JP2000221079A - ４色以上を有する画像走査用の色分解器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ４以上のスペクトル帯域に亘って光強度の測
定を行い、カラー精度を向上したスキャナを提供する。 【解決手段】 人間の可視波長域に属する少なくとも１
つの波長域を反射する第１の光フィルタ（１００）と、
前記第１の光フィルタにより反射される波長域に属する
光の一部を選択的に透過する、少なくとも１枚の偏光フ
ィルタ（１１０）と、前記第１の光フィルタにより反射
され、かつ前記偏光フィルタを介して透過された光を受
光する光センサ（１０４、１０６、１０８）のアレイと
を備える色分解器を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にコピー機、
コンピュータ用ディジタルスキャナ等のカラー画像走査
装置に関し、より詳細には、スキャナ内部の色分解器お
よびカラーフィルタリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】イメージスキャナは、原稿または写真の
可視像、もしくは透明媒体にある像を、複写、記憶また
はコンピュータ処理に適する電子形式に変換する。イメ
ージスキャナは、別体の装置としてもよく、または、イ
メージスキャナをコピー機の一部、ファクシミリ機器の
一部、あるいは多目的装置の一部としてもよい。反射型
イメージスキャナは、典型的には、制御された光源を備
え、光は原稿の表面で反射し、光学系を介して感光素子
のアレイに伝搬される。感光素子は、受光した光強度を
電子信号に変換する。透過型イメージスキャナは、たと
えば、写真のポジティブスライド等の透明像を通って光
を透過させた後、感光素子のアレイに伝える。

【０００３】典型的なイメージスキャナにおいて、像か
らの光は、１回で１本の線を走査する光センサの線形ア
レイ上に焦点を結ぶ。二次元像の走査は、線形センサア
レイと元の像の間に相対運動を与えることによって行わ
れる。グレイスケール走査の場合には、光センサの線形
アレイが１つあればよい。一般に、カラースキャナは、
たとえば、赤色、緑色および青色の各域という少なくと
も３つの可視光の比較的狭い波長域の強度を測定する。
カラースキャナは、カラーフィルタを光路中に連続移動
することによって、または異なる色の光源の活性化を連
続して行うことによって、センサ素子の１列に複数の波
長域を連続して提示することができる。より高速にする
ために、カラースキャナは、複数列のセンサ素子に複数
の波長域を同時に提示してもよい。一般的な背景に付け
加えるものとして、たとえば、K.Douglas Gennettenお
よびMichael J. Steinleの「カラービジョンを備えたス
キャナの設計（Designing a Scanner with Color Visio
n）」、Hewlett-Packard Journal、１９９３年８月、第
５２〜５８頁、を参照されたい。

【０００４】構成によっては、カラーフィルタを光セン
サ素子の各列に直接作製するものもある。列フィルタを
使用する構成では、走査中の原稿上の任意の１行におい
て、一色の強度を測定し、その後、第２の色の強度を測
定し、その後、第３の色の強度を測定する。したがっ
て、走査画像上の１行の強度の測定値を、その行での最
後の測定が完了するまで格納しておくメモリが必要とな
る。他の構成では、カラー分解器／ビームスプリッタを
使用して、走査中の原稿の１行からのすべての色を複数
列の感光素子に同時に提示するものもある。色分解器を
使用する構成では、走査中の原稿上の任意の１行におい
て、すべての色の強度の測定を同時に行うことで、１行
の複数走査のためのバッファメモリの必要がなくなる。

【０００５】人間の目は、異なる３種類のカラーレセプ
タ（錐状体）からなり、これらは、概ね赤色、緑色およ
び青色に相当する各種のスペクトル帯域または領域を感
知する。レセプタは、比較的「広帯域」の素子であっ
て、各カラー帯域に属する広範囲の波長を感知する。た
とえば、青色レセプタは、典型的には、約４００ｎｍ〜
５００ｎｍの範囲の波長を有する光を感知し、緑色レセ
プタは、約４８０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長を有す
る光を感知し、赤色レセプタは、約５００ｎｍ〜６５０
ｎｍの範囲の波長を有する光を感知する。カラーレセプ
タの具体的な感度は個人差があるが、各レセプタの平均
応答は定量化されており、「ＣＩＥ標準観測者（CIE st
andard observer）」として知られている。

【０００６】心理物理学に基づけば、三刺激系統におい
て色の再現を正確に行う能力は、刺激（表示カラーまた
は印刷カラー）とレセプタ（人間の視覚系）とでかなり
よくスペクトル帯域が整合することを必要とする。した
がって、色の正確な再現は、色測定装置が、人間の目に
おける３種類のレセプタのスペクトル応答レンジとでき
る限り近似に整合するスペクトル帯域ないしレンジを確
実に備えることによって実現し得る。人間の目のレセプ
タは、比較的広いスペクトルレンジを感知するため、色
の再現を精度よく行うためには、カラースキャナ内のフ
ィルタまたは照射源も同様に広いスペクトルレンジを備
えるとよい。残念ながら、人間の目の応答に非常に近い
広域のスペクトルレンジを有するフィルタの作製は困難
である。さらに、上記の標準観測者モデルは、いくつか
の波長にネガティブな青色応答を有する。ネガティブ応
答は、実際のフィルタではあり得ないが、青色フィルタ
を別途使用して帯域幅を適宜測定し、この測定強度を他
の青色強度測定値から差し引いてもよい。

【０００７】３つの非理想フィルタスペクトル帯域の色
測定値を３×３行列を用いて線形変換し、人間の視覚系
に必要とされる値に近い測定値を求めることが可能であ
る。一般に、３つの非理想フィルタによる測定の結果得
られた変換値には、誤差がいくらかある。一般に、４つ
以上のスペクトル帯域の光を測定することで、各波長の
光の推定をより正確に行うことが可能である。たとえ
ば、カメラ用の二次元光センサアレイにおいて、センサ
を４つずつのかたまりに配列し、それぞれのセンサが、
４つの波長域のうちの１つにおいて光を受光するように
してもよい。たとえば、米国特許第４，２４５，２４１
号（Ｓａｔｏら）を参照されたい。Ｓａｔｏらにおい
て、４つのカラー帯域は、赤、イエロー、シアンそして
青である。米国特許第５，７５３，９０６号（Ｇｅｎｎ
ｅｔｔｅｎ）は、使用する光源を４色以上とすることに
よって４色以上有するスキャナを提供している（その開
示のすべてを引用することにより本明細書に組み込
む）。米国特許第５，４７９，５２４号（Ｆｅｒｒｅｌ
ｌら）は、通常のフィルタに追加のカラーフィルタを直
列に挿入することによって、また、追加の色測定を行う
か、または該フィルタをつけて走査を行うことによっ
て、４色以上有するスキャナを提供している（その開示
すべてを引用することにより本明細書に組み込む）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】４つ以上のスペクトル
帯域に亘って光強度の測定を行い、かつカラー精度を向
上したスキャナが引き続き必要とされている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、３つの
態様が提供される。すべての態様で、３色ダイクロイッ
クビームスプリッタおよび偏光フィルタが組み込まれ
る。ダイクロイックコーティングされた光学系により反
射または透過されたスペクトル帯域は、異なる偏光状態
ごとに異なる。偏光コーティングを光路に介挿すること
によって、ダイクロイックコーティングされた光学機器
からの各スペクトル帯域は、複数スペクトルにさらに分
けられる。第１の態様においては、光路に偏光フィルタ
を配置して、光センサ素子の各列ごとに測定を２回連続
して行う。偏光フィルタは、機械的に位置を移動した
り、回転させてもよいが、好ましい実施形態では、電子
偏光フィルタを使用することで偏光フィルタの機械的な
移動をなくす。

【００１０】第２の態様においては、感光素子の列を対
になるよう論理的に分割する。各列の対ごとに、ある列
の感光素子を濾光してｐ偏光した光を受光するように
し、別の列の感光素子を濾光してｓ偏光した光を受光す
るようにする。第２の態様において、偏光コーティング
を直接感光素子アレイに施してもよく、または光路中の
他の固定した要素に施してもよい。具体的な第２の態様
において、ダイクロイックビームスプリッタは、入射光
を３つのスペクトル帯域に分割し、これらを偏光フィル
タによりさらに６つのスペクトル帯域に分割し、次いで
これらの帯域に分けられた光は６列の光センサ素子によ
って受光される。

【００１１】第３の態様では、ビームスプリッタ、吸収
フィルタリングおよび偏光フィルタリングがすべて組み
合わされる。ビームスプリッタにおけるダイクロイック
層のスペクトル応答は、光センサアレイに対して直接適
用される吸収フィルタのスペクトル応答と異なる。両方
の種類のフィルタを使用することによって、より多くの
色情報が得られ、より良好なカラー精度を得ることがで
きる。偏光を加えることで、得られる色の数がさらに増
える。

【００１２】

【発明の実施の形態】自然光の簡略波形モデルにおい
て、該光は、異なる偏光状態が連続して高速に変化する
横方向電磁波として処理される。偏光状態ごとに、電界
ベクトルは、伝搬方向の周りを回転するとともに大きさ
が変化するものとしてモデル化され、伝搬方向と垂直な
固定空間において楕円を描くことができる。楕円モデル
の特殊な事例では、直線を描く（直線偏光または面偏光
されたもの）か、あるいは楕円を描く（円偏光されたも
の）ことになる。直交する２本の直線偏光線が存在し得
る。本明細書においては、２つの直交する直線偏光状態
を「ｓ」および「ｐ」と称する。

【００１３】理想的な偏光フィルタは、一方の偏光状態
の光を透過し、その直交状態の光を遮断する。以下の説
明において、フィルタは、一方の偏光状態の光を透過
し、その直交状態の光を反射もしくは吸収するとして説
明されるが、一般に、単一状態を透過、反射または吸収
する理想的な素子はない。むしろ、一般に、光学素子
は、一方の偏光状態がその直交状態に比べて多く透過さ
れるという点で、ある程度非対称である。

【００１４】通常の入射角（入射角＝ゼロ度）では、干
渉フィルタの光学的応答（透過率対波長）は、２つの直
線偏光状態のそれぞれについて同一である。入射角が大
きくなると、干渉フィルタの光学的応答は、この入射角
とともに変化し、変化量は、２つの直線偏光のそれぞれ
について異なる。換言すれば、いずれかの特定入射角が
非ゼロのとき、フィルタリング効果の形状および波長
は、２つの直線偏光状態のそれぞれについて異なる。典
型的には、干渉フィルタは、偏光の効果を最小にするた
めの補償をもたせて設計される。本発明の各態様におい
ては、この差を利用し、２つの直線偏光状態間の多少の
光学的応答の差を必要とする。

【００１５】図１は、本発明の第１の態様の一実施例を
示す。色分解器１００は、白色光を受光し、たとえば、
赤色、緑色、青色の３つのスペクトル帯域に空間的に分
離する。光センサアレイ１０２は、３列の感光素子（１
０４、１０６、１０８）を含む。各列の感光素子は、色
分解器１００から１つのカラー帯域を受光する。本発明
において用いるのに好適な色分解器（ダイクロイックビ
ームスプリッタ）の例が、米国特許第４，７０９，１４
４号（Ｖｉｎｃｅｎｔ）に見られる（その開示されるす
べてを引用することにより本明細書に組み込む）。特
に、Ｖｉｎｃｅｎｔ特許における色分解器は、特定の波
長域を選択的に反射する３つのダイクロイック層を含
む。入射角が図示のように約４５度の場合、各ダイクロ
ック層のスペクトル応答は、直線偏光にともなって変化
する。

【００１６】図１に示す実施例においては、光路中に偏
光フィルタ１１０が配置される。偏光フィルタ１１０を
回転して、２つの直線偏光状態を与えてもよく、あるい
は別個の２枚のフィルタを交互に光路中に平行移動して
もよい。フィルタ１１０のある位置（回転角または平行
移動）において、色分解器１００は、ｓ偏光の光を受光
する。フィルタ１１０の位置を変える（別のフィルタ領
域に平行移動する、または９０度回転させる）ことで、
色分解器はｐ偏光の光を受光する。各列の感光素子（１
０４、１０６、１０８）は、走査中の各行ごとに光強度
測定を別々に２回行う。それぞれの列では、ｓ偏光の光
を透過する位置において偏光子１１０により光強度を測
定し、ｐ偏光の光を透過する位置において偏光子１１０
により光強度を別に測定する。

【００１７】代替として、フィルタ１１０を電子偏光フ
ィルタにして固定したままでもよく、２つの状態の一方
に電子的に切り換えるようにしてもよい。一例として、
液晶可変遅延剤が、Meadowlark Optics社（所在地：P.
O. Box 1000, 5964 Iris Parkway, Frederick, Colorad
o, 80530）から入手できる。配置の具体例では、固定し
た直線偏光子を液晶可変遅延剤と直列にする。たとえ
ば、直線偏光子がｓ偏光の光を透過する場合、可変遅延
剤を電子的に制御して、n入射光をｐ偏光の光に回転す
る（１８０度の位相遅れ）か、あるいは、何ら効果を持
たせずにｓ偏光の光を透過するかいずれかが可能であ
る。機械的動き制御の必要性をなくすだけでなく、電子
偏光子は、中間の位相遅れを与えることもできる。たと
えば、ｓ偏光の光をｐ偏光の光に回転するのではなく、
フィルタは、ｓ偏光とｐ偏光の間に任意の位相を与える
ことができる。したがって、２状態の応答を「同調(tun
e)」（ある特定のフィルタ効果を与えるために１８０度
未満の位相遅れ）させることができ、または２状態より
多い状態を使用して色の数を増やすことができる。たと
えば、３遅延状態の場合、３色ダイクロイックビームス
プリッタを備えたスキャナでは、９色を生成することが
できる。

【００１８】図２の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、３
色ダイクロックビームスプリッタの応答の、２つの直交
する直線偏光状態のそれぞれについて応答が異なる状態
を示す。図２の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図示の
目的のみのためのものであって、特定のスペクトル特性
は、いずれの特定の実際の装置も正確に表していない。
各図において、ｓ偏光の光の出力は、ｐ偏光の光の出力
に対してより長波長に移行されることに留意されたい。
図２（ａ）は、ビームスプリッタの「青色」出力を表
し、図２（ｂ）は、「緑色」出力を表し、図２（ｃ）
は、「赤色」出力を表している。

【００１９】図３は、本発明の第２の態様の実施例を示
す。図３において、３色ダイクロイックビームスプリッ
タ１００は、図１と同様に機能する。しかしながら、図
３では、１つの偏光フィルタが光路中のすべての光に作
用する代わりに、センサアレイ３００には、センサの各
列が対をなし（３０２、３０４、３０６）、各列を濾光
してｐ偏光の光またはｓ偏光の光のいずれかを受光す
る。図１の構成では、走査される行ごとに光強度測定を
２回（以上）連続して行うことが必要とされたが、図３
の構成では、６「色」の光の強度を同時に測定する。し
かしながら、図３の実施形態では、図１の実施形態に比
べて、各列の光センサは、２つの異なる走査線（３０
８、３１０）を像形成中の原稿上に像形成する。したが
って、２つの別の像を１つに統合するためのバッファメ
モリが多少必要になる。

【００２０】図３において、図示を簡略にするために、
偏光フィルタは、光センサアレイ上に直接適用されて描
かれている。しかしながら、典型的には、製造上の理由
から、光センサ素子に直接適用されるのは、色素(dye)
系吸収フィルタのみである。それぞれの列の光センサご
とに、偏光フィルタは光路中のどこかにあればよい。多
数の代替例が可能である。図１および図３は、図示のた
めに簡略化されている。図１および図３において、ビー
ムスプリッタ１００を通る光路長は、各色ごとに異な
る。光路長を等しくするための１つの解決策は、Ｖｉｎ
ｃｅｎｔの図５Ａおよび図６に示すように、センサアレ
イを単に傾斜させることである。別個の解決策として光
路長補償板を挿入するものがあり、米国特許第５，０４
０，８７２号（その開示されるすべてを引用することに
より本明細書に組み込む）に教示されている。光路長補
償板を図３の構成において使用する場合、偏光フィルタ
は、光路長補償板の表面に適用される。代替として、カ
バーとして別の光プレートをセンサアレイに装着しても
よいが、この場合、偏光フィルタはこのプレートに適用
される（例えば、米国特許第５，３００，７６７号（そ
の開示されるすべてを引用することにより本明細書に組
み込む）を参照する）。

【００２１】図４は、本発明の第３の態様の実施例を示
す。図４において、３色ダイクロイックビームスプリッ
タ１００、そして偏光フィルタ１１０は、図１および図
３と同様に機能する。図４において、光センサアレイ４
００には、図３のようにセンサの各列が対をなしている
が、図４では、それぞれの列の光センサは、濾光されて
いない（可視の波長域には吸収フィルタがない）か、あ
るいは光センサに直接適用される吸収フィルタにより濾
光される。列４０２および４０４は、ビームスプリッタ
１００により確定される、赤色波長の光をそれぞれ受光
する。列４０４は濾光されていない光を受け、列４０２
は、ビームスプリッタから受光した帯域と異なる赤色波
長域を透過する赤色吸収フィルタによりさらに濾光され
ている。同様に、列４０６および４０８は、緑色波長を
受光し、列４０８は濾光されておらず、列４０６は、緑
色吸収フィルタによりさらに濾光される。列４１０およ
び４１２は、青色波長を受光し、列４１２は濾光されて
おらず、列４１０は、青色吸収フィルタによりさらに濾
光される。勿論、追加情報を与えるためには、吸収フィ
ルタごとのスペクトル応答は、対応するダイクロイック
フィルタのスペクトル応答と異なるものでなければなら
ないが、同時に重複していなければならない。２つの偏
光状態が直交する偏光フィルタ１１０を用いて、図４の
実施形態は、異なる１２色を測定する系を提供する。

【００２２】図４の実施形態では、図３のように、複数
列の光センサは、２つの異なる走査線を像形成中の原稿
上に像形成する。すなわち、濾光された列４０２、４０
６および４１０は、走査線４１４を像形成し、濾光され
ない列４０４、４０８および４１２は、走査線４１６を
像形成する。したがって、２つの別の像を１つに統合す
るためのバッファメモリが多少必要になる。

【００２３】図４における３列の光センサは、「濾光さ
れていない」ものとして記載されている。しかし、赤外
波長を抑制することはイメージスキャナにおいて共通で
あることに留意されたい。赤外線フィルタが光路中のど
こにも存在しない場合、赤外線フィルタを列４０４、４
０８および４１２に載せることが必要となり得る。した
がって、より正確には、列４０４、４０８および４１２
は、ビームスプリッタから受光した波長域に属する波長
を吸収する吸収フィルタを含まないものである。

【００２４】図４における３列の光センサは、赤色、緑
色および青色を濾光するものとして記載されている。他
のカラー帯域、たとえばイエロー、マゼンタおよびシア
ンも好適とし得る。

【００２５】各実施例には、走査中の原稿上に、ピクセ
ルごとに少なくとも６色の強度値を生成する系が示され
ている。一般に、カラー精度を向上するために適切な色
情報を提供するには、異なるカラー帯域が３色を越える
任意の数であれば十分といえる。

【００２６】一般に、本発明に係るスキャナは、ピクセ
ルごとに４色以上の強度値を記憶または伝送することは
必要ではない。代わりに、Ｎ個の値を３個の値に減じる
ために変換マトリクスを使用してもよい。この場合、Ｎ
は４以上である。Ｎ×３マトリクスを採用して色修正を
行い、１つの色座標系から別の色座標系への変換、別の
光源への変換、あるいは当該技術において公知の他の色
変換を任意の回数行ってもよい。

【００２７】本発明の上記の説明を図示および説明の目
的で提示してきた。上記をもってすべてとするものでは
なく、また、開示した厳密な形態に本発明を制限するこ
とを意図したものではなく、上記の教示に照らして他の
変形および変更も可能である。本発明の原理およびその
実際の適用を最もよく説明するために上記の実施形態を
選定して説明したことにより、当業者は、考えられる特
定の用途に適するように、様々な実施形態および様々な
変形例において本発明を最もよく利用することができ
る。添付の特許請求の範囲は、従来技術によって制限さ
れない限り、本発明の他の代替的な実施形態を含むもの
と解釈される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るスキャナを側面か
ら見たブロック図である。

【図２】図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、３色ダイク
ロイックビームスプリッタのスペクトル応答の、直線偏
光状態ごとに応答が異なる状態を示すグラフである。

【図３】本発明の第２の実施例に係るスキャナを側面か
ら見たブロック図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係るスキャナを側面か
ら見たブロック図である。

【符号の説明】

１００ 第１の光フィルタ（色分解器、３色ダイクロイ
ックビームスプリッタ） １１０ 偏光フィルタ（偏光子） １０４、１０６、１０８ 光センサ（感光素子） ３０２−ｓ、３０４−ｓ、３０６−ｓ 第１列の光セン
サ ３０２−ｐ、３０４−ｐ、３０６−ｐ 第２列の光セン
サ ４０２、４０６、４１０ 第１列の光センサ ４０４、４０８、４１２ 第２列の光センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人間の可視波長域に属する少なくとも１
   つの波長域を反射する第１の光フィルタと、 前記第１の光フィルタにより反射される波長域に属する
   光の一部を選択的に透過する、少なくとも１枚の偏光フ
   ィルタと、 前記第１の光フィルタにより反射され、かつ前記偏光フ
   ィルタを介して透過された光を受光する光センサのアレ
   イと、を備えてなる色分解器。
2. 【請求項２】 前記偏光フィルタは、１直線偏光状態を
   透過する第１の偏光領域と、第２直線偏光状態を透過す
   る第２の偏光領域とをさらに備える請求項１記載の色分
   解器。
3. 【請求項３】 前記偏光フィルタは、回転可能であっ
   て、前記第１の偏光領域と前記第２の偏光領域のいずれ
   かを回転して光路中に導入する、請求項２記載の色分解
   器。
4. 【請求項４】 前記偏光フィルタによる選択的な透過
   は、電子的に制御可能である、請求項１記載の色分解
   器。
5. 【請求項５】 前記光センサのアレイにおける第１列の
   光センサは、前記第１の偏光領域を介して透過される光
   を受光し、前記光センサのアレイにおける第２列の光セ
   ンサは、前記第２の偏光領域を介して透過される光を受
   光する、請求項２記載の色分解器。
6. 【請求項６】 前記光センサのアレイにおける第１列の
   光センサは、色吸収フィルタを介して透過される前記第
   １の光フィルタからの光を受光し、前記光センサのアレ
   イにおける第２列の光センサは、前記色吸収フィルタを
   介して透過されなかった前記第１の光フィルタからの光
   を受光する、請求項１記載の色分解器。