JPH0518301B2

JPH0518301B2 -

Info

Publication number: JPH0518301B2
Application number: JP58176429A
Authority: JP
Inventors: Masahide Kodera
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1983-09-26
Publication date: 1993-03-11
Also published as: JPS6068766A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、固体イメージセンサーを用いて画像
を読取る装置に関するものである。

従来、たとえばマイクロフイルム等の被写体に
光を照射し、レンズで固体イメージセンサー（た
とえばCCDイメージセンサー等）の受光部に結
像させて、光画像を電気信号に変換する装置で
は、イメージセンサーの受光部の形状に係るいく
つかの問題が生じている。

固体イメージセンサー、たとえばCCDイメー
ジセンサーの受光部は、第１図に示す如く、正方
形の形状を持つ個々の受光素子Ｓを1000〜2000個
一列に連設することによりなつている。図中、ａ
は受光素子Ｓの一辺の長さであり、W₁，…，W_o
は受光素子Ｓに付した番号を示す。被写体の画像
を各受光素子Ｓで細分して読取る場合、主走査方
向Ｈ（1000〜2000個並んだ受光素子Ｓの連設方向
を意味する）の分解能は、受光素子Ｓの数によつ
て確定される。そして、副走査方向Ｖ（被写体又
はイメージセンサーを移動させる手段を用いてな
される走査の方向、あるいはそれにより画像が流
れ移動する方向をいい、通常は上記の主走査方向
に対して直角をなす）の分解能は、受光素子Ｓの
一辺の長さａによつて確定される。そこで、副走
査のための被写体あるいはイメージセンサーの移
動ならびに停止を繰返して、その停止時にのみ、
画像情報を読取るようにした装置では、その読取
り時にはイメージセンサーと被写体との相対速度
がゼロとなるため、主走査方向も副走査方向も分
解能は同一となる。しかしこの場合、読取り時に
は副走査の送りを必らず停止しなければならず、
副走査のために長時間を必要とするため、時代の
要望であるスピード化を満足するものとはなり得
ない。従つて、副走査のスピード化を図るために
は、被写体あるいはイメージセンサーを常に一定
速度で連続的に移動させながら、画像読取りを行
なう必要がある。

ところが、副走査スピードを一定とすると、次
下に示すような理由で、副走査方向の解像度が低
下するという問題が生じる。たとえば第２図は、
被写体の画像面を、ある一個の受光素子Ｓが一定
速度で副走査する場合（ただし、主走査方向には
移動しない）を示すものである。ここで、l₁ある
いはl₂は、画像面を副走査方向に分割して仮想設
定した領域を示すラインであり、このライン幅を
たとえば受光素子Ｓの縦辺ａとなるように決めた
とする。また、各ラインの情報を十分に読取るた
めに、一ラインごとの読取り時間Ｔをt₃−t₁（一
定）と設定する。先ず、時間t₁で、受光素子Ｓは
第１のラインl₁の画像情報を読取る。次に、時間
t₂（＝（t₃＋t₁）／２）で、受光素子Ｓの上半分は
第２のラインl₂の下側半分の画像情報を読取り、
受光素子Ｓの下半分は第１のラインl₁の上側半分
の画像情報をも読取る。更に時間t₃で、受光素子
Ｓは完全に第２のラインl₂の情報を読取る。即
ち、副走査を一定速度で行なう場合、一回の読取
時間t₃−t₁内に、受光素子Ｓは実質上第１ならび
に第２のラインの双方の情報を全く重ねて読取つ
てしまい、前述したような副走査を逐次停止して
行なう場合と比較して、その副走査方向の解像度
は半分に低下することになる。

そこで、擬似的に停止した状態で画像情報を読
取る方法が考案されている。例えば、ストロボ等
の発光装置により一瞬の発光を利用する方法であ
る。しかし、この場合、CCDイメージセンサー
の受光量は一般に光の強度（lx）と受光時間
（tn）との積で求められるため、必要な光量を得
るためには、光の強度を強くしなければならな
い。そのためには、機械の構造を複雑にし、電気
的ハードウエアーも複雑になる。更に、高速読取
りに使用可能な発光装置を得るには、その点滅周
波数を増加し、ならびにそれに対応させるための
受光素子の感度の向上をも図らねばならないとい
う多大の困難を克服しなければならない。

本発明は、上記欠点を除去するためになされた
ものであり、画像を読取るためにの、たとえば
CCD等の固体イメージセンサーの受光部を形成
している個々の受光素子の、副走査方向の読取り
幅を、前記受光素子の主走査方向の読取り幅より
も、実質的に狭くなるように構成し、かつ、走査
時に生成される複数の走査信号のうち必要な所定
の走査信号のみを画像信号として取り出すことに
より、前記副走査方向の解像度を向上した画像読
取装置を提供することを目的とする。

以下、本発明をその実施例について図面を参照
しながら説明する。

先ず、固体イメージセンサー、たとえばCCD
の個々の受光素子の読取り幅をその副走査方向に
実質的に狭める手段について、第３〜第８図に基
づいて以下に述べる。

該手段の一実施例を第３図に示す。これは、
CCD４の受光部を形成する個々の受光素子Ｓの
形状を、主走査方向Ｈに平行な長辺ａと副走査方
向Ｖに平行な短辺ｂ（＜ａ）とを持つ長方形にし
たもので、これらはそれぞれ長手方向に連設され
て受光部が形成してある。そして第４図に示すよ
うに、被写体２を光源１で照射することにより、
そこで反射された画像光を、結像用のレンズ３を
介してCCD４の受光部に導くように配設したも
のである。

第５図に前記手段の他の実施例を示す。ここで
は、一辺の長さａの正方形状の受光素子を持つ
CCD４を使用する。まず半径Ｒの曲率を持つ凸
面シリンドリカルミラー５を、その曲率中心軸１
１方向をレンズ３の光軸ならびに副走査方向Ｖと
垂直に、かつレンズ３からの光の進路を変更する
ような位置に配置する。更に、CCD４の受光素
子の配列方向すなわち主走査方向Ｈを凸面シリン
ドリカルミラー５の曲率中心軸１１と平行に、そ
して前記ミラー５面が平面であればレンズ３から
の光が焦点を結ぶであろう位置A′にCCD４を配
置したものである。このように、凸面シリンドリ
カルミラー５の一方向への光拡散性を利用するこ
とにより、主走査方向Ｈについては該ミラー５を
用いない場合と等しい倍率に、かつ副走査方向Ｖ
についてのみ前記曲率の大きさにより一定の倍率
に拡大される。すなわち、CCD４の個々の受光
素子Ｓの読取り幅を、その副走査方向に相対的に
実質的に狭めることができる。

なお、第６図に示すように、第５図の凸面シリ
ンドリカルミラー５の代わりに凹面シリンドリカ
ルレズ６を使用することもできる。ただしこの
際、第５図のＡ位置と同位置にCCD４の受光部
を配置し、更に、レンズ３とCCD４との中間位
置に、ある一定の曲率を持つ凹面シリンドリカル
レンズ６を、その光軸をレンズ３の光軸と平行
に、かつその曲率中心軸１２をCCD４の主走査
方向Ｈと平行に配置してある。すると、第５図と
同様にして、主走査方向Ｈについては凹面シリン
ドリカルレンズ６を用いない場合と等しい倍率
で、かつ副走査方向Ｖについてのみ前記曲率の大
きさにより一定の倍率に拡大された像を、CCD
４の各受光素子が読取り、読取り幅を相対的に狭
める。

第７図に前記手段の更に他の実施例を示す。こ
こでCCD４は、第５図、第６図と同様に、一辺
の長さａの正方形状の受光素子を持つ、従来と同
様なものを用いることができる。そして、画像光
の光軸Ｌに対して、CCD４の主走査方向Ｈを直
角に、かつ、副走査方向Ｖを一定の角度θ（０＜
θ＜90゜）をもたせて配設したものである。この
ようにすれば、CCD４の一個の受光素子が実質
的に受光する画像光の面積はは、主走査方向Ｈの
一辺の長さａと副走査方向Ｖの実質上の一辺の長
さｂ（＝ａ・sinθ）との積となる（ａ＞ｂ）。すな
わち、前記角度θを変えることにより、副走査方
向Ｖの実質上の画像読取り幅ｂを狭めるように調
整できる。なお、第８図に示すように、レンズ３
とCCD４との間にミラー７を配置しても同様で
ある。

そこで次に、第３図に示したCCD４を使用し
た、被写体２上の画像情報の読取りについて、第
９図を用いて以下に説明する。

前述の従来例（第２図）と同一条件で、すなわ
ち、一定の読取り速度（＝ａ／（t₃−t₁））で、
画像面に設定された一定間隔の仮想のラインl₁，
l₂内の画像情報を読み取るものとする。すると、
先ず時間t₁で、受光素子Ｓは第１のラインl₁の下
端のａ×ｂの面積内の画像情報を読み取る。次
に、時間t₂（＝（t₃＋t₁）／２）で、受光素子Ｓは
ラインl₁の中央付近のａ×ｂの面積内の画像情報
を読み取る。更に、時間t₃で、受光素子Ｓは第２
のラインl₂内の情報を読み取ることになるが、そ
の量はａ×ｂの微少面積内の情報に過ぎない。従
つて、前述した従来例では一回の読取りで二ライ
ン分の情報であるａ×（ａ＋ａ）の面積の情報を
重ねて受光してしまうのに対して、上述した実施
例ではａ×（ａ＋ｂ）の面積の情報を受光するに
すぎない。すなわち、本実施例は、従来例と比し
て、ａ×（ａ−ｂ）もの面積の無駄な情報を読み
取らずに済むことになる。

更に、第５図〜第８図に示した実施例について
も、受光素子の副走査方向の長さは、主走査方向
の長さよりも実質的に短かくなつたものとするこ
とができる。たとえば第５図および第６図におい
て、シリンドリカルミラー５およびシリンドリカ
ルレンズ６による副走査方向Ｖへの伸び率をＸ倍
とすれば、第９図でｂ＝ａ／Ｘとしたものと等価
である。また、第７図および第８図においても、
ｂ＝ａ・sinθとすると、第９図で同様にその効果
を説明できる。

次に、上述したようなCCD等を有する光学系
を備えた画像読取装置の画像処理系について説明
する。本発明の画像処理系は、第９図で示したよ
うな不要な情報（ラインl₂中の面積ａ×ｂ内の情
報）を取除き、必要な情報（ラインl₁中の情報）
のみを読取るようにしたものである。

まず第１１図に、本発明の特徴とする同期回路
２０を示す。同期回路２０は、CCDを動作させ、
かつ、その読取り時間を制御するための同期信号
を作成する回路である。

オシレータ２１は、直接に、また分周器２２，
２３を介して切換回路２４にそれぞれ接続されて
いる。切換回路２４は、分周器２７、SHP作成
回路２８、SHP′作成回路２９（ならびに分周器
２５）に接続され、更に分周期２７は、SHP作
成回路２８ならびにSHP′作成回路２９に接続さ
れている。またSHP′作成回路２９はフリツプフ
ロツプ３０ならびに切換信号発生回路２６に接続
され、更に切換信号発生回路２６は切換回路２４
に接続されている。

第１２図は、CCD４で読取つた情報を２値信
号化するための手段を示すブロツク図である。上
述した同期回路２０内のSHP′作成回路２９なら
びに分周器２５からの各出力信号SHP′、ならび
にφ１およびφ２は、CCD４に導かれる。また、
フリツプフロツプ３０からのSP信号はAND回路
４３に導かれる。CCD４には更にリセツト信号
（RS）が入力される。CCD４の出力アナログ信号
は、アンプ４０、Ａ／Ｄ変換回路４１、閾値処理
回路４２ならびにAND回路４３を介して導かれ、
２値の映像信号に変換される。また、SHP作成
回路２８のSHP信号は外部への同期信号として
使用される。

そこで、上述した同期回路２０の動作につい
て、第１３図に示した信号Ｓ１〜Ｓ１０を参考に
しながら説明する。

オシレータ２１はクロツクパルスCLK（信号Ｓ
１）を発生し、切換回路２４、分周器２２、分周
器２３に導く。ここで、分周器２２，２３は、信
号Ｓ１の周波数をそれぞれ１／N₁，１／N₂倍に
分周する。N₁，N₂は、前述したような不要な画
像情報のみを取除くための時間間隔を設定するた
めに必要な定数であり、予め所定値に設定されて
いる。分周器２５は切換回路２４の出力パルス
（信号Ｓ３）の周波数を1/2倍にして、CCD内ア
ナログレジスタのシフト信号φ１，φ２（信号Ｓ
９，Ｓ１０）を作成する。ただし、φ1＝2の関
係を満たすようにしてある。

切換回路２４は、切換信号発生回路２６から発
せられる切換信号に基づき、数種類の入力信号の
中からひとつを選択して出力する。ここで、切換
信号発生回路２６は、後述するSHP′信号（信号
Ｓ７）の立上りと同期させて、切換信号を出力す
るものである。たとえば第１３図では、信号Ｓ１
と信号Ｓ２との交互の切換えが行われて信号Ｓ３
となる。

分周器２７は、切換回路２４からの信号Ｓ３の
周波数を１／N₃倍にしてSHP′作成回路２９に導
き（信号Ｓ４）、また更に1/2倍に分周したもの
（信号Ｓ５）をSHP作成回路２８に導く。ここ
で、信号Ｓ１を１／N₃倍して得られる信号Ｓ４
の一周期が、必要情報の読取り時間Taと等しく
なるようにN₃を設定してある。また、信号Ｓ１
を１／N₁倍した信号Ｓ２を更に１／N₃倍して得
られる信号Ｓ５の一周期が、不要情報の取除き時
間Tbと等しくなるように、分周器２２のN₁を設
定してある。なお、上記各時間TaとTbとを加え
た時間は一回の読取り走査時間Ｔに等しい（Ｔ＝
Ta＋Tb）。ここで、時間Ta，Tbは、第１０図
で後述するようににCCD受光面副走査方向の実
質的な長さｂにより変化するものであるため、そ
の長さｂを別な長さb′に変えた場合には、それに
対応するように設定されたN₂を持つ分周器２３
に切換えればよい。このようにして設定された
N₁（あるいはN₂）ならびにN₃を有する分周器２
２（あるいは２３）ならびに２７により、時間
TaとTbとを一周期として繰返すような信号Ｓ４
が作成される。また、信号Ｓ５は、信号Ｓ４を1/
２倍に分周したものであり、時間TaとTbとを半
周期として繰返すことになる。

SHP作成回路２８は、上述した信号Ｓ５と信
号Ｓ３とにより、信号Ｓ５の立上りと同期させた
SHP信号（信号Ｓ６）を出力する。また、
SHP′作成回路２９は、上述した信号Ｓ４と信号
Ｓ３とにより、信号Ｓ４の立上りと同期させた
SHP′信号（信号Ｓ７）を出力する。そして、こ
の信号Ｓ７は、フリツプフロツプ３０ならびに前
述した切換信号発生回路２６に導かれる。フリツ
プフロツプ３０は、信号Ｓ７を入力信号として
SP信号（信号Ｓ８）を出力する。この信号Ｓ８
は、読取りの時間Taと対応してハイレベルとな
り、取除きの時間Tbと対応してローレベルとな
る。

上述した各信号のうち、SHP信号（信号Ｓ６）
は外部への同期信号として使用される。また第１
２図に示されるように、SHP′信号（信号Ｓ７）
はCCD４に導かれ、CCD４の受光部からアナロ
グレジスタに光電変換量を移すためのパルス信号
として使用される。φ１，φ２（信号Ｓ９，Ｓ１
０）も同様にCCD４に導かれており、これはア
ナログレジスタ内の各信号のシフト用の信号とし
て使用される。このようにして、CCD４が画像
を走査し、SHP′，φ１，φ２の各信号と同期し
た、複数個のアナログの走査信号を出力する。そ
の後、該走査信号をアンプ４０で増幅し、Ａ／Ｄ
変換回路４１でデイジタル化する。次に、閾値処
理回路４２で閾値処理を行ない２値信号に変換す
る。そしてAND回路４３でSP信号（信号Ｓ８）
とのアンドをとることにより、時間Ta内の必要
情報のみを含んだ２値信号として出力する。従つ
て、上述した画像処理系では、CCD４で得られ
た複数の走査信号中から、必要な走査信号のみを
画像信号として取出すものである。

そこで、第９図で述べたような実質上ａ×ｂ
（ａ＞ｂ）の読取り面積の受光素子Ｓを持つCCD
ならびに上述した画像処理系を使用した、ライン
l₁，l₂内の画像の読取りについて、第１０図を用
いて以下に説明する。

第１０図に於ては、一定の読取り速度（＝ａ／
Ｔ）で、ラインl₁，l₂内の画像を走査するものと
する。すると、先ず時間t₁で、受光素子Ｓはライ
ンl₁の下端ののａ×ｂの面積内の画像情報を読取
る。その後受光素子Ｓの上辺がラインl₁とライン
l₂との境界線上に到達するまでの時間（t₂′−t₁）
を、第１３図で示した時間Taとして設定するこ
とにより、この時間Ta（t₁〜t₂′）でラインl₁の情
報のみを読取る。更に、一回の読取り時間Ｔ（＝
t₃−t₁）の残り時間（t₃−t₂′）を、時間Tb（＝Ｔ
−Ta）として設定することにより、時間t₂′から
t₃までの間の情報は、不要な情報として取除かれ
る。その後同様にして、時間t₃からt₄間でライン
l₂の情報読取りを行ない、時間t₄からt₅までの情
報は取除かれる。以後このような処理が繰返され
て、二ラインに渡つて重複した情報は取除かれ、
一ライン分の全く純粋な情報のみが読取られるこ
とになる。

なおここで、第３図から第８図で示した各
CCDを使用した場合の、ＴとTa，Tbとの時間関
係については、以下のように表わすことができ
る。

(i) 第３図のCCD４を使用した場合、 Ta＝Ｔ×（１−ｂ／ａ）、Tb＝Ｔ×ｂ／ａ (ii) 第５、第６図のCCD４を使用した場合、 Ta＝Ｔ×（１−１／Ｘ），（Tb＝Ｔ×１／Ｘ（ここでＸは前述した副走査方向への伸び率） (iii) 第７，第８図のCCD４を使用した場合、 Ta＝Ｔ×（１−sinθ），Tb＝Ｔ×sinθ ここで、上述した(iii)の関係でθ＝30゜とした場
合、 Ta＝Tb＝Ｔ／２という関係になるため、第１３図でSHP′信号
（信号Ｓ７）は時間的に等間隔なパルスとなる。
従つてこの場合には、第１１図内の分周器２２，
２３ならびに切換回路２４を用いる必要がない。
よつて、オシレータ２１を直接に分周器２７に接
続するだけでよく、より簡単な回路構成にするこ
とが可能となる。

なお本発明は、被写体としてマイクロフイルム
を使用するような読取装置の他に、一般の被写
機、フアクシミリ等にも使用可能である。

以上説明したように本発明は、CCD等のイメ
ージセンサー受光面の副走査方向の実質上の読取
り幅を狭めて、画像を細分化して読取り、かつ、
複数走査信号中の必要走査信号のみを画像情報と
して取出し、正確な一ライン毎の画像読取りを行
なうものである。そのため、副走査を一定速度で
連続的に行なう場合でも、簡易な画像処理によ
り、副走査方向の解像度を向上させ、主走査方向
の解像度に等しくすることができるという非常に
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はCCDの受光部を示す模式図、第２図
は従来例による画像読取りの動作原理図、第３〜
第８図はそれぞれ本発明の特徴とするCCDを用
いた光学系の各各実施例を示す概略図、第９なら
びに第１０図は本発明による画像読取りの動作原
理図、第１１図は本発明による同期回路の一実施
例を示すブロツク図、第１２図は本発明による画
像処理系の要部を示すブロツク図、第１３図は第
１１図に示した同期回路の各所の信号波形図であ
る。１……光源、３……レンズ、４……CCD（イメ
ージセンサー）、５……凸面シリンドリカルミラ
ー、６……凹面シリンドリカルレンズ、７……ミ
ラー、２０……同期回路、２１……オシレータ、
２２，２３，２５，２７……分周器、２４……切
換回路、２６……切換信号発生回路、２８……
SHP作成回路、２９……SHP′作成回路、３０…
…フリツプフロツプ、４０……アンプ、４１……
Ａ／Ｄ……変換回路、４２……閾値処理回路、４
３……AND回路。

Claims

【特許請求の範囲】１画像光を電気信号に変換する受光素子群を備
えたイメージセンサを有し、上記受光素子の副走
査方向の読取り幅は、主走査方向の読取り幅より
も小さく、上記イメージセンサが一ラインを時間
Ｔで副走査方向に連続的に画像を走査する画像読
取装置において、上記イメージセンサから時間Ｔの間に出力され
る画像信号のうち複数ラインに渡つて読み込まれ
た重複した画像信号を取り除く画像信号処理手段
を有することを特徴とする画像読取装置。２上記受光素子の主走査方向の幅をａ、副走査
方向の幅をｂとした場合、時間Ｔ・（１−ｂ／ａ）に続く時間Ｔ・ｂ／ａの間、上記イメージセンサから出力される画像信号を取
り除くことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の画像読取装置。