专利名称：用于多行线性光传感器阵列的设计参数的制作方法
技术领域：
本发明公开涉及一种具有多行光传感器(photosensor)的图像传感器，每一行光传感器对一种特定的基色敏感。该图像传感器阵列用于，例如，硬拷贝原始图像的全彩色扫描。
背景技术：
图像传感器阵列典型地包括光电二极管的线性阵列，该光电二极管的线性阵列光栅扫描记载图像的文档并将每个光电二极管观察到的细微图像区域转换成图像信号电荷。在积分周期之后，通过连续启动多路晶体管将图像信号放大并将其传输到公共输出线或总线。
在一种实际应用中，将单独的光电二极管的线性阵列并行排列在由一组硅芯片形成的单个带(bar)上，每一线性阵列内的光传感器提供一个在其上有一种基色的滤波器。所述带沿通常垂直于阵列方向的扫描方向相对于原始图像移动。随着传感器带沿着原始图像移动，原始图像区域上的每个部分都依次暴露于每一个光传感器线性阵列。随着每个阵列的光传感器移动经过原始图像内的一个特定的小区域，使得根据该区域上的不同基色的信号通过每一阵列中的光传感器而输出。通过这种方式，每一组都对应于一种基色的三个独立信号组都通过光传感器的线性阵列而产生。
在图像传感器阵列的设计中的一个重要参数是阵列分辨率，其将影响基于原始图像的图像信号的质量。一种类型的分辨率通过沿着阵列的单个光传感器的物理结构规定沿着阵列长度方向的给定单元内的单个光传感器的数量越多，阵列输出的数据的可能分辨率就越高。“快速扫描”或x方向分辨率当然是由阵列中的光传感器的大小和间隔固定。
另一种类型的与阵列相关的分辨率是“慢扫描”或y方向的分辨率，其是沿着与阵列方向垂直的方向的图像分辨率，阵列方向可能是原始图像相对于阵列移动的方向。相对于由阵列的物理特性固定的x方向的分辨率，y方向的分辨率由原始图像相对于阵列的速度、以及单个光传感器的积分时间决定。在实际应用中，当然，y方向的分辨率是使薄片以预定速度通过光传感器的电机速度、以及以与电机速度一致的阵列电路的操作的结果。如果原始图像以一固定的速度相对于阵列移动，并且光传感器高速工作，光传感器的各个积分时间将导致原始图像上相对小区域的曝光；如果积分时间较长，单个光传感器的每个积分时间将能“注视”原始图像的相对较大的区域。简短地说，阵列内的单个光传感器的积分时间越短，阵列的y方向的分辨率越高。
一种复杂的技术可以得到所需的y方向的分辨率，其与阵列内的积分时间相关，不同于所设计阵列的固有的y方向的分辨率。例如，根据其光传感器的大小，对于全薄片宽度全彩色阵列的一种可能设计提供了x方向上固定的400SPI的分辨率，但是可以根据光传感器的操作速度在y方向上提供600SPI的分辨率。该阵列，在某种环境下，可以用于提供另外的y方向上的分辨率，如300SPI。本发明公开涉及达到某种设计需求的全彩色扫描阵列的物理和操作参数。
现有技术美国专利号为5543838的专利公开了用于从具有三个光传感器线性阵列的全彩色图像传感器中读出信号的多路复用系统，每个线性阵列在其上具有一种基色的滤波器。
美国专利号为5956087的专利教导了一种对于线性图像传感器内的光传感器的布置和间隔的分析。
美国专利号为6115139的专利教导了在彩色阵列的光传感器的行之间某些相关的节距长度。
发明内容
本发明提供了一种成像设备，用于在沿处理方向相对于所述设备移动的薄片上记录图像。所述成像设备被提供有第一行光传感器和第二行光传感器，所述行光传感器沿垂直于处理方向的方向延伸，该第一行光传感器和第二行光传感器彼此间隔一行间距。所述行间距是0.0578+/-0.010mm、0.0694+/-0.010mm、0.0847+/-0.010mm、0.0924+/-0.010mm、0.1113+/-0.010mm、0.0381+/-0.010mm、0.0508+/-0.010mm、0.0762+/-0.010mm、0.0889+/-0.010mm、0.1016+/-0.010mm中的一个。
图1示出了一种基于薄片上的原始硬拷贝图像的、全彩色光传感器阵列记录数字数据的例子部分的关系图。
具体实施例方式
图1示出了一种基于薄片上的原始硬拷贝图像的、全彩色光传感器阵列记录数字数据的例子部分的关系图。芯片10表示全彩色传感器带的全部或部分；如本领域中所公知的，该传感器带可能包括通过简化光学设备(reduction optics)而曝光到一页宽度图像的单个芯片，或者其可以是在全页面宽度阵列内的相似芯片的对接阵列中的一个芯片。在本实施例中，芯片10包括在其上的三行光传感器，此处称之为12R(红)、12G(绿)和12B(蓝)。正如现有技术中常见的，如通过包括在其上的半透明滤波器(未示出)，每行光传感器对一种基色敏感。虽然图解的实施例示出了一种全彩色阵列，但每行对特定颜色敏感对于本发明的目的来讲并不是需要的。
将被转换成数字数据的原始图像记载在一张薄片上，其一部分轮廓出现在图1的阴影S中。如硬拷贝扫描技术中所熟知的，将薄片S沿处理方向(此处表示为垂直于每行光传感器12R、12G和12B的延伸方向的方向D)以预定的固定速度移动。这样，使薄片S上的一个特定的小区域，如图1中表示的示例小区域A，顺序暴露于阵列内用于每个基色的一个光传感器。随着原始图像的小区域A移动穿过每个基色敏感的光传感器，用于每个基色的其颜色特性被顺序记录。为了使小区域的行内的颜色特性被光传感器记录，小区域A的行必须经过三个光传感器12R、12G和12B的线性阵列。
还将在附图中示出的第四行光传感器表示为12K。一些可能的结构可以提供给第四行光传感器，如依照特定的需要包括一“清除”(沿着可见光谱基本未过滤的)行、或者一高通、低通、红外线或过滤其它颜色(例如橙色)的行。
在一个全彩色阵列的实际实施例中，典型地对于光传感器12R、12G和12B的所有行具有一个单独的输出线或与其等价的线，并且在一个特定的时间，可以从芯片10输出相对长系列的视频信号，对应于例如扫描线内的所有红色信号、然后是扫描线内的所有绿色信号、再然后是所有蓝色信号。
用于操作芯片10的一个控制系统和其它必要的软件和硬件如14所示在实际应用中，如在一个数字复印机内，控制系统14的功能可以全部或部分地被包含在芯片10、或在一个或多个外部处理器内。控制系统14通过在光传感器的预定积分时间内发送信号到芯片10而对芯片10进行操作。同时，控制系统14操作电动机(未示出)将薄片S以预定固定速度移动经过芯片10，该速度与积分时间一致。如上面所描述的，薄片的速度和积分时间一起给行12R、12G和12B内的每个光传感器“注视”薄片中的特定小区域A的机会，并且因此记录与小区域相关的图像数据。将薄片S上穿过X方向的一组小区域表示为“扫描线”，并且其代表当薄片沿方向D移动时在给定时间内由一行光传感器记录的区域。
控制系统14以一预定形式组织芯片输出的数字数据，并且因此使其适合于下游处理和存储。在一标准的读出器结构中，对于小区域A的每条扫描线，来自于一行光传感器如12R的图像数据从芯片10读出，接下来是来自下一行光传感器如12G的图像数据，再然后是来自一行光传感器如12B的图像数据；根据结构的变化，与一行或其它行对应的数据可以在每个读出周期内被缓冲预定时间，并且在哪个时间读出哪行的顺序可以变化。
在一个线扫描系统中，用于扫描原始图像的慢扫描取样间距通过所需取样密度f，确定，通常表示为每英寸几行。因此，例如，在600Ipi的系统中，在两个连续取样之间原始图像必须前进1/600″＝0.0017″或0.042mm。(图1中所示)行间距Δy由下面给出Δy＝1/fy(1)行间距在芯片10上表示为在相邻的光传感器行中的光传感器之间的中心到中心的距离。光传感器的“中心”可以通过考虑光传感器的形状(矩形、三角形、平行四边形、等等)和其它结构而确定。
在多行传感器的情况下，有附加的约束条件，即移动的薄片S上的原始图像必须前进足够的距离以向第二传感器行呈现与第一传感器行相同的图像。如果每行与其它行同时获得其取样，原始图像前进的距离必须是行间距的整分数。必须同时考虑图像系统的放大率，这意味着取样间隔和传感器行间距之间有下面的关系，dydy＝N*Δy (2)其中N是相邻取样间的行时间的数目。注意到为了在行图像之间提供正确的配准，需要一个在取样间保持数据的缓冲器。
另一方面，如果传感器的行被独立地定时，上面的第二个约束将不适用并且对于对象的取样间隔也根本不需要与传感器行间距相关。第二行的积分可以在文档已经前进了适当的距离时开始。
如美国专利US5543838中的具有读出器电路和控制系统的阵列应用了一种定时方法，在该定时方法中积分不是在所有行上同时开始，但是因为不同的行共用相同的读出器电路，所以定时不能被随意选择。相反地，所有行可以在一个行时间内被顺序地读出。通常地，在取样时间的1/Mth内发生一次行读出，其中M是传感器行的数目。因为其将用于读出的可获得的时间最大化，所以其充分利用了可获得的带宽。因此，积分的开始是以行之间行时间的1/Mth而交错排列的。
考虑3行传感器的情况，将要被扫描的原始文档图像以下述方式经过，即一行的图像(如包括一个小区域A)首先经过红色行、接下来经过绿色行、并且最后经过蓝色行。在红色传感器获得它的信号后，发生红色读出并且接下来开始红色采集。图像将在一个行间隔期间移动合适的距离。类似地，获得了绿色信号和蓝色信号，但是将延迟它们的积分从而将它们与红色分别读出并且使得它们相互分别读出。各颜色间不同积分时间的开始时间之间的延迟表示为偏斜(skew)，该偏斜是行时间的分数。在最简单的情况下，偏斜必须相等以保持行配准。
对于相等偏斜的情况，传感器间距现在必须与行时间的整数数目加上偏斜的和相关。如果对于三行传感器所需取样间距是Δy＝1/600”＝0.042mm，因为全部行时间用于读出数据、最小化带宽，所以最佳偏斜是行时间的1/3。传感器上的行间距然后必须由下面给出
dy＝Δy*(N+1/M)＝.042mm*(N+1/3)(3)其中N现在是行间全部行时间的数目。
dy可能的选择是dy0＝0.014mm；N＝0dy1＝0.056mm；N＝1dy2＝0.099mm；N＝2等等。
注意到选择2/3的偏斜也是可能的，这是因为其也可以使全部行时间用于移位数据输出。现在dy＝0.042mm*(N+2/3)或者dy0＝0.028mm；N＝0dy1＝0.071mm；N＝1dy2＝0.113mm；N＝2等等对于两个不同的取样间距通过同时满足约束方程式(3)，设计一个对于两者都是最优的传感器是可能的。第一，如果将一个三行600Ipi的传感器用于以300Ipi取样，如果偏斜是1/3，行间距的结果是0.042mm*(1+1/3)＝0.056mm。降低取样速度到300Ipi，给出了0.084mm的取样间距，并且行间距为0.084mm(0+2/3)＝0.056mm。因此，使用了相同的取样间距并且在每一种情况下，行时间全部用于从三行中读出数据。这是一种在300Ipi和600Ipi之间的独特的整数倍关系的特殊情况。然而在一些情况下，不必存在这种关系。
可以看出有许多对于多个取样频率特别有效的行间距的情况。通过仔细选择芯片10固有的行间距，可能以成倍的分辨率(速度)读出传感器并在读出时具有相对较小的无效。选择标准是，行间距必须同时满足这样的条件，即对于每个取样速率来讲偏斜必须是传感器行的数目的倒数的倍数。
下面是对于任何两个相邻的光传感器或光传感器行的行间距Δy有效的长度。出于上面的考虑，这些行间距对于多种输出速率中的每一种输出速率的数据输出速度来讲提供了有效的结果，输出速度用每英寸中的扫描线或Ipi表示。换句话说，这些对于芯片10的结构来说固有的行间距是有用的，因为它们使芯片10内的电路在任一大量的“取整数”速度下操作而且提供有效的结果。
对于3行芯片0.0578+/-0.010mm(100，200，300，600，800，1000，1200，2400Ipi)0.0694+/-0.010mm(100，200，300，600，800，1000，1200，2400Ipi)0.0847+/-0.010mm(100，200，400，800，1000Ipi)0.0924+/-0.010mm(100，200，400，600，1000，1200，2400Ipi)0.1113+/-0.010mm(100，300，400，600，1000，1200Ipi)对于4行芯片0.0381+/-0.010mm(100，200，300，400，600，800，1000，1200，2400Ipi)0.0508+/-0.010mm(100，200，300，400，600，800，1200，2400Ipi)0.0762+/-0.010mm(100，200，300，400，600，800，1200，2400Ipi)0.0889+/-0.010mm(100，200，400，800，1000，1200，2400Ipi)0.1016+/-0.010mm(100，200，300，400，600，800，1200，2400Ipi)还应该注意到，仅仅那些对所需行间距有贡献的参数才是芯片的选定的操作速度；沿着X轴的光传感器的间距是不相关的。
作为原始提出并且可以被修改的权利要求，包括实施例的各种变化、替换、修改、改进、等价、和基本上的等价和此处公开的包括那些目前未预料到的或未看到的教导，因此例如这些权利要求可以从申请人/专利权人以及他人那里得到。
权利要求
1.一种成像设备，用于在沿处理方向相对于所述设备移动的薄片上记录图像，包括第一行光传感器和第二行光传感器，所述行光传感器沿垂直于处理方向的方向延伸，该第一行光传感器和第二行光传感器彼此间隔一行间距；所述行间距是0.0578+/-0.010mm、0.0694+/-0.010mm、0.0847+/-0.010mm、0.0924+/-0.010mm、0.1113+/-0.010mm中的一个。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括沿垂直于处理方向的方向延伸的第三行光传感器，光传感器的第三行与第二行间隔一行间距。
3.根据权利要求1所述的设备，第一行光传感器和第二行光传感器分别对一种基色敏感。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于从第一行光传感器和第二行光传感器读出信号的输出装置。
5.根据权利要求4所述的设备，对于薄片上的小区域的扫描线来说，输出装置从第一行光传感器中的多个光传感器的每一个中读出信号，并且然后从第二行光传感器中的多个光传感器的每一个中读出信号。
6.根据权利要求4所述的设备，输出装置在100、200、300、600、800、1000、和1200Ipi中的一种速度下从设备中读出信号。
7.根据权利要求4所述的设备，进一步包括在与输出装置的操作相一致的预定速度下相对于光传感器移动薄片的装置。
8.一种成像设备，用于在沿处理方向相对于所述设备移动的薄片上记录图像，包括第一行光传感器和第二行光传感器，光传感器行沿垂直于处理方向的方向延伸，该第一行光传感器和第二行光传感器彼此间隔一行间距；所述行间距是0.0381+/-0.010mm、0.0508+/-0.010mm、0.0762+/-0.010mm、0.0889+/-0.010mm、0.1016+/-0.010mm中的一个。
9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括沿垂直于处理方向的方向延伸的第三行光传感器和第四行光传感器，第三行光传感器与第二行光传感器间隔一行间距，并且第四行与第三行间格一行间距。
10.根据权利要求8所述的设备，第一行光传感器和第二行光传感器分别对一种基色敏感。
11.根据权利要求8所述的设备，进一步包括用于从第一行光传感器和第二行光传感器读出信号的输出装置。
12.根据权利要求11所述的设备，输出装置在100、200、300、600、800、1000、1200和2400Ipi中的一种速度下从设备中读出信号
13.根据权利要求11所述的设备，对于薄片上的小区域的扫描线来说，输出装置从第一行光传感器中的多个光传感器的每一个中读出信号，并且然后从第二行光传感器中的多个光传感器的每一个中读出信号。
14.根据权利要求11所述的设备，进一步包括在与输出装置的操作相一致的预定速度下相对于光传感器移动薄片的装置。
全文摘要
在一个成像设备中，如用于从一个移动的薄片中记录全彩色图像，不同行的光传感器分别被过滤以记录一种基色。光传感器的相邻行的某种特定的间距对于在不同的常用的输出速度下操作该设备是特别有用的。
文档编号H01L27/146GK1705337SQ20051007591
公开日2005年12月7日 申请日期2005年6月1日 优先权日2004年6月2日
发明者J·P·泰利 申请人:施乐公司