JP3453896B2 - ２値化回路、これを有する固体撮像装置及びこれを用いたバーコード読取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２値化回路、これを有
する固体撮像装置及びこれを用いたバーコード読取り装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーコードは、一般に、商品コードなど
の情報を太さの異なる線の組合せで表示されたものであ
り、物流やＰＯＳ(Point Of Sales)などにおいて、光学
的に読み取られることによって商品の売上げ集計や物流
の分析などに利用されている。このバーコードを光学的
に読み取る手段としては、ＣＣＤリニアセンサが主に用
いられている。このＣＣＤリニアセンサを用いたバーコ
ード読取り装置においては、ＣＣＤリニアセンサの出力
を２値化回路に供給し、太さの異なる線の組合せを２値
化情報として取り出し、この２値化情報をバーコード情
報としてデコードするようにしている。この２値化処理
の場合、コンパレータにて撮像信号のレベルを基準電圧
と比較しつつ２値化情報を得る方法が一般的に採られ
る。

【０００３】しかしながら、ＣＣＤリニアセンサからの
撮像信号を２値化する際に、バーコードが印刷されてい
る媒体面の色や凹凸、あるいは外来光の影響などによ
り、バーコードの印刷面での反射が均一でないために、
コンパレータの基準電圧を一定に保って２値化処理を行
うことは困難である。そのため、従来のバーコード読取
り装置では、直前の撮像信号からある一定の絶対値以
上、信号レベルが変化した場合にコンパレータを反転動
作させる回路を、ＣＣＤリニアセンサのチップ外に作製
して用いていた。

【０００４】ここで、バーコード読取り装置に適用され
る従来の２値化回路を用いたＣＣＤ固体撮像装置につい
て図１２に基づいて説明する。先ず、ＣＣＤリニアセン
サ１００は、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電
荷に変換して蓄積する受光部１０１が一列に多数（例え
ば、２０００画素分）配列されてなるセンサ列１０２
と、このセンサ列１０２の各受光部１０１から読出しゲ
ート１０３によって読み出された信号電荷を一方向に転
送するＣＣＤからなる電荷転送レジスタ１０４とを有す
る構成となっている。電荷転送レジスタ１０４の最終段
には、転送されてきた信号電荷を検出して電圧に変換す
る例えばフローティング・ディフュージョンからなる電
荷電圧変換部１０５が形成されている。

【０００５】電荷電圧変換部１０５の後段には、この電
荷電圧変換部１０５の出力を電流増幅する例えばソース
フォロワ回路からなるバッファ１０６が設けられてい
る。このバッファ１０６は、センサ列１０２、読出しゲ
ート１０３及び電荷転送レジスタ１０４と同一基板（チ
ップ）上に形成されている。そして、バッファ１０６の
出力信号は、外部端子１０７を介してＣＣＤ出力信号
（撮像信号）として外部に導出され、アンプ１０８でレ
ベル増幅された後２値化回路１０９に供給される。２値
化回路としては、ダイオードを用いた浮動２値化回路な
どが用いられる。

【０００６】この浮動２値化回路の基本的な回路構成
は、コンパレータ１１０と、このコンパレータ１１０の
２つの入力間に互いに逆極性で並列に接続されたダイオ
ードＤ１，Ｄ２とを備え、直前の撮像信号がある一定の
絶対値以上、信号レベルが変化した場合にコンパレータ
１１０を反転させる構成となっている。この２値化回路
１０９の入出力特性は、図１３に示すように、入力電圧
Ｖｉｎが例えば０Ｖのときに出力電圧Ｖｏｕｔが例えば
５Ｖ（電源電圧）である場合において、入力電圧Ｖｉｎ
が０Ｖから０．７Ｖ（ダイオードの順方向ターンオン電
圧）程度高くなったときに出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖに反
転し、逆に入力電圧Ｖｉｎが５Ｖから０．７Ｖ程度低く
なったときに出力電圧Ｖｏｕｔが５Ｖに反転する、とい
うヒステリシス特性を有する。

【０００７】したがって、今回の撮像信号の信号レベル
が、前回の撮像信号の信号レベルよりも±０．７Ｖ以上
変化したときに２値化回路１０９の出力が反転するよう
になり、この反転信号を２値化情報として取り出すこと
ができる。この浮動２値化回路の特徴は、信号の変化を
捕らえて２値化を行う点にあり、よってバーコードの如
き相対的な明暗を２値化できるのである。図１４に、従
来の２値化回路のより詳細な回路構成を示す。

【０００８】図１４において、コンパレータ１１０の非
反転（＋）入力端には抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の各一端が
接続され、抵抗Ｒ１の他端はコンパレータ１１０の出力
端に接続されている。また、入力信号Ｖｉｎが印加され
るコンパレータ１１０の反転入力（−）端には、ダイオ
ードＤ１のカソード及びダイオードＤ２のアノードがそ
れぞれ接続されている。このダイオードＤ１のアノード
及びダイオードＤ２のカソードは共通に接続され、その
共通接続点には抵抗Ｒ２の他端が接続されている。さら
に、その共通接続点とグランド（接地）との間には、抵
抗Ｒ３及びコンデンサＣが並列に接続されている。

【０００９】この浮動２値化回路において、抵抗Ｒ１，
Ｒ２及びコンデンサＣは、入力信号Ｖｉｎを増幅すると
ともに、この入力信号Ｖｉｎに対する比較のための基準
電圧を、ダイオードＤ１，Ｄ２及び抵抗Ｒ３と共に生成
する作用をなす。この基準電圧は、入力信号Ｖｉｎに対
して抵抗Ｒ１，Ｒ２及びコンデンサＣ等によって決まる
時定数分だけ信号遅れが生じ、その遅れた基準電圧と入
力信号Ｖｉｎとの電位差がダイオードＤ１，Ｄ２の順方
向のターンオン電圧を越えると、コンパレータ１１０の
出力が反転する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来の２値化回路では、ノイズ対策のためにその前
段のアンプ１０８（図１２参照）として増幅度の高いア
ンプを用いる必要があるとともに、ＣＣＤリニアセンサ
１００と同一基板上に作製する、即ちオンチップ化する
に当たっては、ＣＣＤリニアセンサ１００の動作電源電
圧の低電圧化（例えば、３Ｖ）が進む現状を考えた場
合、通常の接合型ダイオードでは順方向ターンオン電圧
に相当する０．７Ｖ程度がヒステリシス特性上の不感帯
になるため、センサ内部の信号振幅として０．７Ｖ以上
の２〜３Ｖより大きな電圧が必要となり、このような大
きな信号振幅を３Ｖ電源のＣＣＤリニアセンサで取り扱
うことは困難である。

【００１１】また、被写体となるバーコードのかすれな
どによって白黒の境界をＣＣＤリニアセンサ１００で明
確に読み取れないときは、当該センサからの画像信号は
複数画素に跨がって緩やかに白から黒、あるいは黒から
白へ変化する波形となる。このように、センサ出力波形
の変化が緩やかなときは、通常の２値化回路の時定数
（応答速度）設定では、センサ出力がダイオードＤ１，
Ｄ２の順方向のターンオン電圧を越えない場合が出てき
て、結局２値化できないことになる。そのような場合、
２値化回路の時定数を大きく設定すると２値化可能にな
るが、逆に白黒の境界を明確に読み取れた場合の急峻な
センサ出力波形に対して応答できないことになってしま
う。

【００１２】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、波形変化が緩やかな
入力信号に対しても確実に２値化でき、しかもセンサチ
ップにオンチップ化した場合であってもセンサの動作電
源電圧の低電圧化に対応可能な２値化回路を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による２値化回路
は、互いに時間差を持つ少なくとも２つの信号を入力と
して第１のコンパレータの正側入力端子及び第２のコン
パレータの負側入力端子にそれぞれ供給すると共に、前
記２つの信号を前記第２のコンパレータの正側入力端子
と前記第１のコンパレータの負側入力端子に同一極性の
オフセット電圧を与えつつそれぞれ供給し、前記第２の
コンパレータの出力をインバータを介してフリップフロ
ップの第１の入力端子に供給すると共に前記第１のコン
パレータの出力をフリップフロップの第２の入力端子に
供給することにより前記２つの信号のレベル比較を行う
比較手段を備え、前記比較手段の出力信号のレベル変化
点を検出して２値化信号を生成すると共に、前記オフセ
ット電圧を可変するようにした構成となっている。

【００１４】

【作用】上記構成の２値化回路において、先ず、互いに
時間差を持つ少なくとも２つの信号が比較手段に入力さ
れる。この比較手段では、一方の入力に対してオフセッ
ト電圧が与えられていることから、２つの信号間のレベ
ル差がそのオフセット電圧を越えると、その出力が変化
することになる。また、オフセット電圧を変えること
で、出力が変化するタイミングが変わる。すなわち、比
較手段の感度が変わる。そして、比較手段の出力信号の
レベル変化を検出することで２値化信号を生成する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す
ブロック図である。本実施例に係る２値化回路は、基本
的に、ある入力信号Ｖ１及びこの入力信号Ｖ１に対して
時間的に遅れた入力信号Ｖ２をそれぞれ２入力とする２
つのコンパレータ１１，１２と、コンパレータ１２の出
力ＶＪを反転するインバータ１３と、このインバータ１
３で反転されたコンパレータ１２の出力ＶＪをＪ入力と
し、コンパレータ１１の出力ＶＫをＫ入力とするＪＫフ
リップフロップ１４とから構成されている。ＪＫフリッ
プフロップ１４は、コンパレータ１１，１２の出力電圧
ＶＫ，ＶＪのレベル変化点を検出する手段として機能
し、その反転出力ＸＱが２値化出力Ｖｏｕｔとして導出
されるようになっている。

【００１６】ここで、コンパレータ１１では、（＋）側
入力端子と（−）側入力端子とに同電位の信号が入力さ
れたときにその出力ＶＫがＬｏレベルとなり、コンパレ
ータ１２では、（＋）側入力端子と（−）側入力端子と
に同電位の信号が入力されたときにその出力ＶＪがＨｉ
レベルとなるヒステリシス特性を持つように、コンパレ
ータ１１の（＋）側入力端子にオフセット電圧ＯＶ１が
与えられ、コンパレータ１２の（−）入力端子にオフセ
ット電圧ＯＶ２が与えられることで、重み付けがなされ
ている。このオフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２は、従来の
２値化回路（図１２参照）での反転しきい値（ダイオー
ドＤ１，Ｄ２のターンオン電圧）に相当するものであ
り、本実施例では可変となっている。

【００１７】コンパレータ１１，１２に対する重み付け
は、２値化の際のノイズマージンとして作用する。すな
わち、コンパレータ１１においては、入力信号Ｖ１が入
力信号Ｖ２よりもオフセット電圧ＯＶ１分だけ上がった
ときにのみ出力電圧ＶＫがＨｉレベルとなり、コンパレ
ータ１２においては、入力信号Ｖ１が入力信号Ｖ２より
もオフセット電圧ＯＦ２分だけ下がったときにのみ出力
電圧ＶＪがＬｏレベルとなるように、重み（オフセット
電圧ＯＶ１，ＯＶ２）を設定しておけば、そのオフセッ
ト電圧ＯＶ１，ＯＶ２以内の変化（ノイズによる微少変
動）でコンパレータ１１，１２は反応せず、各出力状態
を維持できることになる。

【００１８】次に、上記構成の２値化回路における信号
処理動作について、図２の信号波形図を参照しつつ説明
する。なお、図２には、入力信号Ｖ１，Ｖ２、コンパレ
ータ１１，１２の各出力電圧ＶＫ，ＶＪ及び２値化出力
Ｖｏｕｔの各信号波形が示されており、入力信号Ｖ２は
入力信号Ｖ１に対して２クロック分だけ時間的に遅れた
信号波形となっている。

【００１９】時間差を持った２つの入力信号Ｖ１，Ｖ２
がコンパレータ１１，１２に入力されると、先ずコンパ
レータ１２では、（−）側入力端子にオフセット電圧Ｏ
Ｖ２が与えられていることから、入力信号Ｖ１の信号レ
ベルが入力信号Ｖ２の信号レベルに対してオフセット電
圧ＯＶ２を越えて降下したときにのみその出力電圧ＶＪ
がＬｏレベルとなり、同レベルもしくはそれ以上のとき
はＨｉレベルとなる。この出力電圧ＶＪは、インバータ
１３で反転されてＪＫフリップフロップ回路１４のＪ端
子に入力される。一方、コンパレータ１１では、（＋）
側入力端子にオフセット電圧ＯＶ１が与えられているこ
とから、入力信号Ｖ１の信号レベルが入力信号Ｖ２の信
号レベルに対してオフセット電圧ＯＶ１を越えて上昇し
たときのみにその出力電圧ＶＫがＨｉレベルとなり、同
レベルもしくはそれ以下のときはＬｏレベルとなる。こ
の出力電圧ＶＫは、ＪＫフリップフロップ回路１４のＪ
端子に入力される。

【００２０】そして、ＪＫフリップフロップ回路１４の
反転出力ＸＱは、コンパレータ１２の出力電圧ＶＪがＨ
ｉレベル、即ちＪ入力がＬｏレベルの状態において、コ
ンパレータ１１の出力電圧ＶＫがＨｉレベルに立ち上が
った時点でＨｉレベルに遷移し、さらにコンパレータ１
２の出力電圧ＶＪがＬｏレベルに立ち下がり、Ｊ入力が
Ｈｉレベルに立ち上がった時点でＬｏレベルに遷移する
信号波形となる。その結果、このＪＫフリップフロップ
回路１４の反転出力ＸＱである２値化出力Ｖｏｕｔは、
図２の入力信号Ｖ１の波形と入力信号Ｖ２の波形との対
比から明らかなように、入力信号Ｖ１が２値化された信
号波形となる。

【００２１】図３に、コンパレータ１１の具体的な回路
構成の一例を示す。図４は、その等価回路図である。図
３において、ドレインが共通接続されたＭＯＳトランジ
スタＱ１，Ｑ２が設けられ、そのドレイン共通接続点と
グランドとの間にはクロック発生器３１が接続されてい
る。ＭＯＳトランジスタＱ１のソースには、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ３のドレイン及びＭＯＳトランジスタＱ４の
ゲートがそれぞれ接続されている。ＭＯＳトランジスタ
Ｑ２のソースには、ＭＯＳトランジスタＱ４のドレイン
及びＭＯＳトランジスタＱ３のゲートがそれぞれ接続さ
れている。ＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４の各ソースは
グランドに接続されている。

【００２２】以上により、クロック発生器３１から与え
られるクロックＣＫによって動作するクロックドコンパ
レータが構成されている。このクロックドコンパレータ
において、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートが（＋）入
力端子３２に、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートが
（−）入力端子３３にそれぞれ接続されている。また、
ＭＯＳトランジスタＱ１のソース、ＭＯＳトランジスタ
Ｑ３のドレイン及びＭＯＳトランジスタＱ４のゲートの
共通接続点が正相出力Ｑの出力端子３４に、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ２のソース、ＭＯＳトランジスタＱ４のドレ
イン及びＭＯＳトランジスタＱ３のゲートの共通接続点
が逆相出力ＸＱの出力端子３５にそれぞれ接続されてい
る。

【００２３】また、正相出力Ｑ側の出力端子３４とグラ
ンドとの間には、スイッチＳ１を介してコンデンサＣ１
が、さらにスイッチＳ２を介してコンデンサＣ２がそれ
ぞれ接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２としては、
例えば同一の容量値のものが用いられる。コンデンサＣ
１，Ｃ２が正相出力Ｑ側の出力端子３４に選択的に接続
されると、これらコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられた電
荷によってＭＯＳトランジスタＱ１のしきい値電圧が高
くなるため、入力信号Ｖ１を入力とするＭＯＳトランジ
スタＱ１と入力信号Ｖ２を入力とするＭＯＳトランジス
タＱ２の各しきい値電圧がアンバランスになる。このし
きい値電圧の差分が、先述したコンパレータ１１に与え
られるオフセット電圧ＯＶ１となる。

【００２４】すなわち、スイッチＳ１，Ｓ２及びコンデ
ンサＣ１，Ｃ２は、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２の各
しきい値電圧をアンバランスにすることにより、図４の
等価回路において、（＋）側の入力に対してオフセット
電圧ＯＶ１を与え、かつその電圧値がスイッチＳ１，Ｓ
２によって可変な可変オフセット電源３６を構成してい
る。このように、コンパレータ１１の出力Ｑ，ＸＱの少
なくとも一方に容量を付加することにより、コンパレー
タ１１のアンバランスな特性を実現し、又その付加する
容量値をスイッチＳ１，Ｓ２によって切り替えることに
より、特性のアンバランスさの程度を切り替えるように
なっている。スイッチＳ１，Ｓ２は、ＭＯＳトランジス
タを用いて実現可能である。

【００２５】以上がコンパレータ１１についての具体的
な回路構成であるが、コンパレータ１２についても、基
本的には、同じ構成となっている。違うのは、可変オフ
セット電源３６を構成するスイッチＳ１，Ｓ２及びコン
デンサＣ１，Ｃ２が、コンパレータ１１の場合には正相
出力Ｑ側の出力端子３４に接続されているのに対し、コ
ンパレータ１２の場合には逆相出力ＸＱ側の出力端子３
５に接続される点だけである。ここで、可変オフセット
電源３６の作用について、図５の入出力特性を参照しつ
つ説明する。なお、この入出力特性は、図３の回路にお
いて、入力信号Ｖ２の電圧を固定とした場合における入
力信号Ｖ１の入出力特性を仮想的に表したものである。

【００２６】図５の入出力特性において、実線がスイッ
チＳ１，Ｓ２が共にオフの場合、即ち正相出力Ｑ側の出
力端子３４に対してコンデンサＣ１，Ｃ２が共に接続さ
れない場合の特性であり、入力信号Ｖ２の電圧を境にＱ
出力電圧がＨｉ／Ｌｏに切り替わる。また、破線はスイ
ッチＳ１がオン、スイッチＳ２がオフの場合、即ち出力
端子３４に対してコンデンサＣ１のみが接続された場合
の特性であり、一点鎖線はスイッチＳ１，Ｓ２が共にオ
ンの場合、即ち出力端子３４に対してコンデンサＣ１，
Ｃ２が共に接続された場合の特性である。

【００２７】図６は、実動作状態での一例の出力波形図
である。この出力波形において、下の３つの波形（ｂ）
〜（ｄ）は、図５におけるスイッチＳ１，Ｓ２のオン／
オフの３つの態様、即ちＳ１，Ｓ２オフ（実線）、Ｓ１
オン、Ｓ２オフ（破線）、Ｓ１，Ｓ２オン（一点鎖線）
にそれぞれ対応する波形である。なお、図６の出力波形
図において、横軸が時間軸であり、縦軸が電圧軸であ
る。以上の説明から明らかなように、可変オフセット電
源３６によってコンパレータ１１（１２）に与えるオフ
セット電圧を変えることにより、コンパレータ１１（１
２）、ひいては２値化回路の感度を切り替えることがで
きるのである。

【００２８】なお、本例では、容量値が同じ２つのコン
デンサＣ１，Ｃ２を用いてスイッチＳ１，Ｓ２によって
感度を３段階に変える構成としたが、コンデンサＣ１，
Ｃ２として異なる容量値のものを用いることで、感度を
４段階に切り替えることも可能であり、またスイッチ及
びコンデンサの数を増やすことでさらに多段階に感度を
切り替えるように構成することも可能である。

【００２９】図７及び図８は、コンパレータ１１（１
２）の他の例を示す回路図であり、図中、図３と同等部
分には同一符号を付して示してある。先ず、図７に示す
コンパレータ１１の回路例の場合には、ＭＯＳトランジ
スタＱ２のソースとＭＯＳトランジスタＱ４のドレイン
との間に、スイッチＳ１を介して抵抗Ｒ１が、さらにス
イッチＳ２を介して抵抗Ｒ２がそれぞれ接続された構成
となっている。この回路例においても、スイッチＳ１，
Ｓ２によって抵抗Ｒ１，Ｒ２又はその両方がＭＯＳトラ
ンジスタＱ２のソース側に選択的に挿入接続されること
で、その挿入抵抗での電圧降下によって結果的に、入力
信号Ｖ１を入力とするＭＯＳトランジスタＱ１と入力信
号Ｖ２を入力とするＭＯＳトランジスタＱ２の各しきい
値がアンバランスになる。

【００３０】これにより、図３の回路例の場合と同様
に、（＋）側の入力に対してオフセット電圧ＯＶ１を与
えることができ、しかもスイッチＳ１，Ｓ２によってそ
のオフセット電圧ＯＶ１を段階的に切り替えることがで
きることになる。なお、図示しないが、コンパレータ１
２の場合は、ＭＯＳトランジスタＱ１のソースとＭＯＳ
トランジスタＱ３のドレインとの間に、スイッチＳ１，
Ｓ２と抵抗Ｒ１，Ｒ２とを挿入接続することにより、コ
ンパレータ１１の場合と同様の動作原理により、（−）
側の入力に対してオフセット電圧ＯＶ２を与えることが
でき、しかもスイッチＳ１，Ｓ２によってそのオフセッ
ト電圧ＯＶ２を段階的に切り替えることができることに
なる。

【００３１】次に、図８に示すコンパレータ１１の回路
例の場合には、ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインとク
ロック発生器３１との間に、スイッチＳ１を介して抵抗
Ｒ１が、さらにスイッチＳ２を介して抵抗Ｒ２がそれぞ
れ接続された構成となっている。この回路例において
も、スイッチＳ１，Ｓ２によって抵抗Ｒ１，Ｒ２又はそ
の両方がＭＯＳトランジスタＱ２のドレイン側に選択的
に挿入接続され、その挿入抵抗で電圧降下が生ずること
により、結果的に、入力信号Ｖ１を入力とするＭＯＳト
ランジスタＱ１と入力信号Ｖ２を入力とするＭＯＳトラ
ンジスタＱ２の各しきい値がアンバランスになる。

【００３２】これにより、図３の回路例の場合と同様
に、（＋）側の入力に対してオフセット電圧ＯＶ１を与
えることができ、しかもスイッチＳ１，Ｓ２によってそ
のオフセット電圧ＯＶ１を段階的に切り替えることがで
きることになる。なお、図示しないが、コンパレータ１
２の場合は、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン側に抵
抗Ｒ１，Ｒ２又はその両方を挿入接続することで、コン
パレータ１１の場合と同様の動作原理により、（−）側
の入力に対してオフセット電圧ＯＶ２を与えることがで
き、しかもスイッチＳ１，Ｓ２によってそのオフセット
電圧ＯＶ２を段階的に切り替えることができることにな
る。

【００３３】図９は、本発明に係る２値化回路を有する
ＣＣＤ固体撮像装置の一例を示す構成図であり、イメー
ジセンサとしてＣＣＤリニアセンサを用いた場合を示
す。図９において、ＣＣＤリニアセンサ５１は、入射光
をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積す
る受光部（画素）５２が一列に多数（例えば、２０００
画素分）配列されてなるセンサ列５３と、読出しパルス
φＲＯＧが印加されることによってセンサ列５３の各受
光部５２に蓄積されている信号電荷を読み出す読出しゲ
ート５４と、この読出しゲート５４によってセンサ列５
３から読み出された信号電荷を一方向（本例では、図の
右方向）に転送するＣＣＤからなる電荷転送レジスタ５
５とを有する構成となっている。

【００３４】電荷転送レジスタ５５は、センサ列５３か
ら読み出された信号電荷をそのまま画素単位で転送する
共通転送部５６と、電荷転送レジスタ５５の出力側にお
いて例えば２本に分岐されて同一画素の信号電荷を２系
統に振り分けて転送する２つの出力側転送部５７，５８
とからなり、例えば転送クロックφＨ１，φＨ２によっ
て２相駆動される構成となっている。２つの出力側転送
部５７，５８は各々の転送段数が異なる構成となってお
り、転送クロックφＨ１，φＨ２が印加されることによ
って互いに同期して同一画素の信号電荷を転送する。本
例の場合には、出力側転送部５８の転送段数が、出力側
転送部５７のそれよりも例えば２段分（２ビット分）だ
け多くなるように設定されている。

【００３５】これにより、出力側転送部５７，５８にて
転送された同一画素の信号電荷は、最終段で互いに２ビ
ット相当の時間差を持つことになる。出力側転送部５
７，５８の各最終段には、転送されてきた信号電荷を検
出して電圧に変換する電荷電圧変換部５９，６０が設け
られている。この電荷電圧変換部５９，６０として、本
例では、フローティング・ディフュージョン構成のもの
を用いているが、これに限定されるものではなく、フロ
ーティング・ゲートや増幅検出等の構成のものであって
も良く、要は、信号電荷を検出して電圧に変換できる構
成のものであれば良い。

【００３６】電荷電圧変換部５９，６０の各出力電圧
は、バッファ６１，６２を経て第１，第２の撮像信号Ｖ
１，Ｖ２として導出される。ここで、第２の撮像信号Ｖ
２は、出力側転送部５８の転送段数が出力側転送部５７
のそれよりも２段分（２ビット分）だけ多く設定されて
いることから、第１の撮像信号Ｖ１に対して２ビット分
だけ、即ち２転送クロック分相当の時間だけ遅延された
信号となる。この互いに時間差を持った第１，第２の撮
像信号Ｖ１，Ｖ２は、２値化回路１０に入力信号Ｖ１，
Ｖ２として供給される。

【００３７】２値化回路１０は、図１において説明した
構成を採っている。なお、本例の如くＣＣＤリニアセン
サ５１の撮像信号を２値化するのに適用される２値化回
路１０において、２つのコンパレータ１１，１２は、各
画素信号の信号区間にのみ働き、リセット期間は反応し
ないように構成されるものとする。このように、本発明
に係る２値化回路１０をＣＣＤリニアセンサ５１の撮像
信号の２値化に適用することにより、２値化回路１０の
コンパレータ１１，１２は先述した如くＭＯＳトランジ
スタを主体に構成され、さらにＪＫフリップフロップ１
４に関しても例えばＣＭＯＳトランジスタを主体として
構成することが可能であることから、ＣＣＤリニアセン
サ５１におけるセンサ列５３、読出しゲート５４及び電
荷転送レジスタ５５と共に、同一基板上に形成（オンチ
ップ）することができる。

【００３８】また、２値化回路１０ではコンパレータ１
１，１２に与えるオフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２が可変
であり、２値化の感度が調整可能であることから、この
２値化回路１０を撮像信号の２値化回路として用いた本
発明に係るＣＣＤ固体撮像装置においては、その撮像感
度を任意に設定可能となる。これにより、被写体からの
入射光の状態に応じて最適な撮像感度を設定することで
良好な撮像信号を２値化（デジタル化）情報として得る
ことができる。かかる構成の本発明に係るＣＣＤ固体撮
像装置を、例えば、商品等に付されたバーコード情報を
読み取って２値化情報として出力するバーコード読取り
装置に適用し、コンパレータ１１，１２のオフセット電
圧ＯＶ１，ＯＶ２を変えることによって最適な撮像感度
を設定することにより、バーコードを良好に読み取るこ
とができる。

【００３９】すなわち、かすれ等によるバーコードの表
面状態によってバーコードの白黒の境界をＣＣＤリニア
センサ５１で明確に読み取れないときは、当該センサか
らの画像信号は複数画素に跨がって緩やかに白から黒、
あるいは黒から白へ変化する波形となる。このような緩
やかな波形入力であっても、本発明に係る２値化回路１
０において、コンパレータ１１，１２のオフセット電圧
ＯＶ１，ＯＶ２を変えることによって２値化の感度を変
えることができるので、バーコードの表面状態に関係な
くバーコードを良好に読み取ることができる。

【００４０】図１０に、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装
置を用いたバーコード読取り装置の一例を示す概略構成
図である。図１０において、媒体７１に付されたバーコ
ード（図示せず）は、光源７２によって照射され、その
反射光がレンズ等の光学系７３を介してＣＣＤリニアセ
ンサ５１に入射することによって読み取られる。ＣＣＤ
リニアセンサ５１としては、例えば、図９に示した構成
のものが用いられる。すなわち、センサ部（センサ列５
３）の同一の受光部（画素）５２に蓄えられた信号電荷
を、少なくとも２系統の信号電荷として各系統間で異な
る転送段数にて転送することによって同一画素の信号電
荷間に時間差を持たせ、その少なくとも２系統の信号電
荷を電圧に変換して出力する構成のものである。このイ
メージセンサ５１は、センサ駆動回路７４によって駆動
制御される。

【００４１】このＣＣＤリニアセンサ５１の少なくとも
２系統の出力電圧は、２値化回路１０に供給されて２値
化される。この２値化回路１０としては、本発明に係る
構成のものが用いられる。すなわち、ＣＣＤリニアセン
サ５１からの各出力電圧のレベル比較を行う比較部（コ
ンパレータ１１，１２及びインバータ１３）と、各比較
出力ＶＫ，ＶＪのレベル変化点を検出して２値化信号を
生成する検出部（ＪＫフリップフロップ１４）とからな
る構成のものである。この２値化信号は、デコーダ７５
でデコードされて最終的な読取り情報として出力され
る。なお、２値化回路１０でのコンパレータ１１，１２
のオフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２については、最適な感
度となるように手動で設定しても良く、又オフセット電
圧設定回路７６を設けて自動的に設定することも可能で
ある。

【００４２】ここで、自動的に設定する場合の設定の仕
方について説明する。その一例としては、バーコード読
取り装置内にモニターセンサを内蔵し、そのモニターセ
ンサによって被写体からの反射光の強度をモニターし、
その光強度に応じてオフセット電圧設定回路７６によっ
てオフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２を切り替える方法が考
えられる。また、他の方法としては、バーコードには規
格上その端部にダミーのバー（白又は黒）が設けられて
いることから、２値化回路のオフセット電圧ＯＶ１，Ｏ
Ｖ２によって設定される異なる感度にて複数回読取り動
作を行い、本来のバーコードに先立って読み取られるダ
ミーのバー情報に基づいて最適な感度を選択し、その感
度に対応するオフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２を最終的に
オフセット電圧設定回路７６によって設定する方法が考
えられる。

【００４３】このように、感度が多段階に切り替え可能
なバーコード読取り装置において、各々の感度にてバー
コードの読取りを行い、その読取り結果に基づいて最適
な感度を自動的に設定する構成とすることにより、バー
コードの表面状態（かすれなど）に関係なく、バーコー
ドを正確に読み取ることができることになる。

【００４４】なお、上記実施例では、ＣＣＤリニアセン
サの撮像信号の２値化に適用した場合について説明した
が、本発明の特徴とするところは２値化回路についての
ものであるため、ＣＣＤリニアセンサの撮像信号に限ら
ず、ＣＣＤエリアセンサの撮像信号やＣＣＤ遅延素子の
出力信号の２値化、さらにはＣＣＤに限らず電荷転送素
子の出力信号の２値化にも適用し得るものである。

【００４５】また、電荷転送素子の出力信号の２値化に
限らず、通常の信号処理において、シリーズに供給され
る入力信号を２値化する場合にも適用可能である。具体
的には、図１１に示すように、入力端子８１からの入力
信号Ｖｉｎに対して所定の時間だけ遅延を与える遅延回
路８２を設け、入力信号Ｖｉｎを一方の入力信号Ｖ１と
してコンパレータ１１，１２の（＋）側入力端子に供給
し、遅延回路８２の出力信号を他方の入力信号Ｖ２とし
てコンパレータ１１，１２の（−）側入力端子に供給す
る。

【００４６】コンパレータ１１の（＋）入力にはオフセ
ット電圧ＯＶ１が与えられ、コンパレータ１２の（−）
入力にはオフセット電圧ＯＶ２が与えられる。また、こ
のオフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２は可変である。そし
て、コンパレータ１１の出力電圧ＶＫをＪＫフリップフ
ロップ１４のＫ入力とし、コンパレータ１２の出力電圧
ＶＪをインバータ１３で反転させてＪＫフリップフロッ
プ１４のＪ入力とし、ＪＫフリップフロップ１４の反転
出力ＸＱを２値化出力Ｖｏｕｔとして導出する構成とす
る。

【００４７】このように、本発明に係る２値化回路を通
常の信号処理に適用し、オフセット電圧ＯＶ１，ＯＶ２
を変えることによって２値化の感度を最適に設定するこ
とにより、入力信号Ｖｉｎを高精度に２値化（デジタル
化）することができるので、例えば、円盤状記録媒体と
しての光ディスクからピット情報を読み取る再生系の復
調回路に組み込まれる２値化回路に適用させた場合、ピ
ット情報を高精度に２値化することができ、光ディスク
の再生特性を向上させることが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
互いに時間差を持つ少なくとも２つの信号を入力として
レベル比較を行う比較手段を備えた２値化回路におい
て、２つの信号の一方に対してオフセット電圧を与える
とともに、そのオフセット電圧を可変としたことによ
り、オフセット電圧を変えることによって２値化の感度
を変えることができるので、波形変化が緩やかな入力信
号に対しても確実に２値化できることになる。

【００４９】また、本発明による２値化回路は、ＭＯＳ
トランジスタを用いて構成できることから、例えば固体
撮像装置に用いた場合にセンサと同一基板へのオンチッ
プ化が実現でき、しかもダイオードを用いなくてもオフ
セット電圧を与えていることでノイズに対しても十分に
強い回路構成であるため、センサの動作電源電圧の低電
圧化に対応できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の各部の信号波形図である。

【図３】コンパレータの一例を示す回路図である。

【図４】図３の等価回路図である。

【図５】コンパレータの仮想的な入出力特性図である。

【図６】実動作状態での出力波形図である。

【図７】コンパレータの他の例を示す回路図である。

【図８】コンパレータの更に他の例を示す回路図であ
る。

【図９】本発明に係る２値化回路を有する固体撮像装置
の一例を示す構成図である。

【図１０】バーコード読取り装置の一例を示す概略構成
図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。

【図１２】従来例を示す構成図である。

【図１３】従来例に係るヒステリシス特性図である。

【図１４】従来の２値化回路の具体例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１１，１２ コンパレータ １３ インバータ １４ ＪＫフリップフロップ ３１ クロック発生器 ３６ 可変オフセット電源 ５１ ＣＣＤリニアセンサ ５３ センサ列 ５５ 電荷転送レジスタ ５９，６０ 電荷電圧変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06K 7/00 G06K 7/10 H04N 1/403

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに時間差を持つ少なくとも２つの信
   号を入力として第１のコンパレータの正側入力端子及び
   第２のコンパレータの負側入力端子にそれぞれ供給する
   と共に、前記２つの信号を前記第２のコンパレータの正
   側入力端子と前記第１のコンパレータの負側入力端子に
   同一極性のオフセット電圧を与えつつそれぞれ供給し、
   前記第２のコンパレータの出力をインバータを介してフ
   リップフロップの第１の入力端子に供給すると共に前記
   第１のコンパレータの出力をフリップフロップの第２の
   入力端子に供給することにより前記２つの信号のレベル
   比較を行う比較手段を備え、 前記比較手段の出力信号のレベル変化点を検出して２値
   化信号を生成すると共に、前記オフセット電圧を可変す
   るようにしたことを特徴とする２値化回路。
2. 【請求項２】 前記第１，第２のコンパレータは、その
   負荷容量又は抵抗配線を変えることによってオフセット
   電圧が可変であることを特徴とする請求項１記載の２値
   化回路。
3. 【請求項３】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
   電荷に変換して蓄積する受光部が多数配列されてなるセ
   ンサ部と、 前記センサ部の同一受光部に蓄えられた信号電荷を少な
   くとも２系統の信号電荷として各系統間で異なる転送段
   数にて転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部によって転送された少なくとも２系統の
   信号電荷を各々検出して電圧に変換する少なくとも２つ
   の電荷電圧変換部と、 前記少なくとも２つの電荷電圧変換部の各出力を入力と
   して２値化を行う請求項１記載の２値化回路とを有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の固体撮像装置と、 バーコードが付された被写体に光を照射する光源と、 前記光源からの照射光に基づく前記被写体からの反射光
   を前記固体撮像装置に導く光学系と、 前記固体撮像装置から出力される２値化信号をデコード
   するデコーダとを備えたことを特徴とするバーコード読
   取り装置。
5. 【請求項５】 少なくとも２種類の感度を有し、各々の
   感度にてバーコードの読取りを行い、その読取り結果に
   基づいて最適な感度を設定するようにしたことを特徴と
   する請求項４記載のバーコード読取り装置。