JP4041695B2 - 空間分解能が異なる複数のリニアフォトセンサアレイを備える影像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像入力スキャナやデジタルカメラなどで使用されカラーの感光性デバイスに関する。この感光性デバイスでは、画像からの光が当該デバイスによって受容され、一連の画像信号に変換される。
【０００２】
【従来の技術】
モノクロのイメージセンサアレイは、通常、画像担時文書をラスタ走査するフォトセンサリニアアレイを備えている。このリニアアレイは、その各フォトセンサによる注目対象である各微視的画像領域から反射光をとらえ、画像信号電荷に変換する。そのための集積期間に続いて、多重化用のトランジスタを連続的に即ちバケツリレー的に動作させることによって、その画像信号は増幅され、共通の出力ラインまたはバスに送出される。
【０００３】
画像入力スキャナ等で使用されている感光性デバイスは、周知の通り、単一のセンサバー上に複数のフォトセンサリニアアレイを平行に配置した設計をとる。これらのフォトセンサリニアアレイは、原画像に対し、スキャン方向に沿って移動する。スキャン方向は、通常、アレイ方向に対してほぼ垂直である。また、各アレイ中のフォトセンサの上には、いずれかの原色のフィルタが設けられる。原画像に沿って移動する３行のフォトセンサが同一センサバー上に設けられているのであれば、原画像表面の各部分はそれら３行のフォトセンサそれぞれに対してさらされることになる。原画像中の各特定領域上をフォトセンサの各行が順次通り過ぎまたそれらの行に対応してフィルタが設けられて得るため、各行のフォトセンサ群からそのフォトセンサに対応した特定領域についての信号が得られ、かつその出力信号は、フィルタによって原色毎に選別された信号となる。このようにして、それぞれ異なる原色に対応する３個の信号の組合せが、フォトセンサリニアアレイによって生成される。
【０００４】
また、以下の米国特許は、いずれも本願出願人によるものであり、オフィス機器およびデジタルカメラにて使用されるフルカラー感光性デバイスの構造および動作に関連する教示を含んでいる：米国特許第５，１４８，２６８号、第５，５４３，８３８号、第５，５５０，６５３号。
【０００５】
米国特許第５，１４８，２６８号および第５，５４３，８３８号は、フルカラー原画像をデジタルデータとして記憶するためのカラー画像センサのアレイについての回路設計を開示する。
【０００６】
米国特許第５，５５０，６５３号は、特定の原色に関連する信号が他の原色からの信号より低速でサンプリングされるカラーセンサのアレイを開示する。
【０００７】
ある原色に感応するフォトセンサが他の原色に感応するフォトセンサとは異なる実効的空間分解能を有する２次元フォトセンサアレイは、従来既知である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
本発明は、フルカラー画像を記録するための感光性デバイスにおけるフォトセンサ配置に関するものである。本発明においては、異なる原色を記録するフォトセンサを、互いに異なる空間分解能を有するものとしている。
【０００９】
本発明に係る撮像装置は、アレイ方向に配列されこのアレイ方向に沿った複数の緑色の第１カラーフィルタ部材により第１空間解像度を有し、このアレイ方向に垂直な処理方向に沿った有効長さがｎである第１フォトサイトリニアアレイと、前記アレイ方向に沿って、緑色でない第１の原色である第２カラーフィルタ部材、及び第１の原色と異なりかつ緑色でない第２の原色である第３カラーフィルタ部材により前記第１空間解像度よりも低い第２空間解像度をそれぞれ有し、前記アレイ方向に垂直な処理方向に沿った有効長さがｎよりも小さな値である第２及び第３フォトサイトリニアアレイと、これらフォトサイトリニアアレイに対してアレイ方向と垂直な処理方向に沿い原画像を移動させる手段とを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、走査アレイまたはセンサバー１０使用型のラスタ入力スキャナの一般的な例として、ラスタ入力スキャナ１０２が示されている。センサバー１０はリニアフルワイズアレイを備えており、高速走査方向におけるこのアレイの走査幅は、走査対象となりうる文書１０３またはその他の走査対象のなかで最大のものの幅と、ほぼ等しいか、またはそれよりわずかに大きい。走査対象文書１０３はプラテン１０４によって支持される。このプラテン１０４は、通常、略長方形かつ透明で、通常はガラスによって形成される。そのサイズは、走査対象文書１０３の中で最大ものをも収容できるよう、決められている。走査対象文書１０３は、走査に当たって、手動で、または適切な自動文書ハンドラーまたはフィーダー（図示せず）によって、プラテン１０４上に位置決めされる。アレイ１０は、矢印１０５によって示される方向での往復走査運動のために、プラテン１０４下で可動走査キャリッジ（図示せず）によって支持される。レンズ１０６の焦点は、プラテン１０４の幅にわたって広がる直線様の領域上にアレイ１０がフォーカスするよう、合わせる。ランプと反射器による１つ以上のアセンブリが光源１０７を形成し、この光源１０７は、アレイ１０がフォーカスする直線状の領域を照明するために設けられている。
【００１１】
図２には、長尺又は全幅センサーバー１０が示されている。このセンサーバー１０は複数の小形センサチップ１２により構成されており、それらのチップ１２は基板１３上に端と端を接する形態で配置されている。個々のチップには、符号１２ａ，１２ｂ，．．．．１２ｎを付している。基板１３は、通常、長尺の長方形でリジッドな基板である。
【００１２】
チップ１２は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）、あるいはＭＯＳまたはＣＭＯＳのセンサアレイである。チップ１２は、一般に、長方形の外形を有する比較的薄いシリコンのダイである。一組のフォトサイト領域またはセル１６は、チップ１２の長軸に対して平行である。シフトレジスタ、ゲート、ピクセルクロックなどの他の能動素子を、チップ１２と一体化して設けても良い。適切な外部コネクタ（図示せず）も、関連する外部回路にチップ１２を電気的に結合させるため、設ける。
【００１３】
カラーの走査の場合には、通常、個々のフォトサイト領域１６を３組に細分することとし、各組で互いに異なる３個の波長領域を検出できるようにする。検出対象とする波長領域は、標準的には、３原色、即ち、青色、緑色、赤色である。図２に示されるように、従来における標準的な実施形態では、３行に分けたフォトサイトに、各行に対応して互いに別個のフィルタを設け、各行のフォトサイトを同一空間分解能とする。
【００１４】
これに対し、本発明の各実施形態においては、図３ないし図１１に平面的に示すように、フォトサイト１６および付随するカラーフィルタ部材を配置する。概観すると、図示したいずれの構成も、ある特定のリニアアレイがアレイ方向（即ち図中横方向）に沿ってある空間分解能を有するものとすると、他のリニアアレイがアレイ方向に沿って別の空間分解能を有する、という共通の特徴を有している。記録される画像がアレイに対しアレイ方向に垂直な処理方向へと動かされるときには、アレイ方向に沿って最小のフォトサイトを有するある特定のリニアアレイは、画像からの光を高分解能で、即ちフォトサイトにより記録される画像上の相対的に小さい小領域に基づいて、記録する。対照的に、他のリニアアレイは、相対的に大きなフォトサイトを有しているため、画像から反射する光のうち、相対的により大きな小領域を記録する。
【００１５】
以下の記載では、各組のフォトセンサを、そのフォトセンサを補完する１組のカラーフィルタ等と共に、「セル」１６と称することとする。当然のことながら、単一のセル１６内に異なるリニアアレイの部分として動作する部分があり得ることや、特許請求の範囲等に記載したように各リニアアレイが図中横方向などにおいて互いに異なった空間分解能を有することに、留意されたい。
【００１６】
本発明のある実施形態によれば、互いに異なった分解能を有するリニアアレイ同士は、可視スペクトル中の互いに異なる領域に感応するよう、設計される。互いに異なる色に感応する複数のフォトサイトアレイを実現する方法として、ポリイミド、アクリル系素材等の光透過性フィルタ層によりフォトサイトを覆う、という方法をとりうる。これらのフィルタ層によって、可視光スペクトル中のある特定のバンドが、フォトサイトに作用することになる。図示した実施形態のうちいくつかにおいては、各フォトサイトがそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）という原色光を通すフィルタを有している。これに代わり、他のタイプの原色群、例えば橙色、黄色、赤紫色（マゼンタ）、または藍色（シアン）を通す他の種類のフィルタを、設けることもできる。また、図示したいくつかの実施形態においては、ある組のフォトサイトが、白色（Ｗ）光すなわち実質的にすべての可視スペクトルからの光を通すように設計されている。以下の説明においては、このようなフォトサイトは「白色フィルタを有する」と呼ぶこととする。ある種の用途では、フォトサイトに可視光フィルタがまったくないことを意味する場合にそう呼んでいるので、注意されたい。
【００１７】
図３ないし図５においては、アレイ方向に沿って、２つの緑色フィルタを有するフォトサイトと、それぞれ１個の青色および赤色のフォトサイトとが、対応している。これらの実施形態は、互いに、処理方向におけるフォトサイト長さが異なる点で違いがある。すなわち、図３中、処理方向における緑色の高解像度のフォトサイトの有効長さをｎとすると、図３中の赤色および青色のフォトサイトの各々はｎ／２の長さ、図４中のそれはｎ、図５中のそれは２ｎである。一般にいって、また図示された全ての実施形態を通じ、原画像に対してほとんど同じ位置にある各フォトサイトがサンプルする小領域について、低解像度のアレイについては相対的に短い処理方向長とすることによって、高解像度のアレイに対して相対的にバランスの取れた信号強度が得られる。低解像度のアレイについてより大きな処理方向長さとすると、より多くの信号が各フォトサイトで平均化される。これは、サンプリングアレイとの共鳴によりエイリアシング発生をもたらす高い空間周波数を減少させる。その結果、エイリアシングは、処理方向の長さが増すにつれ、累積的に減少する。
【００１８】
図６ないし図８の実施形態においては、図示されているように、高解像度アレイの各フォトサイトは、白色フィルタを有し、他方、低解像度アレイのフォトサイトの各組は、緑色に加えて赤色と青色のフィルタを交替で有する。緑色のフォトサイトは、赤色または青色のフォトサイトより多く繰り返される。
【００１９】
図９ないし図１１の実施形態においては、高解像度のアレイにおける各白色フィルタのフォトサイトは、１つの低解像度のフォトサイトに対応し、その低解像度のフォトサイトの中には、３つのフォトサイトがあり、各々が１つの原色を通すためのフィルタを有する。３つの白色フォトサイトごとに、３つの色（赤、緑、青）のフォトサイトが１個ずつある。
【００２０】
本発明のさまざまな実施形態に係る感光性デバイスは、かなり多様な種類の技術において具体化することができる。オフィス機器については、最もよく知られている２種類の走査技術として、電荷結合素子（ＣＣＤ）とＣＭＯＳとがある。図１２は、本発明の好適な実施形態による１組のアレイによって実現した１組の平行ＣＣＤアレイを示す。この図から読みとれるように、高解像度アレイは複数の低解像度アレイに平行して作動するＣＣＤアレイにすぎず、アレイ毎にみると、信号は１つのセル１６から次のセル１６にへと周知のＣＣＤ方式で運ばれる。図示されていないが、図示した回路の下流側にある回路は、それらＣＣＤ信号列を調整することによって、使用可能なフルカラーの画像データを得ることができる。
【００２１】
図１３に、本発明の好適な実施形態による１組のアレイを用いて実現されたＣＭＯＳデバイスを示す。この実施形態においては、各セル１６内の各原色フォトサイトは、共通のリセットノード２４に接続されている。すなわち、重要なことに、この実施形態においては、高解像度アレイの複数のフォトサイトが、１つのリセットノード２４に取り付けられている。個々のフォトサイトからの接続は、ノード２４に、個別に制御可能なトランジスタスイッチ２５によってなすことができる。リセットノード２４に一時的に記憶された信号は、結局は、転送回路２６を通過し、ノード２８によって特徴づけられる出力ラインを経て出力される。ＣＭＯＳの実施形態を実現するための実際の回路は完全には図示されていないが、上述の米国特許第５，１４８，２６８号および第５，５４３，８３８号により教示されているので参照されたい。
【００２２】
先に述べたとおり、本発明は、３原色に関連して記載されているが、これらの色またはこれらの色の組み合わせに限られるものではない。藍色（シアン）、赤紫色（マゼンタ）、黄色などの他の色や、他の色の組み合わせを、その代わりに想起してもよい。また、３色のセンサが開示されているが、何個のフォトダイオードを含むカラーセンサを想起してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施しうるスキャナの主要要素を示す正面図である。
【図２】 図１のスキャナで使用される感光性チップの配列を示す平面図である。
【図３】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図４】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図５】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図６】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図７】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図８】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図９】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図１０】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図１１】 本発明の実施形態に係るフォトセンサ配列を示す詳細な平面図である。
【図１２】 本発明を実施可能な読み出しシステムの簡易図である。
【図１３】 本発明を実施可能な他の読み出しシステムの簡易図である。
【符号の説明】
１０ センサバー、１２ａ，１２ｂ，・・・１２ｎ チップ、１６ フォトサイト領域またはセル。

Claims (2)

1. アレイ方向に配列され、このアレイ方向に沿った複数の緑色の第１カラーフィルタ部材により第１空間解像度を有し、このアレイ方向に垂直な処理方向に沿った有効長さがｎである第１フォトサイトリニアアレイと、
   前記アレイ方向に沿って、緑色でない第１の原色である第２カラーフィルタ部材、及び第１の原色と異なりかつ緑色でない第２の原色である第３カラーフィルタ部材により前記第１空間解像度よりも低い第２空間解像度をそれぞれ有し、前記アレイ方向に垂直な処理方向に沿った有効長さがｎよりも小さな値である第２及び第３フォトサイトリニアアレイと、
   前記アレイ方向に対して垂直な処理方向に沿い、各フォトサイトリニアアレイに対し原画像を移動させる手段と、
   を有することを特徴とする影像装置。
2. 前記アレイ方向に沿って前記第２フォトサイトリニアアレイのそれと等しい空間解像度を有する第４フォトサイトリニアアレイをさらに有し、前記第１カラーフィルタ部材は白色を、前記第２カラーフィルタ部材は緑色でない第１の原色を、前記第３カラーフィルタ部材は第１の原色と異なりかつ緑色でない第２の原色を、検知するための部材であることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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