ、例えば、２４００ＤＰＩセンサの開発費が削減されるが、それは、既存のチップをそのまま使用することができ、例えば、図４に示されているようにチップを修正せずに傾斜させるか、または例えば、図１〜３に示されているように、１つの単純なマスキング工程を使用するからである。また、内部センサ設計を外部調達センサの代わりに使用できるため、直接材料費が低減される。

本明細書に例示されている態様によれば、分解能は選択可能であり、空間ＭＴＦは、実効処理分解能を最適化するようにチューニングすることができる。また、例えば、ピッチ誤差による、モアレ効果は、例えば、図２に示されているように、適切な傾斜とピクセル開口部サイズとで取り除くことができる。さらに、ピクセル開口部に対して大きい高さを持つ低い分解能のチップを修正または使用することによって応答性を増大することができる。

本明細書で説明されている態様は、適切なチップ傾斜または位置補間とともに設計されているピクセル開口部に対し適用することができることは理解されよう。例えば、これらの態様は、任意の数のｎ行のフォトセンサに適用して、分解能をｎ倍にすることができ、これはエリアセンサアレイ上も含む。例えば、３行のフォトセンサを伴う６００ＳＰＩチップでは、本明細書で開示されている態様を使用することで、６００ＳＰＩ×３＝１８００ＳＰＩの分解能を得ることができる。本明細書で開示されている態様は、６００ＳＰＩ以外の分解能を有するチップにも適用可能である。

上で指摘されているように、本明細書に例示されている態様によれば、材料のシートのエッジを検出するための方法が提供される。例示的な一実施形態では、一組のフォトセンサは、第１の数のフォトセンサで構成され、処理方向に整列されたときに、この一組のフォトセンサにより、第１の値に等しい分解能を得ることができ、また、Ｙ方向が処理方向に関してある角度で整列されるようにチップが変位されたときに、この一組のフォトセンサにより、第１の数を掛けた第１の値に等しい分解能を得ることができる。例示的な一実施形態では、この方法は、主にコリメート光を材料のシートに当てる。例示的な一実施形態では、この方法は、コリメート光を材料のシートに当てる。例示的な一実施形態では、非透過的材料の層は、それぞれのフォトセンサの一部をマスクして前記それぞれのフォトセンサの一部のみが感光性を有するようにする。

例示的な一実施形態では、複数の開口部におけるそれぞれの開口部は、各フォトセンサの一部のみと重なり合い、それぞれの組のフォトセンサに対する各開口部の、Ｙ方向に平行な、各中心線は、Ｙ方向の同一直線上にない。例示的な一実施形態では、複数の開口部におけるそれぞれの開口部は、各フォトセンサの一部のみと重なり合い、複数の開口部は、Ｙ方向に直交するＸ方向に整列されている少なくとも１つの行の開口部を含み、それぞれの開口部は、Ｘ方向で等しい幅を有する。

Claims (4)

1. 感光チップであって、
   Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、
   複数の開口部を備える非透過的材料の層であって、前記複数の開口部における各開口部は、それぞれ中心線を有し、各フォトセンサの一部のみと重なり、前記各フォトセンサの前記一部のみが感光性を有する、非透過的材料の層と、
   を備え、
   フォトセンサの各組に対する開口部のそれぞれの前記中心線は、前記Ｙ方向の同一直線上になく、
   前記複数の開口部は、前記Ｙ方向に直交するＸ方向に実質的に整列されている開口部の行を少なくとも１つ含み、
   前記開口部のそれぞれは、前記Ｙ方向に直交するＸ方向で等しい幅を有する、
   ことを特徴とする感光チップ。
2. 材料のシートのエッジを検出するための方法であって、
   処理方向に材料のシートを変位させて感光チップを越えさせるステップであって、前記感光チップは、
   Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、
   複数の開口部を有し、開口部のそれぞれが各フォトセンサに対する集光領域を形成する、非透過的材料の層と、
   を備える、ステップと、
   前記Ｙ方向が前記処理方向に関してある角度で整列されるように前記チップを変位させるステップと、
   少なくとも１つの特別にプログラムされたコンピュータ用のプロセッサで、前記少なくとも一組のフォトセンサから各電気信号を受信するステップと、
   前記プロセッサおよび前記電気信号を使用して、前記少なくとも一組のフォトセンサからフォトセンサの開口部に対する位置に関して前記材料の前記エッジに対する位置を識別するステップであって、
   一組のフォトセンサは、第１の数のフォトセンサで構成され、
   前記処理方向に整列されたときに、前記一組のフォトセンサにより、第１の値に等しい分解能を得ることができ、
   前記Ｙ方向が前記処理方向に関する前記角度で整列されるように前記チップが変位されたときに、前記一組のフォトセンサにより、前記第１の数と前記第１の値との積に等しい分解能を得ることができる、ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
3. 材料のシートのエッジを検出するための方法であって、
   処理方向に材料のシートを変位させて感光チップを越えさせるステップであって、前記感光チップは、
   Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、
   複数の開口部を有し、開口部のそれぞれが各フォトセンサに対する集光領域を形成する、非透過的材料の層と、
   を備える、ステップと、
   前記Ｙ方向が前記処理方向に関してある角度で整列されるように前記チップを変位させるステップと、
   少なくとも１つの特別にプログラムされたコンピュータ用のプロセッサで、前記少なくとも一組のフォトセンサから各電気信号を受信するステップと、
   前記プロセッサおよび前記電気信号を使用して、前記少なくとも一組のフォトセンサからフォトセンサの開口部に対する位置に関して前記材料の前記エッジに対する位置を識別するステップであって、
   非透過的材料の前記層は、各フォトセンサの一部をマスクして前記各フォトセンサの一部のみが感光性を有するようにし、
   前記複数の開口部における各開口部は、各フォトセンサの一部のみと重なり合い、
   フォトセンサの各組に対する開口部それぞれの中心線であって前記Ｙ方向に平行な各中心線は、前記Ｙ方向の同一直線上にない、ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
4. 材料のシートのエッジを検出するための方法であって、
   処理方向に材料のシートを変位させて感光チップを越えさせるステップであって、前記感光チップは、
   Ｙ方向に実質的に整列された少なくとも一組のフォトセンサと、
   複数の開口部を備える非透過的材料の層であって、前記複数の開口部における各開口部は、それぞれ中心線を有し、各フォトセンサの一部のみと重なり、前記各フォトセンサの前記一部のみが感光性を有し、フォトセンサの各組に対する開口部の前記各中心線は、前記Ｙ方向の同一直線上にない、ステップと、
   少なくとも１つの特別にプログラムされたコンピュータ用のプロセッサで、前記少なくとも一組のフォトセンサから各電気信号を受信するステップと、
   前記プロセッサおよび前記電気信号を使用して、前記少なくとも一組のフォトセンサからフォトセンサの開口部に対する位置に関して前記材料の前記エッジに対する位置を識別するステップであって、
   非透過的材料の前記層は、複数の開口部を有し、開口部のそれぞれが各フォトセンサの一部のみと重なり合い、
   前記複数の開口部は、前記Ｙ方向に直交するＸ方向に整列されている開口部の行を少なく１つ含み、
   各開口部は、Ｘ方向で等しい幅を有する、ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。

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