JP4874712B2 - イメージング装置 - Google Patents

Description

本開示は、例えばデジタル・データへの変換のためにハードコピー画像を走査するための、一組の光センサが線形アレイに配置された画像走査アレイに関する。

画像センサアレイは、一般に、線形アレイの光センサを含み、この光センサは、画像支持ドキュメントをラスタ走査し、各光センサが見る微小な画像領域をビデオ画像信号に変換する。蓄積時間の後に、光センサ上に形成された画像信号電荷は、増幅され、アナログビデオ信号として、連続的に作動される多重化トランジスタを通して共通の出力ライン又はバスに転送される。

高性能画像センサアレイの場合、一実施形態は、走査されるページの幅に匹敵する幅の光センサのアレイを含み、一般に縮小光学系を用いないイメージングを可能にする。しかしながら、そのような「全幅」アレイを提供するためには、比較的大きいシリコン構造体を用いて多数の光センサを定めなければならない。１つの設計において、アレイは、両端が接合された２０のシリコンチップから作られ、各々のチップは、１インチ当たり４００個の光センサの間隔をおいて配置された２４８個の能動光センサを有する。典型的には、アレイを形成するように接合されたチップが、シリコンウェハ内に形成され、次いで、シリコンウェハは、多数のチップに「さいの目に切られ」、それらのチップは個別に試験され、次いでバー形状に配置される。

この設計のセンサアレイにおいては、チップの各々は、別個の集積回路である。典型的には、各々のチップは、最終的にその特定のチップ上の光センサから画像信号をダウンロードするための、それぞれの個別のビデオ出力を有する。画像が走査されるとき、オリジナルのハードコピー画像がチップ上にある線形アレイの光センサを通過する際に、ビデオ信号は、非常に高速で各チップから出力される。したがって、バー内のチップの意図された解像度が１インチ当たり４００スポットである場合には、オリジナルの画像が１インチの４００分の１だけ移動するたびに、チップから１行のビデオデータを出力しなければならない。

デジタル画像スキャナに関する重要な概念が「蓄積時間」である。蓄積時間は、フィルムカメラのシャッターの開閉に類似している。これは、記録されるべき画像からの光を受け取る時間である。デジタル画像の記録との関連では、光センサが所定の基準電荷レベルに設定され、光センサに当たる光が電荷に影響を与えることが可能になったときに蓄積時間が開始し、受け取った光がもはや光センサに影響を与えなくなり、最後の電荷がビデオ信号として光センサから取り込まれたときに蓄積時間が終了する。米国特許第５，１４８，１６８号は、１組ずつ各原色に割り当てられた３組の光センサを用いてフルカラー画像を記録する画像センサの１つの実施形態を記載している。米国特許第５，５１９，５１４号は、フルカラー画像を記録するために、各原色について１つの３組の光センサを用いる画像センサの一実施形態を説明する。米国特許第５，５１９，５１４号は、光センサの３つの原色の組の各々の蓄積時間の正確な制御が、結果として得られるハードコピー・スキャナにおける画質にとって重要である理由を説明する。

本発明は、例えば、イメージング装置において光センサの蓄積時間を制御するためのシステムを提供する。

一態様によると、の光センサの第１のサブセットと、クロック・カウントを所定の最大数まで繰り返し出力するためのカウンタと、コントローラとを含むイメージング装置が提供される。コントローラは、所定の第１の数に達するクロック・カウントに応答して、光センサの第１のサブセットの蓄積状態を変化させる。

図１は、デジタル・コピー機などのオフィス機器に用いられる「全幅アレイ」の入力スキャナの一部の平面図である。各々が１０として示される一組の光センサ・チップが、回路基板１００上に配置される。後述するように、各々のチップ１０は、一組の光センサを含む。基板１００上のチップ１０は、協働して、処理方向Ｐに効率的に移動する、Ｓのような画像支持シートの幅に匹敵する長さを延びる１つ又はそれ以上の線形アレイの光センサを形成する。シートＳは、基板１００が移動するプラテン（図示せず）上に配置されることによって、該基板１００に対して移動することができ、或いは、ドキュメント・ハンドラ（図示せず）を通してシートＳを供給することができる。シートＳが基板１００を通過するときに、シートＳ上の一連の狭い領域が、（光源（図示せず）からの）光をチップ１０上の光センサに反射する。チップ１０は、シートＳから反射された光を受け取り、後の記録及び処理のために画像信号を出力する。

図２は、光センサ・チップ１０を分離して示す。この実施形態においては、各々のチップ１０は、２０Ｍ（モノクロ用）、２０Ｒ（レッド用）、２０Ｇ（グリーン用）、及び２０Ｂ（ブルー用）と表記された４つの線形アレイ又は列の光センサを含む。各々のアレイには、該アレイを特定の色又は波長範囲に対して該アレイの感度をよくする透過性フィルタ（図示せず）が設けられる。モノクロ・アレイ２０Ｍは、可視スペクトル全体にわたる光に対して感度がよく、例えば、モノクロ・コピー機又はファクシミリ装置において、或いは光学式文字走査に有用なように、モノクロだけの画像データについて画像を走査するときに有用である。光センサには、例えば赤外線遮断のために、他のタイプのフィルタを設けることもできる。

本実施形態においては、各タイプ２０Ｍ、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの１つの光センサの各「列」（図示されるような）について、出力シフト・レジスタ２４への１つの出力ラインがある。列内の多数の光センサが、１つのラインによって信号をシフト・レジスタに送る方法についての一般的な説明が、前述の米国特許第５，１４８，１６８号により与えられる。狭い領域についてのフルカラー画像データを得るために、列内の各タイプ２０Ｍ、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの各光センサが、記録される画像の１つの狭い領域を「見る」ことは明らかであろう。異なる色の多数の光センサの動作をどのように調整する必要があるかについての説明が、前述の米国特許第５，５１９，５１４号により与えられる。デジタル画像信号の「走査線」がシフト・レジスタ２４に読み込まれると、その走査線についての画像データが、ラインＶ_out等を通して、チップ１０から出力される。

上述のように、チップ１０についての主要な制御は、各光センサの「蓄積時間」を定める開始時間及び停止時間である。図３は、１作動サイクルについてのチップ１０の典型的な作動、すなわち記録される画像の１走査線についての全てのカラー画像データの読み取りを示す、簡略化されたタイミング図である。本実施形態において、時間ＩＮＴＲ、ＩＮＴＧ、ＩＮＴＢ、ＩＮＴＭにおける各ライン（又は信号）については、サイクル内の対応するカラー光センサ（又は光センサの行）についての蓄積時間の開始に対応する時間において、ラインが「上昇する」（蓄積時間中にラインが「上昇する」という事実は、図のきまりに過ぎず、いずれかの実際の実施形態において、蓄積時間中、ラインは、実際は「下降する」こともあり、又は何か他のようになることもある。）この場合、シートＳ上の可動画像の同じ小領域を見なければならないという事実を反映するために、原色フィルタ付き光センサの蓄積時間の時期は、互い違いに配置される。特定の用途のために、モノクロ蓄積時間を所望のように調整することができる。走査線についてのビデオ信号を読み出すために、何らかの方法でシフト・レジスタを制御する信号ＳＲも存在する。図３の例においては、光センサの各サブセットについてのあらゆる蓄積時間が終わった後、シフト・レジスタにパルスが与えられ、シフト・レジスタからＶ_outに全ての信号を読み出すことも可能にする。説明のために、これらの信号は、チップ１０上のオンボード・コントローラ２６内で処理され、その正確な性質は特定の実施形態によって決まる。

ピクセル・クロック信号φも、図３に示される。この実施形態において、如何なるラインの状態の如何なる変化（低いものから高いものへ、又は高いものから低いものへ）も、ピクセル・クロックの「下降」動作時に生じる。図２に示されるように、ピクセル・クロックは、オンボード・チップ１０から発生することができ、又はピクセル・クロックをチップの外部に設けることもできる。一実施形態においては、チップ１０上の２６のような制御システム内に、カウンタが設けられ、このカウンタは、ほぼ、チップの作動サイクルの時間（画像データの一走査線を記録し、出力するための時間のような）に対応する所定数（「クロック・カウント」）まで、ピクセル・クロックφのサイクルをカウントし、次にゼロにリセットする。１つの実際の実施形態において、カウンタは、各作動サイクルについて０から６５，５３６までカウントする。さらに見られるように、本実施形態において、チップ１０への別のラインがＬＩＮＥパルスを伝え、このＬＩＮＥパルスは、作動時にカウンタをゼロにリセットさせる。図２を参照すると、外部制御によって、チップにＬＩＮＥパルスを提供することができる。

カウンタは、各サイクルを通してカウントするので、各行又は光センサについての蓄積時間の開始及び停止（大まかに言えば、光センサ上に所定の基準電圧を配置するステップ等を含む、何らかの種類のこうした用語「蓄積状態の変化」）に関するものを含む、チップの作動に関する異なるイベントを、各サイクル内のカウンタが達成する特定のクロック・カウントに「結びつける」ことができる。図３の例を挙げると、ゼロで開始するカウンタＣＮＴＲがＡに等しいクロック・カウントを達成する場合、ＩＮＴＲ信号は上昇し、光センサ（又は光センサの行）２０Ｒの蓄積時間を開始させ、カウントＢにおいて、ＩＮＴＧが上昇するなど。この実施形態において、制御システムは、所定数を達成するクロック・カウントに対して感度が良く、チップ１０内の回路を制御し、特定の所定数が達成されたときに特定の動作を実行する。

チップの動作をカウンタによって維持されるクロック・カウントに結び付ける利点は、図２のラインＣＴＲＬを含むプログラミング経路を通して、所定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等に対応する数をチップ１０にロードすることによって、チップの作動の良好な制御を実行できることである。種々の光センサ又は光センサの行の蓄積イベントを引き起こすこれらのクロック・カウント値を微調整することによって、蓄積時間の開始及び停止が精密に制御され、調整される。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等についての値を選択する際に、操作者は、光センサの行の各々について、（開始時間及び期間の両方に関して）蓄積時間を細かく制御することができる。実際の実施形態において、クロック・カウントは、各サイクルについてゼロから６５，５３６までであるので、チップの同じ基本設計が、異なるシート速度での作動など、スキャナの異なる全体設計において用いられる場合でさえも、タイミングを極めて精密に制御することができる。

チップ１０が、いわゆる「制御ロード・モード」と呼ばれるものであるとき、所定数に対応する数が、プログラミング経路を通して、チップ上のレジスタにロードされる。このシステムを用いるとき、例えばテスト・シートの走査及び出力画像データの検査などに応答して、顧客サイトで既にインストールされた、コピー機のような機械の蓄積時間を容易に変化させることができ、電子命令を機械に送ることによって、蓄積時間を遠隔式に変化させることさえも可能である。

本開示の別の実際の選択肢は、光センサの特定の行についてのカウント値を適切に選択することによって、光センサの特定の行を効率的に非アクティブにすることができる。例えば、装置を純粋にモノクロ・モードで作動させたいと望む場合には、原色フィルタ付き光センサの蓄積時間を制御するためのクロック・カウント値は、これらの原色フィルタ付き光センサに対して蓄積動作が行われず、モノクロ光センサ２０Ｍの作動だけを残すように設定することができる。このことは、例えば、カウント・レベルが決して達成されないように、クロック・カウント値を全てゼロに設定するか、又はカウントがリセットされるカウントより高い数に設定することによって、行うことができる。この制御は、ソフトウェアを介して数をチップ１０にロードすることによって実行されるので、装置の基本作動のこの変化は、装置内の１つ又はそれ以上のチップのＣＴＲＬラインを通して適切な命令を送ることによって達成することができる。

図１に示されるようなスキャナ又は多数のチップ１０を有する他の装置においては、さらに各チップの読み出しを調整する必要性があるので、チップは、単一の画像に関連したデータをまとめて出力することができる。ここに述べられるようなシステムを用いる場合、チップがいつ走査線についての画像データを出力することになるかに対応する、精密に定められたクロック・カウント値を、各チップについてロードすることによって、作動サイクル中に（他のチップに対して）特定のチップから信号が読み出される正確な時間を精密に制御することができる。図３の実施形態においては、この読み出し時間は、ラインＳＲ上の第４のパルスに対応し、このパルスの時間の位置は、特定のチップ１０がそのデータを読み取る時期に対応する。スキャナ１００内の１つのチップ１０（図１におけるような）は、作動サイクルのある時点において、あるクロック・カウント値を有し、スキャナ１００内の第２のチップは、作動サイクルの後の時点において、あるクロック・カウント値を有するので、チップが一緒に作動するとき、第２のチップの出力は、第１のチップの出力に続き、実際、図１のスキャナ１００におけるような、多数の組のチップ１０の各々についてのクロック・カウント値は調整され、スキャナ１００全体は、１つ又は少数のチャネルを通して画像データを読み取ることができる。このように、スキャナ１００内の異なるチップ１０上の同一線形順序に並んだ光センサアレイは、単一の線形アレイとして効率的に作動することができる。画像信号の読み出しのために各チップ１０のシフト・レジスタを制御するためのクロック・カウント値は、上述のような蓄積時間と同様に同じチャネル及びレジスタを通して各チップに入力することができる。

本実施形態は、光センサの異なるフィルタ処理が施された線形列の蓄積時間を制御することに向けられるが、作動原理は、デジタル・カメラに見出されるような２次元の光センサアレイのような、装置内の光センサのあらゆるタイプのサブセットの制御に適用することができる。様々な、事実上別個に制御可能なサブセットは、（例えば、装置の色バランス又は他の出力を変えるために）色によって、或いは（アレイの一部だけを特定の時間に用いることが望まれる場合には）線形アレイ又は２次元アレイ内のサブ領域によって、関連付けることができる。例えば「低解像度」の作動を可能にするために、異なる選択可能なサブセットの光センサをアレイ内で互いに混合することができる、すなわち、低解像度においては、アレイ内の光センサの均等に分布されたサブセットだけが読み出される。システム全体がアレイを助けることもでき、そこで、光センサの１つのサブセットには、事実上、別の混合されたサブセットより長い蓄積時間又は露光時間が与えられ、こうした構成は、長時間露光写真及び短時間露光写真を同時に撮ることを可能にするためといった、デジタル・カメラの露光寛容度を改善するのに有用である。

デジタル・コピー機などのオフィス機器に用いられるような「全幅アレイ」入力スキャナの一部の平面図である。 分離した光センサ・チップの平面図である。 １作動サイクルについてのチップの典型的な作動を示す簡略化されたタイミング図である。

符号の説明

１０：チップ
１００：スキャナ

Claims (1)

1. 第１の範囲の波長に対して感度がよく、第１の線形アレイを形成する、光センサの第１のサブセットと、
   第２の範囲の波長に対して感度がよく、第２の線形アレイを形成する、光センサの第２のサブセットと、
   クロック・カウントを所定の最大数まで繰り返し出力するためのカウンタと、
   所定の第１の数を達成する前記クロック・カウントに応答して、光センサの前記第１のサブセットの蓄積状態を変化させ、所定の第２の数を達成する前記クロック・カウントに応答して、光センサの前記第２のサブセットの蓄積状態を変化させるコントローラと、
   を備え、
   光センサの前記第１のサブセット、光センサの前記第２のサブセット、及びコントローラが、単一のチップ内に定められており、
   前記所定の第１の数及び前記所定の第２の数についての値をロードするための、プログラミング経路の少なくとも一部と、
   前記所定の第１の数及び前記所定の第２の数についての値を保持するための少なくとも１つのレジスタと、
   が設けられたイメージング装置をスキャナ内に複数設け、
   前記スキャナ内の第１のイメージング装置は、ある１つの作動サイクル内のある時点において、あるクロック・カウント値を有し、前記スキャナ内の第２のイメージング装置は、前記ある１つの作動サイクル内の前記ある時点よりも後の時点において、他のクロック・カウント値を有し、前記１つの作動サイクル内において、前記第１のイメージング装置と前記第２のイメージング装置は共に作動することを特徴とするイメージング装置。

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