JP2007208908A - スキャナー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができるスキャナー装置を得る。
【解決手段】原稿２３に向けて所定の光を照射する光源２１と、原稿２３からの反射光を集光させるレンズ系２７と、レンズ系２７から入射した光を３分割して出力する光ビームスプリッタ２８と、光ビームスプリッタ２８の各光出力に対応して設けられ、各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と所定の特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを透過させる３枚の色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃと、３枚の色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃに対応して設けられた３個の光学センサ３１Ａ〜３１Ｃと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スキャナー装置に係り、特に、パソコンやファクシミリ、複写機等の入力装置として原稿画像をカラーで読み取るスキャナー装置に関する。

原稿画像を読み取る場合、人の色域と等しい色域をもつスキャナー装置で読み取ることができれば、読み取った画像が表す色は、原稿画像の色に正確に一致する。しかしながら、このような特徴をもつスキャナー装置は現在、製作されていない。

すなわち、現在広く使用されているスキャナー装置で読み取られる画像は、その色域が例えばディスプレイやプリンタ等の出力装置の色域と等しくなるように処理されて出力される。このため、原稿画像の色が出力装置の色域外の場合には色域内の色に変換して出力される。従って、出力装置の色域以外の色を正確に出力することができない。特に、原稿画像が、仮に人の色域と等しい色域を有するカメラで撮像した画像の場合、それを出力装置に正確な色として出力することが困難であり、このようなカメラを効果的に利用することができない。

従来のスキャナー装置として、例えば特許文献１には、赤、緑、青の各色別の発光を行う発光ダイオードを光源として、各色別の発光ダイオードを順次点灯して原稿を照射し、その反射光をレンズ等からなる光学系により受光素子に導き結像させるスキャナー装置において、各色別の発光ダイオードのうち、少なくとも１色の発光ダイオードについては、ピークの発光波長がそれぞれ異なる同系の色の発光ダイオードを複数種類用いる構成のスキャナー装置が開示されている。
特開平１０−１３６１５９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、人の色域とスキャナー装置の色域とが等しくないため、人の色域と等しい色域を有するカメラで撮像した画像の色を正確に読み取って出力することができない場合がある。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができるスキャナー装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明のスキャナー装置は、原稿に所定の光を照射し、前記原稿の反射光として、各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と下記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを各々出力する反射光出力手段と、前記反射光出力手段から出力された光を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力電気信号を入力して、人の色域と等しい映像信号を生成する演算処理手段と、を備えたことを特徴とする。

記
特定マトリクス

この発明によれば、反射光出力手段は、原稿に所定の光を照射し、原稿の反射光として、各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と上記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを各々出力し、これを光電変換手段によって光電変換する。反射光出力手段は、例えば原稿の１ライン分の画像に相当する光を出力する。光電変換手段は、ラインＣＣＤ等のラインセンサで構成され、その受光面に結像された１ライン分の画像に相当する光を電気信号に変換する。原稿を走査して各ラインの画像に相当する光を順次電気信号に変換することにより、原稿上の画像を読み取ることができる。

演算処理装置は、光電変換手段の出力電気信号を入力して、人の色域と等しい映像信号を生成する。すなわち、人の視感度特性を考慮した後述する理論式を用いた演算を行う。これにより、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる。

具体的には、例えば請求項２に記載したように、前記反射光出力手段は、前記原稿に向けて所定の光を照射する光源と、前記原稿からの反射光を前記光電変換手段の受光面に集光させるレンズ系と、前記レンズ系から入射した光を３分割して出力する光ビームスプリッタと、前記光ビームスプリッタの各光出力に対応して設けられ、前記各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを透過させる３枚の色フィルタと、を含み、前記３枚の色フィルタに対応して３個の前記光電変換手段を備えた構成とすることができる。

また、請求項３に記載したように、前記反射光出力手段は、前記原稿に向けて、前記各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを出力する３個の光源と、前記原稿からの反射光を前記光電変換手段の受光面に集光させるレンズ系と、を含む構成としてもよい。

また、請求項４に記載したように、前記反射光出力手段は、前記原稿に向けて所定の光を照射する光源と、前記光源の前方に設けられ、前記各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを透過させる３枚の色フィルタを含む回転フィルタと、前記原稿からの反射光を前記光電変換手段の受光面に集光させるレンズ系と、を含む構成としてもよい。

本発明によれば、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる、という効果を有する。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができるスキャナー装置は未だ存在していないが、人の色域についての解析は理論的に構築されている。

例えば、下記非特許文献１のＣｈａｐｔｅｒｌ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（第１章 視覚情報の数値表現）において、計算方式が要約して提示されている。

（非特許文献１） Ａ．Ｎ．Ｎｅｔｒａｖａｌｉ ａｎｄ Ｂ．Ｇ．Ｈａｓｋｅｌｌ著，”Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ”（１９８８，ＰｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ），１〜８７頁
スペクトルで表した色の３つの刺激値は、色マッチング関数（ｃｏｌｏｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれるが、この関数〔ｒ（λ），ｇ（λ），ｂ（λ）〕は与えられた３原色に関する３つの刺激値である。例えば、３原色波長を７００．０ｎｍ（Ｒ₀）、５４６．１ｎｍ（Ｇ₀）、４３５．８ｎｍ（Ｂ₀）としたときの、色マッチング関数（ｒ₀（λ），ｇ₀（λ），ｂ₀（λ））を人の色域を表すものとして波長に対してプロットすることができる。

Ｒ₀、Ｇ₀、Ｂ₀を使用してＣＩＥ（国際照明委員会）色度図上のＸＹＺを求めれば、次の（１−１）〜（１−３）式が成り立つ。

Ｘ＝２．３６５Ｒ₀−０．５１５Ｇ₀＋０．００５Ｂ₀ ・・・（１−１）
Ｙ＝−０．８９７Ｒ₀＋１．４２６Ｇ₀−０．０１４Ｂ₀ ・・・（１−２）
Ｚ＝−０．４６８Ｒ₀＋０．０８９Ｇ₀＋１．００９Ｂ₀ ・・・（１−３）
次に、ＸＹＺからＲ₀、Ｇ₀、Ｂ₀を求めれば次の（２−１）〜（２−３）式が得られる。

Ｒ₀＝０．４９０Ｘ＋０．１７７Ｙ ・・・（２−１）
Ｇ₀＝０．３１０Ｘ＋０．８１３Ｙ＋０．０１Ｚ ・・・（２−２）
Ｂ₀＝０．２００Ｘ＋０．０１０Ｙ＋０．９９０Ｚ ・・・（２−３）
一般論として、３原色（Ｒ₀、Ｇ₀、Ｂ₀（ベクトル））の（Ｘ，Ｙ，Ｚ（ベクトル））刺激値座標をそれぞれ（Ｘ_R0，Ｙ_R0，Ｚ_R0）、（Ｘ_G0，Ｙ_G0，Ｚ_G0）、（Ｘ_B0，Ｙ_B0，Ｚ_B0）とすれば、次のベクトルを表す（３−１）〜（３−３）式が得られる。

Ｒ₀＝Ｘ_R0Ｘ＋Ｙ_R0Ｙ＋Ｚ_R0Ｚ ・・・（３−１）
Ｇ₀＝Ｘ_G0Ｘ＋Ｙ_G0Ｙ＋Ｚ_G0Ｚ ・・・（３−２）
Ｂ₀＝Ｘ_B0Ｘ＋Ｙ_B0Ｙ＋Ｚ_B0Ｚ ・・・（３−３）
なお、上記（３−１）〜（３−３）式においてＲ₀、Ｇ₀、Ｂ₀、及び、Ｘ，Ｙ，Ｚは、ベクトルである。

同様にして、刺激値（Ｒ_C，Ｇ_C，Ｂ_C）および（Ｘ_C，Ｙ_C，Ｚ_C）をもつ任意の色刺激値Ｃ（ベクトル）は次の（４）式により与えられる。

Ｃ＝Ｒ_CＲ₀＋Ｇ_CＧ₀＋Ｂ_CＢ₀＝Ｘ_CＸ＋Ｙ_CＹ＋Ｚ_CＺ ・・・（４）
上記（４）式において、Ｃ、Ｒ₀、Ｇ₀、Ｂ₀、及び、Ｘ，Ｙ，Ｚは、ベクトルである。

基本的に演算処理は上記理論によって実現されるので、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができるスキャナー装置は、人の視感度特性を考慮した上記理論式を用いた演算を行うことにより実現される。

このようなスキャナー装置として、図１に示すように、本実施の形態に係るスキャナー装置１０は、光源２１を備えている。光源２１は、プラテンガラス等を含んで構成された透明な原稿載置台２２上に載置された原稿２３に光を照射する。光源２１は、例えば蛍光ランプ（例えばキセノンランプ等）、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等で構成され、少なくとも可視光領域の様々な波長を含む光を照射する。

原稿２３を反射した光は、折り返しミラー２４〜２６によって折り返されて光路が変更され、レンズ系２７に導かれる。レンズ系２７を透過した光は、光ビームスプリッタ２８によって３分割される。光ビームスプリッタ２８は、ハーフミラー２９Ａ〜２９Ｃを含んで構成されている。

光ビームスプリッタ２８から出力された３つの光は、色フィルタ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを透過して光学センサ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃにそれぞれ結像される。

色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃは、それぞれ異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを通過させる。

なお、図１では、光ビームスプリッタ２８は単純な構成で示したが、各色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃに入射する光パワーの比が明確である必要がある。

図２に、色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃの分光特性を示すグラフを示した。図中のＳ１， Ｓ２，Ｓ３は、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前述の特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度を基にした３枚の色フィルタの特性をそれぞれ示している。

Ｓ１はピーク波長が５８２ｎｍで、１／２幅が５２３〜６２９ｎｍ、１／１０幅が４９１〜６６３ｎｍである。

Ｓ２は、ピーク波長が５４３ｍｍで、１／２幅が５０６〜５８９ｎｍ、１／１０幅が４６４〜６３２ｎｍである。

Ｓ３は、ピーク波長が４４６ｎｍで、１／２幅が４２３〜４７８ｎｍ、１／１０幅が４０９〜５０８ｎｍである。

なお、前記分光特性は、それぞれのピーク波長が４ｎｍ、３ｎｍ、７ｎｍの範囲で移動しても実質的に画質は損なわれない。

３つの光学センサ３１Ａ〜３１Ｃは、色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃを透過して入射した光に対して光電変換を行い、演算処理装置３２に出力する。なお、光学センサ３１Ａ〜３１Ｃは、ラインセンサであり、原稿２３の１ライン分のライン画像（例えば図１において紙面に垂直な方向のライン画像）に相当する光がその受光面に結像される。スキャナー装置１０は、図１においては詳細な構成は省略したが、前記ライン画像の光が各光学センサ３１Ａ〜３１Ｃの受光面上に順次結像されるように、原稿２３の端から端まで図１において矢印Ａ方向に走査する走査手段を有する。これにより、原稿２３全体の画像を読み取ることができる。また、光学センサ３１Ａ〜３１Ｃは、それぞれＣＣＤイメージングデバイスなどの、広い色域に対して十分な感度特性を有するセンサで構成される。なお、走査手段は、光源２１を図１において矢印Ａ方向に移動させるものでもよいし、原稿載置台２２や原稿２３を矢印Ａ方向に移動させるものでもよい。

３つの光学センサ３１Ａ〜３１Ｃから得られた、それぞれ異なった色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃに対応する色域の画像信号は、それぞれ演算処理装置３２に入力される。演算処理装置３２は高速で動作し、各画像信号に基づいて、原稿２３の画像の色についての色度値をリアルタイムで得る。演算処理装置３２による演算は、上記非特許文献１記載の方法に従った計算方式と理論的概念によって計算される。

このように、スキャナー装置１０は、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前述の特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度を基にした３枚の色フィルタを用いて画像を読み取り、これに基づいて上記非特許文献１記載の方法に従った計算方式と理論的概念によって原稿２３の画像の色についての色度値を得るため、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる。

なお、本実施の形態では、１個の光源２１と３個の色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃ及び３個の光学センサ３１Ａ〜３１Ｃを用いた構成のスキャナー装置１０について説明したが、図３に示すスキャナー装置１０Ａのように、３個の光源２１Ａ〜２１Ｃ及び１個の光学センサ３１を用いた構成としてもよい。この場合、光源２１Ａ〜２１Ｃは、それぞれ異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを出力する光源であり、例えばＬＥＤで構成される。

このような構成のスキャナー装置１０Ａでは、図示しない点灯制御装置により光源２１Ａ〜２１Ｃを順次点灯させて、各色のライン画像を順次光学センサ３１に結像させる。そして、図示しない走査手段により原稿２３の端から端まで走査させてライン毎に各色のライン画像を取得し、これらを合成することで原稿２３の画像を読み取ることができる。このような構成によっても、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる。なお、図３では、光源２１Ａ〜２１Ｃを別個独立に記載し、各光源から原稿２３への光路が別々とされているが、これらの光源を含む単一の光源ユニットを用いても良い。この場合、原稿２３への光路を単一として、各光源からの光がその光路上に順次切り替わって出力されるような構成としてもよい。

また、３個の光源２１Ａ〜２１Ｃを用いるのではなく、図４に示すスキャナー装置１０Ｂのように、光源は図１と同様の１個の光源２１を用いて、この光源の前方に回転フィルタ４０を設けた構成としてもよい。回転フィルタ４０は、図５に示すように、各々異なる分光特性を有する色フィルタ４０Ａ〜４０Ｃを有する３セグメントカラーホイールを採用することができ、図示しない回転駆動装置によって回転駆動される。各色フィルタ４０Ａ〜４０Ｃは、図１に示す色フィルタ３０Ａ〜３０Ｃと同様の分光特性を有するフィルタである。この回転フィルタ４０は、半径方向における各色領域の所定位置（例えば中央部）に光軸が位置するように光源２１の前方に設置する。そして、回転フィルタ４０を、中心点Ｏを中心に所定角度ずつ回転させることにより、各色の光を順次原稿２３へ照射させる。あとは図４に示すスキャナー装置１０Ａと同様である。このような構成によっても、原稿画像を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる。

以上、詳しく説明した本実施の形態について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。本実施の形態では、使用する色フィルタとして特定マトリクスによる場合を示したが、必ずしもこのような線形変換によらない変換を行なった場合であっても、図２に示す色フィルタの特性と同じ範囲内にあるものは、実質的に特定マトリクスに基づくものと解されるべきであり、マトリクス変換以外の変換を排除する趣旨ではない。

スキャナー装置の概略構成図である。 色フィルタの特性を示すグラフである。 変形例に係るスキャナー装置の概略構成図である。 変形例に係るスキャナー装置の概略構成図である。 回転フィルタの平面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ スキャナー装置
２１ 光源
２２ 原稿載置台
２３ 原稿
２４ 折り返しミラー
２７ レンズ系
２８ 光ビームスプリッタ
２９Ａ ハーフミラー
３０Ａ〜３０Ｃ 色フィルタ
３１Ａ〜３０Ｃ 光学センサ（光電変換手段）
３２ 演算処理装置（演算処理手段）
４０ 回転フィルタ
４０Ａ〜４０Ｃ 色フィルタ

Claims (4)

1. 原稿に所定の光を照射し、前記原稿の反射光として、各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と下記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを各々出力する反射光出力手段と、
   前記反射光出力手段から出力された光を光電変換する光電変換手段と、
   前記光電変換手段の出力電気信号を入力して、人の色域と等しい映像信号を生成する演算処理手段と、
   を備えたスキャナー装置。
   記
   特定マトリクス
   

   
2. 前記反射光出力手段は、
   前記原稿に向けて所定の光を照射する光源と、
   前記原稿からの反射光を前記光電変換手段の受光面に集光させるレンズ系と、
   前記レンズ系から入射した光を３分割して出力する光ビームスプリッタと、
   前記光ビームスプリッタの各光出力に対応して設けられ、前記各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを透過させる３枚の色フィルタと、
   を含み、
   前記３枚の色フィルタに対応して３個の前記光電変換手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のスキャナー装置。
3. 前記反射光出力手段は、
   前記原稿に向けて、前記各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを出力する３個の光源と、
   前記原稿からの反射光を前記光電変換手段の受光面に集光させるレンズ系と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載のスキャナー装置。
4. 前記反射光出力手段は、
   前記原稿に向けて所定の光を照射する光源と、
   前記光源の前方に設けられ、前記各々異なった波長域の、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数と前記特定マトリクスに示された関係で線形変換して得られる分光感度に等しい波長域成分の光ビームを透過させる３枚の色フィルタを含む回転フィルタと、
   前記原稿からの反射光を前記光電変換手段の受光面に集光させるレンズ系と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載のスキャナー装置。

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