JP4056787B2

JP4056787B2 - 改善されたスペクトル精度及び増大したビット深さを有するイメージスキャナ用光センサアセンブリ

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Publication number: JP4056787B2
Application number: JP2002128446A
Authority: JP
Inventors: ロバート・ジー・ガン; カート・イー・スピアーズ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2001-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: TW536906B; US7154545B2; CN1384658A; JP2002368948A; US20020158978A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、イメージスキャナ、複写機、及びファクシミリ機で使用される光センサアレイに関し、特に、改善されたスペクトル精度を有する光センサアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
文書スキャナとしても知られるイメージスキャナは、文書又は写真上の可視イメージ、又は透過媒体上のイメージを、コンピュータによるコピー、格納、又は処理に適した電子形態に変換する。イメージスキャナは、別個の装置である場合もあり、またコピー機の一部、ファクシミリ機の一部、又は多目的装置の一部である場合もある。反射型イメージスキャナは一般に被制御光源を有し、光が文書表面で反射し、光学系を通って感光素子アレイに入る。透過型イメージスキャナでは、光は透過性イメージ（例えば写真ポジスライド(positive slide)及び光学系を通過した後に感光素子アレイに入る。該光学系は、走査中のイメージ上の走査線と呼ばれる少なくとも１本のラインを感光素子アレイ上に集束させる。感光素子は、受光した光の強度を電子信号に変換する。該電子信号は、アナログ／ディジタルコンバータにより、コンピュータにより読み取ることが可能な二進数へと変換する。複数の該二進数の各々はそれぞれ強度値を表すものとなる。
【０００３】
一般に、解像度及び処理速度の増大、色品質及び画質の改善、及びコストの低減に対する継続した要求が存在し、該要求は、互いに直接相反するものであること、またトレードオフを必要とすることの多いものである。以下では、色、解像度、処理速度、画質、及びコストに影響を与える因子の幾つかを提示する。
【０００４】
第１に、精神物理学的な等色（すなわち人間の目には同じに見える色）について考察する。人間の目は、３つの異なる種類の色受容体（錐状体）を含み、該３つの色受容体は、幅広で互いに重複するスペクトル帯域に感応するものである。具体的な感度は人によって様々であるが、各受容器毎の平均応答は定量化されており「CIE標準観察者(standard observer)」として知られている。
【０００５】
一般に、１ピクセルについての光センサ応答（例えば赤、緑、及び青について）の一組の数値について考察した場合、該数値はベクトルとして数学的に扱われる。該ベクトルに色変換マトリクスが乗算されて異なる一組の数値が生成される。一般に、該色変換マトリクスにおける係数は、光センサの応答とCIE標準観察者の応答との間の差を補償し、また照明源のスペクトルの補償を含むことが可能なものである。
【０００６】
メタマー（又は条件等色刺激(metamers)）とは、視覚的には同一であるがスペクトル的には異なる刺激のことである。すなわち、カラースペクトルが同一でない場合であっても精神物理学的な等色を提供することが可能である。精神物理学的な等色だけの場合とは対照的に、実際のスペクトルを測定することにより、異なる色域(gamut)を有するシステム間（例えばディスプレイとプリンタとの間）の等色を一層精確なものとするための更なるデータが提供される。
【０００７】
精確なスペクトル再現には、人間の眼のスペクトル幅にわたり適当な強度を有する光源と、人間の目のスペクトル幅にわたり適当な感度を有する光センサと、人間の目のスペクトル範囲にわたり適当な強度を有するディスプレイ又は印刷システムが必要である。一般に、光源、光センサアレイ、ディスプレイ、及びプリンタは全て、限られた色域を有するものであり、より詳細には、これらは全て、人間の目の幅広いスペクトル範囲よりも狭いスペクトル範囲を有するものである。光源についての１つの解決策は、それぞれ異なるスペクトル範囲を有する複数の光源を設けることである（例えば、米国特許第5,753,906号を参照のこと）。ディジタルカメラの二次元光センサアレイについての同様の解決策は、異なる感度範囲を有する追加の光センサを設けるというものである。例えば、緑の光に感応する光センサが、不適当な範囲のスペクトル感度を有する場合には、それぞれ異なるスペクトル範囲を有する複数の異なる緑に感応する光センサを使用することが可能である（例えば、米国特許第5,889,554号を参照のこと）。しかし、一般に、スペクトル範囲を追加すると、（光センサを追加するため）コストが増大し、又は他の色のうちの一色についての解像度が低下する可能性がある（例えば、通常であれば赤又は青の光センサが通常物理的に配置される場所に緑の光センサが物理的に配置される可能性がある）。
【０００８】
光センサアレイは一般に数千という個々の感光素子を有する。各感光素子は、スキャナの光学系と共に、走査中のイメージ上の画素（ピクセル）を画定する文書上の有効面積からの光強度を測定する。光学的なサンプリングレートは、走査対象となる文書（又は物体又は透過原稿）上で測定したピクセル数／インチ（又はmm）と表現されることが多い。走査中の文書上で測定した光学的なサンプリングレートは、入力サンプリングレートとも呼ばれる。
【０００９】
ネイティブ(native)入力サンプリングレート、すなわち本来備わっている入力サンプリングレートは、光学系及び個々のセンサのピッチによって決まる。スキャナの操作者は、単に所定のピクセルを棄却することにより、又はディジタルリサンプリング技法を使用することにより、ネイティブ入力サンプリングレートよりも低いサンプリングレートを選択することが可能である。代替的に、スキャナの操作者は、ネイティブ入力サンプリングレートよりも高いサンプリングレートを選択することが可能であり、この場合には、補間により中間的な値が計算される。一般に、全ての電荷又は電圧が、光センサアレイから読み出された後、ディジタル化され、その結果として得られるディジタルピクセルデータについてサブサンプリング又は補間が行われる。
【００１０】
ビット深さとは、１ピクセルについて捕捉されるビット数である。一般に、１ピクセルは、各次元毎に一定のビット数を有する三次元の色空間において指定される。例えば、全部で24ビット／ピクセルのビット深さの場合には、１ピクセルは、８ビットの赤情報、８ビットの緑情報、及び８ビットの青情報を使用して、赤、緑、及び青（RGB）の色空間において指定することができる。代替的には、１ピクセルは、円筒色空間（cylindrical color space）において指定することも可能であり、この場合、各次元は、輝度、クロミナンス、及び彩度である。代替的に、三次元CIE色空間を使用することも可能である。色空間の間での変換には変換マトリクスが使用される。
【００１１】
センサが光を受光していない場合であっても、何らかの熱的な雑音（暗騒音と呼ばれる）が生じ得る。熱雑音（暗騒音）は時間に比例する。露光中の主な雑音（ショット雑音と呼ばれる）源は、光子から電子への変換に関連するものであり、この雑音は信号の平方根で増大する。小さなセンサは、（特に文書の低反射率領域又は低透過率領域について）大きなセンサよりも低いＳ／Ｎ比を有する傾向がある。センサ面積が小さいほど、高い入力サンプリングレートを提供することができるが、Ｓ／Ｎ比を尺度とする画質（特に色品質）といった他の測定値が低下することがある。
【００１２】
走査速度は、露出時間、レジスタのシフト時間にシフトされるピクセル数を乗算した値、出力増幅器速度、及びアナログ／ディジタル変換時間といった多数の因子の影響を受ける。一般に、ネイティブ入力サンプリングレートが低い場合には、主に制限を課すものは、露出時間であり、すなわち許容できるＳ／Ｎ比を提供する信号の生成に必要な時間である。しかし、シフトされ及び変換されるピクセルの数が非常に大きくなると、個々のピクセル信号のシフト及び変換に必要な時間が制限を課す因子となり得る。
【００１３】
ゆっくりと変化する色（特に暗色）を有するイメージ領域は、オリジナルの滑らかな色調及びテクスチャを精確に再現するために、高いビット深さ及び高いＳ／Ｎ比を必要とする。ゆっくりと色が変化する領域の場合には、イメージ中に高い周波数の情報が存在しないため、高い入力サンプリングレートは必要ない。一方、色が急激に変化するイメージの領域（例えば森の光景又は多色の織物のクローズアップ写真）は、その高い周波数の情報を捕捉するために高い入力サンプリングレートを必要とするが、高いビット深さ及び高いＳ／Ｎ比は必要ない。すなわち、高い周波数の情報の場合には、個々のピクセルの色の精確性はあまり重要ではない。高い入力サンプリングレートには、小さなセンサ面積が必要であり、センサ面積が小さい場合には、Ｓ／Ｎ比が比較的低くなり、ビット深さが比較的低くなり、及び走査速度が比較的遅くなる。一方、センサ面積が大きい場合には、高いＳ／Ｎ比、高いビット深さ、及び高い走査速度が提供されるが、高い入力サンプリングレートは提供されない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
最小限のコストの増大で、精確なスペクトル再現性、高いビット深さ、高い走査速度、高いＳ／Ｎ比、及び高いネイティブ入力サンプリングレートを提供する、スキャナが必要とされている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による光センサアセンブリでは、各色毎に複数の光センサラインアレイ(line array)が存在する。各色毎に、各ラインアレイにより受光されるスペクトル幅が異なる。スペクトル応答の追加により、僅かなコストの増大で又はコストを増大させることなく、かつネイティブ入力サンプリングレート又はＳ／Ｎ比に悪影響を殆ど又は全く与えることなく、スペクトルの測定精度が改善されると共にビット深さが増大する。
【００１６】
２つの実施形態を提供する。一例では、互い違いに配置された第１ラインのアレイが、第１のスペクトル幅を有する光を受光し、互い違いに配置された第２ラインのアレイが、異なるスペクトル応答を有する光を受光する。互い違いに配置されたラインアレイを複数配設した場合には、スペクトル幅が追加されることにより、Ｓ／Ｎ比又はネイティブ入力サンプリングレートに影響を殆ど又は全く与えることなく、ほんの僅かなコストの増大で、スペクトル精度の増大がもたらされる。
【００１７】
第２の実施形態では、異なるサイズを有する光センサが、異なるスペクトル幅を有する光を受光する。この第２の実施形態の場合には、高いネイティブ入力サンプリングレートのために比較的小さなセンサ面積を有するラインアレイを使用することが可能であり、また高いＳ／Ｎ比及び高い走査速度のために比較的大きなセンサ面積を有するラインアレイを使用することが可能であり、また全てのサイズの光センサを組み合わせて使用してスペクトル精度を改善すると共にビット幅を増大させることが可能である。複数のセンササイズと複数のスペクトル応答とを１つのアセンブリ上で組み合わせることにより、操作者が、最小限のコスト増大及び可能な限り少ないトレードオフで、精確なスペクトル測定値、高いビット深さ、高い処理速度、高いＳ／Ｎ比、及び高いネイティブ入力サンプリングレートの組み合わせを選択するための、多大な自由度を得ることが可能となる。互いに異なるサイズの複数ラインの光センサを配設した場合には、スペクトル幅の追加により、Ｓ／Ｎ比又はネイティブ入力サンプリングレートに僅かな影響を与え又は全く影響を与えることなく、ほんの僅かなコスト増大で、スペクトル精度の増大がもたらされる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、互い違いに配置された複数ラインの光センサの組（図１の例では３対）を示している。図１の例では、各ラインの光センサのピッチ及び光センサの幅は同じであり、その一方のラインは、光センサのピッチの１／２だけ、又は光センサの幅の１／２だけ他方のラインとオフセットされている。説明の容易化のため、光センサ以外の構造的な細部は図１では省略している。図１に示す光センサの互い違いに配置されたラインの幾何学的な配置は、イメージスキャナで使用されることで知られている。光センサは、図示のように重複することが可能であり、また重複させずにチェック模様の構成とすることも可能である（例えば、米国特許第4,432,017号及び同第4,994,907号を参照のこと）。従来、１組の互い違いに配置された複数ラインの光センサにおける全ての光センサは、ビームの分割又はフィルタリングの結果として、同じスペクトル幅を有する光を受光する。例えば、従来では、１組のライン100,102内の全ての光センサが、同じスペクトル幅を有する光を受光することになる。これとは対照的に、本発明によれば、１組の互い違いに配置された光センサのラインの場合に、その第１ライン中の全ての光センサが特定のスペクトル幅を有する光を受光し、その第２ライン中の光センサが前記とは異なるスペクトル幅を有する光を受光する。例えば、図１では、ライン100は、第１のスペクトル幅を有する赤い光（R1で示す）を受光し、ライン102は、第２のスペクトル幅を有する赤い光（R2で示す）を受光する。同様に、ライン104,106は、２つの異なるスペクトル幅（G1,G2）の緑の光を受光し、ライン108,110は、２つの異なるスペクトル幅（B1,B2）の青い光を受光する。図示のようにフィルタを使用する場合には、該アセンブリは、サンプリングレート又は従来の構造を変更することなく、３つではなく６つの帯域を測定する。各帯域は互いに重複することが可能である（例えば、ライン100,102についての２つの赤の帯域が重複することが可能である）。２つの重複する帯域の全体的な幅は、何れかの帯域だけよりも広いことが好ましい。しかし、全体的な幅が増大しない場合であっても、２つの別個の帯域幅を測定することにより、一方の帯域幅のみを測定する場合よりも精確なスペクトル測定が提供される。
【００１９】
図１のアセンブリは２つのイメージを生成する。その一方のイメージは、第１組の三刺激値（R1,G1,B1）を有し、他方のイメージは、第２組の三刺激値（R2,G2,B2）を有する。該２つのイメージは、同一のネイティブ入力サンプリングレートを有し、一次元において１／２ピクセルだけオフセットされる。何れのイメージも単独で使用することが可能であり、この場合、各イメージは異なる変換マトリクスを必要とする。代替的には、該２つのイメージを組み合わせて、該２つの構成要素となるイメージの何れか一方の入力サンプリングレートの２倍のサンプリングレートと１ピクセル当たり６つのスペクトル測定値とを有する１つの組み合わせイメージを生成することが可能である。１ピクセルにつき６つのスペクトル測定値を提供するとビット深さが増大する。例えば、各スペクトル幅毎に16ビットを使用する場合には、組み合わせイメージにおける各ピクセルは、96ビットの色情報を有し、従来の互い違いに配置されたピクセルアセンブリに対してビット深さが２倍になる。追加のビットは、スペクトル精度の改善に使用することが可能な追加のスペクトル情報を提供するものであることにも留意されたい。
【００２０】
該２つのイメージは単純にインタレースすることが可能である。代替的には、光学収差の補償、及びおそらくはユーザにより指定されたフィルタリングの計算と組み合わせられる、ネイティブ入力サンプリングレート以外のサンプリングレートについては、より一般的なリサンプリング技法を使用することが可能である。一般的なリサンプリングの実例については、Michael Elad及びArie Feuer著の「Restoration of a Single Superresolution Image from Several Blurred, Noisy, and Under sampled Measured Images」(IEEE Transactions on Image Processing, vol. 6, no.12, pp 1646-1658, December, 1997)を参照のこと。
【００２１】
スペクトル精度及びビット深さの増大は、ほんの僅かな増分費用で提供することができることに留意されたい。特に、カラーフィルタが使用される場合には、フィルタリングされる領域に変更はなく（構造的な変更がなく）、光センサアセンブリに対する変更はフィルタのスペクトル幅だけである。光センサアセンブリが使用されるスキャナシステムの場合、２つの別個の３×３色変換マトリクスが、２つの異なる三刺激値セットのために必要となり、６つの全てのスペクトル幅が使用される場合には、６×３色変換マトリクスが必要となる。この場合には、該６×３マトリクスの出力を標準的な形式とし、該６×３マトリクスの下流側を全く変更する必要がないようにする。唯一の相違点は、６×３マトリクスの出力のスペクトル精度が３×３マトリクスの出力よりも増大する点である。上記例における数値の場合、各スペクトル幅毎に16ビットが存在することが可能であるため、６×３マトリクスに対する入力は６つの16ビット数であり、その出力は、改善されたスペクトル精度を有する３つの16ビット数である。
【００２２】
図２は、代替的な実施形態を示している。従来の技術の欄で述べたように、入力サンプリングレート、走査速度、及びＳ／Ｎ比の間にはトレードオフが存在し得る。図２の構成は、１つのアセンブリ内で、複数の異なるサイズの光センサを提供し、並びに複数の異なるネイティブ入力サンプリングレートを提供するものである。該構成は、複数のスペクトル幅に関する特徴を除き、2000年10月31日に出願された本出願人の米国特許出願第09/703,960号の要旨である。図３は、図２に示す構成の更なる細部の一例を提供するものである。図２及び図３の例示的な構成では、１つのスキャナが、比較的低いネイティブ入力サンプリングレートで比較的高いＳ／Ｎ比を有するイメージ、又はＳ／Ｎ比が低減された比較的高いネイティブ入力サンプリングレートを有するイメージを提供することができる。本出願において特に重要なことは、スペクトル精度の増大及びビット深さの増大という更なる利点を、複数の異なるサイズの光センサ及び複数の異なるネイティブ入力サンプリングレートの利点と組み合わせて、１つのアセンブリ内で提供することにある。特に、図２及び図３に示すように複数のセンサアレイが配設される場合には、スペクトル精度の増大及びビット深さの増大をほんの僅かな増分費用で提供することができる。図１に関連して説明したように、図２に示すアセンブリにフィルタが使用される場合に必要となる変更は、フィルタのスペクトル応答、及び光センサアセンブリを使用するスキャナにおける異なる変換マトリクスのみである。
【００２３】
図２の例では、６つの光センサラインアレイが存在し、その各ラインアレイはそれぞれ異なるスペクトル幅を検知する。光センサラインアレイ200,206は、２つの異なるスペクトル幅の赤い光（R1,R2で示す）をそれぞれ検知する。光センサラインアレイ202,208は、２つの異なるスペクトル幅の緑の光（G1,G2で示す）をそれぞれ検知する。光センサラインアレイ204,210は、２つの異なるスペクトル幅の青い光（B1,B2で示す）をそれぞれ検知する。
【００２４】
図２の実施形態では、ラインアレイ200,202,204における光センサは比較的小さな面積を有する。ラインアレイ206,208,210における光センサは比較的大きな面積を有する。比較的小さなセンサ面積を有するラインアレイは、ネイティブ入力サンプリングレートが高い場合に使用することができ、比較的大きなセンサ面積を有するラインアレイは、Ｓ／Ｎ比及び走査速度が高い場合に使用することができる。代替的には、以下で詳述するように、全ての光センサラインアレイを使用してスペクトル精度を増大させると共にビット深さを増大させることが可能である。小さなセンサに比して、大きなセンサ面積は、比較的良好なＳ／Ｎ比を提供するが、ネイティブ入力サンプリングレートは比較的低い。これに対し、より小さなセンサ面積は、比較的高いネイティブ入力サンプリングレートを提供するが、Ｓ／Ｎ比は低減する。
【００２５】
スペクトル精度の増大及びビット深さの増大のために、全ての光センサラインアレイが（一回の走査時又は２つの別個の通過時に）使用される。これにより、図２に示す例の場合には、２つのイメージ、すなわち、第１のネイティブ入力サンプリングレート及び第１の色域を有する第１のイメージと、第２のネイティブ入力サンプリングレート及び第２の色域を有する第２のイメージとが得られる。該２つのイメージのデータは幾つかの方法で組み合わせることができる。第１に、該２つのイメージは、高いネイティブ入力サンプリングレートで１つのイメージを形成するようを組み合わせることができる。例えば、大きな光センサからの各データサンプルを複製して、小さな光センサにより決定されるものと同じサイズのピクセルを提供することが可能である。例えば、大きな光センサの各々の面積が、小さな光センサの各々の面積の４倍である場合には、大きな光センサからの各ピクセルを複製して、４つの同一の小さなピクセルを形成することができる。代替的には、低いネイティブ入力サンプリングレートで１つのイメージを形成するように２つのイメージを組み合わせることができる。例えば、４つの小さなピクセルについてのデータを平均化して、１つの大きなピクセルを形成することが可能である。バイリニア補間を両方のイメージ又は組み合わせイメージに使用して、該２つのネイティブ入力サンプリングレートとは異なるサンプリングレートを提供することができる。最後に、図１に関して説明したように一般的なリサンプリング技法を使用することも可能である。
【００２６】
イメージを組み合わせるための何れの技法の場合にも、結果的に得られる各ピクセルは、６つの異なる色測定値を含み、これによりスペクトル精度及びビット幅が増大する。その結果として、図２に示す１つの光センサアセンブリは、精確なスペクトル測定、高いビット深さ、高い走査速度、高いＳ／Ｎ比、及び高いネイティブ入力サンプリングレートの組み合わせを最低減のコスト増大で操作者が選択することを可能にする。
【００２７】
図１及び図２の各々において、光センサラインアレイの数、色の選択、及び色の配置は、単なる例示を目的としたものである。例えば、本発明による光センサアセンブリは、イエロー、マゼンタ、及びシアンの光の多数の帯域を検知することが可能である。代替的には、少なくとも１つの光センサラインアレイが白色光を検知することが可能である。代替的には、少なくとも１つの光センサラインアレイを、照明源のスペクトルの検知専用とすることが可能である。各ラインアレイにおける数個の光センサへの光を暗電流の較正のために遮ることが可能であり、また各ラインアレイにおける数個の光センサが較正のために別様にフィルタリングされた光を受光することが可能である。６つよりも少数又は多数の光センサラインアレイを配設することが可能である。ラインアレイは、例えば光学系の歪みを補償するために湾曲させることも可能である。フィルタの透過率又はビームの分割効率は、色によって異ならせることが可能である点に留意されたい。このため、走査される文書上の特定の最大照明強度で特定の信号レベルを提供するだけの十分な電子を各光センサが生成することを可能にするために、露出時間を各光センサラインアレイ毎に異ならせることが可能である。
【００２８】
図２に示す光センサアセンブリは、単に２つの別個のアセンブリ（小さなセンサのアセンブリ及び大きなセンサのアセンブリ）を１つの半導体ダイ上に作製することにより構成することが可能である。しかし、集積回路の主なコストは、ウェハ上のダイ面積である。後述するように、幾つかの構造を共有して面積を縮小させ、これによりコストを低減させることができる。電荷結合素子（CCD）技術を使用する光センサアレイの場合には、電荷を電荷シフトレジスタに転送し、アナログ／ディジタル変換のために該電荷を数個の検知ノードに順次シフトさせるのが一般的である。CCDアレイの場合、電荷シフトレジスタ及びそれに関連する増幅器は比較的大きな構造のものである。したがって、電荷シフトレジスタ及びそれに関連する増幅器を共有することができれば、非常に少ないコストの増大で光センサアレイを追加することが可能となる。
【００２９】
図３は、図２における実施形態について、電荷シフトレジスタ及び関連する増幅器を共有した更なる構造の一例を示している。図３において、符号200〜210は、図２において同様の符号を付した光センサラインアレイに対応する。図３では、３つの電荷シフトレジスタ(304,314,324)が存在する。レジスタ304は電荷を増幅器306にシフトし、レジスタ314は電荷を増幅器316にシフトし、レジスタ324は電荷を増幅器326にシフトする。転送ゲート(302,308,312,318,322,328)は、電荷を光センサ領域から電荷シフトレジスタに転送する。例えば、転送ゲート302は、電荷を光センサ206から電荷シフトレジスタ304に転送する。制御ライン332〜342は該転送ゲートを制御する。各光センサアレイ毎に独立した露出時間が必要である場合には、独立した制御ラインが好ましいことに留意されたい。
【００３０】
図３に示す実施形態では、大きな面積の光センサの各ラインアレイは、同一の全般的な色についての小さな面積の光センサラインアレイと電荷シフトレジスタ及び増幅器を共有する。例えば、電荷シフトレジスタ304は、大きな赤光センサ206及び小さな赤光センサ200によって共有される。ラインアレイを追加した場合には、上述したように、複数のスペクトル幅を使用することにより、スペクトル精度を増大させ、及びビット深さを増大させることができる。電荷シフトレジスタが共有され、かつ全ての光センサが使用される場合には、１つの電荷シフトレジスタを共有する複数の光センサアレイは、該共有するレジスタを順次使用することが可能である。例えば、図３では、最初にラインアレイ410がレジスタ406を使用し、次いでラインアレイ402がレジスタ406を使用することができる。代替的には、電荷をインタリーブすることが可能である。何れの方法であっても、各露出毎に、各シフトレジスタ段が２つの異なるラインアレイから電荷を受容する。
【００３１】
図３に示す実施形態では、各電荷シフトレジスタの段数は、少なくとも小さな光センサのラインアレイにおける光センサ領域数と同数であることに留意されたい。例えば、シフトレジスタ304の段数は、少なくともラインアレイ200における光センサ数と同数である。図３では、小さな光センサ領域の各々は、それぞれ１つの電荷シフトレジスタ段に電荷を転送し、大きな光センサ領域の各々は、それぞれ２つの電荷シフトレジスタ段に電荷を転送する。大きな光センサ領域で走査を行う場合には、複数対の電荷シフトレジスタ段からの電荷が変換前に追加される。多くの適した変形例が存在し、特に、電荷シフトレジスタの段数を、それに関連する光センサの数よりも多くすることが可能であり、及び複数の電荷シフトレジスタ段をインタレースさせることが可能である。
【００３２】
光が強い場合又は露出時間が長い場合には、光センサ電荷ウェルが飽和して、余剰電荷が溢れて隣接する光センサ電荷ウェルに流入し、その結果としてブルーミング(blooming)が生じる（結果的に得られるディジタル化イメージ中の明るい領域が実際の明るい領域よりも大きくなる）可能性がある。CCDアレイでは、オーバーフロードレイン（アンチブルーミングドレイン（antibloom drain）とも呼ばれる）を配設し、これにより余剰電荷を排出してブルーミングを防止するのが一般的である。該オーバーフロードレインの障壁高さは、可変の積分時間(integration time)を提供するよう外部電圧により制御することができる。オーバーフロードレインは、電荷ウェルの下に製造することも（縦型オーバーフロードレインと呼ばれる）光検出器に隣接して製造することも（横型オーバーフロードレインと呼ばれる）可能である。横型オーバーフロードレインは、半導体基板上のダイ領域を占有する。図３では、領域300,310,320,330が横型オーバーフロードレインを表している。光センサラインアレイ200,208がオーバーフロードレイン310を共有し、ラインアレイ202,210がオーバーフロードレイン320を共有する点に留意されたい。
【００３３】
図１に示すような互い違いに配置されたアレイとして構成されたより高サンプリングレートの光センサ、及び図２に示すような線形アレイとして構成された低サンプリングレートの光センサを有することが望ましい場合がある。図４は、図１に示すような互い違いに配置された光センサアレイ、図２に示すような複数サイズの光センサアレイ、図１及び図２に示すような複数のスペクトル幅、及び図３に示すような共有構造を有する実施形態を提供するものである。図４には、３組の互い違いに配置された光センサラインアレイ(410,414),(430,434),(450,454)が存在する。また３つの大きな光センサラインアレイ(402,422,442)も存在する。構成要素406,418,426,438,446,458は電荷シフトレジスタである。構成要素400,412,420,432,440,452は横型オーバーフロードレインである。構成要素404,408,416,424,428,436,444,448,456は電荷転送レジスタである。大きな光センサの各ラインアレイは、単一の電荷シフトレジスタに（ラインアレイ402がレジスタ406に、ラインアレイ422がレジスタ426に、ラインアレイ442がレジスタ446に）電荷を転送し、該電荷シフトレジスタは、互い違いに配置された光センサラインアレイと共有される。互い違いに配置されたラインアレイの各組は、２つの電荷シフトレジスタに電荷を転送し、該２つの電荷シフトレジスタの一方は、大きな光センサのラインアレイと共有される。例えば、互い違いに配置されたラインアレイ410,414がシフトレジスタ406,418に電荷を転送し、該レジスタ406が大きなラインアレイ402と共有される。大きな光センサが使用される場合には、電荷転送レジスタ(460,464,468)は、それぞれの増幅器(462,466,470)に電荷を転送する。また、互い違いに配置された小さな光センサが使用される場合には、電荷転送レジスタは増幅器に対して電荷を多重化する。
【００３４】
互い違いに配置されたアレイとして構成された小さな光センサ及び線形アレイとして構成された大きな光センサを使用する場合には、一組の互い違いに配置されたラインアレイにおける両方のラインアレイが同一のスペクトル幅を受光することが可能である。代替的に、それぞれ別個のスペクトル幅を受光して、より一層高いスペクトル精度及びビット深さを提供することも可能である。例えば、ラインアレイ410がラインアレイ402のスペクトル幅とは異なる赤い光のスペクトル幅を受光することが可能である。同様に、ラインアレイ414が、ラインアレイ402及びラインアレイ410の何れとも異なる赤い光のスペクトル幅を受光することが可能である。同様に、ラインアレイ430,434が互いに異なるスペクトル幅の緑の光を受光し、ラインアレイ450,454が互いに異なるスペクトル幅の青い光を受光することが可能である。その結果として、全ての光センサが使用される場合には、結果的に得られる各ピクセルは９つのスペクトル測定を含む。
【００３５】
図２、図３、及び図４の構成は、比較的高いＳ／Ｎ比を有するがネイティブ入力サンプリングレートが比較的低いイメージ、又は比較的高いネイティブ入力サンプリングレートを有するがＳ／Ｎ比が低いイメージを、１つのスキャナが提供することを可能にするものである。図２、図３、及び図４に示すような複数のセンサアレイを配設する場合には、スペクトル精度の増大及びビット深さの増大を、Ｓ／Ｎ比又は入力サンプリングレートに対してほんの僅かな影響で又は全く影響なく、ほんの僅かな増分コストで提供することができる。必要となる変更は、フィルタのスペクトル応答、及び光センサアセンブリを使用するスキャナにおける異なる変換マトリクスだけである。
【００３６】
本発明の上記説明は、例示及び説明目的だけのために提示された。実施形態の全てを網羅すること又は本発明を開示した厳密な形態に制限する意図はなく、上記教示に鑑みて他の変更及び変形が可能である。本書に開示した実施形態は、本発明の原理及びその実際の適用を最もよく説明し、これにより当業者が意図する特定の使用に適した様々な実施形態及び様々な変更で本発明を最もよく利用できるようにするために選択し説明したものである。特許請求の範囲は、先行技術によって制限される範囲を除き、本発明の他の代替的な実施形態を包含すると解釈されることを意図したものである。
【００３７】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．複数組の光センサライン(100,102),(104,106),(108,110)を備えた光センサアセンブリであって、該各組が少なくとも第１のライン及び第２のラインを含み、該第１のライン及び第２のラインにおける光センサがほぼ同じピッチを有し、前記第１のラインにおける光センサが前記第２のラインにおける光センサに対して前記ピッチの約１／２だけオフセットされており、前記第１のラインにより受光される光のスペクトル幅が前記第２のラインにより受光される光のスペクトル幅とは異なる、光センサアセンブリ。
２．Ｎ本の光センサラインをさらに備え、該Ｎが少なくとも６であり、該Ｎ本のラインのうちの１本における各光センサが他のＮ−１本のラインにおける光センサとは異なるスペクトル幅の光を受光する、前項１に記載の光センサアセンブリ。
３．複数組の光センサライン(100,102),(104,106),(108,110)を備えた光センサアセンブリであって、該各組が少なくとも第１のライン及び第２のラインを含み、該第１のライン及び第２のラインにおける光センサがほぼ同じ光センサ幅を有し、前記第１のラインにおける光センサが前記第２のラインにおける光センサに対して前記光センサ幅の約１／２だけオフセットされており、前記第１のラインにより受光される光のスペクトル幅が前記第２のラインにより受光される光のスペクトル幅とは異なる、光センサアセンブリ。
４．Ｎ本の光センサラインを更に備え、該Ｎが少なくとも６であり、前記Ｎ本のラインのうちの１本における各光センサが他のＮ−１本のラインにおける光センサとは異なるスペクトル幅の光を受光する、前項３に記載の光センサアセンブリ。
５．第１のサイズを有するＮ本の第１の光センサライン(200,202,204),(410,414,430,434,450,454)と、
第２のサイズを有するＭ本の第２の光センサライン(206,208,210),(402,422,442)とを備えたフォトセンサアセンブリであって、
前記Ｍ及びＮが双方とも１よりも大きく、
前記第２のサイズが前記第１のサイズとは異なり、
前記光センサラインの各々において本質的に全ての光センサが同じスペクトル幅の光を受光し、
少なくともＭ＋Ｎ個の異なるスペクトル幅の光を受光する、
光センサアセンブリ。
６．Ｎ個の光センサで一領域を走査し、該Ｎが偶数かつ少なくとも６であり、前記光センサの各々が、該光センサのピッチのほぼ１／２だけ空間的にオフセットされた対応する光センサを１つずつ有し、前記光センサの各々が異なるスペクトル幅の光を受光し、
前記光センサの各々からＭビットの強度データを取得し、
該強度データを組み合わせて前記領域についてのＭ×Ｎビットの強度データを取得する、
という各ステップを含む、走査方法。
７．変換マトリクスを使用して前記Ｍ×Ｎビットの強度データをＭ×Ｎ／２ビットの強度データに縮小するステップを更に含む、前項６に記載の方法。
８．Ｎ個の光センサで一領域を走査し、該Ｎが偶数かつ少なくとも６であり、前記光センサの幾つかが第１のサイズを有し、残りの前記光センサが第２のサイズを有し、該第１及び第２のサイズが互いに異なり、前記光センサの各々が異なるスペクトル幅の光を受光し、
前記光センサの各々からＭビットの強度データを取得し、
該強度データを組み合わせて前記領域についてのＭ×Ｎビットの強度データを取得する、
という各ステップを含む、走査方法。
９．変換マトリクスを使用して前記Ｍ×Ｎビットの強度データをＭ×Ｎ／２ビットの強度データに縮小するステップを更に含む、前項８に記載の走査方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光センサアセンブリの第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明による光センサアセンブリの第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図２の実施形態の更なる構造的な詳細を示すブロック図である。
【図４】図１、図２、及び図３の特徴を組み合わせた一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
100,102 一組（第１及び第２）の光センサライン
104,106 一組（第１及び第２）の光センサライン
108,110 一組（第１及び第２）の光センサライン)

Claims

赤、緑、及び青の各色毎に一組の光センサライン(100,102),(104,106),(108,110)を備えた光センサアセンブリであって、該各組が第１のライン及び第２のラインからなり、該第１のライン及び第２のラインにおける光センサがほぼ同じピッチを有し、前記第１のラインにおける光センサが前記第２のラインにおける光センサに対して前記ピッチの約１／２だけオフセットされており、前記第１のラインにより受光される光のスペクトル幅が前記第２のラインにより受光される光のスペクトル幅とは異なり、更に、各色毎に各光センサラインにより受光されるスペクトル幅が異なる、光センサアセンブリ。
赤、緑、及び青の各色毎に一組の光センサライン(100,102),(104,106),(108,110)を備えた光センサアセンブリであって、該各組が第１のライン及び第２のラインからなり、該第１のライン及び第２のラインにおける光センサがほぼ同じ光センサ幅を有し、前記第１のラインにおける光センサが前記第２のラインにおける光センサに対して前記光センサ幅の約１／２だけオフセットされており、前記第１のラインにより受光される光のスペクトル幅が前記第２のラインにより受光される光のスペクトル幅とは異なり、更に、各色毎に各光センサラインにより受光されるスペクトル幅が異なる、光センサアセンブリ。
第１のサイズを有し、赤、緑、及び青の各色毎に少なくとも１本ずつ配設された、Ｎ本の第１の光センサライン(200,202,204),(410,414,430,434,450,454)と、
第２のサイズを有し、赤、緑、及び青の各色毎に少なくとも１本ずつ配設された、Ｍ本の第２の光センサライン(206,208,210),(402,422,442)とを備えたフォトセンサアセンブリであって、
前記第２のサイズが前記第１のサイズとは異なり、
前記光センサラインの各々において本質的に全ての光センサが同じスペクトル幅の光を受光し、
Ｍ＋Ｎ個の異なるスペクトル幅の光を前記第２及び第１の光センサラインによりそれぞれ受光する、
光センサアセンブリ。