JPH0342959A

JPH0342959A - 高品質画像入力装置

Info

Publication number: JPH0342959A
Application number: JP1177465A
Authority: JP
Inventors: Kazutake Kamihira; 員丈上平; Kazumi Komiya; 小宮　一三
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1991-02-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の属する技術分野〕本発明は複数の受光素子を用いた画像人力技術に関する
ものであり、詳しくは広いダイナミックレンジにより高
品質の画像を入力する高品質画像人力装置に関する。

〔従来の技術〕

ラインセンサを用いる画像入力装置において。

高品質の画像を入力するための重要な条件の１つは、信
号として取り出せる原稿照度の最低レベルと最高レベル
との間の範囲を大きくすること、すなわちダイナミック
レンジを大きくすることである。

種類を問わずラインセンサにおいては、走査手段に用い
られているスイッチング素子や初段の増幅器で発生する
ノイズ、あるいは受光素子内で発生する暗電流ノイズが
ある。

原稿照度の低下にともない信号成分がこれらのノイズ成
分より小さくなると信号が取り出せなくなる。これが原
稿照度の最低レベルを決める要因である。一方、原稿照
度が大きくなると信号も比例して大きくなるが、あると
ころからは原稿照度が増加しても信号は増加しなくなる
。すなわち。

出力信号は飽和特性を示す、この飽和が始まる照度が信
号として取り出せる最高レベルとなる０通常のラインセ
ンサにおいては上記最低レベルと最高レベルとの範囲、
すなわちダイナミックレンジは３桁程度となっている。

原稿の暗部と明部での照度差がダイナミックレンジを越
える場合は、全照度範囲で有効な信号が得られなくなる
０例えば、背景が明るい場所で陰にいる人物像を入力す
る場合、背景を捉えた画素からの信号が飽和領域に入ら
ないようにセンサ感度あるいは光源の輝度等を調整する
と２人物の顔などが真っ黒になり顔の形等がよ＜！！！
識できなくなるような不都合が生じる。また、陰の人物
の明るさに合わせて調整すると背景が真っ白になる。

上記問題の解決にはダイナミックレンジの拡大が必要で
ある。上述のようにダイナミックレンジはノイズレベル
と飽和特性で決まる。このうち。

飽和特性は受光素子の構造に起因するところが多く、飽
和値を高めることは容易でない、そこで。

従来法においては初段の増幅器の後に設けた専用の回路
によりノイズを低減させ、これにより最低レベルを引き
下げてダイナミックレンジの拡大が図られている。

〔発明が解決しようとする課題〕上記従来の方法では回路的にノイズを低減させることに
よりダイナミックレンジの拡大を図っているが２回路的
手段で実現できるノイズ低減は高々１桁程度である。し
たがってダイナミックレンジの拡大も１桁程度にとどま
っており、高品質画像の入力用としてはダイナミックレ
ンジがまだ不十分である。

本発明は広いダイナミックレンジをもつ高品質画像入力
装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記従来法の欠点を克服するため本発明の高品質画像入
力装置では複数列の受光素子列で原稿像を入力する。以
下では、Ｗ単のため受光素子列数を２として説明する。

第一の受光素子列上には透過率の大きな薄膜を形成し、
第二の受光素子列上には透過率の小さな薄膜を形成する
ようにする。このため、明るさが同じ原稿からの反射光
であっても、第二の受光素子列に達する光の強度は、第
一の受光素子列に達する光の強度に比べて小さくなって
いる。この結果、第二の受光素子列では入力可能な原稿
照度の範囲が第一の受光素子列に比べ全体に高照度側に
シフトする。各列の受光素子で光電変換された画信号は
いずれも公知の走査手段により出力される。

このように２つの受光素子列からの出力信号を用い、原
稿の照度が低い部分については第一の受光素子列からの
信号を出力とし、また原稿の照度が高い部分については
第二の受光素子列からの信号を出力とする。この場合、
第二の受光素子列からの信号は適当な倍率で増幅するよ
うにする。

〔作　用〕

このようにすることによって、第一の受光素子列の場合
に飽和領域に入っていて有効な信号を取り出すことので
きなかった範囲について、第二の受光素子列からの出力
を用いて補うことができる。

〔実施例〕

失盗斑上本発明の第一の実施例を第１図に示す０本実施例におい
てはＣｄＳ系薄膜ラインセンサで実施したものである。

第１図はセンサ部の断面図である。

第１図において、１０および１１はＣｄＳ／ＣｄＳｅ光
導電体を用いた受光素子列、１２は金属電極、１３は二
酸化珪素を用いた透明絶縁膜。

１４は金属薄膜、１５はガラス基板である。本実施例は
ガラス基板１５上に２列の受光素子列１０゜１１を形成
し、一方の受光素子列１１の上の透明絶Ｉ！膜１３上に
金属薄膜１４を形成した。この金属薄膜１４は光の透過
率が例えば０．１％となるよう膜厚を調整した。このた
め、受光素子列１１の表面で結像する原稿像は受光素子
列１０の表面で結像する同一の原稿像に比べ、明るさが
３桁小さくなっている。

第２図は本実施例の構成図である。

第２図において、Ｅは電源電圧、に＋　””Ｋ−は共通
電極スイッチ＋ＳＩＩ〜Ｓ４およびＳｒ＋−３ｚ＋ｍは
個別電極スイッチ、１６および１７はそれぞれＡ／Ｄ変
換器、Ｔは遅延回路、Ｐは受光素子（１０゜１１）、　
１８は信号処理部である。

本実施例では走査法としてマトリクス駆動法を用いた。

そして、受光素子列１０および受光素子列１１からの信
号を並列に取り出し、それぞれＡ／Ｄ変換器１６および
１７に入力する。Ａ／Ｄ変換器１６．１７においてアナ
ログ信号をＬＯＧ変換された８ビットディジタル信号に
変換した後１画体号を信号処理部１８に送る。ただし、
Ａ／Ｄ変換器１６からの信号は信号処理部１８に入力す
る前に、遅延回路Ｔを通して遅延させる。遅延回路Ｔの
遅延時間は受光素子列１０が原稿上のある位置の像を読
み取ってから次に受光素子列１１が同一位置の像を読み
取るまでの時間に設定し、この時間は例えばちょうどｌ
ラインの読み取り時間と同一とした。したがって、信号
処理部１８には原稿上の同じ位置の画信号が同時に入力
される。

信号処理部１８では両センサからの信号を次のように処
理する。まず、受光素子列１０からの信号の大きさが最
高階調の２５５未満であれば受光素子列１０からの信号
をそのまま出力信号とする。

もし、受光素子列１０からの信号が最高階調の２５５で
あれば、受光素子列１１からの信号に２５５を加えた信
号を出力信号とする。

上記構成と信号処理とにより本実施例では従来の単一の
受光素子列を使用した受光素子列に比べ２倍のダイナミ
ックレンジを実現している０本実施例のラインセンサは
白黒用としたが、各受光素子上に各色のフィルタを交互
に配置したり、あるいは光源切り替え方式やフィルタ切
り替え方式等の色分解方式を採用すれば、カラー用とし
ても使用できる。

裏益班１本発明の第二の実施例を第３図に示す０本実施例におい
てはＣＣＤラインセンサで実施したものであり、カラー
画像入力用とした。

第３図は電荷転送部に垂直な方向で見たセンサ部の断面
図である。

第３図において、　　２１．２２．２３．２４．２５．
２６はフォトダイオードで形成した受光素子列、２７は
電荷転送部、２８は二酸化珪素で形成した絶縁膜。

２９は赤色フィルタ、３０は緑色フィルタ、３１は青色
フィルタ、３２は金属薄膜、３３は二酸化珪素で形成し
た保護膜、３４はシリコン基板である。なお、第３図に
おいては電荷転送部のゲート電極、またゲート電極に電
圧印加するための配線等は省略した。

本実施例はシリコン基板内に６列の受光素子列を形成す
るとともに、各受光素子列に隣接して受光素子列と並行
にＣＯＤによる電荷転送部を形成した。６列の受光素子
のうち、３列の受光素子列２４、２５．２６の上の絶縁
膜間に金属薄膜３２を形成した。この金属薄膜は透過率
が例えば０．１％となるよう膜厚を調整した。このため
、受光素子列２４、２５．２６の表面で結像する原稿像
は、受光素子列２１．２２．２３の表面で結像する同一
の原稿像に比べ、明るさが３桁小さくなっている。また
。

カラー画像を読み取るため受光素子列２１．２４の上方
には赤色フィルタを、受光素子列２２．２５の上方には
緑色フィルタを、受光素子列２３．２６の上方には青色
フィルタを形成した。

本実施例の構成を第４図に示す。

第４図において、４０はシリコンチップ内に形成したセ
ンサ部、４１は電荷転送部のゲート電極に電圧を印加す
るための配線、　　５１．５２．５３．５４゜５５、５
６はセンサ部と同一チップ内に形成されたプリアンプ、
　　６１．６２．６３．６４．６５．６６はＡ／Ｄ変換
器、　　？２．７３．７４．７５．７６は遅延回路、８
１゜８２、８３は信号処理部である。

本実施例では６列の受光素子列からの信号を６本の電荷
転送部２７．プリアンプ５１ないし５６を通して、シリ
コンチップの外部に並列に取り出す、６本の電荷転送部
２７は配線４１を通して外部から入力される信号パルス
で同期して駆動される。配＆１１４１で受光素子列２１
ないし２６上を通過する部分は、当該受光素子へ入る光
を遮断しないようにＩＴＯ膜で形成した。

センサ部４０から取り出された６つの信号は。

並列に６個の８ビツトＡ／Ｄ変換器を用いて同時にディ
ジタル化する。これら６つのディジタル信号はそれぞれ
原稿上の異なる位置を読み取った信号である。そこで、
原稿上の同一位置を最後に読み取った受光素子列２６か
らの信号を除く他の５つの信号をＡ／Ｄ変換後に遅延回
路７２ないし７６に入力し、ここで各々適当な時間だけ
遅延させることにより、原稿上の同一位置の信号を同時
に得られるようにする。上記遅延処理の後、信号処理部
８１ないし８３で以下の処理を行う。

まず、信号処理部８１には赤色フィルタを通過した光を
受光する２つの受光素子列２１．２４からの信号を入力
する。上述のように受光素子列２４の上方には透過率例
えば０．１％の金属薄膜３２があり、したがって原稿上
の同一位置からの光を受光しているにもかかわらず、受
光素子列２４からの信号の大きさは受光素子列２１から
の信号の大きさに比べ３桁小さくなっている。このため
、受光素子列２１からの信号が原稿上照度のある値で飽
和に達しても、受光素子列２４からの信号はさらにこれ
より３桁大きな原稿上照度まで飽和しない、したがって
、信号処理部８１では原稿上で照度が小さい位置につい
ては、上方に金属薄膜が無く感度の高い受光素子列２１
からの信号を出力とし、一方照度が大きい位置について
は飽和値の大きい受光素子列２４からの信号に適当な値
を加えた信号を出力とする。このような処理を実行する
には上記実施例１の場合と同様に受光素子列２１からの
信号が最高階調の２５５未満であれば受光素子列２１か
らの信号をそのまま出力信号とする。

もし、受光素子列２１からの信号が最高階調の２５５で
あれば、受光素子列２４からの信号に２５５を加えた信
号を出力信号とする。

信号処理部８２には緑色フィルタを通過した光を受光す
る２つの受光素子列２２．２５からの信号を入力し、ま
た信号処理部８３には青色フィルタを通過した光を受光
する２つの受光素子列２３２６からの信号を入力し、そ
れぞれ信号処理部８１　と同様の処理を行う。

上記構成と信号処理法により出力端にはＲＧＢ信号が３
本並列に取り出すことができ、そのダイナミックレンジ
は従来のＣＣＤラインセンサに比べ２倍となっている。

上記手段で得られる作用を第５図にて説明する。

第５図はラインセンサ出力電流の原稿照度依存性であり
、横軸は原稿照度、縦軸はラインセンサの出力電流を示
す、ここでは横軸、縦軸ともに対数表示とした。

第５図（ａ）は従来の単一の受光素子列を使用する場合
の原稿照度依存性であり、第５図（ｂ）は２個の受光素
子列を使用した本発明の原稿照度依存性である。第５図
（ロ）に示すように第二の受光素子列の出力電流の原稿
照度依存性は受光素子列の上方に形成された透過率の小
さな薄膜のため、入力可能な原稿照度範囲が全体に高照
度側にシフトする。

このため、第一の受光素子列では飽和領域となって有効
な信号として取り出せなかった原稿の照度が高い部分が
第二の受光素子列により取り出すことができる。第５図
（Ｃ）は第二の受光素子列からの出力を適当な倍率で増
幅し、第一の受光素子列の出力と連続的にした場合の特
性である。これら２つの受光素子列を用い、第一の受光
素子列からの出力電流が飽和値に達した場合に出力を第
二の受光素子列からの増幅された信号に切り換えること
にすれば、従来の単一の受光素子列を用いるラインセン
サに比べ２倍のダイナミックレンジをもつラインセンサ
が実現できる。

以上は簡単のため受光素子列数を２として説明したが、
さらに受光素子列数を増やし、各受光素子列毎にその上
方に透過率の異なる薄膜を形成すれば、さらにダイナミ
ックレンジを拡大できる。

以上においては本発明の２つの実施例を述べたにすぎず
１本発明の精神を脱することなく種々の変更が可能なこ
とは言うまでもない。例えば、駆動法やセンサの種類に
関係なく本発明を実施できることは明らかである。上記
実施例では金属薄膜の下側に位置する受光素子列からの
出力をＡ／Ｄ変換後、信号処理部で増幅しているが、信
号処理部の前、あるいはアナログ信号の段階で増幅する
ことも可能である。また、実施例２では色成分毎に受光
素子列を配列したが、１つの受光素子列において各受光
素子上に各色のフィルタを交互に配置させれば、解像度
の低下はあるが合計２つの受光素子列で本発明を実施で
きる。さらに１本発明では光強度を減衰させる手段とし
て金属薄膜を用いたが、金属薄膜の代わりに光吸収率の
大きいシリコン膜や有機膜を用いることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ダイナミックレンジを拡大でき高品質
の画像入力装置が実現できる。また２本発明では低照度
領域を高感度受光素子で、高照度領域を低感度受光素子
で読み取ることになるため。

低照度領域は階調を小刻みに、また高照度領域は粗くす
ることができる。これは、ちょうど人間の目の視覚特性
に一致しており９人間の目にとって有効な情報の取り方
となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例のセンサ部の断面図であ
る。第２図は第一の実施例の概略構成図である。第３図
は本発明の第二の実施例のセンサ部の断面図である。第
４図は第二の実施例の概略構成図である。第５図は本発
明の説明図である。ｔｏ、　１１・・・受光素子列、１２・・・金属電極。１３・・・透明絶縁膜、１４・・・金属薄膜。１５・・・ガラス基板、　　　　１６．１７・・・Ａ／
Ｄ変換器。１８・・・信号処理部。２１、２２．２３．２４．２５．２６・・・受光素子列
。２７・・・電荷転送部、２８・・・絶縁膜。２９・・・赤色フィルタ、　　　　３０・・・緑色フィ
ルタ３１・・・青色フィルタ、３２・・・金属薄膜。３３・・・保護膜、３４・・・シリコン基板。４０・・・センサ部、　　　　　４１・・・配線。５１、５２．５３．５４．５５．５６・・・プリアンプ
。６１、６２．６３．６４．６５．６６・・・Ａ／Ｄ変換
器。？２．７３．７４．７５．７６・・・遅延回路。８１、８２．８３・・・信号処理部。Ｅ・・・電源電圧。ＫＩ〜に、・・・共通電極スイッチ。Ｓ、〜Ｓ１１・・個別電極スイッチ。Ｓ□〜５２Ｔａ・・・個別電極スイッチ。Ｔ・・・遅延回路、　　　　　Ｐ・・・受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】１画素に対して複数の受光素子を有すると共に、前記受
光素子のうちの一部の受光素子に対して、原稿から該受
光素子に達する光の強度を減衰させる膜を配置してなり
、前記複数の受光素子の出力を合成し広域なダイナミック
レンジを実現するようにしたことを特徴とする高品質画像入力装置。