JPH0649007Y2 - 画像読取り装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈利用分野〉 本考案は、原稿読取り装置や、ビデオカメラなどに用い
れる画像読取り装置に関する。

〈従来技術〉 スキャナなどの原稿読取り装置や、ビデオカメラなどに
おいて光電変換素子として使用されるCCD（電荷結合素
子）などのイメージセンサは、光が入射されていないに
もかかわらず、電圧が出力される、いわゆる暗時出力と
呼ばれる出力を持っている。これは、イメージセンサの
動作速度が低下するほど（電荷の蓄積時間が長いほ
ど）、また温度が上昇するほど増加する傾向にある。

第５図に一般的なCCDの暗時出力電圧／温度特性図であ
る。

この図から明らかなように、暗時出力電圧／飽和出力電
圧は、蓄積時間や、温度がわずか変化しただけで、大幅
に変化することが分かる。ここで、飽和出力電圧とは、
これ以上、光量を増加しても出力電圧が増加しない電圧
値をいう。

また、蓄積時間は、電気的なタイミング信号によって一
定にすることができるが、温度は使用条件によって数十
度も変化する。したがって、低温時の暗時出力と、高温
時の暗時出力とは大きく異なる。例えば、通常の使用範
囲内では、８℃上昇するごとに暗時出力の値は２倍にな
る。

また、暗時出力は、CCDから出力される各画素信号に混
入されているので、真の画像信号を得るためには、CCD
の出力から暗時出力値を差し引いてやる、いわゆる暗電
流補正を行なわなければならない。

この補正について、第６図〜第８図を参照しながら、さ
らに説明する。

第６図は、代表的なCCDの一例を示すブロック図であ
る。

この図に示すCCD9は、複数のフォトダイオードセル１を
有するフォトダイオードアレィ２と、このフォトダイオ
ードアレィ２の両側部に各々配置される蓄積電極3a、3b
と、これら各蓄積電極3a、3bの外側に各々配置されるシ
フトゲート4a、4bと、これら各シフトゲート4a、4bのさ
らに外側に各々配置されるCCDアナログシフトレジスタ5
a、5bとを備えている。さらにこのCCD9は、前記各CCDア
ナログシフトレジスタ5a、5bの各一端側に配置される入
力ゲート6a、6bと、前記CCDアナログシフトレジスタ5
a、5bの他端側に各々配置されるリセットゲート7a,7b
と、前記CCDアナログシフトレジスタ5aの他端側から出
力される奇数番目の画素信号と前記CCDアナログシフト
レジスタ5bの他端側から出力される偶数番目の画素信号
とを交互に取込んで、これを端子OSから出力するととも
に、これに同期した信号を発生して、これを端子DOSか
ら出力する出力部８とを備えている。

そして、前記各シフトゲート4a、4bにシフト信号SH（第
７図（ａ）参照）が供給されたとき、それまでの撮像動
作によって得られた各画素信号が前記各シフトゲート4
a、4bを介してフォトダイオードアレイ２側から各CCDア
ナログシフトレジスタ5a、5b側に転送される。

そして、これら各CCDアナログシフトレジスタ5a、5bに
クロック信号φ1A、φ1B、φ2A、φ2B（第７図（ｂ）、
（ｃ）参照）や、リセット信号RS（第７図（ｄ）参照）
が供給される毎に、これら各CCDアナログシフトレジス
タ5a、5bに記憶されている各画素信号が１画素単位で交
互に出力されるとともに、これが出力部８によって取込
まれ、第７図（ｆ）に示す如く出力端子OSから出力され
る。

またこのとき、出力端子DOSから前記画素信号に同期し
た信号（第７図（ｅ）参照）が出力される。

またこの場合、このようなCCD9から出力される画素信号
は、ダミー画素信号と、有効画素信号とに区分される。

有効画素信号は、読取った画像を示しており、この信号
を再生することにより、画像を再現することができる。

また、ダミー画素信号には、空送り用の空信号と、前記
各フォトダイオードセル１のうち光シールドされたセル
から出力される光シールド画素信号とがある。

暗電流補正は、この光シールド画素信号に同期して出力
される信号DS（第７図（ｇ）参照）に基づいて前記光ホ
ールド画素信号をサンプリング・ホールドし、この後前
記各有効画素信号の値から光シールド画素信号の値を減
算して、真の信号電圧を得るものである。

第８図はこのような、サンプリング・ホールド処理や、
減算処理を行なう暗電流補正回路の一例を示す図であ
る。

この図に示す回路は、演算増幅器10と、アナログスイッ
チ11と、コンデンサ12と、３つの抵抗13〜15とを備えて
おり、信号DSが供給されたとき、アナログスイッチ11が
閉成して、このとき供給される光シールド信号（画素信
号）の電圧値をコンデンサ12に保持させる。

そして、各有効画素信号（画素信号）が供給されている
間、演算増幅器10によって前記各有効画素信号の値から
前記コンデンサ12に保持されている電圧値を減算して差
分を抽出し、この差分を暗電流補正済の画素信号（真の
画素信号）として後段回路（図示は省略する）に供給す
る。

なお、前記コンデンサ12に保持されている電圧値は、次
ラインの信号DSが供給されるまで保持される。

ところでこのような従来の暗電流補正方法においては、
次に述べるような欠点がある。

（イ）まず温度上昇によつてCCD9から出力される暗時出
力が大幅に増加しても飽和出力がほとんど変化しないの
で、暗電流補正後における画素信号のダイナミックレン
ジが減少する。

（ロ）また暗時出力が増加した場合、各増幅器の応答速
度や、コンデンサの容量などの関係で、有効画素信号の
値が暗電流補正し得る範囲を越えることがある。

（ハ）また暗時出力は、いわばノイズ成分であるので、
この暗時出力の変化によってSN比が大幅に変化する。

〈目的〉 本考案は上記の事情に鑑み、温度が変化して暗時出力が
大幅に変化した場合にも、ダイナミックレンジや、SN比
などが変化したり、有効画素信号の値が暗電流補正でき
なくなるのを防止することができる画像読取り装置を提
供することを目的としている。

〈構成〉 上記の問題点を解決するために本考案による画像読取り
装置においては、光遮蔽された電荷結合素子から出力さ
れた基準温度での画像信号と当該温度での画像信号の大
きさを比較して、それらが異なる時、蓄積された電荷に
よる荷電圧をクロック信号に同期して画素毎に取り出す
際の周期を増減することにより当該温度での画像信号の
大きさを基準温度での画像信号と等しくなるように制御
する暗電流制御手段と、白基準画像を読み取った基準温
度での画像信号と当該温度での画像信号の大きさを比較
して、それらが異なる時、光源の光量を増減することに
より当該温度での画像信号の大きさを基準温度での画像
信号と等しくなるように制御する光量制御手段を有した
ことを特徴としている。

以下、一実施例に基づいて本考案を具体的に説明する。

第１図は本考案による画像読取り装置の一実施例を示す
回路ブロック図である。

この図に示す画像読取り装置は、CCDから出力される暗
時出力を取込んで前記CCD20の電荷蓄積時間を制御する
蓄積時間制御回路21と、前記CCD20から出力される白基
準出力を取込んで前記CCD20を照明する光源23の光量を
制御する光量制御回路22とを備えている。

そして最初、常温のある温度の下、一定の蓄積時間と光
量で、暗時出力値と、基準となる画像の出力値（白基準
出力）とを検出する（第２図（ａ）参照）。ここで、基
準となる画像とは、例えばCCD20の端部に配置された白
色基準板24の画像である。ただし、この白色基準板24を
撮像して得られる各画素信号は飽和しないものとする。

そして、温度が上昇して第２図（ｂ）に示すように暗時
出力の値が増加すれば、蓄積時間制御回路21がこれを検
出してCCD20の蓄積時間を短くし、第２図（ｃ）に示す
如く暗時出力値を、常温のときと同じくする。このと
き、白色基準出力の値も同様に低下するので、このとき
光量制御回路22が光源23を制御して、この光源23から出
射される光の量を増加させ、白色基準出力の値を増加さ
せる。この場合、光源23から出射される光の量を増加さ
せても、暗時出力の値はほとんど変化しないので、第２
図（ｄ）に示す如く常温のときと、全く変わらない暗時
出力と、白基準出力とを得ることができる。

そして、白基準の出力値が変わらないということは、通
常の画像の出力値が変化しないのと、同じ結果になるか
ら、温度上昇の影響を補償したのと同じ結果になる。

次に、第３図、第４図を参照しながら上述した実施例を
さらに具体的に説明する。

第３図は、第１図に示す蓄積時間制御回路の具体例を示
すブロック図である。

この図に示す蓄積時間制御回路21は、CCD20から出力さ
れる暗時出力と、常温のある温度における暗時出力とを
比較するコンパレータ25と、このコンパレータ25の出力
に基づいて蓄積時間制御信号を生成するMPU（マイクロ
コンピュータ）26と、このMPU26から出力される蓄積時
間制御信号に基づいた繰り返し周期でシフト信号SHを発
生して、これを前記CCD20に供給するシフト信号生成回
路27とを備えている。

そして、常温のある温度における暗時出力より、CCD20
から定期的に出力される暗時出力の方が大きく（または
小さく）なってコンパレータ25の出力が値“Lo"（また
は“Hi"）になれば、MPU26がこれを検出してシフト信号
生成回路27から出力されるシフト信号SHの繰り返し周期
を短くして（または、長くしたりして）前記CCD20から
出力される暗時出力の値を一定化させる。

また、第４図は、第１図に示す光量制御回路の具体例を
示すブロック図である。

この図に示す光量制御回路22は、CCD20から出力される
白基準出力と、常温のある温度における白基準出力とを
比較するコンパレータ28と、このコンパレータ28の出力
に基づいて光量制御信号を生成するMPU（マイクロコン
ピュータ）29と、このMPU29から出力される光量制御信
号に基づいた値の光量制御信号を発生して、これを前記
光源23に供給する光量制御信号生成回路30とを備えてい
る。

そして、常温のある温度における白基準出力より、CCD2
0から定期的に出力される白基準出力の方が大きく（ま
たは小さく）なってコンパレータ28の出力値“Lo"（ま
たは“Hi"）になれば、MPU29がこれを検出して光量制御
信号生成回路30から出力される光量制御信号の値小さく
して（大きくして）前記光源23から出射される照射光の
明るさを制御し、前記CCD20から出力される白基準出力
の値を一定化させる。

このようにこの実施例においては、CCD20の蓄積時間
と、光源23の明るさとを制御して、温度が変化しても暗
時出力と、白基準出力とが一定に保たれるようにしてい
るので、温度が変化して暗時出力が大幅に変化した場合
にも、ダイナミックレンジや、SN比が変化したり、有効
画素信号の値が補正範囲を越えたりするのを防止するこ
とができる。

また上述した実施例においては、CCD20から出力される
暗時出力と、白基準出力とに基づいて、CCD20の蓄積時
間と、光源23の明るさとを制御しているが、CCD20の近
傍に温度センサを取付け、この温度センサの出力に基づ
いてMPUや、ROMから蓄積時間制御信号や、光量制御信号
を出力させるようにしても良い。

また上述した各実施例においては、光源23の明るさを直
後、制御するようにしているが、この光源23と、CCD20
の受光面との間などに液晶フィルタなどを設け、この液
晶フィルタの光透過量を制御してCCD20の受光量を制御
するようにしても良い。

〈効果〉 以上説明したように本考案によれば、温度が変化して暗
時出力が大幅に変化した場合にも、ダイナミックレンジ
や、SN比が変化したり、有効画素信号の値が補正範囲を
越えたりするのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による画像読取り装置の一実施例を示す
回路ブロック図、第２図（ａ）〜（ｄ）は各々同実施例
を説明するための模式図、第３図は第１図に示す蓄積時
間制御回路の具体例を示すブロック図、第４図は第１図
に示す光量制御回路の具体例を示すブロック図、第５図
は一般的なCCDの暗時出力／温度特性図、第６図はCCDの
回路構成例を示すブロック図、第７図（ａ）〜（ｇ）は
各々第６図に示すCCDの動作例を示すタイミングチャー
ト、第８図は従来から用いられている暗電流補正回路の
一例を示す回路である。 20……CCD、21……制御部（蓄積時間制御回路）、22…
…制御部（光量制御回路）、23……光源、24……白基準
板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの照明光によって照明された原稿
   の反射光を電荷結合素子に導いて電荷を蓄積させ、所定
   の周期毎に蓄積された電荷による荷電圧をクロック信号
   に同期して画素毎に取り出して原稿画像を読み取ったシ
   リアル画像信号として出力する画像読取り装置におい
   て、光遮蔽された前記電荷結合素子から出力された基準
   温度での画像信号と当該温度での画像信号の大きさを比
   較して、それらが異なる時、前記周期を増減することに
   より当該温度での画像信号の大きさを基準温度での画像
   信号と等しくなるように制御する暗電流制御手段と、白
   基準画像を読み取った基準温度での画像信号と当該温度
   での画像信号の大きさを比較して、それらが異なる時、
   前記光源の光量を増減することにより当該温度での画像
   信号の大きさを基準温度での画像信号と等しくなるよう
   に制御する光量制御手段を有したことを特徴とする画像
   読取り装置。