JPH11506285A - 画像情報読取処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、基板に一体形成されるマトリクス形状に配列されたセンサ素子からなる画像情報入力処理装置に関する。各々のセンサ素子は、出力エレクトロニクス（３）と、少なくとも一つの光電池（ＰＤ）からなり、光電池に入射する光信号を電気信号に変換するのに適応される。本発明における装置は、各センサ素子が、センサ素子の一部を形成する出力エレクトロニクス（３）でオフセット誤差の補償を行なうように適合され、各センサ素子が、装置内の他のセンサ素子とは関係なく、前記オフセット補償を行うように適合される特徴を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 画像情報読取処理装置 ［技術分野］ 本発明は、基板に一体形成されるマトリクス形状に配列されたセンサ素子から なる画像情報入力処理装置に関する。各々のセンサ素子は出力エレクトロニクス および光電池からなり、光電池に入射する光信号を電気信号に変換するのに適応 される。 ［従来技術］ 二次元の画像センサは、集積回路の形態を有しており、画像を処理するのに用 いられる。二次元の画像センサの各々は、例えば256×256個のセンサ素子のよう な相当数のセンサ素子からなり、集積回路としての設計を容易にするために、僅 かな表面領域で組み上げなければならない。各センサ素子は、光信号を処理にさ らに適した電気信号に変換する検出部を有する。コンパクトな画像センサを得る には、できる限り小さな空間で検出部を作り上げることが重要である一方、必然 的に信頼できる結果を同時に作り出さねばならない。 ＣＣＤカメラにおける画像素子の補償装置は、米国特許第4 875 098号により すでに公知であり、これはＣＣＤセンサが、増幅や補償がされていない画像素子 の値を共通の直列出力に送り出すようにしており、そこで、増幅と補償が中心的 に達成される。しかしながら、ある応用例では、全ての画像点において画像の補 償と並行出力を必要とすることがあり、前記装置ではこの問題を解決できない。 出力エレクトロニクスを備えた光電池を各センサ素子に組み合せた装置は、エ ー．ディッキンソン， ビー．オークランド， エル−セイド エイド， ディ ー．イングリス， イー．フォッサムの各氏による「マルチメディア応用のため の標準ＣＭＯＳ能動ピクセル画像センサ」の会議誌によりすでに公知であり、３ 月２７〜２９日のノースカロライナ州，チャペルヒルでの「超大規模集積回路に おける先行研究１６回会議」で提出されている。この公知装置における不利益と は、構成する電気的要素の変動が俗にいうオフセット誤差を生じさせることにあ り、オフセット誤差は出力画像に固定パターンとしてそれ自身を現わすことにな る。前記オフセット誤差は、縦列に配列される補償エレクトロニクスに妨害され るものであって、これは、オフセット補償が行われることのできる以前に、セン サ素子から画像が移動しなければならないことを意味する。ある応用例では、例 えばセンサ素子の処理能力があるところで、この移動が不利益を引き起こす。 ［発明の説明］ 本発明の目的は、出力画像のオフセットによる妨害の発生を減らす画像情報の 入力処理装置を提供することにある。 この目的は、本発明に基づく装置により達成されるものであり、これは、マト リックス形状に配列されたセンサ素子から構成される。本発明によれば、装置の 各センサ素子は、センサ素子の一部を形成する出力エレクトロニクスにおけるオ フセット誤差の補償が、そのセンサ素子内で行なわれるように適合される。別個 の制御信号が様々なセンサ素子に用いられた場合には、前記オフセット補償は装 置内の他のセンサ素子とは関係なく、各々のセンサ内で行なわれる。 本発明に基づくセンサ素子を設計することで、比較的少ない数の構成要素を用 いて、オフセット補償をセンサ素子内で局所的に行なうことができる。 ［図面の説明］ 図１は、本発明に基づくセンサ素子の第１実施例を示す。 図２は、本発明に基づくセンサ素子の第２実施例を示す。 図３は、本発明に基づくセンサ素子の第３実施例を示す。 図４は、本発明に基づくセンサ素子の第４実施例を示す。 図５は、本発明に基づくセンサ素子の第５実施例を示す。 図６は、本発明に基づくセンサ素子の第６実施例を示す。 ［好ましい実施例］ 本発明は、マトリクス形状に配列されたセンサ素子群のある部分を形成するセ ンサ素子におけるオフセット補償に関係するものである。センサ素子の全ては、 基板に一体形成されるとともに、その各々は、光電池と例えば増幅器や比較器か らなる出力エレクトロニクスから構成される。各センサ素子の出力エレクトロニ クスにおけるオフセットと、別々の出力エレクトロニクスにおけるオフセット間 の変動とにより、センサ素子内の局所的なオフセット補償に、各センサ素子が適 合される。別個の制御信号が各センサ素子に用いられた場合、あるセンサ素子内 におけるオフセット補償は、配列された他のセンサ素子内のオフセット補償とは 関係なく行なうことが可能になる。補償は、相互に関連した二重サンプリングに 基づいている。第１の補償段階の間に、既知の補償値のサンプリングが行なわれ 、その後、画像情報入力段階の間で、未知の値のサンプリングが行なわれる。図 １から図６に示すセンサ素子の例では、リセットスイッチで既知の値がサンプル されるとともに、出力エレクトロニクスの値が出力されるときに、未知の値がサ ンプルされる。これら双方の値は、ここでオフセットとして判る一定の誤差を含 んでいる。既知の値と未知の値を減じることにより、一定の誤差が排除される。 ここで、本発明に基づくセンサ素子のいくつかの好ましい実施例を示す図面を 参照して、本発明がさらに説明されるであろう。 図１に示すセンサ素子は２つの入力を有し、第１の入力は第１の切換スイッチ １を経由して、コンデンサＣに補償電圧Ｕ_thを接続するとともに、第２の入力は 第２の切換スイッチ２を経由して、同じコンデンサＣに基準電圧Ｕ_refを接続す る。センサ素子はさらにフォトダイオードＰＤを有し、そのカソードは例えばア ースのような既知の基準レベルに接続される。フォトダイオードのアノードは、 出力エレクトロニクスに接続されるとともに、接続点Ｎ₁で前記コンデンサＣに 接続される。図１の場合、出力エレクトロニクスは、２個のカスケード接続され た電界効果トランジスタＦＥＴと、電界効果トランジスタＦＥＴの形態をなすリ セットスイッチ４とにより構成される比較器３からなる。 図に示す２つの異なる電圧レベルに接続することが可能であれば、比較器にお けるオフセット誤差の補償を、センサ素子内で達成することが可能になる。第１ の補償段階で、前記リセットスイッチ４は閉じられ、補償電圧Ｕ_thが接続される 。接続点Ｎ₁における電荷は、比較器３のオフセットにより決定される。一度コ ン デンサＣが補償電圧で充電されるようになると、直ぐにセンサ素子によって画像 情報を取り上げることができる。画像情報の入力が開始する前に、補償電圧Ｕ_th が接続を断たれ、基準電圧Ｕ_refが接続される。接続点Ｎ₁における電荷は、基準 電圧Ｕ_refと補償電圧Ｕ_thとの間の差に比例して変化し、前記基準電圧と補償電 圧との選択によって、この差を正確に決定できる。フォトダイオードが照らされ ると、光度に比例して放電される。コンデンサＣの放電時間は、このコンデンサ を通過する電流に依存し、一度補償が行われるようになれば、単にコンデンサＣ とフォトダイオードＰＤの精度にのみ依存するようになろう。コンデンサＣは受 動素子であるため、異なるセンサ素子のコンデンサ間の変動を最小限にできる。 図２は、本発明に基づくセンサ素子の第２実施例を示している。このセンサ素 子は図１に示すセンサ素子とは異なっており、補償電圧Ｕ_thと基準電圧Ｕ_refが 、スイッチＳ₁を経由して光電池ＰＤに直接接続される。前記光電池は、コンデ ンサＣを経由して、この場合はリセットスイッチ４を備えた比較器からなる出力 エレクトロニクスに容量的に接続されている。 第１の補償段階で補償電圧Ｕ_thが接続され、これにより接続点Ｎ₂を充電する 開始状態を設定する。補償電圧Ｕ_thは、第１の切換スイッチ１を閉じることで接 続される。接続点Ｎ₂が補償電圧に依存した開始状態となった後で、センサ素子 によって画像情報を取り上げることができる。画像情報の入力が開始する前に、 切換スイッチ１は開かれ、補償電圧Ｕ_thの接続が断たれる。切換スイッチ２を閉 じ、短い間隔でスイッチＳ₁を閉じることで、基準電圧Ｕ_refが接続される。接続 点Ｎ₁の電圧は、補償電圧Ｕ_thから基準電圧Ｕ_refに変動する。この電圧の変動は 、コンデンサＣにより接続点Ｎ₂に送出される。スイッチＳ₁が開けられると、フ ォトダイオードを通過するフォト電流により、接続点Ｎ₁の電荷が放電する。接 続点Ｎ₁の電圧が補償電圧Ｕ_thに戻ったときに、比較器３は転換する。放電時間 は、単にフォトダイオードＰＤにより影響を受ける。 図３は、本発明に基づくセンサ素子の第３実施例を示している。教示したセン サ素子は、リセットスイッチ４を備えた比較器３と、フォトダイオードＰＤとか らなる。この実施例では、フォトダイオードの容量特性が利用されており、図１ に示すコンデンサＣを排除させることが可能になる。図１に示す実施例と同じよ うな方法で、２つの別々の電圧レベルが、比較器３におけるオフセット誤差を望 ましく排除させるのに利用される。第１の補償段階で、リセットスイッチ４が閉 じられ、補償電圧Ｕ_thが接続される。接続点Ｎ₁における電荷は、比較器３のオ フセットにより決定される。望ましい電荷が接続点Ｎ₁に得られると、補償電圧 Ｕ_thは接続を断たれ、基準電圧Ｕ_refが接続される。リセットスイッチ４が開け られるとともに、画像情報の入力が可能になる。接続点Ｎ₁における電荷が、図 １で示す実施例と同じように、ΔＱ＝（Ｕ_ref−Ｕ_th）Ｃ_PDによって補正される 。したがって、この場合のフォトダイオードの照射によって得られる放電は、単 にフォトダイオードの精度にのみ依存する。フォトダイオードの容量特性を利用 することによって、コンデンサＣ（図１に基づく）を排除でき、空間を確保する という視点からすれば、価値のあるものとなろう。しかし、教示したオフセット 補償方法は、フォトダイオードのキャパシタンスが、ダイオード全体の電圧と関 係しているという事実からして、図１に示す実施例の方法のような、完全なオフ セット補償を提供するものではない。 図４は、オフセット補償を許容するセンサ素子の第４実施例を示している。教 示されるセンサ素子は、リセットスイッチ４ａ，４ｂを備えた比較器５と、コン デンサＣと、フォトダイオードＰＤとからなる。比較器は、図１から図３に関連 して先に述べた比較器３とは幾分異なるが、オフセット誤差を有する問題が、こ の種の比較器でさえも存在する。センサ素子の第１の補償段階で、リセットスイ ッチ４ａ，４ｂが閉じられ、補償電圧Ｕ_thが接続される。接続点Ｎ₁および接続 点Ｎ₂における電荷は、比較器５のスイッチ切換点により決定される。その後、 補償電圧Ｕ_thは接続が断たれ、基準電圧Ｕ_refが接続される。リセットスイッチ が開けられるとともに、画像情報の入力が可能になる。接続点Ｎ₂における電荷 が、（Ｕ_ref−Ｕ_th）Ｃによって補正される。比較器の状態が変更できるように 、均一に大きな変更が、接続点Ｎ₁における比較器の第２の入力に生じなければ ならない。この変更は、フォトダイオードＰＤを通過する電流により制御される とともに、教示された補償により、比較器５のあらゆるオフセットに影響を受け ない。 図５は、オフセットの局所補償を伴なうセンサ素子のさらなる実施例を示して いる。教示されるセンサ素子におけるこの種の比較器５は、図４に示す実施例と 同様のものが利用される。比較器５に加えて、センサ素子は、リセットスイッチ ６と、コンデンサＣと、フォトダイオードＰＤとからなる。第１の補償段階は、 上記実施例で述べたように、補償電圧Ｕ_thを接続することによって、センサ素子 内で行なわれる。入力段階において、リセットスイッチ６が開けられるとともに 、基準電圧Ｕ_refが短い期間に接続される。Ｃ_N1が接続点Ｎ₁の全キャパシタンス であるとすれば、その時に接続点Ｎ₁の電荷は、（Ｕ_ref−Ｕ_th）Ｃ_N1によって補 正され、フォトダイオードＰＤのキャパシタンスに本質的に依存する。この場合 の放電時間は、フォトダイオードの精度に依存する。 最後に、図６に示すセンサ素子において、光情報を電気信号に変換するための 光抵抗器Ｒ₂が利用される。補償段階では、リセットスイッチ２が閉じられると ともに、基準電圧Ｕ_refが接続される。接続点Ｎ₁における電荷は、それ自身のオ フセットである比較器の転換により決定される。画像情報入力段階で、リセット スイッチが開けられるとともに、基準電圧Ｕ_refの接続が断たれる。抵抗Ｒ₁およ び抵抗Ｒ₂間の電圧を分割する機能として、接続点Ｎ₁における電荷が補正される 。この電荷の極性機能として、比較器が転換する。 上述する実施例では、オフセットの局所的補償を備えたセンサ素子の各例を示 した。しかし、本発明は上述の各実施例に限定されることはなく、本発明の概念 の範囲内にある局所的オフセット補償を備えた他のセンサ素子にも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板に一体形成されるとともに、その各々は出力エレクトロニクス（３，５ ）と少なくとも一つの光電池（ＰＤ，Ｒ₂）とからなり、光電池に入射する光信 号を電気信号に変換するのに適応されるマトリクス形状に配列されたセンサ素子 からなる画像情報入力処理装置において、各センサ素子は、センサ素子の一部を 形成する出力エレクトロニクスでオフセット誤差の補償を行なうように適合され 、各センサ素子は、装置内の他のセンサ素子とは関係なく、前記オフセット補償 を行うように適合されることを特徴とする画像情報読取処理装置。 ２．前記センサ素子は、一つの既知の値と一つの未知の値との相互に関連した二 重サンプリングに適合されることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．センサ素子は、センサ素子への２つの異なる基準電圧（Ｕ_th，Ｕ_ref）の接 続を制御するのに適合された２つの切換スイッチ（１，２）を有することを特徴 とする請求項１または２記載の装置。