JPH0626410B2 - カラ−イメ−ジセンサ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラー画像を読み取るためのカラーイメージ
センサーに関し、特にカラープリンタのスキャナーとし
て用いるのに適したカラーイメージセンサーに関するも
のである。

〔従来の技術〕

最近のカラープリンタでは、カラー原画（カラーネガ，
カラーポジ等）をスキャニングするためのスキャナーが
設けられており、濃度とカラーバランスとが良好なプリ
ント写真を作成するために、カラー原画の各点の三色濃
度を測定し、この各点の三色濃度を用いて、プリント時
にカラーペーパーを露光するための赤色露光量，緑色露
光量，青色露光量をそれぞれ制御している。前記スキャ
ナーには、固体撮像装置であるカラーイメージセンサー
が使用される。このスキャナーには、測定する色光毎
に、例えば赤色用カラーイメージセンサー，緑色用カラ
ーイメージセンサー，青色用カラーイメージセンサーを
設置した三板タイプと、赤色透過エリヤと緑色透過エリ
ヤと青色透過エリヤとを交互に形成したモザイクフイル
タ又はストライプフイルタを１枚のイメージセンサーの
受光面に配置した単板式とがある。

前者の三板式は、３個のカラーイメージセンサーの他
に、ドライバや光学系が３個必要になるため、構造が複
雑になり、コストがかかる。したがって、コスト面や設
置スペース等の点からして、単板タイプが有利である。
この単板タイプは、１個の垂直走査シフトレジスタと、
１個の水平走査シフトレジスタにより、各光電変換部が
順次走査されるため、各色の信号がミックスした形で取
り出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した単板式カラーイメージセンサーで、カラー原画
の三色濃度を測定する場合は、各光電変換部が異なった
点を測定するため、本質的に色レジストレーションが発
生し、そのため画素の三色濃度を正しく測定することが
できない。これは、画素の色味を考慮して、カラープリ
ント時の三色露光量を制御する場合に問題となる。

一般的に、アマチュアが撮影したカラーネガには、露光
が適正なフレームの他に、露光が極端にオーバー又はア
ンダーなフレームが含まれているから、カラーネガに記
録された画像の濃度を測定するには、１００００ステッ
プ程度のダイナミックレンジが必要となる。しかし、カ
ラーイメージセンサーのダイナミックレンジは狭いた
め、１００００ステップをカバーしょうとなると、入射
光量の変化に対する信号レベルの変化を小さくしなけれ
ばならないため、高精度の測定を行なうことができなく
なる。ところで、カラーネガに記録された１フレームに
ついてだけ見れば、色によって信号レベルは違うが、各
色とも約１００ステップあれば充分である。したがっ
て、色毎に電荷蓄積時間を変えて測定すれば、ダイナミ
ックレンジが広がるから、ノイズの少ない信号を得るこ
とができる。しかし、従来のカラーイメージセンサーで
は、電荷蓄積時間を色毎に設定することができなかっ
た。

本発明は、高精度の測定を行なうために、色毎に電荷蓄
積時間を設定するとともに、色レジストレーションの発
生を少なくしたカラーイメージセンサーを提供すること
を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述した目的を達成するために、本発明のカラーイメー
ジセンサーは、各第１光電変換部例えば青色用光電変換
部と直列にそれぞれ接続された複数の青色用垂直ＭＯＳ
スイッチと、各第２光電変換部例えば緑色用光電変換部
と直列にそれぞれ接続された複数の緑色用垂直ＭＯＳス
イッチと、各第３光電変換部例えば赤色用光電変換部と
直列にそれぞれ接続された複数の第３垂直ＭＯＳスイッ
チと、Ｎ（３以上の整数）列毎に設けられており、Ｎ列
内にある複数の青色用垂直ＭＯＳスイッチと直列に接続
された青色用水平ＭＯＳスイッチと、Ｎ列毎に設けられ
ており、Ｎ列内にある複数の緑色用垂直ＭＯＳスイッチ
と直列に接続された緑色用水平ＭＯＳスイッチと、Ｎ列
毎に設けられており、Ｎ列内にある複数の赤色用垂直Ｍ
ＯＳスイッチと直列に接続された赤色用水平ＭＯＳスイ
ッチと、青色用垂直ＭＯＳスイッチをＭ行（Ｍは３以上
の整数）ずつ順番にＯＮにする青色用垂直走査シフトレ
ジスタと、緑色用垂直ＭＯＳスイッチをＭ行ずつ順番に
ＯＮにする緑色用垂直走査シフトレジスタと、赤色用垂
直ＭＯＳスイッチをＭ行ずつ順番にＯＮにする赤色用垂
直走査シフトレジスタと、同じ列にある三色の水平ＭＯ
Ｓスイッチを同時にＯＮ状態にする１個の水平走査シフ
トレジスタとから構成したものである。

色レジストレーションをなくすために、マトリックスに
配置された各光電変換部がＭ×Ｎ個（Ｍ，Ｎは３以上の
整数）ずつにグループ化され、このグループで１画素測
定部が構成される。この１画素測定部内には、各色毎に
ｎ個（Ｍ×Ｎの最小公約数であって３以上の整数）の光
電変換部を含み、このｎ個の光電変換部に蓄積された信
号電荷が加算されて読み出される。この１画素測定部で
の信号電荷の加算を行なうために、ｎ個の光電変換部に
接続された各垂直ＭＯＳスイッチは同時にＯＮされ、こ
れとともにｎ個の垂直ＭＯＳスイッチが接続された１個
の水平ＭＯＳスイッチがＯＮされ、この水平ＭＯＳスイ
ッチのドレインに接続された出力線から色信号が取り出
される。この水平ＭＯＳスイッチは、各色ともＮ列毎に
設けられており、１個の水平走査シフトレジスタで、同
じ列にある各色の水平ＭＯＳスイッチが同時にＯＮされ
る。また、各色毎に設けられた垂直走査シフトレジスタ
は、重複しない範囲で独立に作動させることにより、色
毎に電荷蓄積時間（光電変換時間）を設定する。すなわ
ち、これらの垂直走査シフトレジスタは、色毎に異なっ
たタイミングで垂直ＭＯＳスイッチをＯＮにし、色毎に
信号電荷の読出しを行なう。

前記色光としては、青色，緑色，赤色の組合せと、シア
ン，マゼンダ，イエローとの組合せ等があり、本発明は
このいずれの組合せに対しても利用することができるも
のであり、更にこれらに特別な色例えば肌色等を加えて
もよい。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。

〔実施例〕

カラーイメージセンサーの光電変換部の配列の一例を示
す第２図において、カラーイメージセンサー２は、赤色
光を光電変換し、得られた信号電荷を蓄積する赤色用光
電変換部３，緑色光を光電変換して得られた信号電荷を
蓄積する緑色用光電変換部４，青色光を光電変換して得
られた信号電荷を蓄積する青色用光電変換部５が交互に
規則正しく配列されている。前記赤色用光電変換部３，
緑色用光電変換部４，青色用光電変換部５は、この分野
で広く知られているように、等価的に表したフォトダイ
オードと、特定の色光を選択透過させるための色フイル
タとで構成されている。この実施例では、色フイルタと
して、赤色フイルタ，緑色フイルタ，青色フイルタとが
用いられる。赤色用光電変換部３は、赤色フイルタとフ
ォトダイオードとで構成され、緑色用光電変換部４は緑
色フイルタとフォトダイオードとで構成される。また、
青色用光電変換部５は青色フイルタとフォトダイオード
とで構成される。

１画素測定部を各色毎に１個の光電変換部で構成した場
合には、各色の光電変換部はカラー原画上の異なった点
を測定するため、色レジストレーションの影響が大きく
なる。この色レジストレーションを無くすために、光電
変換部をＭ行Ｎ列（Ｍ，Ｎは３以上の整数）にグループ
化し、Ｍ×Ｎ個の光電変換部で１画素測定部を構成し、
この１画素測定部内では同じ色の光電変換部の信号電荷
を加算して読み出せば、カラープリンタの露光制御には
実質的に支障がない三色分解測光を行なうことが可能と
なる。この実施例では、３行３列毎にグループ化し、３
個の赤色用光電変換部３と、３個の緑色用光電変換部４
と、３個の青色用光電変換部５で１画素測定部２ａが構
成されている。図面では、１個の光電変換部３〜５が点
線で囲んであり、そして１画素測定部２ａが実線で囲ん
である。

第１図は本発明のカラーイメージセンサーの回路を示す
ものである。実際のカラーイメージセンサーでは、半導
体チップに各電子エレメントが集積化されているもので
あるが、図面では等価的に表してある。前述した色フイ
ルタを透過した光を光電変換するためのフォトダイオー
ド１１〜１５，２１〜２５，３１〜３５，４１〜４４が
マトリックスに配置されており、この光電変換で得られ
た信号電荷をフローティングキャパシタに蓄積する。こ
こでフォトダイオード１１，１４，２３，３２，３５，
４１，４４は赤色用であり、フォトダイオード１２，１
５，２１，２４，３３，４２は緑色用であり、そしてフ
ォトダイオード１３，２２，２５，３１，３４，４３は
青色用である。これらのフォトダイオードに蓄積された
信号電荷をそれぞれ読み出すために、垂直ＭＯＳスイッ
チ５１〜５５，６１〜６５，７１〜７５，８１〜８４が
各フォトダイオードにそれぞれ直列に接続されている。

電荷蓄積時間を色毎に設定するために、青色用垂直走査
シフトレジスタ９１ａ，緑色用垂直走査シフトレジスタ
９１ｂ，赤色用垂直走査シフトレジスタ９１ｃが設けら
れている。また、色信号の読出しが色毎に重複しないよ
うに電荷蓄積時間を設定すれば、１個の水平走査シフト
レジスタ９２を共通して使用することができ、これは構
造を簡単にする上で有利である。前記各シフトレジスタ
９１ａ〜９１ｃ，９２は、コントローラ９３で制御され
る。なお、符合９４は、コントローラ９３にパルスを供
給するためのパルス発生器である。

第１行目の垂直ＭＯＳスイッチ５１〜５５を色毎にＯＮ
させるために、青色用水平線１０１ａ，緑色用１０１
ｂ，赤色用１０１ｃが設けられている。この青色用水平
線１０１ａには、青色用垂直ＭＯＳスイッチ５３のゲー
トが接続されており、緑色用水平線１０１ｂには、緑色
用垂直ＭＯＳスイッチ５２，５５のゲートがそれぞれ接
続されている。また、赤色用水平線１０１ｃには、赤色
用垂直ＭＯＳスイッチ５１，５４のゲートが接続されて
いる。

また、第２行目の垂直ＭＯＳスイッチ６１〜６５を色毎
にＯＮさせるために、３本の水平線１０２ａ〜１０２ｃ
が配線されている。第３行目以降もこれと同様であるた
め、符合のみを付してその説明を省略する。

色信号を色毎に分離した形態で取り出すために、フォト
ダイオードマトリックスの各列に対して３本の垂直線が
設けられている。すなわち、第１列目には、青色用垂直
線１１１ａ，緑色用垂直線１１１ｂ，赤色用垂直線１１
１ｃが配線されている。この青色用垂直線１１１ａに
は、青色用垂直ＭＯＳスイッチ７１のドレインが接続さ
れ、また緑色用垂直線１１１ｂには、緑色用垂直ＭＯＳ
スイッチ６１のドレインが接続されている。赤色用垂直
線１１１ｃには、赤色用垂直ＭＯＳスイッチ５１，８１
のドレインが接続されている。なお、第２列以降の垂直
線については、符合のみを付してその説明を省略する。

１画素測定部２ａは、３行３列で構成されているため
に、第１行から第３行にある３本の青色用水平線１０１
ａ，１０２ａ，１０３ａが結線されて、青色用垂直走査
シフトレジスタ９１ａの第１段目の出力端子Ｄ１に接続
されている。なお、図示してないが、第４行目以降も、
上から３本ずつ結線されて、青色用垂直走査シフトレジ
スタ９１ａの対応する出力端子に接続されている。同様
に、緑色用水平線１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂが結線
されて、緑色用垂直走査シフトレジスタ９１ｂの第１段
目の出力端子Ｄ１に接続されている。また、赤色用水平
線１０１ｃ，１０２ｃ，１０３ｃが結線されて、赤色用
垂直走査シフトレジスタ９１ｃの第１段目の出力端子Ｄ
１に接続されている。

１画素測定部２ａは、３列から構成されているため、青
色用垂直線１１１ａ，１１２ａ，１１３ａは結線され、
これに青色用水平ＭＯＳスイッチ１２１ａが直列に接続
されている。同様に、緑色用垂直線１１１ｂ，１１２
ｂ，１１３ｂは結線され、これに緑色用水平ＭＯＳスイ
ッチ１２１ｂが直列に接続されている。赤色用垂直線１
１１ｃ，１１２ｃ，１１３ｃは結線され、これに赤色用
水平ＭＯＳスイッチ１２１ｃが直列に接続されている。
これらの水平ＭＯＳスイッチ１２１ａ〜１２１ｃのゲー
トは、水平走査シフトレジスタ９２の第１番目の出力端
子Ｆ１に接続されている。

同様に、第２列目の１画素測定部についても、同じ１画
素測定部内で色毎に信号電荷を加算して取り出すため
に、青色用水平ＭＯＳスイッチ１２２ａ，緑色用水平Ｍ
ＯＳスイッチ１２２ｂ，赤色用水平ＭＯＳスイッチ１２
２ｃが設けられている。これらの水平ＭＯＳスイッチ１
２２ａ〜１２２ｃのゲートは、水平走査シフトレジスタ
９２の第２番目の出力端子Ｆ２に接続されている。

前記青色用水平ＭＯＳスイッチ１２１ａ，１２２ａのド
レインは、青色用出力線１２５ａにそれぞれ接続されて
いる。同様に、緑色用水平ＭＯＳスイッチ１２１ｂ，１
２２ｂのドレインは、緑色用出力線１２５ｂにそれぞれ
接続されている。赤色用水平ＭＯＳスイッチ１２１ｃ，
１２２ｃのドレインは、赤色用出力線１２５ｃにそれぞ
れ接続されている。

次に、第３図を参照して上記実施例の作用について説明
する。まず、コントローラ９３に、赤色電荷蓄積時間、
緑色電荷蓄積時間、青色電荷蓄積時間をそれぞれ指定す
る。これらの電荷蓄積時間は、プレスキャン等によって
各色光を測定し、その最大値が光電変換部の出力値の飽
和値に近くなるように、電荷蓄積時間（光電変換時間）
を決定するものである。コントローラ９３に、本スキャ
ンのための読取りスタート信号が入力されると、色毎に
設けた垂直走査シフトレジスタ９１ａ〜９１ｃが同時に
作動され、これとともに１個の水平走査シフトレジスタ
９２が作動するから、蓄積されていた各色の信号電荷が
同時に読み出され、時間ｔ０でリセットされる。この信
号は、不要なものであるから、コンピュータに取り込む
ことなく、そのままドレインさせる。

時間ｔ０後から、各フォトダイオードは、入射光を光電
変換して、発生した信号電荷を蓄積する。そてし時間ｔ
１に達すると、赤色の電荷蓄積が終了するから、コント
ローラ９３は、赤色用垂直走査シフトレジスタ９１ｃ
と、水平走査シフトレジスタ９２にクロックパルスを送
り、赤色信号の読出しを開始する。この赤色用垂直走査
シフトレジスタ９１ｃは、水平走査シフトレジスタ９２
が１回走査を完了する毎に、垂直走査バルスを１段ずつ
シフトする。

前記赤色用垂直走査シフトレジスタ９１ｃは、まず第１
段目の出力端子Ｄ１を「Ｈ」にする。これとともに、水
平走査シフトレジスタ９２の第１番目の出力端子Ｆ１が
「Ｈ」となるから、赤色用水平線１０１ａ，１０２ａ，
１０３ａに接続された赤色用垂直ＭＯＳスイッチ５１，
６３，７２，及び水平ＭＯＳスイッチ１２１ｃがＯＮす
る。これにより、第１行第１列の１画素測定部に属して
いる赤色用フォトダイオード１１，２３，３２に蓄積さ
れている信号電荷が水平ＭＯＳスイッチ１２１ｃのドレ
インに流れるため、各信号電荷が加算されて赤色用出力
線１２５ｃから取り出される。

前記赤色用出力線１２５ｃから取り出された赤色信号
は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）ら送られてデジタル信号
に変換される。このデジタル信号は、対数変換テーブル
（図示せず）に送られ、ここで対数変換される。この対
数変換時に、電荷蓄積時間に応じたページが選択され、
電荷蓄積時間を考慮して正しい濃度値に変換され、得ら
れた濃度値がコンピュータに取り込まれる。

第１行第１列目の１画素測定部から赤色信号が読み出さ
れると、次に水平走査シフトレジスタ９２は第２番目の
出力端子Ｆ２を「Ｈ」にするため、第１行第２列目の１
画素測定部から赤色信号が読み出される。以下、同様に
して第１行目に属しているの１画素測定部から赤色信号
が順次読み出される。

第１〜第３行目の赤色用フォトダイオードの読出しが終
了すると、赤色用垂直走査シフトレジスタ９１ｃは、第
２番目の出力端子Ｄ２から垂直走査パルスを出力する。
この状態で、水平走査シフトレジスタ９２が前述したよ
うに１回走査して、第４〜第６行目にある各フォトダイ
オードに蓄積されている信号電荷を画素内に加算した状
態で読み出す。以下、同様にして第３行以降の１画素測
定部から赤色信号を順番に読み出す。この赤色信号の読
出しは、時間ｔ１〜ｔ２の間に行われる。

時間ｔ３に達すると、緑色の電荷蓄積が終了するから、
コントローラ９３は緑色用垂直走査シフトレジスタ９１
ｂ及び水平走査シフトレジスタ９２にクロックパルスを
送り、緑色用フォトダイオードに蓄積されていた信号電
荷を１画素測定部内で加算した状態で読み出す。この緑
色信号は、緑色用出力線１２５ｂを通り、前述した信号
処理回路に送られる。この緑色信号の取出しは、時間ｔ
３からｔ４との間で行われる。

時間ｔ５に達すると、青色の電荷蓄積が終了するから、
青色用垂直走査シフトレジスタ９１ａ及び水平走査シフ
トレジスタ９２によって、１画素測定部毎に順次走査さ
れ、各青色用フォトダイオードに蓄積されている信号電
荷が画素内で加算された状態で青色用出力線１２５ａか
ら順次取り出される。この青色信号の読出しは、時間ｔ
５〜ｔ６の間で行われる。

前記実施例では、水平線に接続されているものを垂直走
査シフトレジスタといい、垂直線に接続されているもの
を水平走査シフトレジスタと称しているが、この垂直と
水平は両者の相対的関係を指すものである。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明では、各光電変換部
をＭ×Ｎ個ずつにグループ化し、このグループ内では信
号電荷を加算して取り出すようにしたから、色レジスト
レーションの発生をなくすことができる。また、本発明
は、垂直ＭＯＳスイッチを色毎にＯＮにするために、各
色毎に垂直走査シフトレジスタを設けたから、色毎に電
荷蓄積時間を設定することができ、それによりダイナミ
ックレンジを広げて、高精度の測定を行なうことができ
る。更に、本発明は、１個の水平走査シフトレジスタを
設け、各色に対して共通に用いるから構造を簡単にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のカラーイメージセンサーの実施例を示
す回路図である。 第２図は本発明のカラーイメージセンサーの光電変換部
の配置例を示すものであり、１画素測定部が３×３の光
電変換部で構成されている。 第３図は第２図に示す実施例の電荷蓄積と信号読出しの
タイミングを示すチャートである。 ２……カラーイメージセンサー ２ａ……１画素測定部 ３……赤色用光電変換部 ４……緑色用光電変換部 ５……青色用光電変換部 １１〜１５，２１〜２５，３１〜３５，４１〜４４……
フォトダイオード ５１〜５５，６１〜６５，７１〜７５，８１〜８４……
垂直走査ＭＯＳスイッチ １０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ……青色用水
平線 １０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂ……緑色用水
平線 １０１ｃ，１０２ｃ，１０３ｃ，１０４ｃ……赤色用水
平線 １１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ……青色用垂
直線 １１１ｂ，１１２ｂ，１１３ｂ，１１４ｂ……緑色用垂
直線 １１１ｃ，１１２ｃ，１１３ｃ，１１４ｃ……赤色用垂
直線 １２１ａ，１２２ａ……青色用水平ＭＯＳスイッチ １２１ｂ，１２２ｂ……緑色用水平ＭＯＳスイッチ １２１ｃ，１２２ｃ……赤色用水平ＭＯＳスイッチ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の波長域の光を光電変換して得られた
   信号電荷を蓄積する第１の光電変換部と、第２の波長域
   の光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積する第２の
   光電変換部と、第３の波長域の光を光電変換して得られ
   た信号電荷を蓄積する第３の光電変換部とをマトリック
   スに配置したカラーイメージセンサーにおいて、 前記各第１光電変換部と直列にそれぞれ接続された複数
   の第１垂直ＭＯＳスイッチと、 前記各第２光電変換部と直列にそれぞれ接続された複数
   の第２垂直ＭＯＳスイッチと、 前記各第３光電変換部と直列にそれぞれ接続された複数
   の第３垂直ＭＯＳスイッチと、 Ｎ（３以上の整数）列毎に設けられており、Ｎ列内にあ
   る複数の第１垂直ＭＯＳスイッチと直列に接続された第
   １水平ＭＯＳスイッチと、 前記Ｎ列毎に設けられており、Ｎ列内にある複数の第２
   垂直ＭＯＳスイッチと直列に接続された第２水平ＭＯＳ
   スイッチと、 前記Ｎ列毎に設けられており、Ｎ列内にある複数の第３
   垂直ＭＯＳスイッチと直列に接続された第３水平ＭＯＳ
   スイッチと、 前記第１垂直ＭＯＳスイッチをＭ行（Ｍは３以上の整
   数）ずつ順番にＯＮにする第１垂直走査シフトレジスタ
   と、 前記第２垂直ＭＯＳスイッチをＭ行ずつ順番にＯＮにす
   る第２垂直走査シフトレジスタと、 前記第３垂直ＭＯＳスイッチをＭ行ずつ順番にＯＮにす
   る第３垂直走査シフトレジスタと、 同じ列にある第１ないし第３水平ＭＯＳスイッチを同時
   にＯＮ状態にする１個の水平走査シフトレジスタとから
   なることを特徴とするカラーイメージセンサー。
2. 【請求項２】前記第１波長域の光は青色光であり、第２
   波長域の光は緑色光であり、第３波長域の光は赤色光で
   ある特許請求の範囲第１項記載のカラーイメージセンサ
   ー。
3. 【請求項３】前記各光電変換部は、特定波長域の光を選
   択的に透過するフイルタと、このフイルタを透過した色
   光を光電変換して得られた信号電荷を蓄積するフォトダ
   イオードとからなることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載のカラーイメージセンサー。
4. 【請求項４】前記整数Ｍ，Ｎはそれぞれ３であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載のカラーイメージ
   センサー。