JPS5828945B2 - 図形入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は図形入力装置、特にその走査光電変換部分の
受光素子アレイの動作方式に関するものである。

図形入力装置等に用いられる受光素子アレイの一例を第
１図に示す。

第１図に例示するアレイは、受光素子としてフォトダイ
オードを用い、走査回路としてＣＣＤを用いたものであ
り、数十から数十個のフォトダイオードおよび走査回路
を１つのシリコンウェハ上に集積したもので、一般にＣ
ＣＤフォトセンサアレイと呼ばれているものである。

第１図中破線１で囲まれた部分がフォトセンサアレイ集
積回路（以下センサという）であり、フォトダイオード
２が一直線状に並んでいる。

フォトダイオード２は、各々トランスファゲート３を通
じＣＣＤシフトレジスタ（以下ＣＣＤレジスタという）
４の各セルに結ばれている。

また、フォトダイオード２は各々フォトゲート５を通じ
てバイアス電源６に接続されている。

入力線７にはトランスファゲート（以下ＴＧという）３
を開閉するための信号が入力され、その信号により各Ｔ
Ｇ３が同時に開閉する。

入力線８にはフォトゲート（以下ＰＧという）５を開閉
するための信号が入力され、その信号により各ＰＧ５は
同時に開閉する。

ＣＣＤレジスタ４はクロック９によって図中左方より右
方に各セルにある情報が転送され、最右方（最後端）に
あるセル４ｎよりの出力線１０がアンプ１１の入力端子
に接続されているのでセル４ｎの出力情報は増幅されて
出力端子１２から取り出される。

第２図ａないしｄは第１図に示す受光素子アレイの動作
を示すタイムチャートで、ａは入力線８、ｂは入力線７
、ｃはクロック９、ｄは出力端子１２における信号を示
す。

時刻Ｔ。においてＰＧ５が接となる。

すなわちフォートダイオード２にバイアスがかかるよう
に入力線８に信号が印加されるとフォトダイオード２中
にはそのフォトダイオード２に入力された光量に比例し
た電荷が発生し、そこに蓄積される。

多数存在するフォトダイオード２は各々独立に分離され
ているので、これらのうち光が強く入射したフォトダイ
オード２は多量の電荷が蓄積され、光が弱く入射したフ
ォトダイオード２は少量の電荷が蓄積される。

このようにして電荷が蓄積されるので、その電荷量は入
力された光量と蓄積している時間の積に比例することに
なり、高感度の光電変換動作が可能となる。

次に時刻Ｔ１において、Ｔａ２が接となるように入力線
１に信号が印加され、時刻Ｔ２においてＰＧ５が断とな
るとフォトダイオード２中に蓄積された電荷はＣＣＤレ
ジスタ４の各対応したセルに転送される。

時刻Ｔ３においてＴＧ３が断となり、クロック９がＣＣ
Ｄレジスタ４に入力されるとＣＣＤレジスタ４の各セル
にある電荷はクロック９に同期して右方向に順次転送さ
れ、アンプ１１の出力端子１２にはフォトダイオード２
に蓄積された電荷に比例した出力がフォトダイオード２
の右方のものに相当するものから順次出力される。

ＣＣＤレジスタ４のセルの数（この例ではｎ個）分に相
当するクロック９が出されれば全てのフォトダイオード
２（ｎ個分）の各々に蓄積された電荷の量が時系列に電
圧として出力端子１２の電圧に現われ走査が１回終了す
る。

この時刻をＴ５とする。ＣＣＤレジスタ４とは関係なく
また光量の蓄積・光電変換動作を行うことができるので
、時刻Ｔ４においてＰＯ２を接とすれば、その時刻から
蓄積が開始される。

時刻Ｔ４は時刻Ｔ３以後であればいつでも良いので第２
図に示す位置は一例にすぎない。

ここでＴｏ−Ｔ２の時間はフォトダイオード２の蓄積時
間であり、入射光量が一定であれば出力端子１２はこの
長さに比例する。

Ｔ３〜Ｔ、の時間は走査時間であり、シフトクロック９
の周期ｔとＣＣＤレジスタ４の個数ｎとの積、すなわち
ｔｎ時間必要である。

ＣＣＤレジスタ４は、第１図においては、１つのセルを
１つの四辺形で示しであるが、実際は数個（例えば４個
）の素子により構成され、各各の素子に印加する電圧が
変化することにより、電荷が転送されるのであるが、こ
こではその詳細は省略する。

第１図に例示するセンサ１を用いて図形入力装置を構成
しようとしたとき、その分解能を上げるためフォトダイ
オード２の数ｎを増大しようとすると、ＣＣＤレジスタ
４の素子はｎの数倍（例えば４倍）に増大し、センサ１
を製造することに重大な困難を生じる。

このことを避けるためにセンサ１をｎ個のフォトダイオ
ード２とその数分の１のセルをもつＣＣＤレジスタ４に
より構成することが考えられる。

第３図はこうした構成のセンサを例示するもので、ＣＣ
Ｄレジスタ４のセルの数がフォトダイオード２の数の％
（半分）の場合の例である。

第３図において、破線１３で囲まれた部分がセンサであ
り、フォトダイオード２は一直線状に並んでいる。

フォトダイオード２は１つおきに各々ＴＧ３０に接続さ
れ、残りの１つおきのフォトダイオード２はＴＧ３Ｅに
接続されており、またＴＧ３０およびＴＧ３Ｅのもう一
方の端子は、図示するように隣接する同志が結ばれてＣ
ＣＤレジスタ４の対応する１つのセルに結ばれている。

また、フォトダイオード２は、同様に１つおきに各々Ｐ
Ｇ５０およびＰＧ５Ｅに接続され、ＰＯ５０およびＰＧ
５Ｅのもう一方の端子はバイアス電源６に接続されてい
る。

入力線７０はＴＧ３０の開閉を制御する信号が入力され
、その信号により同時に各々のＴＧ３０が開閉される。

入力線７ＥはＴＧ３Ｅの開閉を同様に制御し、また入力
線８０はＰＯ５０の開閉を制御する信号が入力され、そ
の信号により同時に各々のＰＯ５０が開閉される。

入力線８ＥはＰＧ５Ｅの開閉を同様に制御する。

この例のセンサ１３の動作は、入力線７０，８０．クロ
ック９および出力端子１２に関して第２図に示すタイム
チャートの通りに動作するが、出力されるフォトダイオ
ード２の数は第３図に示すフォトダイオード２の数の半
分であり、もう一方の入力線７Ｅ。

８Ｅ、クロック９および出力端子１２に関しても同様で
ある。

言い換えると、フォトダイオード２の個数がｎ個の場合
、第２図に示す信号を入力線７０．８０に入力し、クロ
ック９をｎ／２個分に相当するだけ与えれば、センサ１
３のフォトダイオード２の部分に入力された光学パター
ンの１つおきに飛び飛びの光電変換出力が出力端子１２
に出力され、同様に入力線７Ｅ、８Ｅを用いれば残りの
１つおきの光電変換出力が出力端子１２に出力される。

このように１つおきのフォトダイオード２の走査を各々
異なるフォトダイオード２につき１回ずつ、すなわち合
計２回行って全体のフォトダイオード２を走査するよう
にした走査方式を一般に飛越走査（インターレス走査）
と呼ぶ。

このような飛越走査を行うＣＣＤフォトセンサアレイを
用いた図形入力装置の概略構成を第４図に示す。

すなわち、原稿１４上に描かれた図形、文字等（以上単
に図形という）はレンズ１５によってセンサ１３上に結
像される。

センサ１３はフォトダイオード２が一直線状に多数並べ
られたものであるから、光電変換されるのは原稿１４上
の直線１６の部分である。

照明手段１γは原稿１４上の直線１６の部分を照明する
。

原稿１４上の図形情報は２次元であるからセンサ１３に
よる主走査と原稿１４を矢印１８の方向に送ることによ
る副走査によりラスター走査される。

モータ１９、紙送りローラ２０およびピンチローラ２１
は副走査を行うためのものであり、モータ１９が矢印２
２の方向に回転することにより原稿１４は矢印１８の方
向に送られる。

このような装置を用いて原稿１４上を走査すると、原稿
１４上の第５図に示すような場所がｌ主走査において光
電変換される。

すなわち、ｌ主走査の前半の１つおきのフォトダイオー
ドの走査により２３ ａｔ２３ ｂ・・・・・・２
３−Ｘの部分が光電変換され、後半で２４−ａ、２４−
ｂ・・・・・・２４−Ｘの部分が光電変換されて１つの
主走査が終了する。

このように１つの主走査において副走査の方向に千鳥状
になることは、光電変換された図形が元の図形に比較し
て著しく歪んでしまうということを示す。

これを避けるため、 （イ）主走査が終了するまで副走査を停止したり、（ロ
）センサ１３上のフォトダイオード２の配列を千鳥状に
しておく、 等の方法が考えられるが、（′Ｉ′）の方法については
、主走査および副走査に各々必要とする時間の和が１回
の主走査に必要な時間となり、装置の動作速度、すなわ
ち１つの原稿１４を入力する時間力辰くなるという欠点
がある。

（ロ）の方法については、副走査の分解能によってフォ
トダイオードを千鳥状に並べる間隔が異なり、成る図形
入力装置を決めると、それに用いるセンサ１３が決定さ
れてしまい、センサ１３の汎用性が低下し、センサ１３
の価格が上昇する。

また、センサ１３の製造上においても、フォトダイオー
ド２を千鳥状に並べることは各フォトダイオード２のば
らつき等が増加し、このことはやはりセンサ１３の価格
を上昇させる一因となる等の欠点があった。

この発明は上記のような欠点を除去するためになされた
もので、上述した装置の動作速度およびセンサの汎用性
の低下、センサの価格上昇等の弊害が起こることなく、
図形歪のない良好な画質が得られる図形入力装置を提供
することを目的とする。

以下図面を参煕してこの発明の詳細な説明する。

第６図ａないしｆはこの発明による図形入力装置の一実
施例の動作を示すタイムチャートで、ａないしｄは順に
入力線８０，８Ｅ、７０，７Ｅにおける信号、ｅはＯ側
の走査時間、ｆはＥ側の走査時間を示す信号である。

なお、センサとしては第３図ノこ例示したものを用いて
説明する。

すなわち、時刻Ｔ６において、入力線８０にＰＧ５０が
接となるように信号が入力され、フォトダイオード２の
１つおきのＰＧ５０に接続されたものについて光量の蓄
積動作が行われる。

時刻Ｔ７において、その蓄積動作が終了させられ、その
直前にＴＧ３０が接になるように入力線７０に信号が入
力される。

時刻Ｔ７でＰＧ３０が断になると、フォトダイオード２
の１つおきのものに発生、蓄積された電荷はＣＣＤレジ
スタ４へ転送され、次に時刻Ｔ８〜Ｔ９までクロック９
がＣＣＤレジスタ４のビット数に対応した数だけ入力さ
れ、フォトダイオード２の１つおきのものに対応する光
電変換出力が出力端子１２に順次出力される。

すなわち、時間Ｔ８からＴ、の間にフォトダイオード２
の左方から数えて１，３，５・・・・・・番（奇数番）
目のフォトダイオード２が走査されたことになる。

但しこれらのフォトダイオード２の蓄積時間は時刻Ｔ６
〜Ｔ７の間である。

残りのフォトダイオード２、すなわち２，４，６・・・
・・・番（偶数番）目のものについては時刻’ｆ’ｉｏ
からＴ１３の時間に蓄積されかつ出力される。

時刻Ｔ１４は奇数番目のフォトダイオード２が再び蓄積
を開始する時刻であるから、この動作の繰り返し時間は
時刻Ｔ６〜’Ｉ”１４、すなわちｔＢであり、また飛越
走査の間隔は時刻Ｔ６〜Ｔ１いすなわちｔｉである。

なお、奇数番目のフォトダイオード２に関しては時刻Ｔ
６〜Ｔ７が蓄積時間であり、同様に偶数番目のフォトダ
イオード２については時刻Ｔ １０ ”””’ Ｔ １
□が蓄積時間である。

前記飛越走査の間隔ｔｉは、この蓄積時間より短かく設
定されている。

第７図は、第４図に例示した装置を用いた場合の原稿１
４上の光電変換される場所を示すものであり、奇数番目
のフォトダイオード２により２５−ａ、２５−ｂ・・・
・・・２５−ｘの部分が光電変換され、偶数番目のフォ
トダイオード２により２６−ａ、２６−ｂ・・・・・・
２６−Ｘの部分が光電変換されるｏ２５’ ａ、２５
’ −す、、、、・、２５／ ｘおよび２６′ａｊ２
６’−ｂ・・・・・・２６′−Ｘは次の走査のときに光
電変換される部分である。

ＰＲは走査ピッチであり、Ｐｉは飛越走査による奇数、
偶数番目の光電変換される部分のずれを示す。

第４図において、原稿１４を矢印１８の方向に送る速度
が一定であれば上記ＰＲとＰｉの比はｔＢとｔｌの比に
等しくなるのでｔｉをｔＲに比較して十分に小さくすれ
ばＰｌはＰＲに比較して十分に小さくなり、画像の歪は
十分に小さくすることが可能である。

具体的に述べると、一例としてファクシミリの読取部に
用いたときは、ｔｉとｔＨ，の比（ＰｉとＰＲの比に等
しい）は、１：５程度まで許容できる。

ＯＣＲとして用いるときは、ｉ：ｉ。程度以下になると
（比を１：１に近づけると）読取率（正しく文字が確認
される割合）が急に低下する。

また、原稿１４を送る手段としてパルスモータ等を用い
、速度が一定でない場合には繰り返し時間ｔＢは変化す
るが、蓄積時間は一定となるように動作させる必要があ
るので上述の繰り返し時間ｔＨ，を蓄積時間と言い換え
れば同様に説明される。

なお、上記の方法において、第７図の走査ピッチＰＲは
、原稿面上でのフォトダイオードの配列ピッチ（たとえ
ば１２５μｍ）の１〜３倍という、非常に狭いピッチで
あり、しかも、このＰＲだけ副走査が行われる時間以下
にフォトダイオードの蓄積時間を設定しなければならな
い。

したがって、副走査と蓄積時間の関係から画質が低下す
るようなことはない。

また、上記の方法において、副走査は、少なくとも一生
走査（一組の飛越走査）の間は連続とみなせる副走査と
する。

以上説明したようにこの発明によれば、飛越走査が必要
な安価でビット数が多いセンサを用いても、その動作の
繰り返し時間（蓄積時間）と飛越走査の間隔の時間の比
を大きくとることによって飛越走査により生じる画像信
号の歪を十分小さくすることができ、良好な画質をもつ
図形入力装置を得ることができる効果がある。

なお、飛越走査のセンサは、フォトダイオードの数より
シフトレジスタのビット数を減らすために考えられたも
のであるが、その目的は、たとえばフォトダイオード列
を左半分と右半分に分けて各組の同一番目のフォトダイ
オードをゲートを介してシフトレジスタの１つのビット
に接続するようにしても達成される。

しかし、そのような構成法では、フォトダイオード列と
シフトレジスタ間の配線に交差部が生じるようになるの
で、一平面上に配線を施す集積回路技術でセンサを製造
できなくなる。

また、配線の長さがまちまちになり、その配線の長さに
信号レベルが影響されるので、良好な画像信号を得るこ
とができない。

飛越走査のセンサによれば、これらの欠点を解決できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は受光素子アレイ（センサ）の一例を示す構成説
明図、第２図ａないしｄは同上アレイの動作を示すタイ
ムチャート、第３図は飛越走査方式における受光素子ア
レイの一例を示す構成説明図、第４図は飛越走査を行う
同上アレイを用いた図形入力装置の一例を示す概略構成
図、第５図は同上装置を用いた場合の原稿上の光電変換
される場所を示す図、第６図ａないしｆはこの発明によ
る図形入力装置の一実施例の動作を示すタイムチャート
、第７図は同上この発明装置を用いた場合の原稿上の光
電変換される場所を示す図である。 ２・・・・・・フォトダイオード、３０，３Ｅ・・・・
・・トランスファゲート（ＴＧ）、４・・・・・・ＣＣ
Ｄシフトレジスタ、５０，５Ｅ・・・・・・フォトゲー
ト（ＰＧ）、６・・・・・・バイアス電源、７０，７Ｅ
、８０，８Ｅ・・・・・・入力線、９・・・・・・クロ
ック、１０・・・・・・出力線、１１・・・・・・アン
プ、１２・・・・・・出力端子、１３・・・・・・フォ
トセンスアレイ集積回路（センサ）、１４・・・・・・
原稿、１５・・・・・・レンズ、１γ・・・・・・照明
手段、１９・・・・・・モータ、２０・・・・・・紙送
りローラ、２１・・・・・・ピンチローラ、ｔＲ・・・
・・・繰り返し時間、ｔｌ・・・・・・飛越走査間隔、
ＰＲ・・・・・・走査ピッチ、Ｐｉ・・・・・・飛越走
査によるずれ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直線状に配列され該配列と直交する方向に移動する
   図形からの光量に応じた電荷をフォトゲートへの信号に
   応じて所定時間蓄積する複数個の受光素子と、各セルに
   夫々１ライン走査回数と同数の隣接する受光素子をトラ
   ンスファゲートを介して順次接続されたシフトレジスタ
   を有しトランスファゲートの切換による複数回の飛越走
   査により各受光素子の出力を順次時系列信号として取出
   す飛越走査回路とを備え、前記飛越走査の最初と最後の
   間隔を受光素子の電荷蓄積時間に比較して短かくなるよ
   う設定したことを特徴とする図形入力装置。