JP2005168024A - 感光素子により光をサンプリングする方法、組立体、およびスキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】 解決すべき課題、必要に応じて技術分野を記載する。
【解決手段】 画像からの光をマスク４０へと向けるステップと、マスク４０の第１のエリアを透光状態に切り替えるステップと、マスク４０の残りのエリアを遮光状態に切り替えるステップと、マスク４０の前記第１のエリアを透過する光を感光素子３０によりサンプリングするステップと、前記第１のエリアを遮光状態に切り替えるステップと、前記残りのエリアを透光状態に切り替えるステップと、前記残りのエリアを透過する光を感光素子３０によりサンプリングするステップとを含んでなる方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像技術に関し、詳細には、感光素子により光を光学的にサンプリングする方法と組立体とスキャナとに関する。

イメージスキャナは、文書、写真、または他の媒体上の可視画像を、コンピュータによるコピー、記憶、または処理に適した電子形態へと変換する。反射型イメージスキャナは、通常、撮像すべき文書表面へと光を向ける照明源を有する。光は、文書表面で反射し、光学系を通り、感光素子アレイ上へと行き着く。感光素子は、受け取った光の強度を電子信号へと変換する。透明シートイメージスキャナは、写真のポジスライド等の透明な画像を通った光を、光学系を通して感光素子アレイ上へと渡す。電荷結合素子（以下、「ＣＣＤ」とよぶ）等のスキャナに使用される感光素子は、感光素子アレイとしてしばしば実現される。感光素子は、一次元または二次元の感光素子アレイを含みうる。

感光素子の個々の素子によりサンプリングされる文書画像の最小エリアはピクセルと呼ばれる。ピクセルは、画像ピクセルを電気的に規定するデータ集合内における数の集合も指す。たとえば、反射型スキャナおよび透明画像スキャナに共通する尺度は、走査される文書表面において測定される「１インチ当たりのピクセル数」である。フォトセンサアレイは、文書の単一エリアからの光の強度をそれぞれ測定し、走査されている文書上の１個のピクセルを各素子が規定する多数の個々の感光素子（代わりに、カラースキャナで実施される場合には感光素子の集合）を使用する。光学サンプリングレートすなわち解像度は、１走査線から光学的に取り込まれたサンプル数を走査線の長さで割ったものである。

白黒およびグレースケールスキャナの場合には、走査中の文書上の１個のピクセルと１個のセンサ素子と１個の強度数値測定値との間に１対１の対応性がある。カラースキャナの場合には、文書画像上の１個のピクセルの全色を感知するために少なくとも３個のセンサ素子が採用され、文書画像上の１個のピクセルの全色を表すために３個の対応する数値強度値が使用される。

２つの一般的なタイプのフォトセンサアレイ、すなわち、コンタクトイメージセンサ（以下、「ＣＩＳ」とよぶ）アレイおよびＣＣＤアレイがイメージスキャナに使用される。ＣＩＳアレイは走査線の長さに等しい長さをもつ。ＣＩＳアレイの主な利点は、縮小光学系（reduction optics）を必要としないことである。ＣＣＤアレイは、通常、走査線の長さよりも短い長さをもつ。ＣＣＤアレイ上へと走査線の画像を結像させるために、縮小光学系が使用される。

走査画像の解像度を増大してより鮮鋭な画像を提供することが望ましい。しかし、フォトセンサアレイの解像度を上げると、ＣＩＳアレイであるかＣＣＤアレイであるかに関わりなく１走査線当たりのピクセル数を増やす必要があるため、１走査線当たりのフォトセンサ素子数を増やす必要がある。フォトセンサ素子数を増大させると、フォトセンサアレイが大きくなる。フォトセンサアレイのサイズを低減させる一つの手法は、個々のフォトセンサ素子のサイズを低減させるというものである。しかし、各感光素子は、走査中の画像上の固定ピクセルエリアから光を受け取る。したがって、感光素子の最小サイズは、たとえば集積回路組立技術の光学系における基本的な回折限界などによって決まる。したがって、フォトセンサアレイのサイズは解像度の増大に比例して増大する。

本発明の一実施形態によれば、この方法は、画像からの光をマスクへと向けるステップと、マスクの第１のエリアを透光状態へと切り替えるステップと、マスクの残りのエリアを遮光状態へと切り替えるステップと、マスクの第１のエリアを透過する光を感光素子によりサンプリングするステップと、第１のエリアを遮光状態へと切り替えるステップと、残りのエリアを透光状態へと切り替えるステップと、残りのエリアを透過する光を感光素子によりサンプリングするステップとを含んでなる。

本発明の別の実施形態によれば、画像をサンプリングする組立体は、電気信号へと光を変換するように動作可能な感光素子と、透光状態および遮光状態をそれぞれ有する複数のマスクセルを有するマスクを含んでおり、透光状態のマスクセルは感光素子に光を透過させる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、撮像装置は、線形アレイに配置された複数の感光素子と、複数の感光素子の１つにそれぞれ関連する複数のマスク素子とを含む。各マスク素子は、透光状態と遮光状態とに電気的に切り替え可能な複数のマスクセルを含む。

本発明と本発明の目的および利点とをより完全に理解するために、添付図面と併せて行われる以下の説明を参照されたい。

様々な図面の同様の部分および対応する部分に同様の番号が使用されている図１〜図８を参照することによって、本発明の好ましい実施形態およびその利点が最もよく理解される。

図１は、本発明の実施形態による縮小光学装置２０およびフォトセンサアレイ３０の概略図である。走査すべき画像を有する文書１５が透明プラテン１０に載せられる。文書１５の走査線が光源により照明され、文書１５で反射した（または別法として、文書１５を透過する）光が光学装置２０に向けられる。光学装置２０は、文書１５から反射した光をフォトセンサアレイ３０に導く。文書１５の長さ（Ｌ_D）（つまり走査線の長さ）は、一般にフォトセンサアレイ３０の長さ（Ｌ_A）よりも長い。光学装置２０は、走査線長の縮小に役立つため、縮小光学装置と呼ばれる。

図２は、図１に示す構成における縮小光学装置２０およびフォトセンサアレイ３０の一部のより詳細な概略図である。文書１５の走査線３５の一部は、各感光素子３００〜３０９によって個々にサンプリングされるピクセル３００〜３０９または画像エリアを含む。文書１５の各ピクセル３５０〜３５９からの光２５₀〜２５₉または文書の各ピクセル３５０〜３５９への光２５₀〜２５₉が反射されると、光学装置２０は、フォトセンサアレイ３０の素子３０₀〜３０₉上へと光２５₀〜２５₉を導く。素子３０₀〜３０₉は、検知された光の強度のアナログ／デジタル変換を行い、ピクセル３５０〜３５９を数値で規定する各データ集合を生成する。

図３は、個々のピクセル３５０と、ピクセル３５₀をサンプリングする感光素子３０₀との概略図である。光学装置２０は、ピクセル３５₀からの光をフォトセンサアレイ素子３０₀へと向けるように機能する。図４も参照すると、ピクセル３５₀は、例示的に、マスク４０を使用することによっていくつかの部分、たとえば象限３５₀₀〜３５₀₃へと分けられる。単一の感光素子３０₀を使用して、ピクセル３５₀の分けられた部分から反射した光を受け取る。例示的なピクセル３５₀は長さＬおよび幅Ｗを有する。図４に示す例では、ＬはＷに等しく、各象限３５₀₀〜３５₀₃はＬ／２の長さおよび幅寸法を有する。マスク４０は複数のマスクセル４０₀〜４０₃を含む。実例では、各マスクセル４０₀〜４０₃は象限３５₀₀〜３５₀₃にそれぞれ対応する。しかし、本発明の実施形態は特定の数または構成のマスクセル４０₀〜４０₃に限定されず、アレイ構成または行列構成によりマスクセルを配置してもよい。さらに、各マスクはＭ×Ｎ行列のセルを含んでいてもよく、ここでＭおよびＮは整数である。好ましくは、透光状態と遮光状態という２つの動作状態を有する電気的に制御される光スイッチとして、マスクセル４０₃〜４０₀は実現される。

図５Ａ〜図６Ｄは、本発明の一実施形態によるマスクセル４０₀〜４０₃の動作状態を示すマスク４０の概略図である。例示を目的として、遮光のマスクセル状態は適切な陰影を付けて示される。図５Ａでは、マスクセル４０₀は透光状態であり、残りのマスクセル４０₁〜４０₃は遮光状態である。実施形態によっては、１個のセルだけが随時に透光状態である。図５Ｂを参照すると、マスクセル４０₀はオフに切り替えられ、マスクセル４０₁はオンに切り替えられる（すなわち、透光状態になる）。同様に図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、マスクセル４０₂および４０₃は交互にオンに切り替えられ、マスクセル４０₀と４０₁と４０₃と、マスクセル４０₀〜４０₂とのそれぞれは、それぞれオフに切り替えられる。

一実施形態では、マスク４０はポッケルスセル変調器等の電気光学変調器のアレイによって実施される。図８は、本発明の一実施形態によりポッケルスセル変調器として実施される例示的なマスクセル４０₀である。ポッケルスセル変調器（pockel cell modulator）４００は、水晶２１０が介在する２つの偏光子２００および２０１を含む。水晶２１０は、電界の印加により変更可能な光学的性質を有する。特に、水晶２１０の屈折性は、適した電界を水晶２１０に印加することによって変化する。偏光子２００および２０１は、印加される偏光子２００および２０１の偏光角に対して９０度ずらして位置合わせされる。水晶２１０に電界を印加している間には水晶２１０が複屈折であるために、光は、感光素子に入射する前に水晶２１０および偏光子２０１を透過する。別法として、電界が水晶２１０に印加されていないときには、水晶２１０は複屈折ではなく、光の透過は阻止される。したがって、マスクセル４０₀の透光状態は、水晶２１０に電界を印加することによって提供され、マスクセル４０₀の遮光状態は水晶２１０に電界がないことによって提供される。したがって、マスク４０は、本発明の一実施形態では２×２構成のポッケルスセル変調器として実現することができる。マスク４０は、単一のポッケルスセル変調器の水晶に電界を印加し、その間に残りのポッケルスセルの水晶に電界を印加しないことによって透光状態の個々のセルを順次に循環させるように構成される。

図７を参照すると、感光素子１３０は、一次元アレイまたは二次元アレイに配列された複数の感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎを含む。好ましい実施形態では、各感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎは、（例示的に破線で示す）複数のマスクセル１４０Ａ₀〜１４０Ａ₃−１４０Ｎ₀〜１４０Ｎ₃を含む関連するマスク１４０Ａ〜１４０Ｎを有する。フォトセンサ素子１３０Ａ〜１３０Ｎと（Ｙ個のマスクセルをそれぞれ有する）関連するマスク素子１４０Ａ〜１４０Ｎとの数Ｘは任意であり、ＣＣＤアレイ等の感光素子は、多くの場合には、何千個もの個々の感光素子を含む。

走査線のサンプリング中に随時、各マスク素子１４０Ａ〜１４０Ｎ内の単一のマスクセルが、透光状態になり、各感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎと光学的に連結されるように、マスク１４０が感光素子１３０とともに構成される。好ましくは、個々のセル１４０Ａ₀〜１４０Ａ₃−１４０Ｎ₀〜１４０Ｎ₃は、単一透光状態を循環し、残りの走査線サンプリングプロセスの間は遮光状態になる。たとえば、マスクセル１４０Ａ₀〜１４０Ｎ₀は、好ましくは、残りのマスクセル１４０Ａ₁〜１４０Ａ₃−１４０Ｎ₁〜１４０Ｎ₃が遮光状態である間に透光状態になる。セル１４０Ａ₀〜１４０Ｎ₀が透光状態であるサンプル期間中に、感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎは、セル１４０Ａ₀〜１４０Ｎ₀を透過する光の強度を表す各データ集合１３１Ａ₀〜１３１Ｎ₀を生成する。感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎが各サンプルを生成するのに十分なサンプル期間が経過した後に、透光セル１４０Ａ₀〜１４０Ｎ₀は遮光状態に切り替えられ、マスク１４０Ａ〜１４０Ｎの別のセル１４０Ａ₁〜１４０Ｎ₁が透光状態に切り替えられる。感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎは、サンプル期間中に光がセル１４０Ａ₁〜１４０Ｎ₁を透過した後に各データ集合１３１Ａ₁〜１３１Ｎ₁を生成する。このプロセスは、感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎが、残りのマスクセル１４０Ａ₂〜１４０Ｎ₂および１４０Ａ₃〜１４０Ｎ₃のそれぞれを透過した光をサンプリングし、サンプリングされた光を表す各データ集合１３１Ａ₂〜１３１Ｎ₂および１３１Ａ₃〜１３１Ｎ₃を生成するまで繰り返される。

走査線のサンプリングは、各マスクセル１４０Ａ₀〜１４０Ａ₃−１４０Ｎ₀〜１４０Ｎ₃が透光状態を循環した後に完了する。サンプルデータ集合はＸサンプルおよびＹサンプルを含み、ここで、Ｘは走査アレイ中の感光素子の数であり、Ｙは各マスク素子中のマスクセルの数である。したがって、最小走査線サンプル期間は、感光素子１３０Ａ〜１３０Ｎのサンプル期間であるＴｓと、個々のマスク素子１４０Ａ〜１４０Ｎ中のマスクセルの数との積に等しい。特定の構成の実例では、走査線サンプル期間は４Ｔｓに等しい。さらに高い解像度を実現するために、各感光素子およびマスクをさらに細分すること、たとえば単一の感光素子の単一のマスクから４×４行列のセルを細分化することができることを理解されたい。

上記実施形態は、電荷結合素子フォトセンサアレイで実施することができるマスクおよび感光素子、または組立体の好ましい構成を含む。しかし、本発明の実施形態は他のフォトセンサ素子でも同様に実施することができる。たとえば、本発明の実施形態に従うコンタクトイメージセンサアレイにより、マスクおよび感光アレイの組立体を実施することができる。さらに、上述したマスクおよび感光アレイの組立体は、感光素子およびマスク素子両方の一次元アレイを含む。しかし、このような構成は、例示にすぎず、本発明の実施形態の理解を助けるために選択されたものである。本発明の実施形態は、二次元感光アレイおよび対応する二次元マスクアレイでの実施態様も含む。

本発明の実施形態は、感光装置の数または密度を増大させることなく様々な撮像装置の解像度を上げるために使用することができる。したがって、低解像度感光素子を使用して高解像度スキャナを実施することができる。

本発明の実施形態による縮小光学装置およびフォトセンサアレイの概略図である。 図１に示す構成における縮小光学装置およびフォトセンサアレイの一部の詳細な概略図である。 個々のピクセルおよびピクセルの感光素子サンプリングの概略図である。 本発明の一実施形態による単一の感光素子によりサンプリングされる部分に分けられたピクセルの概略図を示す。 ＡおよびＢは、本発明の一実施形態による様々な透光状態のマスクセルの概略図である。 ＣおよびＤは、本発明の一実施形態による様々な透光状態のマスクセルの概略図である。 走査線をサンプリングする構成における感光素子および関連するマスクセルを有する感光アレイの概略図である。 本発明の一実施形態によるポッケルスセルとして実施されるマスクセルの概略図である。

符号の説明

３０ 感光素子
３５ 走査線
４０ マスク

Claims (8)

1. 画像からの光をマスクへと向けるステップと、
   該マスクの第１のエリアを透光状態に切り替えるステップと、
   該マスクの残りのエリアを遮光状態に切り替えるステップと、
   前記マスクの前記第１のエリアを透過する光を感光素子によりサンプリングするステップと、
   前記第１のエリアを遮光状態に切り替えるステップと、
   前記残りのエリアを透光状態に切り替えるステップと、
   前記残りのエリアを透過する光を前記感光素子によりサンプリングするステップと
   を含んでなる方法。
2. 前記第１のエリアを透光状態に切り替えるステップは、前記感光素子のサンプリング期間のために、前記第１のエリアを透光状態に切り替えることをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記残りのエリアを透光状態に切り替えるステップは、遮光状態および透光状態のそれぞれに対して、前記マスクの前記残りのエリア内にある複数のエリアを順次に切り替えることを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のエリアを透過する光を前記感光素子によりサンプリングするステップは、電荷結合素子により光をサンプリングすることを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記残りのエリアを透過する光を前記感光素子によりサンプリングするステップは、電荷結合素子により光をサンプリングすることを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記光をマスクへと向けるステップは、あるポッケルセル変調器へと光を向けることを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のエリアを透過する光をサンプリングするステップは、前記マスクの前記第１のエリアを透過する光の強度を表すデータ集合を前記感光素子により生成することを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記残りのエリアを透過する光をサンプリングするステップは、前記マスクの前記残りのエリアを透過する光の強度を表すデータ集合を前記感光素子により生成することをさらに含む請求項１に記載の方法。

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