特許 7559377 固体撮像素子、読取装置、画像処理装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】固体撮像素子、読取装置、画像処理装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/04 20060101AFI20240925BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240925BHJP

   H04N 25/701 20230101ALI20240925BHJP

   H04N 25/40 20230101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

H04N1/04 106D

H01L27/146 A

H01L27/146 D

H04N25/701

H04N25/40

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020109376

(22)【出願日】2020-06-25

(65)【公開番号】P2022006850

(43)【公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-04-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】阪口 伸司

(72)【発明者】

【氏名】中澤 政元

【審査官】橘 高志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３４８２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０６９２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２８１０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ １／０４

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０４Ｎ ２５／７０１

Ｈ０４Ｎ ２５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電変換を行う画素を行列状に複数配置した画素部と、
前記画素部から得られる信号を処理する処理部と、
前記画素部の画素の読出し制御および前記処理部における処理の制御を実施する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記画素部のうちの一部の画像データを必要としない不要な画素での光電変換で生じた電荷を転送せずに破棄して読出し制御を実施しない場合において、前記不要な画素についての出力信号を一定レベルに固定し、要求される画像品質を満足できる範囲内で、前記不要な画素についての前記処理部の動作を全部または部分的にを停止させる、
ことを特徴とする固体撮像素子。

【請求項2】

前記画素部は、複数の異なる特定の波長域の光を透過するカラーフィルタを配した画素群から構成され、
前記制御部が読出し制御を実施しない前記画素部のうちの一部の画素は、前記画素群のうち、特定のカラーフィルタを配した画素群である、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記特定のカラーフィルタは、前記画素部を構成する複数の画素群のうち、最大波長帯の光を透過するカラーフィルタである、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記特定のカラーフィルタは、近赤外領域を透過するカラーフィルタである、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記制御部は、前記処理部の動作を部分的に停止する制御抑制機能について、選択的にＯＮ／ＯＦＦ可能とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

光を照射する光源と、
請求項１ないし５の何れか一項に記載の固体撮像素子と、
を備えることを特徴とする読取装置。

【請求項7】

請求項６に記載の読取装置と、
画像形成部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。

【請求項8】

光電変換を行う画素を行列状に複数配置した画素部と、前記画素部から得られる信号を処理する処理部と、前記画素部の画素の読出し制御および前記処理部における処理の制御を実施する制御部と、を備える固体撮像素子で実行される制御方法であって、
前記制御部は、前記画素部のうちの一部の画像データを必要としない不要な画素での光電変換で生じた電荷を転送せずに破棄して読出し制御を実施しない場合において、前記不要な画素についての出力信号を一定レベルに固定し、要求される画像品質を満足できる範囲内で、前記不要な画素についての前記処理部の動作を全部または部分的にを停止させる工程を含む、
ことを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体撮像素子、読取装置、画像処理装置および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、イメージセンサを用いた固体撮像素子においては、ＲＧＢからなる画素を配置した３ラインイメージセンサ構成や、ＲＧＢなどの可視光以外に近赤外（ＮＩＲ）などの不可視光の読取を可能とする４ラインイメージセンサ構成が開発されている。

【0003】

４ラインイメージセンサにおいては、可視光と不可視光を同時に読み取ることを可能とすることで、例えば原稿上のゴミなどの余分な読取情報を排除する目的、あるいは不可視ではあるが重要な情報を原稿にあらかじめ埋め込んでおき、その情報を読み取る技術が既に知られている。

【0004】

特許文献１には、エリアセンサにおいて、読出し領域の上下行に対してリセット処理を行うことで、ブルーミングの発生を防止するための技術が開示されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の複数ラインから成るイメージセンサでは、配置したラインのうち一部分の情報のみを必要とする場合においても、全てのラインを動作させ、得られる画像データのうち必要な画像データのみを選択して使用していた。

【0006】

または、従来の複数ラインから成るイメージセンサでは、不要なラインの処理、あるいは、不要なラインより得られた画像データの処理について、最適な処理手段が提供されていないという問題があった。

【0007】

また、特許文献１に開示の従来技術によれば、必要な領域の画像読出しのタイミングに合わせて、不要な領域の画素にて発生した電荷をリセットするため、不要な領域の画素のリセット処理動作により生じるノイズが必要な領域の画素の読出しに影響を与えかねないという問題があった。

【0008】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、画像データを必要とする画素群から得られる画像品質の向上を図る、ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光電変換を行う画素を行列状に複数配置した画素部と、前記画素部から得られる信号を処理する処理部と、前記画素部の画素の読出し制御および前記処理部における処理の制御を実施する制御部と、を備え、前記制御部は、前記画素部のうちの一部の画像データを必要としない不要な画素での光電変換で生じた電荷を転送せずに破棄して読出し制御を実施しない場合において、前記不要な画素についての出力信号を一定レベルに固定し、要求される画像品質を満足できる範囲内で、前記不要な画素についての前記処理部の動作を全部または部分的にを停止させる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、画像データを必要とする画素群から得られる画像品質の向上を図ることができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置の一例の構成を示す図である。

【図2】図２は、画像読取装置の構造を例示的に示す断面図である。

【図3】図３は、画像読取装置を構成する各部の電気的接続を示すブロック図である。

【図4】図４は、画素回路の構成例を示す図である。

【図5】図５は、画素回路における転送にかかるタイミング制御を示す図である。

【図6】図６は、画素回路のシリコン層での電荷移動（電荷クロストーク）を示す図である。

【図7】図７は、回路間でのノイズ伝搬（回路クロストーク）を示す図である。

【図8】図８は、回路間でのノイズ伝搬（配線クロストーク）を示す図である。

【図9】図９は、画素回路の制御タイミングを示す図である。

【図10】図１０は、第２の実施の形態にかかる画素群の部分読出しの一例を示す図である。

【図11】図１１は、第３の実施の形態にかかる画素回路の構成例を示す図である。

【図12】図１２は、画素回路における転送にかかるタイミング制御を示す図である。

【図13】図１３は、画素回路の制御タイミングを示す図である。

【図14】図１４は、第４の実施の形態にかかる固体撮像素子を構成する各部の電気的接続を示すブロック図である。

【図15】図１５は、ＡＤ変換部（Line1,3）を停止した場合のノイズ影響（回路クロストーク）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照して、固体撮像素子、読取装置、画像処理装置および制御方法の実施の形態を詳細に説明する。

【0013】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置１００の一例の構成を示す図である。図１において、画像処理装置である画像形成装置１００は、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する一般に複合機と称されるものである。

【0014】

画像形成装置１００は、読取装置である画像読取装置１０１およびＡＤＦ（Automatic Document Feeder）１０２を有し、その下部に画像形成部１０３を有する。画像形成部１０３については、内部の構成を説明するために、外部カバーを外して内部の構成を示している。

【0015】

ＡＤＦ１０２は、画像を読み取らせる原稿を読取位置に位置づける原稿支持部である。ＡＤＦ１０２は、載置台に載置した原稿を読取位置に自動搬送する。画像読取装置１０１は、ＡＤＦ１０２により搬送された原稿を所定の読取位置で読み取る。また、画像読取装置１０１は、原稿を載置する原稿支持部であるコンタクトガラスを上面に有し、読取位置であるコンタクトガラス上の原稿を読み取る。具体的に画像読取装置１０１は、内部に光源や、光学系や、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子を有するスキャナであり、光源で照明した原稿の反射光を光学系を通じて固体撮像素子で読み取る。

【0016】

画像形成部１０３は、記録紙を手差しする手差ローラ１０４や、記録紙を供給する記録紙供給ユニット１０７を有する。記録紙供給ユニット１０７は、多段の記録紙給紙カセット１０７ａから記録紙を繰り出す機構を有する。供給された記録紙は、レジストローラ１０８を介して二次転写ベルト１１２に送られる。

【0017】

二次転写ベルト１１２上を搬送する記録紙は、転写部１１４において中間転写ベルト１１３上のトナー画像が転写される。

【0018】

また、画像形成部１０３は、光書込装置１０９や、タンデム方式の作像ユニット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）１０５や、中間転写ベルト１１３や、上記二次転写ベルト１１２などを有する。作像ユニット１０５による作像プロセスにより、光書込装置１０９が書き込んだ画像を中間転写ベルト１１３上にトナー画像として形成する。

【0019】

具体的に、作像ユニット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）１０５は、４つの感光体ドラム（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を回転可能に有し、各感光体ドラムの周囲に、帯電ローラ、現像器、一次転写ローラ、クリーナーユニット、及び除電器を含む作像要素１０６をそれぞれ備える。各感光体ドラムにおいて作像要素１０６が機能し、感光体ドラム上の画像が各一次転写ローラにより中間転写ベルト１１３上に転写される。

【0020】

中間転写ベルト１１３は、各感光体ドラムと各一次転写ローラとの間のニップに、駆動ローラと従動ローラとにより張架して配置されている。中間転写ベルト１１３に一次転写されたトナー画像は、中間転写ベルト１１３の走行により、二次転写装置で二次転写ベルト１１２上の記録紙に二次転写される。その記録紙は、二次転写ベルト１１２の走行により、定着装置１１０に搬送され、記録紙上にトナー画像がカラー画像として定着する。その後、記録紙は、機外の排紙トレイへと排出される。なお、両面印刷の場合は、反転機構１１１により記録紙の表裏が反転されて、反転された記録紙が二次転写ベルト１１２上へと送られる。

【0021】

なお、画像形成部１０３は、上述したような電子写真方式によって画像を形成するものに限るものではなく、インクジェット方式によって画像を形成するものであってもよい。

【0022】

次に、画像読取装置１０１について説明する。

【0023】

図２は、画像読取装置１０１の構造を例示的に示す断面図である。図２に示すように、画像読取装置１０１は、本体１１内に、固体撮像素子２２を備えたセンサ基板１０、レンズユニット８、第１キャリッジ６及び第２キャリッジ７を有する。第１キャリッジ６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である光源２及びミラー３を有する。第２キャリッジ７は、ミラー４，５を有する。また、画像読取装置１０１は、上面にコンタクトガラス１及び基準白板１３を設けている。光源２は、可視画像用の白色光源や、不可視画像用の近赤外（ＮＩＲ）光源など用途に合わせた光源により構成される。

【0024】

画像読取装置１０１は、読取動作において、第１キャリッジ６及び第２キャリッジ７を待機位置（ホームポジション）から副走査方向（Ａ方向）に移動させながら光源２から光を上方に向けて照射する。そして、第１キャリッジ６及び第２キャリッジ７は、原稿１２からの反射光を、レンズユニット８を介して固体撮像素子２２上に結像させる。

【0025】

また、画像読取装置１０１は、電源ＯＮ時などには、基準白板１３からの反射光を読取って基準を設定する。即ち、画像読取装置１０１は、第１キャリッジ６を基準白板１３の直下に移動させ、光源２を点灯させて基準白板１３からの反射光を固体撮像素子２２の上に結像させることによりゲイン調整を行う。

【0026】

固体撮像素子２２は、可視、不可視の波長域を撮像可能である。固体撮像素子２２には、入射光量を電気信号に変換する画素が配置されている。画素は行列状に配置され、各画素から得られる電気信号は、一定時間毎に所定の順序で、後段のデジタル信号処理部２２５（図４参照）へと転送される（画素読出し信号）。各画素上には特定の波長の光のみを透過するカラーフィルタが配置されている。本実施の形態の固体撮像素子２２では、同一のカラーフィルタが配置された画素群から得られる各信号をチャンネルと称する。なお、本実施形態では可視光を照射して固体撮像素子２２によって撮像された画像を可視画像、近赤外光などの不可視光を照射して固体撮像素子２２によって撮像された画像を不可視画像と呼ぶ。

【0027】

なお、本実施形態の画像読取装置１０１として縮小光学系の画像読取装置を適用したが、これに限るものではなく、等倍光学系（密着光学系：ＣＩＳ方式）であってもよい。

【0028】

図３は、画像読取装置１０１を構成する各部の電気的接続を示すブロック図である。図３に示すように、画像読取装置１０１は、上述した固体撮像素子２２、光源２に加え、画像処理部２０、制御装置２３、光源駆動部２４、を備えている。光源駆動部２４は、光源２を駆動する。

【0029】

固体撮像素子２２は、縮小光学系用センサであり、例えばＣＭＯＳイメージセンサなどである。固体撮像素子２２は、画素部２２１と、制御部２２２と、制御レジスタ部２２３と、ＡＤ変換部２２４と、デジタル信号処理部２２５と、を備える。

【0030】

なお、本実施形態では４ライン構成での固体撮像素子２２を例にして説明するが、４ラインに限定されるものではない。また、画素部２２１より後段の回路構成に関しても、図示する構成に限定されるものではない。

【0031】

画素部２２１は、画素を構成する画素回路２２８を行列状に複数配置した４ラインの画素群を有する。また、画素部２２１は、４ラインの画素群には行毎に異なるカラーフィルタ（ＣＦ）２２９を配置し、特定の波長域の光のみを透過する。カラーフィルタ２２９は、入射光を異なる波長帯毎に分離するために配置される。例えばＲＧＢ－ＣＦやＹＭＣＫ－ＣＦやＮＩＲ－ＣＦなど画像取得目的に応じて、最適なカラーフィルタ２２９が配置される。

【0032】

画素部２２１の各画素回路２２８は、制御部２２２あるいは制御レジスタ部２２３から制御される。制御部２２２あるいは制御レジスタ部２２３は、制御装置２３から制御される。

【0033】

ＡＤ変換部２２４は、ＡＭＰ回路２２６とＡＤ変換回路２２７とを備え、画素部２２１から出力された信号をデジタル信号へと変換する。デジタル信号処理部２２５は、ＡＤ変換部２２４で変換されたデジタル信号を必要に応じて処理する。ＡＤ変換部２２４およびデジタル信号処理部２２５は、画素部２２１から得られる信号を処理する処理部として機能するものであって、制御部２２２あるいは制御レジスタ部２２３から制御される。

【0034】

画素部２２１の各画素回路２２８により生成されたリセットレベルと信号レベル（PIXOUT_CF0～3）は、例えば主走査の配置位置に沿って順次読出しを実施され、読み出されたリセットレベルと信号レベルの差分がＡＤ変換部２２４のＡＭＰ回路２２６により増幅される。増幅された差分レベルは、ＡＤ変換部２２４のＡＤ変換回路２２７によりデジタル信号へと変換される。変換されたデジタル信号（画像データ）は、必要に応じてデジタル信号処理部２２５にて処理が施され、後段に配置される画像処理部２０へと転送される。

【0035】

画像処理部２０は、画像データの使用目的に合わせた各種の画像処理を実行する。

【0036】

なお、本実施形態においては、固体撮像素子２２がデジタル信号処理部２２５を備える構成としたが、これに限るものではなく、デジタル信号処理部２２５を固体撮像素子２２の外部に備えるようにしてもよい。また、ＡＤ変換部２２４や制御レジスタ部２２３を固体撮像素子２２の外部に備えるようにしてもよい。

【0037】

次に、画素部２２１の画素回路２２８について説明する。

【0038】

図４は、画素回路２２８の構成例を示す図である。画素回路２２８の一例として、フォトダイオード（ＰＤ）２００と、電荷転送トランジスタ（ＴＸ＿Ｔｒ）２０２と、電荷－電圧変換を行うフローティングディフュージョン（ＦＤ）２０４と、ＦＤ２０４をリセットするリセットトランジスタ（ＲＴ＿Ｔｒ）２０６と、後段に信号をバッファリングして出力するソースフォロワ回路（ＳＦ回路）２０８と、ＰＩＸＯＵＴラインへの信号出力を制御する選択制御スイッチ（ＳＬ）２１０と、ＳＦ回路２０８にバイアス電流を供給する電流源（Ｉｓ）２１２と、を含む４トランジスタ構成のものを示している。ＰＤ２００は、「受光素子」の一例であり、入射した光を光電変換して電荷を生成し、入射光量に応じた電荷を蓄積する。ＰＤ２００は、例えば埋め込み型のフォトダイオードである。ＴＸ＿Ｔｒ２０２と、ＲＴ＿Ｔｒ２０６と、ＳＦ回路２０８と、ＳＬ２１０とが４つのトランジスタ（一例としてＭＯＳＦＥＴ（MOS Field Effect Transistor））の構成をとる。画素回路２２８内の接続関係を次に示す。

【0039】

ＰＤ２００は、アノードが接地され、カソードがＴＸ＿Ｔｒ２０２のドレインに接続される。ＴＸ＿Ｔｒ２０２は、ドレインがＰＤ２００のカソードに接続され、ソースがＦＤ２０４に接続される。ＲＴ＿Ｔｒ２０６は、ドレインが電圧ＶＤＤに接続され、ソースがＦＤ２０４に接続される。ＳＦ回路２０８は、ゲートがＦＤ２０４に接続され、ドレインが電圧ＶＤＤに接続され、ソースがＳＬ２１０のドレインに接続される。ＳＬ２１０は、ドレインがＳＦ回路２０８のソースに接続され、ソースから画素信号（電圧）をＡＤ変換部２２４（図３参照）側に出力する。

【0040】

制御部２２２（図３参照）は、ＴＸ＿Ｔｒ２０２のゲートや、ＲＴ＿Ｔｒ２０６のゲートや、ＳＬ２１０のゲートに制御信号としてパルス電圧を印加することにより画素回路２２８を動作させる。

【0041】

画素回路２２８の基本的な動作を次に示す。先ず、ＰＤ２００が光電変換を行うことにより、入射される光の量に応じた電荷を生成して蓄積する。ＰＤ２００に蓄積された電荷は、ＴＸ＿Ｔｒ２０２のスイッチオンにより、ＰＤ２００からＦＤ２０４（浮遊拡散領域）へと転送される。ＦＤ２０４は、ＰＤ２００が生成した電荷を電圧に変換する。

【0042】

ＳＦ回路２０８は、次のように動作する。ＳＦ回路２０８は、ＦＤ２０４の信号レベルの電圧を増幅し、画素信号（電圧）ＳＦＯＵＴとして出力する。ＦＤ２０４の信号レベルをＳＦＯＵＴへ出力した後に、ＦＤ２０４の信号レベルは、ＲＴ＿Ｔｒ２０６のスイッチオンによりリセットされ、所定のレベルに初期化される。画素信号ＳＦＯＵＴは、ＳＬ２１０のスイッチオンによりＰＩＸＯＵＴへと転送され、さらにＡＤ変換部２２４などを経て画像データとなる。

【0043】

以下において、転送にかかるタイミング制御について説明する。なお、簡単のため、画素回路２２８が行列状に４ライン分配置されるものとして説明する。

【0044】

ここで、図５は画素回路２２８における転送にかかるタイミング制御を示す図である。図５に示すように、制御部２２２は、所定の読取間隔（以下、ライン周期）毎に、ＲＴ信号，ＴＸ信号の順で制御する。

【0045】

ＲＴ信号がアサートされると、ＦＤ２０４は所定のレベル（リセットレベル）へと初期化される。その後、ＴＸ信号がアサートされ、ＰＤ２００で生じた電荷がＴＸ＿Ｔｒ２０２を介してＦＤ２０４へと転送される。

【0046】

ＴＸ信号がアサートされた後のＦＤ２０４は、リセットレベルを基準として、ＰＤ２００で生じた電荷量に応じたレベル分低下する（信号レベル）ため、ＡＤ変換部２２４により、リセットレベルと信号レベルの差分をＡＤ変換することで、前述のライン周期間に生じた電荷量、すなわち入射光量を得ることになる。

【0047】

ところで、画像読取装置１０１においては、必ずしも搭載した全ての画素群の画像データを必要とはしない。例えば、カラーフィルタ２２９としてＲＧＢ－ＣＦを配したイメージセンサにおいて単色の画像データのみを読取る場合などは、ＲＧＢ３色のカラーフィルタ２２９を配した画素群のうち一つの画素群からの画像データのみを読み出せればよい。また、例えば、読取を行う原稿のうち一部分のみを読取る場合など、同一のカラーフィルタ２２９を配した画素群のうちでも、一部分の画素群のみを読み出せればよい場合がある。

【0048】

特に、本実施形態においては、ＲＧＢのような可視光を照射して撮像された可視画像と、ＮＩＲのような不可視光を照射して撮像された不可視画像を同時に取得可能な画像読取装置１０１が適用されている。このような画像読取装置１０１においては、用途により、ＲＧＢのような可視光を照射して撮像された可視画像のみ、あるいはＮＩＲのような不可視光を照射して撮像された不可視画像のみの取得を必要とする場合がある。

【0049】

ただし、搭載した複数画素群のうち特定のラインに含まれる一部の画素群から得られる画像データを取得する場合において、不要な画素群の処理を適切に行わないと、不要な画素群を処理することに起因するノイズの影響により、必要な画素群から得られる画像の品質が本来得られるはずの画像品質に対して劣化してしまう。また、不要な画素群の処理回路を常に動作させたままとすることは、消費電力の観点からも望ましくはない。以下において、画像品質の劣化要因について説明する。

【0050】

まず、画素回路２２８のシリコン層での電荷移動（電荷クロストーク）による画像品質の劣化について説明する。

【0051】

ここで、図６は画素回路２２８のシリコン層での電荷移動（電荷クロストーク）を示す図である。図６は、行あるいは列方向に隣接する画素回路２２８間でのシリコン層での電荷移動を図示したものである。

【0052】

より詳細には、図６に示すように、画素回路２２８では、光が入射される限り光電変換が実施され電荷が発生する。発生した電荷は、ＰＤ２００下のシリコン層を経由して、他のＰＤ２００の下部へと移動する。例えば、Ｒのみを透過するカラーフィルタ２２９を配した画素回路２２８で発生したＲ光に起因する電荷が、Ｇのみを透過するカラーフィルタ２２９を配した画素回路２２８の下部へと移動する場合、本来Ｇ光に起因する電荷のみを有効な光電変換結果として扱いたいが、Ｒ光に起因する電荷が混入することになる。このような電荷の混入は、電荷クロストーク成分による混色とされる。

【0053】

なお、ＰＤ２００への入射光の波長が長ければ長いほど、シリコン層の深い位置で光電変換が実施されるため、ＮＩＲ光など長波長の光が入射されると、可視光など短波長の光が入射される場合と比較し電荷クロストーク成分が増加する。例えば、Ｒ／Ｇ／Ｂ／ＮＩＲの各波長帯を透過するカラーフィルタを配した画素群を形成した場合、配したカラーフィルタのうちＮＩＲカラーフィルタが最大波長帯を透過するカラーフィルタであるため、ＮＩＲ画素群から、その他の画素群への電荷クロストーク成分が最も大きい。同様にＲ／Ｇ／Ｂの各波長帯を透過するカラーフィルタを配した画素群を形成した場合には、Ｒ画素群から、その他の画素群への電荷クロストーク成分が最も大きい。

【0054】

通常、電荷クロストーク成分は十分小さくなるように、画素回路２２８が設計される。例えば、異なる画素回路２２８の間に電荷の移動を妨げる壁を設けることで混色を低減できる。しかし、電荷の移動を全て防止することは困難である。

【0055】

そこで、本実施形態においては、詳細は後述するが、画像データを必要としない画素群からの混色成分を抑制することで、必要な画素群から得られる画像の品質を向上させるようにする。

【0056】

次に、回路間でのノイズ伝搬（回路クロストーク）による画像品質の劣化について説明する。

【0057】

ここで、図７は回路間でのノイズ伝搬（回路クロストーク）を示す図である。図７に示すように、ある回路のスイッチング動作などにより負荷変動が生じると、回路に電流を供給している電源あるいはＧＮＤのレベルが変動する。電源／ＧＮＤの変動は、共通インピーダンスを介し、その回路と電源／ＧＮＤを共通とする他の回路へノイズとして伝搬する。

【0058】

そこで、本実施形態においては、詳細は後述するが、不要な画素群を処理するための回路に起因するノイズの発生を抑制し、必要な画素群から得られるデータへのノイズ伝搬を抑制することで、必要な画素群から得られる画像品質を向上させるようにする。

【0059】

次に、回路間でのノイズ伝搬（配線クロストーク）による画像品質の劣化について説明する。

【0060】

ここで、図８は回路間でのノイズ伝搬（配線クロストーク）を示す図である。図８に示すように、二つの信号線が近接して平行に配線されている場合、配線間の寄生容量や相互インダクタンスを介してノイズが伝搬する。一方の配線で生じたレベル変化が、他方の配線へとノイズとなって伝搬する。つまり、配線１が固定レベルであれば、寄生容量などの配線クロストーク伝搬経路が存在したとしても、ノイズの伝搬は発生しないことになる。

【0061】

そこで、本実施形態においては、詳細は後述するが、不要な画素群の処理にかかる信号配線を固定レベルへと制御し、配線間でのノイズ伝搬を抑制することで、必要な画素群から得られる画像品質を向上させるようにする。

【0062】

続いて、本実施形態における画素回路２２８の制御タイミングについて説明する。以下においては、画素回路２２８を４ライン（Line0～3）分配置した場合について説明する。そして、画像データを取得する画素群であるラインを必要ライン（Line0～2）、画像データを必要としない画素群であるラインを不要ライン（Line3）と称する。

【0063】

ここで、図９は画素回路２２８の制御タイミングを示す図である。図９に示すように、制御部２２２は、必要ライン（Line0～2）に配置された画素回路２２８については、図５で説明した制御を行い、画像データを得る。

【0064】

一方、図９に示すように、制御部２２２は、不要ライン（Line3）に配置された画素回路２２８については、ＲＴ／ＴＸ信号を常時アサートとする。

【0065】

不要ライン（Line3）に配置された画素回路２２８による光電変換で生じた電荷は、常時ＴＸ信号がアサートされているため、電荷発生後すぐにＦＤ２０４へと転送される。加えて、ＲＴ信号も常時アサートされているため、ＦＤ２０４は常に一定の電位に保たれる。すなわち、光電変換により発生した電荷は、すぐにＲＴ＿Ｔｒ２０６を介して電源へと破棄される。

【0066】

本制御により、不要ライン（Line3）で生じた電荷は常に破棄され、読出し制御を実施しない。より詳細には、画素回路２２８における光電変換は実施されるが、光電変換により生じた電荷はすぐに破棄されるため、ＰＤ２００部に電荷が貯まらず、不要ラインから必要ラインへの電荷クロストーク成分を最小化することができる。すなわち、画素回路２２８間での電荷クロストークを低減でき、画像品質を向上さえることができる。

【0067】

また、不要ライン（Line3）に配置した画素回路２２８を駆動するためのトランジスタの状態を固定しているため、トランジスタのスイッチング動作に伴う負荷変動が抑制され、共通インピーダンスを介した余分な回路クロストークの発生を抑えることができる。すなわち、不要ライン（Line3）に配置された画素回路２２８についてはトランジスタのスイッチング動作を行わないため、回路クロストークを抑制することができ、消費電力を低減することができる。

【0068】

また、ＦＤ２０４の電位が常に一定のため、不要ライン（Line3）の処理配線のレベルは常に所定のレベル（リセットレベル）にあるため、必要ライン（Line0～2）の画素部２２１および処理配線への配線クロストーク成分を最小化することができる。すなわち、画素回路２２８からの配線のレベルが変動しないため、配線クロストークを抑制することができる。

【0069】

加えて、制御部２２２は、ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５を、以下のように制御する。

【0070】

制御部２２２は、必要ライン（Line0～2）については、従来同様の制御を行い、画像データを得る。

【0071】

一方、制御部２２２は、不要ライン（Line3）については、ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５の動作を停止する。

【0072】

このように、不要ライン（Line3）の処理部（ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５）の動作を停止することで、回路のスイッチング動作による負荷変動を抑制することができる。すなわち、停止した不要ライン（Line3）の処理部（ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５）から、動作している必要ライン（Line0～2）の処理部への回路クロストーク成分を最小化することができる。すなわち、不要な回路動作を行わないため、回路クロストークを抑制することができる。

【0073】

また、不要ライン（Line3）の処理部（ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５）の動作を停止させることにより、各処理部間を接続している配線の電位を所定のレベルに固定できるため、必要ライン（Line0～2）の処理部間を接続している配線への配線クロストーク成分を最小化することができる。すなわち、処理部間の配線のレベルが変動しないため、配線クロストークを抑制することができる。

【0074】

さらにまた、制御信号を固定、あるいは、不要ライン（Line3）の処理部を停止させることで、低消費電力化を図ることができ、消費電力を低減することができる。

【0075】

このように本実施形態によれば、画像データを必要としない不要な画素領域に対しては常に電荷をリセットし、読出し制御を実施しない構成とすることにより、不要な画素領域での光電変換により生じる電荷、あるいは、不要な画素領域から得られる画像データの処理回路の動作に起因するノイズの必要領域への回り込みを低減でき、画像データを必要とする必要ラインの画素から得られる画像品質の向上を図ることができる。

【0076】

さらに、要求される画像品質を満足できる範囲内で、画像データを必要としない不要ラインの各処理部を停止することで、低消費電力化を図り、消費電力を低減することができる。

【0077】

例えば、ＲＧＢのような可視光を照射して撮像された可視画像のみの取得を必要とする場合であって、ＮＩＲのような不可視光を照射して撮像された不可視画像の取得を不要とする場合には、不要ライン（Line3）から必要ライン（Line0～2）への電荷クロストークを低減することができる。

【0078】

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。

【0079】

第１の実施の形態では、必要とする画素群あるいは不要とする画素群をライン単位で設定する場合における制御部２２２の制御を説明したが、第２の実施の形態は、同一ライン内において必要な画素群と不要な画素群を設定するようにした点が、第１の実施の形態と異なる。以下、第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態と異なる箇所について説明する。

【0080】

図１０は、第２の実施の形態にかかる画素群の部分読出しの一例を示す図である。図１０に示す図は、同一ライン内において画素群単位で画素回路２２８の制御切替えを示すものである。図１０に示す例においては、行列状に配置された画素回路２２８の中央に配置する画素群のみを読出す場合についての制御を示す。

【0081】

なお、図１０においては、網掛けで示した画素群が、画素部２２１における読出しを実施しない一部の画素である。なお、読出しを実施しない一部の画素は、１画素または複数画素である。

【0082】

固体撮像素子２２は、読出範囲制御部２３０を備える。制御部２２２は、読出範囲制御部２３０に対して、画素部２２１の各画素回路２２８における読出を行う画素範囲（読出開始画素位置から読出終了画素位置までの範囲）の指定を行う。読出範囲制御部２３０は、画素部２２１のライン（Line0～3）毎の各画素回路２２８に設けられたシフトレジスタ回路２２８ａを制御する。

【0083】

シフトレジスタ回路２２８ａは、読出範囲制御部２３０により設定された読出開始画素位置から読出終了画素位置までの範囲で、制御部２２２より入力される画素制御信号ＴＸ、ＲＴ、ＳＬ信号を画素毎に順次適用していく。なお、制御部２２２よりシフトレジスタ回路２２８ａへ入力される制御信号は、図５に示した制御タイミングと同様のタイミングで入力される。

【0084】

また、シフトレジスタ回路２２８ａは、読出範囲制御部２３０により設定されない読出範囲外の画素について、画素制御信号ＴＸ、ＲＴを固定レベルに制御する。また、シフトレジスタ回路２２８ａは、読出範囲外の画素から得られる信号を後段に設けられたＡＭＰ２２６、ＡＤＣ２２７へと転送する必要がないため、ＳＬ信号も固定レベルに制御する。つまり、図１０において網掛けで示した読出しを実施しない画素群へのシフトレジスタ回路２２８ａからの制御信号は、全て固定レベルとする。

【0085】

すなわち、図１０において網掛けで示した読出しを実施しない画素群であるＬｉｎｅ０、３については、シフトレジスタ回路２２８ａは、出力を常時固定レベルとし、読出しを実施しない。また、Ｌｉｎｅ１，２の画素回路２２８の端部に位置する網掛けで示した画素群については、シフトレジスタ回路２２８ａは、出力を固定レベルとし、読出しを実施しない。

【0086】

一方、図１０において網掛けで示した画素以外の画素群については、シフトレジスタ回路２２８ａは、出力を制御部２２２により制御され、画像データとして読出しを実施する。

【0087】

なお、読出範囲制御部２３０は、同一ライン内における部分的な読出が不要な場合においては不要である。同一ライン内における部分的な読出が不要な場合には、制御部２２２が、読出しを実施する必要ラインのシフトレジスタ回路２２８ａへの制御信号と、読出しを実施しない不要ラインのシフトレジスタ回路２２８ａへの制御信号と、を切替えればよい。

【0088】

このように本実施形態によれば、同一ライン内において必要な画素群と不要な画素群を設定する場合においても、制御部２２２は、画素群単位で画素回路２２８の制御切替えを行うことで、電荷クロストーク低減効果を得ることができる。

【0089】

また、制御部２２２は、同一ライン内の不要な画素群の読出しに係る各処理動作を実施しないことにより、回路クロストークあるいは配線クロストークを低減することができる。

【0090】

さらに、制御部２２２は、不要な画素群の読出しに係る各処理動作を実施しないため、画像データの取得に必要な時間を短縮することができる。あるいは、制御部２２２は、必要な画素群の読出しに係る各処理動作の処理速度を低減することができる。

【0091】

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。

【0092】

第３の実施の形態は、画素回路２２８において電荷転送スイッチ（ＴＸ＿Ｔｒ）２０２を備えずに３トランジスタ構成にした点が、第１の実施の形態または第２の実施の形態と異なる。以下、第３の実施の形態の説明では、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態または第２の実施の形態と異なる箇所について説明する。

【0093】

図１１は、第３の実施の形態にかかる画素回路２２８の構成例を示す図である。第２の実施の形態にかかる画素回路２２８は、電荷転送スイッチ（ＴＸ＿Ｔｒ）２０２を備えずに、容量（キャパシタ）２１４を備えた３トランジスタ構成である。キャパシタ２１４は、ＰＤ２００とＲＴ＿Ｔｒ２０６との間に設けられる。

【0094】

ＰＤ２００で発生した電荷は、キャパシタ２１４へと蓄積される。キャパシタ２１４端には、発生した電荷量に応じた電位差（以下、信号レベル）が生じる。また、キャパシタ２１４は、ＲＴ＿Ｔｒ２０６によりリセットされる。リセット動作は、制御部２２２からのＲＴ信号により制御される。

【0095】

以下において、転送にかかるタイミング制御について説明する。なお、簡単のため、画素回路２２８が行列状に４ライン分配置されるものとして説明する。

【0096】

ここで、図１２は画素回路２２８における転送にかかるタイミング制御を示す図である。図１２に示すように、制御部２２２は、所定の読取間隔（以下、ライン周期）毎に、各ＲＴ信号で制御する。

【0097】

ＰＤ２００での光電変換は、常時実施される。ＰＤ２００で発生した電荷は、キャパシタ２１４へと蓄積される。

【0098】

制御部２２２は、光電変換結果の読出しタイミングで信号レベルを読出し、信号レベル読出し後に各ＲＴ信号をアサートする。

【0099】

ＲＴ信号がアサートされると、キャパシタ２１４の端電位は、所定の電位（以下、リセットレベル）へと初期化される。リセットレベルと信号レベルの差分が、光電変換により生じた電荷量となり、すなわち光電変換された光量となる。リセットレベル及び信号レベルは、ＳＦ回路２０８により増幅され、ＳＦＯＵＴとして出力される。

【0100】

ＳＬ信号がアサートされると、ＳＦ回路２０８により増幅されたレベルが、後段に配するＡＤ変換部２２４へと転送される。

【0101】

続いて、本実施形態における画素回路２２８の制御タイミングについて説明する。

【0102】

ここで、図１３は画素回路２２８の制御タイミングを示す図である。図１３に示すように、制御部２２２は、必要ライン（Line0～2）に配置された画素回路２２８については、図５で説明した制御を行い、画像データを得る。

【0103】

一方、図１３に示すように、制御部２２２は、不要ライン（Line3）に配置された画素回路２２８については、ＲＴ信号を常時アサートとする。

【0104】

不要ライン（Line3）に配置された画素回路２２８による光電変換で生じた電荷は、常時ＲＴ信号がアサートされているため、光電変換により電荷が発生しても、すぐにＲＴ＿Ｔｒ２０６を介して電源へと破棄される。

【0105】

本制御により、不要ライン（Line3）で生じた電荷は常に破棄される。より詳細には、画素回路２２８における光電変換は実施されるが、光電変換により生じた電荷はすぐに破棄されるため、不要ラインから必要ラインへの電荷クロストーク成分を最小化することができる。

【0106】

また、不要ライン（Line3）に配置した画素回路２２８を駆動するためのトランジスタの状態を固定しているため、トランジスタのスイッチング動作に伴う負荷変動が抑制され、共通インピーダンスを介した余分な回路クロストークの発生を抑えることができる。

【0107】

また、ＦＤ２０４の電位及びＳＦＯＵＴ電位が常に一定のため、不要ライン（Line3）の処理配線のレベルは常に所定のレベル（リセットレベル）にあるため、必要ライン（Line0～2）の処理配線への配線クロストーク成分を最小化することができる。

【0108】

加えて、制御部２２２は、ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５を、以下のように制御する。

【0109】

制御部２２２は、必要ライン（Line0～2）については、従来同様の制御を行い、画像データを得る。

【0110】

一方、制御部２２２は、不要ライン（Line3）については、ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５の動作を停止する。

【0111】

このように、不要ライン（Line3）の処理回路（ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５）の動作を停止することで、回路のスイッチング動作による負荷変動を抑制することができる。すなわち、停止した不要ライン（Line3）の処理回路（ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５）から、動作している必要ライン（Line0～2）の処理回路への回路クロストーク成分を最小化することができる。すなわち、不要な回路動作を行わないため、回路クロストークを抑制することができる。

【0112】

また、不要ライン（Line3）の処理回路（ＡＤ変換部２２４及びデジタル信号処理部２２５）の動作を停止させることにより、各回路間を接続している配線の電位を所定のレベルに固定できるため、必要ライン（Line0～2）の処理回路間を接続している配線への配線クロストーク成分を最小化することができる。すなわち、回路間の配線のレベルが変動しないため、配線クロストークを抑制することができる。

【0113】

さらにまた、制御信号を固定、あるいは、不要ライン（Line3）の処理回路を停止させることで、低消費電力化を図ることができ、消費電力を低減することができる。

【0114】

このように本実施形態によれば、画像データを必要としない不要な画素領域に対しては常に電荷をリセットし、読出し制御を実施しない構成とすることにより、不要な画素領域での光電変換により生じる電荷、あるいは、不要な画素領域から得られる画像データの処理回路の動作に起因するノイズの必要領域への回り込みを低減でき、画像データを必要とする必要ラインの画素から得られる画像品質の向上を図ることができる。

【0115】

なお、本実施形態では、必要とする画素群あるいは不要とする画素群をライン単位で設定する場合においての制御を説明したが、同一ライン内において必要な画素群と不要な画素群を設定する場合においても、制御部２２２は、画素群単位で画素回路２２８の制御切替えを行うことで、電荷クロストーク低減効果を得ることができる。

【0116】

また、制御部２２２は、同一ライン内の不要な画素群の読出しに係る各処理動作を実施しないことにより、回路クロストークあるいは配線クロストークを低減することができる。

【0117】

さらに、制御部２２２は、不要な画素群の読出しに係る各処理動作を実施しないため、画像データの取得に必要な時間を短縮することができる。あるいは、制御部２２２は、必要な画素群の読出しに係る各処理動作の処理速度を低減することができる。

【0118】

なお、画素群単位で画素回路２２８の制御切替えについては、第２の実施の形態にて説明した手段と同様の手段を適用できる。

【0119】

さらに、要求される画像品質を満足できる範囲内で、画像データを必要としない不要ラインの各制御部、処理回路を停止することで、低消費電力化を図り、消費電力を低減することができる。

【0120】

なお、第１の実施形態ないし第３の実施形態においては、各ラインに配置された画素回路２２８には、それぞれ異なるカラーフィルタ２２９が配されている。例えば、３ラインであればＲＧＢ－ＣＦが配されるなど、用途に応じて種々カラーフィルタ２２９が配されることがある。いずれの場合においても、全てのラインの画像を必要としない場合が想定される。

【0121】

例えば、カラーフィルタ２２９としてＲＧＢ－ＣＦを配した場合では、Ｒの波長が最も長いため、Ｒ－ＣＦを配した画素回路２２８から、ＧあるいはＢ－ＣＦを配した画素への電荷クロストークが大きくなる。例えば、Ｇの画像のみを必要とする場合に、不要ラインから必要ラインへの電荷クロストークによる影響を低減するには、まず最大波長となるＲ－ＣＦを配した画素回路２２８に対しての制御を、第１の実施形態ないし第３の実施形態に示した制御へと切替え、Ｒ－ＣＦを配した画素回路２２８からの電荷クロストークを低減することで、必要ラインへのノイズ低減を図ることが可能となる。すなわち、電荷のクロストークが大きい画素群を読み出さないことで、クロストークを低減することができる。

【0122】

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。

【0123】

第４の実施の形態においては、ＡＤ変換部２２４の配置位置が、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と異なる。以下、第４の実施の形態の説明では、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と異なる箇所について説明する。

【0124】

図１４は、第４の実施の形態にかかる固体撮像素子２２を構成する各部の電気的接続を示すブロック図である。図１４に示すように、固体撮像素子２２は、４ラインからなる画素部２２１の上下に、ＡＤ変換部２２４を２回路ずつ配置する。画素部２２１の上部または下部に配置したＡＤ変換部２２４は、それぞれ４ラインの内の２ラインの画素部２２１から得られる信号を処理するものとする。

【0125】

制御部２２２は、２ライン分（Line0,1）の画像データを必要とする場合に、ＡＤ変換部（Line2,3）２２４を部分的に停止する。これにより、ＡＤ変換部（Line2,3）２２４で発生するノイズを抑制することができる。また、画素部２２１あるいはＡＤ変換部（Line0,1）２２４への回路クロストーク成分を抑制することができる。

【0126】

一方、制御部２２２は、２ライン分（Line0,2）の画像データを必要とする場合には、ＡＤ変換部（Line1,3）２２４を停止する。これにより、ＡＤ変換部（Line1,3）２２４で発生するノイズを抑制することができる。前述同様に、画素部２２１あるいはＡＤ変換部（Line0,2）２２４への回路クロストーク成分を抑制できることになるが、画素部２２１への回路クロストークに起因するノイズ成分が分布をもつことになる。本実施形態であれば、画素部２２１の左側はＡＤ変換部２２４からのノイズの影響を受けることになり、画素部２２１の右側はノイズの影響が少なくなっている。

【0127】

ここで、図１５はＡＤ変換部（Line1,3）２２４を停止した場合において、各ＡＤ変換部２２４間及びＡＤ変換部２２４から画素部２２１へのノイズ影響（回路クロストーク）を示す図である。なお、図１５においては、信号配線の記載は省略する。

【0128】

ノイズの影響が画像品質に与える影響が小さい場合は、そのノイズの影響は画素部２２１に対して一様である方が画像品質上好ましい場合がある。このような場合を考慮し、本実施形態においては、制御レジスタ部２２３が、ＡＤ変換部２２４やデジタル信号処理部２２５の制御抑制機能について、選択的にＯＮ／ＯＦＦ可能とし、例えばデジタル信号処理部２２５のみを部分的に停止可能とする。特に、画像品質に与える影響が大きい画素部２２１に近い処理部のみを部分的に動作させることができる。

【0129】

図１４に示す構成において、２ライン分（Line0,2）の画像データを必要とする場合には、制御レジスタ部２２３は、４つのＡＤ変換部（Line0～3）２２４の全てを動作させる。ラインを構成する画素群に対して、ＡＤ変換部２２４からのノイズ伝搬量が極端に偏ることがなく、画素の配置位置によらず品質が均一な画像を得ることができる。すなわち、ノイズ分布を一様化することができる。

【0130】

このように本実施形態によれば、意図して部分的に不要な回路を動作させることにより、ノイズの影響を制御し所望の画像品質を得ることができる。また、不要な回路は停止させることで、低消費電力化を図ることができる。

【0131】

なお、上記各実施の形態では、本発明の画像処理装置を、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機に適用した例を挙げて説明するが、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像処理装置であればいずれにも適用することができる。

【0132】

以上、上記各実施の形態について説明したが、それらの各部の具体的な構成、処理の内容、データの形式は、実施形態で説明したものに限るものではない。

【0133】

また、上記各実施の形態の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0134】

２ 光源
２２ 固体撮像素子
１００ 画像処理装置
１０１ 読取装置
１０３ 画像形成部
２２１ 画素部
２２２ 制御部
２２４，２２５ 処理部
２２９ カラーフィルタ

【先行技術文献】

【特許文献】

【0135】

【文献】特開２００６－３１０９３２号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】