JPS5823793B2 - 文書スキヤナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は文書走査アレイのための露光制御に関し、更に
具体的には交流（ＡＣ）螢光灯の如き一時的強度変化を
有する光源によって照射される電荷転送装置を含む走査
アレイに関する。

露光制御は線ごとに達成され１文書結像用チップと同一
の走査チップ上で露光制御が実行される。

螢光灯は制御可能なスペクトル分布を有する非常に効率
的で安価な光源である。

制御可能なスペクトル分布は、ファクシミリ走査システ
ム及び他の文書読取装置にとって望ましい。

電荷転送装置（例えば。ＣＣＤ）の高感度及びフォト電
流積分能力は、螢光灯の使用を可能にする。

螢光灯は消費電力が低く、かつ他の望才しい特徴を備え
ている。

しかしＡＣ螢光灯の出力に生じるリプル及び螢光灯のエ
ージング特性は、自動的に露光（即ち、積分された光の
出力）を測定し、ＣＣＤ積分時間を制御して変化を補償
する何らかの手段を必要とする。

本発明のスキャナ・アレイは、スキャナ・チップ上でフ
ォトエレメント・アレイの端部近くに露光エレメントを
配置することｌこよって、露光測定を行うものである。

スキャナ・システム中の文書プレートの端部に、白いス
トライプ又は物質より成る基準インディシア（１ｎｄｉ
ｃｉａ）が置カれる。

文書をフォトエレメント・アレイ上に結像するために使
用されるレンズ及び他の光学系は、白のストライプを露
光測定回路上に結像する。

露光測定回路はフィルタ、光源のゆらぎ及びエージング
を含めてフォトエレメント・アレイの同一の光学通路を
監視するので、これらの変化に対する補償を自動的に行
うことができる。

フォトエレメント・アレイを有するスキャナ・チップ上
の露光測定回路網は、スキャナ・アレイ自体にあるフォ
トエレメントと同じ製造処理条件を有し、各種のカラー
・フィルタが光学系で使用されても、正しい露光測定が
行われるようにスペクトル応答特性が一致している。

白の基準インデイシアは、問題としている全てのスペク
トル成分に対して高い反射率を有するものと仮定する。

１度、測定回路の所望の露光レベルに達すると、フォト
エレメント・アレイ中の電荷は隣接したシフト・レジス
タ・チャネルへ転送され、出力地点ヘシフトされる。

背景の技術 照射源としての螢光灯及びＣＣＤ像スキャナを利用する
多くの走査システムが当技術分野で知られている。

そのような１つの走査装置は米国特許第３８６７５６９
号に示されている。

この特許はファクシミリ伝送システムのための小型の平
面状原稿載置板式のページ・スキャナを開示している。

このスキャナは光の検出及びページ幅に沿った電子走査
のために直線形電荷結合結像装置を利用し。

その走査系は螢光灯によって照射される。

しかしこの米国特許は、スキャナ・アレイ上に作られた
露光制御回路網は言うまでもなく、露光制御回路網の使
用自体に関して何の教示もない。

米国特許第３９５２１４４号はファクシミリ走査システ
ムにおける自動バックグラウンド及びコントラスト制御
の方法及び装置を開示している。

ファクシミリ送信器は予備較正走査を行うが、その際、
送信器は既知の基準インディシア（例えば黒の領域及び
白の領域）を順次に走査し、自動バックグラウンド・コ
ントラスト制御ユニットは、既知の黒領域が走査されて
いる時に、未訂正ビデオ信号の最初のサンプルを完全か
つ自動的に記憶し、既知の白領域が走査されている時、
未訂正ビデオ信号の第２のサンプルを記憶する。

後続する走査及び文書の伝送中、自動バンクグラウンド
・コントラスト制御ユニットは、前ｌこ記憶された黒及
ヒ白のサンプルを表わす電圧を継続的に発生し。

この電圧を使用して文書の後続する走査中に受取られる
ビデオ信号を継続的に訂正する。

この米国特許第３９５２１４４号は、黒及び白の較正ス
トリップの如き基準インディシアを使用して、黒及び白
のサンプルの電子表示を又書自体の走査に先立って露光
制御ユニットに記憶することを教える。

記憶された基準値は、後【こ又吉の走査中バンクグラウ
ンドの変動を訂正するために使用される。

しかしこの特許は、露出制御が文書の走査と並行して線
ごとにスキャナ・チップ自体中で実行されるｃ ＣＤ
結像システムについて教示するところはない。

米国特許第３８０００７９号は走査システムの補償回路
網を開示する。

その回路網において、電荷記憶モードで動作する自己走
査形フォトダイオード・アレイにおけるフォトダイオー
ドの感光度プロファイルは、アレイが非動作モード又は
書込みモードの下で標準的バックグラウンド又は白レベ
ルを走査する時に得られる。

フォトダイオード・アレイの直列出力は積分され、結果
の信号をフォトダイオードの感光度変化及び照明の不均
一性によって影響される範囲へ制限するために、所定の
グレイ・レベルが減算される。

結果の信号はディジタル化され、書込み制御信号の下で
記憶される。

続いて、補償が動作モードで起る。

記憶されたディジタル信号はアナログ信号へ変換され、
動作モード中に直列ビデオ情報を訂正するため、グレイ
・レベルが上記アナログ信号へ付加される。

この米国特許第３８０００７９号は、バックグラウンド
・レベルが最初に走査され１次いでそれが記憶され、次
いで文書自体が走査される時、それが基準レベルとして
使用される点で前記米国特許第 ３９５２１４４号と類似している。

しかし、この米国特許第３８０００７９号においても、
走査された文書について線ごとに露光制御訂正を行うこ
と、及び電荷転送装置アレイについて何の教示もない。

本明細書において、基準インディシアを使用することに
よって、線ごとに光源及び光学通路（こおける他のエレ
メントの一時的変動を補償する文書スキャナ・アレイが
開示される。

基準インディシアの走査は文書の走査と並列に行われる
。

即ち、先ず基準インディシアを走査し、その表示信号を
記憶し、次いで後続の発生信号を文書自体の走査中に修
正するため上記表示信号を利用す丞方法は採用していな
い。

本発明の開示 本発明は文書スキャナで実施される。

この文書スキャナには、文書を支える手段、基準インデ
ィシア、文書及び基準インディシアを照射する手段が設
けられている。

更ｌこ、基準インディシア及び文書をそれぞれ第１及び
第２の光学通路へ結像する手段が設けられている。

スキャナ・アレイは第１光学通路と整列して基準インデ
ィシアからの反射像を感知する第１部分と、第２光学通
路と整列して文書からの反射像を感知する第２部分とを
含む。

上記第１部分は、基準インディシアの反射像からの照射
の時間積分値が所定レベルに達したときに、上記第２部
分による文書の反射像からの照射の時間積分を停止する
。

本発明を実施する場合の最適モード 本発明において、文書走査アレイのための露光制御回路
網が使用される。

第１図の文書支持プレート２は透明部分４を含み、その
上に文書６が置かれる。

白のストライプの如き基準インディシア８が透明部分４
の端部に置かれている。

代替方法として、基準インディシア８を除去し１文書６
の端部を白の基準インディシアとして感知してもよい。

モータ（図示せず）等の双方向性駆動機構によって螢光
対１０を左右に（矢印１１）動かすことによって、文書
６は照明源（螢光対１０）によって照射される。

スキャナ・アレイ１２は電荷結合装置又はパケット・ブ
リゲート装置より成るフォトエレメント・アレイであり
、露光制御部分１４の如き第１部分と、文書情報受取り
部分１６゜の如き第２部分とを含む。

基準インディシア８からの像は、第１光学通路１８及び
レンズ２２を介して露光制御部分１４へ結像し１文書６
の像は、第２光学通路２０及びレンズ２２を介して文書
情報受取り部分１６上ｌこ結像する。

クロック発生器２４は、スキャナ・アレイ１２の動作を
制御するため、線２６〜２８を介してスキャナ・アレイ
１２へ複数の制御信号を与える。

スキャナ・アレイ１２及びクロック発生器２４は、単一
のチップ２５上に形成されるか、又は別個の装置として
形。

成される。

露光制御部分１４が所定の照射量を感知した時、線３０
を介してクロック発生器２４へ制御信号が与えられる。

それｌこよって、露光制御部分１４及び文書情報受取り
部分１６に対する積分時間が完了したこと、及び線２６
〜２８土ｌこある制御信号の選択された１つが終了し１
文書上の少なくとも１本の線に対する積分サイクルが完
了したことを知らせる。

この動作モードは、少なくとも１時１こ１本の走査線が
文書６上で走査される限り継続する。

出力信号は線３２を介して利用装置３４へ与えられる。

これは成る時点において文書６の所与の線上に現われた
文字情報を示す。

利用装置３４は、線３２上の入力に応答して、文書６か
らスキャナ・アレイ１２上へ結像された線を再生する。

第２図はスキャナ・アレイ（結像装置）１２の詳細図で
ある。

第１図に関連して述べたように。スキャナ・アレイ１２
は露光制御部分１４及び文書情報受取り部分１６を含む
。

ＣＣＤの如き電荷転送装置を含むスキャナ・チップの製
造方法は説明しない。

それは当業者に周知であり、容易に図面から知ることが
できる。

例えば、４相ＣＣＤ装置を製造する方法は、「電荷転送
装置」 （Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｔｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ
、ｂｙＣａｒｌｏ Ｈ，Ｓｅｑｕｉｍ ＆ Ｍｉｃｈａ
ｅｌ Ｆ。

ＴｈｏｍｐｓｅｔｔｊＡｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ
、Ｉｎｃ。

１９７５）という文献の第３，２図及び第２３頁〜第２
５頁に掲げられている。

スキャナ・アレイ１２は端子３６で入力電位Ｖｄ１ｆｆ
を受取るドレイン３５と、端子３８で入力電位ｖｉｎｔ
を受取るゲート３８とを有する。

基準インディシアからの輻射エネルギーを感知するため
、拡散形フォトダイオード４０が露光制御部分（電光測
定回路）１４中に形成される。

文書情報受取り部分（結像アレイ）１６上の拡散形フォ
トダイオード４２゜４４．４６は文書から輻射エネルギ
ーを受取る。

バリア・ゲート４８は端子５０で入力電位Ｖｂａｒを受
取る。

記憶ゲート・バス５２は入力端子５４で入力電位Ｖｓｔ
ｏｒｅを受取る。

露光制御部分１４中の転送ゲート５６は端子５８で入力
電位Ｖｘｆｅｒ（ｅ）を受取り、文書情報受取り部分１
６中の転送ゲート６０は端子６２で入力電位Ｖｘ ｆ
ｅ ｒ（ｓｒ）を受取る。

端子６２はシフト・レジスタへ接続される。

露光制御部分１４中のトリガ・バス６４は出力端子６５
へ接続される。

出力端子６５は、所望の照射量が露光制御部分１４によ
って感知されたことを示す出力電位Ｖｔｒｉｇを与える
。

バス６６．６８，７０，７２は又書情報受取り部分１６
のためにシフト・レジスタのタイミング・シーケンスを
制御するタイミング・パルスφ１、φ２．φ３．φ４用
のバスである。

露光制御部分１４の動作は第３図乃至第５図を参照して
説明するが１文書情報受取り部分１６も同じように動作
する。

ドレイン３５．ゲート３８．バリア・ゲート４８．記憶
ゲート・バス５２は露光制御部分１４及び文書情報受取
り部分１６に共通であるが、転送ゲート５６及び６０は
それぞれ露光制御部分１４及び文書情報受取り部分１６
に個有のものであることが解る。

これについて第３図乃至第５図を参照して更に詳細に説
明する。

第５Ａ図乃至第５１図の下部にある３Ａ乃至３Ｄの表示
は、第３Ａ図乃至第３Ｄ図に示される表面電位が生じる
時間を示す。

最初、露光制御部分の各端子へ印加される電位の全ては
Ｖｉｎｔを除いてゼロである。

Ｖｉｎｔはや＼正である。第３Ｂ図に示される如く、Ｖ
ｄ１ｆｆが正になると。

電位ウェルが端子３６の下に形成される。

フォトダイオード（フォトエレメント）４ｏが基準イン
ディシアからの光を感知すると、その下の電位ウェルは
矢印７４によって示されるように、端子３６の下の電位
ウェルヘスビルを流す。

この時、端子５０へ印加されるＶｂａｒはゼロであり、
その下の電荷転送通路を閉止している。

端子５４゜５８．６５へ印加される電位は正であり、電
位ウェルが端子５４及び６５の下に形成され、電荷転送
通路が端子５８の下に形成される。

これは第５Ｃ図、第５Ｄ図、第５Ｅ図、第５Ｆ図の時間
間隔３Ｂを参照すれば解る。

第５Ｃ図の７６で示されるように、Ｖｂａｒが正になる
と、フォトダイオード４０からの余剰電荷が端子５０の
下に設けられた電荷転送通路を通って流れ、第３Ｃ図の
７８で示されるように、端子５４の下の電位ウェルへ流
れ込む。

この電位ウェルが充満すると、第３Ｄ図で示されるよう
ｌこ、電荷は端子５４の下の電位ウェルから端子５８の
下の電荷転送通路を通って端子６５の下ｌこ形成された
電位ウェルへこぼれ始める（第３Ｄ図の矢印８０）。

これは第５Ｆ図の８２で示された時間（こ対応する。

端子６５の下の電位ウェルの電荷集積は、端子６５の電
位が所定のレベルに達するまで負の度合いを増加させる
。

このレベルは露光制御部分１４（こよって感知されてい
る光の所定量を示す。

従って適当な露光の感知を示す制御信号が線３０（第１
図）を介してクロック発生器２４へ与えられる。

クロック発生器２４は、第５Ｃ図の８６で示されるよう
に、Ｖｂａｒパルスをゼロ−レベルへ戻し、光の積分時
間を終了させる。

光積分が終了すると。Ｖｔｒｉｇ（第５Ｆ図）は８４で
示されるレベルに維持される。

次いで積分後続時間が始まり、文書情報受取り部分に集
積された電荷が関連したシフト・レジスタを通して処理
され、利用装置３４（第１図）へ与えられる。

露光レベルを決定する光感知プロセスは、１時点におけ
る各々の線が文書上で感知される度に繰返される。

ここで第４図を参照する。

第４図は、露光制御部分１４及び文書情報受取り部分１
６の光積分時間を同時に決定するため、端子６５におけ
る表面電位Ｖｔｒｉｇがどのようにして感知されるかを
詳細（こ示す。

第１の電界効果トランジスタ８８は。端子６５へ接続さ
れたソース電極９０．ドレイン電極９２．ゲート電極９
４を含む。

第２の電界効果トランジスタ９６は、電位Ｖｄへ接続さ
れたソース電極９８．ドレイン電極１００．端子６５及
びトランジスタ８８のソース電極９０へ接続されたゲー
ト電極１０２を含む。

トランジスタ９６のドレイン電極１００は抵抗１０４を
介して大地へ接続され、かつ比較器１０８の負入力端子
１０６へ接続される。

比較器１０８の正入力端子１１０はポテンショメータ１
１４の可動アーム１１２へ接続される。

ポテンショメータ１１４は一端を大地へ接続され、他端
を電位Ｖｄへ接続される。

比較器１０８の出力３０はクロック発生器２４へ接続さ
れ、光積分を終了すべきこと、及びＶｂａｒをゼロへ戻
すべきことをクロック発生器２４へ知９せる。

第４図、第５Ｈ図及び第５１図に示されるように、時間
間隔３Ｂの始めにおいて、端子１１６のりセラ）Ｖ電圧
及び端子１１８のリセッ）Ｇ（ゲート）電圧は短い時間
の開園時に高である。

従って、トランジスタ８８は導通し、端子１１６の電位
は端子６５及びトランジスタ９６のゲート電極１０２で
感知される。

この正電位はトランジスタ９６を導通させ、ソース電極
１００を正ｌこし、前述したように端子６５の下ｌこ電
位ウェルを形成する。

第３Ｄ図を参照して説明した如く、電荷が端子６５の下
の電位ウェルへこぼれ始めると、端子６５の電位は第５
Ｆ図の８２で示されるように負の度合いを強くする。

この負への電位はトランジスタ９６のゲート電極１０２
で感知され、トランジスタの導通性を減少させる。

従って、比較器１０８の負の入力端子１０６で感知され
た電位は負の度合いを強くシ、それが端子１１０へ印加
された正の入力と比較される。

端子１０６の電位が実質的に端子１１０の電位ｌこ等し
くなった時、比較器１０８はクロック発生器２４への出
力線３０上（Ｃパルスを与える。

このパルスは、十分ナバッフグラウンド・レベルが感知
され、積分時間がストップすべきことを知らせる。

それに応答して。クロック発生器２４は端子５０のＶｂ
ａｒ電位をゼロ・ボルトへ戻しく第５Ｃ図の８６）、そ
れによって端子５０の下の電荷転送通路を閉止し１次の
サイクルオで光積分を中止する。

積分後続時間において、端子１１６を介してＶｔｒｉｇ
電圧６５ヘゼロ・ボルト電位１２８（第５Ｈ図）を印加
することによってＶｔｒｉｇをゼロ電位へ戻すため（第
５Ｆ図の１２０）、リセットＧ（ゲート）パルス１２６
（第５１図）が端子１１８（第４図）を介してトランジ
スタ８８のゲート電極９４へ印加される。

これは、文書の次の線を感知する前に。スキャナ・アレ
イを初期条件へ戻す。

前述した如く、クロック発生器２４は露光制御部分（露
光測定回路）１４及び文書情報受取り部分（文書結像′
アレイ）１６のために各種の電位を与え、かつ結像アレ
イのシフト・レジスタのためにφ１乃至φ４タイミング
・パルスを与える。

第２図を参照すると１文書情報受取り部分１６の動作は
、端子６２へ印加される転送ゲート電圧Ｖｘｆｅｒ （
ｓｒ ）（第５Ｇ図）が露光制御部分の端子５８へ印加
される転送ゲート電圧Ｖｘ ｆ ｅ ｒ （ｅＸ）（第
５Ｅ図）と異った時間フレームで生じることを除いて、
露光制御部分１４と同じであることが解る。

更に、文書情報受取り部分１６においては。ｖｔｒｉｇ
端子ではなくφ１バス６６が設けられていることが解る
。

バス６６の下に集積された電荷は、 ■ｂａｒｌこよっ
て決定される光積分時間中に感知された像を示す。

φ１バス６６はシフト・レジスタの各段を通して電荷の
転送を開始し１次いでそれを利用装置３４（第１図）へ
与える。

例示された多ゲート構造は、光学走査システムへいくつ
かの独特な動作的特徴を与えることが解る。

バリア・ゲートはカメラの電子制御式シャッターの如く
働くから、積分が始った後に積分時間を制御する能力が
ある。

露光は積分時間の始めから監視され、比較器１０８（第
４図）の感知によって、十分な集積光が露光測定回路へ
入った後にシャッターが閉止する。

即ち、その時バリア電圧ｖｂａｒがゼロ・レベルへ切替
えられ、フォトダイオードと記憶場所との間の電荷の流
れをブロックする。

従って１文書情報受取り部分１６中のフォトエレメント
の記憶領域にある積分電荷は、関連したシフト・レジス
タが新しい線のデータを受取る用意ができるまで保持さ
れる。

こうして、露光制御部分１４は光源中の一時的変動、紙
の反射率、光学通路中に各種のフィルタを挿入すること
。

レンズ開孔の変動等に応答することができる。

他の重要な特徴として、チップ上の露光測定回路は結像
アレイと並行して製造されるので、カラー適用業務に対
して釣り合ったスペクトル応答を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は文書スキャナ・システムの略図であり。 第２図は第１図の文書スキャナ・システムで使用される
露光制御部分を含むスキャナ・チップの図。 第３Ａ図乃至第３Ｄ図は第２図に示されるスキャナ・チ
ップの露光制御部分として機能する多ゲート電荷転送装
置の略図、第４図は第３Ａ図乃至第３Ｄ図に示される電
荷転送装置の選択されたゲート電極を含む系の略図であ
り、第５Ａ図乃至第５Ｉ図は第３Ａ図乃至第３Ｄ図及び
第４図に示される回路網の動作を理解するのに有用なタ
イミング図である。 ２・・・・・・文書支持プレート、４・・・・・・透明
部分、６・・・・・・文書、８・・・・・・基準インデ
ィシア、１０・・・・・・螢光灯、１２・・・・・・ス
キャナ・アレイ、１４・・・・・・露光制御部分（露光
測定回路、）、１６・・・・・・文書情報受取り部分（
文書結像アレイ）、１８・・・・・・第１光学通路、２
０・・・・・・第２光学通路、２４・・・・・・クロッ
ク発生器、２５・・・・・・チップ、３４・・・・・・
利用装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 文書と該文書に関連する基準インディシアを同時に
   光走査する光源と、 前記文書及び前記基準インディシアからの光像を夫々第
   １及び第２光路に同時に結像する手段と。 前記文書からの光像を受取るよう前記第１光路１こ整列
   して設けられた文書情報受取部及び前記基準インディシ
   アからの光像を受取るよう前記第２光路に整列して設け
   られた露光制御部を肴する電荷転送デバイスによるスキ
   ャナ・アレイと。 前記基準インディシアからの光像の前記露光制御部の電
   荷転送デバイスによる時間積分値を基準レベルと比較す
   る手段と。 前記比較手段による一致検出に応答して前記文書からの
   光像の前記文書情報受取部の電荷転送デバイスによる時
   間積分を停止する手段と。 を具備する文書スキャナ。