JPS5935066B2 - 走査像２進化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的走査装置に関する。

２値のディスプレイやプリンタのような利用装置への出
力するため又はそのような非コード化情報のディジタル
圧縮し送信するため像を２値化するのにいろいろなアル
ゴリズムが使用される。

これらのアルゴリズムは、或る画素の電流閾値を決定し
ようとする場合、その画素に近い複数の画素の平均値で
決まる可変的な閾値を使用する。換言すると、各１つ１
つの画素は近くの平均的な画素と比較されるが、この平
均は像をぼかず即ち廻りの画素からの値をデイジタル的
に合計する事によつて得られる。近隣閾値技法（Ｎｅｉ
ｇｈｂＯｒｈＯＯｄｔＶｌｒｅｓｈＯＩｄｔｅｃｈｎｉ
ｑｕｅ）には時にはハードウエアに或いは他の制限に応
じて種々の修正が加えられる。これらのアルゴリズムは
タイプ済みの文書及び線画に於て、例えばエツジ強調が
有益な場合非常に有効である事が判つた。隣接する閾値
基準レベルを発生する従来の装置は下記の３つのカテゴ
リに分類できる。

１鏡、レンズ、プリズムデイスク又はホイールを振動さ
せ又は回転させるというように、光学系を機械的に変化
させる事によつて焦点を合わしたりぼかしたりして１つ
の線の個々の画素力咬互に走査されるような装置。

２電気的に可変のスポツトサイズを有するフライングセ
ポツトの陰極線管（ＣＲＴ）走査装置。

３幾本かの線のデータが記憶されたアナログデイジタル
い／ω変換器で以つてデータがデイジタル化された且つ
隣りの平均値が記憶データの廻りの値から各画素毎にデ
イジタル的に計算されるような装置。

毎秒１０６のオーダーの画素というスピードの場合、（
１）に開示した方式は夫々の個々の画素の走査毎に必要
な機械的運動速度に拘束されるから実現するのが難しい
。

（２）のＣＲＴ方式はパンクロ応答、信頼性、走査の線
型性が悪く、高速でのぼかしがあまり効果的でないとい
う欠点がある。（３）の技法は高速での多数ビツトの変
換に関する問題、デイジタル式ライン（線）バツフアの
費用及び速度、及び各出力判定に必要な多くの付加例に
関係する問題の影警をうける。像走査の一般的な概念を
扱つた多数の特許がある。

例えば、０Ｃｈ１氏ほかの米国特許第４０１２５８７号
明細書は、ライン間転送電荷結合像装置（ＣＣＤ）を用
い、垂直方向のシフトレジスタの電極がこの装置の垂直
方向に整列された像ピツクアツプ部分相互間に存在する
であろう場所まで広がるよう拡大された型の固体の像感
知器を開示する。

夫々のピツクアツプ部分は、像感知領域及び転送ゲート
を含む。好適には、従来のＣＣＤ像形成装置の１つおき
の像ピックアップ鄭分が、垂直方向に関する像ピツクア
ツプ部分相互間の間隙を与えるよう除かれる。ＫＯｓＯ
ｎＯｃｋｙ氏の米国特許第３９３２７７５号明細書は電
荷結合像感知アレイに記憶された電荷を組として読出す
ことを開示する。異なる期間で異なる電荷をＣＣＤに記
憶する事が開示されるが、この場合前の期間中に内部の
電荷組み合わせが記憶される。Ｂｕｒｋｅ氏ほかの米国
特許第３９９３８９７号明細書はアレイ状の電荷記憶装
置より成る固体の結像装置を開示している。ＢｒＯｍｌ
ｅｙ氏ほかの米国特許第３９３７９４２号明細書は、複
数個の線型に配設されたチヤネルであつて夫々がその線
型長さ方向に沿う不透明度の変動によつて画成される記
録情報を有するところのマスクを照射するため２次元の
複数チヤンネル光学的相関システムを開示する。この光
源は周知の入力信号の関数として変調される。Ｌａｇｎ
ａｄＯ氏への米国特許第３９４０６０２号明細書は電荷
転送概念を用いた２次元の信号処理像アレイを開示する
。この装置はその入射する光学信号を同時に測定し、そ
の信号に線型の変換を行なう。２個のＣＣＤレジスタが
ホトダイオードアレイの夫々の側に配設される。

この２個のレジスタの電荷相互聞の差は変換され又は修
正されるデータパターンのための正又は負の両方の重み
を与えるためにその出力でとられる。本発明によれば、
暗電流及び感度の変動を打消すのと同時に像の２進化の
ための比較信号を与えるよう一時に１本の線を焦点を合
わせた像で以つて照射しそれから焦点をぼかした像で以
つて照射するというように、上記の照射が交互に繰返さ
れる光学的走査系が開示される。

一時に１本の線中の１個の画素ではなく一時に１本の線
を走査する走査線アレイの光路に於ける光路長変化素子
を介在させる事によつて焦点合わせ及び焦点ぼかしが行
なわれこれによつて光路長変化素子に対し低い動作速度
で良いという余裕を与える。走査像の焦点合わせ、焦点
ぼかしを交互に行なうために走査線アレイの光路に光路
長変化素子を介在させる事は上記のいずれの従来技法に
も開示されていない。

一時に１本の線のうちの単一素子の代りに、一時に１本
の線を走査する事によつてゆつくりした速度で光路長変
化素子を動作させる事についても何も教示していない。
更に、光応答素子、シフトレジスタ、及びゲートより成
る簡単なアナログラインメモリと、走査像の２進化を行
なうための比較手段とを有する単一の電荷転送素子チツ
プより成る走査器アレイについても従来例は開示してい
ない。又、上記従来技法には走査装置に於ける感度変化
や暗電流をどのようにして打消すかについても何も示唆
していない。本発明によれば、夫々複数個の素子から成
るｎ本の線（但しｎは整数）から成る走査像を２進化す
るための装置が提供される。

上記像中の複数個の素子から成る線を一時に１本ずつ走
査するための手段は各走査された素子の線について交互
に焦点を合わせたりぼかしたりするための手段を含む。
複数個の素子から成る各々焦点を合わせたりぼかしたり
された線は、像を表わす２進信号出力を与えるため比較
される。第１図は本発明による像形成装置を２で全体的
に示す。

光源４のような放射エネルギ源が文書８上の線６の複数
個の画素を一時に照射する。光が文書８から反射され、
レンズ１０を介してスロツト付デイスク１２のような光
路長変化手段上に集まる。スロツト付デイスク１２は第
２Ａ図及び第２Ｂ図により明瞭に示すように、１つおき
に空気の透明な誘電体部分を含む。スロツト付デイスク
１２を介して通過する光は走査チツプ１６上の光素子１
４の線上に結像される。走査チツプ１６上の光素子１４
の線はＣＣＤ又はＢＢＤのような電荷転送素子より成る
集積回路素子である。例えばクロツクパルス発生器であ
つても良いタイミング装置１８は、スロツト付デイスク
１２の回転を制御するモータ２２に線２０を介してタイ
ミングパルスを与える。タイミングパルスはまた線２４
を介して走査器チツプ１６にも与えられそのタイミング
順序を制御する。詳細な図式的プロツク図の表示を第５
図乃至第７図にも開示するので走査チツプ１６の動作は
そこで説明しよう。ここで第２Ａ図及び第２Ｂ図に説明
を移そう。

これらは夫々スロツト付デイスク１２が焦点の合つた焦
結位置及び焦点のぼけた位置にあるときのレンズ１０に
対するスロツト付デイスク１２の位置を示す。スロツト
付デイスク１２は透明な誘電体領域２６と空気を誘電体
の媒体とするスロツト領域２８とより成る。透明な誘電
体領域２６はガラス又は光学プラスチツクのような物質
から成つても良い。第２Ａ図に示すように、レンズ１０
を介しスロツト領域２８を経て光が像をつくる場合、空
気が誘電体だから光路長は変からず、文書上の線の焦結
された像は走査器アレイ上の光素子１４に与えられる。
第２Ｂ図に示すように、光がレンズ１０から透明な誘電
体素子２６を介して像をつくるとき、この誘電体素子が
光路長を長くし、これによつて焦点を変えて文書上の光
の、焦点をぼかした像を光素子１４に生じるようにする
。第３Ａ図は物体点即ち文書８上の線６上の１つの画素
である図上の点３０がどのようにして距離１２隔てた直
径ｄのレンズ１０を通り光素子１４の線上の像点３２上
に像を形成するかを示す。像点３２はレンズ１０の中心
が焦点から１１の距離にある。垂直方向の長さを拡大し
て示す第３Ｂ図は、スロツト付デイスク１２のスロツト
（空気の誘電体）須域を経て光が通過するので、光路長
が変わらないときレンズ１０がどのように結像点に像を
焦結するかを示す。第３Ｃ図には、スロツト付デイスク
１２の透明な誘電体素子２６がある場合光路長が変化す
る事により元の像点３２がどのように変化されるか、即
ち像点３２を中心とする半径ｒのぼけ円と称するものと
なるような変位した結像点３４へ移動される。即ち、焦
点のぼけた像の点３２が、現在走査されているその線の
廻りのその像の値の近くを見る事になる。換言すると、
走査されている線の各素子について、像の点３２は走査
されている各素子の近くの素子を実際は見ている事にな
る。即ち、隣接する線の複数の素子が像の点３２で感知
され、各素子に対する近隣の光の強度の平均値が判定さ
れ得る事になる。第３Ａ図乃至第３Ｃ図に示す光路長１
１及び１２、その他のパラメータは走査器アレイ１６の
光素子アレイ１４の寸法に依存する。２０００のオーダ
ーの画素の長さを有する走査器アレイが今日では市販さ
れている。

デイスク中のスロツトのような焦点ぼかし装置の走査器
の開口の長さはそのような長さの結像装置を収容できる
ものでなければならない。曲型的な結像装置、例えば自
己走査式光素子アレイで感知素子の中心から中心までの
間隔が１２．５μｍの場合、２０００画素という長さは
２５ｍｍ（約１インチ）となる。デイスク１２の廻りの
スロツトの間隔はレンズ１０の開口数の角度と光素子１
４からのスロツト付デイスクの距離とによつて制限され
る。例えば、０．１６という開口数を有し且つ光素子ア
レイ１４から２ｍｍ隔てたスロツト付デイスクの場合、
スロツト即ち空気誘電体を有する須域は幅が０．６４詣
よりも大きくなければならず、スロツト相互間の領域即
ち透明な誘電体領域も同様である。デイスクの放射方向
位置付け許容誤差を軽減するためにスロツト相互間のも
つと広いスロット及び領域を使用しても良い。簡単な幾
何学上の計算から、必要な回転速度、デイスク．ペリメ
ータ（視野計）廻りのスロツトの数、デイスクの半径及
び線走査速度の関係を与える。第１図及び第２図に示す
スロツト付デイスク装置用の光路パラメータの数値列と
して、第３Ａ図乃至第３Ｃ図の図を参照されたい。

もしも物体の寸法から像の寸法まで１０ｘの縮少が得ら
れると仮定すると、文書上で０．１２５關隔たつた画素
は走査器アレイ光素子上で１２．５μｍ隔たつた画素と
なる。ｆ数が２．８、焦点距離ｆ１が５ｍｍのレンズを
考えてみよう。レンズの有効直径ｄがｆ数（２．８）か
ら計算され、その焦点距離は下記の通りとなる。ド′？
？工′ 像距離１１と物体距離１２とはその倍率から下記のとお
り決定される。

〜−１ｚ暴 Ｖ −一Ｖ１ また焦点距離の等式は 屈折率ｎ＝１．４５で且つ２．５個分の画素半径（ｒ＝
３１．３μｍ）の焦点のぼけたぼけ円の場合、板の厚さ
はＷ＝６３０ｔｔｍ（０．０２５インチ）である。

ぼけ円の大きさは、所与の応用例で所与の例の場合、試
験文書について見て喜ばしい結果がフアクシミリ応用例
に対し与えられるよう選択される。これは人間の目の特
性及びその解像力の限界の特性に依存する。ぼけ円直径
は出力となる文書上に現われる黒と白の（Ｂ／Ｗ）エツ
ジ遷移領域の幅を決定する。例えば２０００画素という
ような素子の長いアレイの場合、光学板は像が焦点をぼ
かされるときその像の固定倍率を維持するために曲面板
（円筒レンズ部分）により交換される必要がある。

第４図は文書及び走査装置間の光路長を変える別の方法
を示す。光学系は文書３６上の線Ａの焦結像及び焦点の
ぼけた像を交互に光素子のアレイ即ち走査器チツプ３８
上の線Ｃに与える。換言すると、線Ａの焦点の合つた像
が走査器３８によつて走査され、それから焦点のぼけた
像が走査器アレイに与えられる。後で説明するように焦
点のぼけた像の部分は遅延され、焦点の合つた部分と１
本の線について各素子毎に比較され、２進化される。こ
の装置は文書３６及び顕微鏡にあるような計数線（Ｇｒ
ａｔｉｃｕｌｅ）４０が互いに一定の関係に維持される
ようにしたそんな計数線４０を含む。

走査器アレイ３８及びレンズ４２，４４，４６及びプリ
ズム４８より成る他の光学素子は一体に装着され、計数
線４０及び文書３６に平行な一様な運動で一緒に移動さ
れる。レンズ４４、鏡Ｍ３及び計数線４０は焦点の合つ
た像をオン及びオフに交互に切換えるようシヤツタ一と
して作用する。従つて計数線４０上の点からの光線はレ
ンズ４４を通り、平行になる。これらの平行光線は鏡Ｍ
３によつて反射され、再度レンズ４４を通り、計数線４
０の平面に再び焦結される。計数線４０が図示のように
位置付けられた場合、点Ｅは点Ｋに焦結され、点Ｅ１は
点Ｋ１（他も同様）に焦結される。斯して、左側の計数
線４０を経て通過する光はまた右側の計数線のところを
も通過する。しかし、計数線４０が他方の光学素子に対
し一方向に移動して行くとき、計数線４０の像は反対方
向に移動する。Ｌ／４の距離（計数線期間の１／４）、
移動された後、計数線開口Ｋｉが黒線の計数線（Ｄ１）
をそれらの上に結像させる事になるだろぅ。同様に、開
口ＥｉがＫｉ相互間の黒線上に結像される事になろう。
斯して、「焦結像シヤツタ」が閉じられる。この「焦結
像シヤツタ」はＬ／２、２Ｌ／２、３Ｌ／２で再び完全
に開く。レンズ４２及び４６は焦点Ａから焦点Ｊへ更に
焦点Ｃへと光を通過させる。レンズ４４が文書像の焦点
にあるから、この像にはその薄いレンズの付近では何の
影響も及ぼさない。レンズ４４の焦点距離はシヤツタシ
ステムでそれが使用されるために拘束されるが、レンズ
４２及び４６は解像力及び必要な寸法の縮少を得るため
に文書と走査素子との間で変化されても良い。

実際に、Ｊがその像の焦点である必要はないし、レンズ
４２及び４６が存在する位置にレンズを有する必要もな
い。重要なのはレンズ４４とともにレンズ４２と４６の
光学系が所望の通りＡからＣへ焦結する事である。図示
のシステムは多分概念的にもつとも簡単なものである。
鏡Ｍ３は最初の反射から得られる出力と鏡Ｍ３を通り、
鏡ＭＯ，Ｍｌ，Ｍ２で反射して再ぴＭ３を通る光から得
られる出力とが等しくなるよう反射性を調整した半透明
鏡である。

計数線の像がレンズ４４を通過するとき平行光線に変換
される事を思い出していただきたい。レンズ４４を通し
て再度焦結されるとき計数線像の位置がＭ３の前から反
射される像と１８００位相がずれるよう、角１度α１及
びα２がこれらの光線を傾けるよう選択される。これは
検知器がＭ３の表面から反射された光（焦結像）と、Ｍ
３を通り、ＭＯ，Ｍｌ及びＭ２を形成するプリズム４８
で反射された光とを交互にみる事を意味する。この後者
の像はプリズ乏ム４８を通る余分の光路があるために焦
点のぼけた像である。重要な要素が１つある事に留意さ
れたい。

α１，α２からの傾きが文書３６の平面上の点Ｂに図示
するように文書面内の（焦点をぼかされた）結像２点の
中心の偏倚を生じさせる。焦点を合わせた状態から焦点
をぼかした状態までシヤツタを変えるために計数線と文
書の距離を考慮して、Ｌ／４の距離、シフトする事が必
要であるから幾分かの偏倚が生じる事が望ましい。その
残りの偏倚は対称線３からｄの量だけプリズム４８をず
らす事によつて補償され得る。ｄという値はプリズムの
寸法によつて決まり、これがまた焦点をぼかす量と個々
のレンズ及び文書間の光路長とを決める。計数線像は焦
点のぱかされた像との間で瞬時的に切換わら３ないが、
その２つの像間では線型的に変化する。計数線４０は（
１）位置歩進インジケータ並びに（２）焦点合わせ焦点
ぼかしスイツチとしての２つの機能を有する。計数線が
文書の像平面にないので、欠陥のないものである必要は
なく、読みは計数線４大き”きな領域にわたつて平均化
される。また、計数線を使用する場合、早く動いたり振
動したりする機械部品は必要でない。走査器アレイ出力
が焦点の合つた像、焦点の合わない像両者間でではなく
、色のレンジ相互間で変り得るよう、半透明鏡Ｍ３の代
りにシクロの鏡と出来るだけ小型のプリズム４８とを使
用しても良い。

即ち可視光と赤外線との差を比較する事になる。本発明
を実施するに際し更に別の焦点合わせ、焦点ぼかし方式
も使用し得る事を理解されたい。

例えば、レンズ又は結像装置が機械的運動するものをス
ロツト付デイスク又は計数線の代用としても良く、反射
デイスクをスロツト付デイスク又は計数線の代りに使用
しても良く、更にスロツト付デイスク又は計数線の代り
に揺動鏡を使用しても良い。ここで第５図を参照すると
、本実施例の装置の簡単なプロツク図表示が示される。

ホトエレメントアレイ１４を含む走査器アレイ１６が図
示される。上述のとおり、クロツクパルス発生器のよう
なタイミング装置１８が線２０でモータ２２にタイミン
グ信号を与え、光路長光学的変化手段としてのスロツト
付デイスク１２（第１図）を制御する。線２４（第１図
）は走査器アレイ１６に接続された複数個の制御信号線
より成り、その中の信号の流れ、比較器５０に向かう信
号の流れを制御する。比較器５０は出力線５２上の像を
表わす線に各一連の画素を表わす２進化データ出力を与
える。ホトゲートアレイ即ち走査器アレイ１６は図示し
ないが複数個のホト素子を含み、一定の電圧のホトゲー
ト信号を線１４を介してそこに与えさせ、走査器アレイ
１４で焦点合わせ像及び焦点ぼかし像が交互に感知でき
るようにする。ある所定の時刻に走査器アレイ１６上の
転送ゲートに線５６を介して転送信号が与えられ、感知
された光の信号を表わす一団の電荷を走査器アレイ１６
上に形成されたシフトレジスタ（図示せず）に通す。線
６２上のタイミング信号φＶに応答し、焦点を合わされ
たデータを表わす一団の電荷ＦＥＴ（図示せず）のゲー
ト電極に与えられ、該ＦＥＴがその電荷信号を線６５上
の電圧信号に変換する。線６５は比較器５０の非反転入
力に接続される。焦点をぼかしたデータを表わす一団の
電荷が、線６４上にタイミング信号φ１５を与えるのに
応答して走査器アレイ１６上に形成された、図示しない
第２のシフトレジスタの中にシフトされ、そしてタイミ
ング信号φ１及びφ２に応答して上記第２のシフトレジ
スタの一連のステージを経てシフトされ、図示しない第
２のＦＥＴのゲート電極に与えられる。上記第２のＦＥ
Ｔでは電荷信号を線６７上の電圧信号に変換する。線６
７は比較器５０の反転入力に接続される。上述の出力Ｆ
ＥＴに接続された電荷電送回路は出力ゲート信号０Ｇ線
６６でそこに与えさせ、出力ＦＥＴのゲートへの信号電
荷の移動を可能ならしめて線６５及び６７上に夫々出力
電圧信号を与える。線６８にはりセツトゲート信号ＲＣ
が与えられ、りセツトドレイン電圧が線７０上に与えら
れこれによつて各比較サイクルの終りに出力ＦＥＴをり
セツトする。＋ＶＤＤと図示した作動電圧が線７２及び
７４を介して夫々の出力ＦＥＴのドレインＤ電極に与え
られる。焦点を合わされ且つ焦点をぼかされた出力ＦＥ
ＴからのソースＳ出力は夫々線６５及び６７に接続され
る。ＦＥＴは出力負荷抵抗ＲＬＦ及びＲＬＤへ夫々ソー
スフオロワモードで接続される。上述の焦点合わせされ
た出力電圧は比較器５０の非反転入力に接続され、焦点
をぼかされた出力は反転入力に接続される。この２進化
比較器出力のための極性は出力用の文書に高出力ビツト
で黒点を与えるプリンタに直接適用し得る。出力極性の
選択は比較器の入力接点を切換えて反転させる事もでき
る。比較器５０のバイアスレベルを制御するためにバイ
アスオフセツト回路網７８が設けられる。バイアスオフ
セツト回路網７８の一実施例は可変抵抗７６及び正の制
御電圧（＋Ｂ）及び負の制御電圧（−Ｂ）より成る。も
つと複雑なバイアス回路網が使用され得る事も容易に理
解できよつ。この分野の当業者であれば、該走査器アレ
イ１６上の出力ソースフオロワのためにＮチヤネル．エ
ンハンスメント．モードＦＥＴを使用し且つＮチヤンネ
ルＣＣＤシフトレジスタを使用する事が増大した光入力
のための出力電圧に負の振れを生じる事が理解されよう
。

この反転は比較器入力を選択するのに考慮されよう。第
６図及び第７図は走査器アレイ即ちチツプ１６及び関連
デバイスの夫々プロツク図及び集積回路の物理的なレイ
アウトを示す。

ホトダイオードアレイ１４は第７図、第７Ａ図、及び第
７Ｂ図に明瞭に示すように従来技術の集積回路製造技法
を用いた走査器アレイ１６のチツプ上に形成された光素
子８０，８２，８４，８６，８８，９０，９２及び９４
より成る。実際にも、非常に多くの光素子が使用される
事を理解されたい。今日の技術では１つのチツプ上に２
０００のオーダーの光素子を製造できる。従来技術が増
加してくると、１つのチツプ上に使用され得る光素子の
数もこれに応じて増加してくる。個々の光素子が光を感
知するとき個々の光素子に一団の電荷が現われこれによ
つて個々の光素子がその個々の出力から転送ゲートデバ
イス９６に与えられる。ゲート９６は第８Ａ図に９７で
示すような転送電圧パルスを線５６を介して予め選択さ
れた時刻にそこへ与えさせ、これによつてその個々の一
団の電荷をＣＣＤデバイスのような電荷転送デバイスよ
り成る第１シフトレジスタ９８に転送する。゛文書を前
進さて次の線がその後も走査され得るよう文書前進機構
（図示せず）にも転送ゲートパルスは与えられる。第８
Ｂ図及び第８Ｃ図に夫々示されるように線５８及び６０
上のφ１及びφ２のパルスを与えるのに応じて、一団の
電荷が第１シフトレジスタ９８の１つのステージから次
のステージへと良く知られた態様で転送され、更にそこ
から、集積回路チツプ上に形成された転換器１０２のよ
うなゲート装置の第１入力１００に転送される。焦点の
ぼけた像が光素子１４上に結像され、夫々の近隣の値に
対応する光で発生された一団の電荷がホトゲートのとこ
ろで集積され、これが十分集積されると上述のように転
送ゲート９６を介して９９（第８Ａ図）で示すように第
１シフトレジスタ９８の中へ転送される。

この転送時に、光路長変化手段は像を焦結し、その焦結
された画素は次の転送パルス１０１（第８Ａ図）まで集
積される。該次の転送パルス１０１が発生するとき、文
書は線Ｊ＋１まで前進され、像電荷情報が第１シフトレ
ジスタ９８の中に転送される。この集積期間中、シフト
レジスタ中の電荷は光素子から第１シフトレジスタ９８
への電荷の各転送毎に第１シフトレジスタ９８がそれ迄
に間に合つて空になるようシフトレジスタ中の電荷がそ
の出力へ移動される。

上記で開示したように、クロツクパルスφ１及びφ２（
夫々第８Ｂ図及び第８Ｃ図に示す）は一団の電荷を該シ
フトレジスタに沿つて指示された方向に前進させる。２
つの位相のクロツクがあれば、電荷移動方向を決めるた
めに所与の不整が必要となる。

非常に多数の位相がある場合、電荷の流れる方向は位相
が調時される際の順序によつて制御される。クロツクは
従来技法で知られているように適度の重畳を生じつつ一
定の立上り立下り時間を有しなければならない。第１シ
フトレジスタ９８からの焦点をぼかした一団の電荷は線
６４上のφＶ′パルス（第８Ｄ図：が線５８上にある（
第８Ｂ図）とき転換器１０２を介して第２シフトレジス
タ１０４に差し向けられる。これは焦点をぼかされた像
の一団の電荷を第２シフトレジスタ１０４に通す。焦点
合わせされた一団の電荷は線６２上のφＶパルス（第８
Ｅ図）が線５８上のφ１パルス（第８Ｂ図）と同時に生
じるとき焦点合わせされたデータのための出力ＦＥＴに
差し向けられる。転換器１０２の出力からの焦点の合つ
たデータは線１０６上に与えられ第２シフトレジスタ１
０４からの焦点のぼかされたデータは線１０８上に与え
られる。焦点のぼけた像信号は比較器５０の反転入力に
与えられ、焦点の合つた像信号は比較器５０の非反転入
力１１２に与えられる。そしてその２進化像出力が出力
線５２上に与えられる。バイアスオフセツト回路網７８
′及び黒白沿革（ＨｉｓｔＯｒｙ）回路網１１４が夫々
の入力で焦点の合つた信号及び焦点のぼけた信号を受け
る。

黒白沿革回路網１１４がダイオード．コンデンサ．ピー
ク．フオロワより成り、これが黒と白の焦点合わせされ
た値と焦点のぼけた値の以前の極大値に基づいてバイア
ス振幅の正規化を与える。換言すると、文書が走査され
る場合、閾値分布図分割線の傾き、位置更には形状さえ
も変化されるかもしれない。曲型的な閾値分布図が第９
Ａ図乃至第９Ｃ図に開示してある。黒白沿革装置の出力
は線１１６を介してバイアスオフセツト回路網７８′に
与えられ、これは次に比較器５０のバイアスレベルを制
御する。電荷転送装置の１つの限界は既にぼかされた焦
点ぼけデータのための第２シフトレジスタ、長い光路の
ような像データのぼけを実際上生じさせる電荷転送が効
率の良くない事である。

転送効率の良くないという問題は基本結像装置の出力即
ち第１シフトレジスタ９８からの出力に余分の有意エラ
ーを何ら加えないようにするからである。上述のように
、第７図は走査器アレイ１６として機能するＣＣＤチツ
プの積層構造を示す。シリコン基板１２２はチヤネル又
はデバイスを良く形成するための写真平版技法のような
周知の技法を用いてこれに第１パターンを与えている。
この構造の目的はチツプ表面の特定の領域内での電荷の
運動を抑制する事である。これらのチヤネルは第７Ａ図
に厚い酸化膜層１３２，１３４及び１３６相互間の夫々
薄い酸化膜層１２８及び１３０上に形成されるチヤネル
１２４及び１２６として示される。チヤネル１３８はま
た第７Ｂ図に厚い酸化膜の層１４２及び１４４相互間の
薄い酸化膜層１４０上にも示される。これらのチヤネル
は１９７５年ＮｅｗＹＯｒｋ（７）ＡｃａｄｅｍｉｃＰ
ｒｅｓｓ社発行、Ｃ．Ｈ．Ｓｅｑｕｉｎ氏及びＭ．Ｆ．
ＴＯｍｐｓｅｔｔ氏著の「電荷転送デバイス（Ｃｈａｒ
ｇｅＴｒａｎｓｆｅｒＤｅｖｉｃｅｓｌ以下ＣＴＤと呼
ぶ）」の第４３頁の第３．１０ｂ図に開示されているよ
うな方法で形成されても良い。チヤネルを形成する他の
方法はテキストの付随する説明とともに上記ＣＴＤの第
３．１０（ｎ）図に示される。その後、ポリシリコンの
２つの層と、導電性の非晶質シリコン材料がチツプの表
面にパターン化される。

１番目の層は積層１，２番目の層は積層２と名付ける。

ポリシリコンの各層はその表面にＳｉＯ２のような酸化
絶縁被膜表面を有する。第７Ａ図に於て、積層１及び積
層２の層は夫々１４６及び１４８で示され、夫々絶縁被
膜１５０で覆われる。もしも２位相ＣＣＤシフトレジス
タが一団の電荷を移動させるのに使用されるならば、作
りつけの不整が電荷の流れの方向を決める事が必要であ
る。

この不整は薄いチヤネル酸化物の厚さの変動によつてか
又はＣＴＤの第３．６図に関して説明されるような注入
障壁によつて得られる。ポリシリコンにより覆われない
薄いチヤネルの領域は第７Ｂ図に夫々１５２及び１５４
で示したようなりセツトＦＥＴ並びに出力ＦＥＴｌ５６
及び１５８のための拡散されたソース及びドレインであ
る。

前にも説明したように、ＦＥＴｌ５６及び１５８が夫々
ゲート電極１６０及び１６２での一団の電荷入力を夫々
のソース電極６４及び６６での電圧に変換する。分り易
くするため、第７図は一連の層の構造を示すために光感
知器の積層１と積層２の領域とシフトレジスタ頃域との
間に１６４で示すようなギヤツプを示す。

実際、積層１及び積層２の領域は夫々第７Ａ図及び第７
Ｂ図の１６６及び１６８で示すように一部重畳している
。第７Ｂ図に示すように、拡散領域１５２及び１５４の
上の薄い酸化膜層１４０を介して接点窓が食刻され、金
属のオーバレ一１７０及び１７２がそこに与えられ、外
部の装置に電気的接続が行なえるようにする。

必要であればポリシリコンの中に接点窓が食刻されても
良い。上述のように、本発明の走査装置は暗電流と感度
変動を打消すよう設けられる。

ＣＣＤホトゲート検知器、ホトダイオード検知器を有す
るＣＣＤｌホトダイオード検知器を有するＢＢＤ等のよ
うなシリコンの光感知器では、光が電子の孔の対を生じ
る。この対はデバイスの空乏領域を横切つて分けられ、
孔又は電子のいずれかが情報信号として集められ、所与
の光素子の中にどれだけ多くの光が集積されたかを該情
報信号が決定する。熱的に発生された電子一孔の対の中
の光感知器の中に存在する非平衡状態は、光が発生する
電荷とともに含まれる。光素子の材料又は構造中の局部
的に生じた欠陥又は不均一性の故に光素子から光素子へ
とこの漏洩電流が変化する。走査器の出力では、熱又は
光子の発生した電荷を識別する方法はない。過度の漏洩
電流を有する光素子はその像の対応する点で輝点として
現われる。適用可能な閾値を調べるためにラプラスの式
を計算して像の点をその近くの点と比較すれば、この誤
差の項は特に重要になる。しかし、本発明で開示された
焦点合わせ一焦点ぼかし装置は同じ光素子を用いてその
像の１つの点のための情報とその周囲の点のための情報
を集める事になる。即ち、同じ光素子が同じ点について
の焦点の合つた像とぼけた像について情報を集める。斯
して、両者の点即ち焦点の合つた点と焦点のぼけた点と
が比較されるとき、余分の漏洩電流成分が打消される事
になる。暗電流を打消す例としては、Ｘｆ（ｎ）と名付
けたｎ番目のセルに焦点の合つた像点から光が入り、Ｃ
ＣＤ出力からＹ，（ｎ）と名付けた対応する電荷信号が
ある場合を考えてみよう。

ｎ番目のセルの応答性即ち光子から電荷への変換効率が
ａ（ｎ）であり、そのセルの漏洩電流がｂ（ｎ）である
と仮定する。線１０６上の焦点の合つた像のシフトレジ
スタからの出力は下記の通りである。焦点のぼけた像の
値Ｘ，（ｎ）は同じ応答項ａ（ｎ）と同じ漏洩項ｂ（ｎ
）との影響を受ける。

何故ならば隣接する周囲の焦点のぼけた値がそれらの個
々の焦点の合つた像の点に於て同じ光素子の中に集めら
れるからである。しかし、焦点をぼかした値は全て第２
シフトレジスタ１０４に転送され、その中でそれらが第
２シフトレジスタにある期間中、幾分かの漏洩電流を取
出す。何故ならば夫々の焦点の合つた信号が第２シフト
レジスタを介して元全に通過するからであり、従つて第
２シフトレジスタ中に等しい時間量、とどまるからであ
る。この漏洩電流は入力点ｎとは独立の全ての出力に加
えられる値ｃを有する。第１シフトレジスタからの漏洩
電流は焦点の合つた出力と焦点をぼかした出力との両方
に加算されるｎに依存する値ｂ（ｎ）に含まれる。斯し
て、線１０８上の焦点をぼかしたシフトレジスタ１０４
の出力は次式で与えられる。

ＵＵ 項ｃが変化しないので、バイアス回路網７８′から比較
器５０へのバイアス入力によつて打消され得る。

感知された焦点の合つた像と焦点のぼけた像との差は次
式で与えられる。従つて、焦点の合つた像の点がその周
囲のもの（焦点のぼけた像の値）よりも大きければ（明
るければ）、であり、従つてａ（ｎ）が正ならば −Ｕ となり、ｂ（ｎ）の漏洩電流値には依存しない。

両者の差はその周囲の点よりも像点の方が暗い場合Ｏで
ある。この固有の打消特性は各出力信号に於ける誤差量
ｂ（ｎ）を調べるためある種のメモリに基づく漏洩電流
の補償の必要性をなくす。従つて、暗電流及び装置の感
度の変動に拘らず像点の画素がそのまわりの焦点のぼけ
た点の値よりも明るいかどうかを調べた。実施例の場合
、もしもＹ，（ｎ）〉Ｙ，（ｎ）であれば、２進値のＯ
即ち白出力が与えられ、もしもＹｆ（ＮＫｙ，（ｎ）で
あれば、２進値の１即ち黒出力が与えられる。両者が等
しい場合、その出力は中間的な値をとり、白になるかも
しれないし黒になるかもしれない。第５図には、バイア
ス回路網７８から比較器５０へー定のバイアス電圧が印
加させられるものとして比較器５０が示されている。

第６図には、バイアス回路網７８′が示され、これは現
在の焦点の合つた信号入力及び焦点のぼけた信号入力と
、前の焦点の合つたデータ入力及び焦点のぼけたデ―夕
入力に依存する黒白沿革入力とに基づいて比較器５０へ
可変バイアスを与える。一定のバイアス電圧が上記で説
明した一定の暗電流項ｃを打消すよう使用されても良い
。この結果、第９Ａ図に示すような閾値分布図を生じる
。この図は、絶対黒に対するＯから飽和白に対する２５
５まで変化する焦点値を与える横座標を有する。同様に
、縦軸は考慮中の画素の焦点をぼかした点の電流値を与
える。比較器の出力状態は、もしも焦点の合つた値が焦
点をぼかした点の値よりも大きければ白（代）であると
選択され、またもしも焦点の合つた値が焦点をぼかした
値よりも小さければ黒（Ｂ）であると選択される。その
値が等しければ、比較器５０の出力は中間であり、黒に
なるかもしれないしまた白になるかもしれない。黒出力
と白出力とを生じる縦軸と横軸の対から成る領域が、閾
値を決める境界線１２０の両側に夫々の文字Ｂ及びＷで
示されている。この一定のバイアス電圧表示は、定のバ
イアスが焦点を合つた値及び焦点のぼけた値や過去の黒
白沿革とは独立の値であつて、そのもつとも簡単な形式
のバイアス回路網である。或る種の応用例では、第９Ｂ
図に示すようにバイアスのずれ量をふやす事が望ましい
かもしれない。ここでバイアス量は白と判別するのに有
利なようにずらされる。これは文字出力を黒として且つ
より大きな一様な領域を白として含む隔たつた複数の線
を有する事が望ましい光学的文字認識装置（０ＣＲ）の
ような応用例で有用である。これは灰色の背景レベルの
徐々の変動を除去する。その像の大きな一様領域は基本
的に等しい像の点及び近隣の値を有する。第９Ａ図に示
すように、Ｂ／Ｗの判定は紙のノイズ、汚れ、飛びはね
等に非常に敏感である。第９Ｂ図に示すような余分のバ
イアスがこれらの公称で一様な領域を白にさせる。大き
い一様な黒の領域が黒として表わされるようなフアクシ
ミリ応用例の場合、第９Ｃ図に示すようなバイアス閾値
分布図の方がより適すると思われる。この図のバイアス
は焦点合わせされた像の電流値に線型的に比例する。暗
い頃域は黒と判定され易いようにバイアスされ、明るい
領域は白と判定され易いようにバイアスされる。文字の
エツジ及びその他の像の境界は尚も適当なり／Ｗ遷移を
有する。このようなり／Ｗ判定のための制御はバイアス
回路網７８′及び第７図に示すような沿革装置１１４を
使用する事によつて行なわれる。換言すれば、傾き、位
置、及び閾値図境界線の形でさえ、文書が走査されるの
に従つて変化されても良い。画素から画素へというので
はなく線から線へといつた態様で焦点合わせ、焦点ぼか
し動作を使用する事の利点は丈線の走査の期間中、その
像の光電子を集積するようＣＣＤ走査器の能力から引出
される。

これは走査器の感度を増加させ、所与の頁の走査速度に
必要な照射量を減少させる。更に、その像は各画素毎に
一度ではなく線当り一度だけ焦点の合つた状態から焦点
のぽけた状態へまた元へと切換えられる。従つて、走査
器の機械部分は低速で動作しても良い。ＣＣＤ技法を用
いた単一チツプ上に感光素子、第１アナログシフトレジ
スタ、転換器及び第２アナログシフトレジスタを含む事
によつて他の代替例よりも利点が生じる。

電荷がチツプの廻りで移動されるとき一団の電荷が保存
され信号が別個の一団の電荷の形で維持されるので、正
確度が改良される。もしも電荷が１つのシフトレジスタ
から取出され、電荷電圧変換器を経てチツプを離れ、そ
れから更に従来技法で行なわれるように電圧電荷変換器
を経て第２シフトレジスタチツプに戻されるならば、第
２シフトレジスタ中のデータはこの変換過程中、非線型
性の影響を受け、これによつて第１シフトレジスタから
直接得られたデータ出力と食い違いを生じる。この非線
型性の問題は、第１レジスタからデータをとり、それを
例えば１画素あたりのバイトでデイジタル値に変換する
ようアナログデイジタル（ん乍）変換器を用いデイジタ
ルバツフア中に焦点のぼけたデータを記憶し、且つデイ
ジタル的に焦点の合つた像と焦点をぼかした像とを比較
する事によつて回避できる。このデイジタル的方法は現
在利用可能なＡ／Ｄ変換器で以つて価格と速度の問題を
ひきあうようにしている。如上のように、所望の走査器
アレイがコンパクトで比較的安価な装置を提供し、しか
も現在のところ周知の走査装置では打消せない感度の変
動と、暗電流とを打消す事ができる事が理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による像走査装置の図式的プロツク図で
ある。 第２Ａ図及び第２Ｂ図は溝付デイスクのような光路長変
化手段を現わす図式図である。第３Ａ図乃至第３Ｃ図は
溝付デイスクのような光路長変化素子がどのようにして
像の焦点合わせ及び焦点ぼかしを交互に行なうかを示す
図である。第４図は顕微鏡で用いられるような計数線を
含む光線長変化装置の図式図表示である。第５図及び第
６図は本発明による像感知装置を表わすプロツク図であ
る。第７図は像走査装置の集積回路部分の物理的なレイ
アウトを示す図である。第７Ａ図及び第７Ｂ図は線Ａ−
Ｎ及びＢ−Ｂ′の夫々に沿つてとつた第７図の集積回路
の断面図である。第８図は第６図及び第７図に示す装置
の動作を理解する助けとなる波形関係図である。第９Ａ
図乃至第９Ｃ図は第５図及び第６図に示す出力比較器を
偏向する代替方法を示す閾値分布図である。６・・・・
・・（複数個の画素から成る）線、１４・・・・・・（
ＢＢＤ．ＣＣＤ等の）光素子アレイ、１６・・・・・・
走査器チツプ（走査器アレイ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の画素から成る線を、整数であるｎ本有する
   走査像についてこれを２進化するための装置にして、一
   線上にある複数個の感光性の電荷転送素子に上記像中の
   一線上の画素を一時に結像する結像手段であつて、上記
   電荷転送素子の各々が光学的に発生される電荷及び熱学
   的に発生される電荷を含み、該複数個の電荷転送素子か
   ら一団の電荷を発じるところの上記結像手段と、上記感
   光性の電荷転送素子に上記像の各一線上の画素を交互に
   焦結したり焦点をぼかしたりするため各結像される一線
   上の画素の実効光路長を２つの値の間で交互に変える光
   路長変化手段と、上記感光性の電荷転送素子からの焦結
   された一線上の結像画素又は焦点をぼけされた一線上の
   結像画素の一団の電荷を並列に受取る第１の電荷転送ゲ
   ート手段と、上記第１の電荷転送ゲート手段から夫々並
   列に且つ交互にゲートされる焦結された一線上の又は焦
   点をぼかされた一線上の結像画素に対応する上記一団の
   電荷を有する第１の電荷転送シフトレジスタと、上記第
   １の電荷転送シフトレジスタからの焦結された一線上の
   又は焦点をぼかされた一線上の結像画素に対応する上記
   一団の結像画素を交互に受取るための第２の電荷転送ゲ
   ート手段であつて、その第１の出力からは焦結された一
   線上の結像画素に対応する上記一団の電荷を与え、その
   第２の出力からは焦点をぼかされた一線上の結像画素に
   対応する上記一団の電荷を与える上記第２の電荷転送ゲ
   ート手段と、上記第２の電荷転送ゲート手段の第１の出
   力及び第２の出力のうちの一方の上記一団の電荷を受取
   る第２の電荷転送シフトレジスタと、上記第２の電荷転
   送シフトレジスタで受取られた、上記第１及び第２の出
   力のうちの上記一方の一団の電荷と、上記第２の電荷転
   送ゲート手段の上記一方と異なる他方の出力の一団の電
   荷とを、夫々第１及び第２の電圧に変換する変換手段と
   、上記第１の電圧が印加される第１の入力と上記第２の
   電圧が印加される第２の入力とを有する比較器であつて
   且つ、上記第１及び第２の電圧中の上記熱学的に発生さ
   れる電荷により生じる電圧成分を上記比較器が実質的に
   相殺し、上記第１及び第２の電圧中の上記光学的に発生
   される電荷により生じる電圧成分の差に基づく２進化信
   号を出力として生じる上記比較器とを具備する走査像２
   進化装置。