JPH0654182A

JPH0654182A - 画像走査装置

Info

Publication number: JPH0654182A
Application number: JP5085676A
Authority: JP
Inventors: Ned J Seachman; ジェイ．シーチマンネド
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-02-25
Also published as: DE69314833D1; EP0562814A1; DE69314833T2; EP0562814B1; US5307175A

Abstract

(57)【要約】【目的】光学／電気撮像装置における画像忠実度を改
善すること。【構成】光センサーアレイ８２の個々のセンサー部位
の付加補正係数も、ピクセル較正ＲＡＭ９６内に格納さ
れる。次の文書走査の間、各ピクセルからの信号がピク
セル補正回路９４を通過するときに、そのピクセルを検
出した個々のセンサー素子の倍増係数と付加補正係数が
ピクセル較正ＲＡＭ９６から読み出され現在のピクセル
信号に付与される。このようにして、各ピクセルは、光
センサーアレイ８５の個々のセンサー素子の特性のばら
つきから生ずる利得と偏差の僅かな偏差を補正される。
この較正手法も、レンズ８５とランプ６５の特性により
ひきおこされる光センサーアレイに沿った照度のばらつ
きを補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子複写装置における光
学画像形成システムに関する。殊に、本発明は光学的に
生成された画像データを表示する電気信号を補正するこ
とによって光学的な焦点はずれ（デフォ−カス）や、そ
れに関連する光学システムの誤差を補正するためのシス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子複
写装置やファクシミリ伝送装置は、文書のごとき画像を
光学的に走査してその光学、情報を電気画像信号に変換
するスキャナを使用している。従来より、入力文書のラ
スタ−走査を行い、そのデータを表示する電気信号を生
成するために、幾つかのタイプの光学装置が一般に使用
されている。図１は、文書を走査して縮小サイズの画像
を直線配列の光センサー群上に生成するために縮小光学
システムと共にしばしば使用される幾つかの構成のうち
の一つを示す。この構成は、レンズの物体共役の誤差、
即ち、レンズからミラーを経て原文書（原稿）に至る光
路の誤差に対して比較的許容性がある。この光路長の±
１ミリメ−トルの範囲の偏差は、倍率に顕著な変化を引
き起こすが、光センサーアレイ上に形成される光学画像
の焦点や鮮鋭度を劣化させる影響は殆どもたないのが普
通である。だが、一枚の複合レンズしか使用しないため
に、光センサーアレイにより検出される画像の線形部分
に沿って画像品質のばらつきが存在する恐れがある。そ
のような走査画像線の端からこの線の中心までの画像品
質のばらつきは、走査画像の中心のまわりで合理的な対
称度をもって生じることが多い。これら品質のばらつき
は、例えば、レンズの最適焦点の表面の曲率や、光学的
視野の中心からの距離によって変化することが知られて
いるその他の関連するレンズ収差によってひきおこされ
ることがある。これら収差の数学的記述はレンズ設計デ
ータからほぼ決定することができるが、レンズ製造プロ
セスから生ずる小さな誤差のためにその他の収差が生ず
る。しばしば”フルレ−ト／ハーフレート”スキャナと
称されるようなその他の単レンズ光学システムも似たよ
うな光学特性をもっている。その結果、縮小単レンズを
使用するスキャナは、たとえ走査中心がうまく焦点を合
せていても、走査線のエッジで画像品質の低下を示すこ
とがある。

【０００３】電子複写装置における書類走査にしばしば
使用される第二の等級の光学装置は、図２に示す”全
幅”スキャナ−形式のものである。この場合、レンズア
レイは、（図のページ内（紙面奥）へと）単一倍率で全
幅光センサーアレイ上に撮像（画像形成）さるべき入力
文書（原稿）上の線の全範囲を延びる。従来より、反応
性が高く（走査速度が高い）、照明条件がゆるく（電力
消費量が少ない）、コンパクトな利点を与える非晶形
（アモルファス）もしくは結晶形のシリコン光センサー
アレイを使用する全幅スキャナが開発されている。これ
らスキャナはこれら性能上の利点を実現するためにコン
パクトな全幅レンズアレイを必要とする。このために最
も一般的に使用されているレンズは、図３に示すような
屈折率分布形ファイバーレンズアレイである。市販の屈
折率分布形レンズアレイは、光学効率が良く、単一倍率
要求を制御するうえで優れているが、例えば、縮小光学
設計と比べた時、被写界深度の能力は劣る、即ち、縮小
光学設計よりも相当、物体共役長の誤差に敏感である。
典型的には、効率の高い屈折率分布形レンズアレイの被
写界深度はほぼ±０２５ないし±５．５０ミリである。

【０００４】図４は、典型的な屈折率分布形レンズアレ
イの被写界深度特性を示す。図４のグラフはレンズアレ
イにより所定の空間周波数における焦点はずれ距離の関
数として得ることの可能な変調伝達関数（ＭＴＦ）をプ
ロットしたものである。例えば、図４は、ミリあたり６
サイクルの市販レンズについてこれら特性を示したもの
である。ＭＴＦ値は直接、レンズアレイからの画像の忠
実度レベルに相関する。所望の忠実度レベル（従って、
画像忠実度）を選択することによって、それらの曲線
は、所望のＭＴＦを維持するために必要なレンズアレイ
の焦点はずれ距離（または被写界深度）を示す。図４に
おいて、横座標上の０は最良の焦点位置を示し、横座標
に沿った小さい目盛は数十ミリである。曲線Ｍは光セン
サーの線と一致する線に沿った主走査方向のレンズ特性
を表し、曲線Ｓは、副走査方向、即ち、主走査方向に対
して垂直な方向におけるレンズの特性を表す。図４か
ら、高い忠実度（ＭＴＦ）レベルでは、焦点はずれ距離
の小さいばらつきによって、許容できないぼけ（不鮮
明）が生じ、そのぼけの大きさは走査方向と共に変化す
ることが明らかである（即ち、レンズは焦点誤差が大き
くなるにつれてこの画像品質の低下は、益々アナモルフ
ィックになる）その結果、このような全幅レンズアレ
イを使用する光学センサー構造は、画像忠実度条件を満
たす上で、十分な画像品質や解像度を与えず、従って、
そのようなスキャナの設計の使用を制約することが多
い。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像支持体
と、前記画像支持体上の画像を走査するスキャナであっ
て、画像支持体上の画像から光学画像デ−タを受取る光
学素子と前記光学素子から光学画像デ−タを受取り電気
デ−タ信号に変換する受光器とを備える前記スキャナ
と、各々が受光器により光学素子から受取られる光学画
像デ−タの複数の焦点はずれ状態のうちの異なる一つを
表わす複数の組の画像復元デ−タを提供する手段と、受
光器上の光学画像デ−タの焦点はずれ状態を判断する手
段と、前記判断手段によって判断される焦点はずれ状態
に基づいて前記提供手段により提供される画像復元デー
タの複数の組の中の一つの組を選択する選択手段と、
受光器から電気デ−タ信号を、また、前記選択手段から
一組の画像復元デ−タを受取り、前記選択手段から受取
られた画像復元デ−タに従って電気デ−タ信号を変更す
る信号処理手段と、からなることを特徴とする画像走査
装置。

【０００６】本発明の目的は、システムの焦点はずれや
光学的視界位置の複数の状態を表す光学画像データの特
性が予め定められて、これら状態を補正するろ波（フィ
ルタ）係数がスキャナシステム内に格納されるようなシ
ステムにおいて達成される。その場合、特定のスキャナ
システムの焦点はずれしたり劣化した状態は、一もしく
はそれ以上の標準的な基準タ−ゲットを使用することに
よって判断される。その後、光センサ−アレイからの電
気画像デ−タは、先に決定されたシステムの焦点はずれ
や劣化状態にとってふさわしいように予め選択された補
正係数を活用する固定画像、もしくは時間と共に変化す
る画像を復元（再生）するフィルタ−によってろ波され
る。

【０００７】

【実施例】図１について述べると、プラテン１２を備え
る、画像入力端末装置１０が示されている。例示された
画像入力端末１０はマルチモ−ド、この場合はジュアル
モ−ドの入力端末装置で、表を下にしてプラテン１２上
に位置する原稿１１を第一の走査ステ−ション１３で第
一のモ−ドでライン毎に走査し、第二の走査ステ−ショ
ン１４で移動中の文書を第二のモ−ドで走査する。本図
からより明らかとなるように、画像入力端末装置１０
は、走査中の文書画像を映像信号、即ち、ピクセルに変
換し、それらはメモリ−、通信チャネル、ラスタ−出力
スキャナ等の適切なユ−ザ（図示せず）に出力される。

【０００８】画像入力端末装置１０は、ベース部材２
０、側部部材（図示せず）、端部部材２４、２５、およ
び頂部部材２６を備えた適当なフレ−ムもしくはハウジ
ング１８を備え、これらの部材がプラテン１２と共働し
て走査キャリッジ３２が可動的に配置された内部２７を
提供するようになっている。プラテン１２の材質は、適
当な透明材料、通常の場合、ガラスで、第一のモ−ドで
入力端末装置１０によって走査される最大寸法の文書
（原稿）と第二のモ−ドに必要なプラテン領域に適応で
きる長さと幅を持った矩形をしているのが普通である。

【０００９】第一のモ−ドでは、走査キャリッジ３２は
支持されて、一対の平行キャリッジ支持棒３４により、
画像入力端末装置１０の内部で、前後に運動する、即
ち、往復走査運動（図１の実線矢印により示される方向
に）を行なう。支持棒３４は、キャリッジ３２が適当な
ベアリング（図示せず）によりその上でスライド運動す
るように支持された形で、プラテン１２下方に所定の間
隔をおいてフレ−ム上に取り付けることが望ましい。

【００１０】キャリッジ３２に対して制御された走査運
動を与えるために、駆動ねじ３７はキャリッジ３２と螺
合している。可逆駆動モ−タ−３９は、ねじ３７を時計
回り方向または反時計回り方向に回転させ、キャリッジ
３２をキャリッジ支持棒３４に沿って前後に移動させ
る。

【００１１】線形走査もしくは画像読取り光センサ−ア
レイ４０は、例えば、東芝モデルのＴＣＤ１４１ＣＣＤ
チップとすることができ、キャリッジ３２上に取り付け
られる。アレイ４０は、アレイ４０により観察される物
体線の反射率に比例する電位を有する信号を生成する一
連の（即ち、５０００個の）個別的感光素子を備えてい
る。アレイ４０による信号出力は、その後、適当な信号
処理回路（以下に述べる）に入力され、走査画像を表す
ビデオ画像信号もしくはピクセルを提供する。

【００１２】撮像（イメ−ジング）レンズ５５と折畳み
ミラ−５６、５７、５８から成る光学系は、共働して光
学イメ−ジング路５４を形成し、そこを通して、アレイ
４０は、プラテン１２と走査される文書の線状の部分を
見る。文書の線から反射された光線は下部方向にプラテ
ン１２を通り、ミラー５６に達し、そこからミラー５
７、５８を経てレンズ５５とアレイ４０に至る。走査さ
れる文書の線を照明するために、長尺の露光ランプ６５
と、それと共働する反射体７０からなる照明アセンブリ
体６４が、プラテン１２の下側に隣接してキャリッジ３
２上に設ける。ランプ６５と反射体７０は、走査キャリ
ッジ３２の走査運動方向に対してほぼ垂直な方向に延び
る。これにより理解されるように、反射体７０はランプ
６５により発せられた光を強化して、プラテン上の、ア
レイ４０により走査される文書線に収束させる働きをす
る。

【００１３】第一の走査モードでは、走査キャリッジ３
２は、プラテン１２の一方の端の走査開始（ＳＯＳ）か
ら走査終了（ＥＯＳ）位置７３へ、またＳＯＳ７２位置
へ戻るように、モータ３４により駆動される。アレイ４
０、撮像レンズ５５、折畳みミラー５６、５７、５８、
照明センサ６４は走査ミラー３２に固定して取り付けら
れ、キャリッジ３２と同期して移動する。ＳＯＳ位置７
２と共働して第一の走査ステーション１３を示すＥＯＳ
位置７３は，プラテン端の僅かに上流にあり、第二の走
査ステーション１４用の余地を残してある。上記より理
解できるように、ＳＯＳ位置７２とＥＯＳ位置７３間の
距離はそれぞれ、第一の走査ステ−ション１３で走査さ
れる最大寸法文書（原稿）画像に適応するように選択さ
れる。

【００１４】第二の走査モ−ドでは、走査キャリッジ３
２は、ＥＯＳステ−ション７３を越えて、所定固定走査
位置７４に移動する。本モ−ドでの走査中、走査キャッ
リジ３２は静止しているが、走査される文書は、固定走
査位置７４を過ぎて移動する。

【００１５】走査文書１１を固定走査位置７４を越えて
移動させるために、定速トランスポ−ト（ＣＶＴ）８０
が設けられる。ＣＶＴ８０は、走査位置７４の反対側に
配置された複数の間隔を置いた文書搬送ロール８２を備
え、ロール８２はそれと反対側のプラテン１２の表面と
共働して、その間に文書供給ニップ８３を構成する。

【００１６】図２を参照すると、画像入力端末装置９０
が示されている。同端末装置は全幅走査構成を備えてい
る。図１の画像入力端末装置の要素と類似する構造と機
能をもつ画像入力端末装置９０の要素はそれと同様な番
号をふってある。画像入力端末装置９０はマルチモ−ド
入力端末装置でもあり、第一の走査ステ−ション１３
で、プラテン１２上に表を下にして位置する原稿（文
書）１１を、第一のモ−ドでライン毎に走査し、第二の
走査ステ−ション１４で移動中の文書を、第二のモ−ド
で走査する。撮像入力端末装置１０と同様にして、撮像
走査端末装置９０は、走査中の文書画像を画像信号、ま
たはピクセルに変換し、それらは、メモリ−や、通信チ
ャネル、ラスタ−出力走査器等の適切な使用装置（ユ−
ザ）に出力される。

【００１７】画像入力端末装置９０は、ベース部材２
０、端部部材２４、２５および上部部材２６を有する適
当なフレ−ム、またはハウジング１８を備えている。そ
れらの部材はプラテン１２と共働して、走査キャリッジ
３３が可動に配置される内部２７を提供する。プラテン
１２上に配置された文書（原稿）１１は、図１端末装置
に対して述べられたのと同様の方法で走査される。第一
の即ち、往復走査モ−ドでは、キャリッジ３３と螺合し
た駆動ねじ３７によって、キャリッジ３３に対して制御
された走査運動が付与される。可逆駆動モ−タ−３９は
正転又は逆転方向にねじ３７を回転させることにより、
キャリッジ３３をキャリッジ支持棒３４に沿って前進ま
たは後退方向に移動させる。

【００１８】このスキャナでは、キャリッジ３３は、そ
の内部に、キャリッジ３３を横切って図面の面に対して
垂直な方向に延びる光センサーアレイ８２を取り付けて
いる。光センサ−アレイ８２の幅は、プラテン１２上で
画像形成されるべき文書の最大幅に等しい。照明アセン
ブリ６４は、露光ランプ６５と反射体７０からなり、適
当な取り付け装置（図示せず）によりキャリッジ３３上
に取り付けられる。キャリッジ３３上には、屈折率分布
形レンズアレイ８５も取り付ける。レンズアレイ８５の
光軸は、プラテン１２と光センサ−アレイ８２間の光軸
と一致し、それは、図２の実施例では実質的に垂直とな
っている。屈折率分布形レンズアレイ８５はキャリッジ
３３を横切って、図面の面に対して垂直な方向に横断し
て延びる。レンズアレイ８５の幅は、プラテン１２上で
走査されるべき文書の最大幅と等しく、従って、全体と
して光センサ−８２の幅にほぼ等しい。

【００１９】その代りとして、画像入力端末装置は、個
々の光センサ−より成る二次元面積アレイを備えること
もできる。そのようなアレイの場合、感光素子は、プラ
テン１２の撮像部分の一方向、例えば、図１と２のスキ
ャナの幅方向に延出し、プラテン１２の撮像部分の長さ
の全体、もしくはその一部に沿って延びることができ
る。このようにすれば、文書の面積全体、もしくは重要
な部分は電子的に走査することができる。

【００２０】図３についてみると、屈折率分布形レンズ
アレイ８５を使用する典型的な走査構成が略示されてい
る。レンズアレイ８５が副走査方向である矢印方向Ｓ１
に移動するにつれて、文書１１のラインＬｏは逐次走査
される。ラインＬｏは、光センサ−アレイ８２の逐次的
な走査によって矢印Ｓ２（主走査方向）の横断方向に電
子的に走査される。上記センサ−アレイは多数のＣＣＤ
チップよりなり、その各々は一連の個別的感光素子より
なり、アレイ８２により観察される物体（対象）ライン
の反射率に比例する電位を有する信号を生成するように
なっている。先に述べたように、アレイ８２により出力
される信号は、その後、適当な信号処理回路（以下に述
べる）に入力されて走査画像を表すビデオ画像信号、も
しくはピクセルを提供する。

【００２１】屈折率分布形レンズアレイ８５は、例え
ば、位置合せされた二連の屈折率分布形グラスファイバ
−レンズ９９を備える。そのようなレンズアレイ８５の
例は、日本板硝子よりＳＥＬＦＯＣの商標で販売されて
いるＳＬＡ０９形式のレンズである。ラインＬｏは、レ
ンズアレイ８５を通して逐次撮像され、光センサ−８２
上に画像ラインＬｉを形成する。図３に示すように、ラ
インＬｏ上の所与の点（ピクセル位置）からの光学画像
情報は、個々のファイバ−レンズ８８の一つ、もしくは
それ以上を通過して、光センサ−８２上にイメ−ジング
される。

【００２２】図５についてみると、本発明を具体化する
ことの可能な典型的な電子複製（写）スキャナの基本的
な機能が示されている。プラテン１２上での文書１１の
ラスタ−走査は、レンズ８５とセンサ−８２の副走査方
向への機械的運動とあいまって、線形光センサ−アレイ
８２の電子走査の結果として行なわれる。副走査方向の
各点で、線形光センサ−アレイ８２の出力は、レンズ８
５がセンサ−アレイ８２上に撮像（イメ−ジ）した文書
の単一ラインに沿った反射率情報を表す電子画像信号と
なる。そのため、この信号は、電子的、または主走査方
向にサンプリングされる画素、即ち、ピクセルの行の情
報を表す。文書１１上のこの方向へのサンプリングピッ
チは、レンズ８５の倍率と線形光センサ−アレイ８２の
個々のセンサ−の間隔により決定されるように、多くの
場合、インチあたり３００−６００サンプルである。副
走査方向へセンサ−８２とレンズ８５が機械的に運動す
ることによって、一連の行のピクセルが検出される。そ
の場合、副走査ピッチもしくは間隔は、光学アセンブリ
が一本の電子ライン走査の初めから次の電子ライン走査
の開始まで前進した距離によって決定される。また、こ
の副走査ピッチ、即ち、ピクセル行間の隔たりは、普
通、インチあたり３００乃至６００行の範囲にあるのが
普通であるが、一行内のピクセルピッチとは必ずしも同
一ではない。

【００２３】センサ−制御クロック９１は、光センサ−
アレイ８２に対して必要なタイミング情報を提供し、一
行内のピクセルがアナログ信号バッファ−９２内にクロ
ッキングされる速度と一連の電子ライン走査の各ライン
走査が開始される時刻を決定する。アナログ信号バッフ
ァ−９２は、一時に一行ずつ、このピクセル系列を受取
り、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換段（ステ−ジ）
９３を適切に駆動するために必要なアナログ信号条件
（信号利得とオフセット等の）を提供する。Ａ／Ｄ変換
器９３では、それぞれのアナログピクセル信号は、デジ
タル値に変換された後、保存され、更にデジタル電子的
方法により処理される。例えば、アナログピクセル信号
は０ボルト（文書反射率が０％であった点を表す）から
１ボルトの値（９５％の文書反射率が検出された点を表
す）に変化するように条件づけられる（調節される）こ
とができる。Ａ／Ｄ変換器９３は、その後、この連続的
なアナログ電圧レンジを、離散的な一組のデジタル数値
に変換する。例えば、もし８ビットＡ／Ｄ変換器が使用
される場合には、信号は８ビット二進数により表現可能
な２の８乗＝２５６個のレベルの一つに変換される。そ
のように表すと、信号は従来のデジタル電子装置で操作
することができる。

【００２４】図５に示すように、ピクセル補正能力を信
号処理に含ませることも通常のやり方である。線形光セ
ンサ−アレイ８２は、２０００乃至８０００個の個別的
な光センサ−部位を備える場合が多く、それらは、先に
述べたように、文書１１上の情報ラインを、電子走査方
向にサンプリングする。大きさやその他の関連するパラ
メ−タ−に僅かなばらつきがあるために、これら光セン
サ−部位はそれぞれ、その光応答と暗部偏差（オフセッ
ト）電圧が僅かに変化することになろう。高品質複写シ
ステムでは、これらのばらつきを補償して補捉画像の縞
のごとき画像品質を防止する必要がある。そのような較
正を得る一つの手法としては、プラテン上でかつプラテ
ン１２上に配置された文書１１により占められる領域外
に配置された較正ストリップ１０１を利用することであ
る。較正ストリップ１０１の位置は、プラテン表面１５
の上部と文書位置合わせガイド１００の底面の間とする
のが普通である。較正ストリップ１０１は、幅がほぼ６
乃至１０ｍｍで一列の光センサ−アレイ８２により検出
される距離全体を延びる均一な高反射率領域と、それと
同一サイズの隣接する低反射率領域とから構成すること
ができる。両領域ともレンズ８５方向にスキャナ内へ面
している。システムＣＰＵ９９の制御の下で、レンズ８
５と光センサ−アレイ８２とは、線形光センサ−アレイ
８２がこのストリップ１０１の均一な高反射率領域のみ
を見るように位置決めする。各ピクセルを一定の出力電
圧に調節するために必要な増倍率（ファクタ−）が計算
され、光センサ−アレイ８２内の各センサ−部位に対し
て１ファクタ−がピクセル較正ＲＡＭ９６内に保存され
る。次に、レンズ８５と光センサ−アレイ８２は、光セ
ンサ−アレイ８２が較正ストリップ１０１の隣接低反射
率もしくは黒領域をみることができる位置に移動され
る。ここで付加の係数（ファクタ−）がそれぞれのピク
セルに対して計算され、同係数によって、ピクセル全部
は、光が殆どまたは全く存在しない下で、同じ出力信号
を生成することになる。光センサ−アレイ８２の個々の
センサ−部位の付加補正係数も、ピクセル較正ＲＡＭ９
６内に格納される。次の文書走査の間、各ピクセルから
の信号がピクセル補正回路９４を通過するときに、その
ピクセルを検出した個々のセンサ−素子の増倍係数と付
加補正係数がピクセル較正ＲＡＭ９６から読出され、現
在のピクセル信号に付与される。このようにして、各ピ
クセルは、光センサ−アレイ８５の個々のセンサ−素子
の特性のばらつきから生ずる利得と偏差の僅かな偏差を
補正される。この較正手法も、レンズ８５とランプ６５
の特性によりひきおこされる光センサ−アレイに沿った
照度のばらつきを補償する。

【００２５】補正ピクセルの幾つかの走査線は、その
後、ピクセルラインバッファ−９５内に記憶される。こ
のことが必要なのは、続く画像処理が、主走査方向と副
走査方向の双方への現在処理ピクセルに隣接したピクセ
ルからの信号を利用できるからである。図６についてみ
ると、画像処理のためのピクセルコンテキスト（前後関
係）を、現在ピクセルを処理するために必要な隣接行数
と各行の隣接ピクセル数の形で表すことができる。例え
ば、３ｘ５ピクセルコンテキスト１０２は、各行から５
個のピクセルを有する三本の隣接走査線（即ち、ピクセ
ル行）が、画像処理のために使用されることを意味して
いる。ピクセルの位置は、図６に示すように、符号（ラ
ベル）づけすることができる。それらピクセルは二つの
指標（インデックス）で番号付けする。最初の指標は、
現在ピクセルの走査線に対する走査線位置を表す。第二
の指標は、現在ピクセルに対する同一走査線に沿ったピ
クセル位置を表す。現在処理中のピクセルをｐｏ，ｏで
表せば、ｐｏ，ｏのすぐ上の走査線のピクセルはｐ-1、
ｏであり、すぐ右はｐｏ．1 である等である。新たなピ
クセルが処理される場合には、同ピクセルはｐｏ．ｏと
なり、３ｘ５ピクセルコンテキスト１０２は、新たなピ
クセル周囲の同じ相対位置にシフトする。本例に於いて
は、三つの隣接する走査線について得られるピクセル信
号情報を持つことが明らかに必要であり、この情報はピ
クセルラインバッファ−９５内に記憶される。

【００２６】これらピクセル信号情報の多数の線は、次
に、デジタル画像処理回路９７に使用可能となる。この
回路では、選択されたピクセルコンテキスト１０２にお
ける各ピクセルは、ろ波係数読取り専用メモリ−（ＲＯ
Ｍ）９８内に記憶される予め選択された係数を乗じら
れ、その積は加算されて、現在ピクセルの新たな値が作
り出される。このプロセスは選ばれた一組の係数が新た
なピクセルとそのピクセルのコンテキストの中における
周囲のピクセルに付与される形で、全てのピクセルに対
して繰返される。例えば、先に引用した３ｘ５コンテキ
スト１０２では、一組の１５個の係数は、ろ波係数ＲＯ
Ｍ９８内に記憶される。もしこれらが次のようにラベル
付けされて、 a-1,-2, a-1,-1 a-1,0, a-1,1 a-1,2 a0,-2 a0,-1 a0,0 a0,1 a0,2 a1,-2 a1,-1 a1,0 a1,1 a1,2 ３ｘ５コンテキスト１０２内の関連するピクセルと一致
すれば、デジタル画像処理回路は現在ピクセルｐｏ，ｏ
を、下記の式（１）に従って新たな値Ｐｎｅｗに変換す
ることになる。

【００２７】

【数１】

【００２８】次のピクセルが処理される場合には、その
新たなコンテキストは,この係数の組によって同様に処
理され,この新たなピクセルに対する新たな値を生成す
ることができる。各組が特定タイプの画像を処理するよ
うに予め選択される形で、ろ波係数ＲＯＭ９８内に多数
の係数の組が維持されることができる。一組を連続的な
色調の画像向けとして、もう一つの組をテキスト画像向
けとすることができる。適当な組の係数をスキャナの操
作員が手で選択するか、特定のクラスの画像を認識する
回路（図示せず）により自動的に選択することができ
る。現在ピクセルに適用される係数の組はすこぶる迅速
に変更することができる。即ち、その組は、必要とあら
ば、ピクセル単位で変更することができる。システムＣ
ＰＵ９９は、その関連する読み出し専用メモリ−（図示
せず）内に記憶されたコンピュ−タ−コ−ドから動作し
て上記回路と作動を全体として調和させることを理解さ
れたい。

【００２９】レンズ８５により導入される焦点はずれエ
ラ−の存在下で、光センサ−アレイ８２により供給され
る画像デ−タの品質を改善するために、３段階画像復元
（再生）プロセスを使用する。その三段階とは、（１）予期される焦点誤差の範囲全体にわたり、幾つ
かの焦点はずれレベルで、レンズ８５の焦点はずれ撮像
（イメ−ジング）特性を計測及び／又は計算により判断
し、各レベル毎に適切な画像再生フィルタを演算する。（２）画像入力端末装置が適切に配置された焦点測定
タ−ゲットを走査することによって、その現在の焦点は
ずれ状態をダイナミックに測定することを可能にし、部
品とアセンブルの誤差を補償するために必要とされる焦
点はずれ補正のレベルを確立する。（３）デジタル画像処理回路を使用することによっ
て、現在の焦点はずれの状態によって示される画像復元
ろ波係数の組を選択する。

【００３０】このプロセスを図２に示す全幅走査システ
ムについて解説する。同装置は図５に示すスキャナの機
能を備えるものと仮定する。このプロセスは、更に、図
１に示すような単レンズタイプのスキャナに適用できる
ことは、以下の説明から明らかであろう。

【００３１】第一の段階では、レンズ８５の焦点はずれ
特性が、各段階の適切な画像復元フィルタ−を決定する
ために予期される焦点誤差の範囲全体にわたって、幾つ
かの焦点はずれの段階もしくはレベルで測定及び／又は
計算される。そうするために、選択レンズ設計のポイン
トスプレッドファンクションもしくはラインスプレッド
ファンクションを焦点はずれ誤差の関数として、焦点は
ずれの０乃至４ミリの範囲にわたる通常幾つかの段階で
決定される。ポイントスプレッドファンクションが決定
される予期焦点はずれの範囲内での段階もしくはレベル
の数は、レンズ８５のタイプ、スキャナ光学系の予想さ
れるアセンブリ（組付け）誤差、及び発生しうる文書位
置の誤差に依存する。通常、ポイントスプレッドファン
クションもしくはラインスプレッドファンクションが決
定されるレベルの数は２より大きく、１０より小さい。

【００３２】図４について先に述べたようなレンズアレ
イ特性のアナモルフィックな性質のために、二次元ポイ
ントスプレッドファンクションを使用するこれらのレン
ズを特徴づけ、文書上の全方向に対する画像劣化特性を
補捉することが望ましい。図７についてみると、０．５
ミリの焦点はずれ誤差が導入された場合の日本板硝子Ｓ
ＬＡ０９レンズアレイについてグリ−ン光で測定された
典型的なポイントスプレッドファンクションが示されて
いる。本図は、文書１１上の光点が光センサ−上に対応
する点としては撮像されないが、光センサ−アレイ８２
のほぼ０．１５ミリのｘ位置範囲とほぼ０．１０ミリの
ｙ位置にわたってぼやけるような焦点はずれ強度分布を
備えることを示している。このポイントスプレッドファ
ンクションの多数のピ−クは、アレイ内の隣接するレン
ズから焦点はずれ画像面内の同一点へ収束する働きがな
いためにひきおこされる。かくして、図７に示すタイプ
のポイントスプレッドファンクションが、計算、もしく
は測定され、予期される焦点はずれ誤差の範囲全体にわ
たる幾つかの焦点はずれ位置に記録される。例えば、そ
れらは、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、
３．０、３．５、４．０ミリメ−トルの焦点はずれの段
階について記録され、１組の８個の焦点はずれの記述を
作り出すことができる。もしスキャナがカラ−分離モ−
ドで動作する場合には、レンズの挙動が光源のスペクト
ル特性と共に相当変化する場合には、光源色のそれぞれ
にこの組の８個のポイントスプレッドファンクションを
補捉することも必要と成るかもしれない。このようにす
ることによって、光学系の焦点はずれ特性を決定する上
で、レンズ８５の色収差を考慮することができる。

【００３３】焦点はずれポイントスプレッドファンクシ
ョンのそれぞれを二次元空間周波数領域に記述すること
がデジタルフィルタ−を設計する上で一般的なやり方で
あり、有効である。このことは、ポイントスプレッドフ
ァンクションの二次元フ−リエ変換を計算して、その結
果をゼロ周波数原点に対して１で正規化することによっ
て達成される。これは、光学系解析とデジタルフィルタ
−設計の分野で周知の手続であって、その結果得られる
関数は、二次元変調伝達関数、即ち、２−ＤＭＴＦとし
て知られている。例えば、図８は、図７の０．５ｍｍ焦
点はずれポイントスプレッドファンクションからそのよ
うにして計算される２−ＤＭＴＦのプロットである。こ
のようにすることによって、焦点範囲にわたり記録され
たポイントスプレッドファンクションの各々は、変換さ
れて、それに対応する一組の２−ＤＭＴＦがつくりださ
れる。

【００３４】信号の望ましくないぼけを補正するために
は、上記２−ＤＭＴＦで計算された情報を用いて記録さ
れたぼけ関数の各々について、デジタル画像復元フィル
タ−を設計することが必要である。補償フィルタ−の設
計に対する一つのアプロ−チはインバ−スフィルタ−を
使用することである。もし図８に示すような特定のぼけ
た画像状態の２−ＤＭＴＦ面を記号Ｈ（ｆｘ，ｆｙ）で
表すとすると、インバース復元フィルタ−は、以下の式
から計算することができる。Ｈ_I（ｆｘ，ｆｙ）＝１／Ｈ（ｆｘ，ｆｙ）

【００３５】但し、Ｈ_I（ｆｘ，ｆｙ）は、二次元空間
周波数領域におけるフィルタ−の周波数応答を表し、ｆ
ｘとｆｙは、それぞれ主走査と副走査方向の周波数軸変
数を表す。最初のぼけた２−ＤＭＴＦ、Ｈ（ｆｘ，ｆ
ｙ）は、ゼロに近い非常に小さな値を表すから、計算さ
れたインバ−ス復元フィルタ−周波数応答Ｈ_I（ｆｘ，
ｆｙ）は、より高い空間周波数で非常に高い値（１に対
して）をとることができる。このため、以下に述べる残
りの復元プロセス中最初に補捉される画像には、ノイズ
が相当増加することになる。２−ＤＭＴＦ関数Ｈ（ｆ
ｘ，ｆｙ）にとって望ましい復元フィルタ−を計算する
ための代替的な公式は、以下の式で表わされるウイ−ナ
−形（Wiener type)フィルタ−である。

【００３６】

【数２】

【００３７】但し、Ｈ_W（ｆｘ，ｆｙ）は、２次元空間
周波数領域におけるフィルタ−の周波数応答を記述し、
Ｓｎ（ｆｘ，ｆｙ）は、ノイズパワ−スペクトルで、Ｓ
_f（ｆｘ，ｆｙ）は信号パワ−スペクトルである。ウイ
−ナ−公式の共通の変種は、上記等式の分母のパワ−ス
ペクトルの比を系のノイズパワ−対信号パワ−比に近い
一定数と置き換えることである。インバ−スとウイ−ナ
−フィルタ−公式は、デジタルフィルタ−設計に使用さ
れる種々の復元フィルタ−公式のうちの二つである。本
発明の一態様は、これら周知の手法のうちの一つを用い
て記録された焦点ぼけぶれ応答の各々について、適切な
再生ろ波周波数応答を計算すること、即ち、ぶれ応答が
記録されたそれぞれの段階について特定の復元フィルタ
−設計が一つ存在する。上記では記号Ｈ（ｆｘ，ｆｙ）
はそれぞれの焦点はずれのレベルにおけるレンズ８５の
ぼけ特性による２−ＤＭＴＦを記述するために使用され
たが、光センサ−アレイ８２の夫々の光部位におけるサ
ンプリングアパ−チャーの大きさが有限であることから
生ずるぼけのようなその他の予測可能なぼけ誤差も場合
によってＨ（fx，fy）内に含めることができる。

【００３８】フィルタ−設計プロセスの最終部分とし
て、先にａｉ，ｊとして述べた、現在ピクセルコンテキ
ストに付与されるピクセル係数が、復元フィルタ−の周
波数応答Ｈ_W（ｆｘ，ｆｙ）またはＨ_I（ｆｘ，ｆｙ）
に対して逆フ−リエ変換を実行することによって、計算
された復元フィルタ−周波数応答から得られる。このこ
とは、理論的には、ピクセル係数の無限集合に導くが、
ａｏ，ｏを取巻く係数の少数を除く全ては廃棄され、一
方、計算された復元フィルターの再生特性に対する類似
性（近似性）は維持される。この最終操作の一例とし
て、図９は上記インバース（逆）フィルタ−公式を用い
て、図８のＨ（ｆｘ，ｆｙ）により示される０．５ｍｍ
焦点はずれ誤差に従ってぼけた画像を復元すべく計算さ
れた復元フィルタ−周波数応答Ｈ_I（ｆｘ，ｆｙ）を示
す。図９の周波数応答の逆フ−リエ変換は、より重要度
の低い値をふるい落とした後、一組の係数ａｉｊを生成
し、同係数は、上記のように、現在ピクセルに付与さ
れ、ぶれ画像を原画に近い品質に復元する。本例で得ら
れるａｉｊは５ｘ５ピクセルコンテキストを使用し、以
下の式によって与えられる。

【００３９】

【外１】

【００４０】このように、レンズ８５について記録され
た焦点はずれレベルは、それぞれ、周知の手法に従っ
て、対応する一組の復元（再生）係数を導き出した。こ
れらの復元係数の計算によって本発明の第一の段階が終
了する。これらの復元係数を活用してデジタル的に処理
された画像信号上の焦点はずれぼけとそれと関連する撮
像誤差の有害な影響を相当減らすことができる。

【００４１】第二の段階では、装置の特定の部分に取り
付けられる光学系の実際の焦点状態が決定される。特定
のスキャナ構造における焦点はずれの状態をダイタミッ
クに測定するために、タ−ゲットは, プラテンガラス１
２上、またはその他の便利な構造上に配置して、アセン
ブリ誤差及び特定アセンブリ内に存在する部品の誤差を
補償するために必要な焦点はずれ補正レベルを確立す
る。上記タ−ゲットは、焦点はずれ誤差に対して感応す
る程の十分な空間周波数を有する変調度が周知の隔離さ
れた線や小さな多重バーよりなる。理想上は、タ−ゲッ
トは走査される文書や画像の位置（即ち、物体共役）を
表わす平面内に配置すべきである。例えば、タ−ゲット
は較正タ−ゲット１０１用に使用されることの多いプラ
テン領域内か、側部位置合わせストリップ下部に配置す
ることができる。そこで、タ−ゲットは、走査プロセス
中、周期的にモニタ−されることができる。レンズ８
５、光センサ−アレイ８２、照明体６４を含む光学系
が、システムＣＰＵ９９の制御下で焦点測定タ−ゲット
の周知の位置に配置される。その後、タ−ゲットの画像
が、光センサ−アレイ８２上に投影される。この画像は
文書１１が撮像されるときに経験されるものと似た光ぼ
け量を含んでいる。光センサ−アレイ８２からのデジタ
ル信号は、その後、システムＭＹＣＰＵ９９の制御の下
で、例えば、多重バ−タ−ゲットを横切って走査し、変
調度をこれら最大最小値の差のそれらの和に対する比と
して計算する間に得られる最大最小信号値を記憶するこ
とによって、タ−ゲットの低まった変調度を計算するた
めに使用することができる。レンズ８５のぼけ特性は先
に計算され、焦点タ−ゲットは既知の空間周波数と変調
度を有するために、このタ−ゲットの変調度の低下は、
先に測定された焦点はずれの状態の一つと直接相関させ
ることができる。このために、現在決定された焦点測定
タ−ゲットの変調度の低下で先に測定された測定焦点は
ずれの状態の一つを識別するルックアップテ−ブルがシ
ステムＣＰＵ９９のＲＯＭ（図示せず）内に配置され
る。このように、プラテングラス１２、レンズ８５、光
センサ−アレイ８２からなる光学系の特殊な焦点はずれ
状態が判断され、この状態は、先に評価された焦点はず
れレベルとそれに関連するおの焦点はずれレベルを補正
するために必要な関連デジタルフィルタ−係数の組の一
つによって直接に識別することができる。

【００４２】焦点はずれの判断を行なう際の周波数は様
々である。例えば、タ−ゲットは、プラ−テン上の着脱
可能なタ−ゲットを使用することによって、最終的に組
み付け整合させた後で一度検出され、焦点はずれ補正の
所要レベルを機械の寿命の間記憶されることができる。
その代わり、タ−ゲットが機械内に組み込まれ、機械を
夫々暖機運転する間に検出され、例えば視野の交替から
生ずる光成分の変化が補償されることができる。その代
り、単一画像を走査する間にタ−ゲットを幾度か検出さ
れて、走査プロセス中の物体共役のばらつきを補正する
こともできる。カラ−文書スキャナの場合、タ−ゲット
が各カラ−で検出されて焦点の色差から生ずる焦点はず
れを検出補正することができる。このように、デジタル
画像処理回路９７に使用される一組の復元フィルタ−係
数がそれぞれのカラ−について修正され、レンズ８５の
色収差を補償することができる。

【００４３】最終段階では、フィルタ−係数ＲＯＭ９８
内に格納されたフィルタ−係数を使用してデジタル画像
処理回路９７内でぼけ画像の復元が実行される。起りう
る光学焦点はずれの多数レベルについて判断された画像
復元係数の組は、夫々、フィルタ−係数ＲＯＭ９８内に
格納される。このことは画像入力端末装置の組み付けに
先立って実行されることが好ましいが、組付けに続いて
ＲＯＭチップを、内部に随時係数がダイナミックにダウ
ンロ−ド可能なランダムアクセスメモリ−と置換するこ
とによって達成することもできる。先に述べたプロセス
に従って画像入力端末装置の現在の焦点はずれ状態が判
断された後、システムＣＰＵ９９は、デジタル画像処理
回路９７に対して情報を提供し、所定の焦点はずれレベ
ルのうちの何れが、最も正確に現在の機械焦点はずれ状
態を表わしているかを指示する。かくしてデジタル画像
処理回路は、機械の現在の焦点はずれの状態にとって最
も適切な一組の画像復元フィルタ−係数を読取り、ピク
セル係数に付与することが可能になる。

【００４４】焦点状態を自動的に検出し、その後最適な
復元フィルター係数を選択することが、好ましい動作モ
−ドであるが、一定の状況では、この選択を手動で行な
うことも望ましいかもしれない。例えば、もし比較的ノ
イズの多い文書を撮像する場合には、自動選択復元フィ
ルタ−は、高周波ノイズを過剰に増幅する恐れがある。
その様な場合には、ユ−ザ−が情報をユ−ザ−インタ−
フェイス（図示せず）に入力して同インタ−フェイスが
システムＣＰＵに対して自動検出された選択肢の代り
に、ユ−ザ−が指定するフィルタ−と置換するように信
号を送るようにすることが望ましい。

【００４５】以上の説明では一つの焦点はずれ状態が検
出でき、適切に選択された一組の画像復元ろ波係数が走
査される文書の画像信号内の全てのピクセルに対して付
与されるものと仮定したが、焦点状態が文書の一部から
別の部分にわたって変化するようにすることも可能であ
る。このことは屈折率分布形レンズアレイ８５が、プラ
テンガラスに対して正確に平行でない場合に起りうる。
また、このことは、先に述べたように、走査線端が図１
の縮小光学構造に対して単一レンズ５５で検出されると
きに発生するぼけの自然の増加のためにも生じうる。こ
れらの場合、主走査線に沿って幾つかの顕著な焦点はず
れ状態が発生する恐れがある。一本の走査線に沿ったそ
のような多数の焦点はずれ状態は、走査線により検出可
能な位置に多数の焦点検出タ−ゲットを使用することに
よって検出補正されることができる。図１０についてみ
ると、全幅レンズ８５または単一レンズ５５に面する焦
点測定タ−ゲット１０５を有し、プラテン１２上に取り
付けられるストリップ材料１０４が示されている。主走
査方向の一本の線が線Ｌｏに沿って示されるタ−ゲット
１０５を検出するように光学系を機械的に配置すると、
焦点状態は一本の走査線に沿って多数の位置で検出でき
ることになる。このような多数の状態は、文書１１の走
査開始に先立って計算され、デジタル画像処理回路９７
に連絡される。かくして、文書１１の走査中、走査線に
沿った現在ピクセル位置にとってふさわしい復元ろ波
（フィルタ）係数が正確に識別され、付与される。一つ
の文書内の多数の焦点はずれ状態を補正するためのこの
アプロ−チは、主走査方向に対して垂直な文書のエッジ
に沿う図１０に示すタイプの多重タ−ゲットストリップ
を取り付け検出することによって、副走査方向の焦点の
ばらつきに対しても適用することができる。この後者の
構成では、個々の焦点測定タ−ゲット１０５を９０度だ
け回転させるか、タ−ゲットに対して０度もしくは９０
度の回転を与えて、両走査方向への焦点はずれを測定で
きるようにすることが望ましいかもしれない。

【００４６】以上より、スキャナシステムの被写界深度
を適当な方法で電子的に大きくして、画像再生忠実度を
最大にすることができることが判る。このシステムは光
成分と整合許容差により誘導される焦点誤差を補償し、
それら許容差を緩和すると共に、画像品質を維持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】文書走査装置に使用される縮小光学系の概略図
である。

【図２】文書走査装置に使用される倍率１の全幅光学系
の概略図である。

【図３】倍率１用に設計された典型的な２行屈折レンズ
アレイ図である。

【図４】焦点はずれ距離に対する典型的な屈折率分布形
レンズアレイの変調伝達関数（ＭＴＦ）を示すグラフで
ある。

【図５】本発明の実施例を可能にするために使用される
回路機能を示す画像走査装置の外略図である。

【図６】デジタル画像処理フィルタ−により使用される
ピクセルコンテキストを示す走査画像の部分図である。

【図７】０．５ｍｍの焦点はずれ誤差を導入したときの
市販屈折率分布形レンズアレイの光学ポイントスプレッ
ドファンクション図である。

【図８】図７に示すポイントスプレッドファンクション
より導出された二次元変調伝達関数図である。

【図９】図７と８に示す特性を有する市販屈折率分布形
レンズアレイの焦点はずれぼけを除去するために設計さ
れた画像復元フィルタ−の周波数応答図である。

【図１０】多数の焦点測定タ−ゲットを含む焦点測定ス
トリップ図である。

【符号の説明】

１０画像入力端末装置１２プラテン１１文書１３第一走査ステ−ション１４第二走査ステ−ション３２キャリッジ４０光センサ−アレイ５５撮像レンズ５６、５７折畳みレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像支持体と、前記画像支持体上の画像を走査するスキャナであって、
画像支持体上の画像から光学画像デ−タを受取る光学素
子と前記光学素子から光学画像デ−タを受取り電気デ−
タ信号に変換する受光器とを備える前記スキャナと、各々が受光器により光学素子から受取られる光学画像デ
−タの複数の焦点はずれ状態のうちの異なる一つを表わ
す複数の組の画像復元デ−タを提供する手段と、受光器上の光学画像デ−タの焦点はずれ状態を判断する
手段と、前記判断手段によって判断される焦点はずれ状態に基づ
いて前記提供手段により提供される画像復元データの複
数の組の中の一つの組を選択する選択手段と、受光器から電気デ−タ信号を、また、前記選択手段から
一組の画像復元デ−タを受取り、前記選択手段から受取
られた画像復元デ−タに従って電気デ−タ信号を変更す
る信号処理手段と、からなる画像走査装置。