JPH09289563A - カラー画像読み取り方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源切換方式のカラー画像読取り装置は走査
速度が遅い問題がある。 【解決手段】 入射光情報を光電変換するために整列配
置された複数のフォトトランジスタ又はフォトダイオー
ドと、光電変換された信号による蓄積電荷を出力するた
めにフォトトランジスタ又はフォトダイオード毎に設け
られたアクセス用トランジスタを有し、アクセス用トラ
ンジスタを介し走査パルスに従って順次、明信号に比例
した画像信号を共通信号ラインに出力する機能を有する
イメージセンサを用い、複数の異なる波長の光源を切り
換え原稿のカラー情報を読みとるカラー画像読み取り方
式において、イメージセンサのフォトダイオードに蓄積
された入射光情報を走査パルスに従って読みとる期間終
了後と次の読み取りが始まる間のブランキング期間にお
いてのみパルス状の照明光を原稿に照明し、順次異なる
波長の光源を切り換え、原稿からの反射光をカラー入射
光情報として読みとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー画像読み取
り装置において特に原稿読み取り速度を向上させた光源
切換方式のカラー画像読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラー画像読み取り装置はスキャ
ナやハンディスキャナ等の読み取り装置として広く使用
されており、この種の装置には図３のように緑色
（Ｇ）、赤色（Ｒ）および青色（Ｂ）の３原色を順次切
換ることができる原稿照明系（光源１９＋色フィルタ２
０）と被写体３０からの反射光を１列の線状受光素子列
を持ったイメージセンサ４０を用い、各色信号成分を順
次メモリ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂに蓄え出力する方式
（光源切換方式）を用いたものが商品化されている。イ
メージセンサにはＣＣＤが用いられ、レンズにより原稿
情報を縮小してＣＣＤに投射し読みとる。このようなレ
ンズ縮小光学系を用いた場合機器の小型化が困難である
ことが指摘されている。

【０００３】これを改良する手段として、正立等倍のロ
ッドレンズアレイを用い原稿読み取り幅以上の長さの長
尺センサにより画像情報を読みとる密着型イメージセン
サを用いることで装置を小型化することができる。密着
型イメージセンサには、ＣＣＤやＢｉＣＭＯＳプロセス
によって作成されるＢＡＳＩＳ（テレビジョン学会誌、
Vol.47、PP1177）を用いることも可能であるが、高価で
あるため白黒用イメージセンサの多くは、フォトダイオ
ードやフォトトランジスタを１次元に配列しシフトレジ
スタによって、画像情報により光電変換された蓄積電荷
を共通信号ラインに出力するＣＭＯＳやバイポーラプロ
セスによって作成されるイメージセンサが用いられてい
る。

【０００４】フォトダイオードをＣＭＯＳシフトレジス
タで走査する例として、特開平７−２４５５３３号公報
に、バイポーラフォトトランジスタをサイリスタシフト
レジスタで走査する例として、米国特許４，８４５，５
６７号公報に、バイポーラフォトトランジスタをＣＭＯ
Ｓシフトレジスタで走査する例として、特開平１−１９
８１８３号公報に開示されている。ここで、前者のＣＣ
ＤやＢＡＳＩＳでは１次元に配列されたフォトダイオー
ドに画像情報により光電変換された蓄積電荷を読み出し
用の電荷蓄積部に一括転送し、光電変換とは関係ない状
態で順次読み出すのに対し、後者では光電変換され蓄積
された電荷を直接順次読み出す点で、さらに読み出し後
は直ぐに電荷蓄積が始まる点で異なっている。

【０００５】一方、密着型イメージセンサにおいてもカ
ラー画像の読みとる方式には、ＲＢＧの色フィルタを１
次元に配列した３列のフォトダイオード上に形成して、
白色光源でそれぞれＲＧＢの色信号を出力する方式（カ
ラーセンサ方式）と、白黒用のセンサチップを用いて照
明光源の波長をＲＧＢの３色に切換え、カラー画像情報
を光電変換する方式（光源切換え方式）がある。後者の
光源切換え方式は、センサチップが安価で容易に作成で
きることから、長尺のセンサを必要とする密着型イメー
ジセンサにとって有利な方式である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＣＣＤや
ＢＡＳＩＳのようなフォトダイオードに光電変換され蓄
積された電荷を一括して読み出す方式と異なり、光電変
換され蓄積された電荷を直接順次読み出す方式では、読
み出しが完了すると同時に電荷蓄積が始まるため、蓄積
および読み出し期間毎に光源を切り換えた場合、各画素
には混色した信号が蓄積される。このため、図２のよう
に各光源を切り換える以前に２ライン走査し、前ライン
を捨てることが必要である。図２では、上段のスタート
信号（Ｓｔ信号）を受けて中段の明出力が１〜ｎビット
を１ラインとして出力される。この時、各ビットの積分
時間は、１ビット目は中段のａ）の期間、最終ビットの
ｎビット目はｂ）の期間である。このため、照明光源
は、２ライン間照明する必要がある。そして、下段のＲ
光の照明期間の内、Ｓｔ信号１のラインを捨て、２のラ
インのみをＲ色信号として取り出す事が必要である。光
源がＳｔ信号２のラインの読み取りが終了後、Ｇ光源に
切り換える。この時も、Ｓｔ信号３と４の期間照明し、
３のラインの信号を捨て、４のラインをＧ色信号として
取り出すことが必要である。このように２ラインで１光
源読み取りとなるため、読み取り速度が著しく遅くなる
欠点がある。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑み、安価なイメー
ジセンサを用いることができ、さらに光源切換方式にお
いても高速な読み取りが可能なカラー画像読み取り装置
を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のカラー画像読み取り方式は、少なくとも入
射光情報を光電変換するために整列配置された複数のフ
ォトトランジスタあるいはフォトダイオードと、光電変
換された信号による蓄積電荷を出力するためにフォトト
ランジスタあるいはフォトダイオード毎に設けられたア
クセス用トランジスタを有し、アクセス用トランジスタ
を介し走査パルスに従って順次、明信号に比例した画像
信号を共通信号ラインに出力する機能を有するイメージ
センサを用い、複数の異なる波長の光源を切り換え原稿
のカラー情報を読みとるカラー画像読み取り方式におい
て、上記イメージセンサのフォトダイオードに蓄積され
た入射光情報を走査パルスに従って読みとる期間終了後
と次の読み取りが始まる間のブランキング期間において
のみパルス状の照明光を原稿に照明し、順次異なる波長
の光源を切り換え、原稿からの反射光をカラー入射光情
報として読みとるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の第一の実施例のカラ
ー原稿読み取り方式について、図面を参照しながら説明
する。

【００１０】図１は本発明の実施例における実施形態で
あるカラー画像読み取り方式の構成を示すものである。
図１ａ）において、３０は原稿、１３はレンズであり等
倍のロッドレンズアレイを示しているが縮小レンズある
いはレンズアレイでもよい。４０は線状のイメージセン
サ部を示し、光電変換素子１０の上にｎ個の受光素子列
４１を持つ。原稿照明手段としては、２１の赤色（Ｒ）
の光で照明する光源と、２２の青色（Ｂ）の光で照明す
る光源と、２３の緑色（Ｇ）の光で照明する光源とで構
成されていて、原稿と受光素子列の相対位置を走査する
手段と同期してこれら２つの光源を切り換える手段を有
する。ここでは、白色光源を用いて赤色フィルタと青
色、緑色フィルタを交互に交換して照明光を切り換えて
も効果は同じである。

【００１１】１０の光電変換素子には図４に示すバイポ
ーラフォトトランジスタとサイリスタシフトレジスタを
用いたＩＣや、図５のフォトダイオードにＭＯＳ増幅器
とＭＯＳシフトレジスタを用いたＩＣ素子を用いる。こ
の他にも、フォトトランジスタをＭＯＳシフトレジスタ
を用いて走査する場合でも同じである。

【００１２】図４ａ）の光電変換素子について説明す
る。１ａから１１ａまでのＮＰＮトランジスタのベース
とコレクタは１ｂから１１ｂまでのＰＮＰトランジスタ
のコレクタとベースに接続し、サイリスタを形成してい
る。１ｃから１１ｃまでのＮＰＮトランジスタはサイリ
スタのＯＮ／ＯＦＦを次のサイリスタに伝達する中継ト
ランジスタである。２ｅから９ｅまでのＰＮＰトランジ
スタはサイリスタのＯＮ／ＯＦＦを２ｆから９ｆのフォ
トトランジスタに伝達する電流スイッチの役割を果た
す。ＮＰＮトランジスタ１２に図４ｂ）のＳＴ信号が入
り、φ１とφ２にそれぞれクロック信号を入力すること
によって、サイリスタのＯＮ／ＯＦＦを次段のサイリス
タに伝達する。

【００１３】フォトトランジスタのエミッタは、偶数番
目、と奇数番目を２つの共通出力ラインで直接出力５
３、５４あるいはプリアンプを通して出力５５、５６す
る。サイリスタの最終出力５２の次のセンサチップのＳ
Ｉに接続され、サイリスタのＯＮ／ＯＦＦは受け継がれ
る。ダイオード２ｇから９ｇはフォトトランジスタに一
定電圧で高速充電するためのものである。図４ｂ）のタ
イミングチャートで、外部クロック（EX-CK）から作ら
れたφ１とφ２のクロックに対して、Ｑ１からＱ６はサ
イリスタの１から６までのＯＮ／ＯＦＦを示したもので
ある。Sig(1)は奇数番目のSig(2)は偶数番目のフォトト
ランジスタの出力信号を示したものである。

【００１４】このような、光電変換素子を用いて、１２
５μｍピッチに１２８個のフォトトランジスタを１列に
配置した１６ｍｍ長さセンサＩＣ素子を構成した。この
センサＩＣ素子を１４チップ継ぎ目なく並べ接続して光
電変換素子とした。白色照明で出力電流を積分・増幅
後、２５V/lx・sの感度でＳ／Ｎ比３２ｄＢ以上あった。
４６０ｎｍの青色ＬＥＤと５２０ｎｍの緑色ＬＥＤと６
５０ｎｍの赤色ＬＥＤを用いてカラー画像を読みとっ
た。0.5MHzのEX-CKで積分時間10msecで走査したとき、
従来の読み取り方法ではＲＧＢの１ラインを読みとるの
に６０msecかかる。

【００１５】一方、本発明の図１の読み取り方式では3.
6msecの読み出し期間と、読み出し終了後のブランキン
グ期間6.4msecの内、5msecのＬＥＤ点灯期間でＲＧＢの
３色１ラインを合計３０msecで読みとれる。ただしこの
時、ＬＥＤのパルスピーク電流は２倍の電流を必要とし
た。また、読み取り画像は当然ながら混色もなく良好な
色再現であった。ここで用いた、フォトダイオードは１
列であるが、もう１列遮光したフォトトランジスタを作
成し、同時にアクセスし２つの出力信号の差信号をとる
ことによって、暗ノイズを低減しプリアンプや外部アン
プの負担を軽減することができる。また、サイリスタに
よるシフトレジスタのみでなく、米国特許４，５６７，
５２９号公報のデコーダ回路を用いても同じである。

【００１６】次に、同じくフォトダイオードを用いシフ
トレジスタで順次アクセスしながらＭＯＳトランジスタ
で電流増幅して画像情報を読み出す例について述べる。
図５ａ）においてフォトダイオード６０、フォトダイオ
ードの個別電極の電圧をゲートに受けて動作する増幅用
ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）６２お
よびフォトダイオードの個別電極を初期電位にもどすリ
セット用ＭＯＳ−ＦＥＴ６３とからなる複数個の画素６
４とアクセス用ＭＯＳ−ＦＥＴ６２のゲートに供給する
走査信号を発生させる走査回路６５、各画素のアクセス
用ＭＯＳ−ＦＥＴ２２のソースを共通に接続してなる画
素信号出力ライン６６、各画素のフォトダイオードリセ
ット用ＭＯＳ−ＦＥＴ６３のソースを共通にして接続し
てリセット電源６７に接続するためのリセットライン６
８からなり、ＣＭＯＳプロセスで作られる。

【００１７】なお、走査用信号とフォトダイオードのリ
セット用パルスのＮＡＮＤ信号がフォトダイオードのリ
セット用ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに入力される。内蔵ア
ンプは必要に応じて形成するがアンプ部６９ではドライ
ブ用ＭＯＳ−ＦＥＴ１、負荷用ＭＯＳ−ＦＥＴ２、リセ
ットスイッチ３としてのｐチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ、
コンデンサ４及びソース抵抗５から構成されるゲート接
地アンプを同一チップ内に形成してもよい。

【００１８】図５ｂ）は動作タイミングを示したもので
外部から供給されるクロックパルスＣＫ、スタートパル
スＳＴ、走査回路から出力される走査用信号Ｙ１、Ｙ
２、Ｙ３、フォトダイオードのリセット用パルス、画素
信号出力ラインから出力されてアンプに入力される画素
信号電流Ｉinおよびアンプから出力される画素信号電圧
Ｖoutを示している。第１画素はパルスＹ１によってア
クセスされ、第１画素のフォトダイオードはＹ１とリセ
ット用信号のＮＡＮＤ信号によってリセットされる。従
って、アクセスパルスＹ１の立ち上がりからリセットパ
ルスの立ち上がりの間で画素信号が出力され、リセット
パルスの立ち下がりからアクセスパルスの立ち下がりま
での間で暗信号つまり基準信号が出力される。

【００１９】このようにして、画素信号と基準信号が連
続して、アクセスパルスに応じて出力される。６２．５
μｍ間隔でフォトダイオードを１次元に配列し、２５６
画素、１６ｍｍ長さのセンサチップをＣＭＯＳプロセス
で作成した。積分時間の間蓄積された画像情報に相当す
る電荷は、読み出し後に基準電圧にリセットされること
から残像がなく、良好な光電変換特性を示す。１４チッ
プを接続して、Ａ４サイズのセンサを構成した。クロッ
ク周波数２ＭＨｚ、積分時間2.5msec、で２４V/lx・sの
感度でＳ／Ｎ比３５ｄＢ以上を得ることが出来る。

【００２０】このセンサを用いて、従来の図２のような
走査を行った場合、６５０ｎｍ±１０ｎｍの赤色ＬＥＤ
（Ｒ）、５２０ｎｍ±１０ｎｍの緑色ＬＥＤ（Ｇ）、４
６０ｎｍ±１０ｎｍの青色ＬＥＤ（Ｂ）の３光源を切り
換えた時、３色１ライン走査に１５msecの読み取り時間
が必要となる。これに対し、本願発明の図１の読み取り
方式では、1.8msecの読み出し期間と、ＬＥＤ点灯期間
0.5msecでＲＧＢの３色１ラインを合計７．５msecで読
みとれる。この時、ＬＥＤのパルスピーク電流は５倍の
電流を必要とした。また、読み取り画像は当然ながら混
色もなく良好な色再現であった。

【００２１】一方、５６０ｎｍの緑色ＬＥＤを用いた場
合空色の彩度が低く色再現が十分ではなかった。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明のカラー画像読み取
り方式は、少なくとも入射光情報を光電変換するために
整列配置された複数のフォトトランジスタあるいはフォ
トダイオードと、光電変換された信号による蓄積電荷を
出力するためにフォトトランジスタあるいはフォトダイ
オード毎に設けられたアクセス用トランジスタを有し、
アクセス用トランジスタを介し走査パルスに従って順
次、明信号に比例した画像信号を共通信号ラインに出力
する機能を有するイメージセンサを用い、複数の異なる
波長の光源を切り換え原稿のカラー情報を読みとるカラ
ー画像読み取り方式において、上記イメージセンサのフ
ォトダイオードに蓄積された入射光情報を走査パルスに
従って読みとる期間終了後と次の読み取りが始まる間の
ブランキング期間においてのみパルス状の照明光を原稿
に照明し、順次異なる波長の光源を切り換え、原稿から
の反射光をカラー入射光情報として読みとることによ
り、安価な白黒用光電変換素子を用いて高速にカラー画
像を読みとることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるカラー画像読み取り方
式の駆動を示すタイミングチャート図

【図２】従来の光源切換におけるカラー画像読み取り方
式の駆動を示すタイミングチャート図

【図３】光源切換によるカラー画像読み取り装置の１例
を示す概略図

【図４】本発明の第１の実施例に用いた光電変換素子の
回路図とタイミングチャート

【図５】本発明の第２の実施例に用いた光電変換素子の
回路図とタイミングチャート

【符号の説明】

１ ドライブ用ＭＯＳ−ＦＥＴ ２ 負荷用ＭＯＳ−ＦＥＴ ３ リセットスイッチとしてのｐチャンネルＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ ４ コンデンサ ５ ソース抵抗 １０ 光電変換素子 ３０ 原稿 ２１ 赤色（Ｒ）光源 ２２ 青色（Ｂ）光源 ２３ 緑色（Ｇ）光源） １３ レンズ ４０ イメージセンサ部 ４１ 受光素子 ２０ 色フィルタ １９ 光源 ５０ ラインメモリ １ａ〜１１ａ ＮＰＮトランジスタ １ｂ〜１１ｂ ＰＮＰトランジスタ １ｃ〜１１ｃ ＮＰＮトランジスタ ２ｅ〜９ｅ ＰＮＰトランジスタ ２ｆ〜９ｆ フォトトランジスタ １２ ＮＰＮトランジスタ ５３、５４ 共通出力ライン ５５、５６ アンプ出力 ５２ サイリスタの最終出力 ２ｇ〜９ｇ ダイオード ６０ フォトダイオード ６２ 増幅用ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ） ６３ リセット用ＭＯＳ−ＦＥＴ ６４ 複数個の画素 ６５ 走査回路 ６６ 画素信号出力ライン ６７ リセット電源 ６８ リセットライン ６９ アンプ部

フロントページの続き (72)発明者 本郷 弘貴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも入射光情報を光電変換するため
   に整列配置された複数のフォトトランジスタあるいはフ
   ォトダイオードと、光電変換された信号による蓄積電荷
   を出力するためにフォトトランジスタあるいはフォトダ
   イオード毎に設けられたアクセス用トランジスタを有
   し、アクセス用トランジスタを介し走査パルスに従って
   順次、明信号に比例した画像信号を共通信号ラインに出
   力する機能を有するイメージセンサを用い、複数の異な
   る波長の光源を切り換え原稿のカラー情報を読みとるカ
   ラー画像読み取り方式において、上記イメージセンサの
   フォトダイオードに蓄積された入射光情報を走査パルス
   に従って読みとる期間終了後と次の読み取りが始まる間
   のブランキング期間においてのみパルス状の照明光を原
   稿に照明し、順次異なる波長の光源を切り換え、原稿か
   らの反射光をカラー入射光情報として読みとることを特
   徴とするカラー画像読み取り方式。
2. 【請求項２】異なる波長の光源として、ピーク波長が４
   ４０〜４６０ｎｍと５１０〜５３０ｎｍ、６４０〜６６
   ０ｎｍのＬＥＤを用いることを特徴とする請求項１のカ
   ラー画像読み取り方式。