JPH0937040A

JPH0937040A - 画像走査装置

Info

Publication number: JPH0937040A
Application number: JP7187193A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 謙二鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-07
Also published as: US5750985A

Abstract

(57)【要約】【課題】画像走査装置の高精細性と高速走査性を両立
させ、かつ装置のコンパクト性やローコスト性を維持追
求しながら実現していくこと。【解決手段】被写体の撮像光の少なくとも一部を結像
する結像光学系と、前記結像光学系により結像された光
像を光電変換するイメージセンサと、前記光像と前記イ
メージセンサとを相対的に移動させる移動手段とを備え
た画像走査装置において、前記イメージセンサは、隣接
して配置された複数の光電変換手段と、前記複数の光電
変換手段で発生した電荷を転送する電荷転送手段と、前
記電荷転送手段により転送された電荷を加算する電荷加
算手段とから成り、前記電荷転送手段が前記移動手段に
よる光像移動に略同期して電荷を転送し、前記電荷加算
手段が前記電荷転送手段の転送動作に従って異なる前記
複数の光電変換手段からの電荷を加算するように制御す
る制御手段を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙、フィルム等の
媒体上に表現された被写体の画像を光電的に走査し、電
気的情報に変換する画像読取装置としての画像スキャナ
ーである画像走査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像を光電変換し走査して電
気的情報に変換するための画像スキャナーは多くの方法
が提案され、また実用化されている。これらの内、レー
ザービームのように細く絞った光束で、原稿を照明走査
し、反射光量または透過光量を測定する類のものを除外
し、イメージセンサを用いるものについてその方法と問
題点をここでは要約する。

【０００３】従来技術の一例を図２２に示す。同図
（ａ）は画像走査装置全体の斜視図、同図（ｂ）はイメ
ージセンサ部を示す図である。図において、被写体の原
稿２２１は、その長辺方向２２７ｂに平行な細長い小領
域２２１Ｒの部分のみが管状の光源２２２により照明さ
れている。光源２２２は、白色の蛍光灯やキセノンラン
プ等が通例用いられる。光源２２２は照明光の利用効率
を改善したり、不要光の機器内部への散乱を防止するた
め、反射鏡２２３等が背面に置かれることが多い。照明
された小領域２２１Ｒの反射光は、結像レンズ２２４に
よりイメージセンサ２２５の光電変換面上に縮小結像さ
れる。一般にイメージセンサ２２５はその生産コストを
減少させるため、生産プロセスにて可能なかぎり微細化
され、チップサイズを小さくして設計されており、原稿
サイズよりずっと小さいことが多いので、この結像は縮
小となるのである。

【０００４】イメージセンサ２２５は３本のラインイメ
ージセンサよりなり、各ラインはＲ，Ｇ，Ｂ各色のカラ
ーフィルタが光電変換素子の感光部上に積層されてい
る。このようにして、分光感度特性の異なる（通常はＲ
ＧＢ構成）３本のラインセンサー２２５ａ，２２５ｂ，
２２５ｃが間隔Ａにて隣接して配置され、イメージセン
サ２２５の１セットを構成する。原稿２２１は矢印２２
７ａの方向へ順次メカニカルに送られるものであるが、
原稿のある現在位置で矢印２２７ａと直交する矢印２２
７ｂの方向について、イメージセンサ２２５により電気
的に主走査方向に走査され、その動作の完了に伴って、
矢印２２７ａの副走査方向へ１ピッチ分だけ送られ、以
下この動作を原稿の終了まで繰り返す。

【０００５】３本のラインセンサー２２５ａ，ｂ，ｃ
は、隣接ライン間距離Ａだけ原稿の異なる位置を検出す
るが、これは方向２２７ａへの原稿のメカニカルな送り
により、異なる時点で同一の位置のサンプリングができ
るので、後続するデータ処理回路２２６でこの点を考慮
するようになっていれば特に問題ではない。

【０００６】処理回路２２６は、増幅器、ＡＤ変換器、
メモリー、タイミング発生回路等を含む。この種のスキ
ャナは図２２に示した反射原稿用以外にも、現像済写真
フィルム等の透過原稿を走査するものがある。透過原稿
の場合には光源とセンサーとが原稿に対し反対側に配置
されることになるが、他の点では大きな差異はない。

【０００７】これとは異なるカラースキャナの構成とし
ては、光源がＲＧＢの３色を持ち、これらを順次各色毎
に発光させて、モノクロのラインイメージセンサで光電
変換するというものもある。この場合には、センサーの
構造は１ラインでよいので単純化されるが、３色各々で
異なる蓄積期間を順次に要するので画面全体の走査に要
する時間も３倍される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この種の画像スキャナ
ー装置の基本的問題は、１画面を走査終了するまでに時
間がかかることである。一般に高精細画像の走査では、
２２７ａ，２２７ｂ各々の方向に数千の分解能を必要と
する。電気的に走査される２２７ｂの方向はラインセン
サー上の各画素は同時に光電蓄積されるので、出力時の
電気的動作を高速化することで動作時間の短縮に対処で
きる。しかしメカニカルに送りを行う２２７ａの方向に
は、１ピッチ進むごとにイメージセンサは直前の位置で
の光電荷を出力し、新たに光電荷の蓄積動作を行わなく
てはならない。光電荷蓄積に要する時間は原稿の濃度、
光源や結像光学系の明るさ、センサーの感度等光学的パ
ラメータなどで決まる物理量で回路の高速化だけでは対
処できない。また、ネガフィルム等の透過原稿の場合に
は、原稿の平均濃度が反射原稿に比べ濃いものが多く、
走査に要する時間はますます延長される傾向にある。

【０００９】イメージセンサの蓄積にかかる時間を短縮
するひとつの方法は、光源の光強度を増大させることで
ある。光源が明るければ、その強度に反比例して蓄積時
間は短縮される。しかし、光源のパワーアップは同時に
装置の大型化や発熱量の増大、さらにコストアップにつ
ながるので、スキャナーの用途によっては望ましい解決
方法にならないことが多い。もうひとつの方法は、図２
２でも原稿の短辺を副走査方向としているように、原稿
の長辺方向を主走査方向とすることである。このように
するとイメージセンサの必要画素数は若干増加するが、
副走査の回数を減らすことができ、メカニカル的な動作
を減縮できる。実用化されている一般のスキャナーの多
くは、実際このような構成で設計されているが、走査時
間の大幅な縮小には十分ではない。

【００１０】また、原稿面全体の光像をカバーするエリ
アイメージセンサを用いれば、全画面を同時に光電変換
できるが、高精細な画像走査には数千万画素以上の分解
能が必要となるので、これをＣＣＤ撮像素子で実現する
ことは極めてコスト高となり実用性に欠ける。

【００１１】このように、画像走査の高精細性とそれに
要する走査時間とは全く相容れない従来技術の基本的矛
盾である。本発明はこの従来技術の基本的問題点の解決
を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決すべく成されたもので、被写体の撮像光の少なくと
も一部を結像する結像光学系と、上記結像光学系により
結像された光像を光電変換するイメージセンサと、上記
光像と上記イメージセンサとを相対的に移動させる移動
手段とを備えた画像走査装置において、上記イメージセ
ンサは、隣接して配置された複数の光電変換手段と、上
記複数の光電変換手段で発生した電荷を転送する電荷転
送手段と、上記電荷転送手段により転送された電荷を加
算する電荷加算手段とから成り、上記電荷転送手段が上
記移動手段による光像移動に略同期して電荷を転送し、
上記電荷加算手段が上記電荷転送手段の転送動作に従っ
て異なる上記複数の光電変換手段からの電荷を加算する
ように制御する制御手段を有することを特徴とする。本
発明により、移動手段や転送手段等の一連の同期的動作
で画像情報を出力し、被写体画像の高精細走査を極めて
高速に実現でき、高レベルの画像信号を得ることがで
き、かつコンパクト、ローコストな装置が構成できる。

【００１３】また、上記画像走査装置において、上記イ
メージセンサを構成する複数の光電変換手段は、感光面
上に少なくとも第１のカラーフィルタを有する第１の光
電変換手段と、上記第１のカラーフィルタとは異なる色
の第２のカラーフィルタを有する第２の光電変換手段と
からなることを特徴とする。また、上記第１の光電変換
手段と上記第２の光電変換手段を各々複数有し、上記電
荷加算手段は上記複数の第１の光電変換手段で生じた電
荷を加算し、さらに上記複数の第２の光電変換手段で生
じた電荷を加算することを特徴とする。さらに、上記電
荷転送手段の電荷転送の方向と直行する方向に、上記イ
メージセンサが遮光された転送セルの列を有することを
特徴とする。また、上記イメージセンサに蓄積された信
号電荷が上記遮光された転送セルの列にあるときに、上
記被写体の移動が行われることを特徴とする。また、上
記電荷の加算と上記光電変換動作とが上記イメージセン
サの同一の領域において行われることを特徴とする。

【００１４】また、上記画像走査装置において、上記移
動手段による光像とイメージセンサとの相対的な移動を
検出する検出手段を有し、上記検出手段の出力に基づい
て、上記制御手段は、上記光像移動と上記電荷転送の相
対制御を行うことを特徴とする。さらに、上記イメージ
センサのセンサ面に複数の画素に対し同一の屈折要素と
して機能する結像手段を配置したことを特徴とする。ま
た、上記電荷転送手段は信号電荷の光電変換が実質的に
行われない短時間内に複数回の電荷転送を行うことを特
徴とする。

【００１５】さらに、本発明は、被写体の撮像光の少な
くとも一部を結像する結像光学系と、上記結像光学系に
より結像された光像を光電変換するイメージセンサと、
上記光像と上記イメージセンサとを相対的に移動させる
移動手段とを備えた画像走査装置において、上記イメー
ジセンサは、異なる色のカラーフィルタを有する複数の
光電変換手段と上記光電変換手段と交互に配置され遮光
された上記光電変換手段と同数の転送セルとを一組とし
て構成した複数の光電変換部と、上記光電変換手段で発
生した電荷を転送する電荷転送手段と、上記電荷転送手
段により転送された電荷を加算する電荷加算手段とから
成り、上記電荷転送手段が上記移動手段による光像移動
に略同期して電荷を転送し、上記電荷加算手段が上記電
荷転送手段の転送動作に従って異なる上記複数の光電変
換手段からの電荷を加算するように制御する制御手段を
有することを特徴とする。本発明により、移動手段や転
送手段等の一連の同期的動作とともに、被写体のカラー
画像を読み取ってカラー画像情報信号を出力すること
で、モノクロ画像よりも更に被写体画像の高精細走査を
行い、極めて高速に実現でき、高レベルの画像信号を得
ることができ、かつコンパクト、ローコストな装置が構
成できる。

【００１６】また、本発明は、被写体の撮像光の少なく
とも一部を結像する結像光学系と、上記結像光学系によ
り結像された光像を光電変換するイメージセンサと、上
記光像と上記イメージセンサとを相対的に移動させる移
動手段とを備えた画像走査装置において、上記イメージ
センサは、上記光像を電気信号に変換する光電変換手段
と、上記光電変換手段と交互に配置され遮光された転送
セルと、上記光電変換手段で発生した電荷を転送する電
荷転送手段と、上記電荷転送手段により転送された電荷
を加算する電荷加算手段とから成り、上記電荷転送手段
が上記移動手段による光像移動に略同期して電荷を転送
し、上記電荷加算手段が上記電荷転送手段の転送動作に
従って異なる複数の上記光電変換手段からの電荷を加算
するように制御する制御手段と、上記移動手段による光
像とイメージセンサとの相対的な移動を検出する検出手
段とを有し、上記検出手段の出力に基づき上記制御手段
は光像移動と電荷転送の相対制御を行うことを特徴とす
る。かかる構成で、移動手段と電荷転送手段との関連づ
けを精密に行い、より緻密な画像情報信号を得ようとす
るものである。

【００１７】加えて、本発明は、被写体を照明する光源
と、上記光源により照明された上記被写体の撮像光の少
なくとも一部を結像する結像光学系と、上記結像光学系
により結像された光像を光電変換するイメージセンサ
と、上記光像と上記イメージセンサとを相対的に移動さ
せる移動手段とを備えた画像走査装置において、上記光
源はＮ色の異なる色を順次発光し、上記イメージセンサ
は、１列の光電変換手段と上記光電変換手段と隣接して
配置されたＮ−１列の遮光された転送セルとを一組とし
て構成した複数の光電変換部と上記光電変換手段で発生
した電荷を転送する電荷転送手段と上記電荷転送手段に
より転送された電荷を加算する電荷加算手段とから成
り、上記電荷転送手段が上記移動手段による光像移動に
略同期して電荷を転送し、上記電荷加算手段が上記電荷
転送手段の転送動作に従って異なる上記複数の光電変換
手段からの電荷を加算するように制御する制御手段とを
有することを特徴とする。かかる構成により、例えばフ
ィルターを交換して光源を時系列的にＮ色発光体とし、
被写体の原稿をＮ色で読みとり、移動手段と電荷転送手
段等の同期の下で、より精密なカラー画像情報を得るこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各種の実施例とと
もに実施の形態について、その作用とともに図面を参照
しつつ、詳細に説明する。

【００１９】（１）第１の実施例（基本的な構成例）本発明による画像走査装置の基本的な構成例として、フ
ィルムスキャナに適用した構成図を図１に示す。図にお
いて、このフィルムスキャナは、露光され、現像された
フィルム原稿１１を画像走査するものである。フィルム
原稿の露光１駒分の大きさは符号１８に示す長方形の枠
内である。透過原稿１１は照明用光源１２により照明さ
れ、原稿１１の反対側に配置された結像レンズ１３でイ
メージセンサ１４上に結像される。光源１２はたとえば
白色の蛍光灯が用いられるが、一方外部からの光を導入
するようにしてもよい。原稿１１はゴム等の材質で作ら
れたローラー１５ａ，１５ｂにより挟持され、ローラー
１５ａはステッピングモーター１６により駆動される。
その結果フィルム原稿１１は矢印１７ａの方向に制御さ
れつつ送られる。

【００２０】イメージセンサ１４は図２（ａ）に示すよ
うな構成を持つものである。また、図３（ａ）に同イメ
ージセンサの駆動パルスのタイミングチャートを示す。
なお、同図中に示した各タイミングの時間長は理解をた
すける参考のための値であって本発明を限定するもので
はない。本実施例のイメージセンサ１４はフレームトラ
ンスファー型（ＦＴ型）と呼ばれる構造のＣＣＤデバイ
スである。図１で原稿の方向を示す矢印１７ａ，１７ｂ
を図２（ａ）中にも記入してある。電気的な走査を行う
主走査方向１７ｂは図２（ａ）では横方向である。主走
査方向と直交する１７ａの方向へは、光電荷の転送が行
われる。よく知られるように、ＦＴ型ＣＣＤデバイス１
４では、光電変換部を電荷転送モードでも兼用する構成
としてセンサーの有効開口率を改善している。すなわ
ち、電荷蓄積モードでは各画素に入射した光量に応じた
信号電荷を発生し、その発生電荷を各画素の表面近傍の
空乏層に蓄積する動作を行い、電荷転送モードでは表面
付近のポテンシャルを外部からのクロックに対応して変
化させることにより、上記の電荷を所定の隣接画素に一
斉に移動させることができる。ＦＴ型ＣＣＤイメージセ
ンサ１４の詳細な動作は公知の技術であり、本発明の開
示に直接必要ではないので詳細は省略する。ＣＣＤ１４
は典型的には１７ｂの方向に２０００〜３０００画素、
１７ａの方向には数１０〜数１００列の光電変換画素を
配列している。主走査方向である１７ｂ方向への画素数
は原稿読取りの精細度を決定する要因なので、走査装置
に必要とされる精細度に応じて設計される。たとえば、
ＮＴＳＣ程度の画像精細度であれば５００画素もあれば
よい。最終的に紙等のメディアに大きな画面サイズで出
力され芸術的鑑賞に供する目的であれば、高精細性が求
められ５０００〜１００００画素を要することもある。
ＦＴ型ＣＣＤデバイス１４は１７ｂ方向にＲＧＢ３原色
のストライプ状のカラーフィルタを光電変換部上に形成
されたカラーセンサーである。隣接する３列の光電領域
に各々ＲＧＢの純色フィルターを配し、それに隣接する
３列にはブラックの光不透過性のフィルターを配し、こ
れら計６列で基本的な単位構造とする。ＣＣＤ１４はこ
の単位構造が繰り返し配列されてなる。なお、光不透過
性のフィルターに代え、アルミ等の薄膜で覆ってもよ
い。図１では省略されているが、結像系に光学的ローパ
スフィルターが挿入されることが画質上望ましい。な
お、カラーセンサー１４上に形成されるべきカラーフィ
ルタは必ずしもＲＧＢ純色である必要はなく、ＣＭＹに
よる補色系のフィルターでもよい。色空間上で十分な表
現範囲を持つ独立色の組であれば、変換演算することで
どのような色座標系にも換算できるので特にどのカラー
フィルタを用いるかは本発明の主旨とは関係がない。

【００２１】以下、図２と図３を用いて、本実施例の動
作を説明する。走査動作の開始にあたり、まずＣＣＤデ
バイス１４に残留している不要電荷を捨てるため、クリ
アパルス３６によりクリア動作を行う。ＣＣＤデバイス
１４の構造により、各画素の残留電荷を直近のドレイン
から捨てる方法とか、または高速で全画素を読出すこと
により電荷を掃き捨てる方法とかがあり、実際のＣＣＤ
デバイス１４の動作としては、１個のパルスとしては表
現できない複雑な動作となることが多いが、公知の技術
であるため詳細は省略する。以下、イメージセンサ１４
上に結像された画像の光電荷蓄積と原稿移動とが繰り返
されるが、そのＮ回目の動作について説明する。時刻Ｔ
１_Nにおいて、すぐ直前の原稿位置での光電荷蓄積を終
了し、電荷転送と原稿移動を開始する。

【００２２】時刻Ｔ１_Nの直前の時点では方向１７ｂに
沿った原稿のあるストライプ状の領域がＣＣＤセンサー
１４のＲ_N-1，Ｇ_N-1，Ｂ_N-1上に結像され、その画像
パターンがこれら３列のセンサーで光電変換されてい
る。時刻Ｔ１_Nに、原稿移動パルスがステッピングモー
ター１６に通電され、ローラ１５ａに伝達された動力で
フィルム原稿１１を１ステップ移動される。原稿１１の
１ステップ移動に要する時間は用いるモーター１６や駆
動メカニズム１５によるが、時刻Ｔ１_N〜Ｔ２_Nの期間
で１ミリセカンドの程度である。一方、原稿移動の開始
の直前までに、光電変換された電荷を光不透過な領域に
退避させるため、３個の電荷転送パルスの組３４により
電荷を転送する。この結果として、列Ｒ_N-1にあった信
号電荷は列ＭＲ_N-1（マスクされた赤列）に、列Ｇ_N-1
にあった信号電荷は列ＭＧ_N-1に、列Ｂ_N-1にあった信
号電荷は列ＭＧ_N-1に転送され、原稿移動の期間中異な
る原稿位置からの画像が入らないようにマスクされる。
従って、原稿移動中は画像の光電変換は実質上行われな
い。

【００２３】なお、厳密には原稿移動の開始に先立って
電荷移動がされるべきであるが、３列分の電荷移動に要
する時間は１マイクロセカンド程度にすることは容易
で、原稿移動に比べ全く無視できるほど短いから、同時
に開始しても差し支えない。原稿移動の終了時点Ｔ２_N
において、再度３列分の電荷転送パルス３５を用い、列
Ｒ_N，Ｇ_N，Ｂ_Nに信号電荷を転送する。転送終了時点
から次の有効な光電変換期間３１となる。この光電変換
動作は次の原稿移動ステップに同期して行われる次の光
マスク領域への電荷転送時点Ｔ１_N+1まで継続され、そ
の継続時間は０．０１〜１００ミリセカンドである。こ
の光電変換（電荷蓄積）の所要時間は、原稿の濃度、光
源の強度、結像系のＦ値等のパラメータで著しく異な
る。

【００２４】列Ｒ_N，Ｇ_N，Ｂ_N上に結像されている画
像は、前回の光電変換期間に列Ｒ_N- ₁，Ｇ_N-1，Ｂ_N-1
上に結像されていた画像と同一部分となるように、１ス
テップの原稿移動量は設定されている。すなわち、原稿
１１と信号電荷は同期して移動するので、信号電荷はＣ
ＣＤデバイス１４の最初の列で発生し最後の列から出力
されるまで、原稿の同一点を見続けながら移動し、異な
るＣＣＤデバイス１４上の位置で原稿上の同一点の光電
変換を続けることになる。電荷転送の開始点であるＣＣ
Ｄデバイス１４の最初の列では過去に蓄積された信号電
荷はクリアパルスによってクリアされてゼロであり、異
なる光電変換期間の間で電荷はクリアされないので、次
々と電荷は加算され増大し、最終出力は原稿像の光量に
比例した量となる。このプロセスは回路的な増幅と異な
り、回路雑音の発生を伴わないので著しくＳＮ比が改善
される。

【００２５】ＣＣＤセンサ１４の計６列からなる基本単
位１個について１回のカラーの光電変換動作が可能なの
で、たとえば６０列のイメージセンサであれば１０回の
光電変換が行われ、１０列に一度に照射された光電変換
部すべての信号電荷が加算される。つまり従来のライン
センサー構造の画像走査装置に比較し、光源強度を１０
倍にしたり、光電変換期間を１０倍にしたのと同じ効果
がある。

【００２６】本実施例では３列で１セットのセンサー列
Ｒ_N，Ｇ_N，Ｂ_Nの各々はセンサー列のピッチに相当す
る距離だけ、わずかではあるが異なる位置を見ているこ
とになる。通常のスキャナーの構成としてはこれで十分
であるが、厳密に色ズレをなくすには、３色の各センサ
ーが見る画像の位置を等しくする必要がある。図２
（ｂ）はこれのための方法論を示すもので、センサーの
構造を１７ｃの方向にスライスした断面を図示してい
る。この構成ではセンサーの感光面直前に微小なシリン
ドリカルレンズ２１が配置されており、シリンドリカル
レンズ２１のパワーにより１７ｃの方向には、センサー
面は結像レンズ１３の瞳と略共役関係にある。一方、紙
面に垂直な主走査方向１７ｂにはシリンドリカルレンズ
２１の作用は及ばないから、センサー面は結像レンズ１
３により原稿１１の面と共役である。このようにする
と、センサー列Ｒ，Ｇ，Ｂの各々が見る原稿位置は共通
のものとなる。

【００２７】また、シリンドリカルレンズ２１の各微小
レンズの境界をマスク部ＭＲ_N，ＭＧ_N，ＭＢ_Nの中央
に合わせ、結像レンズ１３の瞳径がシリンドリカルレン
ズ２１でセンサー面に結像された結果Ｒ，Ｇ，Ｂの３列
分の幅２２と等しくなるよう考慮することにより、シリ
ンドリカルレンズ２１がなければ隣接するマスク部に入
射し、無効であった光束をも感光部に導くことができ、
光のロスを軽減できる。シリンドリカルレンズ２１は主
走査方向１７ｂにもパワーのあるレンズレット構成であ
ってもよい。この場合、レンズレットのピッチは１７ｂ
方向にはセンサーの画素ピッチと整合しなければならな
い。

【００２８】本実施例における信号電荷の蓄積と転送に
かかわる動作を図３（ｂ）にミクロ的に図解した。Ｒ，
Ｇ，Ｂ各電荷成分について同様のプロセスが同時的に進
行するので、ここでは赤Ｒの挙動のみを説明する。第
（Ｎ−１）回目までの赤の蓄積電荷ＱＲ_N-1は画素Ｒ
_N-1から転送パルス群３４により３画素先の退避用画素
ＭＲ_N-1へと瞬時に転送される。瞬時とは、その間の光
電変換による電荷の発生量が事実上無視できるという意
味である。画素ＭＲ_N-1は遮光されているので電荷ＱＲ
_N-1は原稿の移動にもかかわらず保存され、次の電荷転
送パルス群３５により瞬時に３画素先の画素Ｒ_Nへ転送
される。この位置では３１で示される期間光電変換が行
われ、新たな電荷ｄＱＲ_Nが発生する。この分はすでに
先行する位置で繰り返し蓄積された電荷の総量ＱＲ_N-1
に加算され、ＱＲ_Nとなる。緑色と青色の動作も全く同
じ仕組で同時的に進行する。

【００２９】ＦＴ型ＣＣＤデバイスでは電荷転送と光電
変換と電荷加算のすべての動作が１個のポテンシャル井
戸で規定される共通のセル内で行われるので開口利用率
を著しく高く構成にできる。もちろん、本発明をインタ
ーライントランスファーＣＣＤ（ＩＴ型ＣＣＤ）で実施
することも可能である。ＩＴ型ＣＣＤデバイスで本発明
の画像走査装置を構成すると、光電変換動作を行うセル
と電荷転送、電荷加算を行うセルとが異なる領域に分離
する。この構成は開口率の面では不利だが、デバイス特
性上スミアやブルーミングに対する性能を向上させやす
く、スキャナーに求められる性能によっては用い得る。
ＩＴ型ＣＣＤデバイスで本発明を実施しても、又はスミ
アを少なくして高画質にするといわれるフレーム・イン
ターライン転送（ＦＩＴ）型ＣＣＤで本発明を実施して
も良い。

【００３０】最後部の基本単位構造の後ろには、画素ご
との順次読み出しのための水平レジスターが必要であ
る。図４にＣＣＤデバイス１４の出力部を示す。垂直転
送方向１７ａの最後の３列ＲＬ，ＧＬ，ＢＬは遮光され
た状態にあり、他の遮光部と同様に原稿移動に同期して
最後のＲＧＢ感光部から電荷転送されてくる。ただし、
ＲＬ，ＧＬ，ＢＬの３列は他の列の垂直転送動作とは分
離しても転送動作をさせられるように設計されている。
また、最終列ＢＬは水平転送動作が可能である。図３
（ａ）のタイミングチャートにおいて、電荷転送パルス
群３４によりＲＬ，ＧＬ，ＢＬに各列毎に加算されてき
た信号電荷が転送されたのち時点Ｔ２Ｎまでの間に、こ
れらの信号電荷は順次に出力される。

【００３１】すなわち、列ＢＬにある１列分の電荷が水
平転送レジスタ４１の制御下で順次右方向に転送され、
電荷電圧変換要素４２により電圧変換されたのち、出力
端子４３にて外部に出力される。この電圧出力は水平転
送レジスタ４１のクロックに同期した不図示のＡＤ変換
器を介し、コンピュータ等のデジタルシステムに取り込
まれる。次にＲＬ，ＧＬ，ＢＬの他と分離された垂直転
送機能により、ＧＬの信号電荷をＢＬに、ＲＬの信号電
荷をＧＬに垂直転送し、ＢＬを再度順次に水平転送す
る。次にＧＬの信号電荷をＢＬに垂直転送し、ＢＬを再
度順次に水平転送する。以上の全動作が時刻Ｔ２Ｎの到
来以前に行われれば、電荷蓄積動作になんらの影響、遅
延も与えずに全信号電荷の逐次的読み出しが可能であ
る。

【００３２】本実施例では、垂直方向の列の数は任意の
６の倍数でよい。列の数を６で割った数が実効感度の増
加係数に対応している。たとえば、主走査方向を２００
０画素構成とし、垂直方向を２４０列とすると、本実施
例は４０倍の高感度スキャナの系を与える。かつ、その
ときのセンサーの総画素数は４８万画素であり、ＮＴＳ
Ｃフォーマットのビデオカメラ用ＣＣＤデバイスと大差
ない規模である。

【００３３】（２）第２の実施例（モノクロスキャナー
への応用例）本実施例の考えに基づき、モノクロスキャナーも容易に
構成できる。白色光源を使用する場合はカラーとモノク
ロでスキャナーの光学的、メカ的構成はあまり変わらず
図１と同様なものとなる。モノクロスキャナーを本実施
例で構成した場合のセンサー構成を図５に示す。図にお
いて、センサー５１は感光部が露出した光透過性のライ
ンＹ_N，Ｙ_N+1等と、アルミ層または他の遮光性の層で
遮光されたラインＹＭ_N，ＹＭ_N+1等とが交互に配置さ
れている。感光部露出のラインは走査原稿の光学像を受
光するため、一方遮光されたラインは原稿の移動中の露
光を避けるために設けられている。本実施例の場合は、
Ｒ，Ｇ，Ｂ等の異なる分光感度のラインセンサーで原稿
の同一位置を見るという要請は発生しないから、図２
（ｂ）のようなセンサー面直前の結像パワーは必ずしも
必要ではない。しかし、遮光部に入射する光束を感光部
に集め実効的に開口率を向上するのは、そのような結像
要素を配置することが望ましい。

【００３４】以下、図５と図６を用い、モノクロスキャ
ナーの動作を説明する。走査動作の開始にあたり、ＣＣ
Ｄに残留している不要電荷を捨てるためクリアパルス６
６によりクリア動作を行う。以下イメージセンサ上に結
像された画像の光電荷蓄積と原稿移動とが繰り返される
が、そのＮ回目の動作について説明する。時刻Ｔ１_Nに
おいて、すぐ直前の原稿位置での光電荷蓄積を終了し、
電荷移動と原稿移動を開始する。時刻Ｔ１_Nの直前の時
点では方向１７ｂに沿った原稿のあるストライプ状の領
域がＣＣＤセンサーの列Ｙ_N-1上に結像され、その画像
パターンがこの列のセンサーで光電変換されている。時
刻Ｔ１_Nに、原稿移動パルスがステッピングモーター１
６に通電され、ローラ１５ａに伝達された動力でフィル
ム原稿を１ステップ移動される。一方、原稿移動の開始
の直前までに光電変換された電荷を光不透過な領域に退
避させるため、電荷転送パルス６４により電荷を転送す
る。この結果として、列Ｙ_N-1にあった信号電荷は列Ｙ
Ｍ_Nに転送され、原稿移動の期間中異なる原稿位置から
の画像が入らないようにマスクされる。

【００３５】原稿移動の終了時点Ｔ２_Nにおいて電荷転
送パルス６５を用い、列Ｙ_Nに信号電荷を転送する。転
送終了時点から次の有効な光電変換期間６１となる。こ
の光電変換動作は次の原稿移動ステップの開始に同期し
て行われる次の光マスク領域への電荷転送時点Ｔ１_N+1
まで継続され、その継続時間は０．０１〜１００ミリセ
カンドである。カラーの実施例と同様、列Ｙ_N上に結像
されている画像は、前回の光電変換期間に列Ｙ_N-1上に
結像されていた画像と同一部分となるように、１ステッ
プの原稿移動量は設定されている。すなわち、原稿と信
号電荷は同期して移動するので、信号電荷はＣＣＤの最
初の列で発生し最後の列から出力されるまで、原稿の同
一点を見続けながら移動し、異なるＣＣＤ上の位置で原
稿上の同一点の光電変換を続けるので信号電荷は各位置
で加算され増大する。計２列からなる基本単位１個につ
いて１回の光電変換動作が可能なので、たとえば２０列
のイメージセンサであれば１０回の光電変換が行われ、
すべての信号電荷が加算される。つまり従来のモノクロ
ラインセンサー構造の画像走査装置に比較し、光源強度
を１０倍にしたり、光電変換期間を１０倍にしたのと同
じ効果がある。

【００３６】最後部で画素ごとの順次読み出しのための
水平レジスターが配置されることもカラーの例と同様で
ある。図７にＣＣＤ５１の出力部を示す。垂直転送方向
１７ａの最後の列ＹＭＬは遮光された状態にあり、他の
遮光部と同様に原稿移動に同期して最後の感光部から電
荷転送されてくる。最終列ＹＭＬは水平転送動作が可能
であり、図６のタイミングチャートにおいて、電荷転送
パルス６４によりＹＭＬに信号電荷が転送されたのち時
点Ｔ２Ｎまでの間に、ＹＭＬの信号電荷は順次に出力さ
れる。すなわち、列ＹＬにある１列分の電荷が水平転送
レジスタ７１の制御下で順次右方向に転送され、電荷電
圧変換要素７２により電圧変換されたのち、出力端子７
３にて外部に出力される。この電圧出力は水平転送レジ
スタ７１のクロックに同期した不図示のＡＤ変換機器を
介し、コンピュータ等のデジタルシステムに取り込まれ
る。以上の全動作が時刻Ｔ２Ｎの到来以前に行われれ
ば、電荷蓄積動作になんらの影響、遅延も与えずに全信
号電荷の逐次的読み出しが可能である。

【００３７】（３）第３の実施例上述の例では、原稿の移動中は信号電荷は遮光された列
に退避し、異なる原稿位置からの露光に対し保護される
ものとした。しかし、１ステップの原稿移動量はわずか
なものであるから、最隣接ステップからの画像の混入を
多少許容してもそれほど大きな走査精度の劣化には至ら
ないことが多い。原稿の移動中にも露光を許容する場合
には、信号電荷の発生と蓄積は原稿像の当該部分がセン
サーの感光部内にある間常に行われるので、最も実効感
度の高い構成となる。この考えに基づき、本発明の別の
実施例を以下に説明する。

【００３８】図８は、本実施例スキャナーの全体構成を
示す。図１のスキャナーと異なるのは、モーター８１と
その他部材により構成される原稿移動系、およびセンサ
ー８４である。本実施例の原稿移動系は原稿移動を連続
的もしくは準連続的に行うので、原稿移動速度または原
稿位置のモニターをするエンコーダを持つことが望まし
い。図１の装置では、原稿の送り制御がパルスモーター
１６に入力するパルスによっていたので、オープンルー
プ制御が可能であった。しかし図８に示す実施例では、
原稿の移動と電荷の移動を同期させるために原稿の位置
を管理、制御するためのより精密な手段が必要とされ
る。モーター８１はパルスモーターであってもよく、ま
たは他のＤＣモーターであってもよい。モーター８１は
駆動ロール１５ａ，１５ｂを介し原稿１１を等速に動か
すべく制御される。メカニカル負荷の変動状況や、スタ
ート直後の加速負荷状況等を加味して物体を可能なかぎ
り等速に駆動するには多くの公知の方法があるが、物体
の位置等をモニターし駆動源にフィードバックをかける
のが通常のやり方である。

【００３９】図８では駆動ロール１５ａの周上に、等間
隔にバー８３が設けられている。このバーをエンコーダ
の読取部材８２で光学的に読み取り、速度検出を行う。
この部分をもう少し詳しく示したものが図９である。バ
ー８３上に読取部材８２内の発光源９１より、可視また
は赤外のスポット状に投影し、その投影領域からの反射
光を受光部材９２で検出する。バーの黒色部分では反射
が少ないので、矢印９４の方向へのロール回転に伴い、
受光部材９２が受ける反射光量は変調される。この変調
信号を回路８５により解析し、等速移動となるようにモ
ーター８１の駆動にフィードバックする。図９の構成は
速度検出であるが、ロール上のパターンをグレイコード
等にし、受光部材９２に複数個のセンサーの組を用いれ
ば位置の絶対値検出も可能である。

【００４０】本実施例のセンサー８４は図１０（ａ）に
示すような構成のものである。このセンサー８４は撮像
デバイスとして通常用いられるフレームトランスファー
ＣＣＤ（ＦＴ型ＣＣＤ）そのままである。センサー駆動
のタイミングチャートを図１０（ｂ）に示す。信号電荷
は電荷転送クロック１０４，１０５等によりラインＹ
_N-1からラインＹ_Nへ、さらにラインＹ_NからＹ_N+1へ
と隣接列へ転送される。その間、制御信号１０１，１０
３が示すように電荷蓄積と原稿移動は常時継続される。
電荷転送に要する時間は短いので実質的には動作にあま
り関係しないが、通常のフレームトランスファーＣＣＤ
の構成では、厳密には電荷転送の瞬間にも光電変換は継
続されている。

【００４１】最後列ＹＭ_Lでは画素ごとの順次読み出し
のための水平レジスターが配置され、列ＹＭ_Lは遮光さ
れた状態にある。感光部最終列からＹＭ_Lに信号電荷が
転送されたのち、次の信号電荷が感光部最終列からＹＭ
_L に電荷転送されるまでの間に、ＹＭ_Lに転送された前
回の信号電荷は順次に出力される。すなわち、列ＹＭ _L
にある１列分の電荷が水平転送レジスタ７１の制御下で
順次右方向に転送され、電荷電圧変換要素７２により電
圧変換されたのち、出力端子７３にて外部に出力され
る。この電圧出力は水平転送レジスタ７１のクロックに
同期した不図示のＡＤ変換器を介し、コンピュータ等の
デジタルシステムに取り込まれる。

【００４２】本実施例によれば、センサーの構成は簡略
化され、かつシステムの実効感度は増加する。その代償
として隣接列の画素からの若干の画像の混入を許容しな
ければならないが、そもそもレンズ１３の結像の収差が
これより程度が悪いことも多い。また、連続的に原稿を
移動しながら固定されたラインセンサーで原稿像を走査
することは現によく行われる手法であり、本実施例の解
像精度上の問題はこれらの従来手法の問題をこえるもの
ではない。なお、本実施例でセンサー８１の隣接列間の
電荷転送とエンコーダ８２の出力パルスの間には直接的
なタイミング関係は必要ない。エンコーダ８２の基本的
役割は原稿移動を制御するためのモニター手段であるの
でＣＣＤのタイミングとは本来独立している。ただし、
エンコーダ８２の出力パルスに同期して（たとえば、バ
ー８３を検出するごとに）、センサー８４の隣接列間の
電荷転送を制御することは機器設計上は構成の単純化に
寄与する場合が多い。

【００４３】（４）第４の実施例上記実施例の考え方でカラースキャナーを構成すること
もできる。図８〜図１０の構成をカラー化する場合、少
なくとも２通りの方法が考えられる。第１の方法は、上
記のモノクロスキャナー簡略形と同様な考えで図２，図
４のカラーセンサーの遮光部分を削除するものである。
そのセンサー構成を図１１に示す。水平方向に長いＲＧ
Ｂのストライプフィルターを施した列の繰り返しから成
る。このセンサー１１１を図８中のモノクロセンサー８
４に替えて配置すればカラースキャナーの構成となる。
センサーの駆動パルスチャートは図３に類似のものであ
るが、原稿移動の期間中遮光部に電荷を退避する過程を
欠いたものとなる。なお、この方法ではＲＧＢ各色のラ
インセンサーが見る原稿位置はラインピッチの分だけず
れているので、フォールスカラー等の画像欠陥が生じや
すく、画質改善手段が加えられることが望ましい。

【００４４】すなわち、先に示した実施例同様に、図２
（ｂ）のようなシリンドリカルレンズ、レンズレット等
のセンサー面直前の結像パワーが用いられることが望ま
しい。ただし、本実施例の場合には原稿移動中の画像混
入を防止する電荷退避目的の遮光部分が存在しないの
で、上記シリンドリカルレンズ等のセンサーへの位置合
わせが難しい面がある。たとえば図１１においては、ラ
インＢ_NとラインＲ_N+1の境界線上に、隣接するシリン
ドリカルレンズの境界線を画素ピッチよりずっと微細な
精度で形成し重ね合わせなければならない。代替手段と
しては、結像系の光路中に光学的ローパスフィルターを
挿入することが考えられる。光学的ローパスフィルター
としては、水晶板の複屈折作用を利用したものがカット
オフ特性の良好なフィルターとしてよく知られるほか、
光の回折現象を利用するグレーティング構造のもの等が
利用できる。

【００４５】（５）第５の実施例カラー化の第２の方法は、図１０のようなモノクロのマ
ルチラインセンサー全体に単色のフィルターを施し、そ
のような系を３色分並列に持つものである。図１２に装
置の全体を示す。図８の実施例と異なるのは、センサー
１２１である。図１３にその構造を示すように、センサ
ー１２１は、図１０のモノクロセンサーに単色フィルタ
ーを施した形態の３つの独立したセンサー１３１Ｒ，１
３１Ｇ，１３１Ｂより成る。センサー１３１Ｒの感光部
には赤色フィルター、センサー１３１Ｇの感光部には緑
色フィルター、センサー１３１Ｂの感光部には青色フィ
ルターが各々設けられている。１３２Ｒ，１３２Ｇ，１
３２Ｂは電荷電圧変換手段、１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３
３Ｂは各出力端、１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂは各シ
フトレジスターである。

【００４６】図面を見やすくするために、各センサーは
比較的少数のライン数（５ライン）を持つように描いて
あるが、これは説明の便にすぎない。これら３個のセン
サーの個々の動作は図１０センサーで説明した通りであ
る。図１０（ｂ）の駆動信号が同期して３個のセンサー
に印加され、各センサーは各々の出力端子１３３Ｒ，１
３３Ｇ，１３３Ｂより順次に画像データを出力する。後
続するデジタルシステムは、これら３個の出力をパラレ
ルに３個の別々の入力ポートから取り込んでもよいし、
シリアルに取り込んでもよい。一般的には、パラレル構
造の方が低速の回路で済むが、ＡＤ変換以降のメモリー
管理の統一等が複雑になる傾向がある。いずれにして
も、上記出力端子以降の構造は設計事項である。

【００４７】本実施例で重要なひとつのポイントは、各
色のセンサーが同時に見ている原稿像の位置が相当に離
れており、３色の画像の位置的な統合に工夫を要する点
である。図１３において、センサー１３１Ｒとセンサー
１３１Ｇとは電荷転送方向（原稿移動方向）に間隔１３
５を隔たって配置されている。電荷転送パルスの発生周
期をΔＴとすると、このΔＴは信号電荷がある列に転送
されてから次の列に転送されるまでの期間に静止して光
電変換動作がされる時間長でもある。このΔＴの間に原
稿像が移動する距離をΔＬとすると、上記の間隔１３５
をΔＬで除した回数分だけ、センサー１３１Ｒのサンプ
リングはセンサー１３１Ｇのサンプリングより（サンプ
リングの回数を単位として）先行しているといえる。従
って、Ｍ＝（間隔１３５）／ΔＬを丁度整数値をとるよ
うに設定しておけば、Ｍ回ずれたサンプリングデータで
組をつくることにより、原稿像の同一の箇所に関する異
なる色の走査データを得ることができる。間隔１３６を
考慮することでセンサー１３１Ｂのデータも同様に扱う
ことができる。

【００４８】一般に、異なる色毎のサンプリング位置が
離れていてサンプリング後に電気回路的に３色の画像デ
ータを合成し、統合されたフルカラーの画像データを得
る構成のスキャナーでは、回路的な位置合成と実際に行
われた画像の移動が整合していることがきわめて重要で
ある。センサー面上に結像された画像の実際の移動と回
路処理のために設計上想定されている画像移動にずれを
生じると、これはただちに走査解像度の劣化になる。本
実施例のセンサー間隔１３５，１３６は本発明の本質上
基本的に大きく離れており、構成によってはセンサーラ
イン数で数１０ないし数１００ライン分程度の長さにな
ることもありうる。この量は従来のカラースキャナーに
おいて生じていたセンサー間隔、すなわち図２２（ｂ）
中の幅Ａに比較し大変に大きい。従来技術におけるＡ値
は高々センサーの数ライン分程度であり、各センサーで
得られた異なる色の画像データを位置合わせすることは
それほど大きな技術的困難性を伴わなかった。

【００４９】（６）第６の実施例センサー面上に結像された原稿像の実際上の移動量は、
原稿移動の非等速性や結像倍率のばらつきの影響を受
け、想定値と完全に一致させることはできない。間隔１
３５，１３６のような長距離にわたり、実際の原稿像移
動と電気的動作を整合させるためには新規のスキャナー
構成が必要である。

【００５０】図１４〜図１５はそのような構成の一例で
ある。図１４において、原稿１１は結像レンズ１３によ
りセンサー１２１の感光面上に結像され、光電変換され
る。一方、図１５は電気的なシステムのブロックダイア
グラムである。１５１は系全体を制御するためのコント
ローラやデジタル画像処理等のシステムの主要部分を示
し、１５２はエンコーダ１５７やモータ１５６の入出
力、制御を行う原稿駆動制御回路、１５３はセンサー１
２１の駆動に入出力に関連するセンサー駆動制御回路で
ある。１５４はメモリーである。

【００５１】図１４において、原稿１１をあらかじめ画
像パターンの知れた調整用のテストチャートとし、これ
を原稿移動して画像走査する。テストパターンをたとえ
ば黒地に１本の細い白バーを挿入したものとする。ある
時刻における白バーの位置が１４１にあり、結像された
結果センサー上の位置１４３に白バーの光像が投影され
ている。ある時間経過後に白バーは位置１４２にあり、
その光像はセンサー面上で位置１４４にある。上記２つ
の時点間に生じた原稿移動量１４５は、エンコーダ１５
７の出力から測定することができる。

【００５２】一方、この間に生じたセンサー面上の白バ
ーの光像移動量１４６は、センサー１２１の画像出力を
パターン解析し計測することができる。既知の比較的シ
ンプルなパターンの移動量や相対距離は相関解析手法で
相当高精度に測定できることが知られており、流量計
測、三角測量、ナビゲーション等の分野で実用化されて
いる。この事前測定により、原稿駆動系のエンコーダ出
力とセンサー受光面上での原稿光像移動の関係を製造上
のばらつきを含めて実測できるので、結果をメモリー１
５４にストアする。一旦この関係が確定すれば、センサ
ー上の電荷を１ライン転送するに際しそれと同期した原
稿の動きがエンコーダ出力の変化としてどれだけ必要で
あるかが既知であるので、モーター１５６を適切に駆動
制御し望ましい動きを維持できる。または逆にエンコー
ダ出力に同期してセンサーの駆動パルスのタイミングを
変化させてもよい。ただし、この方向で制御すると、原
稿駆動系の負荷変動や加減速による非等速運動時に蓄積
時間が変動するという欠点がある。

【００５３】本実施例では画像の副走査の方向にも複数
本のラインをもち、これらでは同時的に光電変換蓄積動
作をしており、蓄積時間の変動は全部のラインについて
同時的に同量発生するものなので、蓄積時間の変動が直
接に画像むらとなるわけではない。理想的には、原稿移
動系の情報からセンサーの動作を制御し光像移動と電荷
移動の同期をとる場合、電荷移動と蓄積時間を独立に設
定できるため、センサーは感光部と遮光部を交互に配置
した構成であることが望ましい。たとえば、１３１Ｒ，
１３１Ｇ，１３１Ｂの各センサーが図５〜７の構成であ
ることが高精度の走査には望ましい。いずれにしてもこ
れらの新規な構成をとることにより、きわめて長い距離
範囲で光像移動と電荷転送の同期を維持することができ
る。

【００５４】（７）第７の実施例以下に本発明の異なる実施例を示す。図１６はその全体
を示すもので、図８の装置との構成上の差異は、光源１
６１とセンサー１６２にある。光源１６１は、内部的構
成を図１７に示すように３種の異なる色の内部光源を持
つ。すなわち赤色の１６１Ｒ、緑色の１６１Ｇ、青色の
１６１Ｂである。これらの内部光源はたとえば各々の色
のＬＥＤのアレーを３個並列したものであってもよく、
ＥＬ等の現象を用いるものでもよい。白色の光源にカラ
ーフィルタを施したものでもよい。または、１個の白色
光源を用い光源とセンサーの間の任意の位置にメカ的に
又はその他の手段で透過波長特性が３種に切り替わる光
学フィルターを挿入するのでもよい。

【００５５】本実施例は３色の光源を順次発光させるこ
とにより、センサーに特段のフィルターを使用せず、実
質的にモノクロのセンサーによってカラースキャナーの
効果を得ようとするものである。３個の内部光源はその
配置される位置が異なるので、各内部光源から発光した
光が原稿１１の略同一の位置を照明しかつ照明むらを生
じないようにするには、照明光学系に特別な考慮が必要
である。

【００５６】図１８は光源１６１と原稿１１の間に１個
のコンデンサーレンズ１８１を設けた例である。コンデ
ンサーレンズ１８１は光源１６１を不図示の結像レンズ
１３の入射瞳に結像する。これにより、原稿１１には異
なる位置、異なる色の内部光源からの幅広い光束が、ケ
ーラー照明的に導かれ、原稿上の１点を３色の光源で均
一に照らすとともに、照明光は確実に結像レンズ１３の
瞳に入射するようにできる。

【００５７】図１９はこれと異なる照明の一方法であ
る。同図の例ではコンデンサーレンズを各内部光源のた
めに別々に設けてあり、これらのレンズ群１９１により
各内部光源の光源像が原稿１１の同一の位置に形成され
る。このような臨界照明的方法は原稿の１点に全照明光
を集中できるが、このままでは結像レンズ１３の瞳への
入射を保証できない。そこでフィールドレンズ１９２等
によりレンズ群１９１の像が不図示の結像レンズ１３の
入射瞳に形成されるようにすることが望ましい。結像レ
ンズ１３の入射瞳への結像がケラレると結果的に走査出
力のカラーバランスを失するので、著しく出力の品位を
損なう。これは図１８の照明系についてもいえることで
あり、異なる色の光源を併設する場合の重要な設計留意
点である。

【００５８】（８）第８の実施例図２０と図２１は本実施例に用いられるセンサー１６２
の構成と光源１６１を含むシステム全体の動作タイミン
グとを各々示すものである。センサー１６２は、入射す
る光に対し露出し光電変換作用を行うラインＹ_N，Ｙ
_N+1等とそれに引き続く２ライン幅の遮光部分Ｍ_NA，Ｍ
_NB等から成り、３ラインで１セットの基本構造を繰り返
すものである。最終ラインＹＭ_Lは遮光された水平レジ
スタである。ＹＭ_Lは直前のラインから垂直転送により
信号電荷を受取り次に垂直転送動作が行われるまでの期
間に、隣接するシフトレジスタ２０１の制御により水平
転送動作で信号電荷を電荷電圧変換手段２０２に送出す
る。電圧変換された画像信号は出力端２０３に現われ、
不図示の画像処理回路（最も典型的には、ＡＤ変換器を
デジタル化手段として装備したデジタル信号処理回路）
へと伝送される。

【００５９】図２１により本実施例の動作シーケンスを
説明する。クリアパルス１０６により全画面の電荷をク
リアし、電荷の蓄積領域を空にする動作は前実施例と同
様である。クリアパルスの出力後でかつ実質的な画像走
査の動作が開始される前に原稿移動信号２１８がオン
し、原稿移動速度が定常となった後に画像走査のための
電荷蓄積動作が開始される。以下では電荷蓄積の繰り返
し動作の内、第Ｎ回目の動作について説明する。図２１
のタイミングチャートでいうと時刻ＴＲ_N、言い替えれ
ばその瞬間に発生する電荷転送パルス２１３Ｒにより、
それ以前の第（Ｎ−１）回目の蓄積動作が終了し、第Ｎ
回目の蓄積動作が開始される。電荷転送パルス２１３Ｒ
は通例１マイクロセカンド以下の短時間のもので十分で
あり、それと同期して赤色光源１６１Ｒを発光させるた
めの光源駆動信号２１６Ｒがオンする。電荷蓄積状態を
示す信号２１２は電荷転送の瞬間だけはパルス２１５の
ようにオフされることが望ましいが、この期間は実効的
な蓄積時間に比べ無視しうるほど短いので必ずしも絶対
の条件ではない。

【００６０】原稿像の移動と電荷転送とが同期している
ために、第（Ｎ−１）回目の蓄積動作でラインＹ_N-1に
おいて光電変換された原稿像の部分が、第Ｎ回目の蓄積
動作ではラインＹ_Nにおいて光電変換される。通例１〜
１００ミリセカンド程度である所定の蓄積時間が経過す
ると赤色の光電変換を終了し、時刻ＴＧ_Nにおいて電荷
転送パルス２１３Ｇにより緑色の蓄積動作に移行する。
電荷転送パルス２１３Ｇによりすべての画素の電荷は１
列づつ移動するので、ラインＹ_Nにおいて赤色光源の照
明下で蓄積された電荷は遮光された次のラインＭ_NAに転
送され、またラインＹ_Nの直前の遮光されたラインＭ
_(N-1)Bにあった緑色照明下で繰り返し蓄積されてきた電
荷がラインＹ_Nに転送される。電荷転送パルス２１３Ｇ
に同期して緑色光源１６１Ｇを発光させるための光源駆
動信号２１６Ｇがオンする。

【００６１】所定の蓄積時間が経過すると緑色の光電変
換を終了し、時刻ＴＢ_Nにおいて電荷転送パルス２１３
Ｂにより青色の蓄積動作に移行する。電荷転送パルス２
１３Ｂによりすべての画素の電荷は１列づつ移動するの
で、ラインＹ_Nにおいて緑色光源の照明下で蓄積された
電荷は遮光された次のラインＭ_NAに転送され、ラインＭ
_NAにそれまで退避されていた赤色照明下の蓄積電荷は次
の遮光された退避用のラインＭ_NBに転送され、またライ
ンＹ_Nの直前の遮光されたラインＭ_(N-1)Bにあった青色
照明下で繰り返し蓄積されてきた電荷がラインＹ_Nに転
送される。電荷転送パルス２１３Ｂに同期して青色光源
１６１Ｂを発光させるための光源駆動信号２１６Ｂがオ
ンする。青色照明での蓄積を所定時間行った後、時刻Ｔ
Ｒ_N+1において第（Ｎ＋１）回目の蓄積動作に移り、第
（Ｎ＋１）回目の赤色の蓄積が電荷転送パルス２１４Ｒ
により開始される。このようにすればＲ，Ｇ，Ｂ各色の
光源の時系列的照明下で原稿像と同期しながら移動し蓄
積動作を繰り返してきた各信号電荷は、互いに混じり合
うことなく電荷量の増大が可能である。

【００６２】本実施例では、センサーの規模を比較的小
さくでき、またセンサーコストの大きな比率を占めるオ
ンチップフィルターを要しないというメリットがある。
またＲ，Ｇ，Ｂの３色各々の蓄積時間を独立に設定しや
すいというメリットもある。一般にＬＥＤ等の半導体光
源を用いる場合、発光波長が短いほど発光能力が劣ると
いう問題がある。現在入手可能なデバイスでは赤色ＬＥ
Ｄと青色ＬＥＤとでは、同程度の電流を流した場合の発
光量は１〜２桁青色ＬＥＤが劣る。本実施例では各色の
蓄積時間は電荷転送パルスＴＲ_N，ＴＧ_N，ＴＢ_Nのタ
イミングで自由に変わるので、たとえば青の蓄積時間を
赤の場合の任意の倍数にすることが可能である。

【００６３】本実施例において、色精度を改善するため
の原稿像の移動を連続的でなくステップ毎に行うことも
もちろん可能である。この場合にはＲ，Ｇ，Ｂの３色１
セットの蓄積動作は同一の原稿位置で動かさずに行い、
１セット終了後に原稿（像）を１ステップ移動させるの
が望ましい。原稿移動時にはどの信号電荷も露光されな
いように遮光部に退避することが望ましいため、そのよ
うに動作させるには遮光部は繰り返しの基本単位構造の
中に３ライン必要である。上記の実施形態においては、
各色のサンプリング位置が完全に一致し、全く色ずれの
ないカラースキャナーが光源順次点灯の方法を用いて可
能である。

【００６４】なお、実施例において記述した光源色の組
合わせや光源の構成、カラーフィルタの構成、またセン
サーの方式等は本発明を限定するものではない。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光像
の移動に同期し、信号電荷を移動させながら逐次的に新
電荷を発生し加算することにより、従来技術では困難で
あった画像走査装置の高精細性と高速走査性を両立さ
せ、かつこれらの技術課題を装置のコンパクト性やロー
コスト性を維持追求しながら実現していくことができ
る。また、従来出力信号を増幅することにより発生して
いたノイズの発生を伴わずに、モノクロ及びフルカラー
で且つ高レベルの読みとり信号を出力でき、読み取りの
実効感度を向上することができる。さらに、カラー画像
を読み取る場合には、色ズレを減少させ、高画質のカラ
ー画像情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像走査装置の概念的構成図であ
る。

【図２】本発明による画像走査装置の図１における光電
変換センサの詳細構成図である。

【図３】本発明による図１の画像走査装置の走査タイミ
ングチャートと動作説明図である。

【図４】本発明による図１の画像走査装置の光電変換セ
ンサの出力部の概念構成図である。

【図５】本発明による図１の画像走査装置のセンサの他
の概略構成図である。

【図６】本発明による図５のセンサの動作を説明するタ
イミングチャートである。

【図７】本発明による図５のセンサの出力段の概略構成
図である。

【図８】本発明による画像走査装置の他の概念的構成図
である。

【図９】本発明による図８の画像走査装置の原稿移動量
検出部材の概念図である。

【図１０】本発明による図８の画像走査装置の光電変換
センサの出力部の概念的構成図と該出力部のタイミング
チャートである。

【図１１】本発明による図８の画像走査装置の他の光電
変換センサの出力部の概念的構成図である。

【図１２】本発明による画像走査装置の他の概念的構成
図である。

【図１３】本発明による図１２の画像走査装置の光電変
換センサの概念的構成図である。

【図１４】本発明による画像走査装置の光学系の概念的
構成図である。

【図１５】本発明による画像走査装置の原稿移動とセン
サとの電気的処理のブロック図である。

【図１６】本発明による画像走査装置の他の概念的構成
図である。

【図１７】本発明による図１６の画像走査装置の光源の
概念的構成図である。

【図１８】本発明による図１６の光源を含む光学系の概
念的構成図である。

【図１９】本発明による図１６の光源を含む他の光学系
の概念的構成図である。

【図２０】本発明による画像走査装置の他の光電変換セ
ンサ及びその出力部の概念的構成図である。

【図２１】本発明による図２１の画像走査装置の動作を
説明するタイミングチャートである。

【図２２】従来の画像走査装置の主要部の斜視図とその
光電変換センサの概念的構成図である。

【符号の説明】

１１フィルム原稿１２，１６１，２２２照明用光源１３，２２４結像レンズ１４，８４，１２１，１６２，２２５イメージセンサ１５ローラー１６，８１ステッピングモーター４１，７１，２０１シフトレジスタ４２，７２電圧変換要素４３，７３，２０３出力端子８２，９２検出部材８３バー８５回路９１，発光源１５１系制御部１５２原稿駆動制御回路１５３センサー駆動制御回路１５４メモリー１８１コンデンサレンズ１９１レンズ群１９２フィールドレンズ２０２電荷電圧変換手段２２１原稿２２６処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の撮像光の少なくとも一部を結像
する結像光学系と、前記結像光学系により結像された光
像を光電変換するイメージセンサと、前記光像と前記イ
メージセンサとを相対的に移動させる移動手段とを備え
た画像走査装置において、前記イメージセンサは、隣接して配置された複数の光電
変換手段と、前記複数の光電変換手段で発生した電荷を
転送する電荷転送手段と、前記電荷転送手段により転送
された電荷を加算する電荷加算手段とから成り、前記電荷転送手段が前記移動手段による光像移動に略同
期して電荷を転送し、前記電荷加算手段が前記電荷転送
手段の転送動作に従って異なる前記複数の光電変換手段
からの電荷を加算するように制御する制御手段を有する
ことを特徴とする画像走査装置。
【請求項２】前記イメージセンサを構成する複数の光
電変換手段は、感光面上に少なくとも第１のカラーフィ
ルタを有する第１の光電変換手段と、前記第１のカラー
フィルタとは異なる色の第２のカラーフィルタを有する
第２の光電変換手段とからなることを特徴とする請求項
１に記載の画像走査装置。
【請求項３】前記第１の光電変換手段と前記第２の光
電変換手段を各々複数有し、前記電荷加算手段は前記複
数の第１の光電変換手段で生じた電荷を加算し、さらに
前記複数の第２の光電変換手段で生じた電荷を加算する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像走査装置。
【請求項４】前記電荷転送手段の電荷転送の方向と直
行する方向に、前記イメージセンサが遮光された転送セ
ルの列を有することを特徴とする請求項１に記載の画像
走査装置。
【請求項５】前記イメージセンサに蓄積された信号電
荷が前記遮光された転送セルの列にあるときに、前記被
写体の移動が行われることを特徴とする請求項４に記載
の画像走査装置。
【請求項６】前記電荷の加算と前記光電変換動作とが
前記イメージセンサの同一の領域において行われること
を特徴とする請求項１に記載の画像走査装置。
【請求項７】前記移動手段による光像とイメージセン
サとの相対的な移動を検出する検出手段を有し、前記検
出手段の出力に基づいて、前記制御手段は、前記光像移
動と前記電荷転送の相対制御を行うことを特徴とする請
求項１に記載の画像走査装置。
【請求項８】前記イメージセンサのセンサ面に複数の
画素に対し同一の屈折要素として機能する結像手段を配
置したことを特徴とする請求項１に記載の画像走査装
置。
【請求項９】前記電荷転送手段は信号電荷の光電変換
が実質的に行われない短時間内に複数回の電荷転送を行
うことを特徴とする請求項１に記載の画像走査装置。
【請求項１０】被写体の撮像光の少なくとも一部を結
像する結像光学系と、前記結像光学系により結像された
光像を光電変換するイメージセンサと、前記光像と前記
イメージセンサとを相対的に移動させる移動手段とを備
えた画像走査装置において、前記イメージセンサは、異なる色のカラーフィルタを有
する複数の光電変換手段と前記光電変換手段と交互に配
置され遮光された前記光電変換手段と同数の転送セルと
を一組として構成した複数の光電変換部と、前記光電変
換手段で発生した電荷を転送する電荷転送手段と、前記
電荷転送手段により転送された電荷を加算する電荷加算
手段とから成り、前記電荷転送手段が前記移動手段による光像移動に略同
期して電荷を転送し、前記電荷加算手段が前記電荷転送
手段の転送動作に従って異なる前記複数の光電変換手段
からの電荷を加算するように制御する制御手段を有する
ことを特徴とする画像走査装置。
【請求項１１】前記移動手段による光像とイメージセ
ンサとの相対的な移動を検出する検出手段を有し、前記
検出手段の出力に基づいて、前記制御手段は、前記光像
移動と前記電荷転送の相対制御を行うことを特徴とする
請求項１０に記載の画像走査装置。
【請求項１２】前記イメージセンサに蓄積された信号
電荷が前記遮光された転送セルの列にあるときに、前記
被写体の移動が行われることを特徴とする請求項１０に
記載の画像走査装置。
【請求項１３】前記イメージセンサのセンサ面に複数
の画素に対し同一の屈折要素として機能する結像手段を
配置したことを特徴とする請求項１０に記載の画像走査
装置。
【請求項１４】被写体の撮像光の少なくとも一部を結
像する結像光学系と、前記結像光学系により結像された
光像を光電変換するイメージセンサと、前記光像と前記
イメージセンサとを相対的に移動させる移動手段とを備
えた画像走査装置において、前記イメージセンサは、前記光像を電気信号に変換する
光電変換手段と、前記光電変換手段と交互に配置され遮
光された転送セルと、前記光電変換手段で発生した電荷
を転送する電荷転送手段と、前記電荷転送手段により転
送された電荷を加算する電荷加算手段とから成り、前記電荷転送手段が前記移動手段による光像移動に略同
期して電荷を転送し、前記電荷加算手段が前記電荷転送
手段の転送動作に従って異なる複数の前記光電変換手段
からの電荷を加算するように制御する制御手段と、前記
移動手段による光像とイメージセンサとの相対的な移動
を検出する検出手段とを有し、前記検出手段の出力に基づき前記制御手段は光像移動と
電荷転送の相対制御を行うことを特徴とする画像走査装
置。
【請求項１５】前記イメージセンサに蓄積された信号
電荷が前記遮光された転送セルにあるときに、前記被写
体の移動が行われることを特徴とする請求項１４に記載
の画像走査装置。
【請求項１６】前記イメージセンサのセンサ面に複数
の画素に対し同一の屈折要素として機能する結像手段を
配置したことを特徴とする請求項１４に記載の画像走査
装置。
【請求項１７】被写体を照明する光源と、前記光源に
より照明された前記被写体の撮像光の少なくとも一部を
結像する結像光学系と、前記結像光学系により結像され
た光像を光電変換するイメージセンサと、前記光像と前
記イメージセンサとを相対的に移動させる移動手段とを
備えた画像走査装置において、前記光源はＮ色の異なる色を順次発光し、前記イメージ
センサは、１列の光電変換手段と前記光電変換手段と隣
接して配置されたＮ−１列の遮光された転送セルとを一
組として構成した複数の光電変換部と前記光電変換手段
で発生した電荷を転送する電荷転送手段と前記電荷転送
手段により転送された電荷を加算する電荷加算手段とか
ら成り、前記電荷転送手段が前記移動手段による光像移動に略同
期して電荷を転送し、前記電荷加算手段が前記電荷転送
手段の転送動作に従って異なる前記複数の光電変換手段
からの電荷を加算するように制御する制御手段とを有す
ることを特徴とする画像走査装置。
【請求項１８】前記移動手段による光像とイメージセ
ンサとの相対的な移動を検出する検出手段を有し、前記
検出手段の出力に基づいて前記制御手段は前記光像移動
と前記電荷転送の相対制御を行うことを特徴とする請求
項１７に記載の画像走査装置。
【請求項１９】前記イメージセンサのセンサ面に複数
の画素に対し同一の屈折要素として機能する結像手段を
配置したことを特徴とする請求項１７に記載の画像走査
装置。