JPH03187669A

JPH03187669A - カラー画像入力装置

Info

Publication number: JPH03187669A
Application number: JP1327636A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Katagiri; 片桐　真行; Nobutoshi Gako; 宣捷賀好
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-08-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、原画像から複数色に色分解された画像情報を
得るカラー画像入力装置に関する。

［従来の技術］画像入力装置として最も一般的なものは１次元イメージ
センサである。１次元イメージセンサは、その画素列に
よって主走査を行い、原画又はイメージセンサもしくは
光学系を機械的に副走査することによって画像情報を得
ている。この１次元イメージセンサは、縮小型イメージ
センサと密着イメージセンサとに大別される。

縮小型イメージセンサは、レンズを用いて原画像を縮小
し、これを１つのＣＯＤ　（電荷結合素子）で読取るセ
ンサである。一方、密着イメージセンサは、原画の幅以
上の長さを有する等倍型センサであって、複数のＣＯＤ
を用いるマルチチップ型イメージセンサ、薄膜イメージ
センサとレンズアレイとを組み合わせた薄膜型イメージ
センサ、レンズアレイを用いずに薄膜イメージセンサを
直接原画に接触させる完全密着型イメージセンサ等が存
在する。この密着イメージセンサは、小型であり光学系
が簡易な構成でよい等の利点を有することから近年需要
が増大している。

カラー画像入力装置としても基本的に１次元イメージセ
ンサが用いられる。例えば、１次元イメージセンサの画
素列の前面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色、
又はイエロー、シアン、マゼンタの３色のカラーフィル
タを順番に配設したカラーフィルタ方式のカラーイメー
ジセンサがあり、また、Ｒ，Ｇ％Ｂの３色の光を原画に
順次照射することにより１次元イメージセンサの主走査
を３回ずつ行ってＲ，Ｇ、Ｈのカラー情報を得るように
した３光源方式のカラーイメージセンサがある。

カラーフィルタ方式のカラーイメージセンサは、モノク
ロのイメージセンサに比して解像度が３分の１となり、
３光源方式のカラーイメージセンサは、モノクロのイメ
ージセンサに比して読取り時間が３倍となってしまう。

［発明が解決しようとする課題］カラー画像入力装置においては、近年、高解像度化及び
高速読取り化の要求が非常に高くなっている。

１次元イメージセンサによる画像入力装置を改良して高
解像度化を図るためには、光電変換素子をより高密度と
する必要がある。光電変換素子の高密度化を行うと１画
素当りの面積が減少し出力信号レベルが低下して感度が
悪くなる。これを補うために光電変換素子からの信号読
出し時間を長くとると、高密度化による光電変換素子数
の増加によって生じる遅れがこれに重畳されることから
、画像読み取り速度が著しく遅くなる。さらに、副走査
用の機械駆動系も大幅な高精度化及び高速化が要求され
るが、これらはすでに限界に近く、機械駆動系の性能を
向上することは非常に難しい。

また前述したように、１次元イメージセンサをカラー化
した場合、解像度及び読み取り時間の点でより一層の困
難が伴う。

従って本発明の目的は、高解像度で高速読取りを行うこ
とのできるカラー画像入力装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上述の目的を達成する本発明の特徴は、画像書き込み平
面をそれぞれが有する複数の空間光変調素子と、原画像
を複数色に色分解し該色分解した複数の画像を複数の空
間光変調素子の画像書き込み平面上にそれぞれ結像させ
る光学系と、複数のレーザ光源と、複数のレーザ光源か
らのレーザビームをそれぞれ複数の空間光変調素子上で
２次元走査させる複数のレーザビーム走査系と、レーザ
ビームのこの２次元走査によって上述の複数の空間光変
調素子から得られる光をそれぞれ受光する複数の受光系
とを備えたことにある。

［作用］原画像は光学系によって複数色に色分解された後、複数
の空間光変調素子の画像書き込み平面上にそれぞれ結像
させられる。複数のレーザ光源からのレーザビームがそ
れぞれ複数の空間光変調素子上で２次元走査され、これ
により複数の空間光変調素子から得られる光が複数の受
光系によってそれぞれ受光されてカラー画像情報が得ら
れる。

［実施例］以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例としてカラーイメージスキャ
ナの基本構造を概略的に示す構成図である。

同図において、ＩＯａ　ｓ　ＩＯｂ　ｓ　ｌＯｃは、そ
れぞれＲ，Ｇ、Ｂ画像用の空間光変調素子である。これ
ら３組の空間光変調素子１０ｉ　％　ＩＱｂ　ｓ　１０
ｃは、それら素子の透過率分布、反射率分布、又は位相
分布が、入力される空間的な光の強度分布（光画像）に
応じて変化することからその光の強度分布、即ち画像を
一時的に記憶させることができる。画像を記憶させた空
間光変調素子にレーザビームを照射すると、その記憶さ
れた２次元（空間）画像情報に応じて透過光、反射光、
又は散乱光が変調を受ける。即ち、レーザビームを２次
元走査させて空間光変調素子を照射すると、書き込まれ
ている画像が画素毎に読み出されることとなる。

第１図において、ｌｌは白色光源１２によって照明され
る原稿であり、この原稿１１からの反射像がレンズ１３
で結像されてダイクロイックミラー１４に入射される。

ダイクロイックミラー１４は、入力光をＲＳＧＳＢの３
色、又はシアン、マゼンタ、イエローの３色に色分解す
る光学素子である。例えば、１４！の面でＲの画像が、
１４ｂの面でＢの画像がそれぞれ反射され、Ｇの画像は
どの面にも反射されずに直進する。面１０で反射された
Ｒの画像は空間光変調素子１０！に入射されて一時的に
記録される。同時に、Ｂ、Ｇの画像も空間光変調素子ｔ
ａｂ　。

１０ｃにそれぞれ書き込まれる。レンズ１３及びダイク
ロイックミラー１４が、本発明の光学系に対応している
。なお、ダイクロイックミラー１４は第１図に示したよ
うな一体型である必要はなく複数の部品に分かれた分割
型であってもよい。色分解を行う機構として、ダイクロ
イックミラーの他にフィルタ等積々のものを用いてもよ
い。

空間光変調素子１０ｇ　、１０ｂ　ｓ　ｌＯｃに書き込
まれている画像の読み出しを行う読み出し光学系は、そ
れぞれ３組のレーザ光源１５１．１５ｂ　％　１５ｃと
、３組のレーザビーム走査系１６１．１６ｂ　５１６ｃ
と、レンズ１７ｉ　、１７ｂ　ｓ　１７ｃ及び受光素子
１８１　、１８ｂ　。

１８ｃを含む３組の受光系とを有している。Ｒの画像系
に関してその動作を説明すると、レーザ光源１５ａから
出射された光強度一定のレーザビームがレーザビーム走
査系１６ｇに印加されて上下左右方向に偏向される。こ
れにより、レーザビームが空間光変調素子１０ｓ上を２
次元的に走査することとなる。レーザビームスポットに
対応した画素の画像情報に応じて変調された透過光、反
射光、又は散乱光がレンズ１７ａを介して受光素子１８
！に印加されて光電変換される。このようにして、空間
光変調素子１０ｇ上に書き込まれている画像情報を時系
列的に読み出すことができる。ＧＳＢの画像に対しても
Ｒの画像の場合と同様に処理され、しかも同時に処理さ
れる。

レーザ光源１５ｘ　ｓ　１５ｂ　５１５ｃとしては、半
導体レーザ、又はＨｅ−Ｎｅ（ヘリウム−ネオン）等の
ガスレーザが用いられる。半導体レーザは、小型である
ため装置全体をコンパクトに構成することができる。ま
たガスレーザは、干渉性が良いためレーザビームのスポ
ット径を小さくすることができ、これによって読み出し
の解像度をより高めることができる。

レーザビーム走査系１６＊　、１６ｂ　ｚ　１ｌｉ（は
、主走査部と副走査部とからなっている。主走査部は、
レーザビームスポットについて空間光変調素子上を１行
走査させる。副走査部は、主走査方向と直交する方向に
レーザビームスポットを走査させる。

即ち、１行の主走査が終了すると、次の行へスポットを
移動させる。このように、主走査部と副走査部とによっ
て空間光変調素子上をレーザビームスポットが２次元的
に走査せしめられる。

受光素子１ｇ＆、１８ｂ　ｓ　１８ｃは、高速のホトダ
イオードで構成できる。数行分（副走査方向）の画像情
報を■度に読み出すためにレーザビームを副走査方向に
伸びるスリット状とした場合は、受光素子としてダイオ
ードアレイ又はＣＯＤを用いることがある。

第２図は上述したレーザ光源とレーザビーム走査系と受
光系とから主としてなる反射型の読み出し光学系の１つ
の構成例を示している。レーザ光源２０から出射された
レーザビームは、レンズ２１によって平行ビームに変換
される。この平行ビームは穴あきミラー２２の穴２２！
を通って主走査部のホログラムディスク２３に照射され
る。このホログラムディスク２３は、結像作用のある複
数のホログラムレンズをディスクに貼着することにより
構成される。ホログラムディスク２３を回転させること
により、平行レーザビームは主走査方向に走査される。

主走査方向に偏向されたレーザビームは、副走査部を構
成し矢印２４の方向にステップ状に回動するガルバノメ
ータ２５に印加される。これによって、空間光変調素子
２６上で主走査方向と直交する副走査方向に走査される
。即ち前述の如く、主走査方向に■行走査されると、次
の行へスポットがステップ状に移動するように副走査が
行われる。

主走査部は、上述の如きホログラムスキャナの他に、回
転多面鏡、超音波偏向器、又はガルバノメータで構成し
てもよい。また副走査部は、上述の如きガルバノメータ
の他にホログラムスキャナで構成してもよい。

第２図において、空間光変調素子２６上をレーザビーム
スポットが２次元的に走査せしめられると、その空間光
変調素子２６の作用により書き込まれている画像情報に
応じた変調光が散乱（反射）せしめられる。この散乱光
（反射光）は、第２図の例では入射時と逆の光路、即ち
、ガルバノメータ２５及びホログラムディスク２３を経
由して穴あきミラー２２へと戻る。この散乱光は穴あき
ミラー２２で反射され、レンズ２７で集光されて受光素
子２８へ導かれる。散乱光が受光素子２８へ至る過程に
おいて、ホログラムディスク２３は集光作用を発揮する
。ただし、穴あきミラー２２上ではスポット状にはなら
ず、少し拡がりを持ったビームとなり、その結果はとん
どが穴あきミラー２２で反射せしめられる。

なおこの穴あきミラー２２はビームスプリッタで構成し
てもよい。

第３図は空間光変調素子の一構成例を示す断面図である
。

同図において、３０．３１は両側端に配置したガラス板
であり、これらガラス板３Ｇ、　３１の内側の全面には
電極３２．３３がそれぞれ積層されている。電極３２の
内側には感光体３４、遮光膜３５が順次積層されている
。電極３３と遮光膜３５との間にはスペーサ３６が挿入
されており、電極３３と遮光膜３５とスペーサ３６とに
よって形成される空間に液晶３７が注入され封止されて
いる。電極３２及び３３には、電源３８が接続されてい
る。

電極３２及び３３は、透明電極であり、インジウム・ス
ズ・オキサイド（ＩＴＯ）膜で構成することが好ましい
。

遮光膜３５は、空間光変調素子から画像情報を読み出す
際にレーザ光が感光体３４の部分まで入り込まないよう
にするために設けられている。即ち、レーザ光が感光体
３４まで到達すると、この感光体３４に書き込まれてい
る情報がレーザ光によって消去されてしまうのでこれを
防止するために設けられているのである。この遮光膜３
５は、電気絶縁性を有する不透明膜、例えば誘電体ミラ
ーが適しており、−酸化ケイ素（Ｓｉｎ）等が用いられ
る。

感光体３４としては、光によって電気抵抗が変化する材
料、光によって電圧を発生する材料、光によって構造が
変化する材料が用いられる。光にょって電気抵抗が変化
する材料（光伝導体）には、硫化カドミウム（ＣｄＳ）
、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン（Ｓｅ）、
硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ケイ酸ビスマス結晶（ＢＳＯ）、
アモルファスシリコン、又は有機光伝導体等がある。な
おりラー画像を扱う場合、光伝導体としてアモルファス
シリコンを用いることが最良である。即ち、アモルファ
スシリコンは、第４図に示す如く波長感度が可視光領域
全体にわたって比較的平坦であるため、カラー画像情報
書き込み用として適しているのである。

光によって電圧を発生する材料には、太陽電池がある。

光によって構造が変化する材料には、ホトクロミック材
料がある。この材料は、材料の構造変化により電気を介
さずに直接に液晶の分子配向を変える働きがある。

ガラス板３０．３１は、透明でありかつ液晶３７を封止
するための基板となるように機能する。このため、ガラ
ス板の代りに、透明プラスチック板又は透明セラミック
ス板を用いてもよい。

液晶３７は、本構成例では、ネマチック液晶である。以
下、ネマチック液晶を用いてハイブリッド電界効果を利
用したときの書き込み及び読み出し動作について説明す
る。

電極３２．３３間に電源３８から低周波の交流電圧を印
加して帯電させておく。ガラス板３０＃から画像書き込
み平面を構成する感光体３４に入力光画像を入射すると
、その光強度分布に応じて感光体３４に抵抗の分布が生
じる。これにより、抵抗の分布と同じ分布の電界が液晶
３７に印加されることとなり、入力画像が写しとられ、
書き込みが行われる。

空間光変調素子からの読み出しは、書き込みと反対側の
ガラス板３１側から印加される直線偏光されたレーザビ
ームによって行われる。印加された直線偏光レーザビー
ムは、書き込み時に光の照射されなかった部分において
は、遮光膜３５（誘電体ミラー）で反射され、液晶３７
のツイストネマチック効果により同じ直線偏光ビームと
なって戻ってくる。この直線偏光方向と直交する方向に
偏光板を配置すればこのビームは受光素子に達しない。

一方、書き込み時に光の照射された部分においては、光
強度に応じた電圧が液晶に印加されているため複屈折効
果が生じ、印加された直線偏光レーザビームは楕円偏光
となる。これが遮光膜３５で反射されて偏光板を通るこ
とにより、入力画像の光強度に比例した光強度を有する
光が受光素子に印加されることとなる。

電源３８から低周波の交流電圧が印加されている限り、
感光体３４に光画像が入射されれば画像書き込みがその
都度量われる。従って、画像の消去作業を特別に行う必
要はない。ただし、レーザビームによって読み出しを行
う間は、入力画像を変化させないように構成する必要が
ある。

第５図は空間光変調素子の他の構成例を示す断面図であ
る。

同図において、４Ｇ、４１は両側端に配置したガラス板
であり、これらガラス板４０．４１の内側の全面には電
極４２．４３がそれぞれ積層されている。電極４２の内
側には感光体４４が積層されている。電極４３と感光体
４４との間にはスペーサ４６が挿入されており、電極４
３と感光体４４とスペーサ４６とによって形成される空
間に液晶４７が注入され封止されている。

電極４２及び４３には、電源４８が接続されている。

電極４２及び４３は、透明電極であり、インジウム・ス
ズ・オキサイド（ＩＴＯ）膜で構成することが好ましい
。

感光体４４としては、第３図の例と同様に、光によって
電気抵抗が変化する材料、光によって電圧を発生する材
料、光によって構造が変化する材料が用いられる。光に
よって電気抵抗が変化する材料（光伝導体）には、硫化
カドミウム（Ｃｄ　Ｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴ
ｅ）、セレン（Ｓ　ｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ケイ酸
ビスマス結晶（ＢＳＯ）、アモルファスシリコン、又は
有機光伝導体等が用いられる。なおりラー画像を扱う場
合、光伝導体としてアモルファスシリコンを用いること
が最良である。

光によって電圧を発生する材料には、太陽電池がある。

ガラス板４Ｇ、４１は、透明でありかつ液晶４７を封止
するための基板となるように機能する。このため、第３
図の例と同様に、ガラス板の代りに、透明プラスチック
板又は透明セラミックス板を用いてもよい。

液晶４７として、本構成例では、ネマチック液晶にコレ
ステリック液晶を重量比で約９＝１の割合で混合した記
憶作用を有する混合液晶を用いている。以下、この混合
液晶を用いた本例の書き込み及び読み出し動作について
説明する。

電極４２．４３間に電源４８から約１００Ｈｚの低周波
の交流電圧を印加しておく。これにより、混合液晶は動
的散乱を起し白濁状態となる。ガラス板４０側から感光
体４４に入力光画像を入射すると、その光強度分布に応
じて感光体４４に抵抗の分布が生じる。これにより、抵
抗の分布と同じ分布の電界が混合液晶４７に印加される
こととなり、入力画像が写しとられ、書き込みが行われ
る。書き込みが終わると、電源４８からの交流電圧を遮
断する。さらに、電極４２．４３に残っている電荷を除
去するために、これら電極４２．４３を短絡させ、これ
によって書き込み動作が全て完了することとなる。

混合液晶４７からの読み出しは、ガラス板４０側又はガ
ラス板４１側から印加されるレーザビームによって行わ
れる。印加されたレーザビームは、書き込み時に光の照
射されなかった部分においては、液晶４７が透明状態に
維持されるため、はとんど透過する。一方、書き込み時
に光の照射された部分においては、光強度に応じた電圧
が液晶に印加されているため動的散乱を起こし、透過光
の光量は減少する。このように、入力画像の光強度に比
例した光強度を有する光が受光素子に印加されることと
なる。

混合液晶４７に一度書き込みが行われると、交流電圧と
光とが同時に印加されない限り、書き込まれた情報が消
えることはない。即ち、読み出し用のレーザビームが感
光体４４に入射されても、電圧を与えない限り書き込ま
れた画像は消去されない。

入力画像が静止画像であれば特別の構成は不要であるが
、動画像の入力画像にも対処できるようにするため、第
１図に示すようにレンズ１３の前又は後にシャッタ一部
材１９１又は１９ｂを設け、読み出し期間中はこれによ
って入射光を遮断するように構成してもよい。

書き込まれた画像を消去するには、前述の交流電圧より
高い周波数（例えば７００Ｈｚ）の交流電圧と均一な光
を同時に印加すればよい。

記憶作用を有する混合液晶を用いた場合、第５図の構成
例の如く遮光膜は不要となり、読み出し光学系を透過型
とすることができる。しかも、読み出し用のレーザビー
ムはガラス板４０側から印加しても、又はガラス板４１
側から印加してもよい。

また、第３図の構成例と同様に遮光膜を設けて反射型と
してもよい。この場合、読み出し用のレーザビームは画
像入力と同じ側、即ち、第３図のガラス板３０側から印
加してもよく、その結果、読み出し光学系の自由度が大
幅に高まる。

カラーイメージスキャナの解像度は、レーザビームのス
ポット径によって定まる。レーザ光源として半導体レー
ザを用いた場合、スポット径を１０μｍとすることが可
能である。１スポツトから読み出される信号が１画素の
情報となるから、イメージスキャナの分解能を５０００
Ｘ５０００画素に設計すると、空間光変調素子は有効面
積がわずか５０Ｘ５０ｍｍでよいこととなる。従って、
読み出し光学系のレーザビームの走査面積も５０Ｘ５０
ｍｍでよいこととなり、走査系の設計が非常に容易とな
る。

５０００Ｘ５０００画素の解像度の場合の読み出し速度
を概算すると以下のようになる。ホログラムディスク２
３（第２図）の１周に２０枚のホログラムレンズを配置
すると、１枚のホログラムレンズで１行の主走査が行え
るから、ホログラムディスク２３が１回転すると２０行
の読み出しが行えることになる。従って、ホログラムデ
ィスク２３を１２００回転／回転目転させると、１画面
の画像情報がわずか１．２５秒（５０００行）で読み取
れることとなる。本実施例では、レーザ光源とレーザビ
ーム走査系と受光系とから主としてなる読み出し光学系
が、Ｒ，Ｇ、Ｂ用に独立して３組設けられているため、
１画面のカラー画像情報も１゜２５秒という非常に早い
速度で読み取ることができる。

なお、空間光変調素子、読み出し系の組数は、３組に限
定されるものではなく、２組以上何組であってもよい。

空間光変調素子からの読み出し走査時に、走査間隔又は
受光素子のサンプリング間隔を粗くすることにより、解
像度を段階的に低下させることも可能である。また、走
査間隔を通常より密にし画像表示時に通常の間隔で表示
すれば、ズームアツプした画像を得ることができる。空
間光変調素子の面積を充分大きくすることによってズー
ムアツプした画像の画質低下を避けることができる。こ
のズームアツプ機能は、任意の場所の任意の倍率のズー
ムアツプ像を得るのに、原稿を動かしたり、光学レンズ
を動かしたりすることなく行うことができる。

［発明の効果］以上詳細に説明したように本発明によれば、画像書き込
み平面をそれぞれが有する複数の空間光変調素子と、原
画像を複数色に色分解し該色分解した複数の画像を複数
の空間光変調素子の画像書き込み平面上にそれぞれ結像
させる光学系と、複数のレーザ光源と、複数のレーザ光
源からのレーザビームをそれぞれ複数の空間光変調素子
上で２次元走査させる複数のレーザビーム走査系と、レ
ーザビームのこの２次元走査によって上述の複数の空間
光変調素子から、得られる光をそれぞれ受光する複数の
受光系とを備えているため、高解像度でカラー画像を高
速読取りすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてカラーイメージスキャ
ナの基本構造を概略的に示す構成図、第２図は読み出し
光学系の一例を示す構成図、第３図は空間光変調素子の
一構成例を示す断面図、第４図はアモルファスシリコン
の波長に対する相対感度の特性図、第５図は空間光変調
素子の他の構成例を示す断面図である。１０ｉ　ｓ　ｌＯｂ　ｓ　ＩＱｃ　ｓ　２６・・・−・
・空間光変調素子、１１・・・・・・原稿、１２・・・
・・・白色光源、１３、ｌ’１１　、１７ｂ　、　１７
ｃ　、　２１．２７・・・・・・レンズ、１４・・・・
・・ダイクロイックミラー、１５ｉ　、１５ｂ　％　１
５ｃ　％　２０・・・・・・レーザ光源、１６！　％　
１６ｂ　ｓ　１６ｃ・・・・・・レーザビーム走査系、
１８！　５１８ｂ　、　１８ｃ　、　２ｇ・・・・・・
受光素子。出滅人（５０４）シャープ株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

　画像書き込み平面をそれぞれが有する複数の空間光変
調素子と、原画像を複数色に色分解し該色分解した複数
の画像を前記複数の空間光変調素子の画像書き込み平面
上にそれぞれ結像させる光学系と、複数のレーザ光源と
、該複数のレーザ光源からのレーザビームをそれぞれ前
記複数の空間光変調素子上で２次元走査させる複数のレ
ーザビーム走査系と、レーザビームの該２次元走査によ
って前記複数の空間光変調素子から得られる光をそれぞ
れ受光する複数の受光系とを備えたことを特徴とするカ
ラー画像入力装置。