JP2011176861A - 文書および他の平坦な被写体を撮像するためのフラットベッド・スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】 より高速なスキャンニングを可能にする。
【解決手段】 フラットベッド・スキャナ（10）は、ハウジング（12）、スキャン対象物を受容するためにハウジング上にある透明プラテン（16）、そして水平方向及び垂直方向へと移動することができるキャッリッジ（18）を含んでいる。キャリッジは、対象物を照明するための光源（26）と、複数の走査線の光の強度を同時に検出するための方形フォトデテクタアレイ（24）とを含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スキャナ及びその作動方法に関するものである。

従来のフラットベッド・スキャナの場合、ガラス製のプラテン上に文書を置き、カバーを閉じて使用する。文書を照明するために光源（冷陰極管、キセノンランプ、発光ダイオード等）が使われる。スキャナヘッド（例えばミラー、レンズ、フィルタ及びイメージセンサアレイから成るもの）が文書の末端に至るまでゆっくりと（例えばステッパモーターに取り付けたベルト、或いはＤＣモーターに連結したギア群により）移動して行く。スキャナヘッドは、その経路（例えばその文書の一回の完全スキャン）に傾きやずれが生じないように振れ防止機構に取り付けられている。

文書の画像は角度をつけたミラー群によって反射し、折れ曲がった光経路が形成される。最後のミラーが画像をレンズへと反射させる。レンズは画像の焦点をイメージセンサ上に合わせる。代表的な電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサは３つのリニアＣＣＤセンサアレイを含んでいる。リニアセンサアレイの各々は、ＣＣＤセンサ群の上に直接的に設けられた異なるカラーフィルタ（例えば赤、緑及び青）を持っている。スキャナは、これらのリニアＣＣＤセンサアレイからのデータを組み合わせて単一のフルカラー画像を構成する。対照的に、一般的なコンタクトイメージセンサ（ＣＩＳ）は、１つのリニア相補型金属酸化膜（ＣＭＯＳ）センサアレイを持っており、これが赤色、緑色及び青色光源（発光ダイオード等）により順番に照明された画像を取得する。その後スキャナはリニアＣＭＯＳセンサアレイからのデータを１つのフルカラー画像へと組み合わせるのである。
なお、本出願に対応する外国の特許出願においては下記の文献が発見または提出されている。
米国再発行特許発明第２９０６７号明細書 米国特許出願公開第２００３／００６３３３３号明細書 米国特許第５，７３４，１７８号明細書 米国特許第６，３９４，３４９号明細書 米国特許出願公開第２００３／０００１０７６号明細書 米国特許第６，６３９，６９７号明細書 米国特許第７，３３３，２５０号明細書 特開平６−１４１５４号公報 Ｊｅｆｆ Ｔｙｓｏｎ．"Ｈｏｗ Ｓｃａｎｎｅｒｓ Ｗｏｒｋ"， Ｈｏｗｓｔｕｆｆｗｏｒｋｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａｒｔｉｃｌｅ， ｄｏｗｎｌｏａｄｅｄ ｏｎ ２／２１／２００４ ｆｒｏｍ ｈｔｔｐ：／／ｃｏｍｐｕｔｅｒ．ｈｏｗｓｔｕｆｆｗｏｒｋｓ．ｃｏｍ／ｓｃａｎｎｅｒ．ｈｔｍ／ｐｒｉｎｔａｂｌｅ． １１ｐａｇｅｓ． Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｏｆｆｉｃｅ Ａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｅｒｍａｎ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ，ｄａｔｅｄ Ｊｕｎ １１，２００８ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ Ｇｅｒｍａｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．１０ ２００５ ００４ ３９３．３

スキャナの解像度と鮮明度は様々である。多くのフラットベッド・スキャナは、少なくとも６００×６００ｄｐｉ（約２３６ドット／ｃｍ×約２３６ドット／ｃｍ）の正確（true）なハードウエア解像度を持っている。スキャナのｄｐｉは、センサアレイの１行あたりのセンサ数（ｘ方向サンプリングレート）とステッパモーターの精度（ｙ方向サンプリングレート）とにより決まる。例えば、解像度が６００×６００ｄｐｉ（約２３６ドット／ｃｍ×約２３６ドット／ｃｍ）でスキャナがレターサイズの文書スキャン能力を持つとした場合、ＣＣＤイメージセンサの場合であれば各々が５１００個のセンサを持つ３つのリニアアレイが含まれ、ＣＩＳの場合では５１００個のセンサから成る１つのリニアアレイが含まれることになる。この例におけるステッパモーターは１／６００インチ（約０．００４２３ｃｍ）に等しい増分値で作動することができるものである。発明が解決しようとする課題は、より高速にスキャンするフラットベッド・スキャナおよびシートフィード・スキャナを構成することである。

本発明の一実施例においては、スキャナはハウジング、スキャン対象物を受容するためにハウジング上にある透明プラテン、そして透明プラテンの表面と平行な平面内において、第１の方向および第１の方向に垂直な第２の方向へ移動するキャリッジを含んでいる。キャリッジは、対象物を照明するための光源と、複数の走査線の光の強度を同時に検出するための方形フォトデテクタアレイとを含んでいる。

複数の図を通じ、同様又は同一の要素には同じ符号を使用した。図１は、本発明の一実施例に基づくフラットベッド・スキャナ１０を描いたものである。スキャナ１０は、ハウジング１２、このハウジング１２に回動するように取り付けられたカバー１４、ハウジング１２の上部にある透明（ガラス等）プラテン１６、そしてハウジング１２中にあるキャリッジ１８を含んでいる。キャリッジ１８は、ハウジング１２中を第２の方向に移動させるための第２方向ギア溝２０及び第１の方向に移動させるための第１方向ギア溝２２上で移動する。キャリッジ１８は、方形のフォトデテクタアレイ２４と照明リング２６とを含んでいる。

一実施例においては、フォトデテクタアレイ２４は複数行（例えば３行よりも多い行）の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサを含むものである。一実施例においては、フォトデテクタアレイ２４は赤色、青色及び緑色の各種フォトダイオードから構成されており、各フォトダイオードの位置において検知されるべき実際の色は、隣接するフォトダイオードによって検知される色から補間されるものである。低価格帯にある低処理能力のスキャナの場合、フォトデテクタアレイ２４は３５２×２８８画素の解像度しか持たないものもある。より高価格帯にあり、より高い処理能力を持つスキャナの場合、フォトデテクタアレイ２４は１．３メガピクセルの解像度を持ち、ページ全体をより高速にスキャンすることができるものもある。一実施例においては、照明リング２６は同じダイ上でフォトデテクタアレイ２４の周囲に形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

図２は、本発明の一実施例におけるキャリッジ１８の線Ａ（図１）に沿った断面図である。フォトデテクタアレイ２４及び照明リング２６は、プレート３２上に搭載されている。搭載プレート３２は、第１方向ガイド３４を含んでいる。第１のモーター３６及びこれに繋がる第１のギア３８がプレート３２へと取り付けられている。第１方向キャリッジ・バー４０にはガイド３４を受容する第１方向ガイド溝４２が設けられている。第１方向キャリッジ・バー４０には更に、第１のギア３８のギアを受容するギア溝２２も設けられている。ギア溝２２は第１のギア３８と噛み合う歯を含んでいる。作動においては、モーター３６が第１のギア３８を駆動してキャリッジ１８をスキャン対象物体全体にわたって第１方向に移動させる。可撓ケーブル５０（図３）は、画像データをフォトデテクタアレイ２４から第１方向キャリッジ・バー４０へと送る。

図３は、本発明の一実施例におけるキャリッジ１８の線Ｂ（図１）に沿った断面図である。第１方向キャリッジ・バー４０は第２方向ガイド４４Ａ及び４４Ｂを含んでいる。第２のモーター４６及びこれに繋がる第２のギア４８は、第１方向キャリッジ・バー４０へと取り付けられている。ハウジング１２には、対応するガイド４４Ａ及び４４Ｂを受容する第２方向ガイド溝５２Ａ及び５２Ｂが設けられている。ハウジング１２には更に、第２のギア４８のギアを受容するギア溝２０も設けられている。ギア溝２０は第２のギア４８と噛み合う歯を含んでいる。作動においては、モーター４６が第２のギア４８を駆動することでキャリッジ１８をスキャン対象物の下に向かって第２の方向に移動させる。可撓ケーブル５２は、スキャナの電子部品で処理すべき画像データを第１方向キャリッジ・バー４０からスキャナ本体へと送るものである。

スキャン操作においては、スキャン対象物が透明プラテン１６上に置かれる。次に照明リング２６が対象物の一部分を照明する。光は対象物のこの部分から反射されると同時に方形のフォトデテクタアレイ２４によって複数の（例えば３行よりも多数の）走査線として取り込まれる。フォトデテクタアレイ２４は、この部分の光強度を電気信号へと変換する。図４は、本発明の一実施例において、従来のフラットベッド・スキャナのように走査線毎にゆっくりと移動させるかわりに、キャリッジ１８を透明プラテン１６と平行な面内の第１の方向、または透明プラテン１６と平行な面内で第１の方向に垂直な第２の方向に、フォトデテクタアレイ２４の第１の方向に沿った長さ及び第２の方向に沿った長さ以上のより大きい増分値（例えばフォトデテクタ６４の移動６２に示したようなもの）で移動させるようにしたものを描いたものである。これにより、より高速なスキャンニングが可能となる。対象物全体をスキャンした後、ソフトウエアを用いて画素色が補間され、スキャンした各部分がステッチ（stitch、縫合）されて、その物体の単一のカラー画像が構成される。ソフトウエアは、更に照明に不均一性があった場合にその修正にも利用することができる。

図５は、本発明の一実施例において、方形フォトデテクタアレイ２４を第１の方向及び第２の方向の両方において小さな増分値による（例えばフォトデテクタ６４の移動６６に示したようなもの）微小ステッピングにより解像度を上げることができることを説明する図である。第１の方向の増分値は、隣接するセンサ間の第１の方向の離間距離よりも小さく、第２の方向の増分値は隣接するセンサ間の第２の方向の離間距離よりも小さい。例えば、フォトデテクタアレイ２４が３００ｘ３００ｄｐｉ（約１１８ドット／ｃｍ×約１１８ドット／ｃｍ）を生成するものである場合、（１）物体の画像を取得し、（２）フォトデテクタアレイ２４を第１の方向及び第２の方向に１／２ドット分動かし、そして（３）物体の次の画像を取得することにより、解像度を６００ｘ６００ｄｐｉ（約２３６ドット／ｃｍ×約２３６ドット／ｃｍ）へと倍増させることが可能である。その後、ソフトウエアを使用して２つの画像を組み合わせ、物体の６００ｘ６００ｄｐｉ（約２３６ドット／ｃｍ×約２３６ドット／ｃｍ）画像が作られる。この微小ステッピング後は、キャリッジ１８は次の物体領域をスキャンするために第１の方向及び第２の方向へとより大きい増分値で移動し、その後は再度微小ステッピングにより移動する。

図６は、本発明の一実施例に基づくシートフィーダー・スキャナ１００の側面の断面図である。スキャナ１００は、ハウジング１０２と、そのハウジング内のシートフィーダー１０４、フィードローラー１０６及びキャリッジ１０８とを含んでいる。シートフィーダー１０４は、スタック１１２から一枚のシート１１０を引き出し、これを斜め下方にフィードローラー１０６へ送る。フィードローラー１０６は、シート１１０をキャリッジ１０８を越えた先まで送る。キャリッジ１０８は、方形フォトデテクタアレイ２４と照明リング２６を含んでいる。シート１１０のスキャンを実施するために、キャリッジ１０８は、キャリッジ１０８を第１の方向に移動させるための第１方向ギア溝２２及び第１方向ガイド溝４２に沿ってハウジング内を第１の方向に移動する。キャリッジ１０８はキャリッジ１８と似たものではあるが、ここではフィードローラー１０６がシートを斜め下方にキャリッジ１０８を越えた先まで送る機能を果たしていることから、キャリッジ１０８には紙送り方向への移動用部品が無い点が異なる。フィードローラー１０６は、従来のシートフィーダー・スキャナのように走査線毎にゆっくりとシートを移動させる代わりに、一枚のシート１１０をフォトデテクタアレイ２４の第２の方向に沿った長さよりも大きい増分値で移動させるようになっていても良い。こうすることにより、文書の部分が方形フォトデテクタアレイ２４の複数の走査線として同時に取得されることから、ここでもより高速なスキャン処理が可能となる。

図７は、本発明の一実施例に基づくフラットベッド・スキャナ２００の側面の断面図である。スキャナ２００は、ハウジング２１２と、このハウジング２１２上にある透明プラテン２１６と、固定方形フォトデテクタアレイ２１８及び光学系２２０と、光源２２２とを含んでいる。

スキャンの際、スキャン対象物（例えばスキャン対象物２２４）は透明プラテン２１６上に置かれる。次に光源２２２がスキャン対象物２２４へと光を向けることにより、或いは光をハウジング２１２の側壁に一度当ててからスキャン対象物２２４へと反射させることにより物体全体を照明する。光はスキャン対象物２２４から反射され、光学系２２０により導かれて方形フォトデテクタアレイ２１８へと向けられる。フォトデテクタアレイ２１８はスキャンされた対象物の光強度を電気信号へと変換する。従来のスキャナのようにキャリッジを移動させるかわりに、フォトデテクタアレイ２１８は固定されたまま一度に対象物全体をスキャンしている。複数の走査線がフォトデテクタアレイ２１８によって同時に取得されることから、これもより高速なスキャン処理を許容するものである。画素色の補間や、照明に不均一性があった場合は、その修正を実施するためにソフトウエアを用いることができる。

開示した実施例の様々な変更形態や特徴を組み合わせたものは本発明の範囲に入るものである。本願請求項には、多数の実施例が含まれている。

本発明の一実施例に基づくフラットベッド・スキャナの上面図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 図１のＢ−Ｂ線による断面図である。 本発明の実施例における方形フォトデテクタアレイの移動の一形態を説明する図である。 本発明の実施例における方形フォトデテクタアレイの移動の他の形態を説明する図である。 本発明の一実施例に基づくシートフィーダー・スキャナの側面の断面図である。 本発明の一実施例に基づくフラットベッド・スキャナの側面の断面図である。

１０、２００ スキャナ
１２、１０２ ハウジング
１６、２１６ 透明プラテン
１８ キャリッジ
２０ 第２方向ギア溝
２２ 第１方向ギア溝
２４、２１８ 方形フォトデテクタアレイ
２６、２２２ 光源
３２ 搭載プレート
３４ 第１方向ガイド
３６ 第１のモーター
３８ 第１のギア
４０ 第１方向キャリッジ・バー
４２ 第１方向ガイド溝
４４Ａ、４４Ｂ 第２方向ガイド
４６ 第２のモーター
４８ 第２のギア
５２Ａ、５２Ｂ 第２方向ガイド溝
６４ フォトデテクタ
１０６ フィードローラー
１０８ キャリッジ
１１０ シート
２２０ 光学系
２２４ スキャン対象物

Claims (10)

1. ハウジングと、
   スキャン対象物を受容するために前記ハウジング上にある透明プラテンと、
   第１の方向及び第２の方向へと移動可能なキャリッジと、を備え、
   前記キャリッジは、
   前記対象物を照明するための光源と、
   複数の走査線の光の強度を同時に検出するための方形フォトデテクタアレイであって、
   ３行よりも多い行のフォトデテクタを含む方形フォトデテクタアレイと、
   を備えることを特徴とするフラットベッド・スキャナ。
2. 前記キャリッジが、
   水平ガイドを有し、前記光源及び前記方形フォトデテクタアレイがその上に搭載されて
   いる前記搭載プレートと、
   第１のギアに連結した第１のモーターと、
   前記水平ガイドを受容するための水平ガイド溝及び前記第１のギアを受容するための水
   平ギア溝を画定する水平キャリッジ・バーであって、前記第１のモーターが前記第１のギ
   アを駆動して前記キャリッジを前記水平方向に移動させるように作動可能であり、垂直ガ
   イドを更に備える水平キャリッジ・バーと、
   第２のギアに連結した第２のモーターと、を備え、
   前記ハウジングが前記垂直ガイドを受容するための垂直ガイド溝と前記第２のギアを受
   容するための垂直ギア溝とを画定し、前記第２のモーターが前記第２のギアを駆動して前
   記キャリッジを前記垂直方向に移動させるように作動可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載のスキャナ。
3. 前記光源が、前記方形フォトデテクタアレイの周囲に形成された発光ダイオードのリン
   グを含み、前記方形フォトデテクタアレイが相補型金属酸化膜半導体イメージセンサアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載のスキャナ。
4. フラットベッド・スキャナを作動させるための方法であって、
   前記スキャナの透明プラテン上に配置された対象物の第１の画像を、３行よりも多数行のフォトデテクタ含む方形フォトデテクタアレイで取り込むステップと、
   前記方形フォトデテクタアレイを、第１の方向に沿って第１の小さな増分値で、かつ第２の方向に沿って第２の小さな増分値で移動させるステップであって、前記第１の増分値
   が前記フォトデテクタアレイの前記第１の方向に沿って隣接するフォトデテクタ間の第１の間隔よりも小さく、前記第２の増分値が前記フォトデテクタアレイの前記第２の方向に
   沿って隣接するフォトデテクタ間の第２の間隔よりも小さいステップと、
   前記対象物の第２の画像を取り込むステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
5. 前記第１及び第２の画像を組み合わせて前記対象物のスキャン画像を形成するステップ
   を更に有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記方形フォトデテクタアレイを前記第１の方向に沿って大きい増分値で移動させるス
   テップであって、前記大きい増分値が、前記第１の方向に沿った方形フォトデテクタアレイの寸法以上である前記ステップと、
   前記対象物の第３の画像を取り込むステップと、
   前記方形フォトデテクタアレイを、前記第１の方向に沿って前記第１の小さな増分値で、かつ前記第２の方向に沿って前記第２の小さな増分値で移動させるステップと、
   前記対象物の第４の画像を取り込むステップと、
   前記第１、第２、第３及び第４の画像を組み合わせて前記対象物のスキャン画像を形成するステップと、
   を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. ハウジングと、
   文書を第１の方向へと移動させるフィードローラーと、
   第２の方向に沿って移動することができるキャリッジと、を備え、
   前記キャリッジが、
   前記文書を照明するための光源と、
   複数の走査線の光の強度を同時に検出するための、３行よりも多数行のフォトデテクタを含む方形フォトデテクタアレイと、
   を備えることを特徴とするシートフィード・スキャナ。
8. 前記キャリッジが、更に、
   水平ガイドを有し、前記光源及び前記方形フォトデテクタアレイがその上に搭載された搭載プレートと、
   第１のギアに連結した第１のモーターと、
   前記水平ガイドを受容するための水平ガイド溝及び前記第１のギアを受容するための水平ギア溝を画定する水平キャリッジ・バーであって、前記第１のモーターが前記第１のギアを駆動して前記キャリッジを前記水平方向に沿って移動させるように作動可能である水平キャリッジ・バーと、
   を備えることを特徴とする請求項７に記載のスキャナ。
9. 前記光源が、前記方形フォトデテクタアレイの周囲に形成された発光ダイオードのリングを備え、前記方形フォトデテクタアレイが相補型金属酸化膜半導体フォトデテクタアレイを備えることを特徴とする請求項７に記載のスキャナ。
10. ハウジングと、
    スキャン対象物を受容するために前記ハウジング上にある透明プラテンと、
    前記対象物の全体を照明するための光源と、
    前記対象物全体から反射した光を方形フォトデテクタアレイへと向けるための光学系と、
    前記対象物全体の光の強度を同時に検出するための前記方形フォトデテクタアレイであって、３行よりも多数行のフォトデテクタを含む前記方形フォトデテクタアレイと、
    を備えることを特徴とするフラットベッド・スキャナ。

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