JPH0122794B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は撮像（imaging）装置、より具体的に
は入射光像の強度に対応する電気信号を発生する
ためのCCDを含む撮像装置に関する。

米国特許第2422788号に示されるように、多色
点光源から色分散した光の帯を作るためにプリズ
ムを用い、最初１つの色のスポツトで文書を照明
し次に２つの付加的な色のスポツトで照明する事
によつてソース・ドキユメントの連続した線を順
次に走査するために上記光帯の焦結（focus）部
分を用いる事はフアクシミリ伝送の分野で公知で
ある。そのような撮像系の場合走査光の強度に比
例する電気信号を発生するために、全スペクトル
にわたる光インパルスに応答する光電セルが用い
られる。このようにしてソース・ドキユメントの
線の別の色成分に対応する別の電気信号が発生さ
れる。

しかしながらそのような従来技術のフアクシミ
リ伝送装置はソース・ドキユメントの各線を複数
回走査する必要があり従つて動作がかなり遅い。
又可動プリズムがさらに装置の速度、効率及び信
頼性を低下させる。

又、入射多色１次像に対応する色成分像を作る
ために赤、緑及び青のフイルタを用いる事もカラ
ー・フアクシミリ伝送の分野で公知である。その
ような装置では成分像は、各像の光の強度に比例
する電気信号を発生する対応する光検出器を照射
するようにされる。特定の光の波長に対する光検
出器の感度を補償するために色フイルタの大きさ
を変える事も提案されている。しかしながらその
ようなフイルタ撮像系は必然的に比較的高い強度
の多色１次像を必要とする。又そのような装置は
望まざる色成分をフイルタで除去する事により多
色像の放射強度の比較的大きな部分を浪費する。

入射光像の画素（pixel）に対応する電荷の塊
りを発生させるために電荷結合素子（CCD）を
使用する事が知られている。

色像の場合、多色像の赤、緑及び青の色成分の
強度に対応する電気信号を与えるために３つの
CCDアレイを用いる事も知られている。例えば
そのようなCCD撮像装置は米国特許第4007488号
に開示されている。

上記文献中に、入射光の波長に対するCCDの
感度と逆の関係で、フレーム転送撮像CCDの電
荷蓄積時間を調節してもよい事が提案されてい
る。従つて調節された各CCDの電気的出力は入
射光の強度の関数になり、波長には依存しない。
しかし上記文献の装置は、各CCDに分離されフ
イルタされた像を与えるために比較的高価なビー
ム・スプリツタ及びその他の光学部品を必要とす
る。さらに上記装置はかなり正確な整合を必要と
する。

CCD撮像技術において撮像素子のCCDアレイ
を時間遅延集積（TDI：time delay and
integration）モードで動作させる事が知られて
いる。例えばDavid F.Barbe、“Imaging
Devices Using the Charge Coupled Concept”、
Proc，IEEE Vol.63，pp.38〜67（1975）がTDIシ
ステムをを説明している。TDIモードでは、入射
光像は特定のCCDアレイのパラレル・レジスタ
のセルの行を横切つて走査されそしてアレイのパ
ラレル・レジスタは同期してゲートされる。従つ
て像がパラレル・レジスタ上を移動すると共に像
の画素に対応する複数の電荷の塊りが像の下に蓄
積される。像がCCDアレイのパラレル・レジス
タの長さを移動し終えた後、蓄積された電荷はシ
リアル・レジスタに渡されその後シリアル・レジ
スタからゲートされる。

CCDのTDI動作は公知だが、これまでは多色
像の色成分に対応する電気信号を与えるために
TDIモードでCCDを動作させる事は行なわれな
かつた。

従つて本発明の目的は、対象物の像の２つ以上
の異なつた波長域に対する電気信号を発生する撮
像装置であつて、そのセルの入射光に対する感度
が補償されたものを提供する事である。

本発明の１実施例によれば、プリズムもしくは
回折格子を用いて色分散した光の帯でソース・ド
キユメントを照射し次にそれを複数の受光CCD
上へ結像させる、単純で信頼性があり且つ安価な
カラー・フアクシミリ伝送装置が与えられる。

本発明の１実施例によれば、単一のチツプ上に
形成されもしくは一基板上に搭載された複数の前
もつて位置合せされたアレイを使う事によつて容
易に位置合せされる撮像装置が与えられる。

本発明の撮像装置は、入射光の強度に比例する
大きさの電荷を発生させる手段を含む受光セルを
それぞれ２以上の異なつた波長域に対する上記受
光セルの感度に応じた所定の距離にわたつて所定
方向に配列した２個以上の撮像アレイと、上記撮
像アレイの各々に上記異なつた波長域の対象物の
像を形成する手段と、上記像を上記所定方向に走
査する手段と、上記アレイに発生した電荷を上記
像の走査に同期して上記所定方向に移動させる手
段とを備えている。上記撮像アレイは１実施例に
おいてはTDIモード動作を行なうCCDであり、
上記所定方向はTDI CCDのパラレル・レジスク
の方向である。カラー・フアクシミリ装置の実施
例では、白色光の照明ビームを発生する手段が含
まれる。白色光はプリズム又は回折格子によつて
色帯に分散され、光の色帯は相対的に移動する文
書の一部を照明するように結像される。文書から
反射された色光は、光の赤の帯が第１のアレイを
照射し緑及び青の帯がそれぞれ第２及び第３のア
レイを照射するように、３つのCCDアレイの表
面に結像される。

文書の各ラインの像は各CCDアレイ上を光の
帯を通つて動き、アレイはTDIモードで動作して
赤、緑及び青の走査像の画素に対応する電荷の塊
りを発生する。

各アレイのパラレル・レジスタの奥行（即ちそ
のセルの数）は入射光の波長に対するアレイの感
度に逆比例する。

本発明の別の実施例は白色光で照明された物体
の像の色成分を選択するために赤、緑及び青のフ
イルタを使用する。物体及び走査装置の相対的移
動は色成分像を３つのCCDカラー撮像アレイを
横切つて順次に走査させる。

以下本発明の良好な実施例を説明する。図面で
同じ参照番号は同じ装置を示す。

第１図は入射光の強度に対応する電気信号を発
生するためにTDIモードで動作する従来のCCD
の図である。より具体的にはCCDアレイ１は複
数の垂直方向のパラレル・シフトレジスタ３から
成り、各レジスタは入射光エネルギーを対応する
電荷の塊りに変換するように周知の方式で動作す
る解像素子即ちセルの垂直列を定める。当業者に
知られているようにセルに発生する電荷の量は飽
和限界内では入射光の強度及び入射光がCCDの
セルを照明する時間に比例する。

TDIシステムでは光像は最初、像位置Ｐ１に位
置付けられ、パラレル・レジスタ３の対応するセ
ルＣ１１，Ｃ１２及びＣ１ｎを照らす。パラレ
ル・レジスタの撮像セルは入射光エネルギーに応
答して、対応する電荷の塊りＱ１，Ｑ２及びQ_o
を発生する。もちろん各電荷の塊りは像位置Ｐ１
の光像の特定の画素に対応する。

その後、像は次の連続した位置Ｐ２に移動し、
セルＣ１１，Ｃ１２及びＣ１ｎに蓄積された電荷
の塊りＱ１，Ｑ２及びQ_oも同時にパラレル・レ
ジスタ３の隣接するセルＣ２１，Ｃ２２及びＣ２
ｎにゲートされる。セルＣ２１，Ｃ２２及びＣ２
ｎは位置Ｐ２の像の照明に応答して、電荷の塊り
Ｑ１，Ｑ２及びQ_oに付け加わる対応する電荷を
発生する。このように像がパラレル・レジスタの
セルの連続した行へ移動するにつれて、電荷の塊
りも移動する像と共に同期してゲートされ、像の
各画素における入射光の強度に対応する蓄積電荷
を与える。

像がパラレル・レジスタのセルの最後の行まで
移動されると、蓄積された電荷の塊りはシリア
ル・レジスタ５の対応する位置にゲートされる。
その後像はCCDアレイから外へ動き、蓄積電荷
はシリアル・レジスタからシリアルにゲートされ
る。

電荷の塊りの先行する行がゲートされる前にセ
ルの各行に蓄積される電荷の塊りが次のセルの行
にゲートされるように、複数の線像をCCDアレ
イ１のパラレル・レジスタ上を同時に動かしても
よい。従つてTDIシステムでは特定の像の画素に
関する蓄積電荷の量は、CCDの飽和パラメータ
の範囲内で像の光の強度及び各画素に関する電荷
を蓄積するために像が動かなければならない距離
に比例する。

一般にTDI動作の場合、アレイのパラレル・レ
ジスタ部分のセルの最初の行に像が移動して来る
のと各アレイのゲート動作が同期するように、連
続したアレイ間の距離は正確に定められていなけ
ればならない。便利さと最小費用のためアレイ
は、全部のアレイのパラレル・レジスタ部分に同
じクロツク位相が加えられてもよいように位置付
けてもよい。

第２図はTDIモードで動作し、本発明に従つて
多色像の赤、緑及び青の色成分に対応する電気信
号を与える３つのCCDアレイを示す。

動作する時、多色像の赤成分像は上述の方式で
CCDアレイ７の距離Ｄ１を走査され、シリア
ル・レジスタ１３に赤成分像の画素に対応する蓄
積電荷の塊りを与える。同様に緑成分像はCCD
アレイ９の距離Ｄ２を走査され、シリアル・レジ
スタ１５に蓄積画素電荷を与え、そして青成分像
はCCDアレイ１１の距離Ｄ３を走査され、シリ
アル・レジスタ１７に蓄積電荷を発生する。

本発明によれば、アレイの奥行と呼ぶ各アレイ
の距離Ｄ１，Ｄ２及びＤ３は各アレイで電荷が蓄
積される事を許される距離を定める。アレイの奥
行が増加するにつれて、当然アレイ中の光によつ
て作られた電荷を蓄積するための時間も増加す
る。

第２図のCCDアレイの各々は入射光の特定の
波長に対するアレイのセルの感度に逆比例する奥
行を有する。一般にもしCCDが緑色光に対して
最も敏感で青色光に対して最も敏感でないとする
と、緑色アレイ９は最小のセル奥行を持ち青色ア
レイ１１は最大の奥行を持つであろう。セルの奥
行の変化は、各CCDで発生した電荷の塊りが、
関係する色成分像の光の強度にのみ比例し入射光
の特定の波長に対するCCDの相対的感度によつ
て影響されない事を保証する。

しかしながら本発明はCCDアレイに関するセ
ルの奥行の特定の値に限定されるものと解される
べきではない。又セルの奥行は入射光の波長以外
のものの関数として変化させてもよい。例えばア
レイの奥行はより大きなもしくはより小さなスペ
クトル被覆（spectral coverage）を与えるよう
に調整してもよい。

像の色成分は第２図のCCDアレイをどのよう
な方式で走査してもよい。例えば第３図に示すよ
うに赤、緑及び青のフイルタ８，１０及び１２を
各アレイ７，９及び１１の前面に配置し物体の移
動多色像をフイルタを横切つて走査してもよい。
このような色フイルタ方式はカラー・カメラ又は
白色光で照らされる物体１９の色成分を区別する
ために用いられる他の装置で使うのに適している
かもしれない。

各CCD上の像の走査移動は被走査物体１９も
しくは走査装置２１を動かす事によつて、又は
CCD上で静止物体の像を走査させるための回転
鏡もしくは並進移動鏡等の像偏向器を使う事によ
つて行なう事ができる。さらに本発明によれば単
一の像を使つて順次にアレイ７，９及び１１を走
査するか又は単一の像を分割して同時にアレイを
走査してもよい。

第４図は複数のTDI動作のCCDを照明するた
めに色分散帯を使用するフアクシミリ伝送装置を
説明している。より具体的には光源２３からの白
色光はレンズ２５によつて集められスリツト２７
を照明する。スリツトの光は再びレンズ２９によ
つて集められプリズム３１を照らす。プリズム３
１は入射白色光を成分スペクトル帯に分散し、分
散された光の帯を物体例えばソース・ドキユメン
ト３３を照らすように方向付ける。本発明から逸
脱する事なしに他の光分散装置例えば回折格子を
使用してもよい事が理解されるべきである。

スペクトル分散された光の帯はソース・ドキユ
メント３３の表面から反射され、レンズ３５によ
つて撮像装置例えば３つのCCD撮像アレイを有
するシリコン・チツプ上に焦結される。第４図に
示すように光の赤の帯はCCDアレイ７上に位置
付けられ、緑及び青の光の帯は各々CCDアレイ
９及び１１上に位置付けられる。

ソース・ドキユメント３３が矢印３９の向きに
動く時、ソース・ドキユメント３３の各ラインは
順に赤、緑及び青の光の帯で照らされる。従つて
各ラインはCCD撮像装置３７上を矢印４１で示
す向きに移動する。

以前説明したように特定のラインの赤い像が
CCDアレイ７の上を動く時、対応する電荷の塊
りがアレイ中で同期的にゲートされ、従つて像が
アレイ７の走査を完了する時アレイのシリアル・
レジスタ１３はラインの赤の像の画素に対応する
電荷の塊りを含んでいる。同様にライン像は緑及
び青のアレイ上を走査されラインの緑及び青の成
分像の画素に関する電荷の塊りを発生する。

CCD中の電荷の塊りをゲートする事及びソー
ス・ドキユメント３３の移動は連続的であり、各
ラインは赤、緑及び青のアレイを走査し関係のあ
る電荷の塊りは各ラインと共に移動しシリアル・
シーケンスで各アレイからゲート・アウトされ
る。もしCCDアレイが順次に走査されるならば
当然ラインの赤、緑及び青の像成分に関する画素
信号をラインの赤、緑及び青の画素と組合せるた
めに遅延させる必要がある。

別個の赤、緑及び青のCCD撮像アレイが単一
のチツプ上に配置されるか又は集積回路製造工程
で許される正確な方法で基板上に整列される事が
第４図の装置の重要な特徴である。従つてそのよ
うな複数の前もつて整列された撮像アレイは迅速
且つ容易に光の帯と揃えられる。

複数の前もつて揃えられたアレイと色分散光帯
を組合せて使う事は、光源を分割するために複雑
高価な光学素子が不要なため、望ましい。

第２図及び第４図のCCDアレイは水平及び垂
直に揃えられているが、本発明の精神から逸脱す
る事なしに、赤、緑及び青の画素のインターリー
ブを与えるためにアレイを互いに少し変位させる
事ができよう。

第４図はソース・ドキユメント３３が動き他の
部品が静止しているが、文書の像と撮像装置３７
との必要な相対的移動４１を得るための他の方法
も知られている。例えば照明部品２３，２５，２
７，２９及び３１を矢印３９の向きと反対の向き
に文書３３の表面に対して平行に移動させ一方可
動鏡から成る適当な系が文書の像をアレイ上に結
像するのを保つようにしてもよい。

本発明の装置は全色スペクトル応答又は何か他
の特定のスペクトル応答が望まれるような白黒撮
像にも使える。そのような場合各アレイの奥行及
びアレイの特定の位置は全色像の特定の色成分の
強調もしくは非強調の程度を決定する。上述のよ
うにそのような撮像系の赤アレイから出て来る画
素の電荷の塊りは例えばCCD遅延線で遅延され
緑アレイの対応する画素の電荷の塊りと組合され
る。次に組合された赤及び緑の電荷の塊りはさら
に遅延されこの電荷の塊りは青アレイの対応する
画素の電荷の塊りと組合されて必要なスペクトル
を強調した像を作る。

複数の前もつて揃えられた撮像アレイをカラー
撮像に関連する応用に関して説明したが、そのよ
うなアレイは他の応用にも用い得る。例えば第５
図に示すように２つのそのような撮像アレイを被
走査物体の焦点の合つた像及び焦点のずれた像に
対応する電気信号を発生するために用いてもよ
い。

動作中、焦結された像は第１の撮像アレイ４５
の表面を走査され、焦結された像のの光の強度に
対応する画素電荷信号を発生する。第１のアレイ
を走査した後、像は、焦点をずらす素子例えば透
明材料の板４９をアレイ４７の解像素子の上に配
置した第２のアレイ４７を走査するように動かさ
れる。従つて焦点のずれた像が第２のアレイ４７
を走査し、第２のアレイは焦点のずれた像の強度
に対応する画素信号を発生する。

画像の焦点の合つた電気信号及び焦点のずれた
電気信号は、焦点の合つた像に関する最適の白黒
しきい値を決定するために周知の方法で使用して
もよい。もちろんそのような応用に関して文書あ
るいはその他の物体は、文書を動かす事によつて
又は撮像装置を動かす事によつて走査される像を
形成するために、単色光又は白色光の帯で照明さ
れる。又そのような応用の場合２つのアレイのセ
ルは各アレイに関して同じ解像度を与えるために
同じ大きさである。

本発明に従つて多くの異なつた種類の前もつて
揃えられた撮像アレイを用いる事ができる。例え
ば本発明によるデバイスの複数の撮像アレイの１
つ又は２つ以上に、CCD線状アレイ、CCD走査
（CCD―scanned）線状フオトダイオード・アレ
イ又は自己走査（self―scanned）線状フオトダ
イオード・アレイを用いてもよい。そのような線
状撮像アレイはパラレル・レジスタの奥行が１セ
ルのTDIアレイと等価なものと考えてもよい。も
ちろん本発明の精神から逸脱する事なしに上述の
撮像系に組合せて違つた型のCCDアレイを用い
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はTDIモードで動作する先行技術の
CCD撮像装置の図、第２図はパラレル・レジス
タの奥行が異なる３つのCCDの図、第３図は本
発明によるカメラ撮像装置の図、第４図は本発明
によるフアクシミリ撮像装置の図、第５図はしき
い値撮像装置の参考例の図である。 ７，９，１１……CCD、８，１０，１２……
フイルタ、１９……物体、２３……光源、３１…
…プリズム、３３……文書、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…
…電荷蓄積距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象物の像の２つ以上の異なつた波長域に対
   応する電気信号を発生する撮像装置であつて、 入射光の強度に比例する大きさの電荷を発生さ
   せる手段を含む受光セルを所定方向に配列した２
   個以上の撮像アレイと、 上記撮像アレイに、それぞれ上記異なつた波長
   域の対象物の像を形成する手段と、 上記像の各々を上記所定方向に移動させる手段
   と、 上記各アレイに発生した電荷を、上記像の移動
   に同期して上記所定方向に移動させる手段とを備
   え、 上記各アレイの上記所定方向の長さが、上記各
   アレイの受光セルの上記波長域に対する感度を補
   償するように構成された撮像装置。