JP2016019243A - 撮像装置、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一括露光して色毎に順次に読み出す場合にも、リーク電流によって色毎にレベル差が生じることを低減することができる撮像装置を提供する。【解決手段】複数の異なる色の光を受光し、受光した光の色に応じてそれぞれ電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、複数の電荷蓄積部が蓄積した電荷をそれぞれ電圧に変換して出力する複数の電荷検出部と、複数の電荷検出部がリセットされた場合に出力するリセット信号をそれぞれ蓄積する複数の第１蓄積用容量と、複数の電荷蓄積部が受光して複数の電荷検出部がそれぞれ電圧に変換した光信号をそれぞれ蓄積する複数の第２蓄積用容量と、を有し、複数の第１蓄積用容量及び複数の第２蓄積用容量は、光の色毎に異なるリセット信号と光信号の読み出しタイミングの間隔に対応して、光の色毎に容量の大きさが異なる。【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置、画像読取装置及び画像形成装置に関する。

Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅの画素がそれぞれ主走査方向に並べられた一括露光方式の撮像装置では、露光後各画素毎にリセット電圧と、フォトダイオードで光電変換した光電荷をカラムの全チャンネルで一括して電圧レベルとして各蓄積用キャパシタに書き込み、その後チャンネル順に電圧レベルとして読み出していき、相関二重サンプリング（以降ＣＤＳと記載）回路を介して画像レベルとして出力されることが知られている。

また、特許文献１には、複数の画素が備える受光素子からの信号を増幅した後に容量に順次書き込んだ後、容量に書き込まれた信号を順次読み出す増幅型固体撮像装置が開示されている。

しかしながら、複数の画素からの信号を１系統で順番に処理するカラム構造では、一括書込みから読出しまでの時間がチャンネル間で異なるため、各蓄積用キャパシタから漏れるリーク電流量が異なることになる。その結果、読出した電圧レベル（即ち画像レベル）へのリーク電流の影響が色毎のチャンネル間で異なってしまうという問題があった。

また、リセットレベルと信号レベルを用いてＣＤＳを実施する場合でも、リセットレベルと信号レベルの読出し時間差がチャンネル間で異なれば、リーク電流の影響がチャンネル間で異なってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一括露光して色毎に順次に読み出す場合にも、リーク電流によって色毎にレベル差が生じることを低減することができる撮像装置、画像読取装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の異なる色の光を受光し、受光した光の色に応じてそれぞれ電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、前記複数の電荷蓄積部が蓄積した電荷をそれぞれ電圧に変換して出力する複数の電荷検出部と、前記複数の電荷検出部がリセットされた場合に出力するリセット信号をそれぞれ蓄積する複数の第１蓄積用容量と、前記複数の電荷蓄積部が受光して前記複数の電荷検出部がそれぞれ電圧に変換した光信号をそれぞれ蓄積する複数の第２蓄積用容量と、を有し、前記複数の第１蓄積用容量及び前記複数の第２蓄積用容量は、前記光の色毎に異なる前記リセット信号と前記光信号の読み出しタイミングの間隔に対応して、前記光の色毎に容量の大きさが異なることを特徴とする。

本発明によれば、一括露光して色毎に順次に読み出す場合にも、リーク電流によって色毎にレベル差が生じることを低減することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる撮像装置及びその周辺を示す図である。 図２は、画素部の構成を示す図である。 図３は、光電変換部の詳細な構成、及び信号処理部の構成を示す図である。 図４は、撮像装置の第１動作例を示すタイミングチャートである。 図５は、撮像装置の第２動作例を示すタイミングチャートである。 図６は、撮像装置の第３動作例を示すタイミングチャートである。 図７は、撮像装置の第４動作例を示すタイミングチャートである。 図８は、撮像装置の第１変形例の第１動作例を示すタイミングチャートである。 図９は、撮像装置の第１変形例の第２動作例を示すタイミングチャートである。 図１０は、撮像装置の第２変形例の概要を示す図である。 図１１は、レベル補正部の構成例を示す図である。 図１２は、レベル補正部の変形例の構成を示す図である。 図１３は、レベル補正部を有する撮像装置の第２変形例の第１動作例を示すタイミングチャートである。 図１４は、レベル補正部を有する撮像装置の第２変形例の第２動作例を示すタイミングチャートである。 図１５は、撮像装置を有する画像読取装置を備えた画像形成装置の概要を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる撮像装置について説明する。図１は、実施形態にかかる撮像装置１０及びその周辺を示す図である。撮像装置１０は、例えば光電変換部１２、信号処理部１４、制御部（タイミング制御部）１６及びパラレルシリアル変換部（ＰＳ）１８を有するＣＭＯＳリニアセンサであり、ＣＰＵ１１の制御に応じて動作する。

光電変換部１２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの色毎にそれぞれ一方向に配列されたＮ個の画素部（フォトダイオードを含む）１２０，１２２，１２４を有する。また、撮像装置１０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの色の光をそれぞれ受光する画素部１２０，１２２，１２４が１つのカラム（画素群）に含まれ、カラム毎に光電変換した信号を出力するように構成されている。各画素部１２０，１２２，１２４は、それぞれ原稿からの反射光を光電変換し、画素毎のアナログ画像信号として出力する。

信号処理部１４は、Ｎ個のＰＧＡ（Programmable Gain Amplifier：増幅部）１４０、Ｎ個のＡ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）１４２、及びＮ個のＣＤＳ部（Ｄ−ＣＤＳ：デジタルＣＤＳ）１４４を有し、光電変換部１２がカラム毎に出力するアナログ信号を増幅して、デジタル信号に変換し、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）による補正を行って出力する。

ここで、ＰＧＡ１４０は、カラム毎に設けられ、Ａ／Ｄ変換部１４２のダイナミックレンジに合わせてアナログ画像信号を増幅する。

Ａ／Ｄ変換部１４２は、ＰＧＡ１４０が出力したアナログ画像信号をデジタル信号に変換し、ＣＤＳ部１４４に対して出力する。ＣＤＳ部１４４は、Ａ／Ｄ変換部１４２から入力されたデジタル信号が示す光電変換部１２のリセットレベル（光によらず出力される基準レベル）と、各画素（各画素部１２０，１２２，１２４）に蓄積された信号レベルとの差分を算出して出力するＣＤＳ処理を行う。パラレルシリアル変換部１８は、複数のカラムで並列に処理され出力されたデジタル信号をシリアライズして後段に出力する。また、制御部１６は、撮像装置１０を構成する各部を駆動するために必要な各信号を生成し、出力する。また、制御部１６は、撮像装置１０が一括露光を行うように動作タイミングを制御する。

なお、図１に示した例では、複数の信号を並列に処理するカラム構成のＣＭＯＳリニアセンサを例としてあげているが、処理系統は１系統でもよい。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対し、１つのＰＧＡ１４０、Ａ／Ｄ変換部１４２及びＣＤＳ部１４４を設けた３画素１カラムの構成を例として示しているが、この限りではなく、奇数画素及び偶数画素のＲ，Ｇ，Ｂを含む６画素１カラム等でもよい。さらに、撮像装置１０は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータに対して、ＣＤＳを行う構成を例としているが、ＰＧＡ１４０が増幅させたリセットレベルのアナログ信号及び信号レベルのアナログ信号を用いて、画素毎に相関二重サンプリングを行ってもよい。

図２は、画素部１２０（画素部１２２，１２４）の構成を示す図である。以下、＃はＲ（リセット）又はＳ（画像信号）のいずれかを示し、＊はＲ，Ｇ，Ｂのいずれかを示すものとする。また、トランジスタ名と信号名を同じにして示すことがある。電荷蓄積部である受光素子ＰＤは、埋め込みフォトダイオードである。複数の異なる色の光をそれぞれ受光する受光素子ＰＤは、蓄積時間内に受光した光に応じた電荷をそれぞれ発生させる。電荷検出部であるフローティングディフュージョン領域ＦＤは、浮遊拡散領域であり、電荷を電圧レベルに変換し、後段に対して出力する。

リセットトランジスタＲＴは、受光素子ＰＤから光電荷が転送される前に、リセットトランジスタＲＴのドレイン電圧である電源電圧Ｖｄｄ、又は対応するリセットトランジスタＲＴのソース電圧（図示せず）にリセットする。転送トランジスタＴＸは、受光素子ＰＤからフローティングディフュージョン領域ＦＤに光電荷を転送する。

図３は、光電変換部１２の詳細な構成、及び信号処理部１４の構成を示す図である。光電変換部１２は、上述したようにＲ，Ｇ，Ｂの画素部１２０，１２２，１２４がそれぞれ一方向（主走査方向）に並べられている。光電変換部１２は、ｎ番目のカラムにおいて、各画素部１２０，１２２，１２４からのリセット時の信号電圧ＶＲｎ（＊）と、受光して光電変換を行った時の信号電圧ＶＳｎ（＊）とを各蓄積用キャパシタに一括して書き込む。そして、光電変換部１２は、Ｒ→Ｇ→Ｂの順に読み出した出力ＰＩＸＯＵＴｎを、Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネル毎に信号処理部１４の１系統（１つのＰＧＡ１４０、Ａ／Ｄ変換部１４２及びＣＤＳ部１４４）によって信号処理を行う（カラム構成）。

また、光電変換部１２は、各画素部１２０，１２２，１２４それぞれに、リセット時用の蓄積用キャパシタＣＲ（＊）と、受光して光電変換した時用の蓄積用キャパシタＣＳ（＊）とが設けられている。第１蓄積用容量としてのＣＲ（＊）の容量と、第２蓄積用容量としてのＣＳ（＊）の容量とは、同じにされている。そして、光電変換部１２には、書き込みスイッチトランジスタＳＬと、各チャンネルの各蓄積用キャパシタに所定のタイミングで書き込み及び読み出しを行うためのスイッチトランジスタＣＲ＿＊及びＣＳ＿＊が設けられている。ここでは、トランジスタ名と信号名が同じにされている。上述したように、光電変換部１２を構成する各部を制御する信号は、制御部１６が出力している。

ＰＧＡ１４０は、画素部１２０，１２２，１２４から１系統で出力されるＰＩＸＯＵＴｎに対し、Ａ／Ｄ変換部１４２のダイナミックレンジに合わせるように増幅を行って出力する。Ａ／Ｄ変換部１４２は、ＰＧＡ１４０から入力されるアナログ画像信号をアナログ−デジタル変換し、ＣＤＳ部１４４に対して出力する。ＣＤＳ部１４４は、リセット信号のデジタル出力と、光信号（画像信号）のデジタル出力とを用いて減算処理を行い、最終的な画像出力ＣＤＳＯＵＴｎを出力する。

図４は、撮像装置１０の第１動作例を示すタイミングチャートである。図４に示した第１動作例は、暗時入力（リセット時のレベル＝光入力時のレベル）の場合のｎカラム目での１ラインあたりの一括露光（書込み）から信号読み出しまでの撮像装置１０の動作となっている。なお、電荷の極性はマイナスであるため、明時になるほど電圧値は低くなる。

まず、フローティングディフュージョン領域ＦＤは、受光素子ＰＤから光電荷が転送される前に、リセットトランジスタＲＴによってリセットトランジスタＲＴのドレイン電圧である電源電圧Ｖｄｄ又は対応するリセットトランジスタＲＴのソース電圧（図示せず）にリセットされる（Ｔ３０）。

その後、撮像装置１０は、フローティングディフュージョン領域ＦＤのリセット電荷をリセット信号に変換し、書き込みスイッチトランジスタＳＬ、スイッチトランジスタＣＲ＿＊を全チャンネル一斉にＯＮして全画素一斉にリセット信号蓄積用キャパシタＣＲ（＊）に転送する（Ｔ３１）。

次に、撮像装置１０は、スイッチトランジスタＣＲ＿＊を全チャンネル一斉にＯＦＦして、転送トランジスタＴＸをＯＮにし、受光素子ＰＤからの光電荷をリセット電荷転送後のフローティングディフュージョン領域ＦＤに転送し、光電荷を光信号に変換する（Ｔ３２）。

次に、撮像装置１０は、転送トランジスタＴＸをＯＦＦにして、スイッチトランジスタＣＳ＿＊を全チャンネル一斉にＯＮして、光信号蓄積用キャパシタＣＳ（＊）に転送する（Ｔ３３）。

そして、撮像装置１０は、スイッチトランジスタＣＳ＿＊を全チャンネル一斉にＯＦＦにして、リセット信号、光信号の各蓄積用キャパシタの一括書き込みを終了させる。

次に、撮像装置１０は、選択トランジスタＳＷをＯＮして、同時にスイッチトランジスタＣＲ＿ＲをまずＯＮすることにより、Ｒ画素のリセット信号蓄積用キャパシタＣＲ（Ｒ）に蓄積されているリセット信号電圧ＶＲｎ（Ｒ）をＰＩＸＯＵＴｎに転送する（Ｔ３４）。なお、図４に示したＶＲｎ（Ｒ）の黒点は、読出し終了時のレベルを表す。このレベルが後段のＰＧＡ１４０によって増幅され、Ａ/Ｄ変換部１４２によってＡＤ変換される（他のチャンネルの黒点も同様）。

リセット信号電圧ＶＲｎ（Ｒ）を転送後、撮像装置１０は、スイッチトランジスタＣＲ＿ＲをＯＦＦして、同様にスイッチトランジスタＣＳ＿ＲをＯＮすることにより、Ｒ画素の光信号蓄積用キャパシタＣＳ（Ｒ）に蓄積されている光信号電圧ＶＳｎ（Ｒ）をＰＩＸＯＵＴｎに転送する（Ｔ３５）。そして、撮像装置１０は、光信号電圧ＶＳｎ（Ｒ）を転送後に、スイッチトランジスタＣＳ＿ＲをＯＦＦする。

撮像装置１０は、Ｇ画素、Ｂ画素に対しても、それぞれの蓄積用キャパシタ（ＣＲ（Ｇ），ＣＳ（Ｇ），ＣＲ（Ｂ），ＣＳ（Ｂ））に蓄積されている各信号を同様に処理する（Ｔ３６）。

このように、Ｔ３０〜Ｔ３６までのＰＩＸＯＵＴｎは、信号の読み出しにより、チャンネル順に電位変動していく（Ｒのリセット信号電圧ＶＲｎ（Ｒ）→Ｒの光信号電圧ＶＳｎ（Ｒ）→Ｇのリセット信号電圧ＶＲｎ（Ｇ）→Ｇの光信号電圧ＶＳｎ（Ｇ）→Ｂのリセット信号電圧ＶＲｎ（Ｂ）→Ｂの光信号電圧ＶＳｎ（Ｂ））。

ところで、信号を読み出す蓄積用キャパシタは、一般的に蓄積後の電圧を保持しておく期間に、リーク電流が生じることが知られている。キャパシタには絶縁されている電極間に僅かな電流が流れており、一般的に微小であるため、その放電特性は直線近似になると考えられる。よって、一括書込み動作完了後からチェンネル順に容量の電圧を読み出していく場合、ＣＲ（Ｒ），ＣＳ（Ｒ），ＣＲ（Ｇ），ＣＳ（Ｇ），ＣＲ（Ｂ），ＣＳ（Ｂ）が読み出されるときの時間差によって、リーク電流量に差が生じ、電圧値にずれが生じる。

撮像装置１０は、ＣＤＳ部１４４によってリセット信号と光信号との差分演算を行うので、リセット信号と光信号とのリーク電流による影響差が最終的なＣＤＳ後の出力値ＣＤＳＯＵＴｎに影響する。また、リセット信号と光信号とのリーク電流による影響差がチャンネル間で異なると、色味として均一な入力（黒や白）がされた場合、最終的なＣＤＳ後の出力値がＲＧＢ間で異なってしまう。

例えば、第１動作例では、ＲＧＢの３チャンネル間でリセット信号の読出しタイミングと光信号の読出しタイミングが異なっている（Ｔｒ＿ｒ−Ｔｓ＿ｒ≠Ｔｒ＿ｇ−Ｔｓ＿ｇ≠Ｔｒ＿ｂ−Ｔｓ＿ｂ）と、光信号−リセット信号の差、即ちＣＤＳ後の出力値ＣＤＳＯＵＴｎがチャンネル間で異なってしまう（ＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ）≠ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ）≠ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ））。

図５は、撮像装置１０の第２動作例（各キャパシタ容量が大きい場合の暗時入力時）を示すタイミングチャートである。第２動作例では、撮像装置１０は、ＲＧＢ各チャンネルの一括書込み後のリセット信号の読出しタイミングＴｒ＿＊と光信号の読出しタイミングＴｓ＿＊の間隔を揃える（Ｔｒ＿ｒ−Ｔｓ＿ｒ＝Ｔｒ＿ｇ−Ｔｓ＿ｇ＝Ｔｒ＿ｂ−Ｔｓ＿ｂ）ように、制御部１６が制御を行う。

撮像装置１０の各キャパシタ容量が大きい場合、蓄積用キャパシタ電圧ＶＲｎ（＊），ＶＳｎ（＊）でのリーク電流によるレベルの減衰は、一般的に直線に近似して考えることが可能である。レベルの減衰が直線近似される場合、レベルの減衰は時間差に対する比例関係が成り立つ。よって、各画素部の読出し時間差が同じであれば、光信号−リセット信号の差、即ちＣＤＳ後の出力値ＣＤＳＯＵＴｎへのリーク電流の影響をチャンネル間で揃えることができる。つまり、撮像装置１０は、第２動作例として示した動作を行う場合、色味として均一な入力（黒や白）がされたときに、オフセット差や色再現性の低下を防止することができる（ＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ）＝ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ）＝ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ））。

図６は、撮像装置１０の第３動作例（各キャパシタ容量が小さい場合）を示すタイミングチャートである。図３に示したように、蓄積用キャパシタは、各画素に備わっており、撮像装置１０において占める面積の割合は大きい。また、キャパシタのリーク電流の放電特性は、一般的には直線に近似して考えることができる。しかし、キャパシタは、等価回路が単純なキャパシタに並列接続された絶縁抵抗であり、絶縁抵抗値と容量値の積を自己放電時定数τとして、理論上は非直線状に電圧が減衰していく。キャパシタは、容量値ＣＲ（＊），ＣＳ（＊）が小さくされた場合、放電時定数τｒ（＊），τｓ（＊）が小さくなって、リーク電流量が大きくなり、放電時間に対して放電特性が直線に近似できなくなる。

この場合、リーク電流によるキャパシタ電圧ＶＲｎ（＊），ＶＳｎ（＊）の減衰は、図５に示したような直線ではなく、非直線状（指数関数）に変化していくと考えられる。つまり、ＲＧＢ間でリセット信号の読出しタイミングＴｒ＿＊と光信号の読出しタイミングＴｓ＿＊の間隔が揃えられていても、一括書込み完了から読出し時間までの絶対時間が異なっている（Ｔｒ＿ｒ≠Ｔｒ＿ｇ≠Ｔｒ＿ｂ、Ｔｓ＿ｒ≠Ｔｓ＿ｇ≠Ｔｓ＿ｂ）と、ＲＧＢ間でリセット信号電圧−光信号電圧の差が異なってしまう（ＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ）≠ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ）≠ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ））。即ち、ＣＤＳ後の出力値へのリークの影響がチャンネル間で異なってしまう。

減衰曲線は、指数関数として考えられるため、図６では一括書込み完了後（放電開始後）、最初の読出しチャンネルであるＲｅｄが光信号−リセット信号の差（ＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ））が大きく、次いでＧｒｅｅｎ（ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ））、Ｂｌｕｅ（ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ））の順で差が小さくなっていく。

図７は、撮像装置１０の第４動作例（光信号：暗時読取時）を示すタイミングチャートである。放電時定数τｒ（＊），τｓ（＊）は同じだが、リセット信号と光信号とでリーク電流による影響をＲＧＢ間で揃えるために、制御部１６は、リセット信号と光信号の読出しタイミングの間隔を各チャンネルで異ならせている。

具体的には、制御部１６は、最初の読出しチャンネルであるＲｅｄにおいては変化量が最も大きく、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅと後ろになるにつれて、変化の割合が小さくなっていくようにしている。制御部１６は、リセット信号と光信号の読出し時間の間隔をＴｒ＿ｒ−Ｔｓ＿ｒ ＜ Ｔｒ＿ｇ−Ｔｓ＿ｇ ＜ Ｔｒ＿ｂ−Ｔｓ＿ｂとして、放電時定数τｒ（＊），τｓ（＊）に応じて、最終的にＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ）＝ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ）＝ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ）になるように各チャンネルの読出し時間を設定する。

この場合、制御部１６は、一括書込み完了から読出し時間までの時間が異なっていても（Ｔｒ＿ｒ≠Ｔｒ＿ｇ≠Ｔｒ＿ｂ、Ｔｓ＿ｒ≠Ｔｓ＿ｇ≠Ｔｓ＿ｂ）、ＲＧＢ間で光信号−リセット信号に差異がないようにＲＧＢそれぞれの読出しタイミングを設定する。よって、撮像装置１０は、光信号−リセット信号、即ちＣＤＳ後の出力値ＣＤＳＯＵＴｎをチャンネル間で揃えることができ、暗時画像でとくに顕著となるオフセット差を抑制することができる。

なお、撮像装置１０は、ＣＤＳ動作をＡ/Ｄ変換部１４２がデジタルデータに変換した後に行っているが、これは一例であり、アナログ信号で差分をとってＣＤＳ動作を行うように構成されてもよい。

次に、撮像装置１０の第１変形例について説明する。撮像装置１０の第１変形例は、蓄積用キャパシタの容量値がＲＧＢ間で異なるように構成されている。以下、図８，９を用いて、撮像装置１０の第１変形例について説明する。図８は、撮像装置１０の第１変形例の第１動作例（光信号：暗時読取時）を示すタイミングチャートである。

撮像装置１０の第１変形例は、リセット信号と光信号のリーク電流による影響をＲＧＢ間で揃えるために、各チャンネルの読出しタイミングでリセット信号と光信号にリーク電流量の差がないように自己放電時定数τｒ（＊），τｓ（＊）を各チャンネルで異ならせている。具体的には、撮像装置１０の第１変形例は、図３に示したＣＲ（＊），ＣＳ（＊）を、ＣＲ（Ｒ）（ＣＳ（Ｒ））＞ＣＲ（Ｇ）（ＣＳ（Ｇ））＞ＣＲ（Ｂ）（ＣＳ（Ｂ））となるように、蓄積用キャパシタの容量値がＲＧＢ間で異なるようにされている。つまり、ＣＲ（＊），ＣＳ（＊）は、光電変換素子１０が受光する光の色毎に異なるリセット信号と光信号の読み出しタイミングの間隔に対応して、光の色毎に容量の大きさが異なるようにされている。

この場合、一括書込み完了から読出し時間までの時間が異なっていても（Ｔｒ＿ｒ≠Ｔｒ＿ｇ≠Ｔｒ＿ｂ 、Ｔｓ＿ｒ≠Ｔｓ＿ｇ≠Ｔｓ＿ｂ）、ＲＧＢ間で光信号−リセット信号に差異がないようにＲＧＢそれぞれでリセット蓄積用キャパシタと光信号蓄積用キャパシタの容量値ＣＲ（＊），ＣＳ（＊）が設定されているので、光信号−リセット信号、即ちＣＤＳ後の出力値ＣＤＳＯＵＴｎがチャンネル間で揃い（ＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ）＝ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ）＝ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ））、暗時画像でとくに顕著となるオフセット差が抑制される。

なお、撮像装置１０の第１変形例も、ＣＤＳ動作をＡ/Ｄ変換部１４２がデジタルデータに変換した後に行っているが、これは一例であり、アナログ信号で差分をとってＣＤＳ動作を行うように構成されてもよい。

図９は、撮像装置１０の第１変形例の第２動作例（光信号：明時（白）読取時）を示すタイミングチャートである。撮像装置１０の第１変形例は、暗時入力の場合にはオフセット差を吸収できていたが、明時入力では、暗時入力（リセットレベル）に比べて、同じ読出し時間でもリーク電流による影響が小さい。これは、一括書込み終了（放電開始）時の電圧が低いと、放電開始からの差分として暗時より小さくなるためである。

撮像装置１０の第１変形例は、この状態でＲＧＢ各々光信号−リセット信号の減算をしてしまうと、ＣＤＳ後の出力値ＣＤＳＯＵＴｎがチャンネル間で異なってしまう（ＶＳｎ（Ｒ）−ＶＲｎ（Ｒ）≠ＶＳｎ（Ｇ）−ＶＲｎ（Ｇ）≠ＶＳｎ（Ｂ）−ＶＲｎ（Ｂ））。このように、撮像装置１０の第１変形例は、暗時画像ほど顕著にはならないが、明時入力、且つ指数関数として放電されるリーク電流によるＲＧＢ間のレベル差については完全に抑制することができない。

次に、撮像装置１０の第２変形例について説明する。図１０は、撮像装置１０の第２変形例の概要を示す図である。図１０においては、光電変換部１２の詳細な構成、及び信号処理部１４の変形例が示されており、図３に示した構成部分と実質的に同じ構成には同一の符号が付してある。レベル補正部２０は、例えばＡ/Ｄ変換部１４２が出力したデジタル信号に対し、リーク電流によるレベル変動を補正する。

図１１は、レベル補正部２０の構成例を示す図である。レベル補正部２０は、演算部２０１〜２０６が蓄積用キャパシタの容量値ＣＲ（＊），ＣＳ（＊）と、絶縁抵抗値Ｒ（＊）を、予め設計値として保持している。

以下、レベル補正部２０が行う補正を、リセット信号を例にして説明する。一括書込み終了時（放電開始、リセット信号ではＴ３１終了時、光信号ではＴ３３終了時）をｔ＝０とし、そのときのリセット信号のアナログ−デジタル変換後の画像レベルをＤｒ０ｎ（＊）、リセット信号を取得した時刻をｔ＝ｔｒ、そのときの画像レベルをＤｒｎ（＊）とすると、それらの関係は下式１のようになる。

ここで求めたいリーク発生前の値、即ちＤｒ０ｎ（＊）のため、上式１をＤｒ０ｎ（＊）について解くと、下式２のようになる。

レベル補正部２０は、Ｄｒｎ（＊）、ｔ、ＣＲ（＊）、Ｒ（＊）で値はわかっているため、主走査方向の全画素に同時に上式２を適用し、Ｄｒ０ｎ（＊）を求めることにより、リークの影響を受けていない値に置き換え、後段のＣＤＳ部１４４に出力する。

レベル補正部２０は、これを光信号にも適用し、下式３，４によってｔ＝ｔｓのときのＤｓｎ（＊）を使い、Ｄｓ０ｎ（＊）に置き換える。この動作を、レベル補正部２０は、Ａ/Ｄ変換部１４２やＣＤＳ部１４４と同様に、ＲＧＢの順で行っていく。

なお、レベル補正部２０は、ＲＧＢそれぞれのリセット信号及び光信号の計６チャンネル分の演算部２０１〜２０６を有し、対応チャンネルごとにスイッチトランジスタＣＲ＿＊，ＣＳ＿＊をＯＮ・ＯＦＦすることにより、各チャンネルの信号が演算部２０１〜２０６に入力されるが、蓄積用キャパシタ容量値Ｃ＃（＊）（＃：Ｒ，Ｓ）が同じ値であれば演算部が共通にされてもよい。

このように、撮像装置１０の第２変形例は、入力が飽和レベルでなければ、どのような露光レベルの入力であっても、一括書込み終了直後の値にレベル補正ができる。つまり、撮像装置１０の第２変形例は、白側（明時）の入力でのリーク電流によるレベル変化に対応することができ、リーク電流によるチャンネル間の差異やレベル変化を抑制することができる。

図１２は、レベル補正部２０の変形例（レベル補正部２０ａ）の構成を示す図である。レベル補正部２０ａは、演算部２０１〜２０６に対し、蓄積用キャパシタの容量値Ｃ＃（＊）と絶縁抵抗値Ｒ（＊）の情報（τ＃（＊）に相当）を記憶するメモリ２１１〜２１６をそれぞれ備えている。そして、レベル補正部２０ａは、情報（τ＃（＊）に相当）を変更可能にされている。

図１３は、レベル補正部２０ａを有する撮像装置１０の第２変形例の第１動作例（レベル補正式取得モードの１ライン内動作）を示すタイミングチャートである。レベル補正部２０ａを有する撮像装置１０の第２変形例は、図示しないレジスタ制御、又は外部からの制御信号に応じてレベル補正式取得モードのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。なお、図１３においては、説明簡略化のために、いずれかの１チャンネルのみについて示されている。

レベル補正部２０を有する撮像装置１０の第２変形例は、上述したように放電時定数τ＃（＊）として、蓄積用キャパシタの容量値Ｃ＃（＊）と絶縁抵抗値Ｒ（＊）の情報を予め演算部２０１〜２０６が保持している。一般的には、容量値Ｃ＃（＊）、及び絶縁抵抗値Ｒ（＊）は、周辺環境、経時変化、及び撮像装置１０の第２変形例の製造バラツキ等で変動する。このように、容量値Ｃ＃（＊）、及び絶縁抵抗値Ｒ（＊）の変動があると、演算部２０１〜２０６が保持している値と、実際の値とが異なってしまい、Ｄｒ０ｎ（＊）、Ｄｓ０ｎ（＊）を求める場合に精度が低下してしまう。

レベル補正部２０ａを有する撮像装置１０の第２変形例（以下、撮像装置１０ａと記す）は、一括書込み時からの経過時間とそのときの画像データを複数点（図１３では２点）サンプルし、その傾向からリーク電流によるキャパシタ電圧Ｖ＃ｎ（＊）の減衰の式をそれぞれ生成して、そのときの放電時定数τ＃（＊）を求め、レベル補正式を算出する。

図１３に示したように、撮像装置１０ａは、以下の順に動作する。まず、レベル補正式取得モードがＯＮになると、リセットトランジスタＲＴをＯＮし、リセット信号電圧を蓄積用キャパシタに入力する（Ｔ１２０）。

次に、スイッチトランジスタＣ＃＿＊をＯＦＦし、書き込みが終了する（Ｔ１２１）。なお、図１３に示した例では、転送トランジスタＴＸはとくにＯＮしないが、暗時状態（リセット電圧と等価）である場合、転送トランジスタＴＸをＯＮして、リセットトランジスタＲＴをＯＮしないようにされてもよい。

次に、選択トランジスタＳＷをＯＮして、同時にスイッチトランジスタＣ＃＿＊をＯＮすることにより、蓄積用キャパシタＣ＃ｎ（＊）に蓄積されている信号をＰＩＸＯＵＴｎに転送する。

この転送後、スイッチトランジスタＣ＃＿＊をＯＦＦして、そのとき（ｔ＝Ｔ１）の画像データＤ＃１ｎを取得し、図１２に示したメモリ２１１〜２１６に記憶させる（Ｔ１２２）。

同様に、Ｔ１以降のタイミング（Ｔ１２３）で、再度スイッチトランジスタＣ＃＿＊をＯＮし、蓄積用キャパシタＣ＃ｎ（＊）の電圧をＰＩＸＯＵＴｎに転送し、そのとき（ｔ＝Ｔ２）の画像データＤ＃２ｎを取得し、図１２に示したメモリ２１１〜２１６に記憶させる（Ｔ１２４）。

取得するＤ＃１ｎ，Ｄ＃２ｎのデータは、１ライン内の特定カラムの平均値でも特定の１画素での値でもよい。撮像装置１０ａは、取得したＴ１，Ｔ２，Ｄ＃１ｎ，Ｄ＃２ｎの値を用いて、リークによる電圧の減衰曲線の式を導出する。

まず、ｔ＝０のとき１とした下式５，６の連立方程式を作成し、放電時定数τ＃（＊）について解く。

つまり、下式７が最終的な放電時定数τ＃（＊）を求める式となり、算出結果を、図１２に示したメモリ２１１〜２１６に記憶させる。

なお、撮像装置１０ａは、他のチャンネルにおいても順番に同様の手法で放電時定数τ＃（＊）を求め、メモリ２１１〜２１６に記憶させ、レベル補正式取得モードを終了する。よって、撮像装置１０ａは、レベル補正式取得モードにおいて少なくともチャンネル数分のライン数だけ取得に時間が必要となる。その後、撮像装置１０ａは、画像データ出力時には、メモリ２１１〜２１６に記憶させた放電時定数τ＃（＊）を用いて、上述したレベル補正式によりレベル補正を行っていく。このように、撮像装置１０ａは、周辺環境や経時変化、製造バラツキ等で変動した放電時定数τ＃（＊）を、レベル補正式取得モードにおいて更新することにより、上式２，４の計算式に反映させることができる。

図１４は、レベル補正部２０ａを有する撮像装置１０の第２変形例の第２動作例（レベル補正式取得モードの複数ライン動作）を示すタイミングチャートである。上述した撮像装置１０ａの第１動作例では、複数の所定のタイミングで出力レベルを取得する場合に、１ライン内のみでの取得データで放電時定数の算出を行っていたが、１ライン内のみでは突発的な外乱等のノイズの影響などがあると、精度を上げられないことがある。また、１ライン内の特定カラムの平均値も、電源電圧Ｖｄｄにおいて配線パターン等に起因してレベル分布があると、取得した値が変動してしまう。

よって、撮像装置１０ａの第２動作例では、電源電圧Ｖｄｄの変動の影響を受けていない画素において、複数ラインに同じ動作をさせて、取得したそれらの平均値を求めることにより、ノイズの影響を抑えた取得レベルでリーク電流の式を導出し、リーク補正精度のロバスト性を向上させる。

具体的には、図１４に示したように、撮像装置１０ａは、各チャンネルに対して１ラインではなく、複数ラインにおいて毎ライン同じタイミングＴ１，Ｔ２で画像データＤ１＿ｍ、Ｄ２＿ｍを取得する（図１４ではｍ＝Ｍライン分取得）。撮像装置１０ａは、これらの平均値を取得レベルとして、下式８，９に代入を行い、最終的に下式１０に基づいて放電時定数を求めていく。

これにより、撮像装置１０ａは、ノイズの影響や１ライン内の電源電圧の変動影響を抑えた取得レベルによって放電時定数τ＃（＊）を算出することができる。ただし、この場合には平均ライン数が増加し、レベル補正式取得モードの動作時間が増えるため、ノイズ影響と処理時間との関係から平均ライン数が決められている。

次に、実施形態にかかる撮像装置１０を備えた画像読取装置及び画像形成装置について説明する。図１５は、撮像装置１０を有する画像読取装置６０を備えた画像形成装置５０の概要を示す図である。画像形成装置５０は、画像読取装置６０と画像形成部７０とを有する例えば複写機やＭＦＰ（Multifunction Peripheral）などである。

画像読取装置６０は、例えば撮像装置１０、ＬＥＤドライバ（ＬＥＤ＿ＤＲＶ）６００及びＬＥＤ６０２を有する。ＬＥＤドライバ６００は、例えば制御部１６が出力するライン同期信号などに同期して、ＬＥＤ６０２を駆動する。ＬＥＤ６０２は、原稿に対して光を照射する。撮像装置１０は、ライン同期信号などに同期して、原稿からの反射光を受光して図示しない複数の受光素子（ＰＤ）が電荷を発生させて蓄積を開始する。そして、撮像装置１０は、パラレルシリアル変換等を行った後に、画像データを画像形成部７０に対して出力する。

画像形成部７０は、処理部８０とプリンタエンジン８２とを有し、処理部８０とプリンタエンジン８２とがインターフェイス（Ｉ／Ｆ）８４を介して接続されている。

処理部８０は、ＬＶＤＳ８００、画像処理部８０２及びＣＰＵ１１を有する。ＣＰＵ１１は、図示しないメモリなどに記憶されたプログラムを実行し、撮像装置１０などの画像形成装置５０を構成する各部を制御する。また、ＣＰＵ１１又は制御部１６などは、各ＰＤが受光量に応じて電荷を発生させることを略同時に開始するよう制御する。

撮像装置１０は、ＬＶＤＳ８００に対して例えば画像読取装置６０が読取った画像の画像データ、ライン同期信号及び伝送クロックなどを出力する。ＬＶＤＳ８００は、受入れた画像データ、ライン同期信号及び伝送クロックなどをパラレル１０ビットデータに変換する。画像処理部８０２は、変換された１０ビットデータを用いて画像処理を行い、画像データなどをプリンタエンジン８２に対して出力する。プリンタエンジン８２は、受入れた画像データを用いて印刷を行う。

なお、画像読取装置６０は、撮像装置１０がリーク電流による画像レベル変動を抑えられているため、スキャナ画像のオフセット差や色再現性の向上が可能である。また、レベル補正式取得モードを画像読取装置６０の電源投入時、及び読取動作以外の待機時の少なくともいずれかにＯＮすることにより、リーク電流による画像レベル変動の補正精度を最適化することができる。また、画像読取装置６０は、スキャンモード開始前にレベル補正式取得モードをＯＮすることにより、電源投入後の周辺環境の変化による影響も抑えることが可能である。

また、画像形成装置５０は、撮像装置１０がリーク電流による画像レベル変動を抑えられているため、コピー画像のオフセット差や色再現性の向上が可能となる。また、レベル補正式取得モードを画像形成装置５０の電源投入時、及び読取動作以外の待機時の少なくともいずれかにＯＮすることにより、リーク電流による画像レベル変動の補正精度を最適化することができる。また、画像形成装置５０は、コピーモード開始前にレベル補正式取得モードをＯＮすることで電源投入後の周辺環境の変化による影響も抑えることが可能となる。

以上、各実施形態について説明したが、それらの各部の具体的な構成、処理の内容、データの形式等は、実施形態で説明したものに限るものではない。また、以上説明した実施形態の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることは勿論である。

ＰＤ 電荷蓄積部（受光素子）
ＦＤ 電荷検出部（フローティングディフュージョン領域）
ＣＲ（＊） 第１蓄積用容量
ＣＳ（＊） 第２蓄積用容量
１０ 撮像装置
１１ ＣＰＵ
１２ 光電変換部
１４ 信号処理部
１６ 制御部
１８ パラレルシリアル変換部
２０，２０ａ レベル補正部
５０ 画像形成装置
６０ 画像読取装置
７０ 画像形成部
１２０，１２２，１２４ 画素部
１４０ ＰＧＡ
１４２ Ａ／Ｄ変換部
１４４ ＣＤＳ部
２０１〜２０６ 演算部
２１１〜２１６ メモリ

特許第４８４６０７６号公報

Claims (7)

1. 複数の異なる色の光を受光し、受光した光の色に応じてそれぞれ電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、
   前記複数の電荷蓄積部が蓄積した電荷をそれぞれ電圧に変換して出力する複数の電荷検出部と、
   前記複数の電荷検出部がリセットされた場合に出力するリセット信号をそれぞれ蓄積する複数の第１蓄積用容量と、
   前記複数の電荷蓄積部が受光して前記複数の電荷検出部がそれぞれ電圧に変換した光信号をそれぞれ蓄積する複数の第２蓄積用容量と、
   を有し、
   前記複数の第１蓄積用容量及び前記複数の第２蓄積用容量は、
   前記光の色毎に異なる前記リセット信号と前記光信号の読み出しタイミングの間隔に対応して、前記光の色毎に容量の大きさが異なること
   を特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の第１蓄積用容量及び前記複数の第２蓄積用容量それぞれの容量値と絶縁抵抗値に基づいて、前記複数の第１蓄積用容量及び前記複数の第２蓄積用容量から読み出す前記リセット信号及び前記光信号のレベルを補正するレベル補正部をさらに有すること
   を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記レベル補正部は、
   １回の前記リセット信号又は前記光信号の読み出しにおける複数の所定のタイミングで前記複数の第１蓄積用容量及び前記複数の第２蓄積用容量から読み出した前記リセット信号又は前記光信号のレベルからリーク電流の放電時定数を算出し、算出した放電時定数に基づいて、前記リセット信号及び前記光信号のレベルを補正すること
   を特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記レベル補正部は、
   複数回の前記リセット信号又は前記光信号の読み出しにおいて、前記放電時定数を複数回算出し、算出した複数の放電時定数に基づいて、前記リセット信号及び前記光信号のレベルを補正すること
   を特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置を有すること
   を特徴とする画像読取装置。
6. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置を有し、
   前記レベル補正部は、
   電源投入時、及び読取動作以外の待機時の少なくともいずれかに、前記リセット信号及び前記光信号のレベルを補正すること
   を特徴とする画像読取装置。
7. 請求項５又は６に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置が読取った画像データに基づく画像を形成する画像形成部と
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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