JPH06310693A - イメージセンサ及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で原稿画像の読み取り及び照明光
量の測定することができるイメージセンサを提供するこ
と、及び、このイメージセンサを利用して、簡単な構成
で照明光量を補正することができる画像読取装置を提供
すること。 【構成】 画像読取用のＣＣＤリニアイメージセンサ１
４と照明光量検出用の光量センサ部１５とが同一パッケ
ージ１１内に設けられており、ＣＣＤリニアイメージセ
ンサ１４の出力と光量センサ部１５の出力とがそれぞれ
独立にパッケージ１１外に導出されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光量モニタ機能を備え
たイメージセンサ、およびこのイメージセンサを使用し
た画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像読取装置においては、原稿の面に沿
って照明装置が搭載されているキャリッジが走査され、
原稿からの反射光が画像読取用ラインセンサ上に結像さ
れ、画像読取用ラインセンサから電気的な読取信号が得
られる。この画像読取装置において、原稿の読み取り中
に照明光量の変動が発生すると読取濃度値が変動してし
まう。特に、照明装置が蛍光灯の場合とか、画像読取装
置の読み取り速度が遅くて、読み取り時間が長くなって
しまう場合などでは、変動がかなり大きいので、照明光
量をモニタし、その情報を読取装置のシステムにフィー
ドバックして、照明光量の変動を抑制したり、読取信号
を補正するといったいわゆるシェーディング処理が行わ
れている。

【０００３】このシェーディング処理を行う際の照明光
量をモニタするための手段としては幾つか知られている
が、その一つとして光量モニタ用の専用センサを設けた
ものがある。この光量モニタ用センサは、照明装置が搭
載されているキャリッジ上、またはラインセンサの横に
設置され、原稿読み取り中に、原稿読取領域の外側の領
域に副走査方向に設けられた濃度基準板からの反射光を
モニタし、照明光量の変動量を測定する。しかしなが
ら、前者の場合には、キャリッジの重量が増加するこ
と、キャリッジ・本体間に信号線を設ける必要があり、
また、後者の場合には、ラインセンサのパッケージによ
って光量モニタ用センサの設置場所に制限が生ずるなど
の欠点がある。

【０００４】また、照明光量をモニタするための別の手
段として、ラインセンサの画素列の一部を使用するもの
も知られている。これは、読み取り可能領域が原稿読取
領域よりも広いラインセンサを採用し、そのセンサの画
素列の一部、たとえば先頭部或いは最後部で、画像読取
領域の外側の領域に副走査方向に設けられた濃度基準板
を読み取らせ、照明光量の変動量を測定するものであ
る。この場合には、光量モニタ用の専用センサを設ける
必要がないため機構が簡単であるが、ラインセンサの読
み取り出力中からこのモニタ信号分を分離するための回
路が必要となり、回路の構成及び制御内容が複雑になる
という欠点がある。また、ラインセンサの読み取り出力
は高い周波数成分を有しているので、高速動作可能な回
路を使用しなければならないという制約が生じる。更
に、照明制御をデジタル処理で行わなければならないの
で、制御用のＣＰＵの負荷が重くなると共に、制御回路
の構成も複雑になってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な構成
で原稿画像の読み取り及び照明光量の測定することがで
きるイメージセンサを提供することを目的とする。ま
た、本発明は、このイメージセンサを利用して、簡単な
構成で照明光量を補正することができる画像読取装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
は、前記目的を達成するため、画像読取用ラインセンサ
と光量センサとが同一パッケージ内に設けられており、
前記画像読取用ラインセンサの出力と前記光量センサの
出力とがそれぞれ独立にパッケージ外に導出されている
ことを特徴とする。

【０００７】また、本発明の画像読取装置は、原稿読取
領域の外側の領域に副走査方向に設けられた濃度基準板
と、原稿読み取り中に同時に前記濃度基準板からの反射
光の光量を測定する前記イメージセンサと、該イメージ
センサ内の前記光量センサの出力に基づいて読取濃度特
性を補正する手段を有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】画像をイメージセンサで読み込むとき、原稿の
画像が画像読取用ラインセンサに投影されると共に、濃
度基準板からの反射光が光量センサに投影される。光量
センサからは、照明光量に応じた信号が得られるので、
この信号に基づいて照明光量を制御すれば、照明光量は
常に一定に維持される。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面を参照し
ながら説明する。

【００１０】図１は、本発明が適用可能な画像読取装置
の概略構成図である。同図において、原稿台１上に下向
きに置かれた原稿８を蛍光灯２で照明し、反射ミラー
３，４、光学レンズ５を介して直線状のイメージセンサ
６上に原稿像を結像し、原稿の主走査方向の読み取りを
行う。イメージセンサ６では原稿像を電気信号に変換す
る。また、蛍光灯２、反射ミラー３，４は、モータ駆動
系（図示せず）により、図中の矢印方向に移動して原稿
台１を走査し、副走査方向の読み取りを行う。したがっ
て、イメージセンサ６からは、原稿像に対応した電気信
号、すなわち画像信号が得られる。

【００１１】また、図１に示す画像読取装置において
は、蛍光灯２の発光ムラ、反射ミラー３，４の汚れ等に
よる濃度ムラ、光学レンズ５の光度分布のムラ等のいわ
ゆるシェーディングを除去する手段を設けている。すな
わち、シェーディング補正用の白色基準板７ａを原稿台
１の副走査方向の走査開始端部に設けている。白色基準
板７ａは、前記画像信号を補正する際の基準となる信号
を発生させるための濃度基準板として機能する板状体で
あって、全面を例えば白く均一に塗ったものであり、図
２に示すように、主走査方向に伸延している。また、原
稿台１の主走査方向の走査開始端部にも、副走査方向に
伸延する光量モニタ用の白色基準板７ｂが設けられてい
る。なお、図２は、原稿台１の下から原稿８を見た状態
を示している。図２において右側が装置の正面すなわち
操作者側、左側が背面、上側が装置正面から見て左側で
ある。また、図２において、原稿は左から右に主走査さ
れ、上から下に副走査される。

【００１２】原稿を読み取るに際しては、原稿８の走査
に先立ってこの白色基準板７ａ，７ｂを読み取る。そし
て、その後に原稿を走査し、白色基準板７ａ，７ｂの読
取信号に基づき画像信号補正を行う。なお、９は白色基
準板７ａ，７ｂのカバー兼原稿位置規定用の突き当てガ
イドである。

【００１３】図３は、本発明の第１の実施例において使
用されるイメージセンサ６の構成を模式的に示す説明図
である。イメージセンサ６のパッケージ１１内には、従
来から設けられていたＣＣＤセンサチップ１２に加えて
光量センサチップ１３が設けられている。光量センサチ
ップ１３は、ＣＣＤセンサチップ１２の走査開始側端部
の近傍でその延長線上に配置されている。なお、光量セ
ンサチップ１３の詳細については後述するが、基本的に
は入力光量に応じた低速アナログ信号を発生するもので
ある。

【００１４】図４は、図１に示された画像読取装置の結
像光学系の概略を示す図である。原稿台１上に下向きに
置かれた原稿８の画像は、光学レンズ５を介して、イメ
ージセンサ６上に投影される。このとき、原稿８の画像
がイメージセンサ６のＣＣＤセンサチップ１２部分に投
影されると共に、光量モニタ用の白色基準板７ｂも同時
にイメージセンサ６の光量センサチップ１３部分に投影
されるように、イメージセンサ６の寸法や結像光学系の
配置が設定される。

【００１５】図５は、図３に示すイメージセンサ６の電
気信号系を示す回路図である。図５に示すにおいては、
同一パッケージ１１内に、ＣＣＤセンサチップ１２に対
応するＣＣＤリニアイメージセンサ１４と、光量センサ
チップ１３に対応する光量センサ部１５が設けられてい
る。

【００１６】ＣＣＤリニアイメージセンサ１４は、図６
に示されるような一般に知られている構造のもので、フ
ォトダイオードアレイ１４ａ、一対のシフトゲート１４
ｂ，１４ｃ、一対のＣＣＤアナログシフトレジスタ１４
ｄ，１４ｅ、出力バッファ１４ｆ等から構成されてい
る。

【００１７】フォトダイオードアレイ１４ａで発生した
電荷は、端子ＳＨから供給されるシフトパルスに同期し
て交互に制御される一対のシフトゲート１４ｂ，１４ｃ
を介して一対のＣＣＤアナログシフトレジスタ１４ｄ，
１４ｅに転送され、更に、端子φ_1A，φ_1B，φ_2A，φ_2B
から供給される２相の転送パルスに同期して主走査方向
に転送され、更に、出力バッファ１４ｆを介して端子Ｏ
Ｓに出力される。出力バッファ１４ｆは端子ＲＳからの
リセットパルスで画素ごとにリセットされる。

【００１８】ＣＣＤリニアイメージセンサ１４の各端子
ＳＨ、φ_1A，φ_1B，φ_2A，φ_2B、ＯＳ等は、パッケージ
１１に設けられたピンに接続される。また、ＣＣＤリニ
アイメージセンサ１４に動作電流を供給するための電源
端子ＯＤ及び接地端子ＳＳもパッケージ１１に設けられ
る。

【００１９】一方、光量センサ部１５は、光ダイオード
１５ａと、このフォトダイオード１５ａの出力が供給さ
れるエミッタフォロアトランジスタ構成の出力バッファ
１５ｂとから構成されている。この出力バッファ１５ｂ
に対しては、端子Ｖ_DDと端子ＧＮＤから動作電流が供給
され、出力バッファ１５ｂの出力は端子ＯＭに出力され
る。なお、図５に示す出力バッファ１５ｂは基本的な構
成を示すもので、必要に応じて出力電圧を保持するため
のサンプルホールド回路を付加したり、或いは、出力バ
ッファ１５ｂ自体をより高利得の、或いは、小オフセッ
ト変動の性能のよい回路に変更してもよい。

【００２０】図５に示す光量センサ部１５の出力バッフ
ァ１５ｂは、フォトダイオード１５ａの出力に対してバ
ッファとして動作するだけでよいので、デジタル回路に
比べて電源電圧の制限は緩やかであり、数Ｖ〜数１０Ｖ
の範囲で動作可能である。また、電力を増幅するもので
はないので、消費電流はせいぜい数１０ｍＡ程度と小さ
い。

【００２１】ところで、このように同一のパッケージ１
１内に二つの独立に動作する回路を収容する場合、コス
トダウンのためパッケージ１１の入出力端子数、すなわ
ちピン数は少ない方が望ましい。そこで、図７に示すよ
うに、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４の電源側の端子
と光量センサ部１５の電源側の端子を共通にして一つの
端子ＯＤとして引き出すと共に、ＣＣＤリニアイメージ
センサ１４の接地側の端子と光量センサ部１５の接地側
の端子を共通にして一つの端子ＳＳとして引き出すこと
ができる。通常、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４に対
する電源電圧は５〜１２Ｖ程度であるので、ＣＣＤリニ
アイメージセンサ１４と光量センサ部１５の電源端子及
び接地端子を共通にすることは容易に実現できる。

【００２２】このように両方の電源系を共通とすること
でラインセンサ６の構成を簡素化することができると共
に、このラインセンサ６を使用する際の電源コストを抑
制することができる。

【００２３】また、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４と
光量センサ部１５の信号出力回路を全く分離独立したも
のとすることで、両信号の処理における相互間の干渉や
処理回路構成時の自由度を確保できる。

【００２４】次に、上述した光量センサ部１５を有する
イメージセンサ１６を使用して、照明光量を補正するた
めの構成について説明する。図８は、画像読取装置全体
の信号系を示すブロック図である。ＣＣＤリニアイメー
ジセンサ１４と光量センサ部１５とでイメージセンサ６
を構成しており、原稿８の画像を読み取っている動作期
間においては、図４に示すように、原稿８の画像がイメ
ージセンサ６のＣＣＤセンサチップ６ｂ部分、すなわ
ち、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４に投影されると共
に、光量モニタ用の白色基準板７ｂも同時にイメージセ
ンサ６の光量センサチップ６ｃ部分、すなわち、光量セ
ンサ部１５に投影される。したがって、ＣＣＤリニアイ
メージセンサ１４からは、原稿８の画像を１ライン分読
み込んだ画像信号が得られ、光量センサ部１５からは白
色基準板７ｂからの反射光量に応じた低速のアナログ信
号が得られる。光量センサ部１５の出力は、たとえば、
白色基準板７ｂからの反射光量が増加した場合には、そ
のレベルが上昇する。

【００２５】ＣＣＤリニアイメージセンサ１４からの画
像出力は、増幅器１６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１
７に入力され、例えば８ビットのデジタルデータに変換
される。この出力は、続いてシェーディング補正回路１
８に入力され、予め読み取られメモリ１９に格納されて
いる白色基準板読取データにより除算が行われた後、後
段の回路またはプリンタに出力される。すなわち、シェ
ーディング補正が行われた状態で画像が出力される。な
お、２０は、メモリ１９からＣＣＤリニアイメージセン
サ１４の走査位置に応じた白色基準板読取データを取り
出すためのアドレスカウンタである。

【００２６】一方、光量センサ部１５からの信号は、照
明用電源２１に供給される。照明用電源２１は原稿照明
用の光源、すなわち、蛍光灯２に動作電流を供給するた
めの電源であり、光量センサ部１５からの信号のレベル
に応じて蛍光灯２に対する動作電流或いは印加電圧が制
御される。たとえば、経時変化等により蛍光灯２の光量
が低下した場合には光量センサ部１５からの信号のレベ
ルが低下するので、この場合には蛍光灯２に対する印加
電圧を上昇させる。これにより、原稿に対する照明光量
は各主走査毎に一定に維持され、原稿の画像全体を一定
の光量で照明することができる。

【００２７】上述したように、本実施例においては、イ
メージセンサ６の内部にＣＣＤリニアイメージセンサ１
４と共に一体的に設けた光量センサ部１５で、白色基準
板７ｂからの反射光量を測定し、この光量センサ部１５
の出力に基づいて直接照明用電源２１を制御しているの
で、画像信号に対してシェーディング補正を行う信号系
とは独立して制御を行うことができる。したがって、本
来のシェーディング補正に悪影響を与えたり、回路が複
雑化することがない。また、光量センサ部に出力は低速
アナログ信号であるので、動作速度の遅い簡単な構成の
回路を使用することができデジタルによる制御よりも安
定性、信頼性が高い。

【００２８】なお、実際に光量モニタを実施する際に
は、測定系の精度確保のため、ある頻度以上の較正作業
が必要となるが、本実施例のような読取装置の場合に
は、原稿読み取り毎に、シェーディング補正データ更新
のために主走査方向の白色基準板の読み取りが行われる
ので、この時に同時に光量モニタ系の較正を実施すれば
効率的である。

【００２９】上述の実施例においては、同一パッケージ
１１内にＣＣＤセンサチップ１２と光量センサチップ１
３とを設けているが、これを更に進めて、同一チップ上
にＣＣＤリニアイメージセンサと光量センサ部を形成す
ることも考えられる。

【００３０】図９（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、本発明
のイメージセンサの他の実施例を示す平面図，一部切欠
側面図及び断面図である。合成樹脂，セラミックス等の
絶縁体からなる長手状のパッケージ３１にはその伸延方
向に沿って凹部３２が形成されており、この凹部３２の
底部にイメージセンサの半導体チップ３３が取り付けら
れており、更に、凹部３２及び半導体チップ３３を覆う
ようにパッケージ３１の上面にガラス板３４が取りつけ
られている。また、パッケージ３１の側面からは半導体
チップ３３内の回路と電気的に接続された複数のピン３
５が導出されている。

【００３１】図１０は、図９に示すイメージセンサの半
導体チップ３３の走査開始側の端部（丸で囲んだ部分
Ａ）を拡大して示す模式図であり、共通の基板３６上
に、画像読取用の光センサ素子列３７と、光量モニタ用
の光センサ素子３８と、後述する信号処理等を行う付属
回路３９が形成されている。

【００３２】図１１は、光センサ素子列３７の構造例を
示す。なお、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ’線切断断面図、同図（ｃ）は同図
（ａ）のＢ−Ｂ’線切断断面図である。ｐ−Ｓｉからな
る基板４１上にＰ⁺ のチャネルストッパ４２と光ダイオ
ード４３とが主走査方向に交互に形成されて画素列４４
が形成され、更にチャネルストッパ４２と光ダイオード
４３を覆うようにＳｉＯ₂ からなる絶縁膜４５が形成さ
れている。各光ダイオード４３の受光面が画素の開口４
４ａに対応している。チャネルストッパ４２と光ダイオ
ード４３からなる画素列４４と平行に、アナログレジス
タとして機能するＣＣＤ４６が形成されている。なお、
通常のリニアセンサにおいては、画素のピッチｐは７〜
数１０μｍ、開口４４ａ間の距離ｄは３〜数μｍであ
る。

【００３３】イメージセンサの上方から光が入射する
と、光ダイオード４３部分で入射光量に応じた電荷が発
生する。隣接する画素間にはチャネルストッパ４２が設
けられているので、隣接画素間の電荷の混入は防止され
る。発生した電荷は、端子ＰＧから電圧が供給されてい
るホトゲート２７部分に蓄積され、或る一定時間毎、た
とえば、数１００μｓ毎に端子ＳＨから供給されるシフ
トパルスによりトランスファゲート４８が開となってＣ
ＣＤ４６に転送される。更に、ＣＣＤ４６に転送された
これらの電荷は、端子φ₁ からクロックパルスに同期し
て、図１１（ｃ）において紙面に垂直な方向、すなわ
ち、ラインセンサの長手方向（主走査方向）に順次転送
される。

【００３４】光量モニタ用の光センサ素子３８も光セン
サ素子列３７と同様な構成を有していおり、周知のリソ
グラフィ技術を使用して同様な工程で製造される。但
し、１画素分の光センサ素子を形成するだけでよい。光
量モニタ用の光センサ素子３８の出力は、所定の信号処
理等を行う付属回路３９を介してパッケージ３１に設け
られた複数のピン３５の中の予め決められた光量モニタ
用のピンに出力される。なお、付属回路１８もリソグラ
フィ技術を使用して光センサ素子列３７や光センサ素子
３８と同様な工程で形成することができる。

【００３５】上述した実施例においては、同一の半導体
チップ３３内に画像読取用の光センサ素子列３７と光量
モニタ用の光センサ素子３８とを設けているので、チッ
プの種類が２種類から１種類に減り、原材料費、組立工
数を低減できる。また、構造が簡単化されると共に、共
通な構造を有するので同一工程で画像読取用の光センサ
素子列３７と光量モニタ用の光センサ素子３８を製造す
ることができ、製造コストを下げることができる。更
に、チップ間のボンディングワイヤの数を減らすことが
できるので製造の工数が少なくなると共に信頼性が高く
なる。またさらに、光センサ素子列３７と光センサ素子
３８とは、予め一体に形成されるので両センサ間の位置
合わせ工程が不要となる。またさらに、両センサ画素間
の距離を短くできるので、主走査方向の照明範囲が広く
ない画像入力装置においても適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、同一のパッケージ内或いはチップ内に原稿の画像を
読み取るためのリニアセンサと、光量を測定するための
光量センサを設け、出力信号はそれぞれ独立に取り出す
ようにしたので、簡単な回路で照明光量を検出して補正
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用可能な画像読取装置の概略構成
図である。

【図２】 原稿と白色基準板との関係を示す説明図であ
る。

【図３】 本発明の第１の実施例において使用されるイ
メージセンサの構成を模式的に示す説明図である。

【図４】 図１に示された画像読取装置の結像光学系の
概略を示す図である。

【図５】 図３に示すイメージセンサの電気信号系を示
す回路図である。

【図６】 ＣＣＤリニアイメージセンサの一般的な構造
を示すブロック図である。

【図７】 電源系を共通にしたイメージセンサの例を示
すブロック図である。

【図８】 画像読取装置全体の信号系を示すブロック図
である。

【図９】 本発明のイメージセンサの他の実施例を示す
平面図，一部切欠側面図及び断面図である。

【図１０】 図９に示す半導体チップの走査開始側の端
部を拡大して示す模式図である。

【図１１】 光センサ素子列の構造を示す平面図及び断
面図である。

【符号の説明】

１…原稿台、２…蛍光灯、３，４…反射ミラー、５…光
学レンズ、６…イメージセンサ、７ａ，７ｂ…白色基準
板、８…原稿、９…突き当てガイド、１１…パッケー
ジ、１２…ＣＣＤセンサチップ、１３…光量センサチッ
プ、１４…ＣＣＤリニアイメージセンサ、１４ａ…フォ
トダイオードアレイ、１４ｂ，１４ｃ…シフトゲート、
１４ｄ，１４ｅ…ＣＣＤアナログシフトレジスタ、１４
ｆ…出力バッファ、１５…光量センサ部、１５ａ…光ダ
イオード、１５ｂ…出力バッファ、１６…増幅器、１７
…Ａ／Ｄ変換器、１８…シェーディング補正回路、１９
…メモリ、２０…アドレスカウンタ、２１…照明用電
源、３１…パッケージ、３２…凹部、３３…半導体チッ
プ、３４…ガラス板、３５…ピン、３６…基板、３７…
光センサ素子列、３８…光センサ素子、３９…付属回
路、４１…基板、４２…チャネルストッパ、４３…光ダ
イオード、４４…画素列、４４ａ…開口、４５…絶縁
膜、４６…ＣＣＤ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像読取用ラインセンサと光量センサと
   が同一パッケージ内に設けられており、前記画像読取用
   ラインセンサの出力と前記光量センサの出力とがそれぞ
   れ独立にパッケージ外に導出されていることを特徴とす
   るイメージセンサ。
2. 【請求項２】 前記光量センサが、前記画像読取用ライ
   ンセンサと同一の半導体チップ上に設けられていること
   を特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
3. 【請求項３】 前記光量センサが、前記画像読取用ライ
   ンセンサの画素列の延長上に設けられていることを特徴
   とする請求項１記載のイメージセンサ。
4. 【請求項４】 前記光量センサと前記画像読取用ライン
   センサの電源回路が共通であることを特徴とする請求項
   １記載のイメージセンサ。
5. 【請求項５】 前記光量センサが、前記画像読取用ライ
   ンセンサの画素列の始端側端部に設けられていることを
   特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
6. 【請求項６】 原稿読取領域の外側の領域に副走査方向
   に設けられた濃度基準板と、原稿読み取り中に同時に前
   記濃度基準板からの反射光の光量を測定する請求項１記
   載のイメージセンサと、該イメージセンサ内の前記光量
   センサの出力に基づいて読取濃度特性を補正する手段を
   有することを特徴とする画像読取装置。
7. 【請求項７】 前記読取濃度特性を補正する手段は、前
   記前記光量センサの出力に基づいて照明光量の制御する
   手段を備えていることを特徴とする請求項６記載の画像
   読取装置。