JPH0834566B2

JPH0834566B2 - 放射センサの操作方法

Info

Publication number: JPH0834566B2
Application number: JP61046479A
Authority: JP
Inventors: セパイデイニヤール
Original assignee: クロスフィールドエレクトロニクスリミティド
Priority date: 1985-03-08
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: EP0197634B1; JPS61213643A; US4698515A; GB8506050D0; EP0197634A1; DE3672062D1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は複数個の放射感知装置および協働する転送バ
ッファを有する放射センサの操作方法に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕

放射感知装置（ホトサイト）の整列されたもの（アレ
イ）有する放射センサは入射される放射、特に光を監視
するため、種々の分野で用いられる。放射感知装置は該
装置に入射される合計の放射に関する電荷を展開するた
め入射される放射を積分する。該電荷は転送段階におい
て、協働する転送バッファへ転送され、該転送バッファ
は便宜上、電荷結合デバイス（CCD）により構成され
る。典型的には、転送バッファは１個またはそれより多
くのシフトレジスタによって構成される。該１個のシフ
トレジスタまたは複数のシフトレジスタの内容は次いで
入射される放射に関する情報を得るよう転移される。最
適な速さに対して、該アレイが露出されている間、前の
転送からの１個または複数個のシフトレジスタの内容は
同時に転移される。

これらのアレイは、フラットベッド走査（flatbed sc
anning）のような画像走査の分野において特別な応用を
有する。この応用においては、透明体が照明源と放射感
知装置の直線状アレイとの間に位置され、相対的な運動
が該アレイと該透明体との間にひき起こされ、画像を含
む透明体は走査される。透明体から光感知装置への入射
光の量を非常に正確に決定することは益々重要になりつ
つある。本発明者等は、高度なコントラストで透明体を
走査する時、商用のセンサの収差が特に明白であること
を発見した。このことは、照明の程度に依存して現われ
る連続的に可能するレベル転移において証明される。

この問題を取扱う１つの試みは、英国特許公報GB-A-2
126781号に記載されている。この方法は好結果が立証さ
れたが、放射センサが周期的にマスクされることが要求
され、応用分野によってはマスクの付加が困難である。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明においては、複数個の放射感知装置、該放射感
知装置と協働する転送バッファ、および該転送バッファ
と実質的には同一であって放射感知装置と協働しない少
なくとも１つの絶縁バッファを具備する放射センサの操
作方法であって、該方法は、（ａ）各放射感知装置が入射する全放射に関する電荷を
蓄積し、同時に、該転送バッファおよび該絶縁バッファ
の内容を規則的な周期で順次読み出すように、放射に対
し該放射センサを露出する段階、（ｂ）該放射感知装置に蓄積された電荷を対応する転送
バッファへ転送する段階、および（ｃ）同時に段階（ａ）と実質的に同様な条件のもと
に、該センサを露出し、該転送バッファおよび該絶縁バ
ッファの内容を同じ規則的な周期で順次読み出す段階、を具備する。

上記収差に対する最も巧みな説明は「周辺応答」であ
る。周辺応答は、入射された放射に応答して転送バッフ
ァに造られた電荷である。本発明は、放射感知装置に蓄
積された累積電荷を２つの読み出し段階の間に、転送バ
ッファへと転送する一方、同じ規則的な周期の２倍で転
送バッファおよび絶縁バッファの内容を順次読み出すこ
とによって周辺応答の影響を克服する。

段階（ａ）における第１の読み出しの間、読み出し位
置において測定されたような周辺応答は徐々に増加す
る。しかしながら、転送バッファが一度完全に読み出さ
れるごとに一度、読み出し点において測定された周辺応
答は、一定値を保持し、その後繰返しの読み出しに提供
される。（段階（ｂ）の転送時間は段階（ａ）および
（ｃ）の持続時間に比較して無視できるということは認
識されるべきことである。）このことは、得られるべき
放射感知装置から転送された真の情報を可能にする。何
故ならば、このことは、それが読み出される時、同じ一
定の量によって変形されたからである。

便宜的に、該バッファは段階（ｃ）において段階
（ｂ）と同じ順序で読み出される。しかしながら、この
ことは、両段階において、各バッファがその他のものと
同じ回数読み出されるならば、本質的なことではない。
さらに段階（ａ）および（ｃ）の各々において、該バッ
ファは１回より多く読み出されることができる。このこ
とは、読み出しの周期と所望の露出時間との間の関係に
依存する。

各段階（ｃ）において読み出される転送バッファの内
容は、直ちに処理されまた後続の処理のために蓄積され
得るが、一方段階（ａ）で読み出される転送バッファの
内容は無視されるべきである。

該方法はさらに、段階（ｃ）に続いて、段階（ｃ）の
間に放射感知装置に蓄積された電荷を対応する転送バッ
ファへ転送する段階（ｄ）、および次いで段階（ａ）か
ら（ｃ）を繰り返し、同時に連続する異なる条件のもと
で該センサを露出する段階を具備することが好ましい。

該異なる条件は、同じ位置から異なる波長の放射に対
して、および異なる位置から同じ波長の放射に対してセ
ンサを露出することを含めてもよい。

典型的には、該放射は可視的な放射を含む。

放射感知装置は１次元または２次元のアレイとして配
列され得る。

段階（ｃ）で読み出された情報は種々の方法で処理さ
れ得るが、該方法が、さらに、少なくとも１つの絶縁バ
ッファから読み出された情報からの周辺応答修正を決定
し、周辺応答修正をもって転送バッファから読み出され
た情報を変形する段階を具備すると便利である。

周辺応答の効果は、転送バッファから転送される電荷
に１つの電荷を付加することにある。そして、本発明に
よれば、この電荷は一定であるから、直流オフセットを
構成する。そして、それは、転送バッファから読み出さ
れた情報からのオフセットを単に差引く（すなわち、周
辺応答修正）という簡単なことである。

このことは、特にフェアチャイルド社製CCD151のよう
な従来型のセンサを用いる時有用であり、該センサは既
に幾つかの絶縁バッファを含んでいる。該絶縁バッファ
は、温度の影響およびいわゆる暗電流に対してなされる
補償を可能にするよう設けられた暗基準セルバッファか
ら転送バッファを分離するため設けられる。絶縁バッフ
ァの内容はあらかじめ無視されている。このように、本
発明は、従来型のセンサアレイを用いるのに特に適して
おり、かつ、装置に何等物理的な変更をしなくてよく、
代りに読み出された情報の処理における簡単な変更でよ
い。

本発明は、暗基準バッファからの情報の従来型の使用
と対照されるべきである。これらのバッファはアルミニ
ウムで覆われたそれぞれのホトダイオードと協働してい
る。これらのホトダイオードによって蓄積された電荷
は、このようにして、暗電流効果および熱電気効果を表
わす。しかしながら、本発明は、温度効果なしで得られ
るべき周辺応答の指示を可能にする。換言すれば、暗基
準ホトダイオードの温度ドリフトによる周辺応答におけ
る変化が除かれる。

段階（ａ）および（ｃ）において、放射センサが実質
的に同じ条件のもとに露出されるということもまた注意
すべきことである。このことは、本発明者等が、もし露
出条件が変化するならば、例えば入射光の波長（すなわ
ち色調）に変化があるならば、周辺応答は異なるという
ことを発見していたから重要である。

従来型のセンサアレイにおける放射感知装置の多くを
観察すると、一般に、２個またはそれより多い分離した
グループの転送バッファを設けることが必要とされる。
典型的には、転送バッファのこれ等のグループは、電荷
結合デバイスによって構成され得るシフトレジスタを具
備する。この場合において、各グループにおける周辺応
答は同じ露出段階の間に異なるかもしれない。そしてそ
の影響は動的なレジスタ不均衡を上昇する。従って、周
辺応答修正は、転送バッファの各グループからの、１個
またはそれより多い絶縁バッファにおける情報から決定
されることが望ましく、該転送バッファから読み出され
た情報は対応する周辺応答修正に従って変形される。

本発明は、透明体が光源と、放射感知装置の直線状ア
レイを有する放射センサの間に透明体が置かれた画像走
査に対して特に適用可能であり、該透明体とセンサの相
対運動は各一連の段階（ａ）から（ｄ）の後に行われ、
それにより、該透明体は走査される。このような走査は
知られた方法におけるモノクロームまたはカラー走査で
あり得る。

また、本発明は、例えば、かすかな物体が直流オフセ
ットによって不明瞭である天文学において、文書または
フィルムに対するカラーまたはモノクロームの高品位な
再生に、テレビジョン装置を用いた監視に適用される。
また、本発明は、もしフィルムが再送信を要求される場
合のテレビ映画に、そして勿論特にカラーのファクシミ
リ送信に応用が見出し得る。

〔実施例〕

以下、本発明の方法を行う画像走査装置の一例が添付
の図面を参照して記載される。

画像走査装置は白色光源１、および光源からの光が入
射される収束レンズ２を具備する。回転フィルタ円板３
はレンズ２の下流に位置し、フィルタ円板３を通過する
光は透明体４に入射する。透明体４は従来型の支持体
（図示せず）に装着される。透明体４からの光はホトサ
イトの直線状アレイ５に衝突する。これは、この技術分
野において、よく知られた従来型のフラットベッド走査
配列であり、詳細は記載を省略する。

フィルタ円板３は連続して赤，青、および緑の光を伝
達するよう配列された３個の領域を具備してもよい。

アレイ５は直線状に配列された複数個のホトダイオー
ド６（第２図）を具備する。実際には、少なくとも3500
個のホトダイオード６が存在する。２個のシフトレジス
タ7,8（転送バッファのそれぞれの一組を構成する）は
ホトダイオード６の両側に位置し、１つおきにホトダイ
オードは電気的にそれぞれシフトレジスタ7,8に接続さ
れる。シフトレジスタ7,8の直列の出力はマルチプレク
サ９に接続され、マルチプレクサ９はホトダイオードの
内容に対応して多重の出力を次々に供給する。好適なア
レイ５の一例はフェアチャイルド社製CCD151である。

アレイ５からの多重化された出力は、下記のように円
板記憶装置11へ出力を選択的に供給するマイクロプロセ
ッサ10へ供給される。

シフトレジスタ7,8は２種の型12、13から成る幾つか
の余分の転送バッファを含むということが第２図からわ
かるであろう。転送バッファ12は暗レベル信号の概略指
示を供給するためアルミニウム被覆された暗セルであ
る。これらの暗セル12は幾つかの絶縁セル13によって転
送バッファの残余のものから分離される。例えば、各シ
フトレジスタ7,8には５個の絶縁セル13が存在する。従
来型のCCDアレイにおいては、絶縁セル13の目的は単
に、暗セル12とシフトレジスタ7,8の転送バッファの残
余のものの間の１つのバッファを提供することにある。

使用上は、フィルタ円板３は、透明体４が繰り返し一
連の赤，緑および青の光によって照明されるように回転
する。次いで、その光は、アレイ５（シフトレジスタ7,
8を含む）に衝突する。ホトダイオードは直線に配列さ
れているから、透明体４の対応する線の伝送特性が決定
される。

アレイ５について説明を補足する。第２図に示された
アレイ５はホトダイオード６とシフトレジスタ7,8を含
む。このシフトレジスタは３種類の型のCCD要素（転送
バッファとして参照される）を具備している。第１は、
第２図におけるホトダイオード６に接続された転送バッ
ファであり、第２は、ホトダイオードに接続されていな
い転送バッファであって、「絶縁セル13」として参照さ
れているものであり、第３は、ホトダイオードに接続さ
れていない転送バッファであって「暗セル12」として参
照されており、アルミニウムで被覆されているものであ
る。

上述のように光はホトダイオード６とシフトレジスタ
7,8に衝突する。シフトレジスタにおける転送バッファ
はまた入射される放射光に鋭敏であるから、この転送バ
ッファは若干の「周辺応答」（peripheral response）
を体験する。本発明はこの周辺応答を考慮しようとする
ものである。これは、８頁の第７行から第８行に入射さ
れた放射に応答して転送バッファに造られた電荷として
記載されている。

「暗電流成分」は暗セル12と関連するものである。こ
のセルはアルミニウムで被覆されている。従って、暗セ
ル12はシフトレジスタ7,8に衝突する放射を受けない。
暗セルからの信号は「周辺応答」を含まない。

「絶縁セル13」は実質的に転送バッファと同一である
が、放射感知デバイスとは関係ない。「暗セル12」もま
たアルミニウムで被覆されていることを除けば同様な構
成である。

これらの両部品は当業者にとってよく知られており、
フェアチャイルドCCD151のような従来型のアレイに含ま
れている。参考のためフェアチャイルドCCD151の仕様書
に記された絶縁セルおよび暗セル（ダークリファレンス
参照）の定義を示す。

ダークリファレンス：不透明な金属化物で被覆された
感知要素から発生されるビデオ出力レベルであって、該
感知要素は暗状態におけるデバイスの動作に等価な基準
電圧を供給する。これは外部直流回復回路に使用でき
る。

絶縁セル：ビデオ出力における１つの要素を生ずるた
めのチップ上の場所であって、有効ビデオデータと暗状
態基準（ダークリファレンス）信号の間のバッファとし
て役立つもの。絶縁セルからの出力は有効なビデオ情報
は含まず、無視されるべきである。

第3A図は典型的な一連の動作を説明する。段階Z₁の
間、電荷はホトダイオード６に蓄積され、同時に、シフ
トレジスタ7,8の内容は連続的に所定のクロック周期で
マルチプレクサ９を経由してマイクロプロセッサ10へ転
移される。この例において、読み出し周期は、暗セル12
および絶縁セル13を含むシフトレジスタ7,8におけるす
べてのセルが期間Z₁の間に１回読み出されるように選択
される。この読み出されたデータは放棄される。この期
間の終りに、マイクロプロセッサ10は転送パルス14を、
ホトダイオード６に蓄積された電荷をシフトレジスタ7,
8へ転送するよう発行する。段階Z₁の間、透明体４は例
えば赤色光により照明され、次の段階Z₂の間、赤色光に
より照明され続ける。この段階Z₂の間、シフトレジスタ
7,8は再び同じクロツク周期でマルチプレクサ９を経由
してプロセッサ10へ読み出される。パルス14の持続（約
500ns）はZ₁およびZ₂に比較して非常に小さいというこ
とは注意すべきことである。例えば、典型的には、２μ
ｓの転送時間がシフトレジスタ7,8からの２個の要素を
読み出すため必要とされる。

第3B図はシフトレジスタ7,8の照明によって引き起こ
される「直流オフセット」を図解する。第3B図におい
て、ホトダイオード６から転送された電荷の影響は除去
されている。段階Z₁の開始時点において、シフトレジス
タ7,8が空であり、次いで、マルチプレクサ９からの信
号出力が監視されると仮定すると、これは段階Z₁の間、
第3B図に示されるように直線的な割合で増加するという
ことが見出される。このことは、マルチプレクサ９から
出力された電荷は、更に下手のシフトレジスタ7,8から
連続して到来し、このようにして、照明光により長く露
出されるという理由によるものである。しかしながら、
ひとたび、すべてのセルが一度読み出されると、もし、
更に読み出しが殆ど直ちに開始されれば、直流オフセッ
トは、値O₁において、実質的に一定に保たれる。これ
は、マルチプレクサ９から最も遠い暗セル12に蓄積され
た電荷を抜き取るため要する時間の間蓄積された最大の
電荷に対応する。この段階において、ホトダイオード６
に蓄積された電荷は転送パルス14に応答してシフトレジ
スタ7,8へ転送される。転送パルス14の持続は非常に短
かく、従って周辺応答（直流オフセット）に起こる重大
な変化を引き起こさないということが理解されるべきで
ある。この転送された電荷は、一定レベルO₁にある既に
シフトレジスタ7,8に存在する電荷に付加される。段階Z
₂の間、これらの加算された電荷はマルチプレクサ９を
経由して読み出される。（例えば温度による他の影響は
ここでは省略する。）絶縁セル13は、ホトダイオード６からそれらに転送さ
れる何等の電荷をも有せず、従って直流オフセットO₁に
等しい電荷を含む。マイクロプロセッサ10はこのように
して絶縁セル13からオフセットO₁を決定し、これを、円
板記憶装置11に供給される真の出力データを提供するた
め、シフトレジスタ7,8の残余のものより読み出された
データから差引く。

更に、フィルタホイール３の回転は、透明体４が緑色
光に露出されるよう、収束レンズ２と透明体４の間に、
緑色フィルタが来るようにさせる。これは、段階Z₁に等
価な段階Z₃によって後続される転送パルス15の時刻に起
こる。段階３の間に読み出されるデータは、段階Z₁の間
に読み出されるデータと共にマイクロプロセッサ10によ
って捨てられる。

周辺応答（すなわち直流オフセット）は照明の放射の
色調（すなわち波長）に従って変化するということが発
見されている。このことは、第3B図において、直流オフ
セットが段階Z₃の終りまでに新たな値O₂へ下降するとい
うことで知ることができる。この値は絶縁セル13の内容
から段階Z₄（段階Z₂に等価）の後にマイクロプロセッサ
10によって決定される。

上述のように、一般に、各シフトレジスタ7,8には幾
つかの絶縁セル13がある。従って直流オフセットの値
は、絶縁セル13の内容を平均するか、またはその他の絶
縁セルに関して中心に位置する絶縁セル13の１つの内容
を選択することによって決定できる。後者の手順が一般
には好ましい。その理由は暗セル12を被覆したアルミニ
ウムが少なくとも隣接する絶縁セル13の部分を覆う傾向
にあるからである。

段階Z₄の後、更にフィルタ円板３が回転すると、転送
パルス（転送パルス15に等価）と同時に、レンズ２およ
び透明体４と整列状態に青色フィルタを導く。次いで段
階Z₁，Z₂は青色光に対して繰り返される。この最後の段
階Z₂の後に、更に転送パルス（転送パルス15に等価）が
発せられ、同時に、透明体４が例えばステップ電動機に
よって移転され、透明体により担持された画像の画素の
新しい線をCCDアレイ５と整列するように導く。

シフトレジスタ７および８の周辺応答は同じ照明期間
において異なることがあり得る。このことは、例えば、
画像に高度なコントラストがある場合に起こる。このこ
とは、シフトレジスタ7,8は有意的に異なる強度をもつ
光により照明されており、それにより、各シフトレジス
タにおいて異なる周辺応答の発生を引き起こしていると
いうことを意味している。これを補償するため、マイク
ロプロセッサ10は別々に各シフトレジスタ7,8からの絶
縁セル13における電荷を監視し、対応するシフトレジス
タから読み出されたデータに別々に適用される個々の周
辺応答修正係数を決定する。

１つの変形例においては、各段階Z₁，Z₂等は２つ（好
ましくは等しい持続期間）の補助の段階Z₁ ^A，Z₁ ^Bに分割
される。これらの補助の段階の各々においては、シフト
レジスタの内容は十分に読み出されるが、実データが読
み出される時、周辺応答が一定値を保持することを保証
するために、段階Z₁ ^Bの読み出し周期がZ₂ ^Aのそれと等し
いということを注意することが重要である。

上述のフィルタ円板システムに代るものとして、フレ
ーム順次カラー走査システムを用いる方法がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を行う画像走査装置の一例の概略
ブロック図、第２図は第１図に示されたCCDアレイの概略平面図、お
よび第3A図および第3B図は、それぞれ、本発明によるCCDア
レイの操作方法の一例を示すパルス図および直流オフセ
ットのグラフ表示の図である。図において、１…白色光源、２…収束レンズ、３…回転フィルタ円
板、４…透明体、５…直線状アレイ、６…ホトダイオー
ド、7,8…シフトレジスタ、９…マルチプレクサ、10…
マイクロプロセッサ、11…円板記憶装置、12…暗セル、
13…絶縁セル、14,15…転送パルス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の放射感知装置（６）、該放射感知
装置（６）と協働する転送バッファ（７）、および該転
送バッファ（７）と実質的には同一であって放射感知装
置（６）と協働しない少なくとも１つの絶縁バッファ
（13）を具備する放射センサ（５）の操作方法であっ
て、該方法は次の各段階、すなわち、（ａ）各放射感知装置（６）が入射する全放射に関する
電荷を蓄積し、同時に、該転送バッファ（７）および該
絶縁バッファ（13）の内容を規則的な周期で順次読み出
すように、放射に対し該放射センサ（５）を露出する段
階、（ｂ）該放射感知装置（６）に蓄積された電荷を対応す
る転送バッファ（７）へ転送する段階、および、（ｃ）同時に段階（ａ）と実質的に同様な条件のもとに
該センサを露出し、該転送バッファおよび該絶縁バッフ
ァの内容を同じ規則的な周期で順次読み出す段階、を具備する放射センサの操作方法。
【請求項２】該方法は、更に、段階（ｃ）の間に該放射
感知装置（６）に蓄積されていた電荷を対応する転送バ
ッファ（７）へ転送する、段階（ｃ）に続く段階（ｄ）
を具備し、次いで連続して異なる条件のもとで該センサ
を露出すると同時に、段階（ａ）から（ｃ）を繰り返す
特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】該転送バッファ（７）および絶縁バッファ
（13）の内容は（ａ）および（ｃ）の各段階において一
度読み出される特許請求の範囲第１項または第２項に記
載の方法。
【請求項４】該方法は、更に、少なくとも１つの絶縁バ
ッファ（13）より読み出された情報から周辺応答修正を
決定し、周辺応答修正によって該転送バッファから読み
出された情報を変形することを具備する特許請求の範囲
第１項から第３項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】該転送バッファは、各々、それぞれの絶縁
バッファと協働する２つまたはそれより多くのグループ
に設けられ、該方法は、それぞれの絶縁バッファにおけ
る情報から転送バッファの各グループに対する周辺応答
修正を決定し、対応する周辺応答修正に従って該転送バ
ッファから読み出された情報を変形することを具備する
特許請求の範囲第４項に記載の方法。
【請求項６】該放射感知装置は直線状の配列に整列され
ている特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか
一項に記載の方法。
【請求項７】該転送バッファおよび絶縁バッファは電荷
結合デバイスの１つまたはそれより多くのシフトレジス
タに配列され、各シフトレジスタは少なくとも１つの絶
縁バッファを有する特許請求の範囲第１項から第６項ま
でのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】画像と放射センサの間に、階段状の相対運
動をさせる過程を具備し、該放射センサは、複数個の放
射感知装置（６）、該放射感知装置（６）と協働する転
送バッファ（７）、および実質的には転送バッファ
（７）と同一であるが放射感知装置（６）と協働しない
少なくとも１つの絶縁バッファ（13）を有し、各階段状
の運動の後に次の階段、すなわち、（ａ）各放射感知装置（６）が入射する全放射に関する
電荷を蓄積し、同時に、該転送バッファ（７）および該
絶縁バッファ（13）の内容を規則的な割合で順次読み出
すように、放射に対し該放射センサ（５）を露出する段
階、（ｂ）該放射感知装置（６）に蓄積された電荷を対応す
る転送バッファ（７）へ転送する段階、（ｃ）同時に、段階（ａ）と実質的に同様な条件のもと
に、該センサを露出し、該転送バッファおよび該絶縁バ
ッファの内容を同じ規則的な割合で順次読み出す段階、（ｄ）段階（ｃ）の間に該放射感知装置（６）に蓄積さ
れていた電荷を対応する転送バッファ（７）へ転送す
る、段階（ｃ）に続く段階、および（ｅ）連続して異なる条件のもとで該センサを露出する
と同時に、段階（ａ）から（ｄ）を繰り返す段階、を実行し、それにより画像を走査する方法。