KR100818856B1 - 컬러 이미지 센서 유닛 및 상기 센서 유닛을 이용한 원고 판독 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

컬러 이미지 센서 유닛 및 상기 센서 유닛을 이용한 원고 판독 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 조명용 광원으로서, 각각 독립적으로 발광 타이밍을 제어할 수 있는 3색의 발광 소자와, 각각이 복수의 화소로 구성된 적어도 3열의 화소 열을 갖고, 각 화소 열마다 투과 파장 영역이 서로 다른 컬러 필터가 배치된 센서 어레이를 이용하여, 각 발광 소자의 점등 개시 및 점등 기간을 각각 독립적으로 제어함으로써, 출력되는 화상 신호에서의 색 어긋남을 방지하며, 또한 각 색 성분의 화상 신호의 레벨을 조정할 수 있는 컬러 이미지 센서를 제공한다.
센서 어레이, 컬러 필터, 색 어긋남, 발광 소자, 광원

Description

컬러 이미지 센서 유닛 및 상기 센서 유닛을 이용한 화상 판독 장치 및 그 제어 방법{COLOR IMAGE SENSOR UNIT AND IMAGE READING DEVICE USING THE SENSOR UNIT AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은, 원고면으로부터의 반사광을 판독하는 화상 판독부에 설치되는 컬러 이미지 센서 유닛 및 그것을 이용한 화상 판독 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래부터 이미지 스캐너, 복사기 등의 화상 판독 장치에서는, 원고의 화상 정보를 광학적으로 판독해서 전기 신호로 변환하는 이미지 센서로서, 원고에 근접해서 등배로 판독하는 컨택트 이미지 센서(이하, CIS로 약칭함)가 사용되고 있다.
도 13A, 도 13B는, 이 CIS 유닛을 설명하는 도면으로서, 도 13A는, 그 단면도를 도시하고, 도 13B는, 광원의 구동 회로를 도시하고 있다.
도광체(22)의 단면에 배치된 광원(21)으로부터 방사된 광은, 도광체(22) 내에 입사하여 길이 방향(도면의 수직 방향(주주사 방향))으로 유도되어, 글래스 등의 원고 지지대(28) 상에 놓여진 원고(29)의 주주사 방향을 라인 형상으로 대략 균일하게 조명한다. 이 광원(21)에는 각각 적녹청(이하, RGB로 약칭함) 3색의 발광 파장을 갖는 발광 소자(21-r, 21-g, 21-b)가 구비되어 있다. 이들 발광 소자로서, 일반적으로는 RGB 3색의 LED가 이용되고 있으며, 각 발광 소자는 시분할 구동으로, 각각 독립적으로 점등 구동된다.
이렇게 해서 광원(21)에 의해 조명된 원고(29)로부터의 반사광은, 렌즈 어레이(24)에 의해 집광되어, 기판(26) 상에 배치된 센서 어레이(25)에 결상된다. 이 센서 어레이(25)로부터 출력되는 화상 신호는, 커넥터(27)를 통하여 외부에 출력된다. 프레임(23)은 도광체(22)나 렌즈 어레이(24), 기판(26) 등을 소정의 위치에 고정하고 있다.
도 13B에서, 각 발광 소자에는 구동용의 FET가 접속되어 있고, 이들 각 FET는 각각 구동 신호 φLR, φLG, φLB가 하이 레벨로 됨으로써 온 상태로 되어, 각각 대응하는 발광 소자에 전류를 흘려 각 소자를 발광 구동한다.
도 14는, 이 센서 어레이(25)의 길이 방향(주주사 방향)의 외관도로서, 도 13A, 도 13B와 공통되는 부분은 동일한 기호로 나타내고 있다. 또한, 참조 부호 130은, 이 센서 어레이(25)를 구성하는 센서 IC 부분을 확대하여 나타내고 있다.
센서 어레이(25)는, 여기서는 색을 식별하는 기능은 없고, 단순히 입사되는 광량을 광전 변환하고 있을 뿐이다. 따라서, 여기서는 RGB 광원의 각각의 구동 신호 φLR, φLG, φLB의 타이밍과, 센서 어레이(25)의 출력과의 동기를 취함으로써, 각 색 성분의 원고 화상 신호를 검출하고 있다.
CIS는 원고를 등배로 판독하기 위해서, 그 원고 폭에 따른 길이의 센서가 필요하게 된다. 이것을 실현하기 위해 복수의 센서 IC(25-1~25-i)를 직선 형상으로 배치한 멀티 칩 구성으로 되어 있다. 여기서 각 센서 IC에서는, 광전 변환을 행하 는 n개의 화소 P(1)~P(n)가, 각각 소정의 간격 x로, 주주사 방향으로 직선 형상으로 배치되어 있다. 예를 들면 600dpi의 해상도로 설정된 센서 IC의 경우, x=42㎛로 된다.
또한, 최근의 화상 판독 속도의 고속화에 수반하여, 센서의 동작 속도를 보다 고속으로 하도록 요구받고 있다. 이것에 대응하기 위해서, 멀티 칩으로 구성하는 센서 어레이(25)의 각 센서 IC의 출력을 병렬로 취출함으로써 동작 속도를 향상시키고 있다.
도 15는, 상술한 CIS의 동작 타이밍을 설명하는 도면이다.
외부 동기 신호 SP에 동기하여, 상술한 구동 신호 φLR, φLG, φLB를 순차적으로 출력하고 있다. 이렇게 해서 3×SP의 사이클에서, 1라인의 RGB 컬러 화상의 판독이 완료된다. 또한 센서 IC(25)는, 이 SP의 주기로 각 화소가 축적한 전하를 센서 IC(25) 내부의 아날로그 메모리(비표시)에 일괄 전송하고, 다음의 SP의 주기에서, 그 아날로그 메모리로부터 순차적으로 출력하는(OS(R), OS(G), OS(B)로서 나타냄) 구성으로 되어 있다.
여기서 CIS는 라인 센서이므로, 원고의 2차원 정보를 취득하기 위해서는, 원고와 CIS 유닛을 부주사 방향으로 상대적으로 이동시킬 필요가 있다. 이 때, 원고와 CIS 유닛의 상대 이동 속도 V는, 예를 들면 해상도 600dpi로 판독하는 경우, 1색마다의 센서의 동작 사이클 기간인 SP 주기를 TW(초)로 하면, V=42[㎛]/3TW[sec]로 된다. 원고 판독 중에는, 일정 속도 V로 원고와 CIS 유닛은 상대적으로 이동한다. 이 때, 원고 상의 부주사 방향에서의 조사 위치가 RGB 각각에서 서로 다르기 때문에, RGB　판독 타이밍도 서로 달라지게 된다. 이 때문에, RGB 출력을 그대로 합성해서 컬러 화상 정보로서 형성하면, 부주사 방향의 색 어긋남이 발생한다.
도 16A는, 이 부주사 방향의 색 어긋남을 설명하는 모식도이다. 도면에서의 흰 사각(1501~1503)의 각각은, 타이밍도인 도 15에서의 각 시각 T1~T4에서의, 임의의 화소의 원고 상의 판독 위치를 나타내고 있다. 예를 들면 원고의 R성분의 정보는, 기간 TW에서 ΦLR의 타이밍에서 점등된 발광 소자(21-r)로부터의 광의 반사광으로서 얻어진다. 그러나 상술한 바와 같이, 원고와 CIS 유닛은 속도 V로 부주사 방향으로 상대적으로 이동하고 있으므로, 다음에 원고의 G성분을 판독할 때에는 화소의 원고 상의 판독 위치는, 도면에서 시각 T1의 위치로부터 T2의 위치까지 이동해 있다. 도면에서의 평행사변형(1504~1506)의 각각은, 이 부주사 방향의 이동을 고려한 RGB 각각의 원고 상의 판독 영역을 표현한 것이다. 따라서, RGB 각각의 판독 영역은, RGB 전체의 어긋남량을 Δy로 하면, 각각 1/3Δy 어긋나게 된다.
이에 대하여, CIS에 이용하는 센서 IC 상에 화소 배열을 3열 설치하고, 각 화소 열 상에 RGB의 컬러 필터를 탑재한 색 분해 방식을 채용한 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1).
도 17은, 이러한 센서 어레이의 주주사 방향의 외관도를 도시하고, 참조 부호 160은 센서 IC 부분을 확대하여 도시하고 있다.
이 센서 어레이는, 긴 판독 폭을 실현하기 위해, 광전 변환을 행하는 센서 IC를 복수개 직선 형상으로 배열해서 구성되어 있는 점은 전술한 도 14와 마찬가지이다. 센서 IC(35-1~35-i)의 각각에는, 또한, 도면에서 참조 부호 160으로 나타내 는 바와 같이, 광전 변환을 행하는 화소가, 주주사 방향으로 소정의 간격 x로, 원고와 센서 IC의 상대 이동 방향(부주사 방향)으로는, 소정의 간격 y로 3열 배치되어 있다. 또한, 각 센서 IC 상의 각 화소 열 상에는, RGB에 대응한 투과 파장 영역을 갖는 3종류의 컬러 필터 CF-R, CF-G, CF-B가 배치되어 있다. 이에 의해 각 화소 열의 화소는 각각 RBG의 각 색에 대응한 분광 감도를 갖고 있다. 이 센서 어레이는 멀티 칩 구성이기 때문에, 고속화의 목적으로, 각 센서 어레이를 구성하는 각 센서 IC의 출력을 병렬로 취출할 수 있도록, 3개의 화소 열의 출력을 1개의 공통 출력선으로부터 취출하는 구성으로 되어 있다.
도 18은, 도 17에 도시하는 컬러 CIS 유닛의 동작 타이밍도이다.
전술한 도 15와는 달리, 화상 신호의 각 색 성분으로의 분해는 컬러 필터에서 행하기 때문에, 광원으로서는 가시 파장 영역에서 폭넓은 발광 스펙트럼을 갖는, 단일의 백색의 Xe관 혹은 LED 등이 사용된다. 따라서, 광원의 점등을 제어하는 구동 신호는 1종류이며, 광원은 CIS 유닛이 판독 동작 중에 점등한 그대로이다. 따라서, 이러한 컬러 필터를 구비한 3라인 구성의 센서 IC를 이용한 CIS 유닛에서는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 1동작 사이클(주기 TW 내에서)에서, 화상의 1라인분의 RGB 정보를 판독할 수 있다.
이 경우에도, 원고와 CIS 유닛이 부주사 방향으로 상대적으로 이동하면서 2차원 화상이 판독된다. 여기서 센서 IC 상의 화소 열의 부주사 방향의 간격 y는, 예를 들면 600dpi의 해상도에서의 행 간격의 정수배로 되도록 설정되어 있다. 이러한 경우, RGB의 라인 신호에 대하여, 원고 상의 판독 위치의 어긋남은 화소 열의 간격 y로 된다. 따라서, RGB 신호를 합성해서 색 정보를 생성할 때에는, 이들 화소 열의 간격에 따른 분만큼, 각 라인 데이터를 지연시킴으로써, 각 라인 데이터의 위치 어긋남을 보정하여, 색 어긋남이 없는 화상을 얻고 있다.
도 19A는, 원고 상의 판독 위치의 어긋남을 설명하는 모식도이다. 도 19A에서, 각 사각은 각각 타이밍도인 도 18에서의 각 시각 T1, T2에서의, 화소행의 원고 상의 판독 위치를 나타내고 있다. 또한, RGB의 각각에 대응하는 각 평행사변형(180~182)은, 원고와 CIS 유닛의 상대 이동을 고려한 원고 상의 판독 영역을 나타내고 있다. 예를 들면 해상도 600dpi로 판독하는 경우, 원고와 CIS 유닛의 상대 이동 속도 V는, 센서의 동작 사이클 기간인 SP의 주기를 TW(초)로 하면, V=42[㎛]/TW로 된다. 여기서, 도 17에 도시하는 화소 열의 간격 y가 화소행의 간격과 동일한 42[㎛]인 경우, 색 분해된 각 화소 열마다의 판독 위치도 42[㎛]의 어긋남으로 된다. 이에 의해 예를 들면 R의 1라인 신호(180)에 대한 G의 1라인 신호(181)의 지연 시간(1라인분), 및 B의 라인 신호(182)의 지연 시간(2라인분)을 각각 고려해서 각 색의 화상 신호를 합성하면, 색차는 발생하지 않게 된다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2003-324377호
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그러나, 도 17에 도시하는 센서 어레이를 이용하는 경우 이하와 같은 문제가 있었다. 센서의 분광 감도나 광원의 발광 스펙트럼의 RGB비에 차가 있으면, 도 18에 도시하는 바와 같이, RGB의 각 신호에 레벨 차가 발생한다. 여기서 화이트 밸런스를 조정하고자 한 경우, 상대적으로 낮은 레벨의 색 성분의 신호를 증폭할 필요가 있다. 일반적으로는 센서 IC는, B성분의 분광 감도가 낮고, 또한 광원은 R성분의 발광량이 많기 때문에, 결과적으로, R성분의 신호 레벨에 대하여 B성분의 신호 레벨이 작아지는 경향이 있다. 이 때문에 B성분의 신호를 증폭할 필요가 발생한다. 이러한 신호 증폭에 의해, 그 B성분의 신호에 포함되는 노이즈 성분도 증폭되어, R 신호에 대하여 B 신호의 S/N비가 저하된다고 하는 문제가 있었다. 이 때문에, 전술한 CIS 유닛을 구성하는 센서 IC의 분광 감도에 맞추어 광원의 색 온도를 조절할 필요가 있었다.
또한 전술한 종래예에서, CIS 유닛을 원고의 판독 장치로서 사용할 때, 부주사 방향의 판독 해상도는, 판독 시간의 단축이나 해상도 변환 등의 목적으로 변경될 수 있다. 한편, 부주사 방향의 판독 속도를 변화시킨 경우, 즉, 부주사 방향의 해상도와 주주사 방향의 해상도가 서로 다른 판독 동작을 행하면 화상에 색 어긋남이 발생한다. 예를 들면 도 17에 도시하는 바와 같은 해상도 600dpi의 화소 배열을 갖는 CIS 유닛을 이용하여, 부주사 방향으로 해상도 300dpi로 판독하는 경우를 고려한다. 도 19B는, 부주사 방향의 판독 속도를 배로 한 경우의 원고 상의 판독 위치가 이동하는 모식도를 도시한다. 도면에서, 흰 사각은 도 18의 시각 T1, T2에서의, RGB 각각의 원고 상의 판독 위치를 나타내고 있다. 또한 평행사변형(183~185)은, 원고와 CIS 유닛의 상대 이동을 고려한 원고 상의 판독 영역을 표현한 것이다. 부주사 방향의 해상도를 절반으로 떨어뜨려 해상도 300dpi로 판독하는 경우, 원고와 CIS 유닛의 부주사 방향의 상대 이동 속도 V'는, 1동작 사이클 기간인 SP 주기를 TW(초)로 하면, V'=2Y=84[㎛J/TW로 된다. 여기서 상술한 바와 같이, 화소 열의 간격 y가 600dpi의 화소의 행 간격과 동일한 42[㎛]인 경우, 색 분해된 각 화소 열마다의 판독 위치의 어긋남은 42[㎛]로 되어, 1라인분의 지연에 상당하는 거리는 84[㎛]로 된다. 따라서 예를 들면, B의 라인 신호(185)를 1라인분 지연하면 R의 라인 신호(183)와 일치하지만, G의 라인 신호(184)의 어긋남량은 0.5라인분으로 되어, 라인 단위로의 지연 처리로는 보정할 수 없다.
또한 도 14의 경우에서도, 부주사 방향의 해상도를 작게 한 경우, 색차는 더욱 커진다. 도 16B는, 도 16A에 대하여 부주사 방향의 해상도를 1/2로 한 경우의 판독 위치의 모식도를 도시한다. 이 경우에도, R의 1라인 신호(1507)와 B의 1라인 신호(1508)와의 차는 1라인의 정수배로 되지 않아, 라인 단위로의 지연 처리에 의해 RGB 신호를 겹치는 것은 어려워, 색 어긋남을 보정할 수 없다는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 결점을 해결하는 것에 있다.
또한 본원 발명의 특징은, 각 색 성분의 광을 발광하는 발광 소자와, 각 색 성분의 화상 신호를 검출하는 센서 열을 갖고, 각 센서로부터의 출력 신호 레벨을 조정할 수 있는 컬러 이미지 센서 및 상기 센서 유닛을 이용한 화상 판독 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 특징은, 부주사 방향의 판독 속도를 변경해도, 원고를 판독한 화상 신호의 색 어긋남을 방지할 수 있는 화상 판독 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 특징은, 독립 클레임에 기재된 특징의 조합에 의해 달성되며, 종속항은 발명의 단지 유리한 구체예를 규정하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 컬러 이미지 센서 유닛은 이하와 같은 구성을 구비한다. 즉,
조명용 광원, 상기 광원으로부터 조사되어 판독 대상 부재로부터 반사된 반사광을 결상하는 결상 수단, 및 상기 결상 수단에 의해 결상된 화상을 전기 신호로 변환하는 센서 어레이를 구비하는 컬러 이미지 센서 유닛으로서,
상기 센서 어레이는, 각각이 복수의 화소로 구성된 적어도 3열의 화소 열을 갖고, 각 화소 열마다 투과 파장 영역이 서로 다른 컬러 필터가 배치되어 있으며,
상기 광원은, 각각이 서로 다른 발광 파장을 갖는 적어도 3개의 발광 소자를 갖고, 각 발광 소자는 각각 독립하여 구동 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 화상 판독 장치는 이하와 같은 구성을 구비한다. 즉,
각각이 서로 다른 발광 파장을 갖는 적어도 3개의 발광 소자를 갖는 광원과, 상기 광원에 의해 조사되어 원고로부터 반사된 반사광을 결상하는 결상 렌즈와, 각각이 복수의 화소로 구성된 적어도 3열의 화소 열과 각 화소 열마다 투과 파장 영역이 서로 다른 컬러 필터를 구비하며, 상기 결상 렌즈에 의해 결상된 화상을 전기 신호로 변환하는 센서 어레이를 갖는 컬러 이미지 센서 유닛과,
원고와 상기 컬러 이미지 센서 유닛을 상기 화소 열에 대략 직교하는 방향으로 상대적으로 이동시키는 이동 수단과,
상기 광원의 각 발광 소자를 각각 독립하여 구동하는 구동 수단과,
상기 구동 수단에 의한 발광 구동에 동기하여 상기 컬러 이미지 센서 유닛으로부터 출력되는 각 색에 대응하는 화상 신호에 기초하여 상기 원고에 대응하는 화상 신호를 생성하여 출력하는 출력 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 화상 판독 장치의 제어 방법은 이하와 같은 공정을 구비한다. 즉,
각각이 서로 다른 발광 파장을 갖는 적어도 3개의 발광 소자를 갖는 광원과, 상기 광원으로부터 조사되어 원고로부터 반사된 반사광을 결상하는 결상 렌즈와, 각각이 복수의 화소로 구성된 적어도 3열의 화소 열과 각 화소 열마다 투과 파장 영역이 서로 다른 컬러 필터를 구비하며, 상기 결상 렌즈에 의해 결상된 화상을 전기 신호로 변환하는 센서 어레이를 갖는 컬러 이미지 센서 유닛을 갖는 화상 판독 장치의 제어 방법으로서,
원고와 상기 컬러 이미지 센서 유닛을 상기 화소 열에 대략 직교하는 방향으로 상대적으로 이동시키는 이동 공정과,
상기 광원의 각 발광 소자를 각각 독립하여 구동하고, 상기 이동 공정에서 상대 이동되는 상기 원고를 조사하는 구동 공정과,
상기 구동 공정에서의 발광 구동에 동기하여 상기 컬러 이미지 센서 유닛으로부터 출력되는 각 색에 대응하는 화상 신호에 기초하여 상기 원고에 대응하는 화상 신호를 생성하여 출력하는 출력 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 개요는, 필요한 특징을 모두 열거하고 있는 것이 아니며, 따라서, 이들 특징군의 서브 콤비네이션도 발명으로 될 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 각 색 성분의 광을 발광하는 발광 소자와, 각 색 성분의 화상 신호를 검출하는 센서 열을 갖고, 각 센서로부터의 출력 신호 레벨을 조정할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 부주사 방향의 판독 속도를 변경해도, 원고를 판독한 화상 신호의 색 어긋남을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본원 발명의 다른 목적이나 특징은, 첨부된 도면을 참조해서 이루어지는 이하의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
본원에 삽입되어 본원의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본원의 실시 형태의 설명과 함께 본원 발명의 원리를 설명하기 위한 실시 형태를 예시하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 컬러 컨택트 이미지 센서(CIS) 유닛의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 광원의 구동 회로를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 센서 어레이(5)의 외관도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 각각 발광 스펙트럼, 및 컬러 필터 CF-r, CF-g, CF-b의 분광 투과율을 도시하는 도면.
도 5는 본 실시 형태에 따른 컬러 CIS 유닛을 구성하는 센서 IC의 등가 회로도.
도 6은 본 실시 형태에 따른 컬러 CIS 유닛의 광원 구동 회로의 동작 타이밍을 설명하는 타이밍도.
도 7A는 각 발광 소자의 점등 타이밍과 점등 기간을 도 6과 거의 동일하게 하면서, 또한 각 발광 소자의 광량을 듀티비를 변경해서 조정하는 방법을 설명하는 도면.
도 7B는 각 발광 소자의 점등 타이밍과 점등 기간을 도 6과 거의 동일하게 하면서, 또한 각 발광 소자의 광량을 전류값에 의해 조정하는 방법을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 컬러 CIS 유닛의 구동 타이밍을 설명하는 타이밍도.
도 9A는 발광 소자의 발광 타이밍과 각 화소 열에서 판독한 화상 신호와의 관계를 부주사 방향의 해상도에 대응시켜 설명하는 모식도.
도 9B는 발광 소자의 발광 타이밍과 각 화소 열에서 판독한 화상 신호와의 관계를 부주사 방향의 해상도에 대응시켜 설명하는 모식도.
도 9C는 발광 소자의 발광 타이밍과 각 화소 열에서 판독한 화상 신호와의 관계를 부주사 방향의 해상도에 대응시켜 설명하는 모식도.
도 9D는 발광 소자의 발광 타이밍과 각 화소 열에서 판독한 화상 신호와의 관계를 부주사 방향의 해상도에 대응시켜 설명하는 모식도.
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 컬러 CIS 유닛을 사용한 화상 판독 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 따른 화상 판독 장치의 일례인 시트피드형 스캐너 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 12는 본 실시 형태 4에 따른 화상 판독 장치에서의 원고의 판독 제어를 설명하는 플로우차트.
도 13A는 종래의 CIS 유닛의 단면도.
도 13B는 종래의 CIS 유닛의 광원의 구동 회로를 도시하는 도면.
도 14는 종래의 센서 어레이의 길이 방향(주주사 방향)의 외관도.
도 15는 종래의 CIS의 동작 타이밍을 설명하는 도면.
도 16A는 종래 기술에 의한 판독 중의 화소와 판독 위치의 어긋남을 설명하는 모식도.
도 16B는 종래 기술에 의한 판독 중의 화소와 판독 위치의 어긋남을 설명하는 모식도.
도 17은 종래의 센서 어레이의 주주사 방향의 외관도.
도 18은 도 17에 도시하는 컬러 CIS 유닛의 동작 타이밍도.
도 19A는 원고 상의 부주사 방향의 판독 위치의 어긋남을 설명하는 모식도.
도 19B는 원고 상의 부주사 방향의 판독 위치의 어긋남을 설명하는 모식도.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는 특허 청구 범위에 관계되는 발명을 한정하는 것이 아니며, 또한 본 실시 형태에서 설명되어 있는 특징의 조합의 모두가 발명의 해결 수단에 필수적인 것이라고는 할 수 없다.
[실시 형태 1]
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 컬러 컨택트 이미지 센서(CIS) 유닛의 구성을 도시하는 블록도이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 CIS 유닛은, 적어도 광원(1)과, 그 광원(1)으로부터의 광에 의해 원고의 폭 방향으로 조명하는 도광체(2) 및 원고로부터의 반사광을 검출하는 센서 어레이(5)를 갖고 있다.
도면에서, 광원(1)은, 원고(9)를 조명하기 위한 광원으로서, 서로 다른 발광 파장을 갖는 3원색(RGB)의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)가 탑재되어 있다. 광원(1)으로부터 방사된 광은, 원고 폭 방향으로 배치된 도광체(2)의 내부에 입사되어, 도 1의 수직 방향(주주사 방향)으로 유도되어, 도광체(2)에 설치된 광 사출부로부터 선 형상 광속으로서 방사된다. 이에 의해 원고 지지체(8) 상에 재치된 원고(9)의 주주사 폭 방향을 대략 균일하게 조명할 수 있다. 이 광원(1)으로부터 조사되어 원고(9)에서 반사된 광은, 렌즈 어레이(4)에 의해 기판(6)에 실장된 센서 어레이(5)에 집광된다. 센서 어레이(5)는, 렌즈 어레이(4)에 의해 결상된 상에 대응하는 전기 신호를 생성한다. 이 전기 신호는 커넥터(7)를 통하여 외부에 출력된다. 프레임(3)은, 상술한 도광체(2), 렌즈 어레이(4), 기판(6) 등을 소정의 위치에 유지하는 프레임이다.
도 2는, 광원(1)의 구동 회로를 도시하는 도면이며, 이 구동 회로는, 이 CIS 센서 유닛 내에 설치되어도, 혹은 이 유닛의 외부에 설치되어 있어도 된다.
각 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)는, 애노드를 공통으로 한 각 RGB의 광을 발광하는 LED를 사용하고 있다. 그리고 각 LED의 캐소드에 각각 스위치로서 FET가 접속되어 있으며, 구동 신호 φLR, φLG, φLB에 의해, 각 LED를 각각 개별로 점등 제어할 수 있다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 센서 어레이(5)의 외관도이며, 참조 부호 30은, 이 센서 어레이를 구성하는 1개의 센서 IC의 센서(화소)의 배열을 확대하여 나타내고 있다.
이 센서 어레이(5)는, 각각이 광전 변환을 행하는 복수(m개)의 센서 IC　(5-1, 5-2, …, 5-m)를 주주사 방향으로 직선 형상으로 배치하여 구성되어 있다. 각 센서 IC에는, 참조 부호 30으로 나타내는 바와 같이, 광전 변환을 행하는 포토다이오드가 설치된 개구부(화소) P가 주주사 방향으로 소정의 간격 x로 n개 배치되어 있다. 이것을 이후, 화소 열로 부른다. 이들 화소 열은, 부주사 방향에 간격 y를 두고 3열 배치되어 있다. 여기서 각 화소의 간격 x는, 이 센서 어레이(5)의 광학적인 해상도를 결정한다. 예를 들면 600dpi의 센서 어레이(5)의 경우, 이 간격 x는 42[㎛]로 설정된다. 또한, 화소 열의 간격 y는, 전술한 라인간 지연에 의한 색차 보정이 가능하게 되도록 화소 간격 x의 정수배로 설정되어 있다. 이 경우, x와 y를 동일하게 하는 것이, 센서 IC의 면적이나 라인간 지연 메모리량을 극소화하는 점에서 바람직하다. 또한 각 화소 열 상에는, 각각 분광 투과율이 서로 다른 3종 류의 컬러 필터 CF-r, CF-g, CF-b가 탑재되어 있어, 화소 열마다 RGB 각 색에 대응한 분광 감도를 갖게 하고 있다.
도 4는, 본 실시 형태에 따른 광원(1)을 구성하는 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 각각 발광 스펙트럼, 및 센서 어레이(5)를 구성하는 센서 IC의 각 화소 열에 부여되는 컬러 필터 CF-r, CF-g, CF-b의 분광 투과율을 도시하는 도면이다.
도면에서, 참조 부호 400은 발광 소자(1-r)의 발광 스펙트럼, 참조 부호 401은 발광 소자(1-g)의 발광 스펙트럼, 참조 부호 402는 발광 소자(1-b)의 발광 스펙트럼을 나타내고 있다. 또한 참조 부호 403은, 필터 CF-r의 분광 투과율, 참조 부호 404는 필터 CF-g의 분광 투과율, 참조 부호 405는 필터 CF-b의 분광 투과율을 나타내고 있다.
여기서 색 분해 성능을 양호하게 하기 위해, 3종류의 컬러 필터 CF-r, CF-g, CF-b의 투과 파장 영역이 서로 겹치는 부분이 작게 되도록 분광 투과율이 설정되어 있다. 또한 마찬가지로, 3개의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 파장도, 발광 스펙트럼의 겹침이 작게 되도록 설정되어 있다.
여기서, 컬러 필터 CF-r, CF-g, CF-b의 투과 파장 영역과 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 파장에는 이하의 관계가 있는 것이 바람직하다. 즉, 3개의 발광 소자의 각 발광 스펙트럼은, 대응하는 동일 색의 컬러 필터의 투과 파장 영역에 내포되도록, 필터의 투과 파장 영역보다도 그 반치폭이 작고, 또한 다른 2개의 필터의 투과 파장 영역과의 겹침이 가능한 한 작게 되도록 설정되어 있다. 실제로, 센서 어레이의 각 화소 상에 배치되는 컬러 필터에는 안료나 염료가 이용되기 때문에, 그 분 광 스펙트럼의 반치폭은 100㎚ 정도이다. 또한 발광 소자로서는, 발광의 상승 특성이 급격한 LED가 바람직하며, RGB의 각 발광 스펙트럼의 반치폭은 50㎚ 이하이다.
또한 발광 소자의 각 발광 스펙트럼의 상승 특성이 급격하기 때문에, 발광 스펙트럼의 테일 부분의 광이, 인접하는 다른 색의 컬러 필터를 투과해서 검지되는 비율이 매우 낮아진다. 따라서, 임의의 색의 발광 소자로부터의 광의 색 정보는, 동일 색의 컬러 필터를 갖는 센서 IC의 화소 열에만 검지되며, 다른 색의 컬러 필터를 갖는 다른 2개의 화소 열에서는 거의 검지되지 않는다. 이에 의해 3개의 발광 소자가 동시에 점등 구동되어도, 각각의 발광 소자에 의한 색 정보는, 그 발광 파장에 대응한 동일 색의 컬러 필터를 갖는 화소 열에서만 독립하여 검지된다. 이와 같이 함으로써, 임의의 색 정보에 포함되는 다른 색의 정보의 레벨(노이즈)을 현격히 저감할 수 있다.
도 5는, 본 실시 형태에 따른 컬러 CIS 유닛을 구성하는 센서 IC의 등가 회로도이다. 또한 도 6은, 본 실시 형태에 따른 컬러 CIS 유닛의 광원 구동 회로의 동작 타이밍을 설명하는 타이밍도이다. 도 5에서, 참조 부호 501은 컬러 필터 CF-r을 통과한 R의 화소 신호를 생성하는 R 화소 열, 참조 부호 502는 컬러 필터 CF-g를 통과한 G의 화소 신호를 생성하는 G 화소 열, 참조 부호 503은 컬러 필터 CF-b를 통과한 B의 화소 신호를 생성하는 B 화소 열을 나타내고 있다.
도 6의 SP는, 외부로부터 입력되는 화상의 동기 신호로, 센서 IC의 동작 사이클을 제어한다. 즉, SP 신호의 주기 TW가 1라인의 판독 기간에 상당한다.
도 5에서, 타이밍 발생 회로(13)는, 동기 신호 SP가 입력되면, 이 동기 신호 SP에 동기하여 전송 신호 TS와 리세트 신호 RS를 발생한다. 또한 구동 신호 φLR, φLG, φLB는, 3개의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 각각의 구동 신호를 나타내고 있다.
각 센서 IC에서 형성되는 각 화소 신호는, 개구부 P(1)~P(n)를 가진 포토다이오드와 리세트 회로, 전송 회로에 의해 형성된다. 각 포토다이오드는, 리세트 신호 RS에 의해 구동되는 리세트 회로에 의해 초기 상태로 리세트된 후, 개구부로부터 입사하는 광량에 따라 발생하는 포토 캐리어를 축적한다. 또한 소정의 기간 중에 발생한 포토 캐리어에 따른 전압을, 전송 신호 TS에 의해 구동되는 전송 회로를 통하여, 각 화소마다의 전극을 통하여 접속된 아날로그 메모리(10)에 읽어낸다. 여기서, 각 화소 신호를 형성하는 회로에 대하여 리세트 신호 RS 및, 전송 신호 TS는 공통으로 공급되며, 각 화소 신호는 동일한 타이밍에서 생성된다. 또한, 도 6에서, TWR, TWG, TWB는 각각 φLR, φLG, φLB의 구동 기간을 나타내고 있으며, 이와 같이 각 발광 소자의 발광량에 따른 펄스 폭으로 구동함으로써, 도 6의 출력 신호 OS로 나타내는 바와 같이, 화이트 밸런스가 조정되어 RGB 각각의 신호 레벨이 일치된 RGB 신호가 얻어진다.
이와 같이 해서 아날로그 메모리(10)에 전송된 화소 신호는, 클럭 신호 CLK에 의해 구동되는 시프트 레지스터(12)의 출력에 따라 순차적으로 어드레스되어, 출력 회로(11)를 통하여 외부에 출력된다. 이렇게 해서 출력된 화소 신호는, 전술한 컬러 필터 및 발광 소자의 분광 특성에 기초하여, 화소 열마다 서로 다른 색 성 분을 갖고 있다. 여기서 출력 회로(11)로부터 출력되는 신호선은 도 5에 도시하는 바와 같이 공통으로 되어 있다. 이 신호선에 출력되는 신호 OS는, 도 6에 확대하여 도시하는 바와 같이, R1, G1, B1, R2, G2, B2, … 와 같이, 소위 점순차 방식으로, 각 색 성분마다 출력된다.
이상과 같이 본 실시 형태 1에 따른 컬러 CIS 유닛에 따르면, RGB의 각 색의 발광 소자와, 각 색에 대응하는 컬러 필터를 갖고, 3개의 발광 소자의 파장의 발광 스펙트럼의 겹침이 작고, 또한 컬러 필터의 서로의 투과 파장 영역이 서로 겹치는 부분이 작아지도록 분광 투과율을 설정함으로써, 각 발광 소자로부터의 광에 대한 센서 IC의 출력은, RGB의 색마다 독립하여 얻어진다.
또한 설령, 광원(1)의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)가 동시에 구동되어, 센서 IC의 동작 사이클 TW 내에서 3개의 발광 소자가 동시에 점등하고 있는 경우(도 6의 TWB로 나타내는 기간)라도, 각 발광 소자로부터의 광에 대한 센서 IC의 출력은, RGB의 색마다 독립하여 얻어진다. 이것이 본 실시 형태 1의 최대의 특징으로서, 센서 IC의 분광 감도 혹은 각 발광 소자의 발광 강도에 의하지 않고, RGB 색 성분의 신호비를 자유롭게 변경할 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 본 실시 형태 1에서는, 원고를 판독하기 전에 소정의 백색 기준을 판독하여, RGB의 각 화소 열의 출력 레벨이 대략 균일하게 되도록 각 발광 소자의 구동 신호 φLR, φLG, φLB의 펄스 폭을 제어한다. 여기서는, 각 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 발광 기간을, 시간 TW 내에서 각각 서로 다르게 하여 각 색의 발광 소자의 광량을 조정하고 있다. 도 6의 예에서는, TWR>TWG>TWB의 관계로 되어 있다. 이에 의해 각 색의 광전 변환부의 증폭률을 일정하게 해서 각 발광 소자를 구동할 수 있기 때문에, 화이트 밸런스를 소정의 백색 기준에 맞추면서, 또한 센서의 노이즈 레벨에 대한 신호 출력비(S/N비)를, RGB의 각각에서 거의 균등하게 할 수 있다. 또한 백색 기준의 색에 의하지 않고 화이트 밸런스를 임의로 조정하는 것이 가능하다.
또한, 전술한 라인간 지연에 의한 색 어긋남을 정확하게 보정하기 위해서는, 각 발광 소자의 구동 개시 타이밍과 구동 기간을 각각 일정한 기간에 일치시켜, 각 색마다의 판독 위치를 개략적으로 일치시키면 된다.
도 7A, 도 7B는, 각 발광 소자의 점등 타이밍과 점등 기간을 도 6과 거의 동일하게 하면서, 또한 각 발광 소자의 광량을 조정하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7A는, 발광 소자(1-r)의 구동 기간 TWR을 복수의 블록 기간 ΔT로 분할하고, 각 블록 기간에서의 점등의 온/오프의 듀티를 제어하여, 발광 소자(1-r)의 광량을 조절하는 예를 도시하고 있다. 또한, 다른 색의 발광 소자의 경우도 마찬가지로 해서 발광량을 제어할 수 있지만, 여기서는 그 설명을 생략한다.
이 경우, 발광 소자의 구동 회로는 도 2와 마찬가지로, 소정의 점등 기간 TWR을 일정하게 한 상태 그대로 발광 소자(1-r)의 광량을 조정할 수 있다. 이렇게 함으로써, 적색의 발광 소자(1-r)의 발광 시간을 최대 TWR 중에서 임의로 변화시킬 수 있다. 또한 각 색의 발광 소자마다, 각각 독립적으로 광량을 변화시킬 수 있기 때문에, RGB 각각의 출력 신호 레벨의 밸런스를 조정할 수 있다.
도 7B는, 각 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 각각의 구동 회로에 정전류 회로를 내장하여, 일정한 기간의 구동 신호에 대하여 각 발광 소자에 흘리는 전류를 제어하여 광량을 조정하는 것이다.
도면에서는, 예를 들면 1개의 발광 소자(1-r)에 대한 제어 회로예를 도시하고 있지만, 다른 발광 소자의 경우도 마찬가지이다. 도면에서, 정전류용의 기준 전압 VREF를 D/A 변환기(DAC)의 출력에 의해 제어하고 있다. 이 DAC는, 제어부(1000)(도 10)로부터의 디지털 신호를 입력받아, 그 디지털값에 따른 전압을 발생한다. 이렇게 해서 구동 신호 φLR이 온하였을 때에 발광 소자(1-r)에 흐르는 전류량을 제어하고 있다. 이에 의해 본 실시 형태 1에 따른 컬러 CIS 유닛에서, 각 색의 발광 소자의 점등 기간을 대략 일정하게 하면서, 각 발광 소자의 광량을 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 의해 컬러 밸런스의 조정을 용이하게 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태 1에 따르면, 각 색의 광원 및 각 색의 센서의 분광 특성을 조정함으로써, 센서 IC의 감도를 조정할 수 있다. 이에 의해 RGB의 각 색 성분의 출력 레벨 및 S/N비를 거의 일정하게 해서 화상 품위를 향상시킬 수 있다.
또한 CIS 유닛으로서, 기준 흰 점을 이용한 화이트 밸런스의 조정이 용이하게 되어, 출력 화상에서의 색의 조정이 용이하게 된다.
[실시 형태 2]
다음으로 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 형태 2에 대해서 설명한다.
본 실시 형태 2에서의 컬러 센서의 구성은 전술한 실시 형태 1과 동일하지 만, 광원을 구성하는 3개의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 각각의 구동 방법, 즉 발광 개시 타이밍이 서로 다르다. 3개의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)는 각각 독립된 구동 회로를 갖고, 각각 대응하는 구동 신호 φLR, φLG, φLB에 의해, 1동작 사이클 TW에, 그 점등 개시 타이밍과 점등 기간이 독립하여 제어된다. 예를 들면 도 8의 예에서는, 발광 소자(1-r)의 구동 신호 φLR은, 신호 SP의 상승 시부터 TNR 후에 온되어, 기간 TWR 동안 하이 레벨로 되어 있다. 이에 의해 발광 소자(1-r)는, 신호 SP의 상승 시부터 TNR 후에 점등하여, TWR 동안 계속해서 점등한다. 다른 발광 소자(1-g, 1-b)의 경우도 마찬가지로, 발광 소자(1-g)는 신호 SP의 상승 시부터 TNG 후에 점등하여, TWG 동안 계속해서 점등하고, 발광 소자(1-b)는 신호 SP의 상승 시부터 TNB 후에 점등하여, TWB 동안 계속해서 점등한다.
이 기술을 본 실시 형태에 따른 센서 IC의 경우로 설명한다. 이 센서 IC에서는, 화소의 간격 x는, 화소 열의 간격 y와 동일하게 되어 있다.
도 9A~도 9D는, 발광 소자의 발광 타이밍과 각 화소 열에서 판독한 화상 신호와의 관계를 부주사 방향의 해상도에 대응시켜 설명하는 모식도이다.
도 9A는, 기본 해상도, 즉, 주주사 방향의 해상도가 부주사 방향의 해상도와 동일한 경우이다. 또한, 이 예에서는, 도 5에 도시하는 센서 배열의 CIS를 이용하여, 원고가 도 5의 아래로부터 위 방향으로 반송되는 경우로 설명한다. 따라서, 이 경우에는, 임의이 라인에 대하여 B 화소 열(503)에 의한 판독이 최초로 행하여지고, 다음으로 G 화소 열(502), R 화소 열(501)의 순으로 판독이 실행된다. 이 예에서는, 참조 부호 900으로 나타내는 바와 같이, 1동작 사이클 기간 TW 내에서의 각 발광 소자 RGB의 점등 개시 타이밍과 점등 기간을 각각 동일하게 한다. 도 9A에서, 참조 부호 910, 911, 912는 각각 B, G, R 화소 열(501, 502, 503)에서 판독한 1라인분의 화상 신호를 나타내고 있다. 이 경우에는, 각 화소 열의 판독 위치에 따라서 B의 라인(910)이 가장 빠르고, 다음으로 1라인 지연되어 G의 라인(911), 그리고 마지막으로 2라인 지연되어 R의 라인(912)이 읽어들여지고 있다. 따라서, 참조 부호 914로 나타내는 바와 같이, G의 라인 신호를 1TW분 지연시키고, 참조 부호 913으로 나타내는 바와 같이 B의 라인 신호를 2TW의 기간만큼 지연시킨다. 이에 의해 각 색의 화상 신호의 부주사 방향의 위치가 일치해서 색 어긋남을 보정할 수 있다.
다음으로 도 9B는, 부주사 방향의 주사 속도를 2배로 하여, 부주사 방향의 해상도를 주주사 방향의 해상도의 1/2로 판독하는 경우를 도시하고 있다. 이 경우에는 참조 부호 901로 나타내는 바와 같이, TW 내에서의, SP로부터의 각 발광 소자의 점등 개시의 지연량 TNR, TNG, TNB의 각각을, TNR=TW/3, TNG=0, TNB=TW/3으로 설정한다.
또한, 각 점등 기간을, TWR=TWG=TWB≤(2/3)TW로 설정한다.
도 9B에서, 참조 부호 916, 917, 918은 각각 B, G, R 화소 열(503, 502, 501)에서 판독한 1라인분의 화상 신호를 나타내고 있다. 이 경우에는, R 화소 열의 후반의 2/3와 G 화소 열의 전반의 2/3의 판독 위치가 일치한다. 또한, B의 라인(916)을 1TW분 지연시켜, 그 후반의 2/3를 참조 부호 915로 나타내는 바와 같이 취출하면, 각 화소 열에 의한 원고 상의 판독 위치가 일치하여, 출력 화상의 색차 는 발생하지 않는다.
또한 도 9C는, 도 9B와 마찬가지로, 부주사 방향의 주사 속도를 2배로 하고, 참조 부호 902로 나타내는 바와 같이, 각 발광 소자의 점등 기간을 TW/3로 하여, 그 발광 타이밍을 도면과 같이 어긋나게 하고 있다. 여기서는 TW 내에서의, SP로부터의 각 발광 소자의 점등 개시의 지연량 TNR, TNG, TNB의 각각을, TNR=2TW/3, TNG=TW/3, TNB=0으로 설정한다. 또한 점등 기간을, TWR=TWG=TWB≤TW/3로 설정한다.
참조 부호 919, 920, 921은 각각 B, G, R 화소 열(503, 502, 501)에서 판독한 1라인분의 화상 신호를 나타내고 있다. 이 경우에는, B 화소 열의 전반의 1/3과 G 화소 열의 중앙의 1/3, 그리고 R 화소 열의 후반의 1/3의 판독 위치가 일치하고 있다.
이와 같이 본 실시 형태 2에 따르면, CIS의 RGB 화소 열의 각각이 원고 상의 동일 위치를 판독할 수 있다. 또한, 도 9C와 같이, 각 화소 열의 판독 기간을 TW의 1/3로 하고, 각각 TW/3씩 판독 주기를 어긋나게 함으로써, 색차 보정을 위한 라인 메모리를 불필요하게 할 수 있기 때문에, 센서 IC의 회로의 구성이 단순하게 된다.
본 실시 형태 2에서는, 각 화소 열이 원고 상의 동일 위치를 판독하기 위해서, 각 화소에서 검출된 신호의 조정을, 광원을 구성하는 3개의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 구동 방법에 의해 행한다. 이에 의해 도 3에 도시하는 센서 IC의 화소 배열에서, 화소 열간의 거리 y를 화소간의 거리 x의 정수배로 하는 등의 조정이 불 필요하게 되어, 임의의 거리로 설정할 수 있다. 이것은 센서 IC의 레이아웃 상의 제약을 줄여, 센서 IC 면적을 작게 할 수 있어, 센서 IC의 비용 절감에 크게 기여한다.
또한, 각 발광 소자의 점등 기간을 짧게 하는 것은, 부주사 방향에서의 실효적인 화소 개구부의 면적을 작게 하게 된다. 그 결과, 부주사 방향의 해상도가 향상되어 양호한 화질이 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태 2에 따르면, 1동작 사이클 기간에서의 3개의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 점등 기간을 변경함으로써, 부주사 방향의 주사 속도를 변화시켜 부주사의 해상도를 변경한 경우라도, RGB 각 색 화소 열의 원고 상의 판독 위치를 임의로 가변할 수 있다. 이에 의해 결과적으로 판독 위치를 합치시켜, 색 어긋남을 없애는 것도 가능하게 된다.
[실시 형태 3]
전술한 실시 형태 2에 따른 광원의 구동 방법을 이용하면, 화소 열간의 부주사 방향의 거리 y는 화소간의 거리 x에 의존하지 않고, 임의로 설정할 수 있다. 화소 열의 간격 y를 화소의 간격 x보다도 작게 설정한 경우에는, 화소의 간격 x로 결정되는 센서의 기본 해상도에서의 판독 시라도, 색차 보정을 위한 라인간의 지연 처리를 불필요하게 할 수 있다.
도 9D는, 주주사 방향의 해상도가 부주사 방향의 해상도와 동일한 경우의 동작 타이밍을 도시하는 도면이다. 예를 들면, 화소 열의 간격 y가 화소의 간격 x의 1/2배인 경우를 생각한다. 이 경우에도, 1동작 사이클 기간 TW 내에서의 각 발광 소자의 점등 개시 타이밍을 결정하는 지연량 TNR, TNG, TNB의 각각을, TNR=2TW/3, TNG=TW/3, TNB=0으로 설정한다. 또한 각 발광 소자의 점등 기간을, TWR=TWG=TWB≤TW/3로 설정한다(참조 부호 903 참조).
참조 부호 922, 923, 924는 각각 B, G, R 화소 열(503, 502, 501)에서 판독한 1라인분의 화상 신호를 나타내고 있다. 이 경우에는, B 화소 열의 전반의 1/3과 G 화소 열의 중앙의 1/3, 그리고 R 화소 열의 후반의 1/3의 판독 위치가 일치하고 있다. 이에 의해 화상 신호를 지연시키기 위한 라인 메모리를 사용하지 않고, 출력 화상 신호에서의 색 어긋남을 보정할 수 있다.
즉, 화소 열의 간격 y를 화소의 간격 x보다 작게 한 경우에는, 주주사 방향의 해상도가 부주사 방향의 해상도와 동일한 상태에서 원고를 판독할 때에, 1동작 사이클 기간 TW 내에서의 각 발광 소자의 점등 개시 타이밍과 점등 기간을 제어한다. 이에 의해, 색차 보정을 위한 라인간의 지연 처리가 불필요하게 되어, 라인 메모리를 이용하지 않고, 1동작 사이클 기간 내에서, 각 화소 열이 원고 상의 동일 위치를 판독하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에 신호 처리가 간편하게 되어 코스트를 억제할 수 있다. 또한, 각 발광 소자의 점등 기간을 짧게 함으로써 판독 광량이 적어지지만, 원고의 판독 해상도를 현격히 높일 수 있다.
[실시 형태 4]
도 10은, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 컬러 CIS 유닛(1001)을 사용한 화상 판독 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도면에서, 제어부(1000)는, CPU(1010), CPU(1010)에 의해 실행되는 프로그램 을 기억하는 ROM(1011), CPU(1010)에 의한 제어 시에 워크 에리어로서 사용되며, 각종 데이터를 일시적으로 보존하는 RAM(1012)을 구비하고 있고, 이 화상 판독 장치의 동작을 제어하고 있다. 또한, 전술한 1라인 단위로 화상 신호를 지연시키기 위한 라인 메모리는 RAM(1012)에 설치되어 있다. 참조 부호 1001은 상술한 본 실시 형태에 따른 컬러 이미지 컨택트 센서(CIS) 유닛으로서, 구동 회로(1007)로부터의 구동 신호(φLR~φLB)에 의해 발광 소자를 점등하고, 판독한 RGB의 신호 OS를 출력하고 있다. 속도 센서(1002)는, 판독되는 원고(1006)를 반송 구동하기 위한 구동 롤러(1005)의 회전량, 혹은 원고(1006)의 이동 속도 등에 기초하여 원고(1006)의 반송 속도를 검출하고 있다. 모터 드라이버(1003)는 제어부(1000)로부터의 지시에 기초하여 모터(1004)를 회전 구동하여 원고(1006)의 반송 구동을 행하고 있다. 구동 회로(1007)는, CIS 유닛(1001)의 광원을 구동하는 회로로서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 색의 발광 소자의 구동 신호 φLR~φLB의 각각에 대응해서 발광 소자의 온(점등)/오프(소등)를 행하는 FET(스위칭 소자)를 구비하고 있다. 또한, 이 구동 회로(1007)는, 전술한 도 7B에 도시하는 바와 같은 정전류 회로를 갖고 있어, 각 발광 소자의 구동 전류를 변경해서 발광량을 제어할 수 있다.
여기서 제어부(1000)는, 속도 센서(1002)에 의해 검지된 원고(1006)의 반송 속도를 입력하고 있다. 제어부(1000)는, 그 입력된 속도 정보에 따라서, CIS(1001)의 RGB 각 색의 각 발광 소자에 대하여 점등 개시 타이밍 및 소등 타이밍을 지시한다. 또한 센서 IC 상의 센서부에 대하여, 화상 정보의 축적 개시를 지시하는 신호 SP, 클럭 CLK를 공급하고 있다.
이에 의해 지정된 원고의 반송 속도에 따라서, 소정의 판독 조건을 설정해서 유닛(1001)에 의한 화상의 판독을 행하도록 제어한다. 이에 의해 각 색의 성분의 화상 신호의 색 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 원고(1006)의 반송 속도는, 항상 속도 센서(1002)에 의해 검출되기 때문에, 기계 진동 등에 의해 발생하는 원고의 반송 속도의 변화에 대해서도 리얼타임으로 대처할 수 있다. 이에 의해 원고의 반송 속도의 변동에 의한 색 어긋남을 방지할 수 있어, 국소적인 색차의 발생도 방지할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 화상 판독 장치의 일례인 시트피드형 스캐너 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도면에서, 도광체(113)로부터 출사된 원고 조명용의 광은, 컨택트 글래스(112)를 통과하여 원고(1006)를 선 형상으로 조명한다. 이 원고(1006)로부터의 반사광은, 렌즈 어레이(114)에 의해 집광되어, 센서 기판(115) 상에 배치된 센서 IC(116) 상에 결상된다. 센서 IC(116)는, 이 상에 따른 전기적인 화상 신호를 생성하여 출력한다.
원고(1006)는, 가이드판(110)과 컨택트 글래스(112) 사이의 간극에, 구동 모터(1004)의 회전에 의해 반송되는 원고 반송 벨트(118)에 의해 반송되고 있다. 이 구동 모터(1004)의 회전 속도를 변경함으로써, 원고(1006)의 반송 속도를 변화시킬 있다. 또한, 전술한 속도 센서(1002)는, 원고 반송 벨트(118)의 이동 속도에 기초하여 원고(1006)의 반송 속도를 검출해도 된다.
여기서 도 10에 설명한 블록도에 따라서, 원고(1006)의 반송 속도는, 그 판 독 해상도 등에 따라서 결정된다. 한편, 그 반송 속도는 리얼타임으로 검지되며, 그 정보는 원고 판독부인 CIS 유닛(1001)의 발광 소자나 센서 IC의 판독 조건에 피드백되고 있다. 이에 의해 RGB 각각의 화상 신호에 색 어긋남이 발생하지 않는 판독 조건을 설정할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 원고 판독 장치에서는, 원고의 반송 속도에 따라서, RGB의 3색의 발광 소자의 발광 조건, 및 판독 신호의 취득 타이밍을 적절하게 조정함으로써, 원고의 전송 속도가 변경되어도, 또는 반송 불균일이 발생해도, 색 어긋남이 없는 양호한 화상 신호를 얻을 수 있다.
도 12는, 본 실시 형태 4에 따른 화상 판독 장치에서의 원고의 판독 제어를 설명하는 플로우차트이며, 이 처리를 실행하는 프로그램은 제어부(1000)의 ROM(1011)에 기억되어 있어 CPU(1010)의 제어 하에서 실행된다.
이 처리가 개시되기 전에는, 부주사 방향의 판독 해상도가 지정되어 있는 것으로 한다. 이 처리는, 화상 판독 장치의 조작부(도시 생략), 혹은 접속되어 있는 PC 등으로부터 원고의 판독이 지시됨으로써 개시되면 우선 단계 S1에서, 부주사 방향의 판독 해상도에 대응하는 반송 속도로 원고를 반송하도록 모터(1004)의 회전 구동을 개시하여 원고의 반송을 개시한다. 다음으로 단계 S2에서, 속도 센서(1002)에 의해 원고의 반송 속도를 검출한다. 다음으로 단계 S3에서, 그 검출한 원고의 반송 속도에 따라서, 각 발광 소자의 발광 개시 타이밍 및 발광(점등) 기간을 결정한다. 다음으로 단계 S4에서, 원고의 판독을 행하기 위해 신호 SP와 클럭(CLK) 신호를 CIS 유닛(1001)에 출력한다. 다음으로 단계 S5에서, 단계 S2에서 결정한 각 발광 소자의 발광 개시 타이밍 및 발광(점등) 기간에 기초하여, 각 구동 신호 φLR~φLB를, 그 타이밍에서 CIS 유닛(1001)에 출력한다. 그리고 단계 S6에서, CIS(1001)로부터 출력되는 화상 신호 OS를 입력한다. 다음으로 단계 S7에서, 예를 들면 전술한 도 9A, 도 9B와 같이, 1라인 단위로의 화상 신호의 지연이 필요한지의 여부를 판정한다. 필요하다면 단계 S8로 진행하여, 예를 들면 도 9A의 경우에서는, B의 라인 신호를 2라인 지연시키고, G의 라인 신호를 1라인분 지연시켜 단계 S9로 진행한다. 한편, 도 9C, 도 9D와 같이, 라인 신호의 지연이 불필요한 경우에는, 단계 S8을 스킵하여 단계 S9로 진행한다. 단계 S9에서는, 각 색 성분마다 점순차 방식으로 출력되는 화상 신호에 기초하여 1라인분의 화상 신호를 생성한다. 여기서는 지연하고 있는 색 성분의 신호와의 합성이 필요하면, 그 합성 처리도 실행한다. 이렇게 해서 단계 S10에서, 그 생성한 1라인분의 화상 신호를 외부 기기에 출력한다. 그리고 단계 S11에서는, 그 원고의 판독이 종료되었는지를 조사하고, 종료되지 않았을 때에는 단계 S2로 되돌아가서 전술한 처리를 반복한다. 또한, 단계 S2에서 검출한 원고의 반송 속도가, 소정의 반송 속도(부주사 방향의 해상도에 대응)가 아닌 경우에는, 그 검출한 반송 속도에 따른 원고의 반송 속도, 즉 모터(1004)의 회전 제어가 행하여지는 것은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 따르면, 각 발광 소자의 광량을 조정함으로써, 센서의 분광 감도, 필터의 분광 투과율, 각 발광 소자의 발광 효율 등에 의한 화소 열마다의 출력 신호의 레벨 차를 감소시킬 수 있다. 이에 의해 출력 화상의 S/N비가 일정하게 되어 안정된 화상이 얻어진다. 또한, 컬러 CIS 유닛에서의 화이트 밸런스의 조정이 가능하게 되어, 색의 조정이 용이하게 된다.
또한 본 실시 형태에 따르면, 부주사 방향의 해상도에 따라서, 서로 다른 파장을 갖는 3색의 발광 소자(1-r, 1-g, 1-b)의 각 점등 개시 타이밍과 점등 기간을, 컬러 CIS 유닛의 1동작 사이클 TW 내에서 개별로 조정한다. 이에 의해, 라인 메모리를 사용하지 않고, 혹은 라인 메모리를 사용하여 라인 단위로 지연시킴으로써, 원고의 동일한 부주사 위치의 화상 정보를 판독하는 것이 가능하게 되어, 색 어긋남이 없는 화상 신호를 얻을 수 있다.
또한 본 실시 형태의 제어를 행함으로써, 3개의 화소 열을 갖는 센서 IC의 화소 열의 간격 y를 화소의 간격 x의 정수배로 할 필요가 없어져, 센서 IC의 설계의 자유도가 증가하여 코스트를 억제할 수 있다.
또한 본 실시 형태에 따르면, 부주사 방향의 해상도, 즉, 원고의 반송 속도에 따라서, 각 발광 소자의 구동 타이밍을 각각 제어함으로써, 각 색마다의 화상 신호의 출력 타이밍을 조정할 수 있다. 이에 의해 라인 메모리를 사용하지 않아도, 혹은 라인 단위로 지연시킴으로써 색 어긋남이 없는 출력 화상을 얻을 수 있다. 또한 이 때, 3개의 화소 열을 갖는 센서 IC의 화소 열의 간격 y를 화소의 간격 x의 정수배로 할 필요가 없기 때문에, 센서 어레이의 설계의 자유도가 증가하여 코스트를 억제할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, CMOS 센서를 이용한 CIS 유닛에 관해서 주로 설명하였지만, 축소 광학계의 CCD 센서를 이용하여, 축소 배율을 변화시키는 경우에도 마찬가지로 이용 가능하다.
본 발명의 이미지 센서 유닛은, 예를 들면 원고의 판독 장치에 응용 가능하며, 나아가서는 스캐너나 컬러 팩시밀리, 혹은 복사기, 나아가서는 이들 복합기에도 이용 가능하다. 또한 컬러 복사기의 화상 입력부에도 이용할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 공개하기 위해서, 이하의 청구항을 첨부한다.
<우선권의 주장>
본원은, 2004년 3월 16일 제출된 일본 특허 출원 특원 2004-073657을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용 모두를, 여기에 원용한다.

Claims (27)

  1. 삭제
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  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 원고를 조명하는 적어도 3색의 서로 다른 발광 소자로 이루어지는 광원과, 상기 원고의 반송 방향에 직교하는 방향으로 배치된 서로 다른 색의 컬러 필터를 갖는 적어도 3열의 화소 열을 포함하는 센서 어레이와, 상기 발광 소자의 각각을 독립하여 점등 및 소등하는 광원 구동 회로를 구비하는 컬러 이미지 센서 유닛으로서,
    상기 광원 구동 회로는, 상기 3열의 화소 열의 각각의 화소의 배치 위치와 상기 원고의 반송 속도에 따라서, 상기 각 발광 소자의 점등 개시 시간과 점등 기간을 제어하는 것을 특징으로 하는 컬러 이미지 센서 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광원 구동 회로는, 상기 원고를 판독하는 1 주주사 라인당의 판독 시간 내에서, 각 발광 소자의 점등을 개시하는 순번을, 상기 컬러 필터의 상기 원고의 반송 방향에서의 상기 화소 열에 대응하는 색의 순번으로 하는 것을 특징으로 하는 컬러 이미지 센서 유닛.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 3색의 서로 다른 발광 소자 중 적어도 1색의 발광 소자의 발광 파장의 분광 스펙트럼의 반치폭이, 동일한 색의 상기 컬러 필터의 분광 스펙트럼의 반치폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 컬러 이미지 센서 유닛.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 발광 소자는 LED인 것을 특징으로 하는 컬러 이미지 센서 유닛.
  20. 원고를 주사하는 원고 주사부와, 상기 원고를 조명하는 적어도 3색의 서로 다른 발광 소자로 이루어지는 광원부와, 상기 원고의 반송 방향에 직교하는 방향으로 배치된 서로 다른 색의 컬러 필터를 갖는 적어도 3열의 화소 열로 이루어지는 센서 어레이와, 상기 발광 소자를 독립하여 점등 및 소등하는 광원 구동 회로부를 구비하는 컬러 이미지 센서 유닛과,
    상기 컬러 이미지 센서 유닛으로부터의 화상 신호에 기초하여 출력 화상을 작성하는 화상 형성부를 갖는 원고 판독 장치로서,
    상기 광원 구동 회로부는, 상기 원고의 반송 방향에서의 각 화소 열의 배치 위치와 상기 원고 주사부에 의한 원고의 반송 속도에 따라서, 상기 각 발광 소자의 점등 개시 시간 및 점등 기간을 제어하는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광원 구동 회로부는, 상기 센서 어레이에 의한 1 주주사 라인당의 판독 시간 내에서, 각 발광 소자의 점등을 개시하는 순번을, 상기 컬러 필터의 상기 원고의 반송 방향의 화소 열의 색에 대응하는 순번으로 하는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 광원부는 서로 다른 3색의 발광 소자를 갖고, 또한 상기 센서 어레이는 서로 다른 색의 3열의 컬러 필터를 가지며, 상기 광원 구동 회로부는, 상기 센서 어레이의 1 주주사 라인당의 판독 시간 내에서, 각 발광 소자가 점등을 개시하는 시간차를, 1 주주사 라인당의 판독 시간의 1/3로 표시되는 시간으로 하는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치.
  23. 원고를 주사하는 원고 주사부와, 상기 원고를 조명하는 적어도 3색의 서로 다른 발광 소자로 이루어지는 광원부와, 상기 원고의 반송 방향에 직교하는 방향으로 배치된 서로 다른 색의 컬러 필터를 갖는 적어도 3열의 화소 열로 이루어지는 센서 어레이와, 상기 발광 소자를 독립하여 점등 및 소등하는 광원 구동 회로부를 구비하는 컬러 이미지 센서 유닛과, 상기 컬러 이미지 센서 유닛으로부터의 화상 신호에 기초하여 출력 화상을 작성하는 화상 형성부를 갖는 원고 판독 장치의 구동 방법으로서,
    상기 원고의 반송 방향에서의 각 화소 열의 배치 위치와 상기 원고의 반송 속도에 따라서, 상기 각 발광 소자의 점등 개시 시간과 점등 기간을 제어하는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치의 구동 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 센서 어레이에 의한 1 주주사 라인당의 판독 시간 내에서, 상기 발광 소자의 점등 개시하는 순번을, 상기 원고의 반송 방향의 화소 열의 컬러 필터의 색의 순번으로 한 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치의 구동 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 광원부는 서로 다른 3색의 발광 소자를 갖고, 또한 상기 센서 어레이는 서로 다른 색의 3열의 컬러 필터를 가지며, 상기 센서 어레이에 의한 1 주주사 라인당의 판독 시간 내에서, 각 발광 소자가 점등을 개시하기까지의 시간차를, 1 주주사 라인당의 판독 시간의 1/3로 표시되는 시간으로 하는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치의 구동 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 원고 판독 장치의 해상도 및/또는 상기 원고의 주사 속도에 따라서, 상기 광원 구동 회로에 의한 각 발광 소자의 점등 기간을 변화시킴으로써, 상기 컬러 이미지 센서 유닛의 출력 밸런스를 조정하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치의 구동 방법.
  27. 원고를 주사하는 원고 주사부와, 상기 원고를 조명하는 적어도 3색의 서로 다른 발광 소자로 이루어지는 광원부와, 상기 원고의 반송 방향에 직교하는 방향으로 배치된 서로 다른 색의 컬러 필터를 갖는 적어도 3열의 화소 열로 이루어지는 센서 어레이부와, 상기 발광 소자를 독립하여 점등 및 소등하는 광원 구동 회로부를 구비하는 컬러 이미지 센서 유닛과, 상기 컬러 이미지 센서 유닛으로부터의 화상 신호에 기초하여 출력 화상을 작성하는 화상 형성부를 갖는 원고 판독 장치의 구동 방법으로서,
    상기 각 발광 소자의 점등 기간에 관하여, 상기 원고 판독부에 의한 1 주주사 라인당의 판독 시간을 TW로 하였을 때에, TW를 복수의 블록 기간으로 분할하고, 각 블록 기간 내에서 점등 듀티를 가변함으로써 발광 광량을 가변하는 것을 특징으로 하는 원고 판독 장치의 구동 방법.
KR1020067018959A 2004-03-16 2005-03-16 컬러 이미지 센서 유닛 및 상기 센서 유닛을 이용한 원고 판독 장치 및 그 구동 방법 KR100818856B1 (ko)

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