JP2000232565A

JP2000232565A - 複数光センサ列走査装置

Info

Publication number: JP2000232565A
Application number: JP11347212A
Authority: JP
Inventors: Michael J Steinle; マイケル・ジェイ・スタインリー; Jerry L Bybee; ジェリー・エル・バイビー
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2000-08-22
Also published as: EP1009159A3; EP1009159A2

Abstract

(57)【要約】【課題】素早く走査することができ且つ高画質を保
持することができるとともに、低コストのスキャナを提
供する。【解決手段】同じスペクトルを検出する少なくとも２
列の光センサ素子と、光センサ素子の各列内のそれぞれ
対応するセンサ素子からの信号を加算する回路と、を含
み、あるいは、第１・第２・第３のそれぞれのスペクト
ルを検出する少なくとも２列の光センサ素子と、該スペ
クトルを検出する光センサ素子の各列内のそれぞれ対応
するセンサ素子からの信号を加算する回路と、を含み、
それらにより、光センサ素子の各組からの加算信号が高
い信号対雑音比を有するスキャナ。

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、文書の光
学像を電子信号に変換するために使用されるスキャナ、
複写機、ファクシミリ装置やその他の装置に関し、より
具体的には、複数列の光センサ素子の出力を平均化する
ことによる像の信号対雑音比の向上を可能にした複数光
センサ列走査装置（スキャナ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】スキャナは、文書の光学像を電子形式に
変換する装置である。スキャナは、一般に、変換するペ
ージの像を光センサ・アレイ上に集束させるレンズおよ
びミラーと、変換するページを照明するランプと、像を
電子信号に変換する光センサ・アレイとを有する。光セ
ンサ・アレイは、一般に、電荷結合素子（ＣＣＤ）であ
る。ページのＣＣＤ上に集束される部分は、通常「走査
線」と呼ばれる。走査線に沿った方向が、一般に、走査
幅またはＸ方向と呼ばれる。対象物を照明および光学ア
センブリに対して移動させるか、あるいは、照明および
光学アセンブリを対象物に対して移動させることによ
り、対象物全体を横切って照明走査線を掃引することに
よって対象物全体を走査する。相対運動の方向は、一般
に、走査長またはＹ方向と呼ばれる。

【０００３】カラー・スキャナに使用されるＣＣＤの１
つのタイプは、３つの列または行の光センサ素子を有す
る。それぞれの列または行は、通常、赤色、緑色および
青色の帯域の可視光を透過するフィルタで覆われる。光
センサ素子列間の距離は、通常、光センサ素子の幅の８
〜１６倍である。走査が進行するにつれて、走査するペ
ージのそれぞれの領域が、３つの光センサ列のそれぞれ
に連続的に結像される。スキャナは、一般に、ページ上
の領域の赤色、緑色および青色の画像成分を結合して、
走査したページの各領域のフルカラー画像を形成できる
ような数の線を記憶するバッファを有する。次に、この
フルカラー画像は、ホスト・コンピュータに送られる前
にさらに他の画像処理に使用されることがある。

【０００４】電子信号の信号対雑音比は、走査の画像の
質（画質）を決定する要因の１つである。信号対雑音比
に影響する構成要素には、ＣＣＤにある期間に渡って蓄
積された光の量、ＣＣＤにおける雑音、アナログ−ディ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）における雑音、およびＣ
ＣＤの露光時間などがある。信号対雑音比を最大にする
ために、ＣＣＤは、露光時間中に光をほとんど飽和状態
に達するまで十分に蓄積しなければならない。同時に、
Ａ／Ｄ変換器やその他のアナログ回路の雑音を最小にし
なければならない。アナログ回路における雑音には、時
間に依存するものがある。露光時間が長くなるほど蓄積
する雑音が多くなる。この雑音を減少させる１つの方法
は、露光時間を短かくすることである。ほとんど飽和す
るまで光を十分に蓄積しつつ露光時間を短かくする１つ
の方法は、光の輝度を高めることによって走査するペー
ジの照度を高めることである。もう１つの方法は、レン
ズが収集する光の量を多くすることである。これらの方
法は両方とも、スキャナのコストを高める。

【０００５】スキャナの中には、隣り合った光センサ素
子を平均化することにより、解像度と走査時間を犠牲に
して電子画像の信号対雑音比を高めるものがある。平均
化により、雑音が〔１／（Ｎの平方根）〕に減少する。
ここで、Ｎは、平均化する信号の数である。この平均化
は、x方向とｙ方向のどちらに行うこともできる。平均
化をｙ方向に行うときは、２つの走査線のそれぞれの光
センサ素子が平均化される。スキャナは、２つの走査線
を平均化して同じ出力解像度を生成するためには、必要
な走査解像度の２倍で走査しなければならない。一般
に、２倍の解像度の走査は、走査の時間が２倍になる。
ｘ方向の平均化は、２つの光センサ素子を平均化するこ
とにより行われる。必要な解像度が固有または光学解像
度のとき、２つの光センサ素子を平均化することによっ
てスキャナの有効解像度が低下する。

【０００６】ｘ方向におけるスキャナの固有または光学
解像度は、一般に、光センサ素子上に結像されるページ
のサイズまたは面積である。光経路における倍率が８：
１の５．３ミクロン（μｍ）幅の光センサの場合、ペー
ジの幅は、１／６００インチ（０．０４２３ｍｍ）であ
り、スキャナに６００サンプル／インチ（ｓｐｉ）（２
３．６２２サンプル／ｍｍ）の固有解像度を提供する。
６００ｓｐｉスキャナが、ｘ方向の２つの光センサ素子
を平均化するとき、２つの光センサ素子によって走査さ
れる領域は、２／６００インチすなわち１／３００イン
チ（０．０８４７ｍｍ）である。このような光センサ素
子の有効サイズがカバーする面積の増大により、スキャ
ナが検出できる最小の形状のサイズが大きくなる。

【０００７】ｙ方向のスキャナの光学または固有解像度
は、光センサ素子上に結像されるページの面積と、その
ページに対する光センサ素子の掃引速度と、光センサの
露光時間との関数である。たとえば、ページ上の光セン
サの画像が１／６００インチ（０．０４２３ｍｍ）、掃
引速度が５ミリ秒で１／６００インチ（０．０４２３ｍ
ｍ）、露光時間が５ミリ秒のスキャナは、ｙ方向に６０
０サンプル／インチ（２３．６２２サンプル／ｍｍ）の
固有走査解像度を有することになる。図１は走査線に沿
って掃引するときの様々な時間におけるｙ方向の光セン
サ素子の位置を示す。時間１０８と時間１１０に光セン
サ素子１０２が示される。時間１１０と時間１０８との
差が、デルタ時間である。光センサ素子１０２のサイズ
は、距離１０６である。光センサ素子が、デルタ時間に
距離１０６と等しい速度で移動するとき、スキャナは、
ｙ方向に固有または光学解像度で走査していることにな
る。

【０００８】図２は、図１の半分の速度または２倍の解
像度で移動する同じ光センサ素子１０２を示す。光セン
サ素子１０２の垂直方向の位置は、分かりやすくするた
めにずらされている。光センサ素子１０２のサイズは、
距離１０６である。光センサ素子１０２は、時間１０
８、１１０および１１２に示される。時間１１０と時間
１０８の差は、図１と同じデルタ時間である。時間１１
２と時間１１０の差もデルタ時間である。光センサ素子
は半分の速度で移動しているため、このセンサ素子は、
時間１０８と時間１１０の間の時間に半分の距離（長さ
１０４）をカバーする。これにより、解像度の２倍で走
査するときに同じ領域を走査するのに２倍の時間がかか
ることが分かる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】スキャナによっては、
より高速に走査するために電子画像の信号対雑音比を犠
牲にするものがある。ＣＣＤ上に光がほとんど飽和する
ように十分に蓄積できないと、信号対雑音比が低下し、
それに対応して画質が低下する。露光時間を短くする
と、スキャナは、所与の解像度をより早い速度で走査す
ることができる。スキャナによっては、走査する像の種
類によって高画質の低速走査と低画質の高速走査を選択
する。ユーザは、素早く走査することができかつ高画質
を保持することができる低コストのスキャナを好む。し
たがって、画質を犠牲にせずにより高速に走査すること
ができる低コストのスキャナが求められている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、スキ
ャナが、複数列の光センサにわたって各色の信号を加算
して、電子画像の改善された信号対雑音比を与える。複
数のセンサ列を使用することにより、解像度または走査
速度に影響を及ぼすことなく大量の光の蓄積が可能にな
る。

【００１１】すなわち、本発明は、同じスペクトル（３
０２、３０４）を検出する少なくとも２列の光センサ素
子と、光センサ素子の各列内のそれぞれ対応するセンサ
素子からの信号（５０６）を加算する回路と、を含み、
それにより、光センサ素子の各組からの加算信号が、高
い信号対雑音比を有するスキャナを提供するものであ
る。また、本発明は、第１のスペクトル（３０２、３０
４）を検出する少なくとも２列の光センサ素子と、第２
のスペクトル（３０６、３０８）を検出する少なくとも
２列の光センサ素子と、第３のスペクトル（３１０、３
１２）を検出する少なくとも２列の光センサ素子と、第
１のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそれ
ぞれ対応するセンサ素子からの信号（５０６）を加算す
る回路と、第２のスペクトルを検出する光センサ素子の
各列内のそれぞれ対応するセンサ素子からの信号（５０
６）を加算する回路と、第３のスペクトルを検出する光
センサ素子の各列内のそれぞれ対応するセンサ素子から
の信号（５０６）を加算する回路と、を含み、それによ
り、光センサ素子の各組からの加算信号が高い信号対雑
音比を有するスキャナを提供するものである。ここで、
第１のスペクトルが赤色スペクトルであり、第２のスペ
クトルが緑色スペクトルであり、第３のスペクトルが青
色スペクトルである光センサ素子アレイが好適である。
さらに、本発明は、第１のスペクトル（３０２、３０
４）を検出する少なくとも２列の光センサ素子と、第２
のスペクトルを検出する少なくとも１列の光センサ素子
と、第３のスペクトルを検出する少なくとも１列の光セ
ンサ素子と、第１のスペクトルを検出する光センサ素子
の各列内のそれぞれの対応するセンサ素子６からの信号
（５０６）を加算する回路と、第２のスペクトルを検出
する光センサ素子の各列内のそれぞれの対応するセンサ
素子からの信号を加算する回路と、第３のスペクトルを
検出する光センサ素子の各列内のそれぞれの対応するセ
ンサ素子からの信号を加算する回路とを含み、それによ
り、光センサ素子の各組からの加算信号が高い信号対雑
音比を有するスキャナを提供するものである。ここで、
第１のスペクトルが赤色スペクトルであり、第２のスペ
クトルが緑色スペクトルであり、第３のスペクトルが青
色スペクトルである光センサ素子アレイ、第１のスペク
トルが青色スペクトルであり、第２のスペクトルが緑色
スペクトルであり、第３のスペクトルが赤色スペクトル
である光センサ素子アレイ、あるいは、第１のスペクト
ルが緑色スペクトルであり、第２のスペクトルが赤色ス
ペクトルであり、第３のスペクトルが青色スペクトルで
ある光センサ素子アレイが好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】電子画像を生成するために平均化
する複数列の光センサを有するスキャナは、画質を犠牲
にすることなく素早く走査することができる。例えば、
代表的なカラー・スキャナは、３列の光センサ素子を有
する光センサ・アレイ（一般にＣＣＤ）を有する。光セ
ンサ・アレイは、捕捉する色ごとに１列の光センサ素子
を有する。このスキャナが２つのラインの平均である３
００ライン／インチ（ｌｐｉ）（１１．８ライン／ｍ
ｍ）を出力するために、スキャナは、６００ライン／イ
ンチで走査し、２つのラインを平均化して３００ライン
／インチの出力を得なければならない。捕捉する３つの
色ごとに２列の光センサ素子の６本の光センサ素子を有
するスキャナが、３００ｌｐｉで走査しながら２つの走
査線の平均である３００ｌｐｉ走査を出力することがで
きる。３００ｌｐｉの走査は、一般に、６００ライン／
インチ（２３．６ライン／ｍｍ）の走査よりも２倍速
い。各色ごとに２本の光センサ列を有することによっ
て、ページの各領域からの光がすべて２回収集され、次
に平均化される。これは、同じページを同時に走査する
２つのスキャナを有し、次に結果を平均化することと類
似している。

【００１３】図３は、６列の光センサ素子を有する光セ
ンサ・アレイを示す。一般に、光センサ・アレイの各列
には５，０００以上の光センサ素子があるが、分かり易
くするために、少ない数の光センサ素子を示した。列３
０２および３０４は、赤色スペクトルの光を収集する。
列３０６および３０８は、緑色スペクトルンの光を収集
する。列３１０および３１２は、青色スペクトルの光を
収集する。フィルタの順序（赤、緑および次に青）は重
要ではない。各列の光センサ素子は、素子１から素子Ｍ
まで番号が付けられる。ここで、Ｍは、各列内の素子の
最大数である。単一のスペクトルから光を収集する各対
の光センサ列は、一組の光センサ列を形成する。赤色の
組、緑色の組および青色の組がある。実施例において、
各組は、２列の光センサ素子からなる。しかしながら、
各組を複数列の光センサ素子で構成してもよい。

【００１４】図４は、走査線に沿って掃引するときの異
なる時（時間）における２列の光センサ素子を有する光
センサ・アレイのｙ方向の位置を示す。光センサ素子４
０２および４０４は、時間１０８と時間１１０に示され
る。光センサ素子４０２および４０４は、分かりやすく
するために時間１１０において垂直方向にずらされてい
る。時間１１０と時間１０８の差はデルタ時間である。
光センサ素子４０２および４０４のサイズは同じであ
り、距離１０６と等しい。時間１０８において、光セン
サ素子４０４は、距離１０６からの光を収集している。
時間１１０において、光センサ素子４０２は、素子４０
４が時間１０８に収集したのと同じ距離１０６からの光
を収集している。これにより、ページの各領域からの光
が、各光センサに１回、すなわち異なる時（時間）に２
回収集されることがわかる。次に、これらの２つの光の
量を平均化し、高い信号対雑音比の１つの信号を形成す
る。

【００１５】図５は、光センサ素子列３０２と３０４か
らの信号を加算する回路のブロック図を示す。各組の光
センサは、類似の回路を有する。図５において、光セン
サ列３０２からの出力は、ボックス５０４で、遅延され
すなわち一時的にバッファに入れられる。列３０２およ
び３０４は、光センサ素子の幅と等しい距離だけ離され
る。走査が進むにつれて、走査されるページの各領域
が、２つの光センサ列のそれぞれに連続的に結像され
る。遅延は、加算される電子信号が走査されるページ上
の同じ領域に対応するように、列３０２と３０４の間の
位置の差を相殺するのに必要な時間の長さに対応する。
米国特許第５，３３６，８７８号は、ずれた光センサ列
からの信号を結合する方法および装置を教示しており、
その記載全体を引用することにより本明細書の一部をな
すものとする。ボックス５０６において、列３０２から
の遅延された信号が、列３０４からの信号と加算され
る。列３０２の各光センサ素子からの信号が、列３０４
の光センサ素子からの対応する信号と加算される。たと
えば、列３０２の光センサ素子１からの信号は、列３０
４内の光センサ素子１からの信号と加算される。２つの
列から加算された信号は、追加の画像処理のためにボッ
クス５０８に送られる。

【００１６】信号対雑音比は、Ｎの平方根倍に高くな
る。ここで、Ｎは、加算されるラインの数である。たと
えば、２つのラインを加算するとき、信号対雑音比は、
２の平方根すなわち約１．４だけ高くなる。光センサ・
アレイ内の列の数を増やすことによって、信号対雑音比
を改善することができる。光センサの露光時間を変化さ
せないため、信号対雑音比が高くなっても走査に必要な
時間は増えない。

【００１７】スキャナの中には、写真のネガを走査する
ように設計されたものがある。写真のネガの中には、赤
色光や緑色光よりも青色光を多く吸収するものがある。
ネガを通る青色光の量の減少により、青色光センサ列が
ほとんど飽和できるだけの光を収集するのに必要な時間
が長くなる。スキャナが３つの色を同時にかつ同じ速度
で露光する場合は、青色光センサの光が十分でなくなる
か、赤色または緑色センサの光が多すぎるようになる。
光センサが、ほとんど飽和するまで光を十分に収集しな
いと、信号対雑音比が低下する。この問題を解決する１
つの方法は、青色光を収集する光センサ・アレイに多く
の列の光センサ素子を追加することである。そのように
追加した列からの信号を平均化して、赤色または緑色チ
ャネルの露光時間に影響を及ぼさずに青色チャネルの信
号対雑音比を高めることができる。

【００１８】黒白または中間調スキャナは、一般に、赤
色、緑色および青色すべてのスペクトルから光を収集す
る光センサ素子を１列だけ有する。中間調スキャナにそ
のような追加の光センサ素子の列を追加すると、同じ信
号対雑音比で高速な走査が可能になるか、あるいは高い
信号対雑音比で同じ速度での走査が可能になる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、素早く走査することが
でき且つ高画質を保持することができるとともに、低コ
ストのスキャナを提供することができる。すなわち、本
発明では、複数のセンサ列を使用することで、解像度ま
たは走査速度に影響を及ぼすことなく大量の光の蓄積が
可能になるので、画質を犠牲にせずにより高速に走査す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】速度１における時間に対する光センサの位置の
プロットを示す図である。

【図２】速度２における時間に対する光センサの位置の
プロットを示す図である。

【図３】本発明による光センサ・アレイの平面図であ
る。

【図４】速度１における時間に対する複数列の光センサ
の位置のプロットを示す図である。

【図５】加算回路のブロック図である。

【符号の説明】

１０２光センサ素子３０２、３０４第１のスペクトル（光センサ素子
列）３０６、３０８第２のスペクトル３１０、３１２第３のスペクトル４０２、４０４光センサ素子５０４シグナルの遅延５０６シグナルの加算５０８他の画像処理

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同じスペクトルを検出する少なくとも２
列の光センサ素子と、光センサ素子の各列内のそれぞれ
対応するセンサ素子からの信号を加算する回路と、を含
み、それにより、光センサ素子の各組からの加算信号が、高
い信号対雑音比を有するスキャナ。
【請求項２】第１のスペクトルを検出する少なくとも
２列の光センサ素子と、第２のスペクトルを検出する少なくとも２列の光センサ
素子と、第３のスペクトルを検出する少なくとも２列の光センサ
素子と、第１のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそ
れぞれ対応するセンサ素子からの信号を加算する回路
と、第２のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそ
れぞれ対応するセンサ素子からの信号を加算する回路
と、第３のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそ
れぞれ対応するセンサ素子からの信号を加算する回路
と、を含み、それにより、光センサ素子の各組からの加算信号が高い
信号対雑音比を有するスキャナ。
【請求項３】第１のスペクトルが赤色スペクトルであ
り、第２のスペクトルが緑色スペクトルであり、第３のスペクトルが青色スペクトルである、請求項２に記載の光センサ素子アレイ。
【請求項４】第１のスペクトルを検出する少なくとも
２列の光センサ素子と、第２のスペクトルを検出する少なくとも１列の光センサ
素子と、第３のスペクトルを検出する少なくとも１列の光センサ
素子と、第１のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそ
れぞれの対応するセンサ素子６からの信号を加算する回
路と、第２のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそ
れぞれの対応するセンサ素子からの信号を加算する回路
と、第３のスペクトルを検出する光センサ素子の各列内のそ
れぞれの対応するセンサ素子からの信号を加算する回路
とを含み、それにより、光センサ素子の各組からの加算
信号が高い信号対雑音比を有するスキャナ。
【請求項５】第１のスペクトルが赤色スペクトルであ
り、第２のスペクトルが緑色スペクトルであり、第３のスペクトルが青色スペクトルである、請求項４に記載の光センサ素子アレイ。
【請求項６】第１のスペクトルが青色スペクトルであ
り、第２のスペクトルが緑色スペクトルであり、第３のスペクトルが赤色スペクトルである、請求項４に記載の光センサ素子アレイ。
【請求項７】第１のスペクトルが緑色スペクトルであ
り、第２のスペクトルが赤色スペクトルであり、第３のスペクトルが青色スペクトルである、請求項４に記載の光センサ素子アレイ。