JP2000201250A - 走行物体撮像方法及びラインスキャナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで撮像の作動距離が短く、必要十分
な画質を短いスキャン時間で得る。 【解決手段】 撮像面に対向させて配置されるＭＯＳ型
の２次元センサの画素を選択的に走査する。これにより
符号ＲＬや、ＲＧや、ＲＢのラインセンサとして使用す
ることができる。又、カラーフィルタを付けることで、
符号ＲＬを赤色用のラインセンサとし、符号ＧＬを緑色
用のラインセンサとし、符号ＢＬを青色用のラインセン
サとすることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印刷物などの走行
物体を撮像する走行物体撮像方法及びラインスキャナ装
置に係り、特に、低コストで撮像の作動距離が短く、必
要十分な画質を短いスキャン時間で得ることができる走
行物体撮像方法及びラインスキャナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像素子には、画像の形成方式からみる
と、２次元センサと、１次元センサとの２種類がある。
前者は、エリアセンサなどとも呼ばれ、１回の露光で２
次元の画像情報を取り出すことができる。これに対し
て、後者は、ラインセンサあるいはリニアイメージセン
サなどとも呼ばれ、被写体もしくは撮像素子のいずれか
一方を機械的に移動させることにより複数回の露光を行
い、線情報の組合せによって２次元の画像情報を得るよ
うにしている。

【０００３】撮像時の被写体に対する位置関係からみる
と、密着センサと、レンズ縮小センサとの２種類があ
る。前者は、コンタクトセンサ、コンタクトイメージ
ャ、あるいはコンタクトイメージセンサなどとも呼ば
れ、被写体に撮像素子を密着させるか、あるいは間にセ
ルフォックスレンズなどを挿入するなどして、等倍率で
撮像する。これに対して、後者は、レンズ類により、光
学的に縮小して撮像するものであり、このため一定の作
動距離（working distance：以下撮像作動距離と称す
る）を必要とする。

【０００４】ここで、印刷物などの走行物体を連続的に
撮像するには、ラインセンサが用いられる。これに対し
て、レンズ縮小型ラインセンサカメラは、高速スキャン
や高解像度入力が可能であるという特徴を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ
縮小型ラインセンサカメラは、撮像対象に応じた撮像作
動距離が必要であり、このため設置の制限が大きいとい
う問題がある。レンズ縮小型ラインセンサカメラは、多
数並列配置して、１つ当りの撮影範囲を縮小して、撮像
作動距離を縮小することは可能である。しかしながら、
一般のエリアセンサカメラに比べて高価であるため、コ
スト的な難点がある。

【０００６】又、密着センサは、一般にフラットベッド
スキャナやファクシミリ、コピー機などで用いられてい
る、２００ないし６００ＤＰＩ（dot per inch）の高解
像度タイプと、ホワイトボードコピー機などで用いられ
る低解像度タイプとがあるが、いずれも静止物体をセン
サ側の機械的走査により撮像することを目的としている
ため、印刷物などの走行物体を撮像するには、走査速度
が絶対的に不足している。高解像度タイプでも低解像度
タイプでも、撮像に用いるフォトダイオード自体が大き
いため、放電時間が長く、動作速度が遅い傾向がある。
このため、無理に早く動作させると画像の読みこぼしが
生じる。従って、密着センサは、信号対雑音比（ＳＮ
Ｒ：signal noise retio）などの面からも検査計測用途
には不充分である。

【０００７】本発明は、低コストで撮像の作動距離が短
く、必要十分な画質を短いスキャン時間で得ることがで
きるめいを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず、本願の第１発明の
走行物体撮像方法は、印刷物などの走行物体を撮像する
走行物体撮像方法において、前記走行物体の撮像面に対
向させてＭＯＳ型の２次元センサを配置し、該２次元セ
ンサの画素を選択的に走査することで、前記走行物体の
走行に対してラインセンサとして使用することにより、
前記課題を解決したものである。

【０００９】又、前記走行物体撮像方法において、複数
の前記２次元センサを並置するようにしたことで、安価
で量産されている２次元センサを用いて、必要な解像度
や撮像範囲を得られるようにし、コストダウンを図るこ
とができる。

【００１０】更に、前記走行物体撮像方法において、前
記走行物体の走行方向に直交する方向の異なる列に、異
なる色のカラーフィルタを取り付けることで、前記第１
発明を適用しながら、カラー画像やマルチスペクトル画
像を得ることができる。

【００１１】次に、本願の第２発明のラインスキャナ装
置は、印刷物などの走行物体を撮像するラインスキャナ
装置において、前記走行物体の撮像面に対向させて配置
されるＭＯＳ型の２次元センサと、該２次元センサの画
素を選択的に走査することで、前記走行物体の走行に対
してラインセンサとして使用する手段と、を備えること
により、前記課題を解決したものである。

【００１２】以下、本発明の作用について、簡単に説明
する。

【００１３】通常のＣＣＤ（charge coupled device ：
電荷結合素子）エリアセンサカメラでは、順次走査（ra
ster scan/sequential scan ）しかできない。これに対
して、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor ：金属−酸
化皮膜−半導体）エリアセンサカメラでは、任意走査
（ransom scan/random access ）が可能であり、動作速
度も速く、必要十分な画質を短いスキャン時間で得るこ
とができる。又、ＭＯＳエリアセンサカメラは、量産さ
れていて低コストである。更に、このように低コストで
あるため、後述する実施形態のように複数を並べて配置
することも可能であり、この場合には撮像作動距離を短
縮することができる。

【００１４】本発明では、このような任意走査を利用し
て、エリアセンサを、ラインセンサとして使用する。従
って、低コストで撮像の作動距離が短く、必要十分な画
質を短いスキャン時間で得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を詳細に説明する。

【００１６】本願の実施形態は、いずれも本発明を適用
し、印刷物などの走行物体の撮像面に対向させて、図９
に示すＭＯＳエリアセンサを用いている。第１実施形態
は、該ＭＯＳエリアセンサを１つ用いている。第２実施
形態は、図１０に示すように、走行物体の走行方向に直
交する方向に、複数、ＭＯＳエリアセンサを並置してい
る。第３実施形態は、図１３に示すように、前記走行物
体の走行方向に直交する方向の異なる列に、異なる３色
のカラーフィルタを取り付け、カラー画像やマルチスペ
クトル画像を得るようにしている。

【００１７】これらの実施形態の作用を説明するため、
まず、エリアセンサとラインセンサの違いを説明し、次
に密着センサとレンズ縮小センサとの違いを説明する。
その後、ＣＣＤイメージセンサとＭＯＳイメージセンサ
との違いを説明してから、ＭＯＳエリアセンサを用いて
いる前述した第１実施形態について説明する。更に、第
２実施形態について説明し、ＭＯＳエリアセンサの前面
にカラーフィルタや分光器をそう装着してカラーセンサ
とした第３実施形態について説明する。

【００１８】まず、図１は、レンズ縮小型エリアセンサ
の作用を説明する斜視図である。

【００１９】この図において、右側にある走行する紙面
１の絵柄１ａや１ｂが、レンズ１０を通して、画素セン
サを２次元に配列したエリアセンサ１２に、破線で示す
ように結像する。紙面１は、印刷過程にあるため矢印３
の方向に走行している。又、紙面１は、絵柄１ａや１ｂ
が印刷されていて、これらが検査対象である。

【００２０】エリアセンサ１２では、１回の撮像で画像
を取り込むことができる。しかしながら、画像を取り込
むのに時間を要するため、走行物体の静止画像を得るた
めには、ストロボをたくなどする必要がある。又、被撮
像物体の少なくとも撮像範囲が、エリアセンサに対して
平行に、かつ平坦になっている必要がある。更に、撮像
範囲を均一に照明する必要があるが、これは容易でな
い。

【００２１】次に、図２は、レンズ縮小型ラインセンサ
の作用を説明する斜視図である。

【００２２】図示されるラインセンサ１４では、一回の
撮像では、１走査線分の画像及び信号しか取り込めな
い。このため、走行物体の矢印３の走行に同期し、副走
査（水平同期）を行って、２次元の画像を構成していく
ようにしなければならない。このように２次元画像を得
る際、走査線上の撮像範囲のみが、ラインセンサ１４に
対して平行に、かつ平坦になっていればよい。また、均
一に照明すべき撮像範囲はほぼ直線状であり、線状光源
を用いて比較的簡単に平坦に照射することができる。

【００２３】図３は、密着型ラインセンサの作用を説明
する斜視図である。

【００２４】図３の密着ラインセンサ２０は、前述した
レンズ縮小型の図１のエリアセンサや図２のラインセン
サと異なり、実寸で結像する。密着型ラインセンサ２０
では、図４のように、紙面１と撮像素子２２との間に、
セルフォックレンズ２４などが設けられ、該セルフォッ
クレンズ２４の端面から紙面１に対して数ミリメートル
の間隔で配置される。短い該間隔が撮像作動距離とな
る。このため、レンズ縮小型センサのような撮像作動距
離を必要とせず、センサ設置の自由度が高い。又、密着
型ラインセンサでは、各画素のセンサの物理的な配置間
隔が分解能となる。

【００２５】従来、印刷物検査装置では、フォトダイオ
ードを線状に配置して構成した密着ラインセンサが用い
られていた。この場合、フォトダイオード素子を小さく
作ることに限界があり、従って、解像度を数ミリメート
ルより小さくすることができなかった。現在入手できる
既製品のラインセンサでは、ファクシミリ用などの場
合、２００〜６００ＤＰＩ（dot per inch）程度の解像
度で、撮像範囲の長さが２００ミリメートル程度のもの
である。あるいは、ホワイトボード用などの場合、３０
ＤＰＩ程度のものがある。このようなことから、印刷物
の検査用に用いる場合、走査速度、分解能、被写体幅な
どの条件を全て満たすものは存在しない。

【００２６】次に、図５〜図９を用いて、ＣＣＤイメー
ジセンサとＭＯＳイメージセンサとの違いについて説明
する。

【００２７】図５は、１画素分の撮像素子の機能構成を
示すブロック図である。

【００２８】この図に示されるように、撮像素子（イメ
ージセンサ）の機能構成は、ＣＣＤイメージセンサのも
のも、ＭＯＳイメージセンサのものも、光電変換部３０
と、電荷蓄積部３２と、電荷転送部３４とに大別され
る。

【００２９】まず光電変換部３０は、光電変換素子を用
いており、例えばフォトダイオードと呼ばれる２端子素
子を用いて光電変換が行われる。フォトダイオードで
は、バイアス電圧を印加しておくと、受光量に比例した
電流が流れるので、これを利用して光電変換を行う。

【００３０】次に電荷蓄積部３２は、電荷蓄積素子を用
い、キャパシタ、即ちいわゆるコンデンサを用いて電荷
蓄積が行われる。このキャパシタには、フォトダイオー
ドの出力電流と露光時間に応じた電荷が蓄積される。

【００３１】ここで、これら光電変換及び電荷蓄積の等
価回路は、図６のとおりである。符号３６は光電変換用
のフォトダイオードに等価なものであり、符号３８は電
荷蓄積用のキャパシタに等価なものである。端子Ｏｕｔ
ｐｕｔと端子＋５Ｖとの間からは、受光量に比例した電
圧が出力される。

【００３２】これら光電変換及び電荷蓄積の後、電荷転
送部３４において、電荷転送、即ち電荷の読み出しを行
う。この電荷転送は、面状や線状に配置された光電変換
素子及び電荷蓄積素子の電荷を、時系列信号として読み
出すというものである。

【００３３】図７はＣＣＤ型のラインセンサの模式図で
ある。

【００３４】この図において、各画素毎に、フォトダイ
オード４０と、キャパシタ４２とが配置され、これらに
対してアナログシフトレジスタ４４が設けられている。
電荷転送部３４における読み出しは、例えば該図７に示
すように、ＣＣＤ型では、電荷の逐次転送（バケツリレ
ー）にて行う。この図において、転送クロックに従っ
て、電荷は、アナログシフトレジスタをバケツリレーさ
れる。又、２次元センサでは、水平走査及び垂直走査の
双方が必要である。

【００３５】続いて、図８は、ＭＯＳ型のラインセンサ
の模式図である。

【００３６】この図において、各画素毎に、フォトダイ
オード４０と、キャパシタ４２とに加えて、ＭＯＳスイ
ッチ４８が配置され、これらに対してスイッチ切替え用
シフトレジスタ４６が設けられている。上述した電荷転
送部３４における読み出し、即ち時系列信号としての読
み出しは、ＭＯＳ型ではＭＯＳスイッチ４８による切替
えで行う。この図において、電荷転送のために、ＭＯＳ
スイッチ４８を順次開閉していく。該順次開閉のため、
この例では、転送クロックに従ってパルスをスイッチ切
替え用シフトレジスタ４６において順次シフトすること
で、ゲートパルス列を発生させている。該スイッチ切替
え用シフトレジスタ４６による走査部分を任意に選択で
きるようにすれば、任意位置の電荷を取り出すことがで
きる。

【００３７】次に、図９は、２次元ＭＯＳセンサの模式
図である。

【００３８】この図の例では、説明を簡単にするため、
画素センサが４行３列に配列される場合を例示してい
る。この図において、各画素毎に、フォトダイオード５
０と、キャパシタ５１とに加えて、ＭＯＳスイッチ５３
が配置され、これらに対して各列毎にＭＯＳスイッチ５
５が設けられている。ＭＯＳスイッチ５３は垂直走査回
路５６により制御され、ＭＯＳスイッチ５５は水平走査
回路５７によって制御される。

【００３９】該２次元ＭＯＳセンサの作用について説明
すると、まず、垂直走査回路５６から第１行のＭＯＳス
イッチ５３のゲート信号を出力する。次に、水平走査回
路５７から、第１列、第２列、第３列の順に、ＭＯＳス
イッチ５５のゲート信号を出力する。この後、垂直走査
回路５６から、第２行のゲート信号を出力し、水平走査
回路５７は、第１行と同様に各列の信号出力を行う。こ
れを第３行でも繰り返した後、再び第１行に戻って繰り
返す。このようにして、上述した電荷転送部３４におけ
る読み出しを行い、順次フォトダイオードが選択され
て、各画素の信号が読み出され、画像を時間系列信号と
して読み出すことができる。

【００４０】ここで、例えば、垂直走査をやめて第２行
だけを常に有効にして、水平走査だけを行うようにすれ
ば、ラインセンサと同等の機能を果たすことができる。
第１〜第３実施形態では、このようにしてエリアセンサ
をラインセンサとして用いている。ここで、走査の範囲
を限れば、部分的な矩形領域のみの撮像画像を得ること
ができる。更には、全く任意の順序で読み出しを行うこ
とも可能である。

【００４１】現在入手可能な、小型で安価なＭＯＳエリ
アセンサでは、約１２８×１２８画素〜２５６×２５６
画素程度の画素数をもっている。量産されているセンサ
は安価である。必要な撮像範囲及び解像度を得る際に、
このような安価なＭＯＳエリアセンサを、走行する被撮
像物体の走行方向に直交する方向に、複数並置すること
はコスト面で有利である。第２実施形態では、このよう
に複数のＭＯＳエリアセンサを並置するようにしてい
る。

【００４２】例えば、１２８×１２８画素のカメラで、
１メートルの紙幅を撮像し、０．５ミリメートル／ＰＥ
Ｌ（picture element ）の解像度を得ようとする場合を
一例として考える。この場合、２０００画素必要である
ため、２０ミリメートルのオーバラップを考慮して、５
０ミリメートル間隔で２０台並置すれば、０．５ミリメ
ートル／ＰＥＬの解像度を得ることができる。又、この
場合、個々のＭＯＳエリアセンサは画素数が多くないた
め、レンズの歪曲収差などをそれ程気にかける必要がな
く、レンズ付きフィルム用程度の安価なレンズで十分実
用的となり、コストを抑えることができる。

【００４３】例えば、図１０は、ＭＯＳエリアセンサを
複数並置した例を示す。この例では、平行して設ける線
状光源６４の間に、ＭＯＳエリアセンサ６０を複数並置
している。図１１は、ＭＯＳエリアセンサ６０を紙面１
側から見た斜視図である。ＭＯＳエリアセンサ６０の紙
面１側には、紙面１に対向するレンズ６２が設けられて
いる。図１２は、ＭＯＳエリアセンサ６０の側面図であ
る。図１２に示すように、２本の線状光源６４で紙面１
を照明しながら、ＭＯＳエリアセンサ６０は、紙面１上
の絵柄をレンズ６２をとおして撮像する。

【００４４】最後に、図１３に示すように、第３実施形
態として、被撮像物体の走行方向に直交する方向の列
で、異なる列に、異なる色のカラーフィルタを取り付
け、カラー画像やマルチスペクトル画像を得るようにし
た走行物体撮像について説明する。

【００４５】この図では第３実施形態のＲＧＢカラーフ
ィルタが取り付けられたＭＯＳエリアセンサの上面図が
示されている。図中で画素センサＥは縦横に配列されて
いる。該実施形態では、ＲＧＢ（red-green-blue）カラ
ーフィルタが用いられている。即ち、ＭＯＳエリアセン
サの１２８ラインの内、３ラインのみを使用して、３ラ
インカラーラインセンサとしている。

【００４６】この図において、符号Ｒが赤色フィルタで
あり、符号ＲＬで示す画素センサＥの１ラインが赤色用
に用いられている。符号Ｇが緑色フィルタであり、符号
ＧＬで示す画素センサＥの１ラインが緑色用に用いられ
ている。符号Ｂが青色フィルタであり、符号ＢＬで示す
画素センサＥの１ラインが青色用に用いられている。

【００４７】以上説明したように、第１〜第３実施形態
によれば、本発明を効果的に適用することができる。従
って、低コストで撮像の作動距離が短く、必要十分な画
質を短いスキャン時間で得ることができる

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、低コストで撮像の作動
距離が短く、必要十分な画質を短いスキャン時間で得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズ縮小型エリアセンサの作用を説明する斜
視図

【図２】レンズ縮小型ラインセンサの作用を説明する斜
視図

【図３】密着型ラインセンサの作用を説明する斜視図

【図４】密着型ラインセンサの構成を説明する側面図

【図５】１画素分の撮像素子の機能構成を示すブロック
図

【図６】光電変換及び電荷蓄積の等価回路図

【図７】ＣＣＤ型のラインセンサの模式図

【図８】ＭＯＳ型のラインセンサの模式図

【図９】本発明が適用された第１実施形態〜第３実施形
態に用いる２次元ＭＯＳセンサの模式図

【図１０】ＭＯＳエリアセンサを複数並置した前記第２
実施形態の斜視図

【図１１】上記実施形態においてＭＯＳエリアセンサを
紙面側から見た斜視図

【図１２】上記ＭＯＳエリアセンサの側面図の側面図

【図１３】前記第３実施形態のＲＧＢカラーフィルタが
取り付けられたＭＯＳエリアセンサの上面図

【符号の説明】

１…紙面 １ａ、１ｂ…絵柄 ３…紙面走行方向 １０、６２…レンズ １２…エリアセンサ １４…ラインセンサ ２０…密着ラインセンサ ２２…撮像素子 ２４…セルフォックレンズ ３０…光電変換部 ３２…電荷蓄積部 ３４…電荷転送部 ３６…光電変換用のフォトダイオードの等価回路 ３８…電荷蓄積用のキャパシタの等価回路 ４０、５０…フォトダイオード ４２、５１…キャパシタ ４４…アナログシフトレジスタ ４８、５３、５５…ＭＯＳスイッチ ４６…スイッチ切替え用シフトレジスタ ５６…垂直走査回路 ５７…水平走査回路 ６０…ＭＯＳエリアセンサ ６４…線状光源 Ｒ…赤色フィルタ Ｇ…緑色フィルタ Ｂ…青色フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 英人 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 5C072 AA01 BA02 BA19 EA05 EA08 QA06 TA05 UA12 XA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印刷物などの走行物体を撮像する走行物体
   撮像方法において、 前記走行物体の撮像面に対向させてＭＯＳ型の２次元セ
   ンサを配置し、 該２次元センサの画素を選択的に走査することで、前記
   走行物体の走行に対してラインセンサとして使用するこ
   とを特徴とする走行物体撮像方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の走行物体撮像方法におい
   て、 複数の前記２次元センサを並置するようにしたことを特
   徴とする走行物体撮像方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の走行物体撮像方法
   において、 前記走行物体の走行方向に直交する方向の異なる列に、
   異なる色のカラーフィルタを取り付け、 カラー画像やマルチスペクトル画像を得るようにしたこ
   とを特徴とする走行物体撮像方法。
4. 【請求項４】印刷物などの走行物体を撮像するラインス
   キャナ装置において、 前記走行物体の撮像面に対向させて配置されるＭＯＳ型
   の２次元センサと、 該２次元センサの画素を選択的に走査することで、前記
   走行物体の走行に対してラインセンサとして使用する手
   段と、を備えることを特徴とするラインスキャナ装置。