JP5402237B2 - 補正装置および検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置（イメージセンサ）における各受光素子の受光量を示すデータ（以下「検出データ」という）を補正する技術に関する。

検出装置における各受光素子の特性には誤差（目標値との相違や素子間のばらつき）が存在し得る。特許文献１には、各受光素子の特性の誤差が補償されるように検出データを補正する技術が開示されている。特許文献１の技術では、受光素子の受光量がゼロ（０％）である場合（暗時）の検出データＤidと、所定の光量（100％）の照射時の検出データＤiwから暗時の検出データＤidを減算した数値（Ｄiw−Ｄid）とが、受光素子毎に記憶回路に格納される。各受光素子の検出データＤiについて数式(A)の演算を実行することで補正後の検出データＤが算定される。
Ｄ＝Ａ・（Ｄi−Ｄid）／（Ｄiw−Ｄid） ……(A)

特公昭６１−１４７０２号公報

しかし、検出データＤiwや検出データＤidの生成のために利用者が各受光素子の受光量を０％や100％に設定することは現実的には非常に困難である。例えば、各受光素子の受光量がゼロとなるように真黒な原稿を配置することが特許文献１には開示されているが、実際には各受光素子に対する外光の照射を完全に遮断することは困難である。以上の事情を考慮して、本発明は、検出データの補正に使用されるデータを生成するための作業の負荷を軽減することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る補正装置は、複数の受光素子の受光量を示す検出データを補正する装置であって、複数の受光素子の各々について検出データを取得するデータ取得手段と、第１光量（例えば図４の光量ＲH）の照射時における受光素子の検出データ（例えば図４の検出データＤH[m,n]）と第１光量を下回る第２光量（例えば図４の光量ＲL）のもとでの受光素子の検出データ（例えば図４の検出データＤL[m,n]）との差分を示す補正用データを、２個以上の受光素子を含む複数の素子群の各々について不揮発的に記憶する第１記憶回路（例えば図２の記憶回路４６）と、非照明時の複数の受光素子の各々についてデータ取得手段が取得した検出データを暗時データとして記憶する第２記憶回路（例えば図２の記憶回路４８）と、複数の受光素子の各々について、データ取得手段が取得した当該受光素子の検出データ（照明時の受光素子の検出データ）と当該受光素子の暗時データとの差分を、当該受光素子が属する素子群の補正用データにより除算することで、当該受光素子の検出データを補正する補正手段とを具備する。

以上の形態においては、補正用データが事前に生成されて不揮発性の第１記憶回路に格納されるから、各受光素子Ｅの受光量を第１光量や第２光量に正確に設定できる環境を生成する必要はない。また、非照明時の光量は検出装置の使用の環境に応じて変化してもよい。したがって、第１光量および第２光量が各受光素子に照射される環境を検出装置の使用のたびに生成する必要がある特許文献１の技術と比較して、検出データの補正に使用されるデータ（補正用データや暗時データ）を生成するための負荷が軽減されるという利点がある。また、以上の態様においては、補正用データが２個以上の受光素子を含む複数の素子群の各々について用意されるから、複数の受光素子の各々について補正用データが用意される構成と比較して、第１記憶回路に必要となる容量が削減されるという利点がある。

本発明の好適な態様において、第１記憶回路は、各素子群に属する２個以上の受光素子の組合わせが相違する複数種の素子群パターンの何れかを指定するパターンデータを不揮発的に記憶し、補正手段は、複数の受光素子の各々について、第１記憶回路に格納されたパターンデータが示す素子群パターンに応じて、当該受光素子が属する素子群に対応する補正用データを第１記憶回路から取得し、当該受光素子の検出データと当該受光素子の暗時データとの差分を、当該受光素子について取得した補正用データにより除算することで、当該受光素子の検出データを補正する。以上の態様においては、素子群パターンに応じた方法で補正用データが選択されるから、補正用データに実際に適用される素子群パターンに関わらず補正手段の動作を共通化できるという利点がある。

本発明の好適な態様に係る検出装置は、被検出物を照明する照明装置を具備し、非照明時の検出データは、照明装置の消灯時の検出データであり、補正手段が補正する検出データは、照明装置の点灯時の検出データである。以上の態様においては、照明装置の点灯／消灯に応じて、非照明時の検出データと照明時の検出データとを容易に生成できるという利点がある。

本発明に係る検出装置は、受光素子が配置された検出体と、前述の各態様に係る補正装置とを具備する。したがって、検出データの補正に使用されるデータ（補正用データや暗時データ）を生成するための負荷が軽減されるという本発明の補正装置と同様の効果が実現される。

本発明の他の態様は、前述の各態様に係る補正装置に使用される補正用データを生成する補正用データ生成装置である。ひとつの態様に係る補正用データ生成装置は、受光素子の受光量を示す検出データの補正に使用される補正用データを生成する装置であって、第１光量の照射時における受光素子の検出データと第１光量を下回る第２光量のもとでの受光素子の検出データとの差分を示す差分データを複数の受光素子の各々について取得する差分取得手段と、所定数を単位として複数の受光素子を区分した複数の素子群の各々について、当該素子群に属する２以上の受光素子の差分データに応じた補正用データを生成するデータ生成手段とを具備する。以上の態様においては、所定数を単位として複数の受光素子を区分した素子群毎に補正用データが生成されるから、複数の受光素子の各々について補正用データが用意される構成と比較して、補正用データの記憶に必要となる容量が削減されるという利点がある。

以上の態様に係る補正用データ生成装置のデータ生成手段が、各素子群に属する２以上の受光素子の差分データから補正用データを生成する方法は任意である。例えば、各素子群に属する２以上の受光素子の差分データの平均値を当該素子群の補正用データとして生成する構成が採用される。また、各素子群に属する２以上の受光素子の差分データの中央値（メディアン）を当該素子群の補正用データとして生成する構成や、各素子群に属する２以上の受光素子の差分データのうち最大値および最小値を除外した各差分データの平均値を当該素子群の補正用データとして生成する構成によれば、素子群に属する２以上の受光素子の差分データに誤差がある場合でも、誤差の影響を抑制した適切な補正用データを生成できるという利点がある。

第１実施形態に係る検出装置の概略図である。 検出装置のブロック図である。 単位回路の回路図である。 検出データの補正について説明するためのグラフである。 検出データの補正時の動作のフローチャートである。 図５におけるステップＳA2の内容を示すフローチャートである。 図５におけるステップＳA4の内容を示すフローチャートである。 第２実施形態における素子群について説明するための模式図である。 検出データの誤差の態様を説明するための模式図である。 第３実施形態におけるステップＳA4の動作のフローチャートである。 第４実施形態における検出データの補正時の動作のフローチャートである。 図１１におけるステップＳA5の内容を示すフローチャートである。 第５実施形態に係る補正用データ生成装置のブロック図である。 補正用データの生成時の動作のフローチャートである。 図１４におけるステップＳE7の内容を示すフローチャートである。 図１４におけるステップＳE8の内容を示すフローチャートである。 第６実施形態における補正用データの生成時の動作のフローチャートである。 図１７におけるステップＳE10の内容を示すフローチャートである。

＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、検出装置１００の概略的な構造を示す模式図であり、図２は、検出装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。第１実施形態の検出装置１００は、利用者の指Ｆの静脈を示す画像データ（指静脈パターン）ＤGを生成する静脈センサである。図１および図２に示すように、検出装置１００は、検出体１０と照明装置３０と補正装置４０とを具備する。

検出体１０は、複数の単位回路Ｕが面状に配列された光検出部１２を含んで構成される。各単位回路Ｕは受光素子Ｅ（図１）を含む。照明装置３０は、検出体１０（光検出部１２）に対して間隔をあけて配置され、照明装置３０と検出体１０との間に挿入された指Ｆを照明する光源として機能する。照明装置３０による照明光のうち指Ｆを透過した成分が各受光素子Ｅに到達する。補正装置４０は、各受光素子Ｅによる受光量に応じた画像データＤGを生成および出力する。したがって、指静脈パターンの画像データＤGが補正装置４０から出力される。

図２に示すように、検出体１０の光検出部１２内には、Ｘ方向に延在するＭ本の制御線１４と、Ｘ方向に交差するＹ方向に延在するＮ本の検出線１６とが形成される（Ｍ，Ｎは自然数）。各単位回路Ｕは、制御線１４と検出線１６との各交差に対応した位置に配置される。したがって、単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）は、縦Ｍ行×横Ｎ列の行列状に配列する。

図３は、各単位回路Ｕの回路図である。図３においては、第ｍ行（ｍ＝１〜Ｍ）の第ｎ列（ｎ＝１〜Ｎ）に位置する１個の単位回路Ｕのみが代表的に図示されている。図３に示すように、単位回路Ｕは、受光素子Ｅと回路部２０とを含んで構成される。なお、単位回路Ｕの構成は適宜に変更される。

受光素子Ｅは、受光量に応じた電流値の光電流ＩPを発生する。例えばフォトダイオードが受光素子Ｅとして好適に採用される。受光素子Ｅによる受光量は、光検出部１２上の指Ｆの有無や静脈の有無に応じて変化する。回路部２０は、光電流ＩPに応じた検出信号ＩSを生成して検出線１６に出力する。図３に示すように、回路部２０は、増幅トランジスタＴAMと選択スイッチＴSLと初期化スイッチＴRSとを含んで構成される。なお、回路部２０の各トランジスタの導電型は任意である。

増幅トランジスタＴAMと選択スイッチＴSLとは検出線１６と給電線１８との間に直列に配置される。給電線１８には所定の電位ＶRSが供給される。増幅トランジスタＴAMのゲートは受光素子Ｅに接続される。初期化スイッチＴRSは、増幅トランジスタＴAMのゲートと給電線１８との間に介在する。図２の制御線１４は、図３のように初期化線１４１と選択線１４２とで構成される。選択スイッチＴSLのゲートは選択線１４２に接続され、初期化スイッチＴRSのゲートは初期化線１４１に接続される。

図２に示すように、光検出部１２の周辺には選択回路２２と出力回路２４とが配置される。選択回路２２は、各単位回路Ｕを行単位で順次に選択し、初期化動作と検出動作と出力動作とを選択行のＮ個の単位回路Ｕに実行させる。各動作について以下に詳述する。

初期化動作は、増幅トランジスタＴAMのゲートの電位ＶGを初期化する動作である。すなわち、選択回路２２は、初期化線１４１の電位に応じて初期化スイッチＴRSをオン状態に制御し、選択線１４２の電位に応じて選択スイッチＴSLをオフ状態に制御する。したがって、増幅トランジスタＴAMのゲートの電位ＶGは給電線１８の電位ＶRSに初期化される。

次に、選択回路２２は、初期化スイッチＴRSをオフ状態に遷移させる。選択スイッチＴSLは初期化動作から引続きオフ状態を維持するから、増幅トランジスタＴAMのゲートは電気的なフローティング状態となる。したがって、増幅トランジスタＴAMのゲートの電位ＶGは、受光素子Ｅの光電流ＩP（受光量）に応じて可変に設定される（検出動作）。

そして、選択回路２２は、選択スイッチＴSLをオン状態に遷移させる。したがって、直前の検出動作で設定された電位ＶGに応じた電流量（すなわち、指Ｆや静脈の有無に応じた電流量）の検出信号ＩSが給電線１８から増幅トランジスタＴAMと選択スイッチＴSLとを経由して検出線１６に出力される（出力動作）。以上の動作が各単位回路Ｕについて行単位で順次に実行される。

図２の出力回路２４は、Ｎ本の検出線１６の各々に出力される検出信号ＩSから順次に検出データＤ[m,n]を生成する。例えば、出力回路２４は、Ｎ系統の検出信号ＩSを順次に選択して出力するＰ/Ｓ（parallel to serial）変換器と、Ｐ/Ｓ変換器からの出力をデジタルの検出データＤ[m,n]に変換するＡ/Ｄ変換器とを含んで構成される。検出データＤ[m,n]は、第ｍ行の第ｎ列に位置する単位回路Ｕの受光素子Ｅの受光量（光電流ＩPの電流値）を示すデータである。各単位回路Ｕに対応するＭ×Ｎ個の検出データＤ[1,1]〜Ｄ[M,N]が出力回路２４から補正装置４０に順次に供給される。

補正装置４０は、出力回路２４から供給される検出データＤ[m,n]を補正することで補正検出データＤC[m,n]を生成する。図２に示すように、各検出データＤ[m,n]から生成されたＭ×Ｎ個の補正検出データＤC[m,n]の集合（ＤC[1,1]〜ＤC[M,N]）が画像データＤGとして補正装置４０から出力される。補正装置４０から出力された画像データＤGは各種の処理（例えば認証処理）に利用される。

図２に示すように、補正装置４０は、制御回路４２と演算処理回路４４と記憶回路４６と記憶回路４８とを含んで構成される。制御回路４２は、照明装置３０の点灯／消灯を制御する。演算処理回路４４は、データ取得部５２および補正部５４として機能する。例えば、プログラムの実行で各機能を実現するＣＰＵや、補正検出データＤC[m,n]の生成に専用される電子回路（ＤＳＰ）が演算処理回路４４として採用される。なお、データ取得部５２および補正部５４を別個の集積回路に分散した構成も採用される。

データ取得部５２は、各受光素子Ｅの検出データＤ[m,n]を検出体１０（出力回路２４）から順次に取得する。補正部５４は、データ取得部５２が取得した検出データＤ[m,n]から補正検出データＤC[m,n]を生成する。検出データＤ[m,n]と補正検出データＤC[m,n]との関係を以下に説明する。

図４の直線Ｃ0は、第ｍ行の第ｎ列に位置する１個の受光素子Ｅの受光量Ｒ（横軸）と検出データＤ[m,n]（縦軸）との関係を示すグラフである。図４の検出データＤH[m,n]は、光量ＲHを受光したときの検出データＤ[m,n]を意味し、検出データＤL[m,n]は、光量ＲHを下回る光量ＲLを受光したときの検出データＤ[m,n]を意味する。光量ＲHは、例えば、受光素子Ｅが受光し得る光量の最大値に相当し、光量ＲLは、例えば、受光素子Ｅが受光し得る光量の最小値（典型的にはゼロ）に相当する。

図４に示すように、検出データＤ[m,n]は、受光量Ｒとともに略線形に増加する。ただし、図４に直線Ｃ1で図示したように、受光量Ｒと検出データＤ[m,n]との関係は、各受光素子Ｅの特性の誤差に起因して受光素子Ｅ毎に相違する。すなわち、受光量Ｒが等しい場合でも、各受光素子Ｅの検出データＤ[m,n]は相異なる数値となり得る。

特許文献１に開示されるように、任意の受光素子Ｅの検出データＤ[m,n]について以下の数式(1)の演算を実行すると、受光量Ｒと演算後の検出データＤA[m,n]との関係は、光検出部１２内の各受光素子Ｅについて共通の関係（すなわち、原点を通過して係数Ａに応じた傾きの直線ＣA）に補正される。すなわち、各受光素子Ｅの受光量Ｒが等しい場合には各受光素子Ｅの補正後の検出データＤA[m,n]は相等しい数値となる。
ＤA[m,n]＝Ａ・（Ｄ[m,n]−ＤL[m,n]）／（ＤH[m,n]−ＤL[m,n]） ……(1)

ところで、各受光素子Ｅに到来する外光（例えば太陽光や室内の照明光）を完全に遮断することは困難であるから、照明装置３０が点灯していない場合（以下「非照明時」という）でも、検出体１０が設置された環境に応じた光量ＲDが各受光素子Ｅに到達する。図４に示すように、光検出部１２上に指Ｆが存在しない状態における非照明時の検出データ（光量ＲDの受光時の検出データ）Ｄ[m,n]を暗時データＰ[m,n]と定義すると、暗時データＰ[m,n]は、数式(1)の演算で以下の数式(2)の暗時データＰA[m,n]に補正される。
ＰA[m,n]＝Ａ・（Ｐ[m,n]−ＤL[m,n]）／（ＤH[m,n]−ＤL[m,n]） ……(2)

いま、数式(2)の暗時データＰA[m,n]を補正検出データＤC[m,n]の基準値とするために、検出データＤ[m,n]の補正後の検出データＤC[m,n]を、以下の数式(3)や図４に示すように、数式(1)の演算で当該検出データＤ[m,n]から算定される検出データＤA[m,n]と、数式(2)の暗時データＰA[m,n]との差分値として定義する。
ＤC[m,n]＝ＤA[m,n]−ＰA[m,n]
＝Ａ・（Ｄ[m,n]−ＤL[m,n]）／（ＤH[m,n]−ＤL[m,n]）
−Ａ・（Ｐ[m,n]−ＤL[m,n]）／（ＤH[m,n]−ＤL[m,n]） ……(3)
すなわち、補正検出データＤC[m,n]は、図４に直線ＣBで示すように、受光量ＲDの場合にゼロ（基準値）となり、かつ、係数Ａに応じた変化率（すなわち、各受光素子Ｅに共通の変化率）で受光量Ｒに応じて線形に変化する。したがって、受光量Ｒが等しい場合には各受光素子Ｅの補正検出データＤC[m,n]は相等しい数値となる。

数式(3)を整理すると以下の数式(4)が導出される。数式(4)の記号Δ[m,n]は、図４に示すように、光量ＲHの受光時の検出データＤH[m,n]と光量ＲLの受光時の検出データＤL[m,n]との差分に相当するデータ（以下「補正用データ」という）である（Δ[m,n]＝ＤH[m,n]−ＤL[m,n]）。
ＤC[m,n]＝Ａ・（Ｄ[m,n]−Ｐ[m,n]）／（ＤH[m,n]−ＤL[m,n]）
＝Ａ・（Ｄ[m,n]−Ｐ[m,n]）／Δ[m,n] ……(4)
図２の補正部５４は、検出体１０から供給される各検出データＤ[m,n]について数式(4)の演算を実行することで補正検出データＤC[m,n]（ＤC[1,1]〜ＤC[M,N]）を順次に算定する。数式(4)の係数Ａは、所定の固定値、または例えば利用者からの指示に応じた可変値である。

図２の記憶回路４６は、数式(4)の演算に使用される補正用データΔ[m,n]（Δ[1,1]〜Δ[M,N]）をＭ×Ｎ個の受光素子Ｅの各々について不揮発的に記憶する。例えば、EPROM（erasable programmable ROM）やEEPROM（electrically erasable and programmable ROM）などの不揮発性の記録媒体が記憶回路４６として好適に採用される。

補正用データΔ[m,n]は、例えば検出装置１００の出荷前の段階（例えば工場内）で生成されて記憶回路４６に格納される。出荷前の段階では、検出装置１００が実際に使用される状況と比較して、各受光素子Ｅの受光量ＲLおよび受光量ＲHを正確かつ容易に目標値に設定することが可能である。例えば、検出体１０を完全な暗室内に設置することで受光量ＲLは正確に光量の最小値（ゼロ）に設定され、専用の光源で検出体１０を照明することで受光量ＲHは正確に光量の最大値に設定される。そして、記憶回路４６は、補正用データΔ[m,n]を不揮発的に記憶するから、検出装置１００が実際に使用される段階で補正用データΔ[m,n]を生成する必要はない。すなわち、受光量ＲLを正確に目標値に調整した環境（例えば完全な暗室）や、受光量ＲHを正確に目標値に調整した環境（例えば最大値に相当する光量を照射する光源が存在する環境）を検出装置１００の使用時に生成する必要はない。

図２の記憶回路４８は、数式(4)の演算に使用される暗時データＰ[m,n]（Ｐ[1,1]〜Ｐ[M,N]）をＭ×Ｎ個の受光素子Ｅの各々について記憶する。例えばDRAM（dynamic RAM）やSRAM（static RAM）などの揮発性の記録媒体が記憶回路４８として好適に採用される。検出装置１００が実際に使用される状況でデータ取得部５２が非照明時に検出体１０から取得した検出データＤ[m,n]が暗時データＰ[m,n]として記憶回路４８に格納される（詳細は後述する）。非照明時の光量ＲDは検出装置１００の使用の環境に応じて変化してもよいから、受光量ＲLや受光量ＲHを正確に目標値に設定するための環境と比較して、暗時データＰ[m,n]を取得する非照明時の環境は検出装置１００の使用の段階でも容易に設定され得る。

補正装置４０の具体的な動作の手順を説明する。図５は、補正装置４０の動作のフローチャートである。図５の処理は、例えば検出装置１００が起動されるたびに実行される。まず、制御回路４２は、照明装置３０を消灯させる（ＳA1）。すなわち、光検出部１２の面上に指Ｆが存在しない非照明時の環境が生成される。データ取得部５２は、非照明時の検出データＤ[m,m]を検出体１０から取得したうえで暗時データＰ[m,n]として記憶回路４８に格納する（ＳA2）。具体的には、図６に示すように、１個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）を選択する処理（ＳB1）と、当該単位回路Ｕの検出データＤ[m,n]を検出体１０から取得したうえで暗時データＰ[m,n]として記憶回路４８に格納する処理（ＳB2）とが、光検出部１２内のＭ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々について順次に実行される（ＳB3）。

図６の暗時データＰ[m,n]の取得（ＳA2）が完了すると、制御回路４２は、図５に示すように、照明装置３０を点灯させる（ＳA3）。そして、照明装置３０が点灯した状態で、検出データ（すなわち照明時の検出データ）Ｄ[m,n]の取得および補正が順次に反復される（ＳA4）。図７は、図５のステップＳA4の具体的な内容を示すフローチャートである。

まず、データ取得部５２は、１個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）を選択し（ＳC1）、当該単位回路Ｕの検出データＤ[m,n]を検出体１０から取得する（ＳC2）。補正部５４は、選択中の単位回路Ｕに対応する補正用データΔ[m,n]を記憶回路４６から取得するとともに（ＳC3）、選択中の単位回路Ｕに対応する暗時データＰ[m,n]を記憶回路４８から取得する（ＳC4）。そして、補正部５４は、ステップＳC2で取得した検出データＤ[m,n]とステップＳC3の補正用データΔ[m,n]とステップＳC4の暗時データＰ[m,n]とについて数式(4)の演算を実行する（すなわち、検出データＤ[m,n]と暗時データＰ[m,n]との差分を補正用データΔ[m,n]により除算する）ことで補正検出データＤC[m,n]を算定する（ＳC5）。

ステップＳC1からステップＳC5までの処理が順次に反復されることで（ＳC6）、Ｍ×Ｎ個の受光素子Ｅの各々について補正検出データＤC[m,n]が生成される。以上の手順で生成されたＭ×Ｎ個の補正検出データＤC[m,n]の集合（ＤC[1,1]〜ＤC[M,N]）が画像データＤGとして出力される。

以上の形態においては、補正用データΔ[m,n]は事前に（例えば検出装置１００の出荷前に）生成されて不揮発性の記憶回路４６に格納されるから、各受光素子Ｅの受光量ＲLおよび受光量ＲHを正確に目標値に設定できる環境を検出装置１００の利用者が生成する必要はない。他方、暗時データＰ[m,n]を取得する環境は照明装置３０の消灯で容易に実現される。したがって、光量ＲLおよび光量ＲHの各々が各受光素子Ｅに照射される環境を検出装置１００の使用のたびに生成する必要がある構成（例えば特許文献１）と比較して、検出データＤ[m,n]の補正に使用されるデータ（Δ[m,n]，Ｐ[m,n]）を生成するための利用者の作業の負担が軽減されるという利点がある。

＜Ｂ：第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態においてはＭ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々について記憶回路４６に補正用データΔ[m,n]を格納したが、第２実施形態においては、所定個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）の集合（以下「素子群」という）毎に補正用データが用意される。なお、以下の各形態において作用や機能が第１実施形態と同等である要素については、以上と同じ符号を付して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図８に示すように、光検出部１２内のＭ×Ｎ個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）は、Ｈ個（Ｈは２以上の自然数）を単位としてＫ個の素子群Ｇ[1]〜Ｇ[K]に区分される（Ｋ＜Ｍ×Ｎ）。各素子群Ｇ[k]（ｋ＝１〜Ｋ）に属するＨ個の単位回路Ｕの組合せ（以下「素子群パターン」という）は、各単位回路Ｕの検出データＤ[m,n]の誤差が素子群Ｇ内で低減されるように、検出データＤ[m,n]の誤差の傾向に応じて選定される。

図９は、受光素子Ｅによる受光量Ｒが等しい場合の各単位回路Ｕの検出データＤ[m,n]の数値を階調の濃淡で表現した概念図である。図９の部分(A)に示すように、所定数の列単位で検出データＤ[m,n]に誤差が発生する傾向がある場合（同じ列内では検出データＤ[m,n]の誤差が少ない場合）には、図８の部分(A)のように、Ｙ方向に隣合うＨ個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）の集合を単位として各素子群Ｇ[1]〜Ｇ[K]が画定される。

Ｋ個の素子群Ｇ[1]〜Ｇ[K]の各々について補正用データΔ[k]（Δ[1]〜Δ[K]）が記憶回路４６に格納される。素子群Ｇ[k]の補正用データΔ[k]は、素子群Ｇ[k]に属する各単位回路ＵのＨ個の差分データｄ[m,n]の代表値である。差分データｄ[m,n]は、光量ＲHの受光時の検出データＤH[m,n]と光量ＲLの受光時の検出データＤL[m,n]との差分（すなわち、第１実施形態における補正用データΔ[m,n]）を示す。例えば、Ｈ個の差分データｄ[m,n]の平均値（典型的には相加平均）が補正用データΔ[k]として記憶回路４６に格納される。補正用データΔ[k]を生成する方法の具体例は第５実施形態や第６実施形態として後述される。

補正装置４０の動作は第１実施形態と同様である。ただし、図７のステップＳC3において、補正部５４は、記憶回路４６に格納されたＫ個の補正用データΔ[1]〜Δ[K]のうち選択中の単位回路Ｕが属する素子群Ｇ[k]に対応した補正用データΔ[k]を取得する。例えば、第ｍ行の第ｎ列の単位回路Ｕを選択している場合、補正部５４は、Ｋ個の補正用データΔ[1]〜Δ[K]のうち第｛（ｍ／Ｈ）・Ｎ＋ｎ｝番目の補正用データΔ[k]（ｋ＝（ｍ／Ｈ）・Ｎ＋ｎ）を記憶回路４６から取得する。そして、補正部５４は、選択中の単位回路Ｕに対応する暗時データＰ[m,n]を記憶回路４８から取得したうえで（ステップＳC4）、ステップＳC5において、検出データＤ[m,n]と暗時データＰ[m,n]との差分を、ステップＳC3にて取得した補正用データΔ[k]により除算することで補正検出データＤC[m,n]を算定する（ＤC[m,n]＝Ａ・（Ｄ[m,n]−Ｐ[m,n]）／Δ[k]）。

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。さらに、第２実施形態においては補正用データΔ[k]が素子群Ｇ[k]毎に記憶回路４６に格納されるから、Ｍ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々の補正用データΔ[m,n]（Δ[1,1]〜Δ[M,N]）が記憶回路４６に格納される第１実施形態と比較して、記憶回路４６に必要な容量が削減されるという利点がある。不揮発性の記憶回路４６は揮発性の記憶回路（例えば記憶回路４８）と比較して通常は高価であるから、記憶回路４６の容量の削減という第２実施形態の効果は、検出装置１００のコストを削減するという観点からすると格別に有効である。

ところで、差分データｄ[m,n]の生成時に検出データＤH[m,n]から検出データＤL[m,n]を減算することで、検出データＤH[m,n]のうち暗時ノイズ（固定パターンノイズ）の成分（ＤL[m,n]）が抑圧される結果となる。したがって、相近接する各単位回路Ｕの検出データＤH[m,n]（またはＤL[m,n]）が顕著に相違する場合でも、差分データｄ[m,n]は、相近接する各単位回路Ｕで近似の数値になり易いという傾向がある。したがって、素子群Ｇ内のＨ個の単位回路Ｕの差分データｄ[m,n]の代表値（例えば平均値）を適用する構成にも関わらず、検出データＤ[m,n]の補正の精度が第１実施形態と比較して不当に低下することは防止される。

＜第２実施形態の変形例＞
素子群パターンは任意に変更される。例えば、図９の部分(B)に示すように、所定数の行単位で検出データＤ[m,n]に誤差が発生する傾向がある場合には、図８の部分(B)の例示のように、Ｘ方向に隣合うＨ個の受光素子Ｅの集合を単位として各素子群Ｇが画定される。また、図９の部分(C)に示すように、Ｘ方向にかけて（またはＹ方向にかけて）検出データＤ[m,n]の数値が単調に増加（または減少）する場合には、図８の部分(C)の例示のように、Ｘ方向およびＹ方向に隣合う縦ｈ個×横ｈ個の受光素子Ｅの集合（ｈ・ｈ＝Ｈ）を単位として各素子群Ｇが画定される。

また、補正用データΔ[k]は、Ｈ個の単位回路Ｕの差分データｄ[m,n]の平均値に限定されない。例えば、素子群Ｇ[k]に属する各単位回路ＵのＨ個の差分データｄ[m,n]の中央値（メディアン）や最頻値（モード）を補正用データΔ[k]とする構成や、素子群Ｇ[k]に属する各単位回路ＵのＨ個の差分データｄ[m,n]のうち最大値と最小値とを除外した各数値の平均値を補正用データΔ[k]とする構成も採用される。Ｈ個の差分データｄ[m,n]の中央値や最頻値、または最大値と最小値とを除外した平均値を補正用データΔ[k]とする構成によれば、差分データｄ[m,n]の異常値（例えば点灯不良の受光素子Ｅの差分データｄ[m,n]）の影響が低減されるという利点がある。以上の例示から理解されるように、好適な態様における補正用データΔ[k]は、素子群Ｇ[k]内の各単位回路ＵのＨ個の差分データｄ[m,n]の代表値として包括される。

＜Ｃ：第３実施形態＞
第３実施形態の記憶回路４６には、図８に例示された複数種の素子群パターンの何れかに対応する各素子群Ｇ[k]のＫ個の補正用データΔ[k]（Δ[1]〜Δ[K]）と、当該素子群パターンを指定するパターンデータ（フラグ）とが格納される。

補正部５４は、図１０に示すように、図７のステップＳC3の代わりにステップＳC11からステップＳC14を実行する。図１０のステップＳC11において、補正部５４は、記憶回路４６に格納されたパターンデータが何れの素子群パターンを指定するかを判定する。そして、補正部５４は、選択中の単位回路Ｕが属する素子群Ｇ[k]に対応する補正用データΔ[k]を素子群パターンに応じて記憶回路４６から取得する（ＳC12〜ＳC14）。

例えば、パターンデータが図８の部分(A)の素子群パターンを指定する場合、補正部５４は、第２実施形態と同様に、Ｋ個の補正用データΔ[1]〜Δ[K]のうち第｛（ｍ／Ｈ）・Ｎ＋ｎ｝番目の補正用データΔ[k]（ｋ＝（ｍ／Ｈ）・Ｎ＋ｎ）を記憶回路４６から取得する（ＳC12）。他方、パターンデータが図８の部分(B)の素子群パターンを指定する場合、補正部５４は、Ｋ個の補正用データΔ[1]〜Δ[K]のうち第｛ｍ・（Ｎ／Ｈ）＋（ｎ／Ｈ）｝番目の補正用データΔ[k]（ｋ＝ｍ・（Ｎ／Ｈ）＋（ｎ／Ｈ））を記憶回路４６から取得する（ＳC13）。また、パターンデータが図８の部分(C)の素子群パターンを指定する場合、補正部５４は、Ｋ個の補正用データΔ[1]〜Δ[K]のうち第｛（ｍ／ｈ）・（Ｎ／ｈ）＋（ｎ／ｈ）｝番目の補正用データΔ[k]（ｋ＝（ｍ／ｈ）・（Ｎ／ｈ）＋（ｎ／ｈ））を記憶回路４６から取得する（ＳC14）。補正用データΔ[k]に応じた検出データＤ[m,n]の補正の方法は第２実施形態と同様である。

第３実施形態においても第１実施形態や第２実施形態と同様の効果が実現される。また、第３実施形態においては、素子群パターンに応じた方法で補正用データΔ[k]が選択されるから、補正用データΔ[k]に実際に適用される素子群パターン（検出データＤ[m,n]に現れる誤差の傾向）に関わらず補正部５４の動作を共通化できるという利点がある。

＜Ｄ：第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態における補正装置４０の動作のフローチャートである。図１１に示すように、非照明時の検出データＤ[m,n]を検出体１０から取得して暗時データＰ[m,n]を更新するステップＳA5の処理（以下「更新処理」という）がステップＳA2の直後にＶ回にわたって実行される（Ｖは自然数）。

図１２は、第ｖ回目（ｖ＝１〜Ｖ）の更新処理（ＳA5）のフローチャートである。図１２に示すように、データ取得部５２は、１個の単位回路Ｕを選択した（ＳD1）うえで当該単位回路Ｕの非照明時の検出データＤ[m,n]を検出体１０から取得し（ＳD2）、第(ｖ−１)回目の更新処理による更新後の暗時データＰ[m,n]（第１回目の更新処理においてはステップＳA2にて生成された暗時データＰ[m,n]）を当該検出データＤ[m,n]に応じて更新する（ＳD3）。具体的には、データ取得部５２は、第(ｖ−１)回目の更新後の暗時データＰ[m,n]とステップＳD2で取得した検出データＤ[m,n]との平均値を、第ｖ回目の更新後の暗時データＰ[m,n]として算定するして記憶回路４８に格納する。ステップＳD1からステップＳD3の処理がＭ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々について反復され（ＳD4）、第Ｖ回目の更新後の暗時データＰ[m,n]が補正部５４による数式(4)の演算（検出データＤ[m,n]の補正）に適用される。

第４実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第４実施形態においては、複数回にわたる非照明時の検出データＤ[m,n]が暗時データＰ[m,n]に反映されるから、例えば瞬間的なノイズに起因した検出データＤ[m,n]の誤差の影響を暗時データＰ[m,n]から低減できるという利点がある。なお、以上の形態においては非照明時の検出データＤ[m,n]を取得するたびに暗時データＰ[m,n]を更新したが、複数回にわたって取得した検出データＤ[m,n]を記憶回路４６に保持しておき、例えば補正部５４による補正の段階で、複数回の検出データＤ[m,n]から暗時データＰ[m,n]を算定するという構成も採用され得る。

＜Ｅ：第５実施形態＞
第５実施形態は、第２実施形態や第３実施形態における補正用データΔ[k]（Δ[1]〜Δ[K]）を生成するための装置（以下「補正用データ生成装置」という）である。例えば、検出装置１００の出荷前に補正用データ生成装置にて生成された補正用データΔ[k]が当該検出装置１００の記憶回路４６に格納される。図１３は、補正用データ生成装置２００のブロック図である。図１３に示すように、補正用データ生成装置２００は、演算処理回路７２と記憶回路７４とを含むコンピュータシステム（例えばパーソナルコンピュータ）で実現される。

記憶回路７４は、演算処理回路７２が実行するプログラムや演算処理回路７２が使用するデータを記憶する。半導体記録媒体や磁気記録媒体などの公知の記録媒体が記憶回路７４として任意に採用される。演算処理回路７２は、記憶回路７４に格納されたプログラムを実行することで、補正用データΔ[k]を生成するための複数の機能（差分取得部８２，データ生成部８６）として機能する。なお、演算処理回路７２の各要素を複数の集積回路に分散した構成や、補正用データΔ[k]の生成に専用される電子回路（ＤＳＰ）が各要素を実現する構成も採用される。

図１３の差分取得部８２は、検出装置１００（検出体１０）におけるＭ×Ｎ個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）の各々について差分データｄ[m,n]を取得する。図１３に示すように、差分取得部８２は、減算部８４を含んで構成される。減算部８４は、光量ＲHの受光時の検出データＤH[m,n]と光量ＲLの受光時の検出データＤL[m,n]との差分を示す差分データｄ[m,n]（ｄ[m,n]＝ＤH[m,n]−ＤL[m,n]）をＭ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々について算定する。

データ生成部８６は、Ｍ×Ｎ個の単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）を区分したＫ個の素子群Ｇ（Ｇ[1]〜Ｇ[K]）の各々について、当該素子群Ｇ[k]に属するＨ個の単位回路Ｕの差分データｄ[m,n]に応じた補正用データΔ[k]（Δ[1]〜Δ[K]）を生成する。なお、素子群パターンは任意である。例えば、図８の部分(A)から部分(C)に例示された素子群パターンの何れかが採用される。

補正用データΔ[1]〜Δ[K]を生成する手順を説明する。まず、図１４に示すように、各受光素子Ｅが光量ＲLを受光する環境に検出装置１００（検出体１０）を配置する（ＳE1）。例えば、受光量Ｒがゼロ（ＲL）となる完全な暗室に検出装置１００を配置する。出荷前の段階（例えば工場）で以上の環境（暗室）を用意することは、検出装置１００が実際に使用される段階と比較して容易である。

そして、以上の環境に配置された検出装置１００を動作させる（ＳE2）。したがって、各単位回路Ｕの検出データＤL[m,n]が検出装置１００の出力回路２４から順次に出力される。補正用データ生成装置２００の差分取得部８２は、出力回路２４から出力された検出データＤL[m,n]（ＤL[1,1]〜ＤL[M,N]）を取得して記憶回路７４に格納する（ＳE3）。

次に、各受光素子Ｅが光量ＲHを受光する環境に検出装置１００（検出体１０）を配置する（ＳE4）。例えば、検出装置１００の光検出部１２に光源から所定の光量を照射する。以上の環境のもとで検出装置１００を駆動することで各単位回路Ｕの検出データＤH[m,n]を出力回路２４から出力させる（ＳE5）。補正用データ生成装置２００の差分取得部８２は、出力回路２４から出力された検出データＤH[m,n]（ＤH[1,1]〜ＤH[M,N]）を取得して記憶回路７４に格納する（ＳE6）。

次いで、差分取得部８２は、Ｍ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々について差分データｄ[m,n]（ｄ[1,1]〜ｄ[M,N]）を算定する（ＳE7）。図１５は、ステップＳE7の具体的なフローチャートである。図１５に示すように、差分取得部８２は、Ｍ×Ｎ個の単位回路Ｕの何れかを選択し（ＳF1）、当該単位回路ＵについてステップＳE3で取得した検出データＤL[m,n]とステップＳE6で取得した検出データＤH[m,n]とを記憶回路７４から取得する（ＳF2）。そして、差分取得部８２の減算部８４は、ステップＳF2で取得した検出データＤH[m,n]から検出データＤL[m,n]を減算することで差分データｄ[m,n]を算定して記憶回路７４に格納する（ＳF3）。ステップＳF1からステップＳF3の処理が順次に反復されることで（ＳF4）、Ｍ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々の差分データｄ[m,n]（ｄ[1,1]〜ｄ[M,N]）が記憶回路７４に生成される。

差分データｄ[m,n]の生成が完了すると、データ生成部８６は、図１４に示すように、Ｋ個の素子群Ｇ[1]〜Ｇ[K]の各々について補正用データΔ[k]（Δ[1]〜Δ[K]）を生成する（ＳE8）。図１６は、ステップＳE8の具体的なフローチャートである。図１６に示すように、データ生成部８６は、Ｋ個の素子群Ｇ[1]〜Ｇ[K]の何れかを選択し（ＳG1）、当該素子群Ｇ[k]に属するＨ個の単位回路ＵについてステップＳE7で生成したＨ個の差分データｄ[m,n]を記憶回路７４から取得する（ＳG2）。そして、データ生成部８６は、ステップＳG2で取得した差分データｄ[m,n]の平均値を補正用データΔ[k]として生成して記憶回路７４に格納する（ＳG3）。ステップＳG1からステップＳG3の処理が順次に反復されることで（ＳG4）、Ｋ個の素子群Ｇ[1]〜Ｇ[K]の各々の補正用データΔ[k]（Δ[1]〜Δ[K]）が記憶回路７４に生成される。ステップＳE8で生成されたＫ個の補正用データΔ[1]〜Δ[K]は、検出装置１００の記憶回路４６に転送される（ＳE9）。

以上のように素子群Ｇ[k]毎に補正用データΔ[k]が生成されるから、記憶回路４６に必要な容量が削減されるという第２実施形態の効果が実現される。なお、以上の説明ではＨ個の差分データｄ[m,n]の平均で補正用データΔ[k]を生成したが、Ｈ個の差分データｄ[m,n]から補正用データΔ[k]を生成する方法は第２実施形態のなかで説明したように任意である。例えば、Ｈ個の差分データｄ[m,n]の中央値や最頻値を補正用データΔ[k]として算定する処理や、Ｈ個の差分データｄ[m,n]のうち最大値と最小値とを除外した各数値の平均値を補正用データΔ[k]として算定する処理が、図１６のステップＳG3にて実行され得る。

＜Ｆ：第６実施形態＞
図１７は、第６実施形態における補正用データΔ[1]〜Δ[K]の生成の手順を示すフローチャートである。補正用データ生成装置２００の構成は第５実施形態（図１３）と同様である。図１７に示すように、検出データＤL[m,n]を更新するステップＳE10の処理（以下「ＤL更新処理」という）がステップＳE3の直後にＷ回にわたって実行される（Ｗは自然数）。

図１８は、第ｗ回目（ｗ＝１〜Ｗ）のＤL更新処理（ＳE10）のフローチャートである。図１８に示すように、差分取得部８２は、１個の単位回路Ｕを選択した（ＳH1）うえで当該単位回路Ｕの検出データＤL[m,n]_wを検出装置１００から取得し（ＳH2）、第(ｗ−１)回目のＤL更新処理による更新後の検出データＤL[m,n]（第１回目のＤL更新処理においてはステップＳE3にて取得した検出データＤL[m,n]）を当該検出データＤL[m,n]_wに応じて更新する（ＳH3）。具体的には、差分取得部８２は、第(ｗ−１)回目の更新後の検出データＤL[m,n]と今回の検出データＤL[m,n]_wとの平均値を、第ｗ回目の更新後の検出データＤL[m,n]として算定する。ステップＳH1からステップＳH3までの処理がＭ×Ｎ個の単位回路Ｕの各々について反復され（ＳH4）、第Ｗ回目の更新後の検出データＤL[m,n]が図１７のステップＳE7における差分データｄ[m,n]の算定に適用される。

第６実施形態においても第５実施形態と同様の効果が実現される。また、第６実施形態においては、複数回の検出データＤL[m,n]が差分データｄ[m,n]に反映されるから、例えば瞬間的なノイズに起因した検出データＤL[m,n]の誤差の影響を差分データｄ[m,n]から低減できるという利点がある。なお、以上の形態においては検出データＤL[m,n]_wを取得するたびに検出データＤL[m,n]を更新したが、複数回にわたって取得した検出データＤL[m,n]を記憶回路７４に保持しておき、例えば差分データｄ[m,n]の算定の段階（ＳE7）で、複数回の検出データＤL[m,n]の平均を算定して差分データｄ[m,n]の算定に適用するという構成も採用され得る。

＜Ｇ：変形例＞
以上の形態には様々な変形が加えられる。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は併合され得る。

（１）変形例１
第１実施形態から第４実施形態においては、照明装置３０の消灯時の検出データＤ[m,n]を暗時データＰ[m,n]として取得するとともに照明装置３０の点灯時の検出データＤ[m,n]を補正の対象としたが、照明装置３０や制御回路４２は検出装置１００から省略され得る。例えば、検出装置１００が設置された空間内の照明器具を消灯させたときの検出データＤ[m,n]を暗時データＰ[m,n]として取得し、当該照明器具を点灯させたときの検出データＤ[m,n]を補正部５４が補正する構成も採用される。

（２）変形例２
第５実施形態や第６実施形態においては、差分データｄ[m,n]の算定と補正用データΔ[k]の算定とを補正用データ生成装置２００が実行する場合を例示したが、差分データｄ[m,n]の算定を検出装置１００（演算処理回路４４）が実行する構成も好適である。差分データｄ[m,n]を検出装置１００が算定する構成では、補正用データ生成装置２００の差分取得部８２は、各単位回路Ｕの差分データｄ[m,n]を検出装置１００から取得し、図１３の減算部８４は補正用データ生成装置２００から省略される。以上の例示から理解されるように、差分取得部８２は、各単位回路Ｕ（受光素子Ｅ）について差分データｄ[m,n]を取得（外部から取得または自身で算定）する要素として包括される。また、第５実施形態や第６実施形態においては検出装置１００とは別体の補正用データ生成装置２００を例示したが、補正用データ生成装置２００を検出装置１００に内蔵した構成も採用される。

（３）変形例３
検出装置１００の用途は指Ｆの静脈の検出（静脈センサ）に限定されない。例えば、指Ｆの指紋を検出する指紋センサや利用者（例えば指Ｆ）の接触を検出するタッチパネルとしても検出装置１００が利用される。また、原稿上の画像を読取る画像読取装置の撮像部（例えばCIS（contact image sensor）としても検出装置１００が好適に採用される。

１００……検出装置、１０……検出体、１２……光検出部、Ｕ……単位回路、Ｅ……受光素子、１４……制御線、１６……検出線、１８……給電線、２０……回路部、２２……選択回路、２４……出力回路、３０……照明装置、４０……補正装置、４２……制御回路、４４，７２……演算処理回路、４６，４８，７４……記憶回路、４８……記憶回路、５２……データ取得部、５４……補正部、２００……補正用データ生成装置、８２……差分取得部、８４……減算部、８６……データ生成部。

Claims (3)

1. 複数の受光素子の受光量を示す検出データを補正する装置であって、
   前記複数の受光素子の各々について前記検出データを取得するデータ取得手段と、
   第１光量の照射時における前記受光素子の検出データと前記第１光量を下回る第２光量のもとでの前記受光素子の検出データとの差分を示す補正用データを、２個以上の受光素子を含む複数の素子群の各々について不揮発的に記憶し、前記各素子群に属する前記２個以上の受光素子の組合わせが相違する複数種の素子群パターンの何れかを指定するパターンデータを不揮発的に記憶する第１記憶回路と、
   非照明時の複数の受光素子の各々について前記データ取得手段が取得した検出データを暗時データとして記憶する第２記憶回路と、
   前記複数の受光素子の各々について、前記第１記憶回路に格納された前記パターンデータが示す素子群パターンに応じて、当該受光素子が属する素子群に対応する補正用データを前記第１記憶回路から取得し、当該受光素子の検出データと当該受光素子の暗時データとの差分を、当該受光素子について取得した補正用データにより除算することで、当該受光素子の検出データを補正する補正手段とを具備する補正装置。
2. 被検出物を照明する照明装置を具備し、
   前記非照明時の検出データは、前記照明装置の消灯時の検出データであり、
   前記補正手段が補正する検出データは、前記照明装置の点灯時の検出データである
   請求項１の補正装置。
3. 複数の受光素子が配置された検出体と、前記受光素子の受光量を示す検出データを補正する補正装置とを具備する検出装置であって、
   前記補正装置は、
   前記複数の受光素子の各々について前記検出データを取得するデータ取得手段と、
   第１光量の照射時における前記受光素子の検出データと前記第１光量を下回る第２光量のもとでの前記受光素子の検出データとの差分を示す補正用データを、２個以上の受光素子を含む複数の素子群の各々について不揮発的に記憶し、前記各素子群に属する前記２個以上の受光素子の組合わせが相違する複数種の素子群パターンの何れかを指定するパターンデータを不揮発的に記憶する第１記憶回路と、
   非照明時の複数の受光素子の各々について前記データ取得手段が取得した検出データを暗時データとして記憶する第２記憶回路と、
   前記複数の受光素子の各々について、前記第１記憶回路に格納された前記パターンデータが示す素子群パターンに応じて、当該受光素子が属する素子群に対応する補正用データを前記第１記憶回路から取得し、当該受光素子の検出データと当該受光素子の暗時データとの差分を、当該受光素子について取得した補正用データにより除算することで、当該受光素子の検出データを補正する補正手段とを具備する
   検出装置。

Images