DE3615342C2 - - Google Patents
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Farbbildsensor zum
messen von Farbdichten einer Bildvorlage nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Farbbildsensor ist
aus der US-PS 41 17 510 bekannt.
Die vorgenannte Druckschrift beschreibt ein Gerät zum
Erzeugen eines Farbvideosignals, das ein optisches Abbild
eines Objekts repräsentiert, wobei in dem Gerät mehrere
Sätze horizontaler Zeilen photoempfindlicher Elemente
übereinander in einer Vertikalabtastrichtung angeordnet sind
und jede der genannten Zeilen aus einer Vielzahl von
photoempfindlichen Elementen besteht, die in einer Zeile in
horizontaler Abtastrichtung verteilt angeordnet sind.
Ladungssignale werden aus den Zeilensätzen in jeder
Horizontalabtastperiode ausgelesen, und ein Satz von
Ausgangssignalen wird zur Erzeugung des Farbvideosignals
weiterverarbeitet. Aufgrund der gewählten Anordnung der
photoempfindlichen Elemente ist das Auflösungsvermögen des
Geräts nicht besonders groß und weist einen erheblichen
Registerfehler auf.
Um mit einem Farbkopierer einen Farbabzug mit richtigen
Farbdichten und gut abgestimmten Farben herzustellen, werden
drei Farbdichten des Originals bei jedem abgetasteten Punkt
des Originals gemessen, um die Lichtmengen der roten, grünen
und blauen Farben bei der Belichtung eines Farbpapiers zu
steuern. Ein Farbbildsensor oder ein Festkörperbildsensor
wird im Abtaster verwendet, der vom Dreibildsensortyp oder
vom Einzelbildsensortyp sein kann. Der erste Typ ist mit
drei Farbbildsensoren, d. h. mit Rot-, Grün- und
Blau-Bildsensoren für jede zu messende Farbe versehen,
während der zweitgenannte Abtastertyp einen einzelnen
Bildsensor und ein Mosaik- oder Streifenfilter verwendet,
das auf der lichtempfangenden Oberfläche des einzelnen
Bildsensors angeordnet ist, und rote, grüne und blaue
Durchlaßbereiche aufweist, die alternierend zueinander
angeordnet sind. Solche Streifenfilter verwendet das Gerät
nach der vorgenannten US-PS 41 17 510.
Der Dreibildsensorabtaster ist kompliziert und teuer. Ein Einzelbildsensorabtaster ist in bezug
auf die Kosten und den benötigten Platz
vorteilhafter. Bei den
Einzelbildsensorabtastern, die bereits für Farbfernsehkameras
eingesetzt worden sind, werden drei Farbsignale
für jeden Bildpunkt gemischt und vom Abtaster
aufgenommen. Bei einem Farbkopierer ist es jedoch
notwendig, daß ein Computer mit einem Farbsignal versorgt
wird, das für jede Farbe getrennt ist, um die Belichtungsmenge
für jede Farbe ausrechnen zu können. Wenn
daher ein Abtaster vom Einzelbildsensortyp hierbei verwendet
wird, dann wird ein Farbtrennkreis komplizierten
Aufbaus, der synchron mit dem Lesen des Farbbildsensors
arbeitet, zwischen dem Farbbildsensor und dem Computer
benötigt.
Beim Messen der drei Farbdichten eines Farboriginals mit
einem Abtaster vom Einzelbildsensortyp wird unvermeidlich
ein Registerfehler erzeugt, da
jede photoelektrische Wandlereinheit einen anderen Punkt
mißt. Eine korrekte Messung eines jeden Bildpunktes ist
daher nicht möglich. Dies erwächst zu einem Problem,
wenn die drei Farbbelichtungsmengen unter Beachtung des
Farbtons eines jeden Bildpunktes geregelt werden.
Im allgemeinen enthalten Farbnegativfilme, die von Amateuren
geliefert werden, richtig belichtete Bilder,
überbelichtete Bilder oder unterbelichtete Bilder. Es
ist daher ein Dynamikbereich von über 10 000 Stufen zur
Messung der Dichte eines Bildes eines Farbnegativfilms
notwendig. Der Dynamikbereich eines Farbbildsensors ist
jedoch klein, so daß, wenn 10 000 Stufen abgedeckt werden
sollen, eine Änderung des Signalpegels aufgrund einer
Änderung des einfallenden Lichts unterdrückt werden
muß, was es unmöglich macht, die Dichte mit hoher Genauigkeit
zu messen. Abgesehen davon, betrachtet man ein
einzelnes Bild, dann kann ein Dynamikbereich von etwa
100 Stufen für jede Farbe ausreichend sein, obgleich der
Signalpegel für jede Farbe unterschiedlich ist. Wenn daher
die Dichte durch Änderung der Ladungsspeicherzeit
für jede Farbe gemessen wird, dann wird der Dynamikbereich
wesentlich gesteigert, so daß man ein Signal mit
weniger Störung erhalten kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Farbbildsensor der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß er als Bildabtaster für einen Farbkopierer in besonderer
Weise geeignet ist, indem er einen kleinen Registerfehler
aufweist und zur Erfassung von Bildvorlagen in einem sehr
breiten Helligkeitsspektrum einsatzfähig gemacht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebene
Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Demgemäß sind
die photoelektrischen Wandlereinheiten matrixartig
in einer Mehrzahl von Ein-Bildpunkt-Meßeinheiten, nachfolgend
Unter-Einheiten genannt, angeordnet, wobei jede Unter-Einheit M×N photoelektrische
Wandlereinheiten umfaßt. M und N sind ganze Zahlen
größer als 2.
Die in den gleichen Farben zugeordneten photoelektrischen Wandlereinheiten
gespeicherten Signale werden addiert und
gelesen. Um die Addition der Ladungssignale einer
Unter-Einheit auszuführen, werden entsprechende
Vertikal-MOS-Schalter, die mit den photoelektrischen Wandlereinheiten
gleicher Farbe verbunden sind, gleichzeitig eingeschaltet
und zum selben Zeitpunkt wird ein
Ein-Horizontal-MOS-Schalter, der mit den
Vertikal-MOS-Schaltern verbunden ist, eingeschaltet. Um
den Schaltkreisaufbau zu vereinfachen, sind ein
Ein-Vertikalabtastschieberegister zum Einschalten
der Vertikal-MOS-Schalter und ein
Ein-Horizontalabtastschieberegister zum Einschalten
der Horizontal-MOS-Schalter vorgesehen, um gleichzeitig
die Ladungssignale für jede Farbe zu lesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
ist zur Ermöglichung einer
hochpräzisen Messung durch Einstellung einer Speicherzeit
(photoelektrischen Wandlerzeit) für jede Farbe zur
Erweiterung des Dynamikbereichs ein eigenes
Vertikalabtastschieberegister für jede Farbe vorgesehen.
Jedes Vertikalabtastschieberegister arbeitet unabhängig
von jedem anderen und schaltet Vertikal-MOS-Schalter zu
unterschiedlichen Zeiten für jede Farbe ein, um dadurch
die Speicherung der Ladungssignale zu beenden. Ein
Horizontal-MOS-Schalter, der mit den
Vertikal-MOS-Transistoren in Reihe geschaltet ist, wird
so gesteuert, daß er durch die
Horizontalabtastschieberegister ein- oder ausgeschaltet
wird, die für jede Farbe vorgesehen sein können oder gemeinsam
für alle Farben verwendet werden. Im Falle eines
einzelnen Horizontalabtastschieberegisters erhält man
einen einfachen Schaltkreisaufbau bei geringen Kosten.
Vertikalabtastschieberegister, die für entsprechende
Farben vorgesehen sind, können jedoch nicht gleichzeitig
betrieben werden. Die Vertikalabtastschieberegister werden
daher selektiv zum Lesen der Ladungssignale für jede
Farbe in Betrieb gesetzt. Die Gruppierung der photoelektrischen
Wandlereinheiten in Einheiten von M×N
unterdrückt wirkungsvoll den
Registerfehler.
Verschiedene Kombinationen, so wie Blau, Grün und Rot,
oder Zyan, Magenta und Gelb können als Farblicht, auf
das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, verwendet
werden. Spezielle Farblichter, wie beispielsweise ein
Fleischtonfarblicht können eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung der Anordnung der
photoelektrischen Wandlereinheit eines Farbbildsensors;
Fig. 2 ein Schaltbild des Farbbildsensors,
wobei Vertikalschieberegister
und Horizontalschieberegister für
die entsprechenden Farben vorgesehen sind
und die Ladungsspeicherzeit für jede Farbe
variiert werden kann;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Ladungszeit und Signalauslesung
der Ausführungsform nach Fig. 2;
Fig. 4 ein Schaltbild des Farbbildsensors
in gegenüber Fig. 2
modifizierter Ausführungsform, wobei Vertikalabtastschieberegister
für entsprechende
Farben vorgesehen sind und ein Horizontalabtastschieberegister
gemeinsam für alle
Farben verwendet wird;
Fig. 5 eine Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform
bei der
eine Ein-Bildpunkt-Meßeinheit aus 3×3 photoelektrischen
Wandlereinheiten besteht;
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips
einer Ausführungsform der Erfindung,
bei der Ladungssignale für jede Farbe in
einem Ein-Bildpunkt addiert werden;
Fig. 7 ein spezielles Schaltbild nach dem Prinzip von
Fig. 6, und
Fig. 8 ein Schaltbild einer Ausführungsform,
bei der eine Ein-Bildpunkt-
Meßeinheit aus 3×3 photoelektrischen Wandlereinheiten
besteht und die Ladungsspeicherzeit
für jede Farbe verändert werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung von photoelektrischen
Wandlereinheiten eines Farbbildsensors in Form
einer Matrix 2, die alternierend und regelmäßig angeordnete
Rotlicht-Wandlereinheiten 3 zum Umwandeln roten
Lichts in ein Ladungssignal und zum Speichern
desselben, Grünlicht-Wandlereinheiten 4 zum Umwandeln
grünen Lichts in ein Ladungssignal und zum Speichern
desselben, und Blaulicht-Wandlereinheiten 5 zum
Umwandeln blauen Lichts in ein Ladungssignal und zum
Speichern desselben aufweist. Die Rotlicht-, Grünlicht-
und Blaulichtwandlereinheiten 3, 4 und 5 sind jeweils in
bekannter Art aufgebaut und bestehen aus einer
äquivalenten Photodiode und einem Farbfilter zum selektiven
Durchlassen von Licht einer spezifischen Farbe.
Bei dieser Ausführungsform werden Rotfilter, Grünfilter
und Blaufilter als Farbfilter verwendet. Die photoelektrische
Rotlichtwandlereinheit 3 besteht aus einem Rotfilter
und einer Photodiode, die Grünlichtwandlereinheit
4 besteht aus einem Grünfilter und einer Photodiode und
die Blaulichtwandlereinheit 5 besteht aus einem Blaufilter
und einer Photodiode.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Farbbildsensors,
bei dem
die Ladungszeit für jede Farbe
variiert werden kann. Bei einem tatsächlich
ausgeführten Farbbildsensor ist jedes elektrische Element
integral auf einem Halbleiterchip ausgebildet. In
der Figur werden jedoch äquivalente elektrische Elemente
verwendet, um solche wirklich verwendeten Elemente
darzustellen. Photodioden 11 bis 16, 21 bis 26, 31 bis 35
und 41 bis 44 sind matrixartig angeordnet, um photoelektrisch
Licht durch die obenerwähnten Farbfilter in ein
Ladungssignal umzuwandeln. Das Ladungssignal, das man
durch photoelektrische Umwandlung erhält, wird in einem
"schwimmenden" Kondensator gespeichert. Die Photodioden
11, 14, 23, 26, 32, 35, 41 und 44 sind für rote Farbe.
Die Photodioden 12, 15, 21, 24, 33 und 42 sind für grüne
Farbe und die Photodioden 13, 16, 22, 25, 31, 34 und 43
sind für blaue Farbe. Um die in diesen Photodioden gespeicherten
Ladungssignale zu lesen, sind
Vertikal-MOS-Schalter 71 bis 76, 81 bis 86, 91 bis 95
und 101 bis 105 in Serie mit den entsprechenden Photodioden
geschaltet.
Um eine hochgenaue Messung bei Vergrößerung des Dynamikbereiches
auszuführen, ist eine eigene
Vertikalabtastschieberegister für jede Farbe in dieser
Ausführungsform vorgesehen, nämlich
ein Vertikalabtastschieberegister 130a
für blaue Farbe, ein solches Schieberegister 130b für
grüne Farbe und ein solches Schieberegister 130c für rote
Farbe. Um ein unabhängiges Auslesen für
jede Farbe zu ermöglichen, d. h. um eine gleichzeitige
Auslesung sowohl für Rot- und Grünsignale zu
ermöglichen, sind außerdem
Horizontalabtastschieberegister 131a für blaue Farbe,
ein Horizontalabtastschieberegister 131b für grüne Farbe
und ein entsprechendes Horizontalabtastschieberegister
131c für rote Farbe vorgesehen. Die entsprechenden
Schieberegister 130a bis 130c und 131a bis 131c werden
durch eine Steuereinrichtung 132 gesteuert. Mit dem Bezugszeichen
133 ist ein Impulsgenerator bezeichnet, der
der Steuereinrichtung 132 Impulse zuführt.
Um die erste Reihe der photoelektrischen Wandlereinheiten
abzutasten, sind eine Blaulichthorizontalleitung
141a, eine Grünlichthorizontalleitung 141b und eine
Rotlichthorizontalleitung 141c vorgesehen, die mit dem
Ausgangsanschluß D1 des
Blaulichtvertikalabtastschieberegisters 130a, dem entsprechenden
Anschluß D1 des
Grünlichtvertikalabtastschieberegisters 130b bzw. dem
Ausgangsanschluß D1 des
Rotlichtvertikalabtastschieberegisters 130c verbunden
sind. Die Gateelektroden der Blaulichtvertikal-
MOS-Schalter 73 und 76 sind mit der Blaulichthorizontalleitung
141a verbunden, die Gateelektroden
der Grünlichtvertikal-MOS-Schalter 72 und 75 sind mit
der Grünlichthorizontalleitung 141b und die Gateelektroden
der Rotlichtvertikal-MOS-Schalter 71 und 74 sind
mit der Rotlichthorizontalleitung 141c verbunden. Die
gleiche Schaltungsanordnung ist für die zweiten und folgenden
Reihen der photoelektrischen Wandlereinheiten
getroffen, so daß die Beschreibung dafür weggelassen
ist, jedoch sind die entsprechenden Bezugszeichen in der
Zeichnung vorhanden.
Eine Blaulichtvertikalleitung 151a, eine
Grünlichtvertikalleitung 151b und eine Rotlichtvertikalleitung
151c sind seitlich längs der ersten Spalte der
Photodioden angeordnet und mit den entsprechenden Drainelektroden
der Vertikal-MOS-Schalter verbunden. Drei
Vertikalleitungen 152a bis 152c für entsprechende Farben
sind weiterhin neben der zweiten Spalte Photodioden
angeordnet. Dieselbe Anordnung ist in der dritten und
den folgenden Spalten getroffen, so daß auf eine Beschreibung
dafür verzichtet werden kann, die Zeichnung
zeigt lediglich die Bezugszeichen.
Die Blaulichtvertikalleitungen 151a, 152a, 153a, 154a,
155a und 156a sind mit den entsprechenden Sourceelektroden
der Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 161a, 162a . . . 166a
verbunden. Die Gateelektroden dieser
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter sind mit den entsprechenden
Ausgangsanschlüssen F1 bis F5 des
Blaulichthorizontalabtastschieberegisters 131a
verbunden. Die Drainelektroden der
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 161a, 162a . . . 166a
sind mit einer Blaulichtausgangsleitung 170a verbunden.
In gleicher Weise sind die Grünlichtvertikalleitungen
151b, 152b . . . 156b mit den entsprechenden Sourceelektroden
der Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 161b, 1622b . . . 166b
verbunden. Die Gateelektroden dieser
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter sind mit den entsprechenden
Ausgangsanschlüssen F1 bis F5 des
Grünlichthorizontalabtastschieberegisters 161b
verbunden. Die Drainelektroden der
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 161b, 162b . . . 166b
sind mit der Grünlichtausgangsleitung 170b verbunden.
Weiterhin sind die Rotlichtvertikalleitungen 151c, 152c . . . 156c
mit den entsprechenden Sourceelektroden der
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter 161c, 162c . . . 166c
verbunden. Die Gateelektroden dieser
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter sind mit den entsprechenden
Ausgangsanschlüssen F1 bis F5 verbunden. Die
Drainelektroden der Rotlichthorizontal-MOS-Schalter
161c, 162c . . . 166c sind mit einer Rotlichtausgangsleitung
170c verbunden.
Nachfolgend soll die Betriebsweise der oben beschriebenen
Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert
werden. Zunächst werden die Rot-, Grün- und
Blau-Speicherzeiten der Steuereinrichtung 132
zugeordnet. Die Ladungsspeicherzeiten (photoelektrische
Umwandlungszeiten) sind so bestimmt, daß der
Maximalwert, den man durch Messung jeder Farbe während
der Vorabtastung oder dergleichen erhält, nahezu der
Sättigungsausgangswert wird. Wenn das Auslesestartsignal
für die Hauptabtastung in die Steuereinrichtung 132 eingegeben
wird, werden die entsprechenden Ladungssignale,
die in den schwimmenden Kondensatoren gespeichert sind,
durch die Vertikalabtastschieberegister 130a bis 130c
und die Horizontalabtastschieberegister 131a bis 131c
abgetastet und simultan ausgelesen, um auf die Zeit t0
rückgestellt zu werden. Diese Auslesesignale werden
nicht benötigt, so daß sie nicht in den Computer
eingegeben, sondern abgeleitet werden.
Nach dem Zeitpunkt t0 wandelt jede Photodiode einfallendes
Licht in ein Ladungssignal um und speichert es. Zum
Zeitpunkt t1 ist die Rotlichtladungsspeicherung
vollständig. Dann sendet die Steuereinheit 132 Taktimpulse
zum Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c
und zum Rotlichthorizontalabtastschieberegister 131c, um
nacheinander die Rotlichtphotodioden abzutasten und die
darin gespeicherten Ladungssignale zu lesen. Genauer
gesagt, das Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c
gibt einen Verschiebeimpuls vom ersten Ausgangsanschluß
D1 auf die Rotlichthorizontalleitung 141c.
In diesem Zustand tastet das
Rotlichthorizontalabtastschieberegister 131c einmal ab,
um nacheinander die Rotlicht-MOS-Schalter 161 bis 166c
einzuschalten. Die in den Rotlichtphotodioden 11 und 14
in der ersten Reihe gespeicherten Ladungssignale werden
nacheinander als Analogsignale ausgelesen, die wiederum
über die Rotlichtausgangsleitung 170c zu einem
A/D-Wandler (nicht dargestellt) gelangen, wo sie in digitale
Signale umgewandelt werden. Die Digitalsignale
werden einer logarithmischen Umwandlungstabelle (nicht
dargestellt) zugeleitet, wo sie einer logarithmischen
Umwandlung unterzogen werden. Bei diesen logarithmischen
Umwandlung wird eine Tabellen-Seite, die der Ladungsspeicherzeit
entspricht, ausgewählt, um die Digitalsignale in richtige
Dichtewerte umzuwandeln, die für die entsprechenden
Ladungsspeicherzeiten geeignet sind. Die Dichtewerte
werden in den Computeer eingegeben.
Nach Abschluß der Auslesung der Rotlichtphotodioden der
ersten Reihe gibt das
Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c einen Verschiebeimpuls
an der zweiten Ausgangsleitung D2 ab. In
diesem Zustand tastet das
Rotlichthorizontalabtastschieberegister 131c einmal ab,
wie oben beschrieben, um die in den Photodioden der
zweiten Reihe gespeicherten Ladungssignale abzulesen. In
gleicher Weise werden die Rotlichtphotodioden der dritten
und folgenden Reihen abgetastet, um nacheinander die
Rotlichtladungssignale abzulesen. Die
Rotlichtladungssignalauslesung vollzieht sich zwischen
dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2.
Zum Zeitpunkt t3 ist die Ladungsspeicherung für
Grünlicht abgeschlossen. Die Steuereinrichtung 132 gibt
dann einen Verschiebeimpuls an das
Grünlichtvertikalabtastschieberegister 130b und das
Grünlichthorizontalabtastschieberegister 131b, um nacheinander
die Grünlichtphotodioden abzutasten und die gespeicherten
Ladungssignale im Zeitraum zwischen t3 und
t4 auszulesen.
Zum Zeitpunkt t5 ist die Ladungsspeicherung für Blaulicht
abgeschlossen. Die Blaulichtphotodioden werden
dann durch das Blaulichtvertikalabtastschieberegister
130a und das Blaulichthorizontalabtastschieberegister
131a nacheinander abgetastet. Die gespeicherten Ladungssignale
werden zwischen dem Zeitpunkt t5 und dem Zeitpunkt
t6 ausgelesen.
Im Falle, wo gleichzeitige Auslesung für entsprechende
Farben nicht auftritt, kann ein einziges
Horizontalabtastschieberegister für alle Farben gemeinsam verwendet
werden, was zu einem einfacheren Schaltkreisaufbau und
zu einer Reduzierung von Kosten führt. Fig. 4 zeigt eine
solche Ausführungsform, bei der im wesentlichen die
gleichen Elemente wie jene in Fig. 2 übereinstimmende
Bezugszeichen tragen. Das einzige
Horizontalabtastschieberegister 131 arbeitet dreimal, um
entsprechende Farbsignale auszulesen. Die anderen Operationen
sind im wesentlichen die gleichen, wie bei der
Ausführungsform in Fig. 2, so daß eine diesbezügliche
Beschreibung unterbleiben kann. Obgleich
Horizontal-MOS-Schalter für jede Farbe vorgesehen sind,
sind weitere Änderungen denkbar. Beispielsweise kann nur
ein einziger Horizontal-MOS-Schalter verwendet werden,
um drei Vertikalleitungen miteinander zu verbinden. In
diesem Falle werden drei Farbsignale von der gleichen
Ausgangsleitung gelesen. Die drei Farbsignale haben jedoch
verschiedene Zeitlagen und lassen sich daher voneinander
trennen.
Wenn eine Ein-Bildpunktmeßeinheit aus einer einzigen
photoelektrischen Wandlereinheit aufgebaut wäre, so
würde die photoelektrische Wandlereinheit für
jede Farbe einen anderen Punkt auf dem Farboriginal messen, so
daß der Registerfehler sehr groß
wäre. Um dies zu vermeiden, sind gemäß der Erfindung die photoelektrischen
Wandlereinheiten in Unter-Einheiten gruppiert, die jeweils
aus M Reihen und N Spalten bestehen, wobei M und N ganze
Zahlen größer als 2 sind, und eine
Ein-Bildpunktmeßeinheit besteht aus M×N photoelektrischen
Wandlereinheiten. Die Ladungssignale gleicher
Farbe der photoelektrischen Wandlereinheiten innerhalb der
Ein-Bildpunktmeßeinheiten werden ausgelesen und miteinander
addiert, so daß eine Dreifarbtrennmessung ausgeführt
werden kann, ohne wesentliche Beschränkung in bezug auf
die Belichtungssteuerung für einen Farbkopierer. Fig. 5
zeigt eine Ausführungsform des Farbbildsensors, bei dem
eine Ein-Bildpunktmeßeinheit aus neun photoelektrischen
Wandlereinheiten besteht, die in drei Reihen und
drei Spalten angeordnet sind. Elemente, die mit denen
nach Fig. 1 identisch sind, tragen gleiche
Bezugszeichen. Bei dieser Ausführungsform besteht eine
Ein-Bildpunktmeßeinheit 2b aus drei
Rotlichtwandlereinheiten 3, drei
Grünlichtwandlereinheiten 4 und drei
Blaulichtwandlereinheiten 5. In Fig. 5 ist jede photoelektrische
Wandlereinheit 3 bis 5 von einer gestrichelten
Linie umgeben, während die gesamte Unter-Einheit
(Ein-Bildpunktmeßeinheit) 2b von einer durchgehenden Linie
umgeben ist.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Arbeitsprinzips
der Ein-Bildpunktmeßeinheit. Die
Ladungssignale gleicher Farbe, die in den photoelektrischen Wandlereinheiten
innerhalb der Meßeinheit 2b gespeichert
sind, werden simultan ausgelesen und durch einen Addierer
miteinander addiert. Dabei werden die von den drei
Blaulichtwandlereinheiten 5 ausgelesenen Signale
durch einen Addierer 180a miteinander addiert, die von
den drei Grünlichtwandlereinheiten 4 ausgelesenen
Signale werden von einem Addierer 180b miteinander addiert
und die drei von den Rotlichtwandlereinheiten
3 ausgelesenen Signale werden durch einen Addierer 180c
miteinander addiert. Die Addierer 180a bis 180c können
für jede Reihe oder Spalte der Bildpunkte anstelle für
jeden Bildpunkt vorgesehen sein. Außerdem können die Addierer
außerhalb des Farbbildsensors 2 angeordnet sein.
Fig. 7 zeigt ein spezielles Schaltbild für die
Ausführungsform nach Fig. 6. Elemente, die mit jenen
nach Fig. 2 identisch sind, tragen übereinstimmende
Bezugszeichen, und solche Elemente, die für jede Farbe
gemeinsam verwendet werden, tragen keine
Buchstaben-Indizes. Bei dieser Ausführungsform besteht
die Unter-Einheit (Ein-Bildpunktmeßeinheit) 2b aus drei Reihen. Zur
gleichzeitigen Auslesung der in den Photodioden innerhalb
der Unter-Einheit 2b gespeicherten Ladungssignale
und zur Addierung derselben sind die oberen drei
Horizontalleitungen 141 bis 143 zusammen mit dem
Ausgangsanschluß D1 der ersten Stufe eines
Vertikalabtastschieberegisters 130 verbunden. Die vierten
bis sechsten Horizontalleitungen 144 bis 146 sind in
ähnlicher Weise zusammen mit dem Ausgangsanschluß D2 der
zweiten Stufe des Vertikalabtastschieberegisters 130
verbunden.
Die Unter-Einheit 2b enthält weiterhin drei
Spalten. Die Blaulichtvertikalleitungen 151a, 152a und
153a sind daher zusammengeschaltet und seriell mit einem
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 161a verbunden. In
gleicher Weise sind die Grünlichtvertikalleitungen 151b,
152b und 153b zusammengeschaltet und seriell mit einem
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 161b verbunden. Die
Rotlichtvertikalleitungen 151c, 152c und 153c sind zusammengeschaltet
und seriell mit einem
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter 161c verbunden. Die
Gateelektroden dieser Horizontal-MOS-Schalter 161a bis
161c sind mit dem Ausgangsanschluß F1 der ersten Stufe
eines Horizontalabtastschieberegisters 131 verbunden. Um
gleichzeitig die Ladungssignale für jede Farbe innerhalb
der Ein-Bildpunktmeßeinheit an der zweiten Spalte auszulesen
und miteinander zu addieren, sind in ähnlicher
Weise ein Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 162a, ein
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 162b und ein
Rotlichthorizontal-MOS-Schalter 162c vorgesehen. Die
Gateelektroden dieser Horizontal-MOS-Schalter 162a bis
162c sind mit dem Ausgangsanschluß F2 der zweiten Stufe
des Horizontalabtastschieberegisters 131 verbunden.
Nachfolgend soll die Betriebsweise des Farbbildsensors
nach Fig. 7 erläutert werden. Zum Auslesen von Ladungssignalen
gibt zunächst das Vertikalabtastschieberegister
130 einen Vertikalabtastimpuls vom Ausgangsanschluß D1
der ersten Stufe ab. In diesem Zustand gibt das
Horizontalabtastschieberegister 131 nacheinander einen
Horizontalabtastimpuls ab, der vom Ausgangsanschluß F1
zum Ausgangsanschluß F2 springt. Wenn ein Horizontalabtastimpuls
vom Ausgangsanschluß F1 der ersten Stufe abgegeben
wird, dann schalten die Horizontal-MOS-Schalter
161a bis 161c als erstes ein, während die
Vertikal-MOS-Schalter 71 bis 73, 81 bis 83 und 91 bis 93
einschalten. Als Folge davon werden die Ladungssignale
gleichzeitig von der aus drei Reihen und drei Spalten
bestehenden Unter-Einheit 2b ausgelesen. Da in
diesem Falle die Vertikalleitungen für jede Farbe miteinander
verbunden sind, werden die Ladungssignale, die
in den Blaulichtphotodioden 13, 22 und 31 gespeichert
sind, miteinander addiert und über den
Blaulichthorizontal-MOS-Schalter 161a auf eine Blaulichtausgangsleitung
170a ausgegeben. Dazu gleichzeitig
werden die Ladungssignale, die in den
Grünlichtphotodioden 12, 21 und 33 gespeichert sind, zueinander
addiert und über den
Grünlichthorizontal-MOS-Schalter 161b auf eine
Grünlichtausgangsleitung 170b ausgegeben. Auf gleiche
Weise werden die in den Rotlichtphotodioden 11, 23 und
32 gespeicherten Ladungssignale miteinander addiert und
über den Rotlichthorizontal-MOS-Schalter 161c auf eine
Rotlichtausgangsleitung 170c ausgegeben. Die in den Photodioden
innerhalb des 3×3-Bildpunktes gespeicherten
Ladungssignale werden daher gleichzeitig gelesen und zueinander
für jede Farbe addiert, um sie in farbgetrenntem
Zustand auszugeben.
Anschließend gibt das Horizontalabtastschieberegister
131 einen Horizontalabtastimpuls vom Ausgangsanschluß F2
der zweiten Stufe ab, um die Horizontal-MOS-Schalter
162a bis 162c einzuschalten. Dementsprechend
werden neun Photodioden der
Ein-Bildpunktmeßeinheit in der ersten Reihe und in der
zweiten Spalte abgetastet. Die Ladungssignale werden
dann zueinander für jede Farbe addiert und das addierte
Signal wird in einem farbgetrennten Zustand auf die Ausgangsleitungen
170a bis 170c ausgegeben.
Am Ende der Abtastung des Horizontalschieberegisters 131
ist das Auslesen von Ladungssignalen der Photodioden der
ersten Reihe innerhalb der Unter-Einheit 2b
beendet. Anschließend gibt das
Vertikalabtastschieberegister 130 einen Vertikalabtastimpuls
vom Ausgangsanschluß D2 ab. In diesem Zustand tastet
das Horizontalschieberegisters 131 einmal ab, so daß
die Unter-Einheiten in der zweiten Reihe nacheinander
abgetastet werden, beginnend mit der ersten
Spalte. Auf diese Weise werden die Ladungssignale der
Photodioden zueinander addiert und ausgegeben. In gleicher
Weise werden die übrigen Photodioden für jede Unter-Einheit
abgetastet und die ausgelesenen
Signale werden miteinander für jede Farbe addiert und
auf den Ausgangsleitungen 170a bis 170c ausgegeben.
Fig. 8 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der
Schaltung nach Fig. 7, wobei das Auftreten eines
Registerfehlers vermieden ist und die Ladungsspeicherzeit
für jede Farbe gesondert eingestellt werden kann, wie
gewünscht. Elemente, die mit jenen nach Fig. 2
identisch sind, tragen übereinstimmende Bezugszeichen.
Um bei dieser Ausführungsform eine Auslesung des Ladungssignals
für jede Farbe unabhängig zu ermöglichen,
ist ein Vertikalabtastschieberegister für jede Farbe
vorgesehen, d. h., es sind ein
Blaulichtvertikalabtastschieberegister 130a, ein
Grünlichtvertikalabtastschieberegister 130b und ein
Rotlichtvertikalabtastschieberegister 130c vorgesehen.
Um die Ladungssignale in Einheiten einer jeden Unter-Einheit
2b auszulesen, sind die
Blaulichthorizontalleitungen 141a, 142a und 143a miteinander
verbunden und an den Ausgangsanschluß D1 der ersten
Stufe des Blaulichtvertikalabtastschieberegisters
130a angeschlossen. In gleicher Weise sind die
Grünlichthorizontalleitungen 141b, 142b und 143b miteinander
verbunden und an den Ausgangsanschluß D1 der ersten
Stufe des Grünlichtvertikalabtastschieberegisters
130b angeschlossen. Die Rotlichthorizontalleitungen
141c, 142c und 143c sind miteinander verbunden und an
den Ausgangsanschluß D1 der ersten Stufe des
Rotlichtvertikalabtastschieberegisters 130c
angeschlossen. Die Verbindungsanordnung der Unter-Einheiten
der zweiten und folgenden Reihe
läßt sich aus der Beschreibung, die soeben für die erste
Reihe gegeben worden ist, entnehmen, so daß diese Beschreibung
hier nicht wiederholt zu werden braucht. Die
Verbindungsanordnung der Vertikalleitungen ist die gleiche
wie bei Fig. 7.
Ähnlich der Schaltung nach Fig. 2 wird in der Schaltung
auch Fig. 8 durch Betreiben eines der Vertikalschieberegister
130a bis 130c zu einem gewünschten Auslesezeitpunkt
die Möglichkeit geschaffen, die Ladungsspeicherzeit
für jede Farbe zu steuern und die addierten Ladungssignale
innerhalb der Unter-Einheit 2b für
die gleiche Farbe auszulesen. Im Falle, daß gleichzeitige
Auslesung der Ladungssignale auftritt, ist ein
Horizontalschieberegister für jede Farbe vorgesehen, wie
in Fig. 2 dargestellt.
In den obigen Ausführungsformen sind die
Schieberegister, die mit den Horizontalleitungen verbunden
sind, Vertikalabtastschieberegister genannt, während
die Schieberegister, die mit den Vertikalleitungen verbunden
sind, Horizontalabtastschieberegister genannt
sind. Diese Benennung sollte jedoch so aufgefaßt werden,
daß die Ausdrücke "vertikal und horizontal" lediglich
die Relativstellung zwischen Register und Leitung
meinen.
Claims (8)
1. Farbbildsensor zum Messen von Farbdichten einer Bildvorlage, bei dem mehrere Arten
photoelektrischer Wandlereinheiten alternierend
angeordnet sind, die Licht unterschiedlicher Farben in
Ladungssignale photoelektrisch umwandeln und diese
Ladungssignale speichern, und das gespeicherte
Ladungssignal in jeder der photoelektrischen
Wandlereinheiten ausgelesen wird, mit
einer Ausleseeinrichtung für jede der Arten
photoelektrischer Wandlereinheiten zum Auslesen der
Ladungssignale in einem nach Farben getrennten Zustand,
wobei die Arten photoelektrischer Wandlereinheiten
erste, zweite und dritte Photodioden
enthalten zum Speichern jeweils eines Ladungssignals,
das durch photoelektrische Umwandlung von Licht einer
ersten, zweiten bzw. dritten Farbe (R. G. B.) erhalten wird, und
die Photodioden in einer Matrix
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (2)
in Unter-Einheiten (2b) gruppiert ist, die
jeweils aus M Reihen und N Spalten bestehen, wobei M und
N ganze Zahlen größer als 2 sind, und die
Ausleseeinrichtungen für jede Farbe die Ladungssignale
jeder Unter-Einheit (2b) derart auslesen, daß die
Ladungssignale aller Photodioden gleicher Farbe einer
einzelnen Unter-Einheit (2b) gleichzeitig ausgelesen und zusammengefaßt verarbeitet werden.
2. Farbbildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausleseeinrichtung enthält:
- a) erste, zweite und dritte Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73), die jeweils mit den entsprechenden ersten, zweiten bzw. dritten Photodioden (11, 12, 113) in Serie geschaltet sind,
- b) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c, 161b, 161a) jeweils für die N Spalten, die mit mehreren der ersten, zweiten und dritten Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73) in den N Spalten verbunden sind,
- c) ein einziges Vertikalabtastschieberegister (130) zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten und dritten Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73) für die M Reihen, und
- d) ein einziges Horizontalabtastschieberegister (131) zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten und dritten Horizontal-MOS-Schalter (161a-161c) für die N Spalten.
3. Farbbildsensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausleseeinrichtung enthält:
erste, zweite und dritte Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73), die mit den entsprechenden ersten, zweiten bzw. dritten Photodioden (11, 12, 13) in Serie geschaltet sind,
einen ersten, einen zweiten und einen dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) jeweils für die N Spalten, die jeweils mit mehreren erster, zweiter bzw. dritter Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73) in den N Spalten verbunden sind,
ein erstes, ein zweites und ein drittes Vertikalabtastschieberegister (130c, 130b, 130a) zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73), und
ein einziges Horizontalabtastschieberegister (131) zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten und dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) für die N Spalten.
erste, zweite und dritte Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73), die mit den entsprechenden ersten, zweiten bzw. dritten Photodioden (11, 12, 13) in Serie geschaltet sind,
einen ersten, einen zweiten und einen dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) jeweils für die N Spalten, die jeweils mit mehreren erster, zweiter bzw. dritter Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73) in den N Spalten verbunden sind,
ein erstes, ein zweites und ein drittes Vertikalabtastschieberegister (130c, 130b, 130a) zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Vertikal-MOS-Schalter (71, 72, 73), und
ein einziges Horizontalabtastschieberegister (131) zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten und dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) für die N Spalten.
4. Farbbildsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß M und N jeweils gleich 3 sind.
5. Farbbildsensor nach Anspruch 1 und den
kennzeichnenden Merkmalen a) und b) des Anspruchs 2,
weiterhin gekennzeichnet durch
eine Vertikal-Abtasteinrichtung zum Einschalten der Vertikal-MOS-Schalter, enthaltend ein erstes, ein zweites und ein drittes Vertikalabtastschieberegister (103c-130a) jeweils zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Vertikal-MOS-Schalter Reihe für Reihe, und
eine einzige Horizontal-Abtasteinrichtung (131) zum Einschalten der Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a).
eine Vertikal-Abtasteinrichtung zum Einschalten der Vertikal-MOS-Schalter, enthaltend ein erstes, ein zweites und ein drittes Vertikalabtastschieberegister (103c-130a) jeweils zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Vertikal-MOS-Schalter Reihe für Reihe, und
eine einzige Horizontal-Abtasteinrichtung (131) zum Einschalten der Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a).
6. Farbbildsensoren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Horizontal-Abtasteinrichtung
enthält:
ein erstes, ein zweites und ein drittes Horizontal-Schieberegister (131c-131a) jeweils zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) Spalte für Spalte.
ein erstes, ein zweites und ein drittes Horizontal-Schieberegister (131c-131a) jeweils zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) Spalte für Spalte.
7. Farbbildsensor nach Anspruch 1 und den
kennzeichnenden Merkmalen a) und b) von Anspruch 2,
weiterhin gekennzeichnet durch:
eine Vertikal-Abtasteinrichtung (130) zum Einschalten der Vertikal-MOS-Schalter, und
eine Horizontal-Abtasteinrichtung, enthaltend ein erstes, ein zweites und ein drittes Horizontal-Schieberegister (131c-131a) jeweils zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) Spalte für Spalte.
eine Vertikal-Abtasteinrichtung (130) zum Einschalten der Vertikal-MOS-Schalter, und
eine Horizontal-Abtasteinrichtung, enthaltend ein erstes, ein zweites und ein drittes Horizontal-Schieberegister (131c-131a) jeweils zum sequentiellen Einschalten der ersten, zweiten bzw. dritten Horizontal-MOS-Schalter (161c-161a) Spalte für Spalte.
8. Farbbildsensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Farbe Rot, die zweite Farbe Grün und die
dritte Farbe Blau ist.
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