JPS6316064B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光センサアレイを用いた画像入力装
置に関する。

CCDが発表されて以来、急速な進歩をとげた
固体センサは１次元及び２次元センサを問わず多
素子化が推し進められている。しかしながら、こ
うしたセンサの多素子化はLSIの高密度化と同様
に多素子になる程、指数関数的に難しくなり、現
在の技術水準においてすら、ようやく標準テレビ
カメラの仕様を満足するに至つた状況である。

しかしながら画像入力装置に対する多画素化、
すなわち高解像度化への要求は走査型コピア，フ
アクシミリ等の文書入力あるいはリモートセンシ
ングに見られるような超高精細画像入力等におい
て強く、これまではセンサを多数個並べたり、あ
るいは歩留りの低下を覚悟にセンサ自体の多画素
化が試みられてきた。こうした試みは装置の複雑
化、信頼性の低下ひいては装置の高価格化を招
き、一般への普及へのさまたげの一因となつてい
た。

こうした要求に応えるものとして、近年第１図
及び第２図に示すような２次元センサを用いて高
解像度の１次元センサを実現しようとする試みが
なされた（1978 International Conference on
the Application of Carged Coupled Device
Proceeding “CCD78”，pp1−13〜pp1−23，
78Oct.25〜27，Sandiego）すなわち文書等の画
像１は、レンズ３，４を介してマスク５及び２次
元センサ６上に結像され、電気信号に変換され
る。第２図に示すように、マスク５には、列方向
に要求分解能に対応した間隔でずれたアパチヤ７
が２次元センサ６の各光電変換素子毎に開けられ
ている。このため、画像１の矢印２に示す方向の
移動と同期をとりつつ、２次元センサ６の出力を
読み出し、メモリ上で画像を合成すれば実質的に
２次元センサの光電変換素子数に等しい素子数を
備えた１次元センサ、すなわち、例えば２次元セ
ンサが100×10個の光電変換素子を持つていれば
最大1000個の光電変換素子を持つ１次元センサが
実現できることになる。しかしながらこの方法で
は要求される分解能以上の精度で画像１の移動と
同期をとらねばならず、高価な精密機構を用いな
ければならない。さらにこの方法は２次元センサ
を用いているものの動作はあくまでも１次元セン
サであるため、機構部分のない高信頼度なかつ高
速入力をめざす２次元センサへの適用は不可能で
ある。

この発明は上記事情に鑑みて為されたものであ
り、その目的は少ない光電変換素子数の光センサ
アレイを用いて入力画像をより多くの画素数に分
割して入力することのできる画像入力装置を提供
することにある。

本発明による画像入力装置は、複数の光電変換
素子が配列された光センサアレイと、この光セン
サアレイ上に入力すべき画像を結像させる光学系
と、前記光センサアレイの前面に設けられ夫々の
光電変換素子に入射する光を制限するアパーチヤ
を有するマスクと、前記光学系が光センサアレイ
上に結像する画像の位置を微小変化させる手段と
を備え、入力画像を前記光電変換素子数よりも多
くの画素数に分割して入力することを特徴とする
ものである。

以下に説明する最も好ましい実施例において
は、光センサアレイとして光電変換素子が２次元
状に配列された２次元センサを用いるとともに上
記手段として光偏向器を利用したもので、完全に
機械的走査機構を必要としない高精度な画像入力
装置が提供される。

まず、第３図乃至第５図を参照して本発明の原
理を説明する。第３図は本発明の原理を説明する
ための模式図であり、１０は入力すべき画像、１
１は光偏向器、１２はマスク、１３は光センサア
レイである。光センサアレイは２×２個の光電変
換素子（以下セルと呼ぶ）１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ，１３ｄが２次元に配列されている。従つて、
いま光偏向器１１及びマスク１２が存在しないと
すれば、画像１０は図示の如く４個の画素Pa，
Pb，Pd，Pcに分割されて読み取られる。そこ
で、画像１０をより多くの画素に分割して読み取
るためにマスク１２が光センサアレイ１３の前面
に配置される。マスク１２は光センサアレイ１３
の各セルに対応するアパーチヤ１２ａ，１２ｂ，
１２ｃ，１２ｄを有し、それ以外の領域に達した
光を遮断吸収もしくは反射する。第３図において
各アパーチヤはセルの開口面積の1/3の面積を有
しｙ軸方向に伸長した開口となつている。このと
き光センサアレイ１３の各セルに入射する光は第
４図ａに示すように、上記のように分割された画
素のそれぞれ一部からの光のみである。第４図
ａ，ｂ，ｃは第３に示す構成をｙ軸方向から見た
場合を示している。第４図ａにおいて、例えば画
素Paではその中央部分からの光のみがアパーチ
ヤ１２を通過してセル１３ａに達している。した
がつて第４図ａの場合読み取られる画像１０の領
域は第５図ａに示す斜線部分となる。

次に光偏向器１１が画像１０からの光を角度θ
だけ変化させた場合を第４図ｂに示した。このと
きは第５図ｂに示す斜線部分が各セルで電気信号
に変換される。更に第４図ｃに示すように光偏向
器１１が角度（−θ）だけ光を偏向した場合に
は、第５図ｃに示す斜線部分が各セルで電気信号
に変換される。したがつて各画素Pa，Pb，Pc，
Pdはそれぞれ更に小さい３個の画素に分割する
ことができ、画像１０は６×２個の画素からなる
ものとして読み取ることができる。

このように、光センサアレイの前面に設けられ
た各々のセルに入射する光を制限するアパーチヤ
を有するマスクを設けることにより、画像１０を
より多くの画素に分割して読み取ることができる
ため、少ないセル数のセンサを用いても容易に多
画素化でき、解像度を向上させることができる。
これに加えさらにセル１３ａ，１３ｂの受光領域
以外のところに数多く設けられているスイツチ機
構が、入射光により誤動作することが防げるとい
う極めて信頼性の高い装置が実現できるという格
別の効果も奏している。

第３図においては画像１０のｘ方向についての
み多画素化したが、マスク１２及び光偏向器１１
を工夫することによつてｙ方向についても多画素
化できることが明らかである。

第６図に本発明の最も好ましい実施例としての
画像入力装置を示す。この装置においては機械的
な走査機構が全く省かれている。図において、２
０は原稿載置台であり、読み取られる原稿２１が
載置される。原稿載置台２０の少なくとも原稿２
１が載置される領域は光透過性が充分あるように
例えばガラス板で構成されている。２２，２３は
原稿２１の全面を照射する光源であり、望ましく
は単一波長の光を出力するもので原稿２１の全面
に一様な光程度で照射されるべきである。２４は
Ｍ×Ｎ個のセルからなる２次元光センサアレイで
あり、結像レンズ２５によつて原稿２１の像が光
センサアレイ２４上に結像するように配置され
る。このときレンズ２５を通過した光は光偏向器
２６及びマスク２７を介して光センサアレイ２４
に達する。本実施例においては以上説明した各部
がすべて固定位置に設けられている。

第６図においては、更に光センサアレイ２４か
ら光電変換信号を順次取り出すための駆動部２
８、光偏向器２６の光偏向角を制御するための偏
向制御部２９及び光センサアレイ２４から取り出
された光電変換信号を処理する信号処理部３０を
有している。

本実施例において、光センサアレイ２４、光偏
向器２６及びマスク２７は一体に形成され、その
一部断面図を第７図に示す。光センサアレイ２４
としてはCCDセンサを用い、CCDセンサ表面に
Al層を蒸着することによつてマスク２７が得ら
れる。この場合マスク２７は光センサアレイ２４
のセル毎に１つのアパーチヤ２７を有する。この
ように構成すればアパーチヤ２７、以外のセンサ
部分には光が照射されないので、この部分に感光
した微弱信号を増幅するためのセンスアンプ及び
各セルの感光信号を順次転送出力するための
CCD転送回路を形成することができ、固体セン
サのLSIチツプ面積を無駄に大きくし、歩留りを
悪くするようなことがない。むしろ感光に直接関
係しない回路部分を積極的に画像の多画素化利用
できる。またマスク２７をAl蒸着で形成するな
らば、コスト上昇もなく精度よくかつ極めて簡単
に実現できることは言うまでもない。

光偏向器２６としては音響光学素子を用いてい
る。すなわち、マスク２７の上部に超音波を通す
光透過性の媒質からなる部材２６₁を設け、その
端部に階段状に設けられた超音波振動子２６₂を
配置する。超音波振動子２６₂にブラツク反射条
件を満足するような超音波信号を加えることによ
つて、入射光は階段状の振動子２６₂のそれぞれ
から加えられる超音波のベクトル合成波にてブラ
ツク反射され、マスク２７へ達する。印加する超
音波信号の周波数を変えることによつてこのベク
トル合成波面の傾きを変えることができ、それに
応じて反射角すなわち偏向角が変えられる。

第８図は光センサアレイ２４の１つのセルの大
きさに対するアパーチヤ２７₁の大きさを示すも
のでここではアパーチヤ２７₁は1/16の開口面積
となつている。また後述する理由でセルは16個の
領域に区分されそれぞれ領域を指定するアドレス
が付されている。アパーチヤ２７₁はアドレス
0100の領域に位置している。すなわち光偏向器２
６が全く光を偏向しない場合にこの領域に結像さ
れる光を基準として考えると、この光は光偏向器
２６が駆動されると他の領域に偏向され、マスク
２７によつ膜遮断される。例えばアパーチヤ２７
_１の寸法ａを5μm，光偏向器２６の部材２６₁の厚
みｃを500μmとすると、隣りの領域（0110）への
偏向角θは約0.6度である。

上記のような偏向を実現するため、偏向制御部
２９は第９図に示す構成となつている。２９₁は
アドレス信号を収容する４ビツトのレジスタであ
る。その上位２ビツトは超音波発生器２９₂に供
給され、ｙ方向への偏向に充分な周波数_yを有す
る超音波信号を発生させる。また、下位２ビツト
は超音波発生器２９₃に供給され、ｘ方向への偏
向に充分な周波数_xを有する超音波信号を発生さ
せる。これら２つの超音波信号によつて16の領域
のうちの１つへ上記基準となる光が偏向される。
このような偏向によつて、光偏向器２６が偏向を
行なわない場合に光を通過しない領域に達してい
た光がアドレスを変化させることによつて時分割
的にアパーチヤ２７₁に達する。

第８図は１つのセルに対する光の偏向を示して
いるが、その他のセルも全く同様である。したが
つて第６図において原稿２１を載置したら、偏向
制御部２９に与えるアドレス信号を定め、そのと
きの光センサアレイ２４の各セルの出力信号をす
べて取り出し、次に異なるアドレス信号を偏向制
御部２９に与えて同様に光センサアレイ２４の出
力を取り出していく。

以下同様にすべてアドレスを順次与えてそのと
きの出力信号を取り出せば、Ｍ×Ｎ個のセルで、
原稿２１の画像は4M×4N個の画素として時分割
的に取り出すことができる。

このように時分割的に得られる出力信号は第５
図ａ〜ｃからも明らかなようにとびとびの画素の
データが連続的に得られるので、得られた出力信
号を原稿２１の画素の順序に配列する必要があ
る。その一例を第１０図に示す。

第１０図は信号処理部３０の一構成例を示すも
ので、4M×4N個のデータを保持できるデータメ
モリ３００を持つ。第１０図は、光センサアレイ
２４が自己走査形のセンサである場合に好適なも
のである。自己走査形のセンサは、駆動部２８か
ら供給される走査クロツクCPに同期して各セル
を順次走査してその電気信号を順次出力できるよ
うに構成されている。駆動部２８は１回の走査の
終了すなわちＭ×Ｎ個の電気信号を出力する毎に
走査終了信号（EOS）を出力するように構成さ
れているものとする。

光センサアレイ２４からの電気信号はＡ／Ｄ変
換器３０１に供給されてデイジタル信号に変換さ
れる。このデイジタル信号はCPに同期してラツ
チ回路３０２にラツチされる。ラツチ回路３０２
の出力はデータメモリ３００に供給されている。

一方、CPはＸカウンタ３０３によつて計数さ
れる。Ｘカウンタ３０３はCPをＭ個計数する毎
にキヤリー信号を出力するＭ進カウンタである。
このキヤリー信号はＹカウンタ３０４で計数され
る。またEOSは４ビツトのカウンタ３０５によ
つて計数される。カウンタ３０５の計数値は第８
図のようにアドレスが定められている場合にはア
ドレス信号として用いることができるので、偏向
制御部２９へ供給されている。

データメモリ３００のＸアドレスはＸカウンタ
３０３の内容（上位）とカウンタ３０５の下位２
ビツト（下位）で指定される。ＹアドレスはＹカ
ウンタ３０４の内容（上位）とカウンタ３０５の
上位２ビツト（下位）で指定される。この指定
は、光センサアレイ２４から順次得られる電気信
号がデータメモリ３００内の画像としてみると、
４画素毎にとびとびの画素の情報を表わしている
ことに基づいている。

初期状態として各カウンタはクリアされてい
る。このとき、カウンタ３０５は“0000”である
から偏向制御部２９は光偏向器２６が領域
“0000”に対応した偏向を与えるように制御して
いる。この状態で駆動部２８がCPの発生を開始
すると、光センサアレイ２４から順次出力される
電気信号はＡ／Ｄ変換器３０１によつてデイジタ
ル信号に変換されてラツチ回路３０２に順次ラツ
チされる。

一方、CPを計数するＸカウンタ３０３及びＹ
カウンタ３０４によつて順次ラツチ回路３０２内
のデイジタル信号のＸ，Ｙアドレスが決定される
ので、データメモリ３００に順次各画素のデイジ
タル信号が収容される。このようにして光センサ
アレイ２４の１走査が終了するとEOSが供給さ
れカウンタ３０５は“0001”となるとともにＸカ
ウンタ３０３、Ｙカウンタ３０４はクリアされ
る。これによつて偏向制御部２９は光偏向器２６
が領域“0001”に対応した偏向を与えるように制
御する。以下同様にして光センサアレイ２４の走
査を16回繰り返すことにより入力画像のすべての
画素の情報がデータメモリ３００に収容できる。

第１１図に本発明の他実施例を示す。

画像からの光４０は偏向素子４１及び４２によ
つて反射された後、マスク４３を介して光センサ
アレイ４４に達する。偏向素子４１はＸ方向への
偏向を行ない、偏向素子４２はＹ方向への偏向を
行ない、２次元的偏向を実現している。ここでは
偏向素子４１，４２が分極方向が互いに逆になる
ように貼り合せられ、印加電圧によつてたわむよ
うにした圧電素子に鏡を取り付けた構成となつて
いる。本実施例では光透過形の偏向素子でないの
で媒質中の屈折による解像度の低下がない利点が
ある。

第１２図は本発明の更に他の実施例を示し、画
像からの光５０は、偏向素子５１によつて反射さ
れた後、マスク５２を介して光センサアレイ５３
に達する。偏向素子５１は、適切に分極方向を配
列した４本の圧電素子上に鏡を取り付けたもの
で、１つの偏向素子で２次元的な偏向を行なうこ
とができる。

第１３図は、第２の発明に係る一実施例を示す
もので、光像を固定し２次元センサ自体を動かし
て走査するものである。６０は２次元センサ、６
１はマスク、６２は圧電素子である。この圧電素
子６２は、電圧制御が可能であり、しかもこの微
小駆動は、振動変化量がリニアーに変化し優れた
安定性，操作性を有する。しかしながら、微小駆
動のため振動量が少ないため、この実施例では、
剛体棒６３を支点６４により、テコを形成し振動
量を拡大している。テコはセンサ６０に２方向か
ら取りつけてあり、２次元方向に振動させる。

又さらに、この剛体棒６３は、電圧と周波数の
積に比例して熱を発する圧電素子６２と、熱によ
り影響を受けやすいセンサ６０とを離隔させる働
きをしている。

このようにセンサ６０上に光像を結像しマスク
６１の付加されたセンサ自体を２次元方向に振動
させれば少ない画素数のセンサで、多画素の情報
を得ることができる。

以上の各実施例は、偏向が微小な素子とセンサ
表面に付けられたマスクとの組み合せによつて画
素レベルで時分割的に画素を分割していたが、大
きな偏向角が得られるガルバノメータあるいは回
転ミラーのような機械的偏向器を用いて画像全体
を複数に分割することによつても、同様の効果が
得られる。すなわち、第１４図に示すように適当
に制御された機械的偏向器７０，７１により、ま
ず第１５図に示す８０ａ部分の画像がセンサ７２
上に結像する。つぎに偏向器７１を変化させ、８
０ｂ部分をさらに偏向器７０を変化させ８０ｃ部
分を、最後に偏向器７０を変化させ、８０ｄ部分
を各々センサ７２上に結像することによつて画像
全体を入力することができる。本実施例では、上
述したように偏向角が大きくならなければなら
ず、現在の技術では全電子的なものに対し、信頼
性の低下、コストアツプといつた欠点のある機械
的偏向器を用いざるを得ないが、前述したように
画素レベルでの分割でないためセンサに密着した
マスクが不要となることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明は画素レベルある
いは画像レベルで時分割的に画像を分割する偏向
器またはセンサ振動手段を用いることによつて少
ないセル数のセンサを用いても容易に多画素化で
き、解像度を上げることが可能となる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく
種々変形して実施することができる。上記実施例
では２次元の光センサアレイを用いたが１次元の
光センサアレイであつてもよいことは明らかであ
る。また光偏向器による偏向段階数も任意でよ
く、近似的にはマスクのアパーチヤの寸法でセル
の寸法を割つた値となる。光センサアレイ自体も
CCDセンサ以外の種々の固体センサを用いるこ
とができる。

更に上記実施例では、入力されている画像とし
て原稿台上の文書等の原稿としているが、いわゆ
るカメラ等で撮影するような人物等の被写体を入
力画像としてもよいことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来技術を示す図、第３図
第４図ａ，ｂ，ｃ及び第５図ａ，ｂ，ｃは本発明
の原理を説明するための図、第６図は本発明の一
実施例を示す図、第７図乃至第１０図は本発明の
一実施例を説明するための図、第１１図乃至第１
５図は本発明の他の実施例を説明するための図で
ある。 ２１……原稿、２２，２３……光源、２４……
光センサアレイ、２５……集束レンズ、２６……
光偏向器、２７……マスク、２７₁……アパーチ
ヤ、２８……駆動部、２９……偏向制御部、３０
……信号処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力画像光を信号電荷に変換する光電変換素
   子を複数配列した光センサアレイと、 この光センサアレイ上に設けられた、光センサ
   アレイ上に照射される前記入力画像光を遮光する
   ためのアパーチヤを有するマスクと、 このマスクに設けられたアパーチヤを通して前
   記光電変換素子に入射される入力画像光の光電変
   換素子上の位置を微小変化させる手段と、 この手段による前記入力画像光の入射位置の変
   化に同期して前記光センサアレイの読出し部より
   信号電荷を読み出す手段とを備え、 前記マスクに設けられたアパーチヤは前記光セ
   ンサアレイの光電変換素子よりも小さい開口面積
   を有し、入力画像を前記光電変換素子よりも多く
   の画素数に分割して入力させることを特徴とする
   画像入力装置。 ２ 微小変化させる手段は、光センサアレイ上の
   セル単位もしくはそれ以下の単位で微小変化を行
   わしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の画像入力装置。 ３ 微小変化させる手段が光偏向器からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像入
   力装置。 ４ 入力画像光を信号電荷に変換する光電変換素
   子を複数配列した光センサアレイと、 この光センサアレイ上に設けられ、光センサア
   レイ上に照射される前記入力画像光を遮光するた
   めのアパーチヤを有するマスクと、 このマスクを有する前記光センサアレイを支持
   する支持部材と、 この支持部材を微小駆動し、前記光センサアレ
   イの前記マスクに設けられたアパーチヤを通して
   前記光電変換素子に入射される入力画像光の光電
   変換素子上の位置を微小変化させる圧電素子と、 この圧電素子による前記入力画像光の入射位置
   の変化に同期して前記光センサアレイの読出し部
   より信号電荷を読み出す手段とを備え、 前記圧電素子の微小駆動により入力画像を前記
   光電変換素子よりも多くの画素数に分割して入力
   させることを特徴とする画像入力装置。 ５ 微小変化させる圧電素子は、光センサアレイ
   上のセル単位もしくはそれ以下の単位で微小変化
   を行わしめることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載の画像入力装置。