JP2566694B2

JP2566694B2 - 対象画像のスペクトル成分を捕獲するためのシステム

Info

Publication number: JP2566694B2
Application number: JP3250562A
Authority: JP
Inventors: ユージン、スチュワート、シュリグ; イン、ルー、ヤオ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-12-13
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1996-12-25
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: DE69115866T2; CA2054672A1; EP0490045A3; JPH0787263A; EP0490045A2; US5101266A; EP0490045B1; DE69115866D1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高解像度カラー画像を捕
獲するシステム、より詳しくは、文書のカラー画像を得
るために3の遅延積分(TDI)センサを利用するライン順次
形カラー画像捕獲システムに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】電子カラー画像捕獲システ
ムは通常、画像の3つの明瞭なスペクトル成分(例えば、
赤、緑、青)を捕獲する。これらの各成分は電気信号に
よって表現される。多くの用途では、個別の電気信号が
サンプリングされディジタル化される。画像を記憶する
場合は、そのディジタルサンプルがディジタル記憶装置
に書き込まれる。画像は3つの信号によって表現される
色を結合する素子にそれらの信号を供給することにより
再現できる。

【０００３】順次形カラー画像捕獲システムは公知であ
る。これらのシステムでは、単一の画像検知素子が、画
像が変化する速度に対して高速で赤・青・緑などの色情
報を順次受信する。画像捕獲動作の間に文書が動いてい
る場合、システムは文書が瞬間的に静止している間に3
つの個別の信号に分解されなければならないので、相対
的に高周波数で動作しなければならない。

【０００４】他の現行のシステムは単一の線形又は遅延
積分(TDI)画像捕獲素子を使用してレンズ付近の適所に
置かれた単独のフィルタによってそれぞれ得られる文書
の3つの個別の走査を捕獲する。この画像捕獲素子は通
常、画素のラインを解像し、画像をラインごとに増分的
に走査する。走査を行うために、文書、文書を除くシス
テム全体、画像捕獲素子又は鏡系のいずれかが動かされ
る。

【０００５】この形式のシステムの第1の問題点は所与
の最大出力データ転送速度での3つの走査に必要な時間
である。文書が走査されている間に移動しなければなら
ない場合、3つの画像全部を得るためにシステムによる3
回のパスを行うことが必要になろう。これらの3回のパ
スが文書の処理に要する時間に加わり、また好ましくな
いアラインメントの問題を生じる場合もある。

【０００６】多回パスを避ける一方法はスペクトル選択
性ビームスプリッタ及びフィルタの系とともに、3つの
個別にパッケージ化された画像捕獲素子を使用すること
である。このシステムでは、異なるスペクトル帯が各素
子に当てられる。こうしたシステムは高価な光学構成要
素及び正確なアラインメントを要する点で不利である。

【０００７】また、画像の多回パスはシングルチップ又
は基板上に3つの画像捕獲素子を一緒に各素子が異なる
スペクトル帯の光に感光されるように近接させて配置す
ることによって避けることができる。これは様々な方法
で行うことができよう。第1の方法に従えば、投光され
た画像からの光は異なる素子が同時に異なるスペクトル
帯に感光されるように分光される。この方法は線形フィ
ラメント発光器及び高価な光学構成要素を要する。さら
にこの方法はその発光器の利用が非効率的であり、画像
捕獲素子だけを動かすスキャナには適さない。

【０００８】第2の方法は同一の発光器を利用するが、
異なる画像捕獲素子に対して異なるフィルタを置くもの
である。この方法は素子にフィルタを合わせ、アライン
メントを行うための特殊技術を必要とする点で不利であ
る。

【０００９】“A Spatial Image Separator for Color
Scanning" (SPIE Vol 809-ScanningImaging Technolog
y, pp 52-54, March, 1987)と題するYaoらによる論文は
単一のTDIアレイを使用する単回パスTDIカラー画像捕獲
システムについて述べている。このシステムは比較的複
雑な、それゆえ高価な光学構成要素を要する。

【００１０】Watanabeらの米国特許第4,500,914号は赤
・緑・青色センサエレメントが赤・緑・青の各フィルタ
エレメントで碁盤目状に配列された単一の電荷結合素子
(CCD)画像捕獲アレイによって定義されるカラー画像捕
獲アレイに関する。

【００１１】Penningtonらの米国特許第4,264,921号は
それぞれが異なるスペクトル光源を受光する3のTDIアレ
イを有する単回パスTDIカラー画像捕獲システムに関す
る。

【００１２】Aughtonらの米国特許第4,628,350号は光ビ
ームが可動トランスパレンシ及び回転フィルタエレメン
トを通って単一の線形画像捕獲素子に当たる画像捕獲シ
ステムに関する。この回転フィルタエレメントは順次3
つの個別のスペクトル成分の光を通過させる。光は単一
の線形画像捕獲素子によって電気信号に変換される。

【００１３】Aughtonは高速変化するスペクトル画像成
分による単一の線形画像捕獲素子の利用を教示してい
る。線形画像捕獲システムにまさるTDI画像捕獲アレイ
の利点(有効光感度が高く、捕獲画像の空間均質性及び
忠実度が大きい)は公知である。しかし、単回パス画像
捕獲システムにおいて、TDIアレイを直接的な形で線形
アレイの代わりに使うことはできない。その理由はTDI
画像捕獲アレイが常に画像の複数の画素ラインの電子的
表現を含んでいるパイプライン方式で動作するためであ
る。それゆえ、公知のTDIアレイを線形アレイの代わり
に使用すれば、3つのカラー画像は一緒に混合され、電
子出力からのカラー画像の再現を妨げることになるだろ
う。

【００１４】従って、本発明の目的は単回パスカラー画
像捕獲システムの利点をTDI画像捕獲システムの利点と
結合することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は単一走査で文書
の多数のスペクトル画像を生成するためのシステム及び
方法において実施される。システムはそのそれぞれが1
ライン以上の画素検知エレメントを有するN個のセンサ
に対してN個の異なるスペクトル分布の放射線を順次照
射するための装置を含む。N個のセンサは文書が走査さ
れると、N個のスペクトル分布のそれぞれで各画素ライ
ンの画像がN番目のセンサエレメントによってそれぞれ
の第1のセンサに投影されるように配列されている。N個
のセンサエレメントはそれぞれN個のスペクトル分布の
それぞれ異なる分布の光によって投光されたように、画
素ラインを表現する各信号を供給する。

【００１６】

【実施例】本発明は走査文書の画像が3成分基本カラー
画像から展開されるカラー画像捕獲システムとして説明
するが、他の形式の多数のスペクトル画像を展開するた
めに使用できることも考えられる。例えば、単一走査で
文書以外の対象の可視光画像及び赤外線画像の両方を捕
獲する、又は多色画像及び1以上の単色画像を捕獲する
ことが望ましい場合がある。画像捕獲システムの設計の
当業者は本発明をこうした機能を実施するために容易に
応用できるであろう。

【００１７】本発明は光学式スキャナ又はカラーファク
シミリ機での使用に適したカラー画像捕獲システムとし
て説明する。これらの装置では、文書が装置中を増分段
階的に移動する。文書が移動するにつれて文書の少なく
とも1部の画像がセンサアレイとすれ違うように移動す
る。

【００１８】例示する画像捕獲システムはまた国際照明
委員会(CIE)により規定された赤・緑・青のスペクトル
帯に一致する最終捕獲画像を生じるように設計された3
つの光学フィルタを有する回転円板を含んでいる。円板
の回転は新しい各画素ラインがセンサアレイ上に映写さ
れると、光の異なるスペクトル成分によって投光される
ように文書の移動と同期されている。

【００１９】以下の実施例において使用されるセンサア
レイは3つのTDI画像捕獲素子を含む。TDI画像捕獲素子
の基本動作原理はPenningtonらの米国特許第4,264,921
号に記載されており、これはTDI画像捕獲素子に関する
教示について引用により本発明に採り入れられている。
本発明を例示する実施例では、3つのTDI画像捕獲素子の
それぞれはマスクされていない画素検知電荷転送エレメ
ント1ラインごとにマスクされた電荷転送エレメント2ラ
インを有している。電荷転送素子による画素検知エレメ
ント及びマスクされたエレメントの並列ラインを通じた
画素信号の移動も文書の移動と同期されている。この同
期化により、新しい各画素ラインが素子上に映写される
と、以前に捕獲されたラインを表現する電荷パケットが
次の電荷転送エレメントに移動させられるようになって
いる。

【００２０】本発明を例示する実施例では、各TDIセン
サは画素検知エレメントから成る3ライン(例えば図6の
ライン412、414及び416)を有しており、これらは互いに
マスクされた電荷転送エレメントから成る2ライン(例え
ば図6のライン412'及び412")によって分離されている。
文書が走査されるにつれて、ライン412に蓄積されてい
た電荷は順にライン412'、412"、414へと移動させられ
る。文書の走査及びTDIエレメントによる画素サンプル
の移動は画素サンプルの各ラインが連続する画素検知ラ
イン間(例えばライン412と414)で移動させられた時に、
各検知エレメントが同一画素ライン及び同一スペクトル
成分によって投光されるように同期されている。このよ
うにして、本発明の例示実施例では、各走査画素ライン
の各スペクトル成分についてTDI素子によって蓄積され
た電荷は3感光間隔で積分される。

【００２１】画素サンプルが画素検知エレメントの最終
ライン(例えば416)から送出されると、それらはサンプ
ルのライン全体をアナログ信号(例えばOUT1)として高速
でけた送りする直列電荷転送シフトレジスタ(例えば41
8)に供給される。

【００２２】3つのTDIセンサは文書からの画素ラインが
各センサに適用されると、異なるスペクトル成分によっ
て投光されるように構成されている。従って、文書から
走査された所与の画素ラインについて、その赤色スペク
トル成分はOUT1で得られ、緑色成分はOUT2で、さらに青
色成分はOUT3で得られる。これらの異なるスペクトル信
号は画素ラインをセンサ302、304及び306で走査するた
めに要求される時間によって異なる時間に得られる。

【００２３】センサ302、304及び306のそれぞれはいず
れかの連続する画素ラインの3つの異なるスペクトル成
分を表現する信号を供給する。例えば、センサ302は連
続する各ラインL1、L2及びL3の赤・緑・青色成分を供給
し、一方センサ304は緑・青・赤色成分をセンサ306は青
・赤・緑色成分をそれぞれ供給する。このようにして、
3つのラインが3つのセンサ全部で走査された時に1画素
ラインの3色成分のすべてが供給される。

【００２４】図1は本発明の実施例を含む光学画像捕獲
システムの1部ブロック図形式の斜視図である。図1で、
処理装置122によって実施される制御・データ捕獲機能
はブロック図形式で示された処理装置への双方向接続を
介して実行される。

【００２５】図1に示すように、文書108はベルト110で
画像捕獲システム内を移動させられる。ベルトの移動は
処理装置122により供給される制御信号に応答するモー
タ124によって制御されている。本発明の実施例では、
モータ124は例えば回転当たり比較的多数のステップ(例
えば200)を有するステッパモータとすることができる。
処理装置122から信号を受信すると、例示したモータ124
は1ステップ進め、ベルト及びベルトの文書を増分的に
移動させる。ステップ信号が処理装置122によって供給
される速度がモータ124の速度を決定する。

【００２６】本発明の第1の実施例では、文書は例えば
従来のクォーツハロゲンランプとすることができる2つ
のランプ112によって投光される。文書108の投光された
画像からの光は回転カラーホイール114のフィルタエレ
メント114Rを通過し、レンズ系116によって画像捕獲ア
レイ118に投影される。レンズ系116は画像捕獲アレイ11
8で走査される時に、画像に著しい歪みを生じない任意
の数の従来のレンズ系とすることができる。

【００２７】例示したカラーホイール114は3つのフィル
タエレメント114R、114G及び114Bを有しており、これら
は赤・緑・青の各CIEカラースペクトルを映写するため
に必要なスペクトル分布形状に近似している。これらの
フィルタは不透明領域114Pにより分離されている。フィ
ルタは例示にすぎないが磁気ディスクのセクタのような
形状として示されている。カラーホイールはモータ120
によって回転させられ、画像捕獲アレイ118を異なる時
間に異なるスペクトル成分に感光させる。本発明の実施
例では、モータ120は処理装置122によって付与されるパ
ルス列により制御されるステッパモータである。この実
施例では、カラーホイール114はレンズ116の前面に示さ
れている。あるいは、設計上の選択によっては、カラー
ホイールはレンズ116と画像捕獲アレイ118の間に置くこ
ともできる。

【００２８】本発明の第2の実施例では、ランプ112、カ
ラーホイール114及びステッパモータ120は赤、緑及び青
色光をそれぞれ発光する3組のランプ112R、112G及び112
Bによって代替される。これらの各ランプは処理装置122
により制御され、順次、文書108に投光し、画像捕獲ア
レイ118に異なるスペクトル成分による文書の画像を得
る。

【００２９】ベルト110及び画像捕獲アレイ118の隣の矢
印によって示したように、文書が図の上方向にベルトに
従って移動すると、文書の画像は画像捕獲アレイ118と
すれ違うように下方向に移動する。本発明の例示実施例
において、画像捕獲アレイは遅延積分(TDI)方式で動作
する電荷結合素子(CCD)から構成される3つのセンサアレ
イを含む。画像捕獲アレイ118については、図6及び図7
によって以下で詳述する。

【００３０】画像捕獲アレイ118のTDIセンサアレイは光
電荷パケットとして文書108から画素ラインの画像を捕
獲する。パケットの電荷量は関係画素の輝度を表現す
る。各画素ラインは文書108の精細な水平ラインに一致
する。本発明のこの実施例では、処理装置122は4相並列
クロック信号を画像捕獲アレイ118のTDIセンサアレイに
供給する。この4相クロック信号の各サイクルに応答し
て1ラインの電荷パケットは画像移動方向の下方にけた
送りされる。本発明の実施例では、画像の各ラインは20
48画素を有し、各画素は文書上の約0.002 cm² (0.00003
平方インチ)の面積を有する方形に一致する。従って、
画像捕獲アレイのセンサアレイの各ラインも2048のエレ
メントを含む。

【００３１】本発明のこの実施例では、処理装置122は
ベルト110及びカラーホイール114の移動を画像捕獲アレ
イに供給される並列クロック信号に同期させる。並列ク
ロック信号の各サイクルの間に、ベルトの文書は文書の
画像が画像捕獲アレイ118の1画素位置だけ垂直に進むよ
うに移動させられる。また、並列クロック信号の各パル
スの間にカラーホイールは次のフィルタをレンズと文書
との間に位置決めするように回転する。ベルトの移動及
びTDIアレイに捕獲された電荷の移動はレンズがカラー
ホイール114の不透明領域114Pの1つによって遮断される
時とタイミングを合わせられる。後述するように、文書
の各ラインの各色成分は画像捕獲アレイで走査される際
に数回映写されることができる。ラインの各画素位置に
ついて累積された電荷量はラインが映写される時間量に
比例する。

【００３２】1画素ラインがTDIセンサによって捕獲され
積分されると、処理装置122により色捕獲アレイ118に供
給される直列クロック信号に応答してアナログ信号とし
て送出される。このアナログ信号は文書の1画素ライン
を表現する時系列の累積電荷パケットである。

【００３３】画像捕獲アレイ118は3つのTDIセンサを有
しているので、3つのアナログ信号を連続的に供給す
る。本発明の例示実施例では、この3つのセンサアレイ
は各瞬時に3つの異なるカラースペクトルを表現する信
号を供給するように構成されている。例えば、並列クロ
ック信号の1サイクルの間に3つのセンサアレイはそれぞ
れ、赤、緑及び青の色信号成分を供給し、次の並列クロ
ックサイクルでは、それぞれ、青、赤及び緑の色信号成
分を供給する。これらの信号は図5によって後述する処
理装置の回路によって個別の赤、緑及び青の画像に分解
される。

【００３４】センサアレイはそれぞれ画像捕獲エレメン
トの最下行と直列レジスタとの間の電荷転送エレメント
によるマスクされたラインの数が3つのセンサアレイご
とに異なるので、所与の時点に異なる色信号を供給す
る。これらのマスクされたラインは各出力ラインを1並
列サイクルずつ遅延させる。従って、各センサアレイの
遅延を変化させることにより出力信号間の関係は変わ
る。例えば、各センサアレイが同一の遅延を持っている
とすれば、3つのセンサアレイはすべて同一色について
同時に出力信号を供給することになる。

【００３５】図2は図1に示すカラーホイール114の平面
図である。このカラーホイールはランプのスペクトル内
容及び画像捕獲アレイのスペクトル応答と結合された時
に、赤・緑・青のCIEカラースペクトルに一致するスペ
クトル分布をそれぞれが有する3つのフィルタを含む。
しかし、これらの例示フィルタは図4に示した各CIEスペ
クトル帯の概略近似を生成するにすぎない。この図に示
すように、青色スペクトル帯zは450ナノメートル(nm)に
ピークを持ち、緑色スペクトル帯ｙは540 nmにピークを
持ち、赤色スペクトル帯xは600 nm及び435 nmに1つず
つ2つのピークを持っている。435 nmのピークは青色ス
ペクトルフィルタのピークとほぼ同一の波長である。例
示したカラーホイール114の赤色フィルタ114Rはスペク
トル透過に対する青色ピークの効果を無視する。従っ
て、このフィルタは文書から電子画像への適切な色の変
換を行うが、この変換は可能な限りの精確さではない。

【００３６】赤色フィルタの透過スペクトルの精度を高
めるには、カラーホイールに図3に示すような第4のフィ
ルタを付加することによって行うことができる。このホ
イールでは、赤色フィルタ114Rがより小さい2つのフィ
ルタ114RP及び114BPによって代替されている。フィルタ
114RPは600 nmにxのCIE3刺激値曲線のピークに近似した
透過スペクトルを有する。フィルタ114BPの透過スペク
トルはzの3刺激値曲線の低減された振幅のスペクトルで
ある。これは435 nmでのx曲線のピークに似ている。本
発明者はこれが2重ピークx透過スペクトルの良好な近似
であると理解している。

【００３７】本発明の実施例では、赤色ピークフィルタ
114RPは図1及び2に示した赤色フィルタ114Rよりも小さ
い。それでも、このフィルタは許容できる性能を有す
る。その理由は、TDIセンサアレイがスペクトル青色端
の光の感度よりもスペクトル赤色端の光に対して高い感
度を示すからである。動作中、画像捕獲アレイ118は並
列クロック信号PCの単一サイクルにおいて、フィルタエ
レメント114RP及び114BPの両方からの光に感光される。
画像捕獲アレイ118は次の連続する2つのクロックサイク
ルのそれぞれではフィルタエレメント114G及び114Bそれ
ぞれ一方からの光だけに感光される。

【００３８】ホイール114は各色の1フィルタエレメント
だけを有するように示されているが、各色の多数のフィ
ルタエレメントを有する代替ホイールが考えられる。こ
れはそのホイールがステッパモータ120の速度を低減さ
せるので有利である。フィルタエレメントの全部が文書
と画像捕獲アレイ118との間に挿入できるからである。

【００３９】図1に示すように、ランプ112、カラーホイ
ール114及びステッパモータ120は上述の実施例における
ホイール114のフィルタによる画像の投光に一致する時
間に処理装置122によって個別に起動される3組のろ波光
源112R、112G及び112Bで代替することができる。この代
替実施例では、xのCIE3刺激値曲線の青色ピークは赤色
光源が起動された時間間隔中に青色光源を短時間起動す
ることによって近似させることができる。

【００４０】図5は画像捕獲アレイ118及び画像捕獲アレ
イ118に対して制御信号を送信し、画像捕獲アレイから
のデータを受け取る処理装置122の構成要素の詳細を示
すブロック図である。上述のように、画像捕獲アレイ11
8は3の構成要素TDIアレイ302、304及び306を含んでい
る。これらのアレイは図6及び図7によって以下で詳述す
る。

【００４１】クロック発振回路330は画像捕獲アレイ118
の構成要素TDIアレイのそれぞれに並列クロック信号PC
及び直列クロック信号SCを供給する。図のPC及びSCはそ
れぞれ画像捕獲アレイの並列レジスタ及び直列レジスタ
に多数のクロック信号を搬送する多数の導体を図式的に
表現していると理解される。例えば、PCは4の並列相及
び並列−直列インタフェース相を含み、SCは4の直列
相、セット相及びリセット相を含む。すべての直列相及
び並列相は各自の共通周波数を有する。本発明のこの実
施例では、信号PC及びSCはそれぞれ約4 KHz及び8 KHzの
周波数を有する。例示したクロック発振回路330はまた
ベルト用ステッパモータ124及びカラーホイール用ステ
ッパモータ122をそれぞれ制御するステッパモータ制御
器334及び336にクロック信号を供給する。さらに、クロ
ック発振器は後述のように、処理装置122の構成要素に
よって使用される他のクロック信号も供給する。これら
のクロック信号の周波数及び位相を制御することによ
り、処理装置122は上述のようにベルト110及びカラーホ
イール114の移動ならびにTDIセンサアレイによるパケッ
トの移動を同期させる。

【００４２】構成要素TDIアレイのそれぞれ302、304及
び306は各自のアナログ−ディジタル変換器(ADC)308、3
10及び312にアナログ出力信号を供給する。各アナログ
出力信号は信号SCと同期するアレイから1画素ラインを
表現する2048の電荷パケットを直列にけた送りすること
によって生成される。

【００４３】ADC 308、310及び312はそれぞれクロック
発振器330から信号SCと同一の周波数を有するが位相は
アナログ出力信号によって決定されるクロック信号を受
信する。この信号に応答してADC 308、310及び312は画
像捕獲アレイ302、304及び306によってそれぞれ供給さ
れる各アナログ電荷パケットを表現するディジタル値を
生成する。ADC 308、310及び312はそれぞれ各自が生成
したディジタル値を3のマルチプレクサ314、316及び318
に供給する。各ディジタル値は8並列ビット形式であ
る。本実施例では、この信号は簡明にするために単一経
路として示されている。

【００４４】マルチプレクサ314、316及び318はすべて
モジュロ3カウンタ320からの2ビット制御信号を受信す
るように結合されている。カウンタ320へのクロック入
力信号はクロック発振器330によって供給され、並列ク
ロック信号PCとほとんど同一の周波数を有している。図
5に示すように、マルチプレクサ314はカウンタ320によ
って供給された値が0、1及び2である時にそれぞれADC
308、310及び312によって供給される信号を通過させる
ように構成されている。これらの値に関して、マルチプ
レクサ316はADC 310、312及び310によって供給された
信号を通過させるように構成されており、またマルチプ
レクサ318はADC 312、308及び310によって供給された
信号を通過させるように構成されている。

【００４５】この機器構成では、各マルチプレクサによ
って供給されたサンプルはその画像の個別の色成分を表
現する。どのマルチプレクサによってどの色成分が通過
させられるかはカラーホイール114のクロック信号PCに
対する同期化によって異なる。本発明の実施例では、カ
ラーホイールは赤、緑及び青色光に連続してセンサアレ
イを感光させるように回転する。従って、2ビット制御
信号の適正な整相により、例示したマルチプレクサ31
4、316及び318はそれぞれ赤、緑及び青のサンプル値を
供給する。

【００４６】マルチプレクサ314、316及び318によって
供給されたサンプルは各ディジタル記憶配列322、324及
び326に供給される。これらの各記憶装置は文書全体を
表現するサンプルを保持できるだけ十分な容量を有す
る。本発明の例示実施例では、文書108は280×356 mm
(11×14インチ)の大きさであり、各画素は0.002 cm²
(0.00003平方インチ)の面積及び256のグレースケール値
を有する文書上の方形を表現するものとし、例示した記
憶配列のそれぞれは5,000,000バイト(5 MB)以上のデー
タ記憶域を含んでいる。

【００４７】記憶配列322、324及び326は従来のデュア
ルポートランダムアクセス記憶装置(RAM)エレメントを
含む。データはアドレス論理332によって供給された第1
の集合のアドレス信号に応答してこれらのRAMに記憶さ
れ、記憶されたデータはアプリケーション回路328によ
って供給された第2の集合のアドレス信号に応答して記
憶配列から個別に読み出される。このアプリケーション
回路は例えば従来のカラーファクシミリ伝送システムと
することができる。

【００４８】画像捕獲アレイ118の機器構成により、1画
素ライン(例えばL1)を表現する赤色サンプルがTDIセン
サアレイ302によって供給された場合、文書の次の2ライ
ン(例えばL2とL3)の赤色サンプルはそれぞれセンサアレ
イ304及び306によって供給される。本実施例では、これ
らのサンプルラインは異なるセンサアレイによって供給
されるだけでなく、それぞれセンサアレイ302によって
供給されたサンプルラインに関して並列クロック信号PC
の15サイクル分及び30サイクル分遅延される。

【００４９】単一色の連続サンプルラインのアドレス値
を生成するための上述の検討事項に加えて、サンプルの
単一ラインの異なる色成分のアドレス値を生成するため
の別の検討事項が存在する。上述のラインL1によって、
TDIセンサアレイ302がラインL1の赤色サンプルを供給す
る場合、センサアレイ304は信号PCの14サイクルの遅延
を伴って緑色サンプルを供給し、センサアレイ306は信
号PCの28サイクルの遅延を伴って青色サンプルを供給す
る。

【００５０】このアドレス指定方式を取り扱うために、
例示したアドレス論理332は直列クロック信号SCとほぼ
同一の周波数を有するクロック信号MCを受信するように
結合されている。さらに、アドレス論理332はカウンタ3
20によってマルチプレクサ314、316及び318に供給され
たカウンタ値を受信する。例示した論理回路332は記憶
装置322、324及び326のそれぞれに対する3つのアドレス
カウンタ(図示せず)を含んでおり、各記憶装置について
の3つのアドレス値(図示せず)を記憶する。個々のカウ
ンタにロードされるアドレス値はモジュロ3カウンタ320
によって供給された信号にもとづいて決定される。アド
レス論理332の3つのカウンタはすべてクロック信号MCと
同期して増分される。

【００５１】図6に示す回路は各センサアレイ302、304
及び306が異なるスペクトル成分を表現する信号を同時
に供給することを仮定している。前述の通り、これらの
センサアレイが同一であり、同一のスペクトル成分を表
現する信号を供給するとすれば、記憶装置322は別様に
区分化され、アドレス論理332の変更を要することにな
るであろう。画像処理回路の設計の当業者は代替的なセ
ンサアレイによって供給される信号を処理するための適
切な回路を容易に設計できよう。

【００５２】図6は図1及び図5に示す画像捕獲アレイ118
の拡大平面図である。図6ａはセンサアレイ302の一部を
さらに拡大した図である。これらの2つの図面を使用し
て画像捕獲アレイ118の構成及び動作を説明する。

【００５３】上述のように、画像捕獲アレイ118は3つの
構成要素TDIセンサアレイ302、304及び306を含んでい
る。センサアレイ302は露光された時に電荷を蓄積する2
048の画素画像捕獲セルから成る3ライン(412、414及び4
16)を有する。ライン412と414の画像捕獲セルはマスク
されたセルの2ライン412'及び412"によって分離されて
いる。これらのマスクされたセルは感光性ではなく単に
それぞれが電荷パケットをライン412からライン414に渡
す2048の並列CCDシフトレジスタの2段として機能する。
また、画素画像捕獲セルライン414と416との間にもマス
クされたセルの2ラインがあり、さらに、ライン416の画
素画像捕獲セル及び2048段並列入力・直列出力CCDシフ
トレジスタ418の間にもマスクされたセルの2ラインがあ
る。

【００５４】図7はTDIアレイ302の1部の平面図である。
アレイは3行の画像捕獲セル412、414及び416を有する。
画像捕獲セルの各行はその次の行とマスクされたセル2
行によって(例えば412'及び412")分離されている。本実
施例では、並列クロック信号PCはセルのマスクされた行
及びマスクされていない行のすべてに供給される4相信
号を含む。この4相クロック信号はTDIアレイの1行から
次の行へ電荷パケットを並列で転送するために機能す
る。例示した信号PCはまた並列−直列変換相も含んでい
る。以下では、信号PCの連続サイクルによって規定され
る時間間隔に関するTDIアレイの動作を説明する。

【００５５】この信号の第1サイクルにおいて、電荷パ
ケットP1、P2及びP3は行412が赤色光によって投光され
た文書からの画素の1ライン(例えばL1)に感光されてい
る間に蓄積される(同時に他の電荷パケットは同じく赤
色光での文書の他のラインに対する感光によって行414
及び416に蓄積されている)。これらの電荷パケットは行
412'に転送され、次のサイクルの開始時にパケットP
1'、P2'及びP3'になる。この時間間隔の間に画素ライン
L1は行412'に焦点を合わせられ、画像捕獲アレイ全体は
緑色光に感光される。行412'で保持されたパケットの電
荷量は行412'のマスクされたセル行に対する光の効果が
無視できるので、このサイクルの間ほとんど不変であ
る。

【００５６】次のサイクルにおいて、パケットP1'、P2'
及びP3'はマスクされた行412'からマスクされた行412"
に転送され、パケットP1"、P2"及びP3"になる。この間
隔の間に、ラインL1の画素は行412"に焦点を合わせら
れ、画像捕獲アレイ118は青色光に感光される。行412'
と同様、パケットP1"、P2"及びP3"の電荷量は青色光か
らの寄与がまったくないので、ほとんど一定に保たれ
る。

【００５７】次のサイクルでは、パケットP1"、P2"及び
P3"は行414の画像捕獲セルに転送され、パケットP1"'、
P2"'及びP3"'になる。その後ラインL1の画素は行414に
焦点を合わせられ、アレイ118は再び赤色光によって感
光される。この間隔において、画像捕獲セルに照射する
光はパケットP1"'、P2"'及びP3"'の電荷を増加させる。

【００５８】信号PCの次の2サイクルでは、ラインL1の
画素を表現する電荷パケットはセルの行414'及び414"を
介して転送される。次のサイクルでは、パケットが行41
6の画像捕獲セルに留まり、赤色光でラインL1に感光さ
れる間に電荷は再びパケットに蓄積される。その後これ
らの電荷パケットは次の2サイクルで行416'及び416"を
介して転送される。

【００５９】次のサイクルの開始時に行416"を離れる
際、蓄積された電荷パケットはクロック信号PCの並列−
直列相によって、並列入力・直列出力シフトレジスタ41
8に並列で転送される。そのサイクルでは、これらの電
荷パケットは8 MHzクロック信号SCに応答してシフトレ
ジスタ418から送出される。信号SCのセット相及びリセ
ット相は直列レジスタからのアナログ出力信号の生成を
助ける。

【００６０】電荷パケットは常に各アレイの全部のエレ
メントに上述の動作が画像捕獲アレイ全体で同時に生じ
るように存在しているという点に留意すべきである。

【００６１】構成要素TDIアレイ304及び306の構造は最
後の画像捕獲ラインと出力シフトレジスタとの間のマス
クされた行の数を除き、アレイ302と同一である。アレ
イ304では、画素画像捕獲セルの最後のライン426と出力
シフトレジスタ428との間に存在するマスクされたセル
の行は1だけである。TDIアレイ306では出力シフトレジ
スタ438はマスクされたセルの行をまったく介在させず
に画素画像捕獲セルの最後のライン436と直接結合され
ている。

【００６２】セルライン数はいずれの2つのアレイも同
一のスペクトル成分のサンプルを同時に付与しないよう
にするために、異なるTDIアレイで異なっている。上述
のように、TDIアレイのすべては、3つのスペクトル成分
のそれぞれに同時に感光され、各ラインの蓄積電荷パケ
ットを連続する次のラインに転送するためにクロック信
号PCに応答する。従って、TDIアレイのすべてが同一の
ライン数を持っていた場合、それらは各自の直列シフト
レジスタ段の出力ポートに同一のスペクトル成分のサン
プルを同時に供給してしまうであろう。図6に示す機器
構成では、TDIアレイ302はその出力端子に赤色スペクト
ルサンプルを供給しているが、アレイ304及び306はそれ
ぞれ緑色サンプル及び青色サンプルを供給している。

【００６３】個々のTDIアレイ302、304及び306は任意の
連続する2個のアレイの最初の画像捕獲セルライン間の
距離dは3個のセルライン分の高さの整数倍に1セルライ
ン分の高さを加えた距離になるように画像捕獲アレイ11
8上で構成されている。実際の設計では、この距離dは個
々のアレイ302、304及び306への電気接続を可能にする
だけ十分な大きさであることが望ましい。一般的には、
距離dはd＝[(K＊M)＋1]＊H 但しKは整数に選択され
る。例示実施例では、距離dは16ライン幅(5＊3＋1)に等
しい。各TDIセンサアレイが例えば33セルライン(11の画
像捕獲ライン及び22のマスクされたライン)を含むよう
な本発明の他の実施例では、距離dは52ライン幅が適当
であろう。他の選択として、距離dは3ライン分の高さの
整数倍から1ライン分の高さを差し引いた距離に等しく
することもできる。一般的には、距離dはd＝[(K＊M)−
1]＊Hで表される。図6ではアレイ間の間隔はスケール通
りには示されていない。

【００６４】各TDIアレイのこの構成は各画素ラインが
赤・緑・青の3のカラースペクトルのそれぞれで映写さ
れるようにしている。上述のように、ベルトの移動は信
号PCの各サイクルで、文書の画像が1画素位置ずつ画像
捕獲システムの垂直下方に移動させられ、カラーホイー
ルが回転して画像捕獲アレイを異なるスペクトル成分に
感光させるように、カラーホイールの移動及び並列クロ
ック信号PCに同期されている。この方式により、画像捕
獲エレメントのマスクされていない各行は所与のスペク
トル成分の同一画素ラインに感光される。例えば、ライ
ン412が赤色光で画素ラインL1に感光された場合、ライ
ン414及び416もライン412が感光された後、それぞれ信
号PCの3サイクル分及び6サイクル分赤色光で同一画素ラ
インL1に感光されることになる。

【００６５】文書の画像が画像捕獲アレイ118の下方に
走査されるにつれて、所与のラインL1がTDIアレイ302の
画像捕獲ラインで赤色光に感光されると、ラインはTDI
アレイ304の画像捕獲ラインで緑色光に、またTDIアレイ
306の画像捕獲ラインで青色光に感光される。このよう
にして、文書のすべての画素ラインがすべての3スペク
トル成分で映写される。

【００６６】本発明の実施例では、1スペクトル成分の
画素ラインがTDIアレイ302によって付与される時間と各
TDIアレイ304及び306によって付与される時間との間に
は、それぞれ信号PCで15サイクル分及び30サイクル分の
遅延がある。これらの遅延は各TDIアレイがさらに多数
のセル行を使用する場合、又は連続するTDIアレイ間の
間隔が大きくなった場合には、さらに大きくなるであろ
う。

【００６７】説明した本発明の実施例はTDIセンサアレ
イを使用しているが、TDIアレイに代わって線形画像捕
獲センサ(図示せず)も使用できることに留意すべきであ
る。この代替実施例では、3つの線形画像捕獲センサは
上述の画像捕獲アレイ118の同一の相対位置に置くこと
ができるであろう。連続する線形センサの各組は上述の
それぞれの画像捕獲セルのライン間の間隔を有するであ
ろう。線形センサのこの構成は前述のAｕｇｈｔｏｎ特
許に記載された画像捕獲装置におけるよりも各センサか
らのデータ転送速度を低速にすることができよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像捕獲システムの主要エレメントの
構成を示す1部ブロック図形式の斜視図。

【図２】図1に示す画像捕獲システムでの使用に適した2
の光学フィルタの構造を示す平面図。

【図３】図1に示す画像捕獲システムでの使用に適した2
の光学フィルタの構造を示す平面図。

【図４】図1に示す画像捕獲システムでの使用に適した2
の光学フィルタの構造を示す平面図。

【図５】図1に示す画像捕獲システムの使用法を示すブ
ロック図。

【図６】図1に示す画像捕獲システムで使用されるセン
サエレメントの平面図。

【図７】図6に示すセンサエレメントの1部の拡大平面
図。

【符号の説明】

108 文書 110 ベルト 112 ランプ 114 カラーホイール 116 レンズ系 118 画像捕獲アレイ 120 モータ 122 処理装置 308、310、312 アナログ・デジタル変換器 314、316、318 マルチプレクサ 322、324、326 記憶装置 328 アプリケーション 320 モジュロ3カウンタ 330 クロック発振器 332 アドレス論理 334、336 ステッパモータ制御器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象画像のスペクトル成分を画素の行列と
して捕獲するためのシステムであって、 M(Mは整数)個のセンサエレメントを含んでおり、対象の
画像からそれぞれMラインの画素を表現するM個の電気信
号を同時に生成するための画像検知手段と、対象画像を前記画像検知手段に投影するための映写手段
と、前記画像検知手段を横切って対象画像を走査するための
走査手段と、 N(NはM以上の整数)個のスペクトル成分のうちから前記
画像検知手段に投影される対象画像のスペクトル成分を
変化させるためのスペクトル制御手段と、対象画像か
らの1ライン分の画素が1回前記画像検知手段を横切って
走査されると、そのラインの前記N個のうちのM個以上の
スペクトル成分の画像がそれぞれM個のセンサエレメン
トに投影されるように前記スペクトル制御手段及び前記
走査手段を同期させるための制御手段とを含むことを特
徴とするシステム。
【請求項２】請求項1記載のシステムであって、前記画像検知手段のM個のセンサエレメントは、それぞ
れが複数行の画像検知エレメントを含むM個の遅延積分
センサアレイを有しており、画像検知エレメントの各行
は投影された対象画像からの1画素ラインを検知するよ
うに構成されており、画像検知エレメントの各行はM−1
行の光学的にマスクされた電荷転送エレメントによって
次行の画像検知エレメントから分離されていることを特
徴とするシステム。
【請求項３】請求項1記載のシステムであって、前記スペクトル制御手段は前記制御手段に応答して一定
時間間隔Tで前記画像検知手段に投影される対象画像の
スペクトル成分を変化させ、前記走査制御手段は前記制
御手段に応答して時間間隔Tの間に、投影された対象画
像の各画素の高さにほぼ等しい距離だけ前記画像検知手
段を横切って対象画像を走査することを特徴とするシス
テム。
【請求項４】請求項1記載のシステムであって、前記スペクトル制御手段は前記スペクトル成分を含む多
色放射線により対象画像を同時に照射するための手段
と、対象画像及び前記画像検知手段の間に配置され、N
個のフィルタエレメントを含み、前記N個のフィルタエ
レメントのうちのM個以上のフィルタエレメントを通っ
て前記画像検知手段に映写される対象画像から反射され
た放射線を連続してろ波するためのフィルタ手段とを含
むことを特徴とするシステム。
【請求項５】請求項４記載のシステムであって、前記フィルタ手段が赤・緑・青のCIE3刺激値スペクトル
に近似した3個のフィルタエレメントを有するカラーホ
イールを含むことを特徴とするシステム。
【請求項６】請求項5記載のシステムであって、前記赤色CIE3刺激値スペクトルに近似したフィルタエレ
メントは約600 nmの波長を持つ光波のピーク透過を示す
透過スペクトルを有する第1のフィルタと、青色CIE3刺
激値スペクトルに近似した透過スペクトルを有する第2
のフィルタとを含むことを特徴とするシステム。
【請求項７】請求項1記載のシステムであって、前記スペクトル制御手段は前記スペクトル成分の各成分
により対象画像を順次投光するための手段を含むことを
特徴とするシステム。