JPH0787263A - 単一走査遅延積分カラー画像収集システムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 単回パスカラー画像収集システムの利点をＴ
ＤＩ画像収集システムの利点と結合する。 【構成】 ３つの遅延積分ＴＤＩセンサアレイを有する
画像検知器を含む。センアレイは、電荷結合素子ＣＣＤ
から成る２行を、画像収集用のＣＣＤ１行ごとに有す
る。センサアレイは、いずれかの連続する２つのアレイ
の画像収集ＣＣＤの第１行が、画像検知器に投影される
文書の画像の画素の高さの３倍の整数Ｋ倍±１画素分の
高さの距離だけ分離される。画像検知器に投影される文
書の画像のスペクトル成分は、赤から緑、青へと変えら
れ、該スペクトル成分の変化につれ、該画像は１画素分
の高さの距離だけ画像検知器の下方に走査される。各画
素ラインは、異なるスペクトル成分で各センサアレイに
映写され、個別のセンサアレイ専用フィルタを有するこ
となく、システム中を１回の通過だけで３色で画像収集
できる。

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
収集するシステム、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
イン逐次形カラー画像収集システムに関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】電子カラー画像収集シス
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）を収集する。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、その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】逐次形カラー画像収集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。画像収集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つの示差的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、単一の線形または
遅延積分（ＴＤＩ）画像収集素子を使用して、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つの個別の走査を収集する。この画像
収集素子は、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、画像収集素子または鏡系のい
ずれかが動かされる。

【０００５】この形式のシステムの第１の短所は、所与
の最大出力データ転送速度で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およ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収集素子を使用する
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
構成要素およ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
または基板上に３つの画像収集素子を一緒に、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およ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、画像収集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、異なる画像収集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 Ｓｅ
ｐａｒａｔｏｒ ｆｏｒ Ｃｏｌｏｒ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ”（ＳＰＩＥ Ｖｏｌ ８０９−Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ｉｍａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， 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カラー画像収集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４，５０
０，９１４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）画像収集アレイによっ
て定義されるカラー画像収集アレイに関する。

【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
ラー画像収集システムに関する。

【００１２】Ａｕｇｈｔｏｎらの米国特許第４，６２
８，３５０号は、光ビームが可動トランスパレンシおよ
び回転フィルタエレメントを通って単一の線形画像収集
素子に当たる画像収集システムに関する。この回転フィ
ルタエレメントは、順次３つの示差的なスペクトル成分
の光を通過させる。光は単一の線形画像収集素子によっ
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収集素子の利用を教示
している。線形画像収集システムにまさるＴＤＩ画像収
集アレイの利点（有効光感度が高く、収集画像の空間均
質性および忠実度が大きい）は、公知である。しかし、
単回パス画像収集システムにおいて、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画像収集アレイが、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ＴＤ
Ｉ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
画像収集システムの利点をＴＤＩ画像収集システムの利
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お
よび方法において実施される。システムは、そのそれぞ
れが画素検知エレメントの１以上のラインを有する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収集システムの文脈で
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および赤外線画像の両
方を収集する、または、多色画像および１以上の単色画
像を収集することが望ましい場合がある。画像収集シス
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、光学式スキャナまたはカラーフ
ァクシミリ機での使用に適したカラー画像収集システム
の文脈で説明する。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
の少なくとも一部の画像がセンサアレイとすれ違うよう
に移動する。

【００１８】例示する画像収集システムはまた、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収集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】説明する実施例において使用されるセンサ
アレイは、３つのＴＤＩ画像収集素子を含む。ＴＤＩ画
像収集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画像収集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画像収集素子のそれぞれは、
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お
よ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、以前に収集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および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’および４
１２”）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。文書の走査および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およ
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ＯＵＴ
１）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４１８）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ＯＵＴ
２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３０
２，３０４および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および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および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収
集システムの一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・データ収
集機能は、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で画像収集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、ベルトおよ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
によって画像収集アレイ１１８に投影される。レンズ系
１１６は、画像収集アレイ１１８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および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１１
４Ｐ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、画像収集アレイ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と画像収集アレイ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１１
２、カラーホイール１１４およびステッパモータ１２０
は、赤、緑および青色光をそれぞれ発光する３組のラン
プ１１２Ｒ、１１２Ｇおよび１１２Ｂ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、画像収集アレイ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および画像収集アレイ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、文書の画像は画像収集アレ
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、画像収集アレイは、遅延積分（Ｔ
ＤＩ）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。画像収集アレイ１１
８については、図６および図７によって以下で詳述す
る。

【００３０】画像収集アレイ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
の画像を収集する。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収集アレイ１
１８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２０４８画素を有し、各
画素は、文書上の約０．００００３平方インチの面積を
有する方形に一致する。従って、画像収集アレイのセン
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およびカラーホイール１１４の移動
を、画像収集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、文書の画像が画像収集アレイ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。ベルトの移動およびＴＤＩアレイに収集さ
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の一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、画像収集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センサによって収集
され積分されると、処理装置１２２により色収集アレイ
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】画像収集アレイ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、緑およ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
およ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、
緑および青の画像に分解される。

【００３４】センサアレイはそれぞれ、画像収集エレメ
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
クトル内容および画像収集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４
５０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６００ｎｍおよび４３５ ｎｍに一つずつ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および１１４ＢＰによって代替さ
れている。フィルタ１１４ＲＰは、６００ ｎｍにｘの
ＣＩＥ三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
の三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。
本発明人は、これが二重ピーク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および２に示した赤色フィルタ１１
４Ｒ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、画像収
集アレイ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および１１
４ＢＰの両方からの光に感光される。画像収集アレイ１
１８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および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
全部が文書と画像収集アレイ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およびステッパモータ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および１１
２Ｂで代替することができる。この代替実施例では、ｘ
のＣＩＥ三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、画像収集アレイ１１８および、画
像収集アレイ１１８に対して制御信号を送信し、画像収
集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
像収集アレイ１１８は、３の構成要素ＴＤＩアレイ３０
２，３０４および３０６を含んでいる。これらのアレイ
は、図６および図７によって以下で詳述する。

【００４１】クロック発振回路３３０は、画像収集アレ
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および直列クロック信号ＳＣを供給す
る。図のＰＣおよびＳＣはそれぞれ、画像収集アレイの
並列レジスタおよ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の並列相および並列−直列イ
ンタフェース相を含み、ＳＣは、４の直列相、セット相
およびリセット相を含む。すべての直列相および並列相
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およびＳＣは、それぞれ、約４ ｋＨｚお
よび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お
よ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および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
号の周波数およ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およびカラーホ
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および３０６は、各自のアナログ−ディジタル変
換器（ＡＤＣ）３０８，３１０および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２０４
８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および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および３１２は、画像収集アレ
イ３０２，３０４および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および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および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および３１
８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３
２０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および２である時にそれぞれＡＤＣ ３０８，３
１０および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および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 ３１
２，３０８および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、緑および青色光に連続し
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３１４，３１６および３１８はそれぞれ、赤、
緑および青のサンプル値を供給する。

【００４６】マルチプレクサ３１４，３１６および３１
８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および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１１×１４インチの大きさであり、各画素
は、０．００００３平方インチの面積および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および３２６は、
従来のデュアルポートランダムアクセス記憶装置（ＲＡ
Ｍ）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】画像収集アレイ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および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
分および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３２０によってマルチプレクサ３１４，３
１６および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お
よび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３
２０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３０
２、３０４および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および図５に示す画像収集ア
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、画像収集アレイ１１８の構成および
動作を説明する。

【００５３】上述のように、画像収集アレイ１１８は、
３つの構成要素ＴＤＩセンサアレイ３０２，３０４およ
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２０４８の画素画像収集セルか
ら成る３ライン（４１２，４１４および４１６）を有す
る。ライン４１２と４１４の画像収集セルは、マスクさ
れたセルの２ライン４１２’および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、画素画像収集セルラ
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の画素画像収集セル
と、２０４８段並列入力・直列出力ＣＣＤシフトレジス
タ４１８と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の一部の平面
図である。アレイは、３行の画像収集セル４１２，４１
４および４１６を有する。画像収集セルの各行は、その
次の行とマスクされたセル２行によって（例えば４１
２’および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および
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および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Ｌ
１）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および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Ｐ１’、Ｐ２’お
よびＰ３’になる。この時間間隔の間に、画素ラインＬ
１は行４１２’に焦点を合わせられ、画像収集アレイ全
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’および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”、Ｐ
２”および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、画像収集アレ
イ１１８は青色光に感光される。行４１２’と同様、パ
ケットＰ１”、Ｐ２”および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”、Ｐ
２”およびＰ３”は、行４１４の画像収集セルに転送さ
れ、パケットＰ１”’、Ｐ２”’および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、画像収集セルに照射する光はパケッ
トＰ１”’、Ｐ２”’および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Ｌ
１の画素を表現する電荷パケットは、セルの行４１４’
および４１４”を介して転送される。次のサイクルで
は、パケットが行４１６の画像収集セルに留まり、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’および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４１８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、８ＭＨｚ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
のセット相およびリセット相は、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、上述の動作が画像収集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および３０６
の構造は、最後の画像収集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、画素画像収集セルの最後
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収集セル
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および３０６はそれぞれ、緑色サンプルおよび
青色サンプルを供給している。

【００６３】個々のＴＤＩアレイ３０２、３０４および
３０６は、いずれかの連続する２のアレイの画像収集セ
ルの第１ライン間の距離ｄが、セル（画像収集セルおよ
び非画像収集セル）の３つのラインによって表現される
間隔に、１付加ラインによって表現される間隔を加えた
間隔の倍量であるように、画像収集アレイ１１８上で構
成されている。実際の設計検討事項として、その間隔は
個々のアレイ３０２、３０４および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。
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の画像収集ラインおよび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、５２
ライン幅の距離ｄがより適当かもしれない。他の選択と
して、距離ｄは３ラインの間隔−（マイナス）１ライン
の間隔の倍量に等しくすることもできる。図４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
ずつ画像収集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収集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およ
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、画像収集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および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
分および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】文書の画像が画像収集アレイ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の画像収集ラインで赤色光に感光されると、ラ
インは、ＴＤＩアレイ３０４の画像収集ラインで緑色光
に、また、ＴＤＩアレイ３０６の画像収集ラインで青色
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および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
クル分および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、または、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
像収集センサ（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つの線形画像収集セ
ンサは上述の画像収集アレイ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収集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Ａｕ
ｇｈｔｏｎ特許に記載された画像収集装置におけるより
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】本発明の画像収集システムの主要エレメントの
構成を示す一部ブロック図形式の斜視図。

【図２】図１に示す画像収集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に示す画像収集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に示す画像収集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に示す画像収集システムの使用法を示すブ
ロック図。

【図６】図１に示す画像収集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一部の拡大平面
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 画像収集アレイ 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イン、ルー、ヤオ アメリカ合衆国ニューヨーク州、ミルウッ ド、ソマーズタウン、ロード、174

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象となる画像の多数のスペクトル成分を
   画素の行列として収集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個の画素ラインを表現する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、 対象画像を前記画像検知手段で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画素ラインが１回前記画像検知手段を
   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スペクトル制御手段と走査
   手段と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。
2. 【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、それぞれが画
   像検知エレメントの多数の行を含むＭ個の遅延積分（Ｔ
   ＤＩ）センサアレイを有しており、さらに、 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、また、 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の画像検知エレメ
   ントの行と分離されていることを特徴とするシステム。
3. 【請求項３】請求項２記載のシステムであって、 投影された対象画像の各画素は既定の高さＨを有してお
   り、 前記Ｍ個のセンサエレメントの連続する行の画像検知エ
   レメントのそれぞれの第１行が、式Ｄ＝〔（Ｋ＊Ｍ）＋
   １〕＊Ｈ（式中、Ｋは整数）によって定義される距離Ｄ
   だけ分離されていることを特徴とするシステム。
4. 【請求項４】請求項２記載のシステムであって、 投影された対象画像の各画素は既定の高さＨを有してお
   り、 前記Ｍ個のセンサエレメントの連続する行の画像検知エ
   レメントのそれぞれの第１行が、式Ｄ＝〔（Ｋ＊Ｍ）−
   １〕＊Ｈ（式中、Ｋは整数）によって定義される距離Ｄ
   だけ分離されていることを特徴とするシステム。
5. 【請求項５】請求項１記載のシステムであって、 スペクトル制御手段は、それぞれ時間Ｔから成る各一定
   時間間隔で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ように前記制御手段に応答し、 走査制御手段は、時間ＴにおいてほぼＨに等しい距離だ
   け画像検知手段で文書の画像を走査するように前記制御
   手段に応答することを特徴とするシステム。
6. 【請求項６】請求項１記載のシステムであって、スペク
   トル制御手段が、 前記多数のスペクトル成分を含む多色放射線により対象
   を同時に照射するための手段と、 対象と画像検知手段との間に配置されおり、Ｎ個のフィ
   ルタエレメントを含み、前記Ｎ個のうちのＭ個以上のフ
   ィルタエレメントを通って画像検知手段に映写される対
   象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。
7. 【請求項７】請求項６記載のシステムであって、前記フ
   ィルタ手段が赤・緑・青のＣＩＥ三刺激値スペクトルに
   近似した３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。
8. 【請求項８】請求項７記載のシステムであって、赤色Ｃ
   ＩＥ三刺激値スペクトルに近似したフィルタエレメント
   が、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ＣＩ
   Ｅ三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。
9. 【請求項９】請求項１記載のシステムであって、スペク
   トル制御手段が前記多数のスペクトル成分の各成分によ
   り対象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。
10. 【請求項１０】Ｍ（Ｍは整数）個のセンサエレメントを
    含む画像センサアレイを有する画像収集システムにおい
    て、対象の画像の多数のスペクトル成分を画素を表現す
    る電気信号として収集するための方法であって、 ａ）対象の画像を画像センサアレイに投影する段階と、 ｂ）投影対象画像をセンサアレイに走査する段階と、 ｃ）Ｎ（ＮはＭ以上の整数）個のスペクトル成分のうち
    から画像センサアレイに投影される対象画像のスペクト
    ル成分を変化させる段階と、 ｄ）対象画像からの１画素ラインが１回画像センサアレ
    イを走査されると、その画素ラインの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段階ｂ）およびｃ）を
    同期させる段階とを含むことを特徴とする方法。